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矿山安全技术复习题第三章矿尘防治
第三章矿尘防治
矿尘是悬浮在矿井空气中的固体矿物微粒,对矿井的安全生产有着严重的影响。
世界各国在煤矿开采历史上所受到的煤尘危害是惨痛的。
1906年,法国古利耶尔无瓦斯煤矿发生特大煤尘爆炸,死亡1099人;1942年,本溪煤矿发生特大瓦斯煤尘爆炸,死亡1594人;1960年,大同老白洞煤矿发生特大煤尘爆炸死亡684人。
除此之外,矿尘对人体健康的危害也极大,煤矿工人患尘肺病人数及死于尘肺病人数,在煤矿工业中长期以来一直居于首位。
本章在介绍矿尘基本概念和理论的基础上,重点介绍矿尘治理的基本技术、防治煤尘爆炸的技术和煤尘爆炸事故的处理方法。
第一节基本概念和理论概述
矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。
在某些综采工作面割煤时,工作面煤尘浓度高达4000~8000mg/m3,有的甚至更高。
在矿山生产过程中,如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。
而不同矿井由于煤、岩地质条件和物理性质的不同,以及采掘方法、作业方式、通风状况和机械化程度的不同,矿尘的生成量有很大的差异;即使在同一矿井里,产尘的多少也因地因时发生着变化。
一般来说,在现有防尘技术措施的条件下,各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为:
采煤工作面产尘量占45~80%;掘进工作面产尘量占20~38%;锚喷作业点产尘量占10~15%;运输通风巷道产尘量占5~10%;其它作业点占2~5%。
各作业点随机械化程度的提高,矿尘的生成量也将增大,因此防尘工作也就更加重要。
一、矿尘分类
矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外,尚有多种不同的分类方法,下面介绍几种常用的分类方法。
1.按矿尘的存在状态划分
(1)浮游矿尘。
悬浮于矿内空气中的矿尘,简称浮尘。
(2)沉积矿尘。
从矿内空气中沉降下来的矿尘,简称落尘。
浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化,浮尘因受自重的作用可以逐渐沉降下来变成落尘,而落尘当落尘受到机械振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时,它可再次飞扬,又成为浮尘。
其风速的变化与矿尘粒度的关系如表2-1-1。
浮尘在空气中飞扬的时间不仅与尘粒的大小、重量、形式等有关,还与空气的湿度、风速等大气参数有关。
矿山除尘研究的直接对象是悬浮于空气中的矿尘,因此,一般所说的矿尘就是指这种状态下的矿尘。
表2-1-1落尘变成浮尘风流的变化与矿尘粒度的关系
煤尘粒度/μm
75~105
35~75
10~35
吹扬风速/m·s-1
6.3
5.29
3.48
2.按矿尘的粒径组成范围划分
(1)全尘(总矿尘)。
各种粒径的矿尘之和。
对于煤尘,常指粒径为1mm以下的尘粒。
(2)呼吸性矿尘。
主要指粒径在5μm以下的微细尘粒,它能通过人体上呼吸道进入肺区,是导致尘肺病的病因,对人体危害甚大。
二、矿尘含量的计量指标
1.矿尘浓度
单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度,其表示方法有两种:
(1)质量法。
每立方米空气中所含浮尘的毫克数,单位为mg/m3。
(2)计数法。
每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数,单位为粒/cm3。
我国规定采用质量法来计量矿尘浓度。
《煤矿安全规程》对井下有人工作的地点和人行道的空气中矿尘(总矿尘、呼吸性矿尘)浓度标准做了明确规定,见表3-1-2,同时还规定作业地点的矿尘浓度、井下每月测定2次,井上每月测定1次。
序号
矿尘中游离SiO2含量/%
最高容许浓度/mg.m-3
总矿尘
呼吸性矿尘
1
2
3
4
5
6
<5
5~<10
10~<25
25~<50
≥50
<10的水泥矿尘
20.0
10.0
6.0
4.0
2.0
6
6.0
3.5
2.5
1.5
1.0
表3-1-2中国煤矿矿尘浓度标准
2.产尘强度
指生产过程中产生的矿尘量。
