井下粉塵的檢測及危害控制分析

王繼剛

（陽泉市燕龕煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045060）

隨著礦井機械化開采技術的大力推廣，大量粉塵伴隨生產成為了煤礦重點防治的災害之一。礦井粉塵具有可燃性、爆炸性，極大程度地威脅著井下工作人員的身體健康和自身安全[1]。近年來，專家學者針對井下工作面的粉塵治理提出了眾多研究技術，例如通風除塵、噴霧除塵、化學除塵等，但由于投入成本較高、無法大范圍的應用，實際效果并不理想[2]。對此筆者在總結傳統除塵方式的基礎上，提出了源頭捕塵的思路，并結合本礦井的實際特點對除塵工藝進行了優化。

1 綜掘工作面產塵規律及塵源特性

煤礦生產過程中，在采掘工作面內，掘進機在進行截割時會與煤巖接觸，煤巖破碎的同時產生粉塵，如果煤巖發生垮落則會加快粉塵的釋放速度，大量粉塵在工作面內隨風壓快速擴散。在水平方向上，粉塵顆粒受氣流影響較大，隨氣流同向飛散，且顆粒越小速度越快；在垂直方向上，粉塵會發生一定的沉降，顆粒越大沉降趨勢越明顯，而直徑小于5 μm 的粉塵顆粒幾乎不發生沉降[3]。

采掘工作面的粉塵來源主要包括以下三種方式[4]：采煤機截割頭與煤巖接觸下，壓裂、破碎所產生的粉塵；截齒在采煤過程中導致煤巖發生錯位、塌落及煤炭運輸轉載中產生的粉塵；其他巷道隨風流擴散進入工作面的煤塵。

2 塵源追蹤捕塵原理

礦井粉塵的主要來源位于綜采工作面，其中以采掘機工作點為最高。因此對此區域進行第一時間粉塵治理工作十分有效，達到有效降塵的目的。

2.1 粉塵收集

針對上述綜掘工作面的三大粉塵來源，為增強源頭的治理工作將通過使用分風裝置調節軸、徑向風流進行粉塵收集工作。并且通過改變作業空間壓風方向與供風量，避免采掘工作面所產生的粉塵向外擴散的比例，第一時間將綜掘機司機處的粉塵及時收集，見圖1 所示。

圖1 工作面粉塵收集原理

2.2 粉塵捕捉

粉塵捕捉即捕塵環節，如圖2，需要在掘進機機尾處安裝除塵風機和抽出式骨架風筒，在截割頭、裝載盤兩翼上方、轉載點安裝分風筒。通過硬件設備對粉塵在源頭上予以捕捉，達到降塵效果。粉塵捕捉系統的最大優勢在于系統簡單、作業無較差、成本低廉，可以極大程度地減少吸塵點與塵源之間的距離，減小負壓損失。

圖2 工作面捕塵系統設備安裝

2.3 除塵

在粉塵成功被收集到后，需要進行除塵工作，對此將按風量要求，選取體積小、質量輕、移動便捷且性能穩定礦用振弦式除塵風機進行除塵。如圖2，該設備采用噴霧與振弦捕塵相結合的思路進行設計，粉塵進入風機后在需經振弦的過濾與噴水除霧，后由污水口排出，凈化后的清潔空氣進入巷道。

3 工程應用效果

燕煤公司程莊煤礦井田面積9.8 km2，生產能力為240 萬t/a，埋深約330～420 m，采用綜采放頂煤開采。

3.1 現場粉塵檢測

按照相關粉塵檢測的相關要求，對程莊煤礦進行采掘工作面進行了基本情況的分析，需要對粉塵的重點參數進行檢測，主要包括：粉塵性質的判定、游離二氧化硅含量、粉塵分散度等。其中粉塵中游離SiO2含量使用綜采工作面和掘進工作面等工作場所呼吸帶高度采集濾膜上的粉塵進行測定，粉塵分散度則使用綜采工作面和掘進工作面等工作場所呼吸帶高度采集的總塵測定（見表1）。

表1 工作面游離w（SiO2）及分散度檢測結果

根據對15 號煤層采掘工作面空氣中粉塵含量的測定，游離w（SiO2）在3.56%～5.12%之間，根據《煤礦作業場所職業病危害防治規定》，本礦粉塵中游離w（SiO2）小于10%，因此判定該區域內粉塵性質為煤塵。粉塵分散度主要以2～10 μm 的粒子為主，說明本礦采掘工作面粉塵的分散度較高，被人體吸入的可能性也就越大。

3.2 粉塵檢測數據分析

由表1 所知，程莊煤礦在不同的工作面、不同的工作地點，所產生的粉塵含量并不相同，其中以15310 綜采支架工的粉塵時間加權平均質量濃度最大，達到4.7 mg/m3，另外所抽查的三個地點的粉塵濃度也超過了國家相關規定值。根據經驗判斷，該區域內采煤機司機、皮帶司機、支架工和裝載機司機處的粉塵濃度將更高，所以上述地點為本次粉塵防治的重點區域。

3.3 除塵效果

為驗證筆者所提出捕塵系統有效性適用性，將在程莊煤礦15 號煤層綜采工作面A 進行粉塵防治試驗。綜采工作面A 高度H=3.5 m，截面寬4.5 m，斷面面積S=15.75 m2，絕對瓦斯涌出量q=1.8×10-2m3/s，根據《煤礦安全規程》中規定，配風量q1取100 m3/s，瓦斯不均衡系數k=3，結合巷道供風風速要求，徑向向工作面風速VJ1=0.6 m/s、徑向向巷道后VJ2=0.3 m/s，則方程組公式（1）計算得：軸向出風量QZ=5.40 m3/s，徑向出風量QJ=14.2 m3/s，徑向向工作面出風量QJ1=9.45 m3/s，徑向向巷道后方出風量QJ2=4.75 m3/s，供風量QG=19.6m3/s，除塵風機抽塵風量QC=14.85m3/s。

根據捕塵工藝及采煤機位置的變化，選取：工作面軸向控制風速VZ=0.5 m/s，徑向出風角度α=45°，落煤高度h=2 m，射流修正系數K=2.5。利用式（2）、（3）計算除塵效果最優位置的選擇，得出：軸向出風口至綜掘面距離L1=7.85 m，徑向出風口至綜掘面距離L2=11.85 m。

選擇礦用CCB1000 便攜式粉塵濃度檢測儀進行除塵前后的粉塵測定，數據記錄見表2，表2 所示，在使用捕塵系統后，粉塵的質量濃度達到了大幅的降低，系統降塵率高達90%以上。

表2 粉塵測定數據

4 結語

礦井綜掘作業過程中產生的粉塵，擴散過程受作業地點溫濕度、風速、粉塵密度和粒度等因素影響。粉塵捕捉系統可以有效實現粉塵形成后、擴散前完成對其捕獲，降塵率達到90%以上。