煤矿采掘引起粉尘污染与防治

裴元成

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司金凤煤矿，宁夏 ·吴忠 751100

【摘要】煤矿采掘过程中通风除尘一直都是一个亘古不变的话题，其对于采掘环境与员工身心健康产生一定作用。论文结合煤矿采掘实际情况对粉尘污染与防治策略进行研究。

Ventilation and dust removal has always been an eternal topic in the process of coal mining, which has a certain effect on the mining environment and the physical and mental health of employees. The paper studies the dust pollution and prevention strategies based on the actual situation of coal mining.

【关键词】煤矿采掘；粉尘污染；污染防治；煤矿防尘

coal mining; dust pollution; pollution prevention; coal mine dust prevention

1 引言

通风防尘是煤矿生产过程中一项重要的研究内容。做好通风防尘工作,不仅有利于保障煤矿工人的身体健康,还可有效防止煤矿重大安全事故发生,比如煤尘浓度过高、瓦斯爆炸等。目前,中国多数煤矿采用喷雾洒水防尘方式,但受水雾颗粒粒径、附着能力等因素影响,喷雾洒水降尘效果差,而且喷雾洒水后会造成采掘工作面污水量大,影响巷道质量标准化。

2 煤矿采掘除尘的重要性

粉尘是煤矿井下主要的自然灾害之一，随着矿井机械化水平的不断提高，矿井粉尘的产生量也越来越大，尤其在采掘工作面中的粉尘量最大。据实测数据表明：机掘工作面的粉尘质量浓度能够达到1000～3000mg/m3，且分散度非常高，而且粒径小于7um的呼吸性粉尘占约85%以上，若采用一般的降尘措拖，难以除去这些呼吸性粉尘。由于岩尘中的游离二氧化硅很容易溶解于人体肺细胞中，将会对煤矿工人的身体造成极大的伤害，因此，如何最大限度地降低煤矿机掘工作面中的粉尘含量成为当务之急。解决机掘工作面空气中粉尘浓度的超限问题，是一个综合防治过程，既要最大限度地减少产尘量，又要将已经产生的粉尘在尘源附近处理，最大限度地减少粉尘扩散、飞扬和进入风流中，降低工作环境粉尘浓度，首先必须改革工艺设备和工艺操作方法，从根本上杜绝和减少有害物的产生以消除或控制尘源，对现场环境进行全面的勘察，因地制宜选取好的工艺方法和设备达到除尘目的^[1]。

3 掘进工作面主要降尘措施

3.1 综合防尘措施

综采工作面采用U型通风,利用通风系统可有效降低工作面粉尘浓度。此外,采煤机自带有内外喷雾、液压支架架间喷雾、工作面刮板输送机与胶带输送机转载点喷雾装置,采煤工作面进回风顺槽设置全断面风流净化水幕及捕尘网等设施,采取每班对工作面顺槽巷道进行冲洗等综合防尘措施。连采工作面采用局部通风机通风,可有效排除粉尘。连采机配置有内外喷雾、湿式除尘风机,顺槽全断面风流净化水幕及捕尘网等设施;巷道支护采用四臂式锚杆机打眼,打眼设备带有负压捕尘装置;采取每班冲洗巷道煤壁等综合防尘措施。通过这种方法能够实现井下性粉尘的有效控制,但受工艺限制,仍有个别工种粉尘检测浓度超标。对接触煤尘的劳动者按照分级要求提出职业卫生管理的具体要求,可有效地指导煤矿企业进行井下采掘工作面的粉尘防治工作。

3.2 监控系统功能设计

通过粉尘浓度传感器的设计以及采集程序的编写和调试，实现多点煤矿粉尘浓度的数据采集；其次，选择可针对井下不同工作环境而进行检测的温湿度传感器，并对其进行合理安装，对井下粉尘的温湿度等参数进行数据采集；另外，采用RS485构建网络通信，在上位机和网络间各节点之间，实现数据的实时传输；同时，上位机能有效地分析和处理所采集的浓度和温湿度等各项数据，进行监测与存储，并发出预警信息，方便掌握和管理煤矿粉尘浓度的相关状况。该监控系统能够实现多点煤矿粉尘浓度、温湿度的数据采集，通过RS485总线实现上位机和网络间各节点之间的数据通信，采用大容量的移动电源作为传感器的工作电源，硬件部分包括传感器采集模块单元、总线通信模块和检测中心单元，从脱机检查、电源电路检查、CPU时钟电路检查、单片机调试、数据稳定性测试等5个方面进行检查和调试，软件部分考虑适用性和灵活性，设计了粉尘浓度监测模块、温湿度监测模块、声光报警模块、通讯模块和实时时钟模块共5个模块，构建了基础数据和传感器终端数据两种数据库，为实现煤矿粉尘浓度监测和控制提供了思路和基础^[2]。

