浅谈煤矿井下粉尘的治理_煤矿井下粉尘治理方案

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浅谈煤矿井下粉尘的治理

2008级采矿工程

高德营

摘要：根据煤矿井下粉尘的特性及其危害和对井下空气污染的状况，提出了针对井下各产尘源的治理措施和方法。从而改善煤矿工人的作业环境，降低矿工职业病发病率和事故率，提高煤矿生产效益和经济效益。

关键词：粉尘、空气污染、喷雾降尘.净化风流.煤层注水.个体防护

目前我国煤炭开采以井工开采为主，目前我国煤炭产量构成，井工矿开采的煤炭产量占全国煤炭产量93%以上。由于井下采煤空间狭小，工作地点多变，通风效果差,不使用撒水降尘,不冲刷井壁巷帮,干打眼等原因,造成煤矿粉尘在矿井开拓.掘进.采煤.运输.提升.转载等过程中,因煤层被破碎而产生粉尘,并能较长时间悬浮与空气中的岩石和煤炭的细微颗粒,大量的粉尘，严重污染井下环境,严重威胁着工作人员的身心健康和加快对机械的磨损.为了搞好采煤工作面的防治，有效降低其粉尘浓度，必须针对井下不同尘源采取相应的治理措施，以达到对粉尘进行综合治理的目的。

1、井下粉尘的分类及其特性与危害

煤矿井下粉尘是指在煤矿生产中产生的微细煤尘和岩尘的总称。

1。1煤矿粉尘主要包括岩尘和煤尘,形状不规则,颗粒大小分布范围很广,按矿尘粒径可划分为:

(1)粗尘:粒径大于40&m,相对于一般筛分的最小颗粒,在空气中较易沉降.(2)细尘:粒径为10-40&m，肉眼可见，在静止空气中做加速沉降。

（3）微尘：粒径为0。25-10&m,用光学显微镜可以观察到，在静止空气中做等速沉降。

（4）超微尘：粒径小于0。25&m,要用电子显微镜才能观察到，在空气中做扩散运动。

1。2煤矿井下粉尘具有如下特性：

（1）粉尘表面吸附一层空气薄膜，阻碍粉尘间或水滴与粉尘间的凝聚沉降。

（2）粉尘的分散度增大，吸附在表面的氧分子增多，加快了粉尘氧化分解过程。

（3）细微岩尘由于表面积增大，岩尘中的游离二氧化硅很容易溶解于人体肺细胞中，引起尘肺病。

（4）采掘工作面中产生的新鲜粉尘较回风道中的粉尘易带电。

由于粉尘具有这些特性决定了以下危害：易引起尘肺；易引起燃烧和爆炸；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命。

2、井下粉尘污染的治理

2.1、采煤工作面粉尘的治理

采煤工作面时煤矿产尘量最大的作业场所，为了搞好采煤工作面粉尘的防治，有效降低其粉尘浓度，必须针对采煤工作面的不同尘源采取相应的防治措施，以达到对粉尘治理的目的。

目前滚筒采煤机降尘的主要方法是采用滚筒内外喷系统，即一雾状压力水射流冲击截齿和截齿产生空间湿润破碎煤体，捕捉破碎飞扬的煤尘。

采煤机滚筒内喷雾系统的喷嘴一般都没在滚筒的适应位置上，喷雾射六轴线正对截齿的截割区，采煤机开动时，喷嘴喷雾，截齿实现湿式截割，这样能将粉尘歼灭在产生处附近。外喷雾的喷嘴一般都没在截割部靠煤壁一侧，采煤机采煤喷雾器向飞扬的滚筒附近的煤尘喷雾。如果供水参数选择合适，外喷雾也能取的好的降尘效果。实验证明内外喷雾同时运用比单独使用任意一种效果好。降尘率可提高25%-30%。内喷雾的优点是雾化水直接射到截齿切割点，能将煤尘尽量消灭在产尘处附近，降尘率比外喷雾高30%，内喷雾还能降低截齿温度，预防摩擦火花，延长截齿使用寿命。

现在多数采用的内喷雾一般均属于低压灭尘方式，水压均为2MPa,由于压力不能提高供水管旋转密封的限制，实际喷水口压力远低于2MPa，水压较低，雾化效果差，喷嘴堵塞后不能自动清理，所以采煤机的内喷雾目前都达不到预期效果。

