我國煤礦除塵技術初探

姚 強

（山西鋪龍灣煤業有限公司，山西大同037000）

近年來，我國煤礦產業不斷發展，機械化程度不斷加大。在產出大量煤炭的同時，煤塵治理越來越成為人們關注的焦點。煤塵主要在綜采工作面截煤、運煤、移架等過程當中產生。采煤工作面產塵量占45%~80%；掘進工作面產塵量占20%~38%；錨噴作業點產塵量占10%~15%；運輸通風巷道產塵量占5%~10%；其他作業點占2%~5%。日積月累受到煤塵污染，工作人員的健康狀況受到影響。從20世紀50年代到21世紀頭幾十年，我國煤礦工人每年會增加大約“一萬多例”煤塵肺病患者，而且上千人面臨失去生命的危險。此外，煤塵濃度多高還是安全生產隱患。20世紀60年代，山西大同老百洞煤礦煤塵爆炸人員傷亡慘重：“造成684人死亡,成為建國以來最嚴重的礦難”。與其他事故相比較，瓦斯、頂板以及水災和火患分布也很廣，而且危險系數高。但是，煤塵危險程度更高，而且突發性更強[3]?！爱斆簤m與瓦斯混合爆炸時，其爆炸強度是純瓦斯爆炸的3倍”。為了保障煤礦安全生產，研究工作面粉塵防治技術顯得尤為重要[7]。

煤塵構成復雜，含有易燃易爆物質，且不易驅除。煤塵是由有機物和碳氫化合物等組成，以碳為主并有少量的硫、磷和其他礦物的微細顆粒，具有吸濕性、分散性、吸附性、懸浮性、凝聚性、荷電性、燃爆性等特性[1]。針對這些問題，采用有效的除塵技術顯得尤為重要。目前，我國常用的除塵技術包括“通風除塵”、“煤層注水”、“泡沫除塵”等。除塵效果能否達標有賴于除塵技術的應用和發展。通過研究這些技術的優勢和劣勢，提出綜合治理以及不斷完善的解決措施，對于完善除塵裝置和提高員工除塵意識，保障安全生產有著十分重要的意義。

1 “通風除塵”技術

“通風除塵”是通過風流流動把井下煤塵帶出，達到降低煤塵濃度的目的。雖然“通風除塵”能夠在一定程度上降低粉塵程度，當時這種方法很容易受到風速和采礦環境地影響。由于開采過程中粉塵持續產生，因此，無法從根源上解決井下粉塵問題[5]。另外，“通風除塵”還很容易造成二次污染。在井下工作面，機器轉動和運輸設備上面有大量粉塵。若無法掌控風速和轉載高差，粉塵濃度不僅不會降低，而且還會提高。例如，高風速會使得落在底板上的粉塵飛揚而起，隨著風流混入巷道。更差的結果是“通風除塵”不利于控制瓦斯濃度。如果風筒的阻力大，工作面風量較小，極易使瓦斯聚集，發生瓦斯爆炸事故。由此可見，“通風除塵”不適合在深井部分應用[11]。

即便如此，“通風除塵”是一種比較可行的除塵方法。關鍵在于靈活應用技術，達到最佳風速。工作面采用長軸長壓通風運用機械技術向工作面輸送風量，能夠降低煤塵濃度并帶走部分煤塵。楊淳說：“需要在礦井內部形成多巷道的回風網絡”。風速過低無法把煤塵帶出；風速過高飛揚煤塵，煤塵濃度反而加大。通過控制風速，把懸浮在空氣中的煤塵及時排出。與此同時，盡量降低煤塵飛揚速度，避免二次飛揚。根據《煤礦安全規程》，掘進工作面的最優風速是0.4~0.7m/s；采煤工作面的最優風速則是1.5~2.5m/s，最高風速不能超過4m/s。按照規定標準排出煤塵，高效安全生產[10]。

