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煤矿井下粉尘污染与防治


第 21 卷第 1 期 煤  炭  技  术                  2002 年 1 月 Coal Technology

煤矿井下粉尘污染与防治
王  文1 , 桂祥友1 , 王国君2

摘  要 : 根据煤矿井下粉尘的特性 、 危害和对井下空气污染的状况 , 提出针对井下各产尘源的治理措施和治理方 法。 通过对粉尘

污染的治理 ,改善煤矿工人的作业环境 ,实现清洁生产 ,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 ; 粉尘治理 ; 清洁环境

中图分类号 :TD714     文献标识码 :A     文章编号 :1008 - 8725 (2002) 01 - 0043 - 02

0  引言

煤矿井下粉尘污染既是一个劳动保护问题 , 也 是一个环境保护问题 。 井下粉尘对人体危害很大 ,一 般大于 10 μm 的粉尘 , 容易被鼻腔 、 气管粘液所捕 捉 ,并逐渐排出体外 ; 小于 10 μm 的粉尘则可深入到 气管深部 ; 而小于 5 μm 的粉尘则 90 % 可沉积在气 管、 肺泡上 ,引起肺泡的冲血反应而导致尘肺病 。 严

重的尘肺病可能发展为肺心病 ,有很高的死亡率 ,对 我国煤矿粉尘危害严重 ,尘肺病的发病率高 ,不仅直 风进入大气 ,造成环境污染 。

煤矿工人威胁很大 ,成为煤矿工人最主要的职业病 。 接损害了井下工人的健康 , 也使大量粉尘随矿井排

1  矿井下粉尘的产生及特性
111  井下粉尘的产生

煤矿在生产 、 、 贮存 运输及巷道掘进等各个环节

中都会向井下空气中排放大量的粉尘 。 尤其在风速

较大的作业场所 ,粉尘排放量猛增 , 据资料统计 , 有 以上 。

的矿区排向井下空气的煤粉尘是煤炭产量的 116 % 采煤工作面是煤矿产尘量最大的作业场所 , 其 产尘量约占矿井产尘量的 60 % 左右 。 为了预防矿井 瓦斯 、 煤尘爆炸恶性事故的发生 ,改善矿井劳动卫生 条件 ,采煤工作面是矿尘防治的重点 。 机采工作面在 我国越来越普及 ,但产尘浓度也随之上升 。 采煤机割 煤、 支架移架 、 放煤口放煤及破碎机破煤是机采工作 面的四大产尘源 , 产尘量分别约占 60 % 、 % 、 % 20 10 和 10 % 左右 。 为了搞好采煤工作面的粉尘防治 , 有 效降低粉尘浓度 , 必须针对采煤工作面的尘源采取
收稿日期 :2001 - 09 - 11 ;修订日期 :2001 - 12 - 12 作者简介 : 王文 (1968 - ) ,辽宁阜新人 ,现从事教研工作 。

(11 辽宁工程技术大学 资环学院 , 辽宁 阜新 123000 ; 21 沈阳矿业集团有限责任公司 , 辽宁 沈阳 110000)

相应的治理措施 , 以达到对粉尘进行综合治理的目 的。 巷道掘进也是井下主要产尘源之一 , 在无任何 防尘措施的情况下 ,炮掘工作面 、 机掘工作面和巷道 锚喷过程中产尘情况如下表 1 所示 。
表 1  掘进工作面的尘源及产尘量的分布

工作面 总产尘浓度 类别
/ mg · - 3 m

炮掘 1 300 ~ 1 600 85 10 机掘 1 000 ~ 3 000 锚喷 600 ~ 1 000

2  井下粉尘污染的治理
211  采煤工作面粉尘的治理

112  井下粉尘的特性与危害

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 。 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 , 吸附在其表面的氧分 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 。 ( 4) 采掘工作面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 。

                Jan1 ,2002
生产工艺中产尘量占总产尘量的百分数 / % 干式打眼 湿式打眼 机掘 锚喷
5 41 46 13 86 13 1 49 34

Vol . 21 ,No1

打 放 装 打 放 装 切 转 移 上 喷 拌 眼 炮 车 眼 炮 车 割 载 溜 料 浆 料

17

采煤工作面是煤矿产尘量最大的作业场所 ,为

 · ·               煤  炭  技  术               第 1 期 44 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尘源采取相应的防治措 施 ,以达到对粉尘治理的目的 。
21111  采煤机径向雾屏降尘

流最大距离 ( 60 ~ 100 m) 。 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 。
212  掘进工作面粉尘的治理 21211  凿岩时粉尘的治理

