采煤工作面粉尘防治措施研究

张文章 郑刚

(河南神火集团有限公司,河南 永城 476600)

采煤工作面粉尘防治措施研究

张文章 郑刚

(河南神火集团有限公司,河南 永城 476600)

矿井粉尘是煤矿五大自然灾害之一。煤矿粉尘因其自身的理化特性,导致其在具有爆炸危险性的同时,还具有减少仪器设备使用寿命和精度、降低生产现场可见度、容易自燃以及导致长期接尘人员患职业病(尘肺病)等危害。本文主要针对采煤工作面粉尘防治措施展开研究和探讨,以期能对推动采煤工作面粉尘防治技术的革新起到推动作用。

采煤工作;面粉尘;矿井粉尘

我国是一个煤炭大国,也是一个煤矿事故多发的国家,我国煤矿事故死亡人数是世界上其他主要采煤国家死亡总人数的4倍,百万吨煤死亡率是美国的100倍,印度的10倍。每年有很多人因此而失去生命或导致残疾,其中煤尘是影响煤矿安全生产的一个主要因素。煤尘可以引起尘肺病和爆炸等,除此之外,煤尘还有加速机械磨损,减少精密仪表的使用时间,降低工作场所能见度,增多工伤事故等各种危害。

我国尘肺病的危害极为严重。截至2013年,全国累计报告尘肺616 440例,死亡146 190例。近15年平均每年新发尘肺病人近1万例。其中,全国国有重点煤矿尘肺病患者累计达20余万人,每年尘肺病患者死亡人数是煤矿工伤死亡人数的5倍,并且每年以4 000～5 000人递增。全国国有重点煤矿职工平均尘肺病患病率为6.33%,比西方发达国家高出约5%。如此严重的尘肺病危害,给煤矿企业和国家都造成了巨大的经济损失,也给井下矿工身体带来严重的危害［1］。

由此可见,粉尘对煤矿的工作环境、安全生产和矿工的健康都构成了极大的危害,如何采取科学、有效的防尘措施,降低粉尘危害,已成为一个迫在眉睫的问题。要采取科学、有效的防尘措施,首先要清楚粉尘的运动和分布规律,所以研究粉尘在工作面的运动规律和分布规律,对制定有效的防降尘措施具有重大意义。

1 采煤工作面粉尘危害程度评价

1.1 粉尘危害评价标准

《煤矿安全规程》明确规定,井下有人的工作地点和人行道的空气中,粉尘浓度不得超过以下规定［2］：

表1 粉尘浓度标准

工作场所有害因素职业接触限值(GB Z2一2002)中规定工作场所空气中粉尘容许浓度标准［3］如表2。

表2 工作场所空气中粉尘容许浓度标准

根据生产性粉尘作业危害程度分级(GB 5817一86)将接触生产性粉尘作业危害程度按照粉尘中游离二氧化硅含量、工人接尘时间肺总通气量以及生产性粉尘浓度超标倍数三项指标共分为五级：0级、I级危害、II级危害、III级危害、Ⅳ级危害［4］。

1.2 粉尘危害评价结果

根据《煤矿安全规程》、《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2一2002)以及《生产性粉尘作业危害程度分级》(GB5817一86)的有关规定,该煤矿回采工作面的粉尘浓度为410～983mg/m3,大大超出了规定的允许浓度,粉尘危害程度为最高级IV级,严重危害了职工的身体健康和煤矿的安全生产,必须采取有效措施治理粉尘［5］。

由于现行的标准规范主要按粉尘的浓度规定,忽略了粉尘粒度的影响,特别是粒径较小的呼吸性粉尘的危害影响。仅仅通过测定工作面的粉尘浓度还不能全面的评价粉尘的危害,因为同样浓度的粉尘,分散度不一样,对人体的危害程度也不同。所以对粉尘的分散度进行进一步的研究显得尤其重要。

2 采煤工作面粉尘防治技术

2.1 安装自动化高压喷雾系统

为了降低井下回采工作面的粉尘危害,该煤矿可安装一套自动化高压喷雾除尘系统。该系统通过净化系统将水净化,然后经过地面的加压泵加压成8MPa的高压水后,供给井下高压喷雾除尘系统,进行高压喷雾［6］。

