試論煤礦綜合防塵技術措施

●于斌

試論煤礦綜合防塵技術措施

●于斌

文章論述了煤礦井下粉塵的危害，并對井下粉塵來源及特性進行了分析，針對性地提出了井下防塵、除塵及降塵措施。

防塵 危害來源 除塵 降塵

一、井下粉塵的危害

1.煤塵爆炸危害。煤塵爆炸必須同時具備三個條件:煤塵本身具有爆炸性；浮游在空氣中的煤塵達到一定的濃度(最低濃度45g/m3)；有引起爆炸的熱源存在，一般為610℃～1050℃。防止煤塵爆炸事故，就是要在后兩個條件上加以預防。煤塵爆炸將會產生后果:（1）生成有害氣體，煤塵爆炸后產生2%～4%的CO，其濃度高達8%，這是煤塵爆炸事故造成礦工大量中毒傷亡的主要原因。（2）產生高溫，據測定，煤塵爆炸火焰的溫度達1600℃～1900℃。煤塵爆炸時釋放出來的熱量，按理論計算在爆炸時產生的氣體可達到2300℃～2500℃。（3）產生高壓，煤塵爆炸的理論壓力為750KPa，但在有大量沉積煤塵的巷道中，爆炸壓力將隨著距爆炸源的距離的增加而跳躍式地增加。在煤塵爆炸過程中，如遇到障礙物及巷道的拐彎或巷道的突變，爆炸壓力將大幅度增加。尤其是煤塵連續爆炸時，第二次爆炸的理論壓力為第一次爆炸壓力的5～7倍。因此，煤塵爆炸的破壞性比瓦斯爆炸更為嚴重。

2.礦井粉塵對人體的危害。在煤礦生產過程中，會產生大量的粉塵粒子漂浮在生產環境的空氣中，這部分粉塵稱為生產性粉塵，也叫作全塵（總粉塵）。而全塵中將分為非呼吸性粉塵和呼吸性粉塵，前者粉塵粒粒徑一般較大的部分很少能夠進入人體內；而粒徑較小的粉塵，能夠比鼻腔等阻擋住，然后很快排出體外。呼吸性粉塵另一個名字叫可吸入性粉塵，又可以將粒徑大小不同呼吸性粉塵分為胸部粉塵及呼吸性粉塵。這些粉粒進入人體后，胸部粉塵因為粒徑相對較大會被阻留在上呼吸道的支氣管區以上的不同部位，且這類大部分的粉塵還會受支氣管絨毛的排外運動被排出體外。而呼吸性粉塵，由于粒徑較小可隨呼吸作用肺部，而少量進入肺泡的粉塵，能引發塵肺病的致病作用。由于井下作業工人長期在較高的粉塵濃度環境下作業，吸入呼吸性粉塵的量隨接塵時間的增長而蓄積，當達到一定程度時肺部呈纖維化改變，即可發生塵肺病。塵肺病是一種職業病，目前國內外還沒有根治塵肺病的方法，降低井下產塵地點的粉塵尤為關鍵。

二、井下粉塵的來源及特性

1.井下粉塵的來源。在井下安全生產過程中伴隨煤、巖被破碎及礦體被運輸過程中都會產生粉塵，主要是巖塵和煤塵。它是在礦井生產如打眼、爆破、切割、裝載、落煤及運輸和提升過程中，因煤巖被破碎而產生的。不同的礦井由于煤、巖地質等自然條件條件和采掘方法、作業方式、通風狀況等開采條件的不同粉塵的生成量有很大的不同。但是一般來說，在現有防塵技術措施的條件下，各生產環節產生的浮游粉塵比例大致為：采煤工作面產塵量占45%～80%；掘進工作面產塵量占20%～38%；錨噴作業點產塵量占5%～10%；其他作業點占2%～5%，各作業點隨機械化程度的提高，礦塵的生成量也將增大。我國煤礦大多數為井下開采，由于通風環境受到限制，生產環境中粉塵濃度比較高。

2.井下粉塵的特性。（1）隨著粉塵的分散度的增大，其周圍吸附的空氣也會增多，氧氣也相對會增多，能夠促進粉塵的氧化進程。（2）粉塵周圍薄薄地吸附著一層空氣，這些空氣能夠阻礙粉塵與粉塵及浮塵與水滴之間的凝聚沉降。（3）采掘工作面產生的新鮮粉塵較回風道中的粉塵易帶電。（4）細微巖塵由于表面積增大，巖塵中的游離二氧化硅很容易溶解于人體肺細胞中。

三、防塵措施

在井下安全生產過程中產生的粉塵隨著風流的流動能夠飄揚于巷道中及作業空間內，所以必須采取有效的綜合防塵措施來降低井下巷道內的粉塵濃度，即針對每一道生產工序和環節的塵源采取一項和多項防治措施，以減少粉塵的產生量，降低作業環境的粉塵濃度和防止工人吸入粉塵。