常用相对产尘强度即每采掘1t或1m3矿岩所产生的矿尘量来表示,单位为mg/t或mg/m3。
凿岩或井巷掘进工作面的相对产尘强度也可按每钻进1m钻孔或掘进lm巷道计算。
相对产尘强度使产尘量与生产强度联系起来,便于比较不同生产情况下的产尘量。
4.矿尘沉积量
指单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量,单位为g/m2·d。
这一指标用来表示巷道中沉积矿尘的强度,是确定岩粉撒布周期的重要依据。
5.矿尘的分散度
矿尘的分散度是指矿尘的整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。
分散度有两种表示方法。
1)重量百分比。
用各种粒级尘粒的重量占总重量的百分数来表示,叫做重量分散度。
2)数量百分比。
用各种粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分数来表示,叫做数量分散度。
我国对矿尘的分散度划分为四个计测范围:
小于2μm;2~5μm;5~10μm;大于10μm。
矿尘组成中,小于5μm的尘粒所占的百分比越大,对于人体的危害就越大。
根据矿井的实测资料,矿尘的分散度(数量百分比)大致是:
大于10μm的占2.7~7%;5~10μm的占4~11.5%;2~5μm的占25.5~35%;小于2μm的占46.5~60%。
矿尘中微细颗粒多,所占比例大,称为高分散度矿尘,反之称为低分散度矿尘。
矿尘分散度越高,危害性越大,而且越难捕获。
一般情况下,矿井生产过程中产生的矿尘,小于5μm的往往占80%左右;湿式作业条件下,矿尘浓度可以降低,但分散度增加,个别场合小于5μm的矿尘可达90%以上。
这部分矿尘不仅危害性很大,而且更难捕获和沉降。
为此,应是通风防尘工作的重点。
三、矿尘的特性
(一)矿尘的悬浮性
分散度高的尘粒可以较长时间在空气中悬浮,不易降落,这是微细矿尘的一种物理特性,叫悬浮性。
据实验,不同粒度的煤尘在静止的空气中从1m高处自由降落到底板所需的时间如表3-1-3。
煤尘粒度/μm
100
10
1
0.5
0.2
降落时间
2.6s
4.4min
7h
22h
92h
表3-1-3不同粒度的煤尘从lm高处自由降落到底板所需时间
(二)矿尘的成分
二氧化硅是地壳内最常见的氧化物,它以两种状态存在:
一种是结合状态的二氧化硅,即硅酸盐矿物,其危害性不大;另一种是游离状态的二氧化硅,主要为石英,它是引起人体尘肺病的主要因素。
煤系地层中的砂岩、砾岩和砂质页岩中都含有游离二氧化硅。
煤矿岩巷掘进,特别是在砂岩中掘进时,产生的矿尘中游离二氧化硅含量都比较高,一般为20~50%;煤尘中游离二氧化硅含量一般不超过5%;锚喷支护时,水泥矿尘中的二氧化硅主要为结合状态,危害性不大,但长期吸入水泥矿尘,能引起水泥尘肺、肺气肿等。
(三)矿尘的吸湿性
矿尘与空气中的水分结合的现象叫吸湿性或者叫湿润性。
各种矿尘可根据它与水分结合的程度分为亲水性和疏水性两类。
这种分类是相对的,对于粒度5μm以下的呼吸性矿尘,即使是亲水性的,也只有在尘粒与水滴具有相对速度的情况下才能被湿润。
亲水性矿尘表面吸附能力强,易于与水结合,使矿尘直径增大、重量增加而易于降落。
喷雾防尘就是利用这个原理。
(四)矿尘的荷电性
尘粒由于在粉碎过程和在空气流动中摩擦而带有电荷,悬浮在空气中的矿尘亦可直接吸附空气中的离子而产生电荷。
非金属性尘粒及酸性氧化物矿尘如二氧化硅、铝钒土等带正电荷;金属性尘粒及碱性氧化物矿尘如石灰石尘粒等带负电荷。
尘粒的荷电量与尘粒的比重、湿度、温度有关。
温度升高,荷电量增加。
湿度增加,荷电量降低。
矿尘的荷电性对矿尘在空气中的稳定程度有影响。
同性电荷相斥,增加了尘粒浮游在空间的稳定性,异性电荷相吸,可使尘粒撞击而凝聚,加速沉降。
超声波除尘就是利用了这一特性。
表3-1-4是一次实测所得数据。
表3-1-4井下矿尘的电荷
作业方式
带正电荷粒子(%)
带负电荷粒子(%)
不带电粒子(%)
干式凿岩
49.8
44.0
6.2
湿式凿岩
46.7
43.0
10.3
爆破
34.5
50.6
14.9
(五)矿尘的光学特性
矿尘的光学特性包括矿尘对光的反射、吸收和透光强度等性能。
在测尘技术中,常常用到这一特性。
四、矿尘灾害的形式
矿尘具有很大的危害性,表现在以下几个方面:
(1)污染工作场所,引起职业病。
轻者会患呼吸道炎症、皮肤病,重者会患尘肺病;
