煤矿井下粉尘的解决途径探讨

程政

（郑州华辕煤业有限公司，河南 郑州 450000）

1 煤矿井下粉尘的性质

煤矿井下粉尘是在煤矿井下生产过程中产生的微细煤尘和岩尘的总称。煤矿井下粉尘具有如下特性：

(1)粉尘表面会吸附一层空气薄膜，阻碍粉尘的凝聚沉降；(2)细微岩尘粒径小、表面积大，其中游离二氧化硅容易溶解于人体肺细胞中；(3)采掘工作面产生的新鲜粉尘容易带电。

2 煤矿井下粉尘的危害

由于粉尘具有的这些特性，决定了它会产生以下危害：

(1)引起尘肺病：长时间吸5μm以下的粉尘，就会引起肺组织纤维增生，即尘肺病，是煤矿行业中最主要的职业病。严重的尘肺病还可能发展为肺心病，有很高的死亡率。据统计，目前全国国有重点煤矿职工平均尘肺病患病率为6.33%，比西方发达国家高出约5%。尘肺病患者累计达20余万人，占全国尘肺病患者的一半。每年尘肺病患者死亡人数是煤矿工伤死亡人数的5倍，并且每年以4000～5000人的速度递增。而在地方国有煤矿和私人煤矿，患病的比例和人数还要高的多。

(2)降低现场可见度：粉尘浓度过大会影响工作人员的视线，长时间停留在高粉尘浓度工作面会造成视力衰退，不仅会妨碍正常的生产，降低采煤的工作效率，还会可能会造成生产事故。

(3)煤尘爆炸：煤尘爆炸的下限浓度为45g/m3；上限浓度为 2000g/m3；浓度为 300g/m3左右时煤尘的爆炸力最强。虽然井下煤尘很少能达到这个浓度，但局部空间粉尘浓度过高仍会引起爆炸，也会增加瓦斯爆炸的危险性。而一旦发生煤尘爆炸，就会造成人员大量伤亡，设备严重损坏，同时爆炸时产生的高温、高压和冲击波甚至会毁坏整个矿井，其后果不堪设想。

(4)容易自燃：由于粒径小使煤尘自由表面能增加，从而提高了其化学活性和氧化产热能力。当氧化反应产生的热量不能及时散发时，就会使反应自动加速，最终导致燃烧的发生。根据自燃温度将可燃性粉尘分为两大类：第一类粉尘的自燃温度高于周围环境的温度，只有在加热时才能引起燃烧；另一类粉尘的自燃温度低于周围环境的温度，即使不加热也会引起自燃。这种钿小的煤尘颗粒漂浮在巷道中或者过多的沉积就会有自燃可能，极易形成火灾。

3 煤矿井下工作面高效除坐的新技术

在目前综采工作面常用耪坐措施主要有：通风降尘、煤层注水、喷雾除尘、除坐器除尘等。但随着工作面机械化程度的提高，粉尘浓度也增大，传统的除尘措施己经不能达到煤矿井下防尘的要求，于是产生了一些高效的除尘技术：吸尘滚筒、负压降尘、风水喷雾、泡沫除尘、磁化水降尘、声波雾化降尘、预荷电喷雾降尘、高压喷雾除尘等等，其除尘效果较好，但技术还不成熟，需要进一步的试验、研究。

(1)吸尘滚筒：吸尘滚筒是根据高压水射流的引射效应原理，将小型引射器均匀布置在滚筒轴附近的圆周上，当水从喷嘴喷出时，含尘风流通过引射器沿滚筒向工作面采空区方向运动。粉尘通过引射器时被喷雾液滴湿润，碰上反射板最终沉降下来。部份净化后的空气再返回到工作面一侧被重复利用，剩余的空气被风流带走。与通常的采煤机内外喷雾相比，吸尘滚筒的降尘效率可提高到60%~80%。这是一种从根本上减少产尘量的防尘技术，但只是在英国和美国等发达国家得到了广泛应用。

(2)负压降尘：负压降尘是用高压水经细小孔喷嘴高速喷出，与空气碰撞雾化，形成气、液两相流，通过引射风筒时产生负压，从而将风筒吸口外的空气和粉尘吸入，粉尘在风筒中被水雾润湿，相互凝结，最后撞击到挡板被水冲刷下来。这种方法设备体积小，易于在机组安装，不易损坏，但是需要高压水和气，除尘效率不高，通常需要与采煤机内外喷雾配合使用。

(3)气水喷雾：使用气水喷嘴喷雾，即将压力水经过导水芯螺旋上升，形成很大的离心力，以实心圆锥体的形状向外喷射水雾。与此同时，压缩空气以一种高速气流的形式从调定环间隙中喷出，气和水在这里进行交叉混合，由于风速远远大于水速，气流对水产生切割分离作用，使水进一步雾化形成细微颗粒，风的动力作用还可以使雾粒的运动速度提高，从而提高了液滴捕捉粉尘的机率。这种喷雾方法雾粒细，速度高，控制范围广，对呼吸性粉尘有较好的沉降效果，且可以起到引导风流，隔离煤尘作用。其缺点是需要同时向采煤机供给压力水和气，不易实现。

(4)泡沫除尘：泡沫除尘是将泡沫除尘剂与水按照一定比例混合，用发泡器产生大量泡沫，通过将泡沫喷洒到空气中覆盖尘源来捕集尘粒，起到降尘的作用。它可以捕集所有与泡沫接触的粉尘，对呼吸性粉尘有很强的凝聚能力。但是一般应用在转载点、卸料口，以及爆破、凿岩中，设备也较为复杂，还需要添加药剂，井下应用有很大局限性，较少在综采工作面应用。

(5)磁化水降尘：磁化水降尘是用物理方法改变水的性质，使水的雾化效果和捕尘能力增大，是一种简单而有效的方法。水经过磁化处理后，成为磁化水，由于粘度、表面张力降低，吸附、溶解能力增强，致使雾化程度得到提高，增大了水滴捕捉粉尘的机率。该方法只需要安装磁化器、雾化器和过滤器一体的高效磁化喷嘴，可以与内外喷雾等方法一起使用。磁化水能够达到的降尘效率十分有限，对于呼吸性粉尘，其降尘率可以比清水提高14%左右。

(6)声波雾化降尘：声波雾化降尘装置主要由声波雾化喷嘴、隔音防尘罩、水管、压气管、阀门等组成。适当开启水阀和压气阀后，由压气驱动的声波雾化喷嘴的声波发生器产生高频高能声波，喷出的水雾在声波作用下被二次化成细雾粒。这些液滴粒度很小，密集度大，同时喷雾区域内有强烈的空气振动，增大了雾粒和尘粒的碰撞机率和凝聚效果，从而达到高效降尘之目的。它对总粉尘的降尘率可达90%以上，呼吸性粉尘降尘率达80%以上，其缺点是液滴的动能小，容易被风流吹散蒸发，多应用于封闭的尘源降尘，在综采工作面的除尘效率低于高压喷雾除尘，且设备复杂、造价高。

(7)预荷电喷雾降尘：由于井下大部分煤尘带有电荷，如果让水雾带有极性相反的电荷，就可以充分利用静电力，用荷电液滴作为捕尘体，增加其捕集的尘粒，从而提高水雾对粉尘的捕获效果。预荷电喷雾尤其适于微细粉尘的防治，其关键是如何使雾滴带有足够的荷电，在井下应用不多。

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