2 “煤層注水”技術

“煤層注水”也被稱做注水除塵。通過運用水和其他潤濕液體，在充分接觸煤礦粉塵的情況下，降低煤塵的濃度，有效阻止煤塵的擴散。這項技術的關鍵是把水和煤體有效結合。首先，在煤體中打鉆，使得煤體產生深淺不一，長短不同的孔洞。在回采工作面垂直或傾斜煤壁方向打孔，或者在底板巷道向上打孔。最淺最短的的孔洞有2m，最深最長的孔洞有100m?？锥葱纬芍?，開始注入水或者活性劑。注水需要耐心細致，充分潤濕煤體。一般來講，靜壓注水速度大致是0.001~0.027m3/（h·m）,動 壓注 水速 度為0.002~0.24m3/（h·m）。若要達到煤體和水分充分接觸，孔隙面積還要分布適當。當煤層的孔隙率小于4%時，煤層的透水性較差，注水無效果；孔隙率為15%時，煤層的透水性最高，注水效果最佳；而孔隙率達40%時，煤層成為多孔均質體，天然水分豐富則無需注水。由此可見，打孔需要結合煤體密度情況，以便充分潤濕煤體[14]。

打孔成功并把水和活性劑注入孔隙之后，還需要及時封孔。我國常用的封孔器是YPA型水力膨脹式封孔器和MF型摩擦式封孔器。這兩種封孔器的工作原理是增強或減弱水壓，使橡膠密封管或者密封筒膨脹或者收縮。封管或封筒在鉆孔口膨脹，孔洞便被封??；封管或封筒收縮，操作結束并能把這些器具取出再次使用。封孔的目標是把煤體從脆性破碎型轉化為可塑性煤體。這種煤體在開采中不會產生大量破碎性飛塵，煤塵濃度隨之降低。為了提高封孔的成功率，“煤層脈沖式高壓預注水技術”已經開始在煤礦應用。這種技術的關鍵點在于確定間隔距離“鉆孔間距為30m”；保證封孔深度“沿空側不小于20m，實體側不小于15m”；封孔材料使用“水泥泥漿”和“聚氨酯”。這種方法可操作性比較強，科技除塵與人工技術相互結合。操作過程適當，煤層濕潤程度越高，除塵效果越好，最高除塵率可以達到90%[2]。

3 “噴霧降塵”技術

“噴霧降塵”運用壓力噴射的方法造成水霧。這種除塵技術和“灑水降塵”的原理相似?！盀⑺祲m”使用噴霧器直接噴灑水流；“噴霧降塵”也是把水流噴出，只是水流會被霧化成為微小的霧狀水滴。使用“噴霧降塵”的時候，水霧黏粘接煤塵。煤塵被水滴潤濕，受到重力作用漸漸下沉。由于煤塵分布不同，不同的工作區域會出現不同的降塵率。通常，掘進機上的降塵率最低在“43%”左右，最高能達到“95%”左右；炮掘工作面的降塵率最低是“51%”，最高是“72%”[14]。

運用這種方式的關鍵在于擁有科技含量比較高的噴霧設備。通常，在綜采工作面當中，每組噴霧設備由主機、紅外線傳感器、電磁閥、噴頭以及電纜等構成。主機用來控制電磁閥；電磁閥用來控制噴頭；電源的交流電是127V。為了實現良好的霧化效果，每組噴霧設備并不單獨運作。通常，噴霧設備用電纜鏈接，實現聯鎖噴霧裝置。使用這種噴霧裝置的時候，僅開啟單向閥就能實現噴霧除塵。采煤機自動噴霧裝置見圖1。

圖1 采煤機自動噴霧示意圖

此外，“噴霧除塵”對水質和煤質的要求比較高。水質低會堵塞噴嘴，會造成“噴霧技術”不能有效發揮作用。如果煤石是焦煤，則煤塵不能被完全濕潤，噴頭容易堵塞等都是經常遇到的問題。針對以上問題，可以在水中添加降塵劑。降塵劑可以浸潤煤塵，從而提高除塵效率。也可以使用經過磁化器處理過的水。磁化水可以吸附和溶解部分煤塵，降塵效果良好。除了改善水質和增加水塵接觸方法之外，“噴霧除塵”技術的提高還有賴于噴霧器的改進。使用壓泵機器增加水壓，噴霧器噴霧水量增大。新型噴霧系統的噴嘴還能把氣流引向煤壁。限制煤塵的擴散，除塵效果明顯，除塵率一般可以達到90%以上[13]。

