我國非煤礦山地下開采粉塵防治現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢*

鄒常富

(中煤科工集團重慶研究院有限公司)

目前，職業(yè)危害已成為制約我國非煤地下礦山安全生產(chǎn)的重要因素之一。我國非煤地下礦山種類及數(shù)量多，隨著國家對礦山安全生產(chǎn)及職業(yè)危害的重視程度不斷加強，經(jīng)過整合后，我國非煤地下礦山仍有35 114座[1-3]。長期以來，由于非煤地下礦山數(shù)量多、規(guī)模小、技術(shù)設(shè)備及生產(chǎn)工藝落后、通風系統(tǒng)復雜，導致生產(chǎn)過程中粉塵污染較為嚴重。粉塵不僅危及礦井安全生產(chǎn)，而且?guī)韲乐氐穆殬I(yè)危害，引起塵肺病，長期吸入會導致肺組織纖維化，呼吸困難，進而導致窒息死亡[4-6]。同時，非煤地下礦山礦巖成分非常復雜，不同礦山的礦石原料、生產(chǎn)工藝和開采方法不同，所產(chǎn)生的粉塵危害程度也各不相同。據(jù)調(diào)查，非煤地下礦山礦巖中游離的SiO2含量一般為10%左右，但由于開采過程中往往伴隨產(chǎn)生大量的廢石、脈石，而鑿巖、爆破、破碎等工序所產(chǎn)生的粉塵中游離SiO2含量遠大于10%[7-10]。因此，非煤礦山產(chǎn)生的粉塵對于人體危害極大，而部分金屬礦山開采過程中還伴有少量鉛、鉻、鎘等金屬粉塵，易引發(fā)重金屬中毒事故[11-13]。

近年來，我國非煤地下礦山新增塵肺及矽肺病例數(shù)量逐步增加，且塵肺病發(fā)病周期逐步縮短，特別是二期、三期塵肺病人數(shù)量呈現(xiàn)直線式上升趨勢，粉塵職業(yè)危害已成為制約礦山安全生產(chǎn)的重大隱患之一。據(jù)統(tǒng)計，2015年全國累計共報告職業(yè)病29 180例，其中職業(yè)性塵肺病26 081例，其中僅非煤礦山地下開采上報的職業(yè)病便達3 116例，約占塵肺病總?cè)藬?shù)的11.9%，可見，我國非煤礦山地下開采過程中的塵肺病防治狀況不容樂觀[14-17]。近年來我國政府相繼制定了一系列煤礦開采粉塵治理政策措施，該類政策措施得到了有效實踐，顯著降低了塵肺病的發(fā)病量。而在非煤礦山地下開采過程中，塵肺病仍未得到有效重視，特別是生產(chǎn)技術(shù)條件相對落后的礦山，粉塵治理技術(shù)措施無法滿足高負荷生產(chǎn)條件下粉塵治理需要。在地下開采過程中，機械化作業(yè)強度大、開采深度大，各作業(yè)工序的產(chǎn)塵濃度逐步增加，部分礦山通風系統(tǒng)不夠完善，在中深部開采過程中，通風防塵措施無法發(fā)揮有效作用，上述因素的存在，導致井下作業(yè)環(huán)境非常惡劣，粉塵污染日趨嚴重，塵肺病發(fā)病率居高不下。本研究針對我國非煤礦山地下開采粉塵防治現(xiàn)狀，對粉塵防治及監(jiān)測的相關(guān)技術(shù)方法進行總結(jié)，并對其發(fā)展趨勢進行探討。

1 粉塵危害防治技術(shù)現(xiàn)狀

非煤地下礦山主要采用放炮回采方式，部分大型礦山引進了巖巷掘進機進行回采。鉆孔、爆破、錨噴、卸礦、破碎、篩分等工藝環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生粉塵?，F(xiàn)階段，我國地下非煤礦山粉塵防治主要采取以風、水為主的綜合措施，即一方面用水將粉塵進行潤濕捕獲，另一方面借助風流將粉塵排出井外[18]。

