试论煤矿综合防尘技术措施

摘 要：文章论述了煤矿井下粉尘的危害，并对井下粉尘来源及特性进行了分析，针对性地提出了井下防尘、除尘及降尘措施。

关键词：防尘 危害 来源 除尘 降尘

中图分类号：F407.21

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2014）08-294-02

一、井下粉尘的危害

1.煤尘爆炸危害。煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；浮游在空气中的煤尘达到一定的浓度（最低浓度45g/m3）；有引起爆炸的热源存在，一般为610℃～1050℃。防止煤尘爆炸事故，就是要在后两个条件上加以预防。煤尘爆炸将会产生后果：（1）生成有害气体，煤尘爆炸后产生2%～4%的CO，其浓度高达8%，这是煤尘爆炸事故造成矿工大量中毒伤亡的主要原因。（2）产生高温，据测定，煤尘爆炸火焰的温度达1600℃～1900℃。煤尘爆炸时释放出来的热量，按理论计算在爆炸时产生的气体可达到2300℃～2500℃。（3）产生高压，煤尘爆炸的理论压力为750KPa，但在有大量沉积煤尘的巷道中，爆炸压力将随着距爆炸源的距离的增加而跳跃式地增加。在煤尘爆炸过程中，如遇到障碍物及巷道的拐弯或巷道的突变，爆炸压力将大幅度增加。尤其是煤尘连续爆炸时，第二次爆炸的理论压力为第一次爆炸压力的5～7倍。因此，煤尘爆炸的破坏性比瓦斯爆炸更为严重。

2.矿井粉尘对人体的危害。在煤矿生产过程中，会产生大量的粉尘粒子漂浮在生产环境的空气中，这部分粉尘称为生产性粉尘，也叫作全尘（总粉尘）。而全尘中将分为非呼吸性粉尘和呼吸性粉尘，前者粉尘粒粒径一般较大的部分很少能够进入人体内；而粒径较小的粉尘，能够比鼻腔等阻挡住，然后很快排出体外。呼吸性粉尘另一个名字叫可吸入性粉尘，又可以将粒径大小不同呼吸性粉尘分为胸部粉尘及呼吸性粉尘。这些粉粒进入人体后，胸部粉尘因为粒径相对较大会被阻留在上呼吸道的支气管区以上的不同部位，且这类大部分的粉尘还会受支气管绒毛的排外运动被排出体外。而呼吸性粉尘，由于粒径较小可随呼吸作用肺部，而少量进入肺泡的粉尘，能引发尘肺病的致病作用。由于井下作业工人长期在较高的粉尘浓度环境下作业，吸入呼吸性粉尘的量随接尘时间的增长而蓄积，当达到一定程度时肺部呈纤维化改变，即可发生尘肺病。尘肺病是一种职业病，目前国内外还没有根治尘肺病的方法，降低井下产尘地点的粉尘尤为关键。

二、井下粉尘的来源及特性

1.井下粉尘的来源。在井下安全生产过程中伴随煤、岩被破碎及矿体被运输过程中都会产生粉尘，主要是岩尘和煤尘。它是在矿井生产如打眼、爆破、切割、装载、落煤及运输和提升过程中，因煤岩被破碎而产生的。不同的矿井由于煤、岩地质等自然条件条件和采掘方法、作业方式、通风状况等开采条件的不同粉尘的生成量有很大的不同。但是一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游粉尘比例大致为：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5%～10%；其他作业点占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。我国煤矿大多数为井下开采，由于通风环境受到限制，生产环境中粉尘浓度比较高。

2.井下粉尘的特性。（1）随着粉尘的分散度的增大，其周围吸附的空气也会增多，氧气也相对会增多，能够促进粉尘的氧化进程。（2）粉尘周围薄薄地吸附着一层空气，这些空气能够阻碍粉尘与粉尘及浮尘与水滴之间的凝聚沉降。（3）采掘工作面产生的新鲜粉尘较回风道中的粉尘易带电。（4）细微岩尘由于表面积增大，岩尘中的游离二氧化硅很容易溶解于人体肺细胞中。

三、防尘措施

在井下安全生产过程中产生的粉尘随着风流的流动能够飘扬于巷道中及作业空间内，所以必须采取有效的综合防尘措施来降低井下巷道内的粉尘浓度，即针对每一道生产工序和环节的尘源采取一项和多项防治措施，以减少粉尘的产生量，降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘。

