李慧杰

（山西省晉城市蘭花科創(chuàng)伯方煤礦，山西 晉城048000）

0 概述

礦井粉塵是煤礦五大自然災(zāi)害之一，煤礦粉塵因其自身的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致其具有爆炸危險(xiǎn)性的同時(shí)，還具有減少儀器使用精度和壽命、降低生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)度以及導(dǎo)致長(zhǎng)期工作人員患職業(yè)病等危害。 現(xiàn)階段，隨著我國(guó)煤礦采掘機(jī)械化程度的不斷提高，礦塵的生成量也急劇上升，尤其是煤礦綜采放頂煤工作面，在割煤、放煤、移架的過(guò)程中，產(chǎn)生的粉塵量尤其嚴(yán)重，達(dá)到了3000-8000mg/m3，嚴(yán)重影響企業(yè)的安全高效開(kāi)采和職工身體健康，因此必須采取有效措施對(duì)煤礦粉塵進(jìn)行防治，本文主要針對(duì)綜放工作面幾種防塵技術(shù)方法進(jìn)行探討。

1 防塵技術(shù)方法

1.1 煤層注水防塵

煤層注水是煤礦應(yīng)用極為廣泛的綜合治理粉塵災(zāi)害的技術(shù)措施，也是經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明的降低采煤工作面粉塵含量最積極、最有效的手段。 它主要是在回采前預(yù)先在煤層中打若干鉆孔，通過(guò)注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，增加煤的水分和塵粒間的黏著力，降低煤的強(qiáng)度和脆度，減少采煤時(shí)煤塵的生成量。

圖1 除塵率與注水量的關(guān)系

圖2 除塵率與煤的水分增量的關(guān)系

（1）注水參數(shù)的影響

注水參數(shù)包括注水壓力、注水速度、注水量和注水時(shí)間等，其中注水量(圖1)或煤的水分增量(圖2)既是煤層注水效果的標(biāo)志，也是決定除塵率高低的重要因素。

（2）注水方式和選擇

a）短孔注水(圖3) 是在采煤工作面垂直煤壁，或與煤壁斜交打鉆孔，注水孔長(zhǎng)度1.5～2.5m。

圖3 短孔注水

保證當(dāng)天產(chǎn)量進(jìn)度，注水壓力低，工藝簡(jiǎn)單，濕潤(rùn)范圍小，易跑水，且鉆孔注水必須在準(zhǔn)備班進(jìn)行，容易與回采發(fā)生矛盾，對(duì)生產(chǎn)能力高的工作面不適用，注水效果一般。

b）深孔注水(圖4) 是在采煤工作面垂直煤壁打鉆孔，注水孔長(zhǎng)度5～25m。

圖4 深孔注水

保證2-6 工作日產(chǎn)量進(jìn)度，鉆孔數(shù)量少，濕潤(rùn)范圍大而且均勻，注水壓力高，注水工藝設(shè)備復(fù)雜，采煤循環(huán)中要有準(zhǔn)備班。

c）長(zhǎng)孔注水(圖5) 在工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷或只在進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷沿煤層打鉆孔，孔長(zhǎng)30～100m。

長(zhǎng)孔注水是一種先進(jìn)的注水方式，鉆孔能濕潤(rùn)較大區(qū)域的煤體，能獲得較長(zhǎng)的注水時(shí)間，煤體濕潤(rùn)均勻，注水與回采不相互干擾。 但是采掘接替緊張的礦井不適合用。

圖5 長(zhǎng)孔注水

另外，鉆孔的布置方式、注水系統(tǒng)、注水參數(shù)、注水超前于回采的距離和時(shí)間等必須根據(jù)工作面煤層的孔、裂隙發(fā)育程度、滲透性，節(jié)理面方向和工作面各種壓力帶分布情況等綜合進(jìn)行考慮，合理布置。

（3）煤層注水效果

從我國(guó)一些礦井采用各種注水方式的降塵率情況來(lái)看，短孔注水為40%-90%，長(zhǎng)孔注水為60%-90%。 另外煤層注水還能起到抑制瓦斯涌出， 降低工作面和回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛?，降低煤的硬度和緩和沖擊地壓等作用。

1.2 采煤機(jī)新型噴霧降塵

傳統(tǒng)采煤機(jī)內(nèi)噴霧常因噴嘴堵塞或系統(tǒng)漏水而不能正常使用；外噴霧常采用逆風(fēng)噴霧方式，降塵效果欠佳，且當(dāng)雙滾筒采煤機(jī)逆風(fēng)割煤時(shí)，因風(fēng)流受到采煤機(jī)的阻礙、前滾筒的高速旋轉(zhuǎn)和逆風(fēng)噴霧的原因，常在采煤機(jī)前端產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，致使大量的高濃度含塵氣流擴(kuò)散到采煤機(jī)司機(jī)作業(yè)空間，給司機(jī)和下風(fēng)流作業(yè)區(qū)的人員造成嚴(yán)重危害。

