安全系统工程课程设计.docx
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安全系统工程课程设计
《安全系统工程》课程设计
姓名：
—
专业：
安全工程
班级：
2014
学号:
一、设计工作面概况简介............................
二、粉尘浓度控制方案综述，粉尘的理化特性测定（接触角、界面张力）
三、煤体注水设计，钻孔开口位置、倾角、长度、间距、封孔方法、超前距离、注水时间等
四、喷雾方案设计：
采煤机、液压支架顶梁及放煤口喷雾喷嘴布置
五、采煤机截割参数设计，截深、牵引速度
六、个体防护措施，个体防护措施内容和技术要求
七、通风排尘设计，最佳排尘风速设计，防止粉尘的管理措施。
、设计工作面概况简介
1.1概述
平煤集团公司某煤矿
11091
工作面开采煤层厚度
8
米，煤炭产量
100万吨/年。
该工作
面沿推进方向距切巷
200m
至450m
范围内预计相对瓦斯涌出量最大值
28.5m3/t
，正常值为
10.5m3/to11091工作面参数见下表所示。
工作面巷道布置及通风系统如图所
示，该工作面为倾斜长壁开采，通风运输顺槽均布置在煤层底板，煤尘具有爆炸性
煤层自然发火期
1-3个月
最小值
平均值
工作面参数单位表参数
最大值
煤厚
M
3
13.2
倾角
度
22.5
3.3
8.4（实验区
16
内4.0度）
工作面长度
130
推进长度
M
M
728
779
普氏样硬度数系数
830
0.3
可米储量
0.5
174
开采时间
万吨
结束时间
97.10.1
煤层埋藏深度
98.12.12
M
250
2.1粉尘浓度控制方案综述
矿山综合防尘是指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、
降低空气中的粉尘
浓度，
以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。
大体上将综合防尘技术措施分为
通风除尘、湿式
作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施。
一、通风除尘通风除尘是指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场
所的矿尘浓度，因此搞好矿井通风工作能有效地稀释和及时地排出矿尘。
二、湿式作业湿式作业是利用水或其它液体，使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法，它
是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较
好等优点。
缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量，我国煤
矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，配合喷雾洒水、水封爆破和水炮泥以及煤层注水等防
尘技术措施。
三、净化风流净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获的技
术措施。
目前使用较多的是水幕和湿式除尘装置。
四、个体防护个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。
个体防护的用具主要有防尘口罩、防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器等，其目的是使佩戴者呼吸
净化后的清洁空气而不影响正常工作。
2.2粉尘的理化特性测定
粉尘的理化性质是指粉尘本身固有的各种物理、化学性质。
粉尘具有的与防尘技
术关系密切的特性有：
密度、粒径、分散度、接触角、安息角、湿润性、粘附性、爆炸性、荷
（带）电性、比电阻、凝并等。
运用全自动界面张力仪，测定粉尘表面及界面张力值，并进行分析。
原理：
铂金环浸入液体一定位置；被测液体玻璃器皿下降，铂金环与被测液体之
间的膜被
拉长，使铂金环受到一个向下的力，膜逐渐拉长，张力值逐渐增大，最大值
就是液体的实测张
力值P;通过传感器及电路处理自动显示出张力值
P；张力值P再乘以该液体的校正因子
F（取
决于实测张力值P，液体密度，铂金丝的半径及铂金环的
半径），即是液体的实际张力值
V,
即V=PXF。
步骤：
仪器调水平；
检查磁芯自由下垂、扭力丝张紧、杠秆臂水平；
打开电源稳定15
分钟；对于测表面张力，把
25度的试样倒入玻璃杯中20
?
25伽高，使铂金
环深入5
?
7伽处；
使被测液体下降最终测出最大值就是液体的实测表面张力值
P；计算出实际的张力值
V=PXF;
在该仪器中
rRdDCPF679.1）（01452.004534.07250.02）
运用接触角测定仪，测定出各种粉尘对固体的接触角，并进行计算与分析。
仪器的结构由三部
分组成：
1.显微镜及照明照相系统；2.仪器本体；3.电控箱。
仪器的工作原理：
测量方式：
液滴法、转落法、插入法等。
液滴法
：
1
.第一步先转动目镜中的两条十字线与液滴两侧相切；
2
.第二步使目镜
的圆心与液滴的顶点
A重合；
3
.转动目镜的十字线，使其中一条线通过液滴和试样
接点
E,
此线
和试样平面夹角为9/2。
步骤：
1.试验准备：
1）仪器及试样工作台找水平；2）固体试样置于工作台上，用弹簧片
压紧；
3）液体调整器抽取液体后装在支架上，旋转测微头在针头形成液滴；
4）上
下移工作台使液滴留在试样上；
5）水平移工作台使液滴在目镜中心；
6）按工作原理的方法读
取接触角
9
2.