防尘的主要措施就想方设法降低采掘作业时的粉尘产生量，也是最为主动的、有效的防尘措施。根据生产实践，防尘措施主要包括以下几种：湿式凿岩、改进采掘机械结构及其运行参数减尘、使用水泡泥爆破、尘源封闭、安装捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如煤层注水）等。以上这些防尘措施是以预防为主的治本性措施，应在作业之前优先考虑使用。按照矿井的防尘技术，可将防尘措施分为以下几类：

1.湿式作业除尘降尘。方式包括湿式打眼、湿式凿岩、水泡泥爆破、预湿煤体、采空区注水等。（1）湿式打眼。湿式打眼就是在打眼作业中，将高压水通过钻杆中的管孔压入钻孔，以润湿、冲洗炮眼中的粉尘，使其变成尘浆流出炮眼，抑制扬尘。（2）湿式凿岩。湿式凿岩是利用风钻进行湿式凿岩，是国内外岩巷掘进行之有效的基本防尘方法。湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。（3）水泡泥爆破。水泡泥就是将充水的塑料袋作为炮泥充填在炮眼内，在炸药爆炸时水袋破裂，在高温高压及爆轰波的共同作用下，大部分水被汽化，然后重新凝结成极细的雾滴，同时这些雾滴与产生的粉尘相接触，将粉尘包裹或湿润进而起到降尘作用。水泡泥中若添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高降尘效率。此外，德国等西方国家已开始应用化学材料代替水泡泥中的水，这些材料大多具有较好的膨胀性能，爆炸时的封堵效果和降尘效果更好。（4）预湿煤体防尘。预湿煤体防尘主要方法就是在采掘煤体前预先往煤层注水，多年的防尘实践已证明，采煤工作面实施煤层注水是取得最佳防尘效果的根本措施。影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和空隙的状态，以及与其有关的其他因素。煤层的透水性能与煤的裂隙发育程度、裂隙宽度及裂隙方向有密切关系。煤层的多孔程度用孔隙率来表示，即孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。烟煤的透水性系数随孔隙率的增大而增大。对褐煤来说，虽然孔隙率高，但透水性系数却趋于零，因此，开采时常常不能注水。煤属于疏水性物质，与水不甚亲和。如果在水中添加湿润剂（表面活性剂），水的表面张力就会降低，从而提高对煤层的湿润能力及渗透系数。煤层注水方式按照孔的长短分为深孔、短孔和长孔三种；按照注水方式的不同又可分为静压注水和动压注水；按作用于注水水压大小分为三类：低压注水（Ps<2.5MPa～3.0MPa），中压注水（Ps=3.0MPa～15.0MPa），高压注水（Ps>10.0MPa～15.0MPa）。我国煤矿通常采用长钻孔、中压或低压注水方法，其优点是采煤和注水作业互不干扰，注水时间可按需要增加，一次湿润范围大而均匀。（5）采空区注水。采空区灌水预先湿润煤体防尘，是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中，将水灌入上一分层的采空区内，水在自重及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢深入下一分层的煤体中，使煤体得到湿润，减少下层开采时浮游粉尘的产生量。

2.个体防护。即使井下各安全生产环节采取了综合防尘措施，但是有时候各作业地点粉尘浓度也难以达到卫生标准。所以在此种情况下，特别是在强产尘源和个别不宜安装防尘设备条件下作业的人员，必须要佩戴个体防护用具。目前在井下企业配备的个人防护用具一般是各类的防尘口罩。

四、除尘降尘措施

各种除尘降尘措施是井下综合降低粉尘浓度的必要环节，目前通常的做法主要是对各产尘点的喷雾洒水，如放炮喷雾、支架喷雾、采煤机上内外喷雾、掘进机上内外喷雾、转载喷雾、装岩洒水及巷道净化水幕等。这些除尘降尘措施为该粉尘监控系统在粉尘浓度超出限制范围时所实施的处理措施提供了依据。