(2)某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸;(3)加速机械磨损,缩短精密仪器使用寿命;(4)降低工作场所能见度,增加工伤事故的发生。
其中,以尘肺病和矿尘爆炸危害最大,直接危害工人身体健康和生命安全。
(一)尘肺病
尘肺病是工人在生产中长期吸入大量微细矿尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。
一旦患病,目前还很难治愈。
因其发病缓慢,病程较长,且有一定的潜伏期,不同于瓦斯、煤尘爆炸和冒顶等工伤事故那么触目惊心,因此往往不被人们所重视。
而实际上由尘肺病引发的矿工致残和死亡人数,在国内外都远远高于各类工伤事故的总和。
1.尘肺病的分类
煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同,可分为三类:
(1)硅肺病(矽肺病)。
长期吸入游离SiO2含量较高的岩尘而引起的,患者多为长期从事岩巷掘进的矿工。
(2)煤硅肺病(煤矽肺)。
由于同时吸入煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起,患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。
(3)煤肺病。
大量吸入煤尘所致,患者多为长期在煤层中从事采掘工作的矿工。
作业人员从接触矿尘开始到肺部出现纤维化病变所经历的时间称为发病工龄。
上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。
其发病工龄最短,一般在10年左右,病情发展快,危害严重。
煤肺病的发病工龄一般为20~30年,煤硅肺病介于两者之间但接近后者。
2.影响尘肺病的发病因素
(1)矿尘的成分。
能够引起肺部纤维病变的矿尘,多半含有游离SiO2,其含量越高,发病工龄越短,病变的发展程度越快。
对于煤尘,引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发分)含量。
据试验,煤化作用程度越低,危害越大,因为煤尘的危害和肺内的积尘量都与煤化作用程度有关。
(2)矿尘粒度及分散度。
尘肺病变主要是发生在肺脏的最基本单元即肺泡内。
矿尘粒度不同,对人体的危害性也不同。
5μm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大;5μm以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中,最危险的粒度是2μm左右的矿尘。
由此可见,矿尘的粒度越小,分散度越高,对人体的危害就越大。
(3)矿尘浓度。
尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系,也就是说,尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。
国外的统计资料表明,在高矿尘浓度的场所工作时,平均5~10年就有可能导致硅肺病,如果矿尘中的游离SiO2含量达80~90%,甚至1.5~2年即可发病。
空气中的矿尘浓度降低到《煤矿安全规程》规定的标准以下,工作几十年,肺部吸入的矿尘总量仍不足达到致病的程度。
(4)个体方面的因素。
矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的,所以人的机体条件,如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等,对尘肺的发生、发展有一定的影响。
尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈,但它是可以预防的。
(二)煤尘爆炸
某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸。
煤尘能够在完全没有瓦斯存在的情况下爆炸,对于瓦斯矿井,煤尘则有可能参与瓦斯爆炸。
1.煤尘爆炸的机理
煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下,空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程,是一种非常复杂的链式反应。
一般认为其爆炸机理及过程如下:
(1)煤本身是可燃物质,当它以粉末状态存在时,总表面积显著增加,吸氧和被氧化的能力大大增强,一旦遇见火源,氧化过程迅速展开;