防塵的主要措施就想方設法降低采掘作業時的粉塵產生量，也是最為主動的、有效的防塵措施。根據生產實踐，防塵措施主要包括以下幾種：濕式鑿巖、改進采掘機械結構及其運行參數減塵、使用水泡泥爆破、塵源封閉、安裝捕塵罩以及預濕煤體減塵措施（如煤層注水）等。以上這些防塵措施是以預防為主的治本性措施，應在作業之前優先考慮使用。按照礦井的防塵技術，可將防塵措施分為以下幾類：

1.濕式作業除塵降塵。方式包括濕式打眼、濕式鑿巖、水泡泥爆破、預濕煤體、采空區注水等。（1）濕式打眼。濕式打眼就是在打眼作業中，將高壓水通過鉆桿中的管孔壓入鉆孔，以潤濕、沖洗炮眼中的粉塵，使其變成塵漿流出炮眼，抑制揚塵。（2）濕式鑿巖。濕式鑿巖是利用風鉆進行濕式鑿巖，是國內外巖巷掘進行之有效的基本防塵方法。濕式鑿巖有中心供水和旁側供水兩種供水方式。（3）水泡泥爆破。水泡泥就是將充水的塑料袋作為炮泥充填在炮眼內，在炸藥爆炸時水袋破裂，在高溫高壓及爆轟波的共同作用下，大部分水被汽化，然后重新凝結成極細的霧滴，同時這些霧滴與產生的粉塵相接觸，將粉塵包裹或濕潤進而起到降塵作用。水泡泥中若添加濕潤劑、黏塵劑等物質，可大大提高降塵效率。此外，德國等西方國家已開始應用化學材料代替水泡泥中的水，這些材料大多具有較好的膨脹性能，爆炸時的封堵效果和降塵效果更好。（4）預濕煤體防塵。預濕煤體防塵主要方法就是在采掘煤體前預先往煤層注水，多年的防塵實踐已證明，采煤工作面實施煤層注水是取得最佳防塵效果的根本措施。影響水在煤層中滲透的因素主要是煤的裂隙和空隙的狀態，以及與其有關的其他因素。煤層的透水性能與煤的裂隙發育程度、裂隙寬度及裂隙方向有密切關系。煤層的多孔程度用孔隙率來表示，即孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。煙煤的透水性系數隨孔隙率的增大而增大。對褐煤來說，雖然孔隙率高，但透水性系數卻趨于零，因此，開采時常常不能注水。煤屬于疏水性物質，與水不甚親和。如果在水中添加濕潤劑（表面活性劑），水的表面張力就會降低，從而提高對煤層的濕潤能力及滲透系數。煤層注水方式按照孔的長短分為深孔、短孔和長孔三種；按照注水方式的不同又可分為靜壓注水和動壓注水；按作用于注水水壓大小分為三類：低壓注水（Ps＜2.5MPa～3.0MPa），中壓注水（Ps＝3.0MPa～15.0MPa），高壓注水（Ps＞10.0MPa～15.0MPa）。我國煤礦通常采用長鉆孔、中壓或低壓注水方法，其優點是采煤和注水作業互不干擾，注水時間可按需要增加，一次濕潤范圍大而均勻。（5）采空區注水。采空區灌水預先濕潤煤體防塵，是在采用下行陷落法分層開采厚煤層過程中，將水灌入上一分層的采空區內，水在自重及煤體孔隙的毛細管力作用下緩慢深入下一分層的煤體中，使煤體得到濕潤，減少下層開采時浮游粉塵的產生量。

2.個體防護。即使井下各安全生產環節采取了綜合防塵措施，但是有時候各作業地點粉塵濃度也難以達到衛生標準。所以在此種情況下，特別是在強產塵源和個別不宜安裝防塵設備條件下作業的人員，必須要佩戴個體防護用具。目前在井下企業配備的個人防護用具一般是各類的防塵口罩。

四、除塵降塵措施

各種除塵降塵措施是井下綜合降低粉塵濃度的必要環節，目前通常的做法主要是對各產塵點的噴霧灑水，如放炮噴霧、支架噴霧、采煤機上內外噴霧、掘進機上內外噴霧、轉載噴霧、裝巖灑水及巷道凈化水幕等。這些除塵降塵措施為該粉塵監控系統在粉塵濃度超出限制范圍時所實施的處理措施提供了依據。