采煤机外喷雾主要采用喷雾向截割部喷雾，保证高效的喷雾效果是喷雾器的确定合理的安装位置，高压外喷雾可使总粉尘降尘率达到90%以上。

2。2综采放工作面的粉尘治理

80年代后期综采（放）顶煤面实现高产高效，瞬时生产能力增至20-30+-/min以上。90年代后，我国迅速发展了棕采放顶煤技术，该技术倨有高产高效低耗的特点。但同时带来了产尘点多，产尘量大，粉尘污染严重的问题，因此，在综采工作面采煤机周围，放煤口及移设支架的下风侧，煤尘浓度高达1000-2000mg/m3以上。煤矿工人在这样的环境中工作，极易患肺病，严重危害身体健康，降低生产效率，增加了各种事故的发生。

按照综放面粉尘防治技术机理的不同，可将综放面防尘技术措施分为减尘。降尘。排尘。除尘和个体防护。

（1）减尘措施：煤层注水，采空区及巷道灌水，改进采煤机切割机及选择合理切割参数，选择适宜的放煤方法和放煤参数，改进放煤工艺

（2）除尘措施：包括干式除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器等

（3）降尘措施：喷雾水幕净化风流，防尘用水中添加湿润剂，架间及放煤口自动喷雾，采煤机内外喷雾，运输设备转载点及装载点喷雾撒水，喷雾泡沫降尘。

（4）排尘措施：隔尘措施，如采煤机按设纵向隔尘幕帘，回风巷切口幕帘，破碎机密封罩等综放面采用W型。E型通风系统或U型顺流通风系统选择最佳排尘风速

（5）个人防护：工人戴防尘口罩 防尘面罩

2。2。1破碎机转载点粉尘的处理。破碎机防尘有两种，封闭式破碎机避免粉尘飞扬，在封闭的基础上安装小型除尘器进行抽尘净化，在破碎机的出口处安装喷雾降尘。

转载点降尘的有效方法是封闭加喷雾，通常在转载（即采煤工作面输送机与平巷输送机连接处）加半封闭封罩，罩内安装喷嘴以消除飞扬的浮尘，降低进入采煤工作面的风流含量。为了保证密封效果，密封罩进出口安装半遮式软风帘，风帘用风筒制作。

2。2。2放煤口粉尘的治理。放煤口也是综放面的主要尘源之一，目前放煤口的防尘措施主要还是喷雾降尘，少数煤矿采取物理化学方法（湿润剂或泡沫）降尘。控制方式还是用手动喷雾的最多，只有少数煤矿采用了于放煤同步的联动自动喷雾降尘技术。

2。2。3溜煤眼粉尘的治理。溜煤眼矿尘的控制，关键在于溜煤眼的设计，一般应将溜煤眼布置在回风侧。如因条件限制需设在进风巷道附近时，也应将溜煤眼布置在主要进风巷道的绕道中。溜煤眼口距绕道口的距离应大于冲击风流最大距离（6-100m）。此外，还要采取溜煤眼口密闭、喷雾洒水和通风排尘等综合防尘措施。

2。2。4支架间的喷雾防尘。液压支架在降柱前移和升柱过程中产生大量粉尘，由于通风断面小，风速大，来自空区的矿尘量大增。因此液压支架也是采煤工作面的粉尘防治对象，利用液压支架和放煤动作联动的自动喷降降尘装置，一但移架就能自动喷雾降尘，既能有效的捕捉移架时产生的粉尘，又不增加工作操作工序，还能取得较好的防尘效果。

2.2、掘进工作面粉尘的治理

（1）凿岩时粉尘的治理。机械凿岩是矿山井下生产过程中的主要产尘源之一，机械凿岩时所产生的矿尘浓度除和矿岩的物理化学性质有关外，主要取决于生产强度等。除矿山井下普遍使用的湿式凿岩降尘及干式孔口捕尘和孔底捕尘外还要泡沫除尘。泡沫除尘技术时一种高效、简便、经济、易操作的新技术。其原理是：在水中加入一定比例的泡沫除尘剂，通过一套机械装置，得到使水的表面张力小于3.5×10-5N/cm2的泡沫溶液。由于将水发泡，不仅节省了大量用水，而且造成了多界面润湿条件，使矿尘增湿并成泥浆，提高了对呼吸性粉尘的捕获率，使其达到90%以上。

