粉尘是煤矿五大自然灾害之一, 一方面给工作人员的身体健康带来了严重的危害, 另一方面也为煤矿生产带来严重的威胁。随着采煤机械化程度越来越高, 粉尘的问题越来越严重, 研究粉尘分布规律, 提出有效措施对防尘降尘具有重要意义。
1 粉尘的来源及危害
煤矿中的粉尘是煤尘和岩尘的总称。粉尘又可以分为落尘和飘尘两种状态, 落尘顾名思义是指产生后沉落到设备、物料或者是巷道里的这部分粉尘;飘尘, 是呈现出一种游浮状态, 可以较长时间内悬浮在空气中。还有一种粒径在5μm的尘粒被称为呼吸性粉尘, 可以被呼吸到人的肺里, 对人的身体健康危害极大。
煤矿在打眼、放炮、采煤、装运、移架等过程中都会产生大量的粉尘, 据调查发现, 煤矿井下的粉尘绝大多数都是由机械化采煤的采掘过程产生的。在综采工作面中, 最主要的煤尘来源是采煤机割煤和煤炭的装载;第二大尘源是液压架的移架、工作面片帮和顶板跨落;运煤过程中产生的煤尘是第三来源。据实验得知, 在矿井中从入风到回风的风流种的粉尘含量是不同的, 呈一条“山峰”形状的曲线, 曲线的高低缓急和采煤生产的工作顺序、强度是联系在一起的。在目前已经有的防尘技术下, 各个环节所产生的粉尘多占的比例大致为:采煤工作面占40%~50%, 掘进占20%~40%, 运输阶段占10%~15%, 喷浆作业占5%~10%, 其他占2%~5%。
煤矿井下粉尘危害极其大, 主要有两种。
第一, 粉尘的燃烧和爆炸。这些粉尘都是可燃物质, 当浓度到达一定的程度, 并遇到高温或外界明火时, 特别容易发生燃烧和爆炸。当粉尘中含硫量大于10%, 浓度在25 0~1500 g/m3, 引燃温度为435℃~450℃时即有爆炸性。粉尘爆炸可产生高温高压;产生正反向冲击波, 以极快的速度扩散, 造成人员伤亡、设备损坏;还可能引起瓦斯爆炸和煤尘的连续爆炸;生成有害气体。
第二, 可以引起尘肺病。煤矿尘肺病包括煤肺病、矽肺病煤矽肺病三种类型。根据有关统计, 煤矿企业矽肺病约占粉尘肺病总人数的20%~30%。煤肺约5%~10%, 煤矽肺约占70%~80%。尘肺病不仅给员工和家属带来了巨大的身体和精神上的痛苦, 对企业来说, 除了影响生产工作, 也带来了巨大的经济费用问题。
2 粉尘分布的规律
综采工作面粉尘浓度不仅与产尘量有关, 而且与空气流动状态也有关系, 粉尘在风流中的扩散运动属于气固两相流, 不仅受气体流动状态影响, 还与粉尘本身的扩散有关, 所以研究粉尘在风流中的运动及扩散规律对粉尘处理来说是至关重要的。
2.1 综采工作面粉尘运动规律
割煤机在顺风向割煤和逆风向割煤运动规律基本相似, 但有一点不同。在顺风向和逆风向中的粉尘, 一方面随着风流运动, 另一方面还横向的随机扩散在风向的作用下, 粉尘主要是沿着机道空间运动并不断沉落, 多数粉尘降落在煤壁、工作面上和底板上, 只有少数的扩散到人行道并随风流飘出工作面;截割煤产的粉尘随着风的作用和粉尘自身的扩散性扩散到人行道空间, 扩散的速度基本固定, 风速大扩散的距离近, 风速小则扩散的距离远。
2.2 移架产生的粉尘运动规律
综采工作面移架产生的粉尘, 一方面随着风流向回风侧运动, 一方面向下方运动;粉尘随风流运动并且沿程不断沉降, 粉尘沉降的速度是相对固定的, 机道空间风速大, 大颗粒沉降前随风流运动的距离远, 人行道空间风速低, 大颗粒沉降前随风流运动的距离近;人行道空间的粉尘运动碰撞到液压支柱上被捕获, 这使得人行道空间粉尘量减少的速度很快。
3 粉尘防治措施
一般来讲, 综采工作面防尘主要通过三方面来实现, 第一是采煤之前通过煤层注水来提高煤体的湿润程度, 以此来降低煤尘;第二是在开采过程中, 利用特定的防尘技术控制尘源, 以防扩散;第三, 利用相关技术及时把已经产生的粉尘过滤掉。
3.1 煤层注水
往煤层里注水是减少采煤过程中综采工作面产生粉尘的最根本、最有效的途径之一, 目前我国煤矿防尘用的比较多的技术。煤层注水是通过钻孔向媒体中注水, 以此来提高媒体的湿度和含水量, 从而减少机械割煤过程中粉尘的产生。在注水的过程中, 还可以添加表面活性剂, 通常可以增加煤层的适度, 有利于综采工作面的防尘。煤层注水据有双重的效果, 一方面可以减少粉尘的产生, 另一方面可以驱赶媒体中游离的瓦斯, 减少落煤时瓦斯的涌出量, 降低了工作面的温度等。煤层注水技术在我国煤矿已经得到了广泛的应用, 但是随着综采工作水平越来越高, 对注水技术的要求也越来越高, 要根据具体的综采工作情况, 选择合理钻孔布置方式, 注水方法等, 从而达到最佳效果, 更好的实现防尘、降尘的目的。
3.2 喷雾降尘
采煤机产尘量是所有机械化采煤中最为突出的, 采煤机滚筒割煤时和向输送机上装煤时时产尘量最大的工序, 因此其也成为综采工作面防尘的重点。目前对采煤机的喷雾技术有以下几个方面:一是采煤机本身有内外喷雾装置。这是一传统的降尘技术, 但采煤机内外喷雾装置经常因喷雾嘴堵塞或系统封闭不好而漏水, 造成压力不足等, 因此并不能发挥有效的作用。二是水幕降尘。在含尘量大的区域利用多个喷雾器喷射形成水幕, 此水幕要求颗粒细小而且密度要大, 喷射水幕的速度要快, 来达到净化风流使悬浮粉尘沉降的作用。
3.3 液压支架喷雾降尘
液压支架在降柱和移动过程中的产尘量占整个工作面产尘量的1/3左右, 有的高达900mg/m3至1600mg/m3。以往的液压防尘主要是人工控制, 操作繁琐, 使用不便、效果不明显。目前的液压防尘技术是自动喷雾控制阀, 在移动、降柱等过程中自动喷雾除尘, 操作简单方便, 而且效果良好。
3.4 通风排尘
一般情况下最佳的排尘风速为每秒1.5 m到每秒2.2m, 但采取其他有效的防尘措施后, 风速必须有所增强才能有排尘效果。为了适应高风速排尘必须要加强煤层注水, 喷雾技术等综合防尘措施。
3.5 个体防护
在防尘降尘的措施中, 个体防护是综合防尘工作中不容忽视的一个重要方面。个体防护主要是指佩戴防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器、防尘口罩、防护眼镜等, 这样可以大大减少微尘的呼入量, 改善工作人员的身体健康状况。
摘要：随着采煤机械化程度越来越高, 井下粉尘对煤矿安全生产和作业人员身体健康的危害越来越大。本文通过分析粉尘的危害及分布规律, 对防尘降尘提出了治理措施。
关键词：综采工作面,粉尘,分布规律,防治
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