采煤工作面粉塵危害及防治技術措施分析

龐曉存

（山西煤炭運銷集團晉城有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

粉塵是井工礦井采煤作業環節常見的災害之一，隨著所用機械設備的生產能力越來越大，采煤工作面的粉塵危害越來越嚴重。采煤工作面現有的防塵技術措施雖然在一定程度上對粉塵可以起到防治起作用，但粉塵量仍然較大，粉塵危害問題突出。因此，針對采煤工作面的粉塵分布及防塵技術措施開展研究，對治理工作面粉塵，完善綜合防塵措施具有現實意義。

1 采煤工作面粉塵病危害

不論采用何種回采工藝，采煤面是煤炭生產過程中的主要產塵點，目前廣泛使用綜采工作面的粉塵主要來源于風流攜帶、移動液壓支架、采煤機割落煤體和輸送機運輸過程。上述產塵環節中，采煤機割落煤體和移動液壓支架產生的粉塵屬于一次粉塵，給煤礦安全生產和工作人員造成極大危害，也是粉塵防治的關鍵環節[1][2]。

1.1 塵肺病

當作業人員在分布有高濃度粉塵的惡劣環境中作業時，粉塵隨著呼吸進入人體肺部，長時間積沉、病變會引發塵肺病，對人身健康危害嚴重。

對于采煤面而言，煤塵是主要的危害性粉塵。由于SiO2具有致纖維化作用，因此粉塵中游離的SiO2濃度被作為衡量粉塵危害性程度大小的關鍵指標。《煤礦安全規程》規定采煤面粉塵中游離SiO2的濃度必須低于10%。所回采煤層的煤化程度不同，采煤面粉塵中游離SiO2的濃度相差較大，造成的粉塵危害也不相同。研究表明，采煤面粉塵中游離SiO2的濃度和對人體健康的傷害程度隨著煤化程度的增加而增大。

1.2 粉塵爆炸

井下采掘空間一般比較狹小，空氣中懸浮的粉塵不僅危害人身健康，使作業環境惡化，能見度降低，而且還存在粉塵爆炸的可能。

當環境中的粉塵同時滿足以下三個因素時即可發生爆炸，即充足的氧氣、點火源、漂浮狀態的可燃性粉塵。三個條件缺少一個，就不能發生爆炸，其中爆炸下限是能夠引起粉塵爆炸所需的最低質量濃度，常常作為煤礦井下防止粉塵爆炸的控制和監控指標。

2 采煤工作面粉塵來源及其擴散規律分析

2.1 粉塵來源

與被淘汰的普采工藝相比，綜采工作面的機械化作業程度較高，通過采煤機移動和滾筒旋轉即可割碎煤體并同時完成裝載過程。如圖1所示，沿工作面長度方向，采煤機順風或逆風來回往返割煤[3]。

新鮮風流從進風巷道進入采煤工作面，最后經回風巷道流出，沿風流方向的主要產塵過程包括：①采煤機滾筒連續旋轉截割煤體；②刮板運輸機向外輸送已割落的煤體；③進風巷道內皮帶輸輸機運煤；④破碎機破碎大塊煤體；⑤采煤機回采過后移動液壓支架；⑥采空區漏風攜帶粉塵；⑦煤壁片幫及采空區頂板垮落。

圖1 采煤工作面示意圖

采煤機司機因處于生產第一線而成為受粉塵危害最嚴重的工種，生產過程中司機所在位置的粉塵大部分源自上風側的滾筒割煤。采煤機滾筒上的截齒截割煤體和螺旋葉片向刮板輸送機裝載已割落煤體產生的粉塵量很大[4]。

采煤機滾筒割煤時產生粉塵的過程可概況為：①截齒刃給接觸到的煤體施加較大的接觸應力，當接觸應力增加到煤體的極限載荷強度時破壞而產生粉塵；②被割下和被滾筒拋出的煤同時產生粉塵；③截齒弧面碾壓和磨擦煤體產塵；④切割剝離煤體互相撞擊破碎產塵；⑤滾筒上的截齒及螺旋葉片裝載已割落煤體產塵。

