張 飛

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司教育培訓(xùn)中心，陜西 榆林 719315)

0 引言

粉塵災(zāi)害作為煤礦五大災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。近年來(lái)，雖然由粉塵引發(fā)的燃燒、爆炸事故較少發(fā)生，但因粉塵而導(dǎo)致的塵肺病、矽肺病等職業(yè)病例卻呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅著煤礦職工的身體健康和生命安全。如何采取有效的防塵措施，保護(hù)工人的身體健康，維護(hù)職工的合法權(quán)益，是礦山企業(yè)和行業(yè)主管部門面臨的一大課題。因此，研究粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律，采取相應(yīng)的防治對(duì)策是非常必要的。

1 粉塵的來(lái)源

粉塵主要來(lái)源于采掘活動(dòng)，巷道風(fēng)力作用以及一些零星的礦務(wù)工程也能導(dǎo)致礦井空氣中粉塵濃度的增大。由粉塵引發(fā)的職業(yè)病與煤礦事故死亡人數(shù)如圖1所示。

圖1 煤礦職業(yè)病報(bào)告病例與煤礦事故死亡人數(shù)曲線Fig.1 Curve between reported cases of coal mine occupational diseases and deaths in coal mine accidents

1.1 采掘活動(dòng)

隨著煤礦的機(jī)械化程度越來(lái)越高，機(jī)械設(shè)備在煤炭采掘過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。連續(xù)不斷的采掘活動(dòng)，導(dǎo)致巷道中粉塵濃度持續(xù)增大。特別是在工作面遇到堅(jiān)硬的巖石時(shí)，巖體難以破落，與機(jī)器截割部分長(zhǎng)時(shí)間研磨，能夠產(chǎn)生大量的粉塵，濃度高時(shí)能夠達(dá)到1 000～2 000 mg/m3。

1.2 礦務(wù)工程

礦務(wù)工程一般比較分散，產(chǎn)塵量不大，不易引起重視，從而逐漸對(duì)作業(yè)人員造成較大傷害。支護(hù)過(guò)程中使用煤電鉆或風(fēng)鉆打眼，巷道起底、清渣、掏槽等，都會(huì)產(chǎn)生煤塵；構(gòu)筑密閉、擋風(fēng)墻時(shí)使用水泥，則會(huì)產(chǎn)生一些水泥粉塵。

1.3 二次揚(yáng)塵

由于系統(tǒng)配風(fēng)不合理，導(dǎo)致在巷道配風(fēng)較低時(shí)，粉塵容易沉積，一旦通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生改變，很容易引起二次揚(yáng)塵；而巷道風(fēng)速過(guò)高時(shí)，部分沉積在巷道中的粉塵，受到風(fēng)力的作用，又會(huì)重新懸浮到巷道空氣中。此外，煤機(jī)采動(dòng)、炸藥爆破、輔助運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)，也會(huì)造成沉積的粉塵重新懸浮到空氣中。

2 粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律

不同的地點(diǎn)，粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律不一樣。產(chǎn)塵較大的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，粉塵發(fā)散距離較遠(yuǎn)，產(chǎn)塵較小的其他巷道，粉塵發(fā)散距離較近。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，研究人員初步總結(jié)出井下主要生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)的粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律如下。

2.1 綜采工作面

綜采工作面的粉塵主要來(lái)源于煤機(jī)采煤過(guò)程中的破煤、落煤、裝煤、運(yùn)煤等工序，推移支架的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。根據(jù)所采取的綜合防塵措施，綜采工作面粉塵的發(fā)散規(guī)律如圖2所示。

圖2 綜采工作面粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律Fig.2 Dynamic dispersion law of dust in fully mechanized mining face

煤機(jī)截割煤壁時(shí)，產(chǎn)塵量較大，在全風(fēng)壓風(fēng)流的作用下，在煤機(jī)后方形成第1個(gè)濃度峰值，這個(gè)峰值基本位于采煤機(jī)機(jī)身后方3～5 m處，推移支架時(shí)，大量的粉塵疊加在采煤機(jī)逐漸衰減的粉塵中，又形成第2個(gè)峰值，這個(gè)峰值基本位于正在推移支架的后方3～5 m處。

經(jīng)過(guò)架間噴霧的作用以及回風(fēng)巷道中的防塵濾網(wǎng)的過(guò)濾后，綜采工作面的粉塵濃度迅速下降，巷道空氣中的粉塵濃度慢慢接近漸進(jìn)極值，達(dá)到一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2 掘進(jìn)工作面