1.1 風流凈化技術(shù)

礦井通風是最根本的除塵措施。由于非煤礦山通風系統(tǒng)較復雜，系統(tǒng)漏風和短路問題突出，新鮮風流與污風串聯(lián)，易導致礦井巷道粉塵污染嚴重。針對礦井風流污染的問題，在進風巷粉塵治理方面，光控自動噴霧降塵技術(shù)、定時自動噴霧降塵技術(shù)效果較好；在回風巷粉塵治理方面，粉塵濃度超限自動噴霧降塵技術(shù)可根據(jù)回風巷的粉塵濃度決定降塵裝置的開停，可有效發(fā)揮凈化風流的作用?？傮w上，由于風流凈化技術(shù)對于巷道呼吸性粉塵的沉降效率較低，故需對強超聲霧化技術(shù)進行研究，在巷道風流上風側(cè)采用超聲霧化技術(shù)形成微霧，充滿整個巷道，對浮游的微細粉塵進行沉降。

1.2 高壓噴霧降塵技術(shù)

非煤礦山炮采過程中，主要采用水炮泥及高壓噴霧降塵技術(shù)進行粉塵治理。在水炮泥降塵的基礎(chǔ)上，采用高壓噴霧降塵措施是解決采場爆破粉塵污染問題的最佳方式之一。高壓噴霧具有射程遠、霧化效果好、抗風能力強、覆蓋面積大等優(yōu)點，特別是高壓噴霧對呼吸性粉塵的降塵效率高，能夠較好地解決呼吸性粉塵沉降問題，同時高壓噴霧產(chǎn)生的霧滴對有毒有害煙氣也有一定的捕集沉降作用。在夏甸金礦采場爆破粉塵治理中，在噴霧壓力8 MPa、噴霧流量為20 L/min的情況下，利用噴霧器的水霧封閉整個巷道斷面達9 m以上，使得粉塵、煙霧等有害物質(zhì)被攔截于爆破采場內(nèi)被水霧濕潤后，達到凈化含塵風流的目的，放炮后7 min內(nèi)的粉塵濃度降低至7 mg/m3以下，而采用低壓噴霧時(噴霧流量50 L/min)需要30 min后方可將粉塵濃度降低至10 mg/m3以下。可見，高壓噴霧的降塵效率優(yōu)于普通噴霧降塵，并且能夠大大縮短粉塵沉降時間，大幅度提高降塵效率。

針對粉塵帶有電荷的特性，在噴霧降塵的基礎(chǔ)上，可將水霧預先荷電，加速塵粒與霧滴的附著凝并，提高降塵效率。實踐表明：在噴霧壓力為2 MPa、水霧荷電量為35 kV的條件下，水泥和螢石粉塵的降塵效率提高了30%，滑石粉塵的降塵效率可提高40%。由于粉塵荷電量較低，如何提高粉塵荷電量和粉塵凝并速率需要進一步研究。

由于非煤礦山炮采工作面數(shù)量多，爆破作用面也較多，如何降低炮采高壓噴霧的應(yīng)用成本成為高壓噴霧降塵技術(shù)推廣使用的制約因素之一。在未來生產(chǎn)實踐中，應(yīng)重點研究炮采抑塵技術(shù)，通過在放炮工藝及放炮抑塵技術(shù)方面進行不斷改進，在降低炮采粉塵污染程度的同時大幅降低降塵成本。

1.3 鉆孔抽塵凈化技術(shù)

非煤礦山鉆孔鑿巖主要采用濕式鉆孔，濕式鑿巖由于壓氣作用使得鉆眼巖漿霧化，造成粉塵二次飛揚。煤礦鉆孔除塵方面技術(shù)較先進，“十二五”期間研究成功了新型孔口除塵技術(shù)，該技術(shù)以環(huán)縫式空氣引射器為動力，采用高效濕式過濾除塵原理進行除塵，降塵效率較高。夏甸金礦實踐表明，環(huán)縫式空氣引射器在壓縮空氣壓力為0.5 MPa、耗氣量為0.75 m3/min 的情況下，引射風量達到25 m3/min，引射負壓達到4 000 MPa，除塵器噴霧流量為20 L/min，當處理風量為12.8 m3/min時，除塵器的除塵效率達到98%，成功地解決了該礦鉆孔粉塵污染問題。