(2)当温度达到300~400℃时,煤的干馏现象急剧增强,放出大量的可燃性气体,主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1%左右的其它碳氢化合物;
(3)形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量,在尘粒周围形成气体外壳,即活化中心,当活化中心的能量达到一定程度后,链反应过程开始,游离基迅速增加,发生了尘粒的闪燃;
(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒,并使之参与链反应,导致燃烧过程急剧地循环进行,当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后,煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。
与瓦斯爆炸一样,煤尘爆炸也有一个感应期,即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。
根据试验,煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量,一般为40~280ms,挥发分越高,感应期越短。
2.煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件:
(1)煤尘的爆炸性。
煤尘爆炸是煤尘受热氧化后,放出可燃性气体遇高温发生剧烈反应形成的。
但是有的煤尘受热氧化后,产生很少的可燃气体,不能使煤尘发生爆炸。
所以煤尘又可分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。
(2)煤尘浓度。
只有当煤尘悬浮在空气中时,它的全部表面积才能与空气中的氧接触,并在氧化、热化的过程中放出大量的可燃气,为爆炸创造条件。
然而,煤尘的热化和氧化过程中,必须使煤尘所吸收的热量超过散失的热量。
如果煤尘的浓度比较低,尘粒与尘粒之间的距离比较大,燃烧所生成的热量很快被周围的介质所吸收,则爆炸无法形成;但是,如果煤尘的浓度过大,煤尘在氧化和热化过程中放出的热量为煤尘本身所散失掉,同样爆炸无法形成。
因此,煤尘的浓度只有达到一定的范围,才可能发生爆炸。
这个范围就叫煤尘爆炸界限。
最低的爆炸浓度称之为爆炸下限;最高爆炸浓度称之为爆炸上限。
就是说:
煤尘爆炸是在其爆炸下限到爆炸上限之间发生的。
我国对煤尘爆炸的实验结果如表3-1-5。
表3-1-5我国对煤尘爆炸的实验结果
煤尘爆炸下限浓度
煤尘爆炸最强的浓度
煤尘爆炸上限浓度
45g/m3
300~400g/m3
1500~2000g/m3
必须指出,在井下各生产环节,不可能产生大于45g/m3的煤尘浓度。
但是,当巷道周围等处的沉积煤尘受振动和冲击时,它们会重新飞扬起来,此时就足以达到煤尘爆炸浓度。
所以说,悬浮煤尘是产生煤尘爆炸的直接原因,而沉积煤尘是造成煤尘爆炸的最大隐患。
(3)引起煤尘爆炸的热源。
煤尘爆炸引燃温度的变化范围比较大,它是随煤尘的性质及试验条件的不同而变化的。
经试验得知,我国煤尘的引燃温度在610~1050℃之间,一般为700~800℃。
3.煤尘爆炸的效应
以上分析说明,煤尘的燃烧及爆炸实际上是煤尘的可燃气的燃烧及爆炸,所以煤尘的爆炸具有与瓦斯爆炸相类似的特点,爆炸后同样要产生高温、高压和冲击波及生成大量有害气体、皮渣、粘块等。
(1)高温。
煤尘的爆炸是其激烈氧化的结果,因此,在爆炸时要释放出大量的热量,这个热量可以使爆源周围气体的温度上升到2300~2500℃。
这种高温是造成煤尘爆炸连续发生的重要条件。
(2)高压。
煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度急剧上升,必然使气体的压力突然增大。
在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736kPa。
许多国家曾分别在实验室和巷道中进行测定,其结果表明,爆炸压力随离开爆源的距离的延长而跳跃式的不断增大,爆炸在扩展过程中如果有障碍物阻拦或巷道的断面突然变化及巷道拐弯等,则爆炸压力将增加得更大。
(3)高速火焰。
在爆炸产生高温高压的同时,爆炸火焰以极快的速度向外传播。
一些国家利用实验巷道对其传播速度进行了测定,结果表明,可达1120m/s多米。
(4)冲击波。
