浅谈煤矿粉尘危害及防治技术(2)

　　1.2 主要健康危害 

　　矿井粉尘的危害重要有以下几点： 

　　（1）全身作用：作业人员长期吸入较高浓度粉尘可引起肺部弥漫性纤维化为主的全身疾病，矿井粉尘会直接或间接引起呼吸系统疾病，主要包括煤肺、矽肺、煤矽肺。 

　　（2）局部作用：接触或吸入粉尘，首先对皮肤、角膜、粘膜等产生局部的刺激作用，并产生一系列的病变。如粉尘作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜机能亢进，毛细血管扩张，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜营养供应不足而形成萎缩性鼻炎。还可形成咽炎、喉炎、气管及支气管炎。作用于皮肤、可形成粉刺、毛囊炎、脓皮病。对于煤矿粉尘中含有大量的煤尘，增加了粉尘对皮肤、呼吸道等局部的刺激作用。 

　　（3）致癌作用：对于一些接触镍、铬、铬酸盐的粉尘，可引起肺癌；接触放射性粉尘，容易生成肺癌等。在煤矿生产过程中，常有伴生矿物，伴生矿物中可能含有某种致癌因子，增加的煤矿工人的致癌机率。 

　　1.3 煤尘爆炸 

　　煤尘爆炸是指高浓度煤尘在高温火源的作用下，与空气中氧气急剧氧化的反应过程。煤体被破碎过程中，产生大量细微尘粒，其体积和表面积增加，与氧气的接触面积和被氧化的能力大大增强，在外界高温热源的作用下，悬浮的煤尘单位时间内能吸收到足够的热量（约300℃～400℃）时[1]，就放出可燃气体，此时游离基迅速增加，燃烧产物的迅速膨胀并在火焰波波阵面前方形成压缩波且不断地压缩传播，从而形成叠加效果，使火焰传播速度不断叠加；当能量叠加到一定临界条件时，由燃烧转变为爆炸。爆炸有三个条件：（1）粉尘在空气中有足够的浓度，在爆炸区域粉尘浓度在45mg/m3～2000mg/m3范围之内；（2）必须具有高温（700℃～800℃或有明火、火花、放电）情况出现，其中最易引爆的也是爆炸力最强的浓度为300mg/m3～500mg/m3。（3）充足的氧气，氧气浓度≥18%。

　　2煤矿粉尘的控制技术 

　　2.1 防尘控制技术措施 

　　（1）湿润煤体防尘：湿润煤体防尘主要是利用裂隙或采用煤层钻孔注水的方法，即预先在煤层中每间隔一定距离施工钻孔并封孔，采用高压水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体裂隙原生粉尘得到充分湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力，通过煤层注水，防尘效果可达到60%以上。通常情况下，常见的煤层注水方式主要有以下三种，低压注水（Ps<2.5MPa～3.0MPa），中压注水（Ps=3.0MPa～15.0MPa），高压注水（Ps>10.0MPa～20.0MPa）。 

　　（2）喷雾降尘：喷雾降尘是指向悬浮在空气中的粉尘喷射水雾，通过湿润粉尘，增加尘粒的重量，达到降尘的目的。喷雾降水的效果取决于雾体的分散度以及尘粒与水滴的相对速度。喷雾分散度越低，水滴越大，水的数量就越少，捕尘效果较差。雾体的分散度过高，水滴越细，则容易汽化，降尘效率也不高。一般水滴的直径在10μm～15μm时，捕尘效果最好。水滴与尘粒的相对速度越大，二者碰撞时的动能也越大，有利于冲破水的表面张力而将尘粒捕获。而尘粒表面吸附空气形成气膜或覆盖油层时，也难被水湿润。密度大的尘粒相对易于被水捕获。喷雾洒水除尘简单方便，被广泛用于采掘机械切割、爆破、装载、运输等生产过程中，缺点是对微细尘粒捕集效率低。目前矿井常用的喷雾器，按其动力可分为水力和风水联动（引射式）两类。 

