李志紅+梁立勛+卓軍

摘 要：文章針對(duì)礦井粉塵污染環(huán)境、危害人體健康、加速儀器磨損以及容易誘發(fā)粉塵爆炸事故等系統(tǒng)問題，詳細(xì)介紹了礦井粉塵的分類、產(chǎn)生、特性及危害，簡(jiǎn)要總結(jié)了礦井粉塵的六種防控技術(shù)和礦井不同產(chǎn)塵點(diǎn)的防塵措施，為礦井粉塵治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井粉塵；煤塵爆炸；粉塵防治；煤塵爆炸

前言

礦井在開采、生產(chǎn)作業(yè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，一方面，礦井粉塵對(duì)作業(yè)人員身體健康造成嚴(yán)重影響，根據(jù)2010年全國(guó)職業(yè)病統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，2010年全國(guó)累計(jì)報(bào)告職業(yè)病749970例，其中累計(jì)報(bào)告塵肺病676541例，死亡149110例；每年有約2.3萬人患上塵肺病，而在所有因各種礦塵引起的塵肺病中，煤礦工人占到的比例最高，以2013年為例，占2013年全國(guó)職業(yè)病例的87.72%[2]。另一方面，高濃度粉塵對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境污染嚴(yán)重，降低作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能見度，增加安全威脅，同時(shí)高濃度粉塵加速機(jī)械設(shè)備磨損，縮短機(jī)械設(shè)備的使用壽命；甚至誘發(fā)粉塵爆炸事故。因此，加強(qiáng)礦井粉塵危害的認(rèn)識(shí)和防治，采取有針對(duì)性的防塵、降塵技術(shù)措施，對(duì)確保從業(yè)人員生命健康和預(yù)防事故的發(fā)生尤為重要。

1 煤礦粉塵危害

煤礦粉塵具有的分散度、吸濕性、爆炸等特性決定了其危害性：污染作業(yè)環(huán)境，嚴(yán)重危害作業(yè)人員身體健康，引起塵肺病等；高濃度粉塵能加速機(jī)械磨損，縮短精密儀器的使用壽命；降低作業(yè)場(chǎng)所能見度，增加工傷機(jī)率，甚至引起燃燒和爆炸。

1.1 煤礦粉塵的產(chǎn)生及特性

1.1.1 煤礦粉塵的產(chǎn)生

煤礦粉塵是指礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵。能較長(zhǎng)時(shí)間在空氣中懸浮于空氣中的粉塵稱為浮塵，已沉落的粉塵稱為積塵；在煤礦開采過程中，如鉆孔、打眼、爆破、采煤、掘進(jìn)落煤、頂板來壓、裝載運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都會(huì)產(chǎn)生大量的礦塵。隨著礦井綜合機(jī)械化開采的升級(jí)，工作面產(chǎn)塵濃度也隨之上升。采煤機(jī)和綜掘機(jī)割煤、支架移架和煤炭裝運(yùn)是采掘工作面的四大產(chǎn)塵源，產(chǎn)塵量分別約占60%、30%、5%和5%左右[3]。此外，煤層抽采鉆孔施工和立眼溜煤系統(tǒng)也是井下主要產(chǎn)塵源之一，在無任何防塵措施的情況下，煤層鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)、下煤立眼等處產(chǎn)生的高濃度粉塵，尤其是下煤立眼產(chǎn)生的粉塵濃度有時(shí)甚至達(dá)到煤塵爆炸濃度界限。

1.1.2 煤礦粉塵的分類

煤礦粉塵按粒徑可分為粗塵、細(xì)塵、微塵和超微塵；按存在狀態(tài)可分為浮游粉塵和沉積粉塵；按游離二氧化硅的含量分為矽塵與煤塵[4]；按礦塵粒徑組成范圍可分為全塵和呼吸性粉塵；粉塵粒徑越小、游離二氧化硅的含量越高，引起塵肺病的程度越重，病情發(fā)展越快，危害也越大。

