王海斌
(太原市南峪煤礦, 山西 太原 030054)
礦井粉塵(簡(jiǎn)稱礦塵)是指礦井在生產(chǎn)和建設(shè)過程中所產(chǎn)生的各種煤、巖微粒的總稱。
在煤礦生產(chǎn)過程中,各類打眼作業(yè)、炸藥爆破、采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)作業(yè)、頂板管理、礦物的裝載及運(yùn)輸?shù)?,各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生大量的礦塵。而不同礦井由于煤炭地質(zhì)條件賦存情況和物理性質(zhì)的不同,采掘方法、作業(yè)方式、機(jī)械化程度和通風(fēng)狀況的不同,礦塵的產(chǎn)生量有很大的差異。一般來(lái)講,在現(xiàn)有防塵技術(shù)措施的條件下,以采掘工作面產(chǎn)生的礦塵量為最多,約占全部礦塵的80%。其次,錨噴作業(yè)點(diǎn)產(chǎn)塵量占10%~15%,運(yùn)輸通風(fēng)巷道產(chǎn)塵量占5%~10%,其他作業(yè)地點(diǎn)占2%~5%。
(1)礦塵不僅污染作業(yè)環(huán)境,降低了生產(chǎn)場(chǎng)所的能見度,而且嚴(yán)重影響勞動(dòng)效率和操作安全,使工傷事故增多。
(2)對(duì)礦工的身體健康產(chǎn)生危害,長(zhǎng)期在含礦塵濃度較高的環(huán)境中作業(yè),吸入大量礦塵后引起身體器官的病變,輕者能引起呼吸道炎癥、慢性中毒和皮膚病,重者可導(dǎo)致塵肺病。
(3)礦塵中的煤塵,有的還具有燃燒爆炸性,在一定條件下可能發(fā)生爆炸,造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
(4)礦塵還會(huì)加速機(jī)械、電器設(shè)備的損壞,縮短精密儀器、儀表的使用壽命。
(1)煤塵本身具有爆炸危險(xiǎn)性。具有爆炸危險(xiǎn)性是煤塵發(fā)生爆炸的基本條件。煤塵是否具有爆炸性,主要取決于它的揮發(fā)分含量,揮發(fā)分含量大于10%的煤塵,一般都具有爆炸危險(xiǎn)性。
(2)一定濃度的浮游煤塵存在。具有爆炸危險(xiǎn)性的煤塵只有呈浮游狀態(tài)并達(dá)到一定濃度范圍,才能發(fā)生爆炸。
(3)高溫引爆火源的存在。煤塵爆炸還必須有足夠能量的熱源,煤塵云的著火溫度因其自然揮發(fā)分含量、粒度、濃度等的差異而不同,煤塵的引燃溫度在610~1 050℃之間,一般為700~800℃。在井下能引燃煤塵的高溫?zé)嵩从校哼`章爆破產(chǎn)生的火焰,電氣設(shè)備產(chǎn)生的電火花,架線電機(jī)車及電纜破壞時(shí)產(chǎn)生的電弧,各種機(jī)械強(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生的火花,瓦斯燃燒或爆炸,煤炭自燃和明火。
(1)產(chǎn)生高溫高壓。爆炸產(chǎn)生的熱量,可使爆炸地點(diǎn)的溫度高達(dá)2 000℃以上。煤塵爆炸的壓力為73 kPa,但是在有大量沉積煤塵的巷道中,爆炸壓力將隨著離開爆源距離的增加而跳躍式地增大。
(2)連續(xù)爆炸。由于煤塵爆炸的壓力波傳播速度快,能將巷道中的沉積煤塵揚(yáng)起,使巷道中煤塵濃度迅速達(dá)到爆炸范圍,當(dāng)落后于壓力波的火焰到達(dá)時(shí),就能再次發(fā)生爆炸。有時(shí)可如此反復(fù)多次,形成連續(xù)爆炸。
(3)產(chǎn)生大量的一氧化碳?xì)怏w。煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳,在災(zāi)區(qū)內(nèi)的濃度可達(dá)2%~3%,有時(shí)高達(dá)8%左右,煤塵爆炸事故中死于一氧化碳中毒的人數(shù)占死亡人數(shù)的70%~80%以上。