煤尘爆炸同样形成冲击波,其传播速度比爆炸火焰传播得还要快,可达2340m/s,对矿井的破坏极大。
(5)生成大量的CO。
煤尘爆炸后生成大量的CO,其浓度可达2%~3%,有时甚至高达8%左右,这是造成矿工大量中毒伤亡的主要原因。
4.影响煤尘爆炸的因素
影响煤尘爆炸的因素很多,如煤的成分、煤的性质、煤的粒度以及外界条件等等。
这些因素中,有的是增加煤尘爆炸性的,有的是抑制和减弱其爆炸危险性的,认识和掌握这些规律并在实践中结合具体情况加以运用,就能减少或避免事故的发生。
(1)煤的成分。
煤的组成除固定碳外还有挥发分、水分、灰分等,它们对煤尘的爆炸性起着不同的作用。
挥发分。
理论和实践都已证明,煤尘的挥发分越高,煤尘的爆炸危险性越强。
我国的煤,不同煤质挥发分含量依次增高的顺序是:
无烟煤、贫煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤和褐煤。
一般说来,煤尘的爆炸性也是按照这个次序增加的。
其中,无烟煤的挥发分含量低,它的煤尘基本上不爆炸。
灰分。
煤尘中的灰分是不可燃物质,它使煤尘的比重增加,因此,灰分能吸收大量的热量,起到降温的作用和阻止煤尘飞扬使其迅速沉降的作用,以及抑制煤尘爆炸的传播作用。
据试验得知,当煤尘中的灰分含量小于10%时,它对煤尘的爆炸性没有什么影响;当灰分的含量达30~40%时,煤尘的爆炸性急剧下降;当灰分的含量达到60~70%时,煤尘失去其爆炸性。
水分。
煤尘中的水分是不可燃物,而且水分能粘结煤尘,因此,煤尘中的水分有吸热降温阻止燃烧的作用,阻止煤尘飞扬使其迅速沉降的作用,以及阻挡煤尘爆炸传播的抑制作用。
(2)煤尘浓度。
当煤尘的浓度在爆炸界限范围内时才能爆炸,而在爆炸界限内随着煤尘的浓度不同其爆炸的强度也不一样,从爆炸下限浓度到爆炸最强浓度,其爆炸强度逐渐增大;从爆炸最强浓度到爆炸上限浓度其爆炸强度逐渐减弱。
(3)煤尘粒度。
试验表明,1mm以下的煤尘都能参加爆炸,但是,粒度越小,其受热氧化越充分,释放可燃性气体越快,因而,越容易爆炸。
通常粒度为75μm以下的煤尘是爆炸的主体;当粒度过小时(10μm以下),煤尘的爆炸性有减弱的趋势。
这是由于过细的煤尘在空气中迅速氧化成灰烬所致,也有人认为是过细的煤尘“凝结”成“煤尘团”的缘故。
(4)矿井的瓦斯浓度。
矿井瓦斯是可燃性气体,当其混入时,煤尘爆炸的下限浓度降低。
混入量越大,则煤尘爆炸的下限浓度越低。
我国试验得出的瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度的关系如表3-1-6。
表3-1-6瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度的关系
空气中瓦斯浓度/%
0.5
1.4
2.5
3.5
备注
煤尘爆炸下限浓度/g·m-3
34.5
26.4
15.5
6.1
VT=20%
因此,在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中,要综合考虑瓦斯和煤尘爆炸的危险性,全面规划对瓦斯和煤尘爆炸的预防措施。
第二节矿尘治理的基本技术
矿尘治理的基本技术途径通常有减尘、降尘、除尘、隔尘措施和加强粉尘浓度的监测5个方面。
一、减尘技术。
减尘是指减少和抑制尘源产尘,从而减少井下空气中煤尘的浓度。
减尘一是减少产尘总量和产尘强度;二是减少呼吸性矿尘所占的比例。
它是防尘技术措施中最积极最有效的措施。
主要通过向煤岩体注水、湿式打眼、湿式作业等措施。
(一)煤层注水湿润煤体
煤层注水是在采煤和掘进之前,利用钻孔向煤层注入压力水,使水沿着煤层的层理、节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中的微孔中去,增加煤的水分,使煤体和其内部的原生煤尘都得到预先润湿。
同时,使煤体的塑性增强。
以减少采掘时生成煤尘的数量。
这是防治煤尘的一项根本措施。
1.钻孔布置方式
煤层注水的方式有:
长钻孔注水、短钻孔注水、深孔注水和巷道钻孔注水等多种方式
(1)长钻孔。
钻孔直径为75~100mm,其布置形式较多,如图3-2-1所示。
长钻孔注水,湿润煤体的范围大,经济性好。
注水时间长,湿润煤体均匀,同时又与采煤互不干扰。
所以它往往是优先选择的注水方式。
但是,钻孔长度大,对地质变化的适应性较差,打钻技术复杂,定向困难。
(2)短钻孔。
其钻孔长度比工作面循环进度稍长,一般取1.5~2m,最大不超过6m。
