采煤工作面粉塵危害及防治技術(shù)措施分析

龐曉存

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

粉塵是井工礦井采煤作業(yè)環(huán)節(jié)常見的災(zāi)害之一，隨著所用機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力越來(lái)越大，采煤工作面的粉塵危害越來(lái)越嚴(yán)重。采煤工作面現(xiàn)有的防塵技術(shù)措施雖然在一定程度上對(duì)粉塵可以起到防治起作用，但粉塵量仍然較大，粉塵危害問(wèn)題突出。因此，針對(duì)采煤工作面的粉塵分布及防塵技術(shù)措施開展研究，對(duì)治理工作面粉塵，完善綜合防塵措施具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 采煤工作面粉塵病危害

不論采用何種回采工藝，采煤面是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的主要產(chǎn)塵點(diǎn)，目前廣泛使用綜采工作面的粉塵主要來(lái)源于風(fēng)流攜帶、移動(dòng)液壓支架、采煤機(jī)割落煤體和輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)程。上述產(chǎn)塵環(huán)節(jié)中，采煤機(jī)割落煤體和移動(dòng)液壓支架產(chǎn)生的粉塵屬于一次粉塵，給煤礦安全生產(chǎn)和工作人員造成極大危害，也是粉塵防治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1][2]。

1.1 塵肺病

當(dāng)作業(yè)人員在分布有高濃度粉塵的惡劣環(huán)境中作業(yè)時(shí)，粉塵隨著呼吸進(jìn)入人體肺部，長(zhǎng)時(shí)間積沉、病變會(huì)引發(fā)塵肺病，對(duì)人身健康危害嚴(yán)重。

對(duì)于采煤面而言，煤塵是主要的危害性粉塵。由于SiO2具有致纖維化作用，因此粉塵中游離的SiO2濃度被作為衡量粉塵危害性程度大小的關(guān)鍵指標(biāo)?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定采煤面粉塵中游離SiO2的濃度必須低于10%。所回采煤層的煤化程度不同，采煤面粉塵中游離SiO2的濃度相差較大，造成的粉塵危害也不相同。研究表明，采煤面粉塵中游離SiO2的濃度和對(duì)人體健康的傷害程度隨著煤化程度的增加而增大。

1.2 粉塵爆炸

井下采掘空間一般比較狹小，空氣中懸浮的粉塵不僅危害人身健康，使作業(yè)環(huán)境惡化，能見度降低，而且還存在粉塵爆炸的可能。

當(dāng)環(huán)境中的粉塵同時(shí)滿足以下三個(gè)因素時(shí)即可發(fā)生爆炸，即充足的氧氣、點(diǎn)火源、漂浮狀態(tài)的可燃性粉塵。三個(gè)條件缺少一個(gè)，就不能發(fā)生爆炸，其中爆炸下限是能夠引起粉塵爆炸所需的最低質(zhì)量濃度，常常作為煤礦井下防止粉塵爆炸的控制和監(jiān)控指標(biāo)。

2 采煤工作面粉塵來(lái)源及其擴(kuò)散規(guī)律分析

2.1 粉塵來(lái)源

與被淘汰的普采工藝相比，綜采工作面的機(jī)械化作業(yè)程度較高，通過(guò)采煤機(jī)移動(dòng)和滾筒旋轉(zhuǎn)即可割碎煤體并同時(shí)完成裝載過(guò)程。如圖1所示，沿工作面長(zhǎng)度方向，采煤機(jī)順風(fēng)或逆風(fēng)來(lái)回往返割煤[3]。

新鮮風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)巷道進(jìn)入采煤工作面，最后經(jīng)回風(fēng)巷道流出，沿風(fēng)流方向的主要產(chǎn)塵過(guò)程包括：①采煤機(jī)滾筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)截割煤體；②刮板運(yùn)輸機(jī)向外輸送已割落的煤體；③進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)皮帶輸輸機(jī)運(yùn)煤；④破碎機(jī)破碎大塊煤體；⑤采煤機(jī)回采過(guò)后移動(dòng)液壓支架；⑥采空區(qū)漏風(fēng)攜帶粉塵；⑦煤壁片幫及采空區(qū)頂板垮落。

圖1 采煤工作面示意圖

采煤機(jī)司機(jī)因處于生產(chǎn)第一線而成為受粉塵危害最嚴(yán)重的工種，生產(chǎn)過(guò)程中司機(jī)所在位置的粉塵大部分源自上風(fēng)側(cè)的滾筒割煤。采煤機(jī)滾筒上的截齒截割煤體和螺旋葉片向刮板輸送機(jī)裝載已割落煤體產(chǎn)生的粉塵量很大[4]。

采煤機(jī)滾筒割煤時(shí)產(chǎn)生粉塵的過(guò)程可概況為：①截齒刃給接觸到的煤體施加較大的接觸應(yīng)力，當(dāng)接觸應(yīng)力增加到煤體的極限載荷強(qiáng)度時(shí)破壞而產(chǎn)生粉塵；②被割下和被滾筒拋出的煤同時(shí)產(chǎn)生粉塵；③截齒弧面碾壓和磨擦煤體產(chǎn)塵；④切割剝離煤體互相撞擊破碎產(chǎn)塵；⑤滾筒上的截齒及螺旋葉片裝載已割落煤體產(chǎn)塵。