2.2 粉塵擴散規律分析

綜采工作面生產過程中產生的顆粒相對較大的粉塵短時間內沉降成為落塵，細微粉塵在風流作用下則難以沉降下來，長時間隨著風流飄浮，即浮塵。風流中浮塵飄浮時間和飛揚距離的影響因素有粉塵顆粒大小、比重、形狀以及風速，在其他條件相同的情況下，空氣中粉塵的飄浮時間和飛揚距離隨風速的增大而增大[5]。

綜采工作面的煤塵在重力、空氣浮力、阻力的共同作用下飛揚或沉降，煤塵在靜止空氣中的沉降速度見表1。顯而易見，粒徑小于10um粉塵的沉降速度較小，在空氣中的懸浮時間長，也是通過呼吸系統進入人體肺部的主要成分。

表1 靜止空氣中粉塵粒徑與沉降速度對應關系

綜采工作面旋轉的采煤機滾筒、連續運行的輸送機和液壓支架移動等生產環節給煤塵施加了一定的外力作用，使煤塵獲得了水平初速度v。當煤塵與施力物體分離后，其受到的外力作用變為零，在慣性作用下運動速度逐漸減小。研究表明，粉塵運動受重力與慣性的影響很小，氣流是決定其運動時間和距離的關鍵因素[6]。

綜采工作面采煤機滾筒切割煤體時，割煤點是一個持續的粉塵源頭，粉塵產生后進入風流中被風流攜帶，隨風流一起運動。在工作面風流作用下，粉塵的擴散規律如圖2所示，是一種連續的綜合擴散過程。

圖2 風流作用下采煤工作面粉塵擴散規律示意圖

3 采煤工作面防塵技術措施

3.1 預先濕潤煤體

實踐證明，防治采煤工作面粉塵的最有效措施就是預先將被切割煤體濕潤，預先濕潤煤體的除塵機理可以概括為以下兩點：①煤體的細微部分被水分包裹，從而避免采煤機割落煤體時粒徑較小的煤塵飛揚；②在水分的濕潤作用下，煤體的脆性減弱而塑性增強，從而降低受外力作用時成為塵粒的可能性，減少產塵量。

當前，預先濕潤煤體主要采取的方法為：①預先給煤層注水，回采前在工作面兩側的巷道內向待回采煤體打設鉆孔，并通過鉆孔注入壓力水，使待回采煤體內的水分增加；②采空區注水，當開采較厚煤層時，如果選取下行垮落分層開采的方法，向上分層開采形成的采空區內灌入水流，水通過采空區底板裂隙緩慢滲入下部未開采的煤體內，增加下分層回采煤體的水分含量。

3.2 濕式作業及個體防護

在目前的生產技術條件下，綜采工作面防治粉塵的主要措施是噴霧灑水濕式作業，要求防塵水管網設計合理、采煤工作面均被灑水管路覆蓋、灑水管路的水壓及水量達標。采煤機滾筒上設置高壓噴霧系統，液壓支架移架使可實現自動噴霧降塵，轉載機工作時噴霧灑水，工作面兩側巷道內設防塵凈化水幕等。

同時作業人員也應加強自我保護意識，正確使用防塵口罩等勞保防護用品，盡可能減少隨呼吸氣流進入體內的粉塵量。

3.3 通風防排塵

有效的通風也是綜采工作面降低粉塵危害的重要手段，但應設計合理的風量和最優的風速，防止風速過大攜帶煤塵飛揚。

4 結 語

煤礦井下生產過程中的采掘、運輸和錨噴等作業環節均會產生粉塵，相比較而言，采煤工作面產生的粉塵量最多，嚴重影響安全生產和工人身體健康。開展采煤工作面粉塵擴散規律及防治技術研究不僅是建設安全高效現代化礦井的需要，更是加強煤炭行業粉塵職業健康危害管理的要求。只有有效控制采煤工作面的粉塵濃度，才能改善作業環境、提高安全生產水平，并切實保護現場作業人員的身心健康。