（2）爆破作业时粉尘的治理。爆破作业时产尘最集中的生产工序，且其产生的浮游矿尘粒比干式凿岩时还要细微。因此矿尘的自然沉降速度慢，不利于缩短作业循环时间，其污染影响范围可达几十米甚至上百米。爆破作业的产尘量主要与炸药数量、爆破方法和矿尘物理性质及润湿程度有关。

矿山井下广泛采用水泡泥爆破降尘，其使用方法是将袋水的塑料袋代替一部分泡泥填与炮眼内，起到爆破封孔的作用。爆破时水袋破裂，水在高温高压下汽化，于尘粒凝结达到降尘的目的。采用水泡泥比单纯用土泡泥时的矿尘浓度降低20%-50%，尤其是呼吸性粉尘含量有较大减少，水炮泥还能降低爆破产生的有害气体，缩短通风时间，防止爆破引燃瓦斯。此外，还有喷雾降尘、水幕降尘。冲刷巷道岩帮降尘，净化风流等措施。

（3）装岩时粉尘的治理。除常用的喷雾洒水降尘外还有以下两种：①运输机水电连锁降尘，在运输系统所有装载点、转载点，可根据矿尘大小安设定点喷雾装置，进行经常或不定时喷雾洒水。当运输距离较长时，最好采用水电连锁装置，即输送机启动运转时，控制喷雾阀门的电磁阀自动打开，实现喷雾洒水。②矿车运输自动洒水降尘。采用喷雾洒水的办法浇洒矿车，因为考虑到矿车运输不连续的特点，矿山多采用机械传动自动控制方式，当矿车到达指定位置是，装（煤）岩机开始装煤岩启动时，喷雾电磁阀与装煤岩机相结，装（煤）岩机启动运转时，喷雾进行洒水降尘，装没（煤）岩机装满矿石停止运转时，喷雾停止洒水降尘。这样整个装（煤）岩过程都进行洒水降尘。

（4）收尘措施。控制机械工作面含尘气流向巷道外扩散是一种利用气流的附壁效应，将原压入式风筒供给机掘工作面的轴向风流改变为沿巷道壁运动的旋转风流，并使风流不断向机械工作面推进。在掘进机司机工作区域的前方建立起阻挡粉尘向外扩散的空气屏障，封锁住掘进机工作时产生的粉尘；除尘器将工作面的含尘风流吸入吸尘罩，由除尘器净化，从而提高机掘工作面的吸尘效率。

2.3 风流净化措施

净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获的技术措施。

当入风井巷和采掘工作面的风源含尘量超过0.5mg/m3时，应采取风流净化措施。矿井风流净化分为主进风源净化和局部地点的风流净化两种。对于主进风源净化，首先要防止地表粉尘进入地下，保护入风质量。当入风流含尘量超标时，可采用水幕净化，净化水幕应安设在支护完好，壁面平整无断猎破碎的巷道内，一般设置位置为：

（1）矿井总入风流净化水幕距井口20-100米巷道内；

（2）分区和采区入风流净化水幕；风流分叉口支流里侧20-100米巷道内；

（3）采煤回风流净化水幕；距工作面回风口10-20米回风口；

（4）掘进回风流净化水幕；距工作面回风口30-50米巷道内；

（5）巷道中产尘源净化水幕；尘源下风侧5-10米巷道内；

在皮带运输的巷道中每隔50-100米按一道全封闭的喷雾，当皮带运输启动，打开喷雾进行洒水降尘，净化风流。水幕的控制方式可根据巷道条件选用光电式。触控式或各种机械传动的控制方式。对井下具备尘源的净化要求采用的除尘装置具有体积小，效率高，阻力小能有效的除去细微尘粒及工作可靠等特点

3煤层注水减尘

煤层注水减尘是煤炭开采中一项有效的预防性减尘措施，早在20世纪40年代，国外已经开始采用此法减尘，至今已成为全世界许多产煤大国的广泛使用措施，我国的煤层注水实验工作从20世纪50年代开始，近年来，许多综放工作面推广煤层注水技术。