掘進(jìn)工作面的粉塵主要來(lái)源于掘進(jìn)巷道、支護(hù)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵。根據(jù)所采取的綜合防塵措施，生產(chǎn)過(guò)程中掘進(jìn)工作面粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律如圖3所示。

圖3 掘進(jìn)工作面粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律Fig.3 Dynamic dispersion law of dust in tunneling face

掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道時(shí)，產(chǎn)塵量較大，局部通風(fēng)機(jī)供給的新鮮風(fēng)流將粉塵吹散，形成第1個(gè)濃度峰值，這個(gè)峰值基本位于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身范圍內(nèi)。隨著大顆粒粉塵的迅速沉降以及破碎滾筒的作用，很快又形成第2個(gè)濃度峰值，這個(gè)峰值基本位于破碎機(jī)后方1～2 m處。

經(jīng)過(guò)工作面后方的防塵濾網(wǎng)后，粉塵濃度迅速下降，巷道空氣中的粉塵濃度慢慢接近漸進(jìn)極值，達(dá)到一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 皮帶搭接處

皮帶搭接處的粉塵主要來(lái)源于煤塊破碎、掉落形成的粉塵飛揚(yáng)、擴(kuò)散以及細(xì)微煤粒、沉降的粉塵在動(dòng)能、勢(shì)能的作用下形成的二次揚(yáng)塵。其發(fā)散規(guī)律如圖4所示。

圖4 皮帶搭接處粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律Fig.4 Dynamic dispersion law of dust at belt lap joint

皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，煤塊從一部皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)至另一部皮帶，往往會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。粉塵濃度的峰值一般位于皮帶搭接處2 m范圍內(nèi)。而皮帶搭接處設(shè)置的噴霧，噴出大量的水汽附著在粉塵上，讓粉塵濕潤(rùn)，增加粉塵的重量，使粉塵迅速沉降。粉塵濃度的漸進(jìn)極值往往處于皮帶搭接后方10～15 m處。

2.4 回風(fēng)巷道

回風(fēng)巷道的主要粉塵來(lái)源包括采掘活動(dòng)回風(fēng)流粉塵、礦務(wù)工程施工產(chǎn)生的粉塵以及風(fēng)力作用下的二次揚(yáng)塵。其發(fā)散規(guī)律如圖5所示。

圖5 回風(fēng)巷道粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律Fig.5 Dynamic dispersion law of dust in return air roadway

回風(fēng)巷道的粉塵濃度較為穩(wěn)定，不同來(lái)源的粉塵在較大風(fēng)力的作用下，疊加效果不是很強(qiáng)，微小的粉塵親水性較差，在噴霧的作用下粉塵濃度降低得也不明顯。粉塵濃度的漸進(jìn)極值往往處于降塵噴霧后30～50 m。

3 粉塵防治對(duì)策

通過(guò)對(duì)粉塵發(fā)散動(dòng)態(tài)規(guī)律的分析研究，當(dāng)前粉塵防治工作的重點(diǎn)是如何把粉塵的總體濃度降低，如何縮短粉塵漸進(jìn)極值的發(fā)散距離。對(duì)此，研究人員提出了強(qiáng)化源頭治理，推進(jìn)過(guò)程管控，突出環(huán)境達(dá)標(biāo)，嚴(yán)抓個(gè)體防護(hù)的粉塵防治思路。具體通過(guò)以下防塵措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.1 制定措施

完善管理制度：成立了專門的綜合防塵領(lǐng)導(dǎo)小組，以礦長(zhǎng)為主要負(fù)責(zé)人，總工程師為分管領(lǐng)導(dǎo)的綜合防塵管理機(jī)構(gòu)，全面負(fù)責(zé)礦井綜合防塵管理工作。組織機(jī)構(gòu)成員按職責(zé)層層把關(guān)，分區(qū)域包片管理，形成了“齊抓共管，全員參與”的長(zhǎng)效化管理機(jī)制，做到綜合防塵工作無(wú)死角、無(wú)遺漏。

加強(qiáng)監(jiān)督考核：領(lǐng)導(dǎo)小組定期、不定期開(kāi)展作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)綜合防塵情況的檢查，重點(diǎn)檢查作業(yè)場(chǎng)所防塵裝備設(shè)施使用、維護(hù)情況，降塵效果及個(gè)體防護(hù)用品的佩戴，對(duì)于檢查出的問(wèn)題，形成隱患整改清單，定期復(fù)查。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)

