煤層綜掘工作面防塵的探討

楊成 魏國彬 楊元勛 胡雷

摘? 要：隨著煤礦機(jī)械化開采的普及，綜掘鑿掘煤巖作業(yè)已成為礦井產(chǎn)塵重災(zāi)點(diǎn)，但綜掘防塵還無系統(tǒng)性解決方法，導(dǎo)致綜掘作業(yè)人員身體健康受粉塵影響較大，急待采用系統(tǒng)性的辦法進(jìn)行有效解決。對此本文在綜合分析各粒徑粉塵運(yùn)移狀態(tài)、綜掘煤體產(chǎn)塵因素、礦井粉塵運(yùn)移環(huán)境基礎(chǔ)上對綜掘防塵重點(diǎn)工作線路和方向進(jìn)行研討，為煤礦綜掘防塵的有效解決提供參考。

關(guān)鍵詞：粉塵危害? 綜掘防塵? 塵肺病? 煤礦

中圖分類號：TD714 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0028-03

Discussion on Dust Prevention in Fully Mechanized Coal Mining Face

YANG Cheng? WEI Guobin? YANG Yuanxun? HU Lei

（Xinwei Coal Mine， Furong Company，Sichuan Coal Group， Junlian County， Yibin， Sichuan Province， 644000 China）

Abstract： With the popularization of mechanized mining in coal mine， the comprehensive excavation and digging of coal and rock has become a serious dust disaster point in coal mine， but there is no systematic solution for dust prevention of comprehensive excavation， which leads to the health of comprehensive excavation workers greatly affected by dust， so it is urgent to adopt systematic measures to solve the problem effectively. In this paper， on the basis of comprehensive analysis of dust transport state of each particle size， dust production factors of fully mechanized coal body and dust migration environment of coal mine， the key work route and direction of dust prevention in comprehensive excavation are discussed， providing reference for effective solution of dust prevention in comprehensive excavation of coal mine.

Key Words： Dust hazard; Comprehensive excavation dust prevention; Pneumoconiosis; Coal mine

1? 廣義粉塵的理解

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵，乏指飄塵、降塵、總懸浮微粒。其中：飄塵系指大氣中粒徑小于10μm的固體微粒，它能較長期漂浮空氣中，又稱浮游粉塵或可吸入顆粒物（英文縮寫PM10）;降塵系指大氣中粒徑大于10μm的固體微粒，在重力作用下較快沉降到地面;總懸浮微粒系指大氣中粒徑小于100μm的所有固體微粒，也稱總懸浮顆粒物（英文縮寫為TSP）。

工業(yè)粉塵是指生產(chǎn)過程產(chǎn)生后，能在氣體中分散懸浮一定時間的微細(xì)固體粒子，細(xì)至1/10μm到數(shù)百微米。其中煤礦粉塵是指井上下作業(yè)過程中產(chǎn)生，并能在空氣中分散懸浮一定時間的微細(xì)固體粒子，按其粒徑及運(yùn)移狀態(tài)分為落塵（大于75μm）和浮塵（小于75μm）。

2? 煤礦粉塵及規(guī)律

2.1 浮塵分類及運(yùn)移狀態(tài)

落塵可以較快沉降下落，其危害小、易防治。但浮塵會隨空氣運(yùn)動運(yùn)移、沉降緩慢，危害大、難防治。浮塵又可以理解為飄塵和可轉(zhuǎn)化懸塵的混合，其中粒徑小于10μm的浮塵統(tǒng)稱飄塵，能較長時間漂浮在空氣中，亦稱浮游塵或呼吸性粉塵;粒徑大于10μm的浮塵統(tǒng)稱可轉(zhuǎn)化懸塵，其存在狀態(tài)隨風(fēng)速變化可相互轉(zhuǎn)化（懸塵積塵），在低風(fēng)速環(huán)境中運(yùn)移一定距離后沉降為積塵，在高風(fēng)速環(huán)境中運(yùn)移更遠(yuǎn)距離、緩慢沉降成為積塵，當(dāng)積塵受到?jīng)_擊、震動或瞬時風(fēng)速提高又與飄塵混合成為浮塵在空氣中漂浮運(yùn)移。

2.2 呼吸性粉塵危害

呼吸性粉塵理論上是指直徑在7.07μm以下的飄塵，它能沉積于肺泡，對人體危害很大;理想的理解為粒徑在5μm以下，能進(jìn)入人體肺泡區(qū)的顆粒物，是引起塵肺的病因。一般認(rèn)為粒徑在10μm以下的顯微粉塵和超顯微粉塵可進(jìn)入呼吸道深部，沉積在下呼吸道，長時間積累會破壞肺部細(xì)胞，不可治愈，危害生命。