　　（3）除尘器除尘：采用除尘器将空气中的粉尘分离出来，从而达到净化空气含量的目的。按其作用原理可分为过滤式除尘器、静电除尘器、磁力除尘器三类；按除尘方式可分为干式除尘器、半干式除尘器、湿式除尘器三类；目前，国外一些主要产煤国家都在煤矿井下广泛用除尘器进行除尘。 

　　（4）泡沫除尘：泡沫除尘[5]是利用井下的除尘水管和压风管路，在水管中加入一定量的添加剂，通过专用发泡装置，引入压风，产生高倍数泡沫，泡沫通过良好的覆盖、湿润和黏附等方式作用于粉尘，从根本上防止粉尘的扩散，有效降低空气中的粉尘尝试，泡沫除尘同湿式抑尘相比，其耗水量减少30～80%，抑尘效率比喷雾洒水高3～5倍。 

　　（5）添加降尘剂降尘：是在喷雾降尘基础上发展起来的降尘技术，主要是通过在水中添加降尘剂，和水发生聚合反应，提高水溶液的积极分子，增加水溶液对粉尘的吸附作用，从而提高降尘效率。降尘剂是一种活性剂，它是由亲水基和亲油基两种不同性质的基团组成的化合物，除尘剂的选择方法应能满足无毒、无臭，能完全溶于矿井防尘用水中，低温时不发生结冰现象，无沉淀或盐析现象，对金属无腐蚀，不延燃，成本低，运输方便等。目前降尘剂的添加方法应用较为广泛的为负压引射器添加法，其原理为：降尘器溶液被负压引射器所造成的负压吸入，并与水混合添加于供水管路中。 

　　（6）磁化水除尘：指普通水源经过磁水器处理后，水的结构和性质发生暂时变化，使水的表面张力、吸附、溶解渗透能力增加，水磁化后，水溶液湿润性变强，吸附能力增大，水雾粒径变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，加快粉尘沉降速度，从而得到较好的降尘效果。 

　　2.2 不同产尘点的防尘措施 

　　2.2.1 综合机械化采煤工作面作业时的防尘措施 

　　（1）对采煤机的截割结构选择合理的结构参数及工作参数，即选择合理的截齿几何形状，适当布置同一截线上的截齿数量，使采落的矿岩块块度增大，达到减少粉尘产生的目的。此外，当采煤机的滚筒转速与牵引速度适当匹配时，也可降低粉尘的生成量。（2）在采煤机上喷雾系统的基础上，增设磁化水装置，提高水雾的湿润性和吸附能力，达到提高降尘的目的。（3）对自移式液压支架设置合理的喷雾系统。（4）采用最佳排尘风速和合理的通风技术。最佳风速随煤的水分增加而升高，一般在1.5～4m/s之间。采用下行通风（煤与瓦斯突出矿井严禁采用下行通风）可以有效地降低回采工作面的粉尘浓度。 

　　2.2.2 综合机械化掘进工作面作业时的防尘措施 

　　（1）在综掘机上喷雾系统的基础上，增设磁化水装置，提高水雾的湿润性和吸附能力，达到提高降尘的目的。（2）预先在预掘走向方向进行煤层注水，增加煤体水分。（3）合理的除尘系统，正常使用掘进机内外喷雾洒水。（4）气、水喷射器除尘。（5）在掘进机上或掘进机二运皮带滑槽上安设除尘风机除尘，当掘进机前移时，除尘器定期向前移动。 

　　2.2.3 炮采工作面的防尘措施 

　　炮采工作面的防尘必须采用长深孔向煤层注水，湿润煤体、湿式打眼、水泡泥、放炮前后冲洗工作面及煤壁、转载点喷雾及采用最佳排尘风速等综合措施，降低作业面的粉尘浓度。