煤矿粉尘防治讲课教案.doc

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煤矿粉尘防治
煤尘危害为煤矿五大自然灾害之一，一直是煤炭行业防治工作的重点。粉尘给煤矿工作人员和安全生产造成极大危害：一方面，粉尘污染的作业环境严重危害工人的身体健康，可引起肺部病变，造成尘肺病。据最新的资料表明，在我国实际的严重尘肺病患者有120万之多，占到全世界尘肺病患者的一半以上，每年因此死亡的人数超过4000人，每年由此引起的直接损失超过80亿元。而在所有因各种粉尘引起的尘肺病中，煤矿工人占到的比例最高。究其原因，除了经济能力、技术条件、卫生立法等方面的因素外，我国在粉尘监督监测体系和手段的完整性和科学性方面应进一步加强和提高。另一方面粉尘浓度过高潜伏着爆炸的危险，悬浮的煤尘也是造成煤矿煤尘爆炸的主要原因之一。此外，高浓度粉尘还会加速机械设备磨损，缩短精密仪器的使用寿命。因此，监测作业场所粉尘浓度，控制煤矿粉尘的产生，对于确保从业人员生命健康、预防事故的发生尤为重要。
粉尘，也称”空气中的悬浮颗粒物”，指的就是在生产过程中产生的能较长时间悬浮于空气中的固体颗粒，其大小在100μm以下。
  防尘措施
在矿井采、掘、运系统的各生产工序中都产生粉尘，这些粉尘随风流飞扬于作业空间和巷道中。对这些尘源必须采取有效的综合防尘措施，即针对每一道生产工序和环节的尘源采取一项和多项防治措施，以减少粉尘的产生量，降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘。
防尘措施主要是减少采掘作业时的粉尘发生量，是矿井尘害防治工作中最为积极有效的技术措施。防尘措施主要包括：改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水泡泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如采空区或巷道灌水、煤层注水）等。防尘措施是以预防为主的治本性措施，应在作业之前考虑优先采用。按照矿井的防尘技术，可将防尘措施分为以下几类：
1. 湿式作业方式包括湿式打眼、湿式凿岩、水泡泥爆破、预湿煤体等。
1）湿式打眼就是在打眼工作中，将压力水通过凿岩机或煤电钻送入钻孔并充满孔底，以湿润、冲洗炮眼中的粉尘，使其变成尘浆流出炮眼。
2）湿式凿岩是利用风钻进行湿式凿岩，是国内外岩巷掘进行之有效的基本防尘方法。湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。近年来，很多很多矿井对煤电钻进行了改革，试制成功了湿式煤电钻，已广泛应用于煤巷、半煤岩巷以及一些采煤工作面。湿式煤电钻具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面的煤尘。
3）水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂，在高温高压爆破波的作用下，大部分水被汽化，然后重新凝结成极细的雾滴，并与同时产生的粉尘相接触，形成雾滴的凝结核或被雾滴所湿润而起到防尘作用。水泡泥中若添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高降尘效率。此外，德国等西方国家已开始应用化学材料代替水泡泥中的水，这些材料大多具有较好的膨胀性能，爆炸时的封堵效果和降尘效果更好。
4）预湿煤体防尘  预湿煤体防尘主要是采用煤层注水的方法，即预先用水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体得到预先湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力。多年的防尘实践已证明，采煤工作面实施煤层注水是取得最佳防尘效果的根本措施。影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和空隙的状态，以及与其有关的其他因素。煤层的透水性能与煤的裂隙发育程度、裂隙宽度及裂隙方向有密切关系。煤层的多孔程度用孔隙率来表示，即孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。烟煤的透水性系数随孔隙率的增大而增大。对褐煤来说，虽然孔隙率高，但透水性系数却趋于零，因此，开采时常常不能注水。煤属于疏水性物质，与水不甚亲和。如果在水中添加湿润剂（表面活性剂），水的表面张力就会降低，从而提高对煤层的湿润能力及渗透系数。
5）采空区注水  采空区灌水预先湿润煤体防尘，是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中，将水灌入上一分层的采空区内，水在自重及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢深入下一分层的煤体中，使煤体得到湿润，减少下层开采时浮游粉尘的产生量。
  除尘降尘措施是矿井综合控制粉尘的重要环节，现行的除尘降尘措施主要包括各产尘点的喷雾洒水，如采煤机上内外喷雾、放炮喷雾、支架喷雾、装岩洒水及巷道净化水幕等。这些除尘降尘措施为该粉尘监控系统粉尘浓度超出限制范围所实施的处理措施提供了依据。