合理配置風(fēng)量：工作面風(fēng)量配置過(guò)小，煤機(jī)截割時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵發(fā)散較慢，甚至在工作面形成較多積塵，不利于粉塵的排出；而風(fēng)量配置過(guò)大，則會(huì)引起部分沉積的粉塵二次揚(yáng)起，增加了巷道中粉塵的濃度。研究證明，綜采工作面配置的最優(yōu)排塵風(fēng)速為1.5～2.5 m/s。巷道風(fēng)速在此區(qū)間時(shí)，既能實(shí)現(xiàn)迅速排塵，又能有效減少二次揚(yáng)塵。

利用設(shè)備調(diào)節(jié)風(fēng)量：對(duì)于掘進(jìn)巷道，在風(fēng)機(jī)處設(shè)置分風(fēng)器裝置，當(dāng)巷道掘進(jìn)較短時(shí)，利用分風(fēng)器對(duì)工作面風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)合理的風(fēng)量配置，有效地消除空氣中的部分浮塵；使用長(zhǎng)壓短抽除塵的工作面，可以在壓入式風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒出風(fēng)口處設(shè)置旋流器，在向工作面正常供風(fēng)的情況下，確保除塵風(fēng)機(jī)完全發(fā)揮作用，工作面的粉塵不會(huì)被壓入的風(fēng)流帶出。

3.3 調(diào)整工藝

確保設(shè)備達(dá)標(biāo)：采煤機(jī)必須安裝內(nèi)外噴霧裝置，其中內(nèi)噴霧工作壓力不得小于2 MPa，外噴霧工作壓力不得小于4 MPa。實(shí)際工作中，有些煤機(jī)不是缺少噴霧就是工作壓力達(dá)不到要求，或是噴頭堵塞，霧化效果差，對(duì)于這類問(wèn)題要及時(shí)整改，確保噴霧降塵效果。

優(yōu)化進(jìn)刀方式：粉塵的產(chǎn)生與巷道掘進(jìn)高度、煤層回采高度、煤炭性質(zhì)都有著直接的聯(lián)系。通過(guò)對(duì)粉塵懸浮規(guī)律的研究，得出高度越高產(chǎn)塵量越大，矸石越多產(chǎn)塵量越大的結(jié)論。因此，在截割過(guò)程中，提倡上部推進(jìn)慢，下部推進(jìn)快，遇到巖石、夾矸淺進(jìn)慢推的截割方式，能夠有效減少粉塵的產(chǎn)生。

調(diào)整生產(chǎn)工藝：在回采煤炭時(shí)，對(duì)于厚度變窄的煤層，應(yīng)合理調(diào)整采高，盡量避免割頂割底，減少巖塵的產(chǎn)生。對(duì)于構(gòu)造帶或沖刷帶較長(zhǎng)的工作面，應(yīng)根據(jù)情況，重開(kāi)切眼，實(shí)行跳采，避免大量割巖。對(duì)于孔隙率大于4%的煤層，可采取煤層注泡沫或注水的方式，減少開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的粉塵。

3.4 機(jī)械除塵

綜采工作面：對(duì)于綜采工作面采煤機(jī)割煤產(chǎn)生的粉塵，推移支架時(shí)產(chǎn)生的粉塵，可利用高壓噴霧系統(tǒng)或者虹吸式噴霧除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵，細(xì)化的水霧對(duì)粉塵形成包裹，讓粉塵更快沉降，縮短了粉塵的發(fā)散距離；在回風(fēng)流安設(shè)帶噴霧捕塵網(wǎng)，能夠有效地降低粉塵濃度。

掘進(jìn)工作面：對(duì)于掘進(jìn)工作面配置干式或濕式除塵風(fēng)機(jī)，采用“長(zhǎng)壓短抽”的通風(fēng)除塵方式，能夠極大地降低粉塵濃度，特別是在掘進(jìn)迎頭采用擋簾，對(duì)工作面實(shí)行封閉作業(yè)時(shí)，降塵率一般會(huì)達(dá)到70%甚至更高。但使用的抽出式風(fēng)筒必須為金屬骨架風(fēng)筒或金屬材質(zhì)風(fēng)筒，后配套設(shè)備使用聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際應(yīng)用效果更好。

膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)：對(duì)于膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)除了要進(jìn)行封閉管理，減少二次揚(yáng)塵和粉塵擴(kuò)散外，還可結(jié)合使用噴霧進(jìn)行降塵；另外，可配合使用小型除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行除塵，封閉的空間對(duì)于負(fù)壓抽塵效果較好。