2.3 影響粉塵的因素及關(guān)系

煤礦產(chǎn)塵因素很多，可分為內(nèi)在因素、作業(yè)工藝、外部條件。內(nèi)在因素是原生煤層含水量大小和構(gòu)造裂隙是否導(dǎo)水，是客觀條件，含水大及構(gòu)造裂隙導(dǎo)水的煤層產(chǎn)塵小，反之產(chǎn)塵大。作業(yè)工藝是影響產(chǎn)塵大小的重要因素，機(jī)械作業(yè)大于人工，機(jī)采高于炮采，綜掘高于炮掘。相同工藝，卡他度（風(fēng)速、溫度、濕度）是影響粉塵存在狀態(tài)、時間、范圍的重要因素，其中溫度影響很小，空氣濕度、風(fēng)速大小是最重要的外在環(huán)境因素，濕度大利于浮塵沉降、縮短存在時間和運(yùn)移范圍，風(fēng)速大小影響粉塵的存在狀態(tài)、時間、范圍要復(fù)雜得多。

表1是國內(nèi)某研究單位提供的幾個代表性煤種試驗成果，可供借鑒。它研究了同賦存條件、不同開采條件的煤樣，進(jìn)行孔隙參數(shù)分析、含水率調(diào)整性試驗、不同水分含量狀態(tài)下的產(chǎn)塵能力測定、煤的飽和水分含量、最佳水分含量試驗等，揭示了煤的水分含量與產(chǎn)塵能力的關(guān)系，為煤層產(chǎn)塵量的預(yù)測及煤礦注水防塵深入研究奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.3.1 影響產(chǎn)塵能力的因素

水分含量。煤在外力作用下產(chǎn)生微細(xì)粉塵的能力與煤的本身性質(zhì)有關(guān)，同時還與煤的水分含量及賦存條件等因素有關(guān)。根據(jù)煤樣的水分含量與產(chǎn)塵能力的對應(yīng)試驗結(jié)果，分別在坐標(biāo)軸上作出各點(diǎn)分布圖， 同時用數(shù)學(xué)分析方法計算出各煤樣的水分含量與產(chǎn)塵能力的關(guān)系式， 并由此回歸方程作出各煤樣的水分含量與產(chǎn)塵能力的關(guān)系曲線。眾所周知煤炭的產(chǎn)塵能力都是隨著煤的水分含量的增大而降低，水分含量與產(chǎn)塵能力的關(guān)系呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，對于變質(zhì)程度和賦存條件一定的煤層而言，煤的產(chǎn)塵能力主要取決于煤的水分含量，煤的產(chǎn)塵能力越小，表明開掘時的粉塵產(chǎn)生量也就越小。

煤的變質(zhì)程度。從表1中可以看出，焦煤煤層的產(chǎn)塵能力最大，肥煤煤層的產(chǎn)塵能力較大，無煙煤次之，氣煤煤層的產(chǎn)塵能力最小。從總的趨勢來看，煤的變質(zhì)程度愈高，其產(chǎn)塵能力愈大，變質(zhì)程度越低的煤，其產(chǎn)塵能力就越小。

2.3.2 煤的孔隙率對吸水的影響

研究表明，煤層的全孔隙率、小于80的微孔隙率低，其達(dá)到飽和含水率的時間短;煤層的全孔隙率增高、小于80的微孔隙率增大，則它的飽和含水量更高，達(dá)到飽和含水率的時間更長。

2.3.3 煤的最佳水分含量

根據(jù)前述水分含量與產(chǎn)塵能力關(guān)系的數(shù)學(xué)分析表明，水分含量愈大，產(chǎn)塵能力就會愈小。根據(jù)實(shí)驗研究表明，每一煤層均存在一個飽和水分含量，一旦煤的水分達(dá)到這一指標(biāo)時，煤樣不再吸水，則煤層的飽和含水量是由本身性質(zhì)決定的。所以煤的飽和水分含量即為煤的最佳水分含量指標(biāo)，而此時煤的產(chǎn)塵能力最小。

2.4 粉塵與配風(fēng)關(guān)系

落塵粒徑大、配風(fēng)影響較小。一般是被拋擲和自身重力作用下在產(chǎn)塵點(diǎn)及附近較短距離（一般≯2～5m）沉降落地，當(dāng)風(fēng)速提高、被拋擲和運(yùn)移距離稍遠(yuǎn)而已，常規(guī)開掘作業(yè)空間的風(fēng)速（配風(fēng)）對它影響較小。