这是一种采煤机外喷雾改进的措施 。 在采煤机

机械凿岩是矿山井下生产过程中的主要产尘源

摇臂上靠近滚筒部分 , 加一直的和弧形的金属管连 接 ,在其上焊 6 ~ 9 个喷座 ,并安装喷嘴 。 每个喷嘴的 流量 5 L/ min ,向喷嘴供应 10 MPa 以上的压力水 ,这 样在滚筒靠人行道侧形成一道径向雾屏 , 对控制和 降低滚筒产生的粉尘有较好的效果 。 采煤机外喷雾降尘优点是降尘效率高 , 装备简

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 底捕尘外还有泡沫除尘 。 泡沫除尘技术是一种高效 、 简便 、 经济 、 易操作

21112  采煤机高压外喷雾降尘

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 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 。

单 ,比较容易实施 ,压力 8 ~ 12 MPa , 每个喷嘴的流 量 15 L/ min 。 其主要原理是利用高压减小雾粒的浓 度 ,提高雾粒密度 、 飞行速度 、 引射风量 、 涡流强度及 带电量 , 增加雾粒与尘粒的碰撞机率 、 能量及附着 力 ,从而提高了水雾粒对尘粒的俘获率 。 高压外喷雾 可使总粉尘降尘率达到 90 % 以上 。 针对液压支架移架 、 放煤操作中主要的产尘工 序 ,设计一种自动喷雾控制阀 ,从而实现液压支架移 架、 放煤的自动喷雾降尘 。 为提高降尘效果 , 实现二 次喷雾降尘 ,在系统中加入组合四通阀等液压元件 。 这不仅实现支架移架 、 放煤的自动喷雾 ,还可实现下 风邻架的自动喷雾降尘 。 在系统中加入磁化器 ,可实 现有利于降低呼吸性粉尘的磁化水喷雾降尘 。 破碎机防尘有两种措施 ,即封闭破碎机 ,避免粉

21113  破碎机转载点粉尘的治理

尘外扬 ( 出口用软胶带 ) ; 在密闭的基础上安装小除 尘器 ,进行抽尘净化 。 转载点一般采用喷雾降尘的方法 , 可用触控液

压控制器实现与设备同步的自动喷雾降尘 , 也可应 用与破碎机相同的声波雾化和荷电喷雾降尘 。 当溜煤巷 ( 眼 ) 中溜煤时 , 煤下溜过程中 , 引起

21114  溜煤巷 ( 眼) 粉尘的治理

煤块与煤块 、 煤块与溜煤眼壁的冲击碰撞和摩擦 ,产 生大量粉尘 。 同时 , 下落煤体产生冲击气流 , 使矿尘 向溜煤巷外部扩散 ,因此 ,溜煤巷也是井下主要产尘 源之一 。 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 ,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

315 ×10 - 5 N/ cm2 的泡沫溶液 。 由于将水发泡 , 不仅 21212  爆破作业时粉尘的治理 21213  装岩时粉尘的治理 21214  收尘措施

爆破作业是产尘最集中的生产工序 , 且其产生

的浮游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

和矿尘物理性质及湿润程度有关 。 通常 ,同时起爆的 药量越多 ,爆破后产生的矿尘越多 。

矿山井下广泛采用水封爆破降尘 , 水封爆破的

降尘率可达 60 % ,且对除去呼吸性粉尘有较好的效
) 毒有害气体 ( 约 37 % ~ 46 %) 、 降温 ( 约 015 ~ 110 ℃

果。 另外 ,水封爆破还有降低炮烟 ( 约 70 %) 、 减少有 等作用 。 此外 ,还有喷雾降尘 、 水幕降尘等措施 。 除常用的喷雾洒水降尘外还有以下两种 :

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 ,即溜子或皮带启动运转时 ,控制喷雾 阀门的电磁阀自动打开 ,实现喷雾洒水 。

矿车运输自动洒水降尘 。 采用喷雾洒水的办法

浇洒矿车 ,考虑到矿车运输不连续的特点 ,矿山多采 工作 ,矿车通过后喷雾停止 。

用机械传动自动控制方式 , 实现矿车通过时喷雾器

控制机掘工作面含尘气流向巷道外扩散 ,可选

第 1 期             王文等 : 煤矿井下粉尘污染与防治            · ·  45 用附壁风筒 。 这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 。 并使风流不断向机掘工作面推 进。 在掘进机司机工作区域的前方建立起阻挡粉尘 向外扩散的空气屏幕 , 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 ,从而提高了机掘工作面的收尘效率 。
213  风流净化措施
3