2.1.1 高压喷雾降尘机理

除尘实践表明,低压喷雾存在以下缺点：喷嘴容易堵塞、雾化程度不高且对呼吸性粉尘的除尘效率低,而高压喷雾在一定程度上可以克服这些缺点。

高压喷雾的优势主要在于喷雾压力和喷嘴结构。高压喷雾的喷雾压力一般要求大于7.2MPa,喷嘴孔径一般小于1mm,而普通中低压喷嘴孔径一般都大于1mm。高压喷头的结构有利于增加喷嘴壁与水流的摩擦,增加雾粒荷电量,而且其单位体积内的雾粒数也远大于中低压喷雾。

在尘粒、雾粒和空气组成的混合相中,带相异电荷的尘粒和雾粒将产生相互吸引的电场力,所以增强了雾粒的捕捉粉尘能力,提高了降尘效果。而带相同电荷的粉尘和雾粒会相互排斥,这样会加强它们的布朗运动,从而增加了它们与带异性电荷颗粒的碰撞几率,提高了雾粒捕集粉尘的能力。而呼吸性粉尘的粒径小重量轻,雾粒在电场力的作用下运动能力加强,因此荷电喷雾对呼吸性粉尘的捕集尤为突出。所以高压喷雾可以提高降尘率,特别是对呼吸性粉尘的降尘率。

2.1.2 净水系统。

净水系统主要包括七个环节。

①通过原水罐或蓄水容器储存原水,用于沉淀水中的大泥沙颗粒及其他可沉淀物质。同时缓冲原水管中水压不稳定对水处理系统造成的冲击。

②通过多介质过滤器,采用多次过滤层的过滤器,去除原水中含有的泥沙、铁锈、胶体物质、悬浮物等直径在20um以上的物质。

③活性炭过滤器。活性炭不但可吸附电解质离子,还可进行离子交换吸附,起到催化作用,去除水中的色素、异味、大量生化有机物,降低水的余氯值及农药污染物,除去水中的三卤化物以及其他的污染物。

④离子软化系统。为防止浓水端特别是装置最后一根膜组件浓水侧出现CaCO3,MgCO3,MgSO4,CaSO4, BaSO4,SrSO4,SiSO4的浓度积大于其平衡溶解度常数而结晶析出,损坏膜原件的应有特性,在进入反渗透膜组件之前,应使用离子软化装置或投放适量的阻垢剂阻止碳酸盐、SiO2、硫酸盐的晶体析出。

⑤精密过滤器。采用精密过滤器对进水中残留的悬浮物、非曲直粒物及胶体等物质去除。

⑥反渗透系统。反渗透设备在除盐的同时,也将大部分细菌、胶体及大分子量的有机物去除。

⑦臭氧发生器。杀灭有二次污染产生的细菌,彻底保证产品水的卫生指标。

2.1.3 地面加压系统

地面安装两台管道加压泵,加压泵把水加压到8MPa压力后送至井下喷雾除尘使用。管道加压泵最大压力不低于10MPa,变频自动控制水压力,使水保持在6～8MPa压力范围。

2.1.4 自动化高压喷雾系统

系统由监控电脑主机、打印机、环网交换机、粉尘监控分站、电源、粉尘传感器、红外热释器、光控传感器、触控传感器、电磁阀、雾化喷头、水管等组成。该系统结合了煤矿井下不同场所的作业特点,采取不同的除尘控制方式。光控传感器主要安装在皮带转载点等,当皮带有煤的时候,传感器输出控制信号给监控分站,分站接收到信号后控制洒水球阀打开并洒水；粉尘传感器主要安装在采煤工作面、回风巷等,当传感器检测到粉尘浓度超过设置的浓度时,传感器发出洒水控制信号给分站,分站接收到信号后控制洒水球阀动作并洒水；触控传感器主要安装在机车运输巷、皮带巷等,当机车或者皮带动作时触动传感器动作并发出洒水控制信号,分站接收到洒水控制信号后控制洒水球阀动作并洒水。分站采集的数据信息通过环网传输到地面主机,工作人员可以在地面电脑查询信息,同时工作人员可以在地面远程操作井下洒水球阀洒水,实现井下洒水除尘设备自动化远程控制。

2.2 改进采煤机内外喷雾系统

采煤机内外喷雾是通过在采煤机的机身上布置外喷雾喷嘴和在滚筒布置内喷雾喷嘴,实现内外喷雾联合降尘。而该煤矿现有的采煤机内外喷雾系统在实际应用中并不能良好使用,应当采取一些改进措施。