试验测定：
显微镜的目镜视场中有固定分化板及可转动的十字分化板。
固定分化板
用来读液滴的直径和
高度，可转动的十字分化板用来测接触角；
2.取液滴圆弧的顶
点A
和
B
做连线，此线和试样平面的夹角为
92
；
1）先转动目镜中的两条十字线与液
滴两侧相切；
2）
工作台上移，使目镜中的圆心与液滴的顶点A重合；3）转动目镜的十字线，使其中一条线通
过液滴和试样节点B,此线和试样平面的夹角为92。
三、煤体注水设计，钻孔开口位置、倾角、长度、间距、封孔方法、超前距离、注水
时间等
?
煤层注水就是通过煤层中的钻孔将水压入尚未采落的煤体中，使水均匀地分布在煤体的无数细微裂隙和孔隙内达到预先湿润的目的，从而减少开采过程的煤尘生成量。
这是回采工作面积极有效的防尘措施，降尘率一般在60%?
90%。
按照注水钻孔的形
式，可分为长孔、短孔和深孔三种。
长孔一般平行于走向长壁工作面，由风巷或机巷
沿煤层打
俯斜或仰斜孔，孔深一般是工作面斜长的
1
/
3?
2/
3,
钻孔走向间距在
10?
20m
短孔和深孔都垂直于工作面布置。
短孔孔深
2m
左右，注一次水可供采一
个循环。
深孔孔深
10m
左右，注一次水可采一周。
3.1
注水方法
在这里，可以采用短孔煤壁注水方式，注水孔沿回采工作面煤壁布置，钻孔垂直于煤壁，等到
全部工序在准备班完成，两个循环注一次。
3.2注水参数
注水参数是指钻孔直径：
d=42mm等于炮眼直径，采用煤电钻打眼），钻孔长度是
L=2.5m,注水压力和注水速度分别是
1.0?
1.5Mpa和1.0?
1.5m3/h，钻孔间
距:
B=3m。
在注水时间上，我们可以选取
0.2h左右，这是在注水速度在1.5m3/h情况下。
3.3注水设备
该矿的采煤工作面我们可选用
XRB40/200
型乳化液泵和X4RX乳化液箱，公称流量40L/min，
公称压力20MP,注水时采用减压阀，压力
1.0?
1.5MP,每次注4?
5孑L。
具体设备有，中压钢
丝编织胶管30m钢制三通20
个,注水表DC-2/160标准的2个,水箱利用乳化液箱，容积
1OOOL或自制钢水箱，容积
1.0m3
大小
2个等。
3.4注意事项
1
、煤层注水的难易程度，以煤层的渗透系数、煤的空隙率、承压状态、坚固性系数
等衡量，
可分为易注水煤层，较易注水煤层，难注水煤层三类。
2
、钻孔的实际深度，由于煤层的赋存结构变化，倾向的稳定性，钻孔机械性能，施
工技术水
平等受到制约。
3
、注水的压力变化，注水时间，实际注水量等。
4、封孔的质量等。
根据国内外煤层注水经验，煤层注水效果好的话，降尘效果最为
显著，降
尘率达75-85%,所以，《煤矿安全规程》第154条［二］，明确规定：
采煤工作面应采取煤
层注水防尘措施”。
在日常生产中，为切实达到降尘的目的，必须抓
好煤层注水工作，做到采煤工作面
逢采必注，先注后采”。
对粉尘预防为主，后期治
理为辅。
3.5
结论分析
我们通过对该煤矿采煤煤层注水防尘技术的分析，知道注水防尘一方面可提高采煤层面的回采率，工效及产量，降低采煤工人的劳动强度。
另一方面可有效地降低煤矿井下采煤工作面的灾害事故，改善环境，提高工效，促进安全生产。
经过理论联系实际，具体得出以下结论。
1、煤层注水的钻孔布置和注水参数的合理确定，是影响煤层注水的关键因素；
2、煤层注水可使下风流10m处降尘率达80%；
3、有效地改善了煤体应力集中及支承压力和上覆岩层对煤体的影响，减少或防止了
冲击地压
的危害。
四、喷雾方案设计：
采煤机、液压支架顶梁及放煤口喷雾喷嘴布置
喷雾降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。
当矿尘被水湿
润后，尘
粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，附着性增强，矿尘就不易飞起。
在炮采
炮掘工作面放炮前
后洒水，不仅有降尘作用，而且还能消除炮烟、缩短通风时间。
煤
矿井下洒水，可采用人工洒
水或喷雾器洒水。
对于生产强度高、产尘量大的设备和地
点，还可设自
喷雾洒水是用水捕捉悬浮于空气中矿尘的技术措施。
喷雾洒水的工作机理是：
将压
力水通过喷雾器（又称喷嘴），在旋转或（及）冲击的作用下，使水流雾化成细微的
水滴喷射
于空气中；在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒
被湿润，在重力作用
下下沉；高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿
润下沉；将已沉落的尘粒湿润粘
结，使之不易飞扬。
影响喷雾洒水捕尘效率的主要
因素包括雾体的分散度、水滴与尘粒的相对
速度、水压、单位体积空气的耗水量、
粉尘的密度、空气含尘浓度和粉尘的湿润性等。
主要包
括采掘机械的内、外喷雾洒
水和井巷定点喷雾洒水。
掘进机喷雾分内外两种。
外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾则通过
掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬间将其抑制。
掘
进机的外喷雾采用高压喷雾时，高压喷嘴安装在掘进机截割臂上，启动高压泵的远程控制按钮
和喷雾开关均安装在掘进机司机操纵台上。
掘进机截割时，开动喷雾装置；掘进机停止工作时，
关闭喷雾装置。
在井下采掘工作面的采煤机、掘进机截割部、放顶煤工作面放煤口、液压支架产尘源、破
碎机等处以及运输系统中的煤仓、溜煤眼、翻车机、装车机、胶带翰送机、刮板输送机、转载
机等的转载点上均应设置喷雾防尘装置。
采掘工作面的外喷雾应采用由离压喷嘴构成的高压喷雾装置。
非标准喷雾装置设计时应根据下列原则确定喷嘴的型号和数量：
1能形成对尘源及粉尘扩散区的良好覆盖。
尘源覆盖面积，当缺乏资料时可取下列参考数值：
1）移架喷雾12?
16m2
2）放顶煤喷雾24?
36m2
3）溜煤眼4?
8m2
4）转载点4?
8m2
2喷雾强度可取2?
3L/（min?
m2。
3喷嘴位置不妨碍其他设备运行和操作。
喷雾喷嘴可固定安设，必要时也可米用能调整喷嘴方位的方式，但均必须米用刚性结构作为固
定喷嘴的构架，工作时必须稳定。
在下列地点应设置风流净化水幕：
1采煤工作面进回风顺槽靠近上下出口30m内;
2掘进工作面距迎头50m内；
3装煤点下风方向15?
25m处；
4胶带输送机巷道、刮板输送机顺槽及巷道；
5采区回风巷及承担运煤的进风巷；
6回风大巷、承担运煤的进风大巷及斜井。
水幕喷嘴的位置及喷射方向应满足下列规定：
1喷射方向宜逆风向；
2在有效射程内应使巷道整个断面被水雾充满；
3在2/3有效射程内不同喷嘴喷出的密实雾锥不发生交叉；
4喷嘴及管道的位置均不10/1710五、采煤机截割参数设计，截深、牵引速度由题意可知，
本工作面的开采方法为倾斜长臂采煤法，其工作面是水平的，回采巷道是沿煤层倾向开掘的巷
道。
一般情况下，在运输大巷以上的煤层仰斜开采，在运输大巷以下的煤层俯斜开采。
根据已
知条件，决定本工作面使用MG200/500系列电
牵引采煤机，根据煤层厚度的不同分几次开采。
其基本参数如下表所示：
得妨碍运输。
6.3.6工
截割高度（m）,煤层倾角
（°：
总功率（kW）:
截割功率（kW）:
牵引功率（kW）:
泵站功率（kW）:
电压等级（V）:
最大截割高度（mm）:
下切深度（mm）:
滚筒直径（mm）:
滚筒转速（r/min）:
截深（mm）:
摇臂长度（mm）:
机面高度（mm）:
摇臂摆动中心距（mm）:
调速方式：
牵引方式：
牵引力（kN）:
牵引速度（m/min）:
2.0~3.5,<18
498.5
2X200
2X40
18.5
1140
3320,3420,3520
308,408,508
1600,1800,2000
42.86,37.64,32.87
630,800
1982
~1420
7020
交流变频调速
齿轮销轨式
698~412,535/320
0~6/10,0~7.9/13.12
作面水幕应做到移动灵活方便。
重量（t）:
42
配套工作面输送机：
SGZ730,SGZ764,
SGZ830
5.1确定滚筒直径HD
式中：
a旋滚筒装煤效率，对于大直径滚筒，a=0.56?
0.59;
Hma—采高，计算时取最大采高，此处取Hmax=3.5m
则D=0.56X3.5=1.96m
计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。
根据上述计算参数，并结合
采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为1.80m,即1800mm
5.2确定滚筒截深
截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配
套。
为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m
到影响，但加大截深，会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤顶行程
截深过小，采煤机生产率受也要加大；同时也使采煤
机电机功率及运输机的输送能力加大。
为了顶板管理和劳动
组织的方便，截深应略小于液压支
架推移千斤顶的行程，
这样便于调整支架。
因此，
要综合权衡利弊，
选用合理截深。
本系列的采煤机的截深有：
630mm800mm两种。
根据本工作面生产能力，初步确定采煤机截
深为0.8m。
5.3
确定滚筒转速
类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。
采煤机滚筒转
速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况，目前大部分厂家的采煤机基本
都已匹配好的。
滚筒转速的取值：
直径为
1.8?