1.濕式除塵技術。目前國內最普遍采用的降塵除塵措施就是濕式除塵。一般情況下只要作業場所內的空氣的相對濕度達到65%以上就能夠在很大程度上降低粉塵濃度。水能潤濕粉塵，特別是巖粉，當水將粉塵包裹后不僅能增加粉塵的體積，增加粉塵重量，一些細小的聚合體不斷融合變成較大的聚合體，進而促使粉塵的加速下沉，并且濕潤后降落的粉塵不易飛揚。濕式除塵方法不僅設備結構簡單，使用方便、耐用，而且應用與維護費用低，除塵效果又很明顯。不過濕式除塵技術增加了工作場所內空氣的濕度，使在其內工作的職工體驗不好。噴霧就是將壓力水通過噴嘴使水體霧化成細散的水滴漂浮在空氣中。其除塵降塵效果取決于這些被霧化的小水滴的分散度以及塵粒與水滴之間的相對速度。粗分散度霧體水滴大，水的數量少，塵粒與水滴相遇時，會因旋流而從水滴邊緣繞過，不被捕獲。過高分散度的霧體，水滴十分細小，容易汽化，捕塵效率也不高。一般水滴被霧化成10μm～15μm時，效果最佳。水滴與塵粒的相對速度越大，二者碰撞時的動能也越大，有利于沖破水的表面張力而將塵粒捕獲。密度大的塵粒相對易于被水捕獲。噴霧灑水除塵簡單方便，被廣泛用于采掘機械切割、爆破、裝載、運輸等生產過程中，缺點是對微細塵粒捕集效率低。霧體的分散度、作用范圍和水滴運動速度，取決于噴霧器的構造、風速、水壓和安裝位置。應根據不同生產過程中產生的粉塵分散度選用合適的噴霧器，得到較好的除塵效果。我國礦山井下常用的噴霧器，按其動力可分為水力和風水聯動（引射式）兩類。

2.物理化學降塵技術。我國目前已經井下進行實驗與應用的物理防塵方法主要有：水中添加降塵劑降塵，泡沫除塵及磁化水降塵除塵降塵等，通過增加混合液體與粉粒的親和力，最大限度地將粉塵捕獲，進而增強除塵降塵效果。（1）添加除塵劑除塵降塵。除塵劑的選擇方法應能滿足無毒、無臭，能完全溶于礦井防塵用水中，低溫時不發生結冰現象，無沉淀或鹽析現象，對金屬無腐蝕，不延燃，成本低，運輸方便等。一般低于降塵劑臨界濃度時，水的表面張力降低幅度與降塵劑濃度呈急劇下降趨勢，但超過此臨界后則趨于穩定。（2）用泡沫除塵降塵。用泡沫體覆蓋產塵地點使剛剛產生的粉塵濕潤、粘附、聚集沉積從而失去懸浮飛揚的能力。泡沫除塵的方法效果比較好能夠捕獲大多數與之相遇的粉塵，對于那些直徑比較小的粉塵效果更好。泡沫除塵的優點有以下幾點：與普通的灑水降塵相比，可大大地減少用水量，一般能減少30%以上；除塵效率也比較高，相比用灑水降塵的方法捕獲不親水粉粒，這種方法能捕獲90%以上的粉粒，效率比一般方法的提高33%～50%。（3）用磁化水除塵降塵。將水用磁化器處理后霧化，水體的表面張力能力及吸附能力都得到了提高，水珠粒徑也變小了，這時候的水體潤濕、吸附粉粒的效果更強了，從而提高了除塵降塵率。（4）用礦井通風及時排除粉塵。井下各產塵源在采用了綜合防塵措施后，難免還會有一些粉塵進入到巷道空氣中，這個時候就需要才用通風的方法將這些粉塵進行稀釋排除，不然的話就會影響到接觸職工的身體健康。采用通風的方法稀釋排除粉塵最重要的就是風速的控制，一般情況下在干燥巷道中風速達到1.5m/s～4m/s時較好，在濕潤巷道中風速稍高一點效果較好。目前在掘進過程中局部通風排塵方法對稀釋降低巷道內粉塵濃度起著重要的作用。局部通風排塵方法可分為總風壓通風、擴散通風、引射器通風及局部通風等四種方法。

五、結束語

煤礦粉塵危害的防治工作是一個長期、復雜、艱巨的任務，要堅持“以人為本、預防為主、綜合治理”的方針，采用通風除塵、噴霧灑水、煤層注水、抽塵凈化、個體防護等防降塵措施相結合進行綜合治理。同時，要學習和借鑒國外防塵的先進技術和經驗，發展適合我國的新型技術，為礦工建立安全、清潔的作業環境，適應新形勢下煤炭工業的發展。

[1]張樓生.煤礦井下粉塵危害的防治.中小企業管理與科技（上旬刊），2010（7）

（作者單位：山西中煤華晉能源有限責任公司王家嶺礦 山西運城 044000）

（責編：賈偉）

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1004-4914（2014）08-294-02