浅谈煤尘的治理方法

邓跃峰 曾 健

（云南省地方煤矿设计研究院 云南 昆明 650000）

1 煤尘的产生

煤尘是煤矿生产过程中所产生的微细颗粒，也叫做粉尘。悬浮于空气中的煤尘称为浮尘，已沉落的煤尘称为积尘，煤井防尘的主要对象是浮尘。表明煤尘状况的指标有：煤尘浓度,悬浮于单位体积空气中的煤尘量。产尘强度，单位时间进入空气中的煤尘量。相对产尘强度，每采掘一吨煤所产生的煤尘量。矿井各生产过程都产生矿尘，以凿岩、爆破、装运和破碎工序为主。凿岩产尘持续时间长，尘粒较细，是达到卫生标准合格率较低的一个工序。爆破产尘特点是短时间产生大量的煤尘并伴有炮烟，可能污染和影响其他工作区。随着生产设备和工艺的发展，产尘状况也将发生变化，应经常进行观测，及时采取防尘措施，保证作业场所煤尘浓度达到国家规定的要求。

2 煤尘的成分

煤岩被粉碎成煤尘后化学成分基本上无改变，但因有些成分易被粉碎或比重较小，使煤尘中各成分的含量与原矿岩稍有不同。从安全卫生角度考虑，主要了解煤尘中是否含有有毒物质、放射性物质、燃烧与爆炸性物质和游离二氧化硅，以便采取相应的预防措施。游离状态的二氧化硅是许多煤岩的组成成分，分布很广，危害面大且严重。防止硅尘危害是煤井防尘工作的重要任务。

3 煤尘的危害

煤尘的危害是多方面的，如爆炸性危害，有毒或放射性煤尘的危害，对眼、粘膜或皮肤的刺激作用，降低能见度及对机电设备磨损等，但最普遍且严重的危害是能引起尘肺病。尘肺病是由于长期大量吸入煤尘而引起的以肺组织纤维化为主的职业病。几乎所有煤尘都能引起尘肺病，如矽（硅）肺病、石棉肺病、煤肺病、煤矽肺病等，以矽（硅）肺病最为普遍。影响矽肺病发生与发展的因素主要有：煤尘化学成分 （游离二氧化硅含量）、粒径与分散度、浓度以及接触时间、劳动强度等。

4 煤尘治理措施

4.1 煤层注水防尘

煤层注水、湿润煤体是采煤工作面防尘的基本措施。目前长钻孔煤层注水已被广泛采用，其降尘效果与煤层的裂隙和孔隙的发育程度、注水参数等因素有关，一般的降尘率可达55%到80%。随着综采放顶煤开采工艺的广泛采用，长钻孔煤层注水的钻孔布置方式、封孔工艺、注水方法及装备也有了新进展。

采用综采放顶煤开采工艺开采厚煤层时，多数是一次采全高。由于水在煤层中沿垂直层方向的渗透性很差，因此，在注水钻孔的布置上应充分考虑到煤层全厚的湿润问题。很多煤矿根据本矿的巷道布置等具体条件探索了各种布孔方式。

4.2 喷雾降尘

采煤机滚筒割煤及向刮板输送机装煤时产生大量煤尘，是综采或综采放顶煤工作面的主要尘源。采煤机都有针对该尘源而设置的内外喷雾系统，在截齿的产尘区喷射水雾实施湿式割煤，抑制煤尘产生，减少煤尘飞扬。但是，由于采煤机的内喷雾经常发生喷嘴堵塞和供水系统密封漏水故障而不能正常发挥其应有的作用；采煤机原有的外喷雾也常常不能适应大功率采煤机的降尘要求。掘进机也存在类似情况。此外，对移架、放煤、运煤及转载点等尘源，也迫切需要解决自动喷雾控制技术。

我国对采煤机的防尘主要是采用低压喷雾降尘技术，虽然起到了重要作用，但由于喷雾水压低，雾化效果差，而且容易造成喷嘴堵塞，严重影响了采煤机的喷雾降尘效果。国外，如法国、俄罗斯和美国等采煤发达国家却早已采用采煤机割煤高压外喷雾降尘技术，取得了极佳效果。近几年，我国部分煤矿也开始使用采煤机割煤高压外喷雾降尘技术，并且取得了可喜的降尘效果。

4.3 采煤机负压二次降尘

负压二次降尘技术是利用喷吸装置向尘源区域喷射雾流降尘，与此同时，在喷吸装置内部的射流后方形成负压区，将喷吸装置尾部负压场内的含尘空气吸入并通过喷吸装置再喷射出去，在这一过程中将煤尘捕捉下来。这种降尘方法和降尘效果与雾流参数（雾粒直径、雾粒运动速度、雾粒密度）、负压强度、吸入空气量、吸气口负压场范围、工作区风速及方向等因素有关。对喷吸装置而言，则与装置的结构、尺寸、安装位置、方向、喷嘴形式、喷口尺寸喷雾压力及流量等因素有关。采用负压二次降尘技术应结合现场条件进行技术设计。

4.4 液压支架移架和放煤口放煤自动喷雾降尘

液压支架移架和放煤口放煤是综采放顶煤工作面仅次于采煤机割煤的两个主要产尘源，应采取有效的治理技术加以防治。对液压支架移架和放煤口放煤的防尘，主要是采取自动喷雾降尘方法，即利用一个多功能自动控制阀并通过与支架液压系统（支架动作）的联动而实现支架移架和放煤喷雾的自动化。

