采煤工作面粉塵防治措施研究

張文章 鄭剛

(河南神火集團(tuán)有限公司,河南 永城 476600)

采煤工作面粉塵防治措施研究

張文章 鄭剛

(河南神火集團(tuán)有限公司,河南 永城 476600)

礦井粉塵是煤礦五大自然災(zāi)害之一。煤礦粉塵因其自身的理化特性,導(dǎo)致其在具有爆炸危險性的同時,還具有減少儀器設(shè)備使用壽命和精度、降低生產(chǎn)現(xiàn)場可見度、容易自燃以及導(dǎo)致長期接塵人員患職業(yè)病(塵肺病)等危害。本文主要針對采煤工作面粉塵防治措施展開研究和探討,以期能對推動采煤工作面粉塵防治技術(shù)的革新起到推動作用。

采煤工作;面粉塵;礦井粉塵

我國是一個煤炭大國,也是一個煤礦事故多發(fā)的國家,我國煤礦事故死亡人數(shù)是世界上其他主要采煤國家死亡總?cè)藬?shù)的4倍,百萬噸煤死亡率是美國的100倍,印度的10倍。每年有很多人因此而失去生命或?qū)е職埣?其中煤塵是影響煤礦安全生產(chǎn)的一個主要因素。煤塵可以引起塵肺病和爆炸等,除此之外,煤塵還有加速機(jī)械磨損,減少精密儀表的使用時間,降低工作場所能見度,增多工傷事故等各種危害。

我國塵肺病的危害極為嚴(yán)重。截至2013年,全國累計報告塵肺616 440例,死亡146 190例。近15年平均每年新發(fā)塵肺病人近1萬例。其中,全國國有重點煤礦塵肺病患者累計達(dá)20余萬人,每年塵肺病患者死亡人數(shù)是煤礦工傷死亡人數(shù)的5倍,并且每年以4 000～5 000人遞增。全國國有重點煤礦職工平均塵肺病患病率為6.33%,比西方發(fā)達(dá)國家高出約5%。如此嚴(yán)重的塵肺病危害,給煤礦企業(yè)和國家都造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也給井下礦工身體帶來嚴(yán)重的危害［1］。

由此可見,粉塵對煤礦的工作環(huán)境、安全生產(chǎn)和礦工的健康都構(gòu)成了極大的危害,如何采取科學(xué)、有效的防塵措施,降低粉塵危害,已成為一個迫在眉睫的問題。要采取科學(xué)、有效的防塵措施,首先要清楚粉塵的運動和分布規(guī)律,所以研究粉塵在工作面的運動規(guī)律和分布規(guī)律,對制定有效的防降塵措施具有重大意義。

1 采煤工作面粉塵危害程度評價

1.1 粉塵危害評價標(biāo)準(zhǔn)

《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定,井下有人的工作地點和人行道的空氣中,粉塵濃度不得超過以下規(guī)定［2］：

表1 粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)

工作場所有害因素職業(yè)接觸限值(GB Z2一2002)中規(guī)定工作場所空氣中粉塵容許濃度標(biāo)準(zhǔn)［3］如表2。

表2 工作場所空氣中粉塵容許濃度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)生產(chǎn)性粉塵作業(yè)危害程度分級(GB 5817一86)將接觸生產(chǎn)性粉塵作業(yè)危害程度按照粉塵中游離二氧化硅含量、工人接塵時間肺總通氣量以及生產(chǎn)性粉塵濃度超標(biāo)倍數(shù)三項指標(biāo)共分為五級：0級、I級危害、II級危害、III級危害、Ⅳ級危害［4］。

1.2 粉塵危害評價結(jié)果

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2一2002)以及《生產(chǎn)性粉塵作業(yè)危害程度分級》(GB5817一86)的有關(guān)規(guī)定,該煤礦回采工作面的粉塵濃度為410～983mg/m3,大大超出了規(guī)定的允許濃度,粉塵危害程度為最高級IV級,嚴(yán)重危害了職工的身體健康和煤礦的安全生產(chǎn),必須采取有效措施治理粉塵［5］。

由于現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要按粉塵的濃度規(guī)定,忽略了粉塵粒度的影響,特別是粒徑較小的呼吸性粉塵的危害影響。僅僅通過測定工作面的粉塵濃度還不能全面的評價粉塵的危害,因為同樣濃度的粉塵,分散度不一樣,對人體的危害程度也不同。所以對粉塵的分散度進(jìn)行進(jìn)一步的研究顯得尤其重要。

2 采煤工作面粉塵防治技術(shù)

2.1 安裝自動化高壓噴霧系統(tǒng)

為了降低井下回采工作面的粉塵危害,該煤礦可安裝一套自動化高壓噴霧除塵系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過凈化系統(tǒng)將水凈化,然后經(jīng)過地面的加壓泵加壓成8MPa的高壓水后,供給井下高壓噴霧除塵系統(tǒng),進(jìn)行高壓噴霧［6］。