1.4 錨噴支護自動噴漿除塵技術(shù)

錨噴防塵一直是我國粉塵防治的重點和難點，非煤礦山錨噴防塵主要采用濕噴或潮噴方法，但上料口和噴漿處的粉塵濃度仍未得到有效降低。“十二五”期間中煤科工集團重慶研究院有限公司(以下簡稱“重慶院”)的相關(guān)技術(shù)人員針對錨噴作業(yè)的產(chǎn)塵特點，在噴漿處研發(fā)出了集錨噴、控除塵于一體的自動噴漿設(shè)備，噴漿過程中產(chǎn)生的粉塵通過布置于設(shè)備上的控除塵裝置進行抽塵凈化。在夏甸金礦使用該設(shè)備后可將操作人員處的總粉塵濃度降低至6 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度降低至3 mg/m3以下；此外，該設(shè)備采用密閉罩將噴漿機進行全密閉對上料口產(chǎn)塵進行治理，可使得錨噴作業(yè)過程中作業(yè)人員處的總粉塵濃度降低至8 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度降低至3 mg/m3以下。

1.5 溜井高效密閉抽塵凈化技術(shù)

目前，卸礦溜井沖擊風流過大及溜井群交叉污染嚴重是非煤礦山溜井卸礦粉塵治理的難點。針對溜井卸礦的產(chǎn)塵特點，可利用平行溜井互為緩沖的空間將上部放礦時的沖擊風量降為以往的26.7%，大大減弱風流的沖擊作用，同時所有溜礦口保持向溜井進風，防止粉塵外泄，并加強溜井卸礦口密閉，保持良好的氣密性，采用高效除塵器進行抽塵凈化，從而形成集泄壓、封堵、抽排、除塵凈化、隔離控制、風源凈化于一體的綜合性粉塵治理技術(shù)。

現(xiàn)階段，高深直溜井粉塵仍為非煤地下礦山粉塵治理的難點。由于溜井深度大，礦車卸料時，礦石沿高深直溜井向下運動壓縮溜井內(nèi)空氣，形成強大的溜井風流，導致溜井下方落料口的粉塵濃度嚴重超標，且沖擊氣流較大，一般的密閉方式無法形成較好的密閉效果。針對高深直溜井的粉塵治理仍需進行高落差導流技術(shù)研究，設(shè)計較優(yōu)的氣流泄壓導流通道，降低揚塵量，以大幅降低高深直溜井的粉塵濃度。

1.6 破碎、篩分超聲霧化技術(shù)

針對破碎、篩分過程中產(chǎn)生的微細粉塵，可利用壓縮空氣沖擊共振腔產(chǎn)生的超聲波將水霧轉(zhuǎn)化為微細霧滴，霧滴在局部密閉的產(chǎn)塵點內(nèi)捕獲、凝聚微細粉塵，使得粉塵迅速沉降，實現(xiàn)就地抑塵[19]，對于呼吸性粉塵的降塵效率可達到90%以上。礦井實踐中，由于振動篩等設(shè)備長期處于上下振動狀態(tài)，普通密閉技術(shù)極易形成疲勞損壞，導致粉塵逸散而大幅降低除塵效果。目前，在參考國外密閉方式的基礎(chǔ)上，形成了一種磁性軟密封的密閉技術(shù)，該技術(shù)通過磁條黏貼于設(shè)備上，可隨著振動篩上下往復運動而不易損壞，設(shè)備檢修時可直接將磁條取下即可，使用方便，有效解決了振動篩等設(shè)備的密閉問題。

1.7 巖巷掘進機掘進綜合防塵技術(shù)