其布置如图3-2-2中a所示。
短钻孔注水对地质条件的适应性较强,当地质变化大时,煤层较薄和围岩遇水膨胀而影响顶、底板管理时,可采用此注水方式。
但是其湿润范围小,钻孔数量多,而且容易跑水,对采煤工作有干扰。
(3)深孔。
同短孔注水相仿,只是钻孔打得深些。
也是沿采煤工作面垂直煤壁打钻孔,其钻孔长度为5~6天的进度,一般为6~20m。
其布置如图3-2-2中b。
此注水方式具备了长短孔注水的优点,但是它需要每周有休假或轮休工作面才能使用,因而,我国目前尚未使用,而国外采用较多。
(4)巷道钻孔。
如图3-2-3是从邻近煤层的巷道打钻至注水煤层,进行注水。
钻孔的长度由两煤层的间距或巷道至煤层的距离而定。
此注水方式钻孔少,湿润煤体的范围大,效果好。
在有巷道或抽放瓦斯钻孔可利用,且煤层较厚时,可考虑采用巷道钻孔注水方式。
2.封孔
封孔深度和封孔质量是煤层注水的重要环节。
封孔深度应超过沿巷道边缘煤体的卸压带宽度,一般不小于6m,当注水压力大于2.5MPa时,应大于6m乃至20m。
封孔方法有两种:
一种是水泥砂浆封孔,另一种是封孔器封孔。
(1)封孔器封孔。
我国煤矿长钻孔注水多采用YPA型水力膨胀式封孔器和MF型摩擦式封孔器。
YPA型在使用时,将封孔器与注水钢管连接起来送至封孔位置,通过高压胶管与水泵连通,开泵后压力水进入封孔器,水流从封孔器前端的喷嘴流出进入钻孔,产生压力降,膨胀胶管内的水压升高,将胶管膨胀,封住钻孔。
注水结束后,封孔器胶筒将随压力下降而恢复原状,可取出复用。
MF型在使用时,将封孔器与注水钢管连接起来送至钻孔内的封孔位置,顺时针旋动注水管使其向前移动,这时橡胶密封筒被压缩而径向胀大,封住钻孔。
注水结束后,逆时针旋转注水管,密封胶管卸压,胶筒即恢复原状,可取出复用。
采用封孔器封孔虽然简便,但多次重复使用时难以保证封孔质量,现已少用。
(2)水泥砂浆封孔。
由于水泥砂浆封孔方法的改进和完善,以及封孔质量可靠,近几年得到了广泛采用,如新研制的KFB型矿用封孔泵,可以满足煤层注水封孔的要求。
封孔前先用搅拌机将水泥和砂子制成高稠度水泥砂浆,再拨动离合器,启动送浆泵,将水泥砂浆快速地送进钻孔内。
由于该泵的送浆能力较大,其封孔深度,对水平钻孔可达3Om;对垂直向上钻孔可达20m。
3.注水
(1)注水方法。
一是利用矿井地面贮水池,通过井下供水管网实施静压注水;二是利用井下的水泵实施动压注水。
利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔的注水叫静压注水。
静压注水采用橡胶管将每个钻孔中的注水管与供水干管联接起来,其间安装有水表和截止阀,干管上安装压力表,然后通过供水管路与地表或上水平水源相连。
静压注水工艺简单,既节省费用,又便于管理,但它的适用范围受到了一定的限制。
过去仅能对透水性强的煤层采用静压注水,而近年来有了新的发展,对透水性差的煤层也可以采用静压注水,其技术关键是选定最佳的超前距离(开始注水时钻孔距工作面的距离)。
利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水。
水泵可以设在地面集中加压,也可直接设在注水地点进行加压。
长钻孔动压注水的适用性强,被很多煤矿采用,其注水系统如图3-2-3所示。
近年来,我国研制的煤层注水自动控制系统(装置),它能根据煤层的渗透特性及注水压力与流量的变化进行自动调节,可实现动压注水和静压注水的自动切换。
并将注水参数调节到最适宜的状态,并能将注水参数存贮、显示和打印出来。
(2)注水压力。
注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度。
通常,透水性强的煤层采用低压(小于3MPa)注水,透水性较弱的煤层采用中压(3~10MPa)注水,必要时可采用高压注水(大于10MPa)。
如果水压过小,注水速度将会太低。
水压过高,又可能导致煤岩裂隙猛烈扩散,造成大量窜水或跑水。
适宜的注水压力是:
通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压力。
国内外经验表明,低压或中压长时间注水效果好。
在我国,静压注水大多属于低压,动压注水中压居多。
对于初次注水的煤层,开始注水时,可对注水压力和注水速度进行测定,找出两者的关系,根据关系曲线选定合适的注水压力
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