1.1.3 煤礦粉塵的特性

（1）礦塵分散度。礦塵分散度是反映煤、巖等礦物質(zhì)被粉碎的程度，是表示粉塵顆粒直徑大小組成百分比的一個(gè)指標(biāo)，小粒徑的粉塵越多，分散度越高，在空氣中沉降速度愈慢，懸浮時(shí)間就越長(zhǎng)，被人體吸入的機(jī)會(huì)就愈多；反之則分散度愈低。而礦塵的分散度愈高，其活性越高，易引起粉塵的自燃或爆炸[4]。

（2）礦塵吸濕性。粉塵的濕潤(rùn)性指粉塵對(duì)液體的親和能力[3]。與粉塵的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)，可分為親水性粉塵與疏水性粉塵兩大類。另外，粉塵越細(xì)，比表面積增加，表面吸附能力隨之增強(qiáng)，容易吸附空氣而在塵粒表面形成氣膜，降低了塵粒間的聚集及塵粒的吸濕性，更難于把塵粒從空氣中捕捉分離出來。在除塵技術(shù)中，粉塵的吸濕性是選用除塵設(shè)備的主要依據(jù)之一。

（3）煤塵爆炸性。按照煤塵的爆炸性煤塵可以分為有爆炸性煤塵和無爆炸性煤塵。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：取煤樣，在10次煤樣試驗(yàn)中有（無）出現(xiàn)火焰，如10次煤樣中任何一次試驗(yàn)中出現(xiàn)火焰，則該煤樣為“有煤塵爆炸性”，否則該煤樣為“無煤塵爆炸性”。煤的炭化程度越低，揮發(fā)分越高，煤塵的爆炸性就越強(qiáng)。

（4）沉降速度慢，在空氣中懸浮時(shí)間長(zhǎng)，擴(kuò)散系數(shù)較大，附著速度較快。在靜止空氣中的粉塵，根據(jù)其粒徑的大小按一定規(guī)律沉降：通常粒徑大于100μm的塵粒呈加速度沉降；1μm～100μm粒徑的塵粒呈等速度沉降；粒徑小于1μm的塵粒很難沉降，在空氣中呈布朗運(yùn)動(dòng)，易吸入肺部沉積，誘發(fā)肺部病變。

1.2 主要健康危害

礦井粉塵的危害重要有以下幾點(diǎn)：

（1）全身作用：作業(yè)人員長(zhǎng)期吸入較高濃度粉塵可引起肺部彌漫性纖維化為主的全身疾病，礦井粉塵會(huì)直接或間接引起呼吸系統(tǒng)疾病，主要包括煤肺、矽肺、煤矽肺。

（2）局部作用：接觸或吸入粉塵，首先對(duì)皮膚、角膜、粘膜等產(chǎn)生局部的刺激作用，并產(chǎn)生一系列的病變。如粉塵作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜機(jī)能亢進(jìn)，毛細(xì)血管擴(kuò)張，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足而形成萎縮性鼻炎。還可形成咽炎、喉炎、氣管及支氣管炎。作用于皮膚、可形成粉刺、毛囊炎、膿皮病。對(duì)于煤礦粉塵中含有大量的煤塵，增加了粉塵對(duì)皮膚、呼吸道等局部的刺激作用。

（3）致癌作用：對(duì)于一些接觸鎳、鉻、鉻酸鹽的粉塵，可引起肺癌；接觸放射性粉塵，容易生成肺癌等。在煤礦生產(chǎn)過程中，常有伴生礦物，伴生礦物中可能含有某種致癌因子，增加的煤礦工人的致癌機(jī)率。

1.3 煤塵爆炸

煤塵爆炸是指高濃度煤塵在高溫火源的作用下，與空氣中氧氣急劇氧化的反應(yīng)過程。煤體被破碎過程中，產(chǎn)生大量細(xì)微塵粒，其體積和表面積增加，與氧氣的接觸面積和被氧化的能力大大增強(qiáng)，在外界高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢瑧腋〉拿簤m單位時(shí)間內(nèi)能吸收到足夠的熱量（約300℃～400℃）時(shí)[1]，就放出可燃?xì)怏w，此時(shí)游離基迅速增加，燃燒產(chǎn)物的迅速膨脹并在火焰波波陣面前方形成壓縮波且不斷地壓縮傳播，從而形成疊加效果，使火焰?zhèn)鞑ニ俣炔粩喁B加；當(dāng)能量疊加到一定臨界條件時(shí)，由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。爆炸有三個(gè)條件：（1）粉塵在空氣中有足夠的濃度，在爆炸區(qū)域粉塵濃度在45mg/m3～2000mg/m3范圍之內(nèi)；（2）必須具有高溫（700℃～800℃或有明火、火花、放電）情況出現(xiàn)，其中最易引爆的也是爆炸力最強(qiáng)的濃度為300mg/m3～500mg/m3。（3）充足的氧氣，氧氣濃度≥18%。endprint