滚筒 、 高压水辅助切割降尘技术 、 高压或超高压喷雾 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 。 随着技术的进步和研究的深入 ,用聚 酯纤维材料 ,采用三维针刺滤料结构 ,经烧毛 、 热压 , 表面树脂覆盖 、 疏水及热定型等系列处理工艺 ,并通 过再滤料表面添加金属粉末等特殊工艺处理后 , 将 研制出一种适合于煤矿使用的过滤风速达到 3 ~ 4
m3 / m2 · 、 min 对呼吸性粉尘集尘率大于 85 % 的矿用

当入风井巷和采掘工作面的风源含尘量超过

干式除尘滤料 。 滤料的突破 ,将使干式布袋除尘器向 小型化 、 系列化方向大大迈进一步 。 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 ,阻止呼吸 性粉尘及其它有毒 、 有害气体进入人体 ,保护人体健 康 ,生物技术必将渗透到矿业劳动安全与卫生领域 , 并使该领域产生一次技术革命 。

3  煤矿井下防尘科学管理展望

015 mg/ m 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 ,首先要防止地表粉尘进入地下 ,保护入 风质量 。 例如 ,在进风井与地面产尘点间设一定的防 护地带 ; 入风井口附近的运输道路及工业场地路面 铺水泥或沥青 ,设置洒水清洗路面的设施等 。 当入风 流含尘量仍超标时 , 可采用水幕净化或静电除尘等 措施 。 对于井下局部尘源的净化 ,鉴于矿井条件的特 殊性 ,风流净化方案的选择受到限制 ,不可能象地面 那样采取高效除尘设备 。 但要求采用的除尘装置体 积小 、 效率高 、 阻力小 ,能有效的除去细微尘粒 ,同时 具有安全 、 工作可靠等特点 。

4  结束语
粉尘污染监测 、 信息处理 、 尘害防治一体化是未 来煤矿尘害治理的必然趋势 。 通过粉尘传感器对各 种作业场所进行远距离或地面集中检测 , 获得的总 粉尘浓度 、 呼吸性粉尘浓度 、 粒度分布 、 游离 SiO2 含 量等粉尘信息 ,通过光纤通信系统传送到检测中心 , 由计算机综合处理后 ,粉尘专家系统提出治理方案 , 对粉尘浓度超标 、 可能危害作业人员健康 、 或可能引 起瓦斯 、 煤尘爆炸的场所 , 由检测中心发出指令 , 驱 动相应防 、 降尘设施进行自动除尘 ,一旦达到允许的 浓度范围 ,防尘设施又自动停止工作 。 这样 , 可使整 个作业场所始终保持安全 、 、 卫生 洁净的工作环境 。 参考文献 :
[ 1 ]  任守政 ,张子平 ,张双全 ,等 1 洁净煤技术与矿区大气污染防治 [ 2 ]  李金柱 1 煤炭工业可持续发展的开发与利用技术 [M] 1 北京 : 1996 ,430 — 1 435 [ 3 ]  范维唐 1 跨世纪煤炭工业新技术 [M] 1 北京 : 煤炭工业出版社 , [M] 1 北京 : 煤炭工业出版社 ,1998 ,241 — 1 246

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 。 现在普遍采用通风除 尘、 喷雾洒水 、 煤层注水 、 抽尘净化 、 个体防护等防降 尘措施进行综合治理 。 但是 ,这些防降尘技术已远远 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 。 它既能有效的降低采煤机割煤产 生的呼吸性粉尘 ,又能减少截齿摩擦火花引燃瓦斯 、 煤尘的危险 。 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 。 将在吸收国外防尘技术先进经验 的基础上 ,重点发展适合我国煤矿生产条件的吸尘

Dust pollution and prevention and cure in mine
WANG Wen1 , GUI Xiang-you1 ,WANG Guo-jun2

(1. Resource and Environmcnt Institute ,Liaoning Technological University ,Fuxin 123000 ,China ; 2. The First Mine of Shenyang Mining Group ,Shenyang 110000 ,China) Abstract :Based on the specific property ,harm and underground air pollution of dust ,put forward some measures and methods for prevent and cure so as to inprove miner’ work environment , achieve cleanly production ,reduce incidence of industrial diseases and accident s incidence ,increase benefit of production and economy. Key words :dust ; air pollution ; dust prevention and cure ; clean environment

煤炭工业出版社 ,1998 ,124 — 1 128


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