部分非煤地下礦山引進了掘進機進行巖巷掘進，可參考煤礦綜掘工作面先進的粉塵綜合治理技術(shù)，采用高壓外噴霧降塵技術(shù)。相關(guān)實踐表明：在噴霧壓力為8 MPa、噴霧流量為30 L/min的情況下，可使得掘進機司機處的降塵效率達到80%～90%；結(jié)合附壁風筒控塵技術(shù)與高效除塵器抽塵凈化的綜合防塵措施，在抽出式風量為壓入式風量75%～80%的情況下，可使得掘進機司機處的總粉塵濃度降低至8 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度降低至4 mg/m3以下。針對深井長獨頭巷道或采場，可采用循環(huán)凈化除塵技術(shù)，將除塵凈化后的空氣送入作業(yè)面，實現(xiàn)風流循環(huán)利用，該技術(shù)尤其適用于井下通風系統(tǒng)難以控制或井下新鮮風流難以有效供應(yīng)的區(qū)域。

1.8 個體防護技術(shù)

個體防護是預防塵肺病的最后一個環(huán)節(jié)。個體防護用品已經(jīng)從傳統(tǒng)綿紗口罩發(fā)展到帶氣閥的化纖濾料自吸式防塵口罩、過濾式送風防塵口罩等[8]。目前最先進的濾塵送風式防塵口罩能夠?qū)ψ鳂I(yè)人員進行主動送風，其核心部件為過濾器，采用折疊式結(jié)構(gòu)，送風量可在70～120 L/min內(nèi)任意調(diào)節(jié)，呼吸阻力不大于196 Pa、阻塵率不小于99.9%、連續(xù)工作時間大于8 h。該類個體防護裝置在某些不便使用大型除塵設(shè)備的區(qū)域起到了保護作業(yè)人員的作用[8]，大大降低了塵肺病的患病危險性。

目前，主動送風口罩能夠大大降低作業(yè)人員的呼吸障礙，使得作業(yè)人員能夠在高強度工作條件下暢快且舒適地呼吸，受到了井下作業(yè)人員的青睞。但由于該型口罩的生產(chǎn)成本為傳統(tǒng)口罩的數(shù)十倍，且口罩體積較為龐大，需要將口罩的慮塵部分置于腰間，大大制約了該型口罩的推廣應(yīng)用。因此，在未來發(fā)展過程中，低成本、小體積的舒適性主動送風口罩是研發(fā)的重點。

2 粉塵檢測技術(shù)現(xiàn)狀

非煤礦山粉塵檢測的主要內(nèi)容有粉塵濃度、粉塵粒度分布及粉塵中游離SiO2含量，其中粉塵濃度又包括總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度2類[8]。

(1)粉塵濃度檢測。可采用粉塵采樣器、直讀式測塵儀和粉塵濃度傳感器相結(jié)合的方法檢測粉塵濃度[8]。采樣器可在短時間內(nèi)進行大流量采樣或進行呼吸性粉塵工班采樣；直讀式快速測塵儀能夠快速測試、直接讀數(shù)，具有代表性的是重慶院的相關(guān)技術(shù)人員研制出的誤差較小的采樣與測塵一體化結(jié)構(gòu)的直讀式測塵儀。在粉塵傳感器方面，重慶院的相關(guān)技術(shù)人員近期研發(fā)出了靜電感應(yīng)式粉塵濃度傳感器，利用粉塵電荷量與粉塵濃度呈固定的相關(guān)關(guān)系，通過電極感應(yīng)電荷量的大小推算粉塵濃度，克服了傳統(tǒng)粉塵濃度傳感器易污染、易堵塞的缺點。針對爆炸性粉塵，重慶院的相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)的適用于爆炸性粉塵環(huán)境檢測的粉塵濃度傳感器及配套電源均滿足爆炸性粉塵防爆技術(shù)要求，并取得了國家產(chǎn)品安全標志中心防爆認證，實現(xiàn)了粉塵濃度傳感器研究的進一步突破。

