煤礦井下粉塵的解決途徑探討

程政

（鄭州華轅煤業有限公司，河南 鄭州 450000）

1 煤礦井下粉塵的性質

煤礦井下粉塵是在煤礦井下生產過程中產生的微細煤塵和巖塵的總稱。煤礦井下粉塵具有如下特性：

(1)粉塵表面會吸附一層空氣薄膜，阻礙粉塵的凝聚沉降；(2)細微巖塵粒徑小、表面積大，其中游離二氧化硅容易溶解于人體肺細胞中；(3)采掘工作面產生的新鮮粉塵容易帶電。

2 煤礦井下粉塵的危害

由于粉塵具有的這些特性，決定了它會產生以下危害：

(1)引起塵肺病：長時間吸5μm以下的粉塵，就會引起肺組織纖維增生，即塵肺病，是煤礦行業中最主要的職業病。嚴重的塵肺病還可能發展為肺心病，有很高的死亡率。據統計，目前全國國有重點煤礦職工平均塵肺病患病率為6.33%，比西方發達國家高出約5%。塵肺病患者累計達20余萬人，占全國塵肺病患者的一半。每年塵肺病患者死亡人數是煤礦工傷死亡人數的5倍，并且每年以4000～5000人的速度遞增。而在地方國有煤礦和私人煤礦，患病的比例和人數還要高的多。

(2)降低現場可見度：粉塵濃度過大會影響工作人員的視線，長時間停留在高粉塵濃度工作面會造成視力衰退，不僅會妨礙正常的生產，降低采煤的工作效率，還會可能會造成生產事故。

(3)煤塵爆炸：煤塵爆炸的下限濃度為45g/m3；上限濃度為 2000g/m3；濃度為 300g/m3左右時煤塵的爆炸力最強。雖然井下煤塵很少能達到這個濃度，但局部空間粉塵濃度過高仍會引起爆炸，也會增加瓦斯爆炸的危險性。而一旦發生煤塵爆炸，就會造成人員大量傷亡，設備嚴重損壞，同時爆炸時產生的高溫、高壓和沖擊波甚至會毀壞整個礦井，其后果不堪設想。

(4)容易自燃：由于粒徑小使煤塵自由表面能增加，從而提高了其化學活性和氧化產熱能力。當氧化反應產生的熱量不能及時散發時，就會使反應自動加速，最終導致燃燒的發生。根據自燃溫度將可燃性粉塵分為兩大類：第一類粉塵的自燃溫度高于周圍環境的溫度，只有在加熱時才能引起燃燒；另一類粉塵的自燃溫度低于周圍環境的溫度，即使不加熱也會引起自燃。這種鈿小的煤塵顆粒漂浮在巷道中或者過多的沉積就會有自燃可能，極易形成火災。

3 煤礦井下工作面高效除坐的新技術

在目前綜采工作面常用耪坐措施主要有：通風降塵、煤層注水、噴霧除塵、除坐器除塵等。但隨著工作面機械化程度的提高，粉塵濃度也增大，傳統的除塵措施己經不能達到煤礦井下防塵的要求，于是產生了一些高效的除塵技術：吸塵滾筒、負壓降塵、風水噴霧、泡沫除塵、磁化水降塵、聲波霧化降塵、預荷電噴霧降塵、高壓噴霧除塵等等，其除塵效果較好，但技術還不成熟，需要進一步的試驗、研究。

(1)吸塵滾筒：吸塵滾筒是根據高壓水射流的引射效應原理，將小型引射器均勻布置在滾筒軸附近的圓周上，當水從噴嘴噴出時，含塵風流通過引射器沿滾筒向工作面采空區方向運動。粉塵通過引射器時被噴霧液滴濕潤，碰上反射板最終沉降下來。部份凈化后的空氣再返回到工作面一側被重復利用，剩余的空氣被風流帶走。與通常的采煤機內外噴霧相比，吸塵滾筒的降塵效率可提高到60%~80%。這是一種從根本上減少產塵量的防塵技術，但只是在英國和美國等發達國家得到了廣泛應用。