1. 湿式除尘技术  湿式除尘技术是井下矿山应用最普遍的一种方法。一般作业场所的相对湿度达到65%以上就可以大大降低粉尘的浓度。水能湿润粉尘，增加粉尘重力，并将细散的尘粒聚合为较大的尘粒，使浮沉加速沉降，落尘不易飞扬。湿式除尘方法设备简单，使用方便，应用与维护费用低，降尘效果明显。缺点是增加工作场所的湿度，恶化工作环境和可能影响煤炭的质量。喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（喷嘴）在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水滴在空气中。喷雾洒水的捕尘效果取决于雾体的分散度以及尘粒与水滴的相对速度。粗分散度雾体水滴大，水的数量少，尘粒与水滴相遇时，会因旋流而从水滴边缘绕过，不被捕获。过高分散度的雾体，水滴十分细小，容易汽化，捕尘效率也不高。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。水质与粉尘的性质也影响喷雾降尘效果。若水的纯净度差，将使水的黏性增加，分散水滴粒度加大，降低捕尘效率。疏水性粉尘与水滴碰撞时，能产生反弹现象，即使碰撞也难以将其湿润捕获。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。雾体的分散度、作用范围和水滴运动速度，取决于喷雾器的构造、水压和安装位置。应根据不同生产过程中产生的粉尘分散度选用合适的喷雾器，得到较好的除尘效果。我国矿山井下常用的喷雾器，按其动力可分为水力和风水联动（引射式）两类。
2. 物理化学降尘技术  我国是从20世纪80年代开始试验并推广应用降尘剂等物理化学降尘技术的，目前已经井下进行实验与应用的物理防尘方法主要有：水中添加降尘剂降尘，泡沫除尘，磁化水降尘及黏尘剂降尘等。
3. 添加降尘剂降尘  水中添加降尘剂是在水力除尘的基础上发展起来的一种降尘技术。通常情况下，水的表面张力较高，微细粉尘不易被水迅速有效地湿润，因而降尘效果不佳。但不可否认的是，水力除尘方法是迄今为止最简便、最易推广的方法之一。水中添加降尘剂后，则可大大增加水溶液对粉尘的浸润性，即粉尘粒子原有的固－气界面被固－液界面所代替，使液体对粉尘的浸润程度大大提高，从而提高降尘效率。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。一般低于降尘剂临界浓度时，水的表面张力降低幅度与降尘剂浓度呈急剧下降趋势，但超过此临界后则趋于稳定。目前我国降尘剂的添加方法主要有：定量汞添加法、添加调配器、负压引射器添加法、喷射汞添加器及孔板减压调节器五种添加方法。其中负压引射器添加法原理为：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。添加浓度由吸液管上的调节阀控制。由于这种方法成本低，定量准确，被广泛用于各矿井中。
4. 泡沫除尘  泡沫除尘是用无空隙的泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘得以湿润、沉积、失去飞扬能力的除尘方法。泡沫除尘几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，特别是对于细微粉尘具有很强的聚集能力。泡沫除尘的特点主要有：泡沫除尘与喷雾洒水相比，可减少耗水量33%~60%；除尘效率可达90%~98%，比一般的喷雾洒水降尘率提高33%~50%；可将胶带输送机胶带重载侧的产尘量减少约98%；如用于胶带运输机转载点除尘，当风流和胶带的相对运动速度为7m/s时泡沫能稳定的依附在胶带的煤和煤尘表面。
5. 磁化水除尘  磁化水是经过磁水器处理过的水，磁化处理后，水的表面张力、吸附、溶解渗透能力增加，水珠变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，提高降尘率。磁化水降尘的优越性主要有：设备简单，安装方便，性能可靠；成本低，易于实施，一次投入长期有效；降尘效率高于其他物理化学方法。
6. 黏尘剂抑尘  目前使用的黏尘剂大多为吸湿性盐类，其作用原理是：通过无机盐（如氯化钙或氯化镁）不断地吸收空气中的水分，使沉积于黏尘剂的粉尘始终处于湿润状态，同时由于在黏尘剂中添加有表面活性物质，所以比普通的水更容易湿润矿井粉尘。黏尘剂可以持续黏结由井下空气带来的不断沉积于巷帮与底板的粉尘。
7. 矿井通风排尘  矿井通风排尘是指借助风流稀释与排出矿井空气中的粉尘。矿井内各个产尘点在采取了其他防尘措施后，仍会有一定量的粉尘进入矿井空气中，其中绝大部分是小于10μm的微细粉尘，如果不及时通风稀释与排出，将由于粉尘的不断积累而造成矿进内空气严重污染，危害矿工的身心健康。最优排尘风速在一般干燥的巷道中为1.5 m/s ~4m/s，它也受到一些因素的影响，如工作区有扰动，促使粉尘飞扬，则最优排尘风速值要降低。在潮湿巷道，粉尘不易被吹扬起来，在较高的风速范围（5m/s~6m/s以下），稀释作用为主，粉尘浓度随风速的增加而下降。
一般不依靠矿井主要通风机进行的有效通风均称为局部通风。目前采用较多的是局部通风机排尘方式，对降低掘进时的粉尘浓度起了重要作用。局部通风排尘方法可分为总风压通风、扩散通风、引射器通风及局部通风等四种方法。
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