(2)粉塵濃度連續(xù)監(jiān)測?？傮w上，地下開采的非煤礦山大多安裝有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主要監(jiān)測風速和有毒有害氣體濃度，但缺乏粉塵濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)?！笆濉逼陂g，我國技術(shù)人員研發(fā)出了礦井防(降)塵設(shè)備遠程在線實時監(jiān)測成套技術(shù)及裝備，該系統(tǒng)既可利用壓力傳感器、流量傳感器、功率傳感器、粉塵濃度傳感器等監(jiān)測防(降)塵設(shè)施的使用運行狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)參數(shù)判斷系統(tǒng)的運行狀況，又可通過粉塵濃度傳感器監(jiān)測粉塵濃度并判斷系統(tǒng)的效果?？蓪⒃撓到y(tǒng)連入地下礦山六大系統(tǒng)中的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。礦山技術(shù)人員在監(jiān)控室通過計算機屏幕可及時準確地了解礦井所有防降塵設(shè)備的運行情況，通過云計算中心和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)可將各類監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到相關(guān)監(jiān)管人員的用戶終端，以便及時了解井下粉塵濃度變化情況。

3 發(fā)展趨勢

總體上，我國非煤礦山地下開采粉塵危害現(xiàn)狀較嚴重，井下通風條件較差，粉塵防治技術(shù)及裝備水平相對落后，且地下開采條件復雜，采礦方法各式各樣，產(chǎn)塵點多面廣，通用性防塵技術(shù)措施較少，礦井防塵經(jīng)費投入不足。具體來講，我國非煤礦山地下開采粉塵危害嚴重的原因如下。

(1)粉塵防治技術(shù)落后。通過調(diào)研，炮采是非煤地下礦山最常見的開采方式，大部分礦山炮采未采取任何防塵措施，僅依靠通風排塵，導致作業(yè)面串風嚴重，進而使得其他工作面及巷道出現(xiàn)粉塵交叉污染。盡管部分礦山采取了噴霧灑水降塵措施，但均為普通的灑水降塵，未能從粉塵來源、性質(zhì)、粒徑、親水性等方面進行深入研究，降塵效果較差，特別是對呼吸性粉塵幾乎無法發(fā)揮降塵作用。高壓噴霧、超限噴霧風流凈化、高效除塵器抽塵凈化等高效降塵措施在非煤地下礦山應(yīng)用較少，導致我國非煤礦山粉塵防治技術(shù)總體較落后。

(2)粉塵防治技術(shù)適應(yīng)性差。近年來，隨著非煤地下礦山開采深度不斷增加，采掘設(shè)備趨于機械化和大型化，產(chǎn)塵濃度也逐漸增加，使得原有的降塵技術(shù)與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝難以匹配，如干式除塵設(shè)備在粗破碎硐室高濕、高濃度粉塵環(huán)境下難以提高除塵性能；噴射混凝土作業(yè)的防塵技術(shù)尚需結(jié)合工藝流程進行配套完善。

(3)監(jiān)管難度大、職業(yè)危害意識差。我國非煤礦山地下開采過程中，作業(yè)面多，產(chǎn)塵點多，監(jiān)管難度較大，缺乏有效的連續(xù)監(jiān)測技術(shù)手段，無法對礦井進行全天候全覆蓋式監(jiān)管。同時，非煤礦山井下作業(yè)人員尚未意識到塵肺病的危害，往往不愿佩戴防塵口罩，部分礦山甚至有塵肺一期的工人仍在高濃度粉塵環(huán)境下作業(yè)。

針對以上問題，并結(jié)合我國非煤地下礦山開采現(xiàn)狀，本研究認為我國非煤礦山地下開采粉塵危害防治技術(shù)的發(fā)展趨勢如下。

(1)噴霧降塵技術(shù)。應(yīng)進一步研究霧化效果更好、降塵效率更高、耗水量更低的高壓噴霧降塵技術(shù)和超聲霧化技術(shù)。針對可以密閉的區(qū)域，可采用超聲霧化措施進行降塵，讓微細粉塵充滿整個空間，提高降塵效率，減少耗水量；在巷道型采場爆破區(qū)域，建立采場云霧抑塵體系，通過采用高壓噴霧引射和超聲波霧化技術(shù)，形成一道捕捉、團聚粉塵的高效能云霧防塵墻，實現(xiàn)采場呼吸性粉塵高效治理，杜絕含塵氣流向其他作業(yè)場所擴散。