浮塵粒徑小、配風(fēng)影響復(fù)雜。粒徑0～10μm范圍的飄塵能較長期地在空氣中漂浮，它的危害最大，風(fēng)速大小對它影響較小。粒徑介于10μm～75μm的轉(zhuǎn)化懸塵，配風(fēng)對其影響關(guān)系十分密切，是研究配風(fēng)影響粉塵大小的重點(diǎn)。一般情況下，風(fēng)速增大至1.5～2m/s時，作業(yè)地點(diǎn)的粉塵濃度將降到較低值，風(fēng)速再增高時，將揚(yáng)起可沉降粉塵，使風(fēng)流中的粉塵濃度增高，風(fēng)速越大，全塵濃度降低越慢，甚至使沉積的粉塵飛揚(yáng)。

2.5 機(jī)械鑿掘是產(chǎn)塵最多的作業(yè)源點(diǎn)

綜采綜掘鑿掘煤巖時，切割原理都是切割部件的旋轉(zhuǎn)+推移的組合運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生摩擦破碎作用，推移主要發(fā)生碰撞與鑿煤巖的破碎作用，組合為與煤巖發(fā)生摩擦震動碰撞破碎的鑿割煤巖過程，煤巖體被破碎必然產(chǎn)生和排出大量粉塵（落塵+浮塵），所以綜采綜掘成為煤礦產(chǎn)塵最多的作業(yè)源點(diǎn)是必然規(guī)律。

2.6 全塵和呼塵在綜采綜掘面中的分布規(guī)律

全塵濃度隨產(chǎn)塵點(diǎn)距離的增加而變化，曲線表現(xiàn)為先增、后降、漸進(jìn)穩(wěn)定的過程。破壞煤巖體為固體顆粒物的慣性作用，在空氣運(yùn)動推動下，本應(yīng)快速沉降的部分顆粒被揚(yáng)起、擴(kuò)散、運(yùn)移，在短距離內(nèi)大顆粒粉塵在重力和阻力的作用下，隨風(fēng)移動、不斷地沉降，當(dāng)大部分大顆粒粉塵沉降后，達(dá)到一定距離后巷道空氣中的粉塵濃度趨于穩(wěn)定。科研機(jī)構(gòu)現(xiàn)場測試表明，粉塵濃度在巷道中距產(chǎn)塵點(diǎn)30～40m后趨于穩(wěn)定，全塵濃度基本保持不變，說明在此段粉塵基本擴(kuò)散均勻。

3? 綜掘防塵重點(diǎn)工作線路與方向

推行煤層注水，增加煤體含水率，治本防塵。理論和實(shí)踐證明開掘前預(yù)先濕潤煤體是降低粉塵產(chǎn)生量的最有效方法，是煤礦防塵的最根本、最主要的治本措施，煤體濕潤效果又主要反映在煤的潤濕程度上，即通過煤層注水提高煤的水分含量，達(dá)到降低煤的產(chǎn)塵能力之目的。但當(dāng)前存在的較為普遍問題，一是綜掘防塵還無較好的系統(tǒng)性解決方法，煤體預(yù)先注水更未得到重視和普遍推廣;二是礦井對煤層注水多停留在綜采工作面，且針對性的深化研究與工藝改進(jìn)沒有明顯進(jìn)步。因此，筆者認(rèn)為，防塵管理方面需從本源角度思考，從設(shè)計到施工組織上，把預(yù)先煤層注水納入開掘前的一道必需作業(yè)工序;技術(shù)工藝方面，各礦應(yīng)用本文前述理論基礎(chǔ)，針對性開展各煤層孔隙參數(shù)、含水率、產(chǎn)塵能力、最佳水分含量等方面試驗與研究，尋求同煤層同賦存條件下綜采綜掘煤層注水最佳效果的成套工藝及參數(shù)。

落實(shí)鑿煤巖始點(diǎn)濕式作業(yè)、轉(zhuǎn)載和運(yùn)輸中的捕捉粉塵工作。堅持正常發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧作用，這是捕捉粉塵的最重要工序;其次是堅持轉(zhuǎn)載點(diǎn)、運(yùn)輸過程噴霧，可大幅不減少和防止二次產(chǎn)塵。

噴霧降塵，凈化空氣。有序并制度化安裝使用維護(hù)好壓風(fēng)引射噴霧裝置。

提高通風(fēng)除塵技術(shù)裝備與管理水平，凈化作業(yè)環(huán)境。不斷探索研究進(jìn)行工作面?zhèn)€性化設(shè)計、逐步完善應(yīng)用濕式除塵風(fēng)機(jī)，尋求“長壓短抽”通風(fēng)除塵工藝技術(shù)的最佳技術(shù)參數(shù)與壓抽風(fēng)量最佳配比關(guān)系，使軸/徑向出風(fēng)匹配，形成向前推進(jìn)的最佳控塵風(fēng)流，將含塵氣流控制在工作面前部2～5m范圍內(nèi)。強(qiáng)化個體防護(hù)，嚴(yán)格管理。強(qiáng)制性、制度化、常態(tài)化推行新式個體防塵裝置。

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