2.1.1 高壓噴霧降塵機(jī)理

除塵實踐表明,低壓噴霧存在以下缺點：噴嘴容易堵塞、霧化程度不高且對呼吸性粉塵的除塵效率低,而高壓噴霧在一定程度上可以克服這些缺點。

高壓噴霧的優(yōu)勢主要在于噴霧壓力和噴嘴結(jié)構(gòu)。高壓噴霧的噴霧壓力一般要求大于7.2MPa,噴嘴孔徑一般小于1mm,而普通中低壓噴嘴孔徑一般都大于1mm。高壓噴頭的結(jié)構(gòu)有利于增加噴嘴壁與水流的摩擦,增加霧粒荷電量,而且其單位體積內(nèi)的霧粒數(shù)也遠(yuǎn)大于中低壓噴霧。

在塵粒、霧粒和空氣組成的混合相中,帶相異電荷的塵粒和霧粒將產(chǎn)生相互吸引的電場力,所以增強了霧粒的捕捉粉塵能力,提高了降塵效果。而帶相同電荷的粉塵和霧粒會相互排斥,這樣會加強它們的布朗運動,從而增加了它們與帶異性電荷顆粒的碰撞幾率,提高了霧粒捕集粉塵的能力。而呼吸性粉塵的粒徑小重量輕,霧粒在電場力的作用下運動能力加強,因此荷電噴霧對呼吸性粉塵的捕集尤為突出。所以高壓噴霧可以提高降塵率,特別是對呼吸性粉塵的降塵率。

2.1.2 凈水系統(tǒng)。

凈水系統(tǒng)主要包括七個環(huán)節(jié)。

①通過原水罐或蓄水容器儲存原水,用于沉淀水中的大泥沙顆粒及其他可沉淀物質(zhì)。同時緩沖原水管中水壓不穩(wěn)定對水處理系統(tǒng)造成的沖擊。

②通過多介質(zhì)過濾器,采用多次過濾層的過濾器,去除原水中含有的泥沙、鐵銹、膠體物質(zhì)、懸浮物等直徑在20um以上的物質(zhì)。

③活性炭過濾器。活性炭不但可吸附電解質(zhì)離子,還可進(jìn)行離子交換吸附,起到催化作用,去除水中的色素、異味、大量生化有機(jī)物,降低水的余氯值及農(nóng)藥污染物,除去水中的三鹵化物以及其他的污染物。

④離子軟化系統(tǒng)。為防止?jié)馑颂貏e是裝置最后一根膜組件濃水側(cè)出現(xiàn)CaCO3,MgCO3,MgSO4,CaSO4, BaSO4,SrSO4,SiSO4的濃度積大于其平衡溶解度常數(shù)而結(jié)晶析出,損壞膜原件的應(yīng)有特性,在進(jìn)入反滲透膜組件之前,應(yīng)使用離子軟化裝置或投放適量的阻垢劑阻止碳酸鹽、SiO2、硫酸鹽的晶體析出。

⑤精密過濾器。采用精密過濾器對進(jìn)水中殘留的懸浮物、非曲直粒物及膠體等物質(zhì)去除。

⑥反滲透系統(tǒng)。反滲透設(shè)備在除鹽的同時,也將大部分細(xì)菌、膠體及大分子量的有機(jī)物去除。

⑦臭氧發(fā)生器。殺滅有二次污染產(chǎn)生的細(xì)菌,徹底保證產(chǎn)品水的衛(wèi)生指標(biāo)。

2.1.3 地面加壓系統(tǒng)

地面安裝兩臺管道加壓泵,加壓泵把水加壓到8MPa壓力后送至井下噴霧除塵使用。管道加壓泵最大壓力不低于10MPa,變頻自動控制水壓力,使水保持在6～8MPa壓力范圍。

2.1.4 自動化高壓噴霧系統(tǒng)

系統(tǒng)由監(jiān)控電腦主機(jī)、打印機(jī)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、粉塵監(jiān)控分站、電源、粉塵傳感器、紅外熱釋器、光控傳感器、觸控傳感器、電磁閥、霧化噴頭、水管等組成。該系統(tǒng)結(jié)合了煤礦井下不同場所的作業(yè)特點,采取不同的除塵控制方式。光控傳感器主要安裝在皮帶轉(zhuǎn)載點等,當(dāng)皮帶有煤的時候,傳感器輸出控制信號給監(jiān)控分站,分站接收到信號后控制灑水球閥打開并灑水；粉塵傳感器主要安裝在采煤工作面、回風(fēng)巷等,當(dāng)傳感器檢測到粉塵濃度超過設(shè)置的濃度時,傳感器發(fā)出灑水控制信號給分站,分站接收到信號后控制灑水球閥動作并灑水；觸控傳感器主要安裝在機(jī)車運輸巷、皮帶巷等,當(dāng)機(jī)車或者皮帶動作時觸動傳感器動作并發(fā)出灑水控制信號,分站接收到灑水控制信號后控制灑水球閥動作并灑水。分站采集的數(shù)據(jù)信息通過環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī),工作人員可以在地面電腦查詢信息,同時工作人員可以在地面遠(yuǎn)程操作井下灑水球閥灑水,實現(xiàn)井下灑水除塵設(shè)備自動化遠(yuǎn)程控制。