3.5 監(jiān)控設(shè)備

人工測(cè)定：工作人員要定期對(duì)井下作業(yè)場(chǎng)所的全塵、呼塵、粉塵分散度、粉塵中游離二氧化硅含量進(jìn)行測(cè)定。采用直讀式粉塵濃度測(cè)定儀，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)出待測(cè)地點(diǎn)的粉塵濃度，將粉塵測(cè)定結(jié)果公布在作業(yè)場(chǎng)所的醒目位置；采用采樣檢測(cè)時(shí)要及時(shí)出具檢測(cè)報(bào)告，便于職工及時(shí)了解危害情況，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。

安設(shè)粉塵傳感器：粉塵傳感器能夠融入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)場(chǎng)所的粉塵濃度。無(wú)論是作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還是調(diào)度指揮中心，都能夠隨時(shí)了解作業(yè)場(chǎng)所粉塵濃度情況，一旦粉塵濃度超標(biāo)，能夠及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。對(duì)于產(chǎn)塵濃度較大的場(chǎng)所，特別是采掘工作面，高濃度的粉塵會(huì)對(duì)傳感器造成較大的損害，進(jìn)而導(dǎo)致粉塵濃度數(shù)值誤差較大。因此，在傳感器的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選擇受粉塵影響較小的紅外式傳感器或激光式傳感器。

3.6 降塵設(shè)施

目前，使用比較廣泛的降塵設(shè)施為噴霧，噴霧按照開(kāi)啟形式分為手動(dòng)噴霧和自動(dòng)噴霧。在采掘工作面，應(yīng)優(yōu)先選擇與生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟的自動(dòng)噴霧；在回風(fēng)流巷道中，應(yīng)安設(shè)捕塵網(wǎng)，并設(shè)置全斷面噴霧。在噴頭的選擇上，宜選擇霧化效果好、不易堵塞的噴頭。生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)保持噴霧的持續(xù)開(kāi)啟，發(fā)揮噴霧的降塵作用。

此外，還有靜電除塵、云霧抑塵等技術(shù)及相關(guān)設(shè)施，礦井單位應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件配備適宜的降塵設(shè)施。

3.7 沖洗巷道

按照巷道的使用性質(zhì)進(jìn)行分類，根據(jù)不同的分類確定巷道的沖洗頻次。建立巷道沖洗臺(tái)賬，將巷道沖洗任務(wù)落實(shí)到個(gè)人，定期對(duì)巷道進(jìn)行沖洗除塵。除人工沖洗巷道外，對(duì)于較長(zhǎng)的大巷，也可安排灑水車配合沖洗巷道。及時(shí)清除巷道積塵，能夠有效地避免粉塵事故和風(fēng)力作用引起的二次揚(yáng)塵。

3.8 個(gè)體防護(hù)

個(gè)體防護(hù)是粉塵防治的最后一道關(guān)口。在個(gè)體防塵設(shè)備的選用上，盡可能地使用防護(hù)性能更好的設(shè)備，特別是對(duì)于煤機(jī)司機(jī)、支護(hù)工這樣接塵量較大的崗位，可采用主動(dòng)送風(fēng)的正壓防塵口罩代替被動(dòng)式的負(fù)壓口罩。

此外，作業(yè)人員需進(jìn)行定期體檢，檢查身體健康狀況，用人單位需要為職工建立職業(yè)健康檔案，實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)職工的身體狀況，一旦發(fā)現(xiàn)疑似塵肺情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)離崗位。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同場(chǎng)所生產(chǎn)期間粉塵濃度的測(cè)定和分析，可以得出如下結(jié)論。

(1)在采掘工作面，粉塵濃度在隨距離的推進(jìn)過(guò)程中，會(huì)形成2次濃度高峰，在皮帶搭接處和回風(fēng)巷道中，粉塵濃度基本只會(huì)形成一次高峰，隨著粉塵的進(jìn)一步發(fā)散，粉塵濃度在場(chǎng)所后方逐漸達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，即漸進(jìn)極值及之后的距離。

(2)通過(guò)對(duì)粉塵動(dòng)態(tài)發(fā)散規(guī)律的把握，能夠采取更有針對(duì)性的措施，來(lái)縮短粉塵漸進(jìn)極值的發(fā)散距離，降低粉塵濃度，凈化礦井空氣，從而打造低塵化礦井、無(wú)塵化礦井，進(jìn)而保障煤礦職工的身體健康與生命安全，實(shí)現(xiàn)煤炭的綠色開(kāi)采。