程政
(鄭州華轅煤業(yè)有限公司,河南 鄭州 450000)
煤礦井下粉塵是在煤礦井下生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(chǎn)生的新鮮粉塵容易帶電。
由于粉塵具有的這些特性,決定了它會產(chǎn)生以下危害:
(1)引起塵肺?。洪L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(yè)中最主要的職業(yè)病。嚴重的塵肺病還可能發(fā)展為肺心病,有很高的死亡率。據(jù)統(tǒng)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(fā)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(shù)是煤礦工傷死亡人數(shù)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(shù)還要高的多。
(2)降低現(xiàn)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(chǎn),降低采煤的工作效率,還會可能會造成生產(chǎn)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(fā)生煤塵爆炸,就會造成人員大量傷亡,設(shè)備嚴重損壞,同時爆炸時產(chǎn)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(shè)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(chǎn)熱能力。當氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)時,就會使反應(yīng)自動加速,最終導(dǎo)致燃燒的發(fā)生。根據(jù)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(huán)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(huán)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(zāi)。
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(tǒng)的除塵措施己經(jīng)不能達到煤礦井下防塵的要求,于是產(chǎn)生了一些高效的除塵技術(shù):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(yù)荷電噴霧降塵、高壓噴霧除塵等等,其除塵效果較好,但技術(shù)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(jù)高壓水射流的引射效應(yīng)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(qū)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(cè)被重復(fù)利用,剩余的空氣被風流帶走。與通常的采煤機內(nèi)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(chǎn)塵量的防塵技術(shù),但只是在英國和美國等發(fā)達國家得到了廣泛應(yīng)用。
(2)負壓降塵:負壓降塵是用高壓水經(jīng)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(chǎn)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(jié),最后撞擊到擋板被水沖刷下來。這種方法設(shè)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(nèi)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(jīng)過導(dǎo)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(diào)定環(huán)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(chǎn)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(dǎo)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(xiàn)。
(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(fā)泡器產(chǎn)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(yīng)用在轉(zhuǎn)載點、卸料口,以及爆破、鑿巖中,設(shè)備也較為復(fù)雜,還需要添加藥劑,井下應(yīng)用有很大局限性,較少在綜采工作面應(yīng)用。
(5)磁化水降塵:磁化水降塵是用物理方法改變水的性質(zhì),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(jīng)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(nèi)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(qū)動的聲波霧化噴嘴的聲波發(fā)生器產(chǎn)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(qū)域內(nèi)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(fā),多應(yīng)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(shè)備復(fù)雜、造價高。
(7)預(yù)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(yù)荷電噴霧尤其適于微細粉塵的防治,其關(guān)鍵是如何使霧滴帶有足夠的荷電,在井下應(yīng)用不多。
[1]喬志峰.副縣長談礦難為何成了“表揚帝”[J].湖北教育(領(lǐng)導(dǎo)科學論壇),2011,(01):75
[2]牟學鵬.基于EPA的帶式輸送機故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[M].承德石油高等??茖W校學報,2011,(02):46-48,60
[3]郭俊娥.隧道煤系地層施工技術(shù)[M].太原城市職業(yè)技術(shù)學院學報,2011,(07):180-181
[4]既要發(fā)展經(jīng)濟又要保護環(huán)境——山西新元煤炭有限責任公司側(cè)記[J].環(huán)境教育,2011,(09):98.