(2)抑塵技術(shù)。應(yīng)深入研究粉塵性質(zhì)，分析不同種類粉塵與化學活性物質(zhì)的結(jié)合效率，得出不同種類、不同性質(zhì)、不同濃度、不同粒徑的粉塵結(jié)合率最佳的化學活性物質(zhì)及配比。在爆破產(chǎn)塵方面，研究高效水炮泥，提高爆破抑塵效率；在皮帶轉(zhuǎn)載運輸產(chǎn)塵方面，研究生物納膜抑塵技術(shù)，在轉(zhuǎn)載運輸過程中抑制粉塵飛揚；在化學抑塵技術(shù)方面，重點研究方向為配比濃度及環(huán)保性，目前市場上的大部分化學抑塵劑均較為環(huán)保，但成本較高而限制了推廣使用，低配比濃度、高抑塵效率的茓抑塵劑是進一步研究的目標。

(3)除塵器抽塵凈化技術(shù)。重點研究控塵技術(shù)及現(xiàn)場配套工藝。對于放礦溜井及獨頭采場，在合理設(shè)計通風系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)多機制復合式除塵凈化裝置，進一步提高除塵器的性能，使之具有高效、輕便的特征，便于現(xiàn)場使用，高效治理放礦溜井及獨頭采場的粉塵污染；在破碎篩分等大型井下固定設(shè)備粉塵治理方面，應(yīng)通過進一步改進和應(yīng)用過濾材料，加大對疏水性好、吸水率極低、斥水不糊袋型除塵器的研發(fā)力度。

(4)錨噴降塵技術(shù)。進一步開展礦山噴漿粉塵治理關(guān)鍵技術(shù)及裝備的研究，在深入研究噴射射流理論、回彈產(chǎn)塵機理、噴射工藝的基礎(chǔ)上，研制智能型自主噴射作業(yè)技術(shù)裝備，研究連續(xù)攪拌與泵送濕式混凝土噴射的整機集成技術(shù)和高壓霧化水輔助噴射抑塵技術(shù)，完善濕噴降塵技術(shù)及配套工藝，特別是對錨薄噴支護新體系的粉塵治理和工藝配套技術(shù)進行研發(fā)。

(5)粉塵監(jiān)測技術(shù)。通過對非煤礦山粉塵濃度進行大范圍調(diào)查，統(tǒng)計出不同類型、不同產(chǎn)量、不同作業(yè)工序條件下的產(chǎn)塵濃度，構(gòu)建塵肺病預警信息數(shù)據(jù)庫，并構(gòu)建塵肺病預警指標體系及判別模型，對不同產(chǎn)塵點的塵肺病危害進行分級。在此基礎(chǔ)上，加強粉塵濃度傳感器的推廣應(yīng)用，對礦井各作業(yè)點進行連續(xù)在線監(jiān)測，當粉塵濃度超標時進行預警，并制定針對性的治理措施，科學指導粉塵防治及塵肺病的監(jiān)測與管理工作。

(6)職業(yè)危害培訓及預警。加強礦山主要負責人員及作業(yè)人員的職業(yè)危害防治的培訓力度，加大職業(yè)危害防護用品的經(jīng)費投入，督查井下生產(chǎn)一線職業(yè)防護用品的使用情況，筑好職業(yè)危害最后一道防線。

4 結(jié) 語

詳細闡述了我國非煤礦山地下開采粉塵危害防治技術(shù)及粉塵檢測技術(shù)的基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)階段粉塵危害的主要原因，并討論了該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢，供相關(guān)研究參考。

參 考 文 獻

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