煤礦井下粉塵的解決途徑探討

程政

（鄭州華轅煤業(yè)有限公司，河南 鄭州 450000）

1 煤礦井下粉塵的性質(zhì)

煤礦井下粉塵是在煤礦井下生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的微細(xì)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(xì)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(xì)胞中；(3)采掘工作面產(chǎn)生的新鮮粉塵容易帶電。

2 煤礦井下粉塵的危害

由于粉塵具有的這些特性，決定了它會產(chǎn)生以下危害：

(1)引起塵肺病：長時(shí)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(yán)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(jì)，目前全國國有重點(diǎn)煤礦職工平均塵肺病患病率為6.33%，比西方發(fā)達(dá)國家高出約5%。塵肺病患者累計(jì)達(dá)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(shí)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(shí)煤塵的爆炸力最強(qiáng)。雖然井下煤塵很少能達(dá)到這個(gè)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(xiǎn)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(yán)重?fù)p壞，同時(shí)爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫、高壓和沖擊波甚至?xí)恼麄€(gè)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(xué)活性和氧化產(chǎn)熱能力。當(dāng)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)時(shí)，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(shí)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)。

3 煤礦井下工作面高效除坐的新技術(shù)

在目前綜采工作面常用耪坐措施主要有：通風(fēng)降塵、煤層注水、噴霧除塵、除坐器除塵等。但隨著工作面機(jī)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(dá)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(fù)壓降塵、風(fēng)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(jìn)一步的試驗(yàn)、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(dāng)水從噴嘴噴出時(shí)，含塵風(fēng)流通過引射器沿滾筒向工作面采空區(qū)方向運(yùn)動。粉塵通過引射器時(shí)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(fēng)流帶走。與通常的采煤機(jī)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(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。

(2)負(fù)壓降塵：負(fù)壓降塵是用高壓水經(jīng)細(xì)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(fēng)筒時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將風(fēng)筒吸口外的空氣和粉塵吸入，粉塵在風(fēng)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(jī)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(jī)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(shí)心圓錐體的形狀向外噴射水霧。與此同時(shí)，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(jìn)行交叉混合，由于風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水速，氣流對水產(chǎn)生切割分離作用，使水進(jìn)一步霧化形成細(xì)微顆粒，風(fēng)的動力作用還可以使霧粒的運(yùn)動速度提高，從而提高了液滴捕捉粉塵的機(jī)率。這種噴霧方法霧粒細(xì)，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(fēng)流，隔離煤塵作用。其缺點(diǎn)是需要同時(shí)向采煤機(jī)供給壓力水和氣，不易實(shí)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(qiáng)的凝聚能力。但是一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)載點(diǎn)、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(qiáng)，致使霧化程度得到提高，增大了水滴捕捉粉塵的機(jī)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(dá)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(dāng)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(xì)霧粒。這些液滴粒度很小，密集度大，同時(shí)噴霧區(qū)域內(nèi)有強(qiáng)烈的空氣振動，增大了霧粒和塵粒的碰撞機(jī)率和凝聚效果，從而達(dá)到高效降塵之目的。它對總粉塵的降塵率可達(dá)90%以上，呼吸性粉塵降塵率達(dá)80%以上，其缺點(diǎn)是液滴的動能小，容易被風(fēng)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(jià)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(xì)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(yáng)帝”[J].湖北教育(領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)論壇),2011,(01):75

[2]牟學(xué)鵬.基于EPA的帶式輸送機(jī)故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，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(xué)院學(xué)報(bào)，2011，(07):180-181

[4]既要發(fā)展經(jīng)濟(jì)又要保護(hù)環(huán)境——山西新元煤炭有限責(zé)任公司側(cè)記[J].環(huán)境教育，2011，(09):98.