(1)煤的揮發(fā)性。一般情況下,煤塵的可燃揮發(fā)分越高,越易爆炸。因?yàn)槊簤m爆炸主要是在塵粒分解的可燃?xì)怏w中進(jìn)行的。
(2)煤的水分。煤中的水分具有減弱和阻礙爆炸的性質(zhì),因?yàn)槊褐兴謱?duì)塵粒起黏結(jié)作用,減少表面積,增大顆粒,降低飛揚(yáng)能力;煤中水分起吸熱、降溫阻燃作用。
(3)煤的灰分?;曳质遣蝗夹晕镔|(zhì),能吸收能量,阻擋熱輻射,破壞鏈反應(yīng),降低煤塵的爆炸性。只有灰分達(dá)到40%以上時(shí),爆炸性才會(huì)顯著下降。
(4)煤塵粒度。粒度對(duì)爆炸性有極大的影響。1mm以下粒徑煤塵都能參與爆炸,總的來(lái)說,煤塵粒度越小,表面積越大,受熱及氧化作用越快,加速了釋放可燃?xì)怏w,所以越易爆炸,且爆炸性強(qiáng)。煤塵粒度越小所需引燃溫度越低,且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇臁?/p>
(5)空氣中的瓦斯?jié)舛?。瓦斯是可燃?xì)怏w,當(dāng)其混入巷道空間時(shí),煤塵爆炸的下限濃度會(huì)降低。
(6)空氣中氧含量。井下空氣中氧含量低于17%時(shí),煤塵不能引燃而失去爆炸性。
(7)引爆熱源。引爆熱源的溫度越高,能量越大,越容易點(diǎn)燃煤塵云,煤塵初始爆炸強(qiáng)度也越大,溫度越低,能量越小,越難點(diǎn)燃煤塵云,即使能引起爆炸,初始爆炸強(qiáng)度也小。
2.4.1 綜合防塵措施
綜合防塵是防止煤塵達(dá)到爆炸濃度的根本措施。
(1)減少煤塵產(chǎn)生量的措施。在礦井生產(chǎn)過程中,采取各種技術(shù)措施,減少采掘作業(yè)時(shí)的粉塵發(fā)生量,是減少煤塵產(chǎn)生量的主要環(huán)節(jié),是礦井粉塵災(zāi)害防治工作中最為積極、有效的技術(shù)措施。主要包括:煤層注水、采空區(qū)灌水、改進(jìn)采掘械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行參數(shù)、濕式鑿巖、濕式打眼、爆破使用水炮泥、合理確定炮眼數(shù)目和裝藥量等。
(2)降塵措施。盡管采取了減塵措施,采、掘、運(yùn)等諸環(huán)節(jié)仍然會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵,這時(shí)就要采取各種降塵方法進(jìn)行外理,降塵措施是礦井綜合防塵工作的重要環(huán)節(jié)。措施主要包括各產(chǎn)生塵地點(diǎn)的噴霧灑水、采掘機(jī)械內(nèi)處高壓噴霧、爆破前后噴霧、支架噴霧、裝巖灑水、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧灑水、降塵器除塵、巷道風(fēng)流凈化水幕等。
通風(fēng)排塵。通過上述兩類措施所不能消除的粉塵要用礦井通風(fēng)的方法排出井外。礦井通風(fēng)是除塵措施中最根本的措施之一。①最低排塵風(fēng)速,能使呼吸性粉塵保持懸浮狀態(tài),并隨風(fēng)流流動(dòng)的最低風(fēng)速,當(dāng)巷道平均風(fēng)速為0.15m/s時(shí),能使呼吸性粉塵保持懸浮狀態(tài)并隨風(fēng)流動(dòng)。②最優(yōu)排塵風(fēng)速,能使粉塵降到最低濃度的風(fēng)速。一般認(rèn)為,掘進(jìn)工作面的最優(yōu)排塵風(fēng)速為0.4~0.7m/s;機(jī)械化采煤工作面,采取防塵措施后最優(yōu)排塵風(fēng)速為1.5~2m/s。③極限排塵風(fēng)速,能使已經(jīng)沉積的粉塵再次飛揚(yáng)起來(lái)的風(fēng)速。