2.2 粉塵擴(kuò)散規(guī)律分析

綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒相對(duì)較大的粉塵短時(shí)間內(nèi)沉降成為落塵，細(xì)微粉塵在風(fēng)流作用下則難以沉降下來(lái)，長(zhǎng)時(shí)間隨著風(fēng)流飄浮，即浮塵。風(fēng)流中浮塵飄浮時(shí)間和飛揚(yáng)距離的影響因素有粉塵顆粒大小、比重、形狀以及風(fēng)速，在其他條件相同的情況下，空氣中粉塵的飄浮時(shí)間和飛揚(yáng)距離隨風(fēng)速的增大而增大[5]。

綜采工作面的煤塵在重力、空氣浮力、阻力的共同作用下飛揚(yáng)或沉降，煤塵在靜止空氣中的沉降速度見表1。顯而易見，粒徑小于10um粉塵的沉降速度較小，在空氣中的懸浮時(shí)間長(zhǎng)，也是通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體肺部的主要成分。

表1 靜止空氣中粉塵粒徑與沉降速度對(duì)應(yīng)關(guān)系

綜采工作面旋轉(zhuǎn)的采煤機(jī)滾筒、連續(xù)運(yùn)行的輸送機(jī)和液壓支架移動(dòng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)給煤塵施加了一定的外力作用，使煤塵獲得了水平初速度v。當(dāng)煤塵與施力物體分離后，其受到的外力作用變?yōu)榱?，在慣性作用下運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小。研究表明，粉塵運(yùn)動(dòng)受重力與慣性的影響很小，氣流是決定其運(yùn)動(dòng)時(shí)間和距離的關(guān)鍵因素[6]。

綜采工作面采煤機(jī)滾筒切割煤體時(shí)，割煤點(diǎn)是一個(gè)持續(xù)的粉塵源頭，粉塵產(chǎn)生后進(jìn)入風(fēng)流中被風(fēng)流攜帶，隨風(fēng)流一起運(yùn)動(dòng)。在工作面風(fēng)流作用下，粉塵的擴(kuò)散規(guī)律如圖2所示，是一種連續(xù)的綜合擴(kuò)散過(guò)程。

圖2 風(fēng)流作用下采煤工作面粉塵擴(kuò)散規(guī)律示意圖

3 采煤工作面防塵技術(shù)措施

3.1 預(yù)先濕潤(rùn)煤體

實(shí)踐證明，防治采煤工作面粉塵的最有效措施就是預(yù)先將被切割煤體濕潤(rùn)，預(yù)先濕潤(rùn)煤體的除塵機(jī)理可以概括為以下兩點(diǎn)：①煤體的細(xì)微部分被水分包裹，從而避免采煤機(jī)割落煤體時(shí)粒徑較小的煤塵飛揚(yáng)；②在水分的濕潤(rùn)作用下，煤體的脆性減弱而塑性增強(qiáng)，從而降低受外力作用時(shí)成為塵粒的可能性，減少產(chǎn)塵量。

當(dāng)前，預(yù)先濕潤(rùn)煤體主要采取的方法為：①預(yù)先給煤層注水，回采前在工作面兩側(cè)的巷道內(nèi)向待回采煤體打設(shè)鉆孔，并通過(guò)鉆孔注入壓力水，使待回采煤體內(nèi)的水分增加；②采空區(qū)注水，當(dāng)開采較厚煤層時(shí)，如果選取下行垮落分層開采的方法，向上分層開采形成的采空區(qū)內(nèi)灌入水流，水通過(guò)采空區(qū)底板裂隙緩慢滲入下部未開采的煤體內(nèi)，增加下分層回采煤體的水分含量。

3.2 濕式作業(yè)及個(gè)體防護(hù)

在目前的生產(chǎn)技術(shù)條件下，綜采工作面防治粉塵的主要措施是噴霧灑水濕式作業(yè)，要求防塵水管網(wǎng)設(shè)計(jì)合理、采煤工作面均被灑水管路覆蓋、灑水管路的水壓及水量達(dá)標(biāo)。采煤機(jī)滾筒上設(shè)置高壓噴霧系統(tǒng)，液壓支架移架使可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵，轉(zhuǎn)載機(jī)工作時(shí)噴霧灑水，工作面兩側(cè)巷道內(nèi)設(shè)防塵凈化水幕等。

同時(shí)作業(yè)人員也應(yīng)加強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)，正確使用防塵口罩等勞保防護(hù)用品，盡可能減少隨呼吸氣流進(jìn)入體內(nèi)的粉塵量。

3.3 通風(fēng)防排塵

有效的通風(fēng)也是綜采工作面降低粉塵危害的重要手段，但應(yīng)設(shè)計(jì)合理的風(fēng)量和最優(yōu)的風(fēng)速，防止風(fēng)速過(guò)大攜帶煤塵飛揚(yáng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的采掘、運(yùn)輸和錨噴等作業(yè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生粉塵，相比較而言，采煤工作面產(chǎn)生的粉塵量最多，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和工人身體健康。開展采煤工作面粉塵擴(kuò)散規(guī)律及防治技術(shù)研究不僅是建設(shè)安全高效現(xiàn)代化礦井的需要，更是加強(qiáng)煤炭行業(yè)粉塵職業(yè)健康危害管理的要求。只有有效控制采煤工作面的粉塵濃度，才能改善作業(yè)環(huán)境、提高安全生產(chǎn)水平，并切實(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身心健康。