2煤礦粉塵的控制技術(shù)

2.1 防塵控制技術(shù)措施

（1）濕潤(rùn)煤體防塵：濕潤(rùn)煤體防塵主要是利用裂隙或采用煤層鉆孔注水的方法，即預(yù)先在煤層中每間隔一定距離施工鉆孔并封孔，采用高壓水通過鉆孔和裂隙注入尚未開采的煤體，增加煤的水分，使煤體裂隙原生粉塵得到充分濕潤(rùn)，降低煤體產(chǎn)生浮游粉塵的能力，通過煤層注水，防塵效果可達(dá)到60%以上。通常情況下，常見的煤層注水方式主要有以下三種，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～20.0MPa）。

（2）噴霧降塵：噴霧降塵是指向懸浮在空氣中的粉塵噴射水霧，通過濕潤(rùn)粉塵，增加塵粒的重量，達(dá)到降塵的目的。噴霧降水的效果取決于霧體的分散度以及塵粒與水滴的相對(duì)速度。噴霧分散度越低，水滴越大，水的數(shù)量就越少，捕塵效果較差。霧體的分散度過高，水滴越細(xì)，則容易汽化，降塵效率也不高。一般水滴的直徑在10μm～15μm時(shí)，捕塵效果最好。水滴與塵粒的相對(duì)速度越大，二者碰撞時(shí)的動(dòng)能也越大，有利于沖破水的表面張力而將塵粒捕獲。而塵粒表面吸附空氣形成氣膜或覆蓋油層時(shí)，也難被水濕潤(rùn)。密度大的塵粒相對(duì)易于被水捕獲。噴霧灑水除塵簡(jiǎn)單方便，被廣泛用于采掘機(jī)械切割、爆破、裝載、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程中，缺點(diǎn)是對(duì)微細(xì)塵粒捕集效率低。目前礦井常用的噴霧器，按其動(dòng)力可分為水力和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)（引射式）兩類。

（3）除塵器除塵：采用除塵器將空氣中的粉塵分離出來，從而達(dá)到凈化空氣含量的目的。按其作用原理可分為過濾式除塵器、靜電除塵器、磁力除塵器三類；按除塵方式可分為干式除塵器、半干式除塵器、濕式除塵器三類；目前，國(guó)外一些主要產(chǎn)煤國(guó)家都在煤礦井下廣泛用除塵器進(jìn)行除塵。

（4）泡沫除塵：泡沫除塵[5]是利用井下的除塵水管和壓風(fēng)管路，在水管中加入一定量的添加劑，通過專用發(fā)泡裝置，引入壓風(fēng)，產(chǎn)生高倍數(shù)泡沫，泡沫通過良好的覆蓋、濕潤(rùn)和黏附等方式作用于粉塵，從根本上防止粉塵的擴(kuò)散，有效降低空氣中的粉塵嘗試，泡沫除塵同濕式抑塵相比，其耗水量減少30～80%，抑塵效率比噴霧灑水高3～5倍。

（5）添加降塵劑降塵：是在噴霧降塵基礎(chǔ)上發(fā)展起來的降塵技術(shù)，主要是通過在水中添加降塵劑，和水發(fā)生聚合反應(yīng)，提高水溶液的積極分子，增加水溶液對(duì)粉塵的吸附作用，從而提高降塵效率。降塵劑是一種活性劑，它是由親水基和親油基兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)組成的化合物，除塵劑的選擇方法應(yīng)能滿足無毒、無臭，能完全溶于礦井防塵用水中，低溫時(shí)不發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，無沉淀或鹽析現(xiàn)象，對(duì)金屬無腐蝕，不延燃，成本低，運(yùn)輸方便等。目前降塵劑的添加方法應(yīng)用較為廣泛的為負(fù)壓引射器添加法，其原理為：降塵器溶液被負(fù)壓引射器所造成的負(fù)壓吸入，并與水混合添加于供水管路中。