2.2 改進(jìn)采煤機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)

采煤機(jī)內(nèi)外噴霧是通過在采煤機(jī)的機(jī)身上布置外噴霧噴嘴和在滾筒布置內(nèi)噴霧噴嘴,實現(xiàn)內(nèi)外噴霧聯(lián)合降塵。而該煤礦現(xiàn)有的采煤機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)在實際應(yīng)用中并不能良好使用,應(yīng)當(dāng)采取一些改進(jìn)措施。

2.2.1 外噴霧裝置

外噴霧裝置的噴嘴安裝在采煤機(jī)機(jī)身上,霧流從機(jī)身噴向滾筒。

外噴霧裝置的缺點主要有：

(1)水壓低,噴射距離短,霧化效果很差。

(2)外噴霧裝置體積小,噴嘴處供水量少。

(3)噴嘴被設(shè)為逆風(fēng)流噴霧,水不能充分到達(dá)產(chǎn)塵區(qū)。

(4)滾筒上的噴嘴在滾筒割煤時部分或全部埋入煤中,噴出的射流不能霧化,噴嘴容易堵塞。

外噴霧裝置的改進(jìn)措施：

(1)增強噴霧裝置的密封性能,保證水量和水壓。

(2)采煤機(jī)搖臂噴桿應(yīng)接近塵源,可采用無縫鋼管。

(3)增設(shè)升壓泵,提高噴霧水壓。

(4)在副井上口建立凈化水池,改進(jìn)水質(zhì),防止噴頭堵塞。

(5)添加降塵劑。

2.2.2 內(nèi)噴霧裝置

內(nèi)噴霧的噴嘴安裝在滾筒齒根部,噴霧是從滾筒齒根噴向截齒。

內(nèi)噴霧裝置的缺點主要有：

(1)內(nèi)噴嘴的壓力達(dá)不到要求,密封不良,噴嘴容易損壞和堵塞。

(2)供水管要通過旋轉(zhuǎn)軸和截齒的齒座,活動連接比較多,容易出問題。

(3)密封件因為水管的轉(zhuǎn)動容易損壞,使水進(jìn)入行星機(jī)構(gòu)的油池中,潤滑油因此而變質(zhì)。

(4)過水管的密封損壞后可能因為潤滑不良而摩擦發(fā)熱。散發(fā)出的熱量隱蔽性大,容易造成危害。

內(nèi)噴霧裝置的改進(jìn)措施：

(1)增大供水壓力。

(2)增大供水管直徑,將供水管由D20mm改為D32mm,增加供水量。

(3)合理選擇噴嘴數(shù)量和出口直徑,使之與系統(tǒng)的供水壓力和流量配合。

(4)加長過水管,使其超出在行星機(jī)構(gòu)油池之外。

(5)在供液管路中設(shè)置過濾器,保證供水水質(zhì),防止噴嘴堵塞。

2.3 其他技術(shù)措施

(1)在采煤機(jī)上安裝空氣幕隔塵裝置。

(2)佩戴個體防護(hù)用品。工人通過佩戴個體防護(hù)用品如防塵口罩、防塵面罩和防塵呼吸器等,可將絕大部分的粉塵隔絕在人體外,使用簡單,成本低且不影響工人的井下操作,是一種非常簡單有效的防塵措施。

3 結(jié)語

由于礦山的粉塵危害嚴(yán)重,特別是呼吸性粉塵對人體的危害嚴(yán)重,希望政府能出臺更好有關(guān)粉塵防治的法律法規(guī),企業(yè)能加強粉塵防治管理,加大對粉塵防治技術(shù)和設(shè)備的投入,加強對員工的安全教育和培訓(xùn),齊心協(xié)力將粉塵危害降到最低。

［1］陳榮柱,譚聰,謝中強.綜采工作面粉塵分布實測及降塵技術(shù)探析［J］.煤礦開采,2015(1):99一101.

［2］李學(xué)勇.山東煤礦粉塵綜合防治技術(shù)創(chuàng)新與實踐［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2014(S1):270一275.

［3］張濤.采煤工作面頂板控制分析與事故防治［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2015(2):170一171.

［4］鄒常富,劉勇,馬威,等.綜掘工作面粉塵的產(chǎn)生及運移規(guī)律研究［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保,2014(6):26一28.

［6］盧有成.煤礦綜采工作面綜合防塵新技術(shù)應(yīng)用探析［J］.中小企業(yè)管理與科技(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

張文章(1977一),男,工程師,研究方向:礦山工程采煤技術(shù);鄭剛(1982一),男,工程師,研究方向:電氣信息技術(shù)。