采用新型噴霧降塵主要是針對(duì)外噴霧存在的弊端，對(duì)噴嘴的安裝位置、數(shù)量、布置方式及霧流噴射方向等進(jìn)行改進(jìn)。如圖6 所示。

圖6 噴嘴布置示意圖

利用順風(fēng)噴霧引射的方法， 將大部分含塵風(fēng)流引向煤壁，迫使其沿煤壁側(cè)流動(dòng)，從而避免在采煤機(jī)前端產(chǎn)生渦流，使含塵氣流無(wú)法向采煤司機(jī)的工作區(qū)間和向人行道空間擴(kuò)散，提高降塵效果。 同時(shí)在引射噴霧和跟蹤噴霧的作用下，將污濁風(fēng)流中的粉塵降下來(lái)。

1.3 高壓噴霧負(fù)壓二次降塵新技術(shù)

高壓噴霧負(fù)壓二次降塵通過(guò)：（1）負(fù)壓吸塵。 高壓水霧從降塵裝置的前端噴出時(shí)，其周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)負(fù)壓場(chǎng)，可將采煤機(jī)端部及滾筒附近含塵濃度高的空氣吸入，并予以徹底凈化。 （2）高速霧氣流吸塵。 從降塵裝置前端噴出的高速霧氣流，從滾筒的斷面切過(guò)，能控制滾筒旋轉(zhuǎn)所形成的渦旋風(fēng)力場(chǎng)，使含塵濃度高的空氣被吸入高速霧氣流中。 （3）局部循環(huán)風(fēng)流形成，反復(fù)凈化風(fēng)流。

山東新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊煤礦使用高壓噴霧負(fù)壓二次降塵技術(shù)，圖7 所示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了“人走人道，塵走塵道”，圖8所示。

圖7 綜放面采煤機(jī)分體式負(fù)壓二次降塵裝置

圖8 高速霧障與負(fù)壓分布示意圖

分別多次測(cè)定各工序空氣中的全塵及呼吸性粉塵含量，結(jié)果如下表1：

表1 常規(guī)方法與負(fù)壓二次降塵技術(shù)粉塵濃度對(duì)比 單位：mg/m3

經(jīng)計(jì)算，采用負(fù)壓二次降塵后，采煤機(jī)司機(jī)處的平均粉塵濃度比采用常規(guī)措施時(shí)減少60.2 mg/m3，降低69.2%，采煤機(jī)落煤時(shí)平均粉塵濃度減少45 mg/m3，降低54.2%。

1.4 空氣幕防塵

空氣幕隔塵是一種氣幕隔斷阻塵，氣幕的作用相當(dāng)于在采煤工作面司機(jī)與煤壁側(cè)中間形成一道“無(wú)形透明屏障”，安裝在采煤機(jī)上，以阻止工作面采煤過(guò)程中粉塵向采煤機(jī)司機(jī)處擴(kuò)散， 尤其是阻止粒徑小于5μm 呼吸性粉塵向司機(jī)處擴(kuò)散。 這樣，在采煤機(jī)處，工作面風(fēng)流形成了用空氣隔斷的兩條風(fēng)道，一條是從氣幕到煤壁，一條是從氣幕到人行道，最終實(shí)現(xiàn)負(fù)壓二次降塵的效果，形成“人走人道，塵走塵道”，圖9 所示。

圖9 工作面空氣幕隔塵垂直布置及分區(qū)

表2 采煤機(jī)下風(fēng)流呼吸性粉塵濃度及降塵效率

氣幕隔塵技術(shù)盡管不是直接降塵，但對(duì)長(zhǎng)期工作在采煤工作面的采煤司機(jī)來(lái)說(shuō)的確有直接意義。 同時(shí)，由于氣幕的隔離作用，大量的粉塵被阻隔在靠煤壁側(cè)，有利于提高噴霧捕塵降塵的效率，從而降低工作面的粉塵濃度。

同樣在協(xié)莊煤礦進(jìn)行空氣幕降塵后，測(cè)量結(jié)果如表2。

2 結(jié)語(yǔ)

礦井粉塵治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)，它不僅影響到煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益，還關(guān)系到職工的身心健康等一系列問(wèn)題。目前,我國(guó)各大煤礦企業(yè)雖已采取各類(lèi)綜合防塵措施對(duì)綜放工作面的粉塵進(jìn)行綜合治理, 也取得了非常不錯(cuò)的效果, 但距保證職工作業(yè)空間煤塵含量的國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有不小差距。 因此，煤礦粉塵防治技術(shù)的研究工作依舊任重而道遠(yuǎn)。

［1］楊勝?gòu)?qiáng).粉塵防治理論及技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2009.

［2］張國(guó)樞,譚允禎,等.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.

［3］張永吉,等.煤層注水技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

［4］金國(guó)淼.除塵設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.