（6）磁化水除塵：指普通水源經(jīng)過磁水器處理后，水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生暫時(shí)變化，使水的表面張力、吸附、溶解滲透能力增加，水磁化后，水溶液濕潤(rùn)性變強(qiáng)，吸附能力增大，水霧粒徑變小，有利于提高水的霧化程度，增加與粉塵的接觸機(jī)會(huì)，加快粉塵沉降速度，從而得到較好的降塵效果。

2.2 不同產(chǎn)塵點(diǎn)的防塵措施

2.2.1 綜合機(jī)械化采煤工作面作業(yè)時(shí)的防塵措施

（1）對(duì)采煤機(jī)的截割結(jié)構(gòu)選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作參數(shù)，即選擇合理的截齒幾何形狀，適當(dāng)布置同一截線上的截齒數(shù)量，使采落的礦巖塊塊度增大，達(dá)到減少粉塵產(chǎn)生的目的。此外，當(dāng)采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速與牽引速度適當(dāng)匹配時(shí)，也可降低粉塵的生成量。（2）在采煤機(jī)上噴霧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)磁化水裝置，提高水霧的濕潤(rùn)性和吸附能力，達(dá)到提高降塵的目的。（3）對(duì)自移式液壓支架設(shè)置合理的噴霧系統(tǒng)。（4）采用最佳排塵風(fēng)速和合理的通風(fēng)技術(shù)。最佳風(fēng)速隨煤的水分增加而升高，一般在1.5～4m/s之間。采用下行通風(fēng)（煤與瓦斯突出礦井嚴(yán)禁采用下行通風(fēng)）可以有效地降低回采工作面的粉塵濃度。

2.2.2 綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面作業(yè)時(shí)的防塵措施

（1）在綜掘機(jī)上噴霧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)磁化水裝置，提高水霧的濕潤(rùn)性和吸附能力，達(dá)到提高降塵的目的。（2）預(yù)先在預(yù)掘走向方向進(jìn)行煤層注水，增加煤體水分。（3）合理的除塵系統(tǒng)，正常使用掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧灑水。（4）氣、水噴射器除塵。（5）在掘進(jìn)機(jī)上或掘進(jìn)機(jī)二運(yùn)皮帶滑槽上安設(shè)除塵風(fēng)機(jī)除塵，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)前移時(shí)，除塵器定期向前移動(dòng)。

2.2.3 炮采工作面的防塵措施

炮采工作面的防塵必須采用長(zhǎng)深孔向煤層注水，濕潤(rùn)煤體、濕式打眼、水泡泥、放炮前后沖洗工作面及煤壁、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧及采用最佳排塵風(fēng)速等綜合措施，降低作業(yè)面的粉塵濃度。

2.2.4 打眼放炮作業(yè)的防塵措施

采用濕式打眼、水炮泥充填炮眼、放炮前后噴霧灑水、自動(dòng)水幕凈化等措施，據(jù)實(shí)測(cè)：采取多種防塵措施后，打眼放炮作業(yè)的降塵率最高可達(dá)90%左右。此外，還可以采用濕式除塵器、氣水噴射器及環(huán)形灑水措施，來凈化放炮時(shí)產(chǎn)生的炮煙和粉塵。

2.2.5 錨噴支護(hù)作業(yè)的防塵措施

在錨噴支護(hù)作業(yè)中，可產(chǎn)生大量粉塵，可采用氣力自動(dòng)輸送、機(jī)械攪拌、濕噴機(jī)噴射等措施，來降低錨噴支護(hù)作業(yè)時(shí)的粉塵濃度。