4 “泡沫除塵”技術

“泡沫除塵”是將水和發泡劑壓縮在混合器當中，通過發泡裝置形成泡沫液滴。當泡沫被導管噴射到空氣當中的時候，可以形成大量的泡沫粒子群?！芭菽龎m”可以把煤塵潤濕，抑制煤塵飛揚。泡沫噴散的總體面積越大，煤塵潤濕的幾率越高，降塵效果也就越好?！芭菽眹姙⑵饕话惆惭b在轉載點和卸料口之處。用密封罩把這兩個重要的產塵源頭密封起來。當煤塵產生的時候，泡沫在密閉罩中產生，煤塵無法大量飛揚?！芭菽龎m”的原理就是“攔截，粘附，潤濕，沉降”等?！芭菽龎m”裝置如圖2所示[8]。

圖2 泡沫除塵裝置結構圖

通過用無間隙的泡沫覆蓋煤塵，煤塵量可以降低到90%左右。對于粒徑小于5μm的呼吸性煤塵，通過這種技術手段也可以降低到“80%”左右[8]。此外，“泡沫除塵”的耗水量也不高。在不同的工作地區能夠配套不同型號的泡沫裝置，明顯能夠有效減少工作環境當中的粉塵量。不過這種除塵方式也有弊端。無法有效地去除煤巖中未潤濕到的粉塵，也無法有效除去呼吸性粉塵[5]。

5 其它除塵技術

其他常用的除塵技術還有“水泡泥降塵”、“巷道灑水降塵”、“水幕凈化風流”和“皮帶沖刷技術”等?！八菽嘟祲m”是把裝有水的塑料袋子填入炮眼當中。然后由爆炸引起大量沖擊力，水汽擴散到煤體當中?！八菽嘟祲m”能大量減少“有毒有害氣體”，除塵率能達到60%[12]?！跋锏罏⑺祲m”用灑水噴頭沖刷煤塵?！八粌艋L流”在工作面的回風巷安裝凈化水幕。水幕經過霧化效果之后，進一步捕捉通風巷道里面的煤塵。通常，設置的第一道水幕距工作面10~20m，并定期前移,第二道水幕距進風巷口或回風巷口10~20m[4]?！捌_刷技術”等也能夠控制煤塵量?！捌_刷技術”在運輸原煤皮帶下面或在密封的玻璃罩里面安裝沖刷裝置。電源開啟之后，皮帶下面或玻璃罩噴頭噴射出水流。煤體充分潤濕，粉塵擴散程度降低。這種技術的降塵效率能夠達到79%[9]。

除了外部除塵方式之外，還需要綜合保障和個體防護相互結合。按照《煤礦安全規程》安全操作，成立專門的防塵隊伍和設立防塵機構，定時檢查檢測煤礦內部生產狀況并配備專業技術人才研究防治。加強宣傳力度，樹立安全生產意識，加強個體防護。例如，礦區防塵技術和除塵技術相輔相成。宣傳工人佩戴防塵設備（防塵口罩、防塵帽、防塵呼吸器等）防止煤塵污染。美國3M高效防塵口罩或者日本重松DR28U2W高效防塵口罩都可以成為有效的防塵工具。這些防塵口罩的密封性比較好，濾膜能夠阻止煤塵侵入。與除塵技術相比較，雖然佩戴外部防塵器等無法降低外部煤塵濃度，但是可以通過這些設備阻止煤塵大量吸入人體。長時間使用不會出現呼吸困難，汗水不便于擦拭等情況。使用時需要每班前更換濾棉，保證口罩的濾塵效果。提高個人安全生產意識和落實安全監管制度密不可分[6]。

6 結語

煤塵懸浮工作面環境，不利于安全生產和工人健康。降低煤塵濃度之后，能夠提高工作環境舒適度。研究傳統的除塵方法，在綜合考慮工作面環境的前提下發現，“通風除塵”、“煤層注水”、“噴霧除塵”和“泡沫除塵”等技術各有特色。單純的除塵技術降塵效果良好，可是這些技術并非絕對完美?！懊簩幼⑺焙汀皣婌F除塵”的耗水量相對來講比較大；“泡沫除塵”和“通風除塵”耗水量相對比較小。節約能源和產量提升等需要綜合考慮。把這幾種除塵技術結合起來，更能提高除塵率。此外，研制和應用新型煤礦設備對于煤礦安全生產和維護井下工作人員安全至關重要。個體防護和合理應用井下除塵設備密不可分。減少事故發生，提供良好的生產環境，工人在生產過程當中能夠有效而健康。倡導科學用水以及環保開采，提高生產效率和安全生產并行不悖。