5 湿式除尘器除尘

我国自广泛采用机掘工艺以来，为了控制煤尘的产生与扩散，除了采用与完善喷雾技术之外，还引进并重点研制了各种类型的除尘技术和设备，如文丘里式除尘器、湿式过滤式除尘器、湿式除尘机及水射流除尘风机（器）等，并在实际应用中发挥了不同程度的除尘作用，但都有各自的特点与不足。近期又开发出湿式振弦栅除尘器、机载液动风机旋流除尘器及涡流控尘与湿式旋流除尘等技术。它们都具有体积小、耗水量小、处理风量较大及除尘效率高，尤其是对微细粉尘除尘效率更高等特点。

5.1 湿式振弦栅除尘

湿式振弦栅除尘器有两种结构形式：一种是固定式振弦栅式除尘器，常称为振弦栅除尘器；另一种是旋转式振弦栅除尘器，常称为旋转栅除尘器。振弦栅除尘器由电动或液动的风机、喷嘴、振弦栅、脱水装置、壳体及机座等组成。其关键部件是振弦栅。

5.2 涡流控尘与湿式旋流除尘

涡流控尘与湿式旋流除尘器采用涡流控尘和旋流除尘相结合的综合除尘原理净化机掘（综掘）工作面的含尘气流。

6 袋式除尘—密闭抽尘及净化

我国对机掘工作面的防尘，基本上都是采用湿式除尘器进行除尘，主要原因是湿式除尘器结构较为简单，体积较小，使用方便。但是它的缺点是对呼吸性粉尘的除尘效率较低，而且能耗较大，噪声大，对污水的处理难度较大。为解决这些问题，国内外在不断完善湿式除尘器的同时，重点开发应用袋式除尘器。袋式密闭的目的是把局部尘源所产生的矿尘限制在密闭空间之内，防止其飞扬扩散，污染作业环境，同时为抽尘净化创造条件。密闭净化系统由密闭罩、排尘风筒、除尘器和扇风机等组成。

6.1 吸尘罩

尘源位于吸尘罩口外侧的不完全密闭型式，靠罩口的吸气作用吸捕矿尘。由于罩口外风速随距离而急速衰减，控制矿尘扩散的能力及范围有限，适用于不能完全密闭起来的产尘点或设备，如装车点、采掘工作面、锚喷作业等。

6.2 密闭罩

将尘源完全包围起来，只留必要的观察或操作口。密闭罩防止矿尘飞扬效果较好，适用于比较固定的产尘点和设备，如皮带运输机转载点、干式凿岩机、破碎机、翻笼、溜井等。

7 除尘器

密闭中含尘空气经风筒与风机抽出后，如不能直接排到回风巷道，必须用除尘器净化，达到卫生要求后，才能排到巷道中。机械除尘器，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等，其结构简单、价低，但除尘效率不高，常用作多级除尘系统的前级。过滤除尘器，包括袋式除尘器、纤维层除尘器、颗粒层除尘器等，其原理是利用矿尘与过滤材料间的惯性碰撞、拦截、扩散等作用而捕集矿尘。这类除尘器结构比较复杂，除尘效率高，但如果煤尘含湿量大时，滤料容易粘结，影响其性能。湿式除尘器，包括水浴除尘器、泡沫除尘器、湿式旋流除尘器、湿式过滤除尘器、文氏管除尘器等。这类除尘器主要用水作除尘介质，结构简单，效率较高，但需处理污水，且矿井供排水系统应完善，应用较多。电除尘器，包括干式与湿式静电除尘器。它利用电力分离捕集矿尘，除尘效率高，造价较高，但在有爆炸性气体和过于潮湿环境，不适于采用。

8 密闭抽尘净化系统

密闭抽尘净化系统一般由密闭（吸尘）罩、风筒、除尘器及风机等部分组成，应根据具体条件设计。矿井有许多产尘量大且比较集中的尘源，为保证作业环境的矿尘浓度达到卫生要求和不污染其他工作地点，采取抽尘净化系统，就地消除矿尘，常是经济而有效的方法。如掘进工作面、溜井、装载站、破碎机、运输机、锚喷机、翻笼等尘源，皆可考虑采取这一防尘措施。

9 风水联动远程喷雾装置

煤矿生产爆破是产生粉尘最集中、产生烟雾最大的过程，如果得不到最有效的控制，既影响矿工的身体健康，甚至会造成煤尘爆炸；井下空气质量差、浑浊；有些职工急于生产不等烟雾散尽就进迎头工作对身体健康影响更大。由于迎头能见度低给安全工作埋下隐患。风水联动远程喷雾装置在尘源上进行了十分有效的控制，降尘效果非常明显。并且迅速稀释了迎头的炮烟，提高了迎头的工时利用，消除了因迎头消烟慢能见度低给安全工作带来的不利因素。此装置结构简单，制作容易，投资少，效果好，效益高。

10 通风除尘

随着煤矿机掘进技术的高速发展，大功率掘进机的广泛采用，机掘（综掘）工作面的产尘量剧增，作业环境恶化，严重威胁着矿井的安全生产和工人的身体健康。实践表明，采用抽尘净化技术是降低机掘工作面粉尘浓度的有效途径。国内外都是采用长压短抽的混合式通风，将掘进头的含尘风流吸入除尘器中加以净化。这种通风除尘技术降低工作面及巷道内粉尘浓度的效果取决于两个因素：一是通风除尘系统吸尘（收集含尘风流）的有效性；二是除尘器的除尘效率。我国在这两个方面的研究与试验都取得了重要成果。

11 结语

随着我国煤尘治理技术的发展，新技术新方法的不断出现，以及国外煤尘治理技术、设备的引进，将大大提高煤尘的综合治理能力。

［1］尚书海.峰峰煤矿瓦斯煤尘防治技术[M].煤炭工业出版社,2006，7.

［2］煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社,2012.

［3］吴宗之,高进东.重大危险原辨识与控制[M].冶金工业出版社,2001.

［4］煤矿粉煤尘防治综合技术手册[M].煤矿科技出版社,2008,11.