1.湿式除尘技术。目前国内最普遍采用的降尘除尘措施就是湿式除尘。一般情况下只要作业场所内的空气的相对湿度达到65%以上就能够在很大程度上降低粉尘浓度。水能润湿粉尘，特别是岩粉，当水将粉尘包裹后不仅能增加粉尘的体积，增加粉尘重量，一些细小的聚合体不断融合变成较大的聚合体，进而促使粉尘的加速下沉，并且湿润后降落的粉尘不易飞扬。湿式除尘方法不仅设备结构简单，使用方便、耐用，而且应用与维护费用低，除尘效果又很明显。不过湿式除尘技术增加了工作场所内空气的湿度，使在其内工作的职工体验不好。喷雾就是将压力水通过喷嘴使水体雾化成细散的水滴漂浮在空气中。其除尘降尘效果取决于这些被雾化的小水滴的分散度以及尘粒与水滴之间的相对速度。粗分散度雾体水滴大，水的数量少，尘粒与水滴相遇时，会因旋流而从水滴边缘绕过，不被捕获。过高分散度的雾体，水滴十分细小，容易汽化，捕尘效率也不高。一般水滴被雾化成10μm～15μm时，效果最佳。水滴与尘粒的相对速度越大，二者碰撞时的动能也越大，有利于冲破水的表面张力而将尘粒捕获。密度大的尘粒相对易于被水捕获。喷雾洒水除尘简单方便，被广泛用于采掘机械切割、爆破、装载、运输等生产过程中，缺点是对微细尘粒捕集效率低。雾体的分散度、作用范围和水滴运动速度，取决于喷雾器的构造、风速、水压和安装位置。应根据不同生产过程中产生的粉尘分散度选用合适的喷雾器，得到较好的除尘效果。我国矿山井下常用的喷雾器，按其动力可分为水力和风水联动（引射式）两类。

2.物理化学降尘技术。我国目前已经井下进行实验与应用的物理防尘方法主要有：水中添加降尘剂降尘，泡沫除尘及磁化水降尘除尘降尘等，通过增加混合液体与粉粒的亲和力，最大限度地将粉尘捕获，进而增强除尘降尘效果。（1）添加除尘剂除尘降尘。除尘剂的选择方法应能满足无毒、无臭，能完全溶于矿井防尘用水中，低温时不发生结冰现象，无沉淀或盐析现象，对金属无腐蚀，不延燃，成本低，运输方便等。一般低于降尘剂临界浓度时，水的表面张力降低幅度与降尘剂浓度呈急剧下降趋势，但超过此临界后则趋于稳定。（2）用泡沫除尘降尘。用泡沫体覆盖产尘地点使刚刚产生的粉尘湿润、粘附、聚集沉积从而失去悬浮飞扬的能力。泡沫除尘的方法效果比较好能够捕获大多数与之相遇的粉尘，对于那些直径比较小的粉尘效果更好。泡沫除尘的优点有以下几点：与普通的洒水降尘相比，可大大地减少用水量，一般能减少30%以上；除尘效率也比较高，相比用洒水降尘的方法捕获不亲水粉粒，这种方法能捕获90%以上的粉粒，效率比一般方法的提高33%～50%。（3）用磁化水除尘降尘。将水用磁化器处理后雾化，水体的表面张力能力及吸附能力都得到了提高，水珠粒径也变小了，这时候的水体润湿、吸附粉粒的效果更强了，从而提高了除尘降尘率。（4）用矿井通风及时排除粉尘。井下各产尘源在采用了综合防尘措施后，难免还会有一些粉尘进入到巷道空气中，这个时候就需要才用通风的方法将这些粉尘进行稀释排除，不然的话就会影响到接触职工的身体健康。采用通风的方法稀释排除粉尘最重要的就是风速的控制，一般情况下在干燥巷道中风速达到1.5m/s～4m/s时较好，在湿润巷道中风速稍高一点效果较好。目前在掘进过程中局部通风排尘方法对稀释降低巷道内粉尘浓度起着重要的作用。局部通风排尘方法可分为总风压通风、扩散通风、引射器通风及局部通风等四种方法。

五、结束语

煤矿粉尘危害的防治工作是一个长期、复杂、艰巨的任务，要坚持“以人为本、预防为主、综合治理”的方针，采用通风除尘、喷雾洒水、煤层注水、抽尘净化、个体防护等防降尘措施相结合进行综合治理。同时，要学习和借鉴国外防尘的先进技术和经验，发展适合我国的新型技术，为矿工建立安全、清洁的作业环境，适应新形势下煤炭工业的发展。

参考文献：

[1] 张楼生.煤矿井下粉尘危害的防治.中小企业管理与科技（上旬刊），2010（7）

（作者单位：山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭矿 山西运城 044000）

（责编：贾伟）