(2)負壓降塵：負壓降塵是用高壓水經細小孔噴嘴高速噴出，與空氣碰撞霧化，形成氣、液兩相流，通過引射風筒時產生負壓，從而將風筒吸口外的空氣和粉塵吸入，粉塵在風筒中被水霧潤濕，相互凝結，最后撞擊到擋板被水沖刷下來。這種方法設備體積小，易于在機組安裝，不易損壞，但是需要高壓水和氣，除塵效率不高，通常需要與采煤機內外噴霧配合使用。

(3)氣水噴霧：使用氣水噴嘴噴霧，即將壓力水經過導水芯螺旋上升，形成很大的離心力，以實心圓錐體的形狀向外噴射水霧。與此同時，壓縮空氣以一種高速氣流的形式從調定環間隙中噴出，氣和水在這里進行交叉混合，由于風速遠遠大于水速，氣流對水產生切割分離作用，使水進一步霧化形成細微顆粒，風的動力作用還可以使霧粒的運動速度提高，從而提高了液滴捕捉粉塵的機率。這種噴霧方法霧粒細，速度高，控制范圍廣，對呼吸性粉塵有較好的沉降效果，且可以起到引導風流，隔離煤塵作用。其缺點是需要同時向采煤機供給壓力水和氣，不易實現。

(4)泡沫除塵：泡沫除塵是將泡沫除塵劑與水按照一定比例混合，用發泡器產生大量泡沫，通過將泡沫噴灑到空氣中覆蓋塵源來捕集塵粒，起到降塵的作用。它可以捕集所有與泡沫接觸的粉塵，對呼吸性粉塵有很強的凝聚能力。但是一般應用在轉載點、卸料口，以及爆破、鑿巖中，設備也較為復雜，還需要添加藥劑，井下應用有很大局限性，較少在綜采工作面應用。

(5)磁化水降塵：磁化水降塵是用物理方法改變水的性質，使水的霧化效果和捕塵能力增大，是一種簡單而有效的方法。水經過磁化處理后，成為磁化水，由于粘度、表面張力降低，吸附、溶解能力增強，致使霧化程度得到提高，增大了水滴捕捉粉塵的機率。該方法只需要安裝磁化器、霧化器和過濾器一體的高效磁化噴嘴，可以與內外噴霧等方法一起使用。磁化水能夠達到的降塵效率十分有限，對于呼吸性粉塵，其降塵率可以比清水提高14%左右。

(6)聲波霧化降塵：聲波霧化降塵裝置主要由聲波霧化噴嘴、隔音防塵罩、水管、壓氣管、閥門等組成。適當開啟水閥和壓氣閥后，由壓氣驅動的聲波霧化噴嘴的聲波發生器產生高頻高能聲波，噴出的水霧在聲波作用下被二次化成細霧粒。這些液滴粒度很小，密集度大，同時噴霧區域內有強烈的空氣振動，增大了霧粒和塵粒的碰撞機率和凝聚效果，從而達到高效降塵之目的。它對總粉塵的降塵率可達90%以上，呼吸性粉塵降塵率達80%以上，其缺點是液滴的動能小，容易被風流吹散蒸發，多應用于封閉的塵源降塵，在綜采工作面的除塵效率低于高壓噴霧除塵，且設備復雜、造價高。

(7)預荷電噴霧降塵：由于井下大部分煤塵帶有電荷，如果讓水霧帶有極性相反的電荷，就可以充分利用靜電力，用荷電液滴作為捕塵體，增加其捕集的塵粒，從而提高水霧對粉塵的捕獲效果。預荷電噴霧尤其適于微細粉塵的防治，其關鍵是如何使霧滴帶有足夠的荷電，在井下應用不多。

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