2.2.6 裝載運(yùn)輸時(shí)的防塵措施

在裝巖機(jī)上安裝自動(dòng)噴霧灑水裝置，在裝車點(diǎn)安裝自動(dòng)噴霧裝置、利用濕潤(rùn)管濕潤(rùn)溜煤眼中的煤炭。或者使用密閉罩、半密閉罩將塵源密封起來，從下部將含塵空氣抽至除塵器中凈化。在下落煤高度大的地方，裝設(shè)密閉罩、內(nèi)噴霧裝置或除塵器除塵，從而達(dá)到凈化空氣的目的。

2.2.7 采空區(qū)防塵措施

在回采作業(yè)過程中，每推進(jìn)兩米，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行撤水沖塵，濕潤(rùn)采空頂?shù)装?，減少采空區(qū)來壓垮頂時(shí)浮游粉塵的產(chǎn)生量。

2.2.8 下煤系統(tǒng)防塵措施

優(yōu)化溜煤系統(tǒng)；為從根本上解決下煤系統(tǒng)粉塵，有必要優(yōu)化溜煤系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)在煤層中施工溜煤眼的做法，目前，隨著鉆孔設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆孔施工工藝的進(jìn)步，在采區(qū)布置時(shí)，在采區(qū)中部利用反進(jìn)鉆孔施工大直徑Ф1400mm鉆孔與采區(qū)煤倉(cāng)相連，利用大直徑鉆孔代替?zhèn)鹘y(tǒng)溜煤眼在采區(qū)內(nèi)形成下煤立眼系統(tǒng)，立眼及煤倉(cāng)上口與專用回風(fēng)上山相連，避免了溜煤眼堵塞及人工處理時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，也減少了煤巷工程量和巷道粉塵。同時(shí)在立眼上口安設(shè)防塵噴嘴，并將鉆孔與采區(qū)煤倉(cāng)連接部位全部封閉，形成密封的下煤系統(tǒng)，而部分產(chǎn)生的粉塵也直接進(jìn)入專用回風(fēng)上山，從而降低粉塵對(duì)作業(yè)人員的身體傷害。endprint

2.2.9 鉆孔施工點(diǎn)防塵措施

利用鉆孔捕塵設(shè)備降塵，現(xiàn)國(guó)內(nèi)也有多種較為先進(jìn)的除塵器，但價(jià)格較貴，推廣有一定的難度。目前礦井常用的作法有：一是加工簡(jiǎn)易的捕塵器，在鉆孔施工時(shí)，將捕塵器安裝在鉆孔內(nèi)，利用捕塵器將粉塵捕捉集中，采取噴霧集中防塵；二是實(shí)施孔內(nèi)防塵，將防塵噴嘴伸入鉆孔內(nèi)，直接噴霧防塵，其使用要求是鉆孔施工傾角較大，防塵水壓力、水量要充足。三是在上述兩種防塵的基礎(chǔ)上，在鉆孔回風(fēng)側(cè)增設(shè)1～2組氣水防塵噴霧裝置，封閉巷道全斷面，可有效降低鉆孔施工時(shí)巷道粉塵。

2.2.10 個(gè)體防護(hù)

要求所有井下作業(yè)人員必須使用防塵口罩，熟記粉塵危害及防治的各項(xiàng)規(guī)定并嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)按要求使用各類防塵設(shè)施，及時(shí)清收巷道、設(shè)備附近的浮煤，沖洗工作面及巷道粉塵，通過提高對(duì)粉塵危害的認(rèn)識(shí)和防范意識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)體防護(hù)的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

礦井粉塵防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到人-物-環(huán)境-管理等多方面因素，因此，通過強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)防塵管理，提升職工的防塵意識(shí)和粉塵危害認(rèn)識(shí)，使用好防塵設(shè)施和防護(hù)用品，根據(jù)煤礦不同點(diǎn)作業(yè)時(shí)粉塵產(chǎn)生的方式，采取相應(yīng)的粉塵控制技術(shù)和防塵、降塵措施，可有效地防止粉塵對(duì)人體的危害，確保作業(yè)人員身體健康和礦井安全生產(chǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：李志紅（1975-），男，四川華鎣人，通安技術(shù)員，現(xiàn)任四川省華鎣山煤業(yè)股份有限公司綠水洞煤礦通風(fēng)瓦斯科副科長(zhǎng)。endprint