定期處理巷道落塵。①?zèng)_洗巷幫。用水沖洗巷道周圍的沉積煤塵,防止煤塵飛揚(yáng)。②撒布巖粉。在巷道內(nèi)撒布惰性巖粉,增加煤塵的灰分,使煤塵失去爆炸性。③清掃積塵。對(duì)斜井、平峒、井底車場(chǎng)、運(yùn)輸巷道、石門以及各產(chǎn)生塵地點(diǎn),要根據(jù)煤塵的沉積情況進(jìn)行定期清掃,清掃的煤塵必須運(yùn)出井外。④噴灑黏塵劑,黏塵劑能將沉積煤塵徹底濕潤(rùn),使其失去飛揚(yáng)性。但當(dāng)煤塵過量,沉積黏塵劑就會(huì)失去濕潤(rùn)能力,這時(shí)需要重新噴灑黏塵劑。⑤刷漿。用石灰水摻少量水泥噴灑在巷道周圍使煤塵固定,避免煤塵飛揚(yáng)參與爆炸。
2.4.2 防止引爆煤塵
預(yù)防煤塵爆炸必須防止點(diǎn)燃火源的出現(xiàn),嚴(yán)格管理和限制生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的火源和熱源。
(1)加強(qiáng)明火管理,提高防火意識(shí)。嚴(yán)禁攜帶煙草、點(diǎn)火物品和穿化纖衣服入井;井下嚴(yán)禁使用電爐和燈泡取暖,不得從事電焊、氣焊等工作;新工人入井前,必須進(jìn)行防火、防爆的安全教育,提高他們的安全意識(shí)。
(2)嚴(yán)格爆破管理。在有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤層中,采掘工作面爆破都必須使用煤礦許用雷管和炸藥;使用合格的發(fā)爆器爆破;禁止使用閘刀開關(guān)等明電爆破;井下爆破工必須由專職爆破工擔(dān)任;爆破前必須充填好炮泥;嚴(yán)禁放明炮、糊炮、連環(huán)炮等。
(3)防止出現(xiàn)電火花。井下嚴(yán)禁帶電檢修、搬遷電氣設(shè)備及電纜、電線。井下供電應(yīng)做到:無(wú)“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭,有過電流和漏電保護(hù),有接地裝置;應(yīng)堅(jiān)持使用檢漏電器,堅(jiān)持使用煤電鉆綜合保護(hù),堅(jiān)持使用局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)電閉鎖。礦燈發(fā)放前應(yīng)保證完好,在井睛使用時(shí)嚴(yán)禁敲打、撞擊,發(fā)生故障時(shí)嚴(yán)禁拆開。
(4)防止摩擦和撞擊火花。隨著井睛機(jī)械化程度的日益提高,機(jī)械摩擦、沖擊引燃瓦斯煤塵的危險(xiǎn)性也相應(yīng)增加。
2.4.3 隔絕煤塵爆炸的措施
(1)撒布巖粉。巖粉是不燃性細(xì)散粉塵,撒布巖粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性巖粉,增加沉積煤塵的灰分,抑制煤塵爆炸的傳播。撒布的巖粉與煤塵混合,使不燃物含量大于80%,撒播巖粉的巷道長(zhǎng)度不小于300m。
(2)設(shè)置水棚。在巷道中靠近頂板處設(shè)置水棚,當(dāng)井下發(fā)生爆炸時(shí),爆風(fēng)壓力將水槽崩翻并破碎,水瞬間分散于巷道空間內(nèi),形成水霧,因水的比熱大,吸熱效果好,利于消滅火焰,而阻止煤塵爆炸火焰的傳播。
(3)自動(dòng)式隔爆棚。使用壓力或溫度傳感器,在爆炸發(fā)生時(shí),探測(cè)爆炸波的傳播,及時(shí)將預(yù)先放置的水、巖粉、氮?dú)狻⒍趸嫉葒姙⒌较锏乐?,從而達(dá)到自動(dòng)、準(zhǔn)確、可靠地?fù)錅绫ɑ鹧媾c防止爆炸蔓延的目的。
總之,隨著礦井采掘綜合機(jī)械化水平的提高,礦塵的發(fā)生量也大大增加。必須從思想上、管理上、裝備上高度認(rèn)識(shí)粉塵防治重要性,從源頭上根治粉塵,徹底改善勞動(dòng)工作環(huán)境,保護(hù)職工身心健康,促進(jìn)礦井和諧健康發(fā)展。