3.3 粉尘检测

采用职业卫生调查法,对采掘工作面粉尘样品进行采集,再由实验室进行分析,运用生产性粉尘作业分级计算等方法,得出井下采掘工作面主要工种接触生产性粉尘的作业分级,提出防尘关键控制点,指导企业对采掘工作面接触煤尘的工种进行职业卫生分级管理。定点粉尘的采样,在采样点,将装好滤膜的采样夹和粉尘采样器连接,采用配套的三脚架将采样器调整至劳动者呼吸带高度,并以15～40L/min的流量采集15min空气样品,粉尘的游离二氧化硅含量采用红外法进行检测。劳动者个体时间加权平均浓度的采样,将装好滤膜的小型塑料采样夹连接在个体粉尘采样器的导气管上,使采样夹位于劳动者的前胸上部,进气口尽量靠近劳动者呼吸带,以1～5L/min流量,采集8h空气样品(即一个生产班)。

3.4 建立完善的防尘系统

第一，完善防尘系统。煤矿企业需要在遵循相关规定的同时，对采煤工作面中的皮带巷、回风巷、切巷以及掘进工作面的巷道进行管理，构建净化水幕和抑尘网。同时还需要对采煤工作面、掘进工作面及各系统巷道进行管理，并构建净化水幕和抑尘网。第二，在防尘管路安装过程中，要尽可能保证安设的平直度，并采用牢固的吊挂模式。在矿井生产过程中，还需要结合本矿的具体情况，借鉴邻近生产经验，来对煤壁注水方法进行调整和优化，例如，可以选择工作面煤壁浅孔注水技术，来达到预期的注水效果。第三，畅通煤矿防尘管理渠道。构建完善的责任制管理体系，从责任追究、制度落实等方面出发，并围绕煤矿企业井下操作规范和标准来建立煤矿井下防尘系统，在综合设备运用、机械化操作等方面来提高煤矿井下综合防尘效果，以此来确保煤矿井下生产工作的安全进行^[3]。

3.5 利用通风进行除尘

通风除尘是采掘工作面综合防尘措施中重要的一项,它是通过选择工作面通风系统和最优除尘风速以及安装通风设施来实现的。其中最重要的影响因素是风速。风速需要综合采掘工艺进行选择,当采煤机组及其配套的液压支架和综合防尘喷雾以及工作面通风系统确定后,才可以确定相应的风速。例如煤尘注水后的煤体水分增加,采煤机产量的增加等等,都会影响到最优除尘风速。但是风速太大积尘飞扬为浮尘,所以一般最优风速综采工作面为1.5-2.5m/s,掘进工作面为0.4-0.7m/s。

3.6 喷雾降尘装置

所谓的喷雾降尘是指在进行煤矿巷道作业时，采用喷雾装置喷洒岩堆和煤堆，使岩堆和煤堆表面的灰尘得到抑制，通常喷雾器会喷出水雾状，能够起到捕获下降粉尘的作用。目前在煤矿巷道的作业中多采用一种高压喷雾的技术，这种技术耗水量相对较低，除尘效率比较高，对于呼吸性粉尘的降尘效率高达65%，总体降尘效率约75%。高压喷雾降尘系统由自控水箱、过滤器、高压泵(机载)、高压管路、高压引射喷雾降尘装置及控制部分组成。喷雾降尘装置可用在掘进机和采煤机上。在掘进机施工作业时，除了使用除尘器系统，就是内外高压喷雾。掘进机喷雾装置分为内外两种，内喷雾通过掘进机截割结构上的喷嘴向煤体进行喷雾降尘。外喷雾装置安装在掘进机截割臂上对扬尘进行捕捉除尘。由于工作面水质较差、水压不足等原因，喷雾装置喷嘴有被堵塞的问题。

3.7 捕尘网

为了提高运输顺槽作业环境质量,预防运输顺槽粉尘涌入工作面,决定在运输顺槽内安装自动捕尘水幕。当运输顺槽带式输送机开启时,电机开启信号及时传送至PLC控制柜,并经信号处理后将开启信号发送至联锁开关,水泵开启。在水泵压力作用下,水源经高压洒水装置喷出并通过钢丝帘形成连续捕尘水帘,捕尘帘捕尘后,污水经过滤装置过滤处理后再次进入水槽内二次利用。当输送机停止运转时,PLC控制柜接收信号后及时对联锁开关发出关闭信号,联锁开关切断水泵电源,捕尘水幕停止工作。若运输顺槽内有行人,行人可通过人行通道通过;若巷道需行走设备串车,可直接通过旋转装置打开捕尘帘。

4 结语

煤炭行业的发展到至今,对于防尘技术有了更高的要求,尤其采掘工作面更会产生大量的粉尘,而这些粉尘对人们的身体健康、工作环境以及矿井安全都有着重大的影响。但是,治理粉尘是一个循序渐进的过程,既不可以一蹴而就,又不能半途而废,我们要有坚定的信念和永不言弃的精神,降低粉尘对矿井开采工作与员工身心的影响，以科学力量带动煤矿采掘发展。

【参考文献】

[1]孙志超.宜兴煤矿井下粉尘综合治理技术实践[J].山东煤炭科技,2018(9):116-117.

[2]冯兆国.浅谈综放工作面综合防尘技术与应用[J].水利采煤与管道运输,2018(2):50-51.

[3]李明.综采工作面综合防尘技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2018(9):99.