2.0m
的滚筒转速
n=30?
40r/min
。
大直径滚筒选
用低档转
速。
为防止碎煤抛过筒缘循环的转速，一般认为滚筒转速为
30?
50r/min
较适宜，目前滚筒转
速有降低的趋势。
根据上述所确定的采煤机滚筒直径为
1.8m，设计推荐滚筒转速为
30r/min
较
合适。
目前常用的截割速度=3?
5m/s,最好在4m/s左右。
过高将使煤尘增多，大大降低截齿的寿命。
60000nDVj
式中:
D――选定的滚筒直径，1800mm
n----选定的滚筒转速，30r/min。
则smVj/83.26000030180014.3
根据上述验算结果，截割速度为2.83m/s符合要求。
5.4采煤机允许的最大牵引速度
牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。
装机容量、移架速
度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑
厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。
随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8?
13m/min,国外有的采煤机牵引速度高达15?
20m/min。
采煤机最大牵引速度用下式计算：
1000）7.0（'maxmnlVq
式中：
----牵引速度，m/min；'maxqVn----滚筒转速，r/min;
m每条截线上的齿数，一般取1?
3;
l——滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿=65?
100mm镐型截齿=60?
80mm则：
min/8.31000）330607.0（'maxmVq
六、个体防护措施，个体防护措施内容和技术要求
6.1
个体防护措施
个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。
个体
防护的用具主要有防尘口罩、防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器等，其目的是使佩戴者能呼吸净
矿井要求所有接触粉尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是：
阻尘率高，
呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野，普通纱布口罩阻尘率低，呼吸阻力大，潮湿
后有不舒适的感觉，应避免使用。
防尘安全帽防治效果较好，它可以截留99沖上的粉尘。
此外
压风呼吸器是一种隔绝式的新型个人和集体呼吸的防护装置。
它利用的矿井压缩空气，在经离
心力作用脱去油雾和活性炭吸附过滤等净化过程后，经减压阀同时向多人均衡配气以供呼吸。
个体防护不可以也不能完全代替其他防尘技术措施。
鉴于目前绝大部分矿井尚未达到国家规定的卫生标准的情况，采取一定的个体防护措施是必要的。
6.2个体防护措施技术要求
个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体矿尘的最后一道措施。
因为
井下各生产环节虽然采取了一系列防尘措施，但仍会有少量微细矿尘悬浮于空气中，甚至个别
地点不能达到卫生标准，因此个体防护是防止矿尘对人体伤害的最后一道关卡。
矿井各掘进、
回采、运输、转载点及回风巷必须安设洒水装置，固定牢固、灵敏可靠、使用正常、防止煤尘
出去。
同时风速又不宜太高，以免粉尘二次扬起。
（1）矿井必须建立各级领导综合防尘齐抓共管责任制。
（2）按照《矿井综合防尘制度》严格要求，进一步完善矿井防尘系统，矿井主要运输
巷道、采区回风巷道、皮带斜井、皮带运输平巷、采区上下山、回采工作面上下巷、
掘进巷道、
溜煤眼及转载点等处，均要设置防尘管路，皮带运输巷必须间隔
50m设一
个三通，井下所有的转载点、装载点、卸载点，必须有完善的喷雾装置，采区进回风
道、主要进风大巷、进风井、回采工作面上下巷、掘进头必须有净化风流水幕，各区
队应配合
通风队维护使用好这些防尘设施，做到灵敏可靠，并对所辖巷道安周期冲尘。
（3）工作面回采前必须进行煤体注水（煤体自然水份大于4%经集团公司批准的可以不注），生产
科制定严格的验收考核制度，确保煤体注水工作的质量和效果，煤体注水
后煤的水份含量应至
少增加
1
个百分点。
（4）
采掘工作面必须实行湿式打眼，使用水炮泥，爆破前后
20m
范围内洒水灭尘。
在距
工作面
30?
50m
以内必须设置第一道净化水幕，第二道水幕距回风口不得超过
50m
水幕要挂牌管理。
（5）所有煤仓、溜煤眼要存放一定量的煤，不得放空
（6）锚喷作业必须采用潮料喷浆机或甩浆机、喷浆吸尘器、气流拌料机等措施降尘。
（7）区队要每周对所负责的巷道进行冲尘、清扫，以防煤尘堆积，并定期撒布岩粉，并每年对
大巷进行一次刷白。
（8）矿井所有接触粉尘作业人员必须配戴防尘口罩，并且定期更换。
（9）粉尘
升级会员 