3。1煤层注水的实质：

煤层注水的减尘作用主要有以下几个方面：

（1）煤体内的破裂中存在着原生煤尘，水进入后可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效的消除这一尘源。

（2）水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生。

（3）水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质。当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。

（4）煤层注水能预防冲击地压，软化煤体，减少大块煤体，提高回收率，在水中加入防火阻火剂，可以预防火灾，减少火灾的危害，降低工作面环境的温度。

3。2煤层注水方式

工作面超前动压区长钻孔双巷注水是根据工作面超前压力使工作面前方一定宽度内的煤体产生较多的次生裂隙，这一特点，在该区域内实施长钻孔注水方式要确定合理的注水区域即确定合理的注水超前距离和终止注水超前距离，如注水超前距离过大，在非动压区内煤体导水性差，注水困难；如注水超前距离过小，煤体破碎大，次生裂隙过于发育，注水易延较大裂隙流出煤体，达不到注水理想效果。

3。3封孔方式及选择

煤层注水效果的好坏，封孔是关键。封孔有封孔器，水泥沙浆和水泥石膏浆等多种方式。封孔器封孔的缺点是封孔有效长度短，抗高压水的的能力较弱，但低压连续注水效果好，封孔简单。因此适用低压连续注水，水泥沙浆和水泥石膏浆封孔是水平孔，因倾斜孔由于沙浆自重作用会自动添满。根据砂浆在水平收缩会产生月牙状的空隙，造成跑水，对水泥沙浆和水泥石膏及加膨胀剂等各种成分组成，和配比在实验室进行实验表明，采用水泥石膏浆封孔较理想。水泥砂浆和水泥石膏浆等孔封好。它有强度高。封孔长度长，经久耐用。因此，动压注水采用该封孔方式。在实际过程中，根据煤层的性质布置好合适的钻孔选择适宜的水压及科学的封孔方式，然后向煤层注水，达到一个良好的降尘效果。个体防护

矿井各生产环节，尽管采取了多项防尘措施，但也难以使各作业地点粉尘浓度达不到卫生标准，有些作业环节的粉尘浓度甚至严重超标。所以，个体防护是综合防尘工作中不容忽视的一个重要环节，个体防护的防尘目的是使佩戴者既能呼吸净化的纯净空气，又不影响正常工作。防尘用具主要有：防尘面罩。防尘口罩和防尘呼吸器，防尘面具的作用是将含尘中空气中的粉尘通过过滤材料过滤后，使人体吸入清洁的空气，防止空气中的粉尘进入呼吸系统，避免接尘人员受到粉尘的危害，当氧气含量大于18%粉尘毒害性及产尘量不大的工作场所，可使用过滤式防尘面具，而氧气含量小于18%粉尘毒害性大或产尘量的作业场所，可使用隔离式防尘面具。煤矿井下防尘科学管理展望

在机械化采掘作业和运输、转载过程中，都要产生大量粉尘，危害十分严重。目前的防降尘技术已远远满足不了日益严重的尘害治理需要。近几年来，英国研制出的吸尘滚筒，已在英国煤矿50%以上的长壁工作面推广使用。

为适应新世纪采矿工业的发展，建立安全、清洁的作业环境，对呼吸性粉尘的控制，是煤矿防尘工作的主要发展方向。我们应在吸收国外防尘技术经验的基础上，重点发展适合我国煤矿生产条件的吸尘滚筒、高压水辅助切割降尘技术、高压和超高压喷雾降尘、干式布袋除尘技术、声波雾化除尘技术、预荷电降尘技术等。

另外，利用生物技术制造成的生物聚合物等新材料，可做成低阻力、高阻尘率的个体防护用具，防止呼吸性粉尘及其它有毒、有害气体进入人体，保护人体健康。

参考资料：（1）胡卫民 高新春 鹿广利 《矿井通风与安全》 中国矿业大学出版社 2008年

（2）国家安全生产监督管理局《煤矿安全规程》 煤炭工业出版社 2009年

（3）李崇训 《粉尘》 煤炭工业出版社 1999年

（4）辛广龙《一通三防》 煤炭工业出版社 2007年

（5）杨忠东《综放面喷雾防尘技术》 煤炭工业出版社 2007年

（6）孙艳玲《煤矿采掘引起粉尘污染与防治》 自然科学出版社 2002年