2.2.1 外喷雾装置

外喷雾装置的喷嘴安装在采煤机机身上,雾流从机身喷向滚筒。

外喷雾装置的缺点主要有：

(1)水压低,喷射距离短,雾化效果很差。

(2)外喷雾装置体积小,喷嘴处供水量少。

(3)喷嘴被设为逆风流喷雾,水不能充分到达产尘区。

(4)滚筒上的喷嘴在滚筒割煤时部分或全部埋入煤中,喷出的射流不能雾化,喷嘴容易堵塞。

外喷雾装置的改进措施：

(1)增强喷雾装置的密封性能,保证水量和水压。

(2)采煤机摇臂喷杆应接近尘源,可采用无缝钢管。

(3)增设升压泵,提高喷雾水压。

(4)在副井上口建立净化水池,改进水质,防止喷头堵塞。

(5)添加降尘剂。

2.2.2 内喷雾装置

内喷雾的喷嘴安装在滚筒齿根部,喷雾是从滚筒齿根喷向截齿。

内喷雾装置的缺点主要有：

(1)内喷嘴的压力达不到要求,密封不良,喷嘴容易损坏和堵塞。

(2)供水管要通过旋转轴和截齿的齿座,活动连接比较多,容易出问题。

(3)密封件因为水管的转动容易损坏,使水进入行星机构的油池中,润滑油因此而变质。

(4)过水管的密封损坏后可能因为润滑不良而摩擦发热。散发出的热量隐蔽性大,容易造成危害。

内喷雾装置的改进措施：

(1)增大供水压力。

(2)增大供水管直径,将供水管由D20mm改为D32mm,增加供水量。

(3)合理选择喷嘴数量和出口直径,使之与系统的供水压力和流量配合。

(4)加长过水管,使其超出在行星机构油池之外。

(5)在供液管路中设置过滤器,保证供水水质,防止喷嘴堵塞。

2.3 其他技术措施

(1)在采煤机上安装空气幕隔尘装置。

(2)佩戴个体防护用品。工人通过佩戴个体防护用品如防尘口罩、防尘面罩和防尘呼吸器等,可将绝大部分的粉尘隔绝在人体外,使用简单,成本低且不影响工人的井下操作,是一种非常简单有效的防尘措施。

3 结语

由于矿山的粉尘危害严重,特别是呼吸性粉尘对人体的危害严重,希望政府能出台更好有关粉尘防治的法律法规,企业能加强粉尘防治管理,加大对粉尘防治技术和设备的投入,加强对员工的安全教育和培训,齐心协力将粉尘危害降到最低。

［1］陈荣柱,谭聪,谢中强.综采工作面粉尘分布实测及降尘技术探析［J］.煤矿开采,2015(1):99一101.

［2］李学勇.山东煤矿粉尘综合防治技术创新与实践［J］.中国安全生产科学技术,2014(S1):270一275.

［3］张涛.采煤工作面顶板控制分析与事故防治［J］.内蒙古煤炭经济,2015(2):170一171.

［4］邹常富,刘勇,马威,等.综掘工作面粉尘的产生及运移规律研究［J］.矿业安全与环保,2014(6):26一28.

［6］卢有成.煤矿综采工作面综合防尘新技术应用探析［J］.中小企业管理与科技(上旬刊),2014(1):176一177.

Study on Dust Control Measures in Coal Mining

Zhang Wenzhang Zheng Gang
(Henan Shenhuo Group Co.,Ltd.Yongcheng Henan 476600)

Mine dust is one of the five natural disasters in coal mine.Because of its physical and chemical properties,coal mine dust will result in explosion hazard,at the same time,it will also reduce the service life and accuracy of the equipment and devices,reduce production visibility,make it easy for spontaneous combustion,and lead to the personnel who has a long一term contact with the dust getting involved with occupational disease(pneumoconiosis)and other hazards.This paper mainly carries out research and discussion on dust prevention and control measures in coal mining,hoping to promote the renovation of dust prevention and control technology in coal mining.

coal mining;dust;mine dust

G206

A

1003一5168(2015)07一0083一3

2015一6一25

张文章(1977一),男,工程师,研究方向:矿山工程采煤技术;郑刚(1982一),男,工程师,研究方向:电气信息技术。