1、专题部分综合防尘技术在陈四楼煤矿的应用1. 前言煤矿粉尘影响矿井安全生产，威胁职工身体健康，是煤矿五大灾害之一。随着矿井开采强度和机械化程度的不断提高，矿井产尘点和产尘量也不断增加，煤矿作业产尘浓度也有所提高，严重威胁矿井的安全生产和职工的身体健康。有效控制粉尘，降低粉尘浓度，杜绝煤尘事故，是煤矿安全生产的一个重要环节，抓好矿井综合防尘工作，对促进矿井安全生产，保障职工身体健康具有重大意义。永煤集团有限公司陈四楼矿围绕矿井综合防尘工作，依靠科技进步，完善装备，加强管理，取得了显著效果，促进了矿井的安全工作。煤矿粉尘的危害性表现在引起工人患尘肺病、发生煤尘或瓦斯煤尘爆炸事故、影响作业安全和危害矿
2、区周围的生态环境等多方面。其中煤矿工人尘肺病的发生具普遍性，煤尘及瓦斯煤尘爆炸事故具有突发性和危害严重性；当煤尘浓度达到一定程度时影响作业人员的视线，会引起伤亡事故，影响劳动生产效率，还会引起设备安全运行。煤矿向大气中排放的粉尘对矿区周围的生态环境有很大影响，对生活环境、植物生长环境造成严重破坏。 研究结果与实际情况表明:矿尘是一种极为有害的物质,包含刺激人的呼吸系统,使呼吸道发炎并增加轻微呼吸失调的机率(感冒、流行性感冒) ,会阻塞毛孔,导致皮肤病或发炎,经常接尘者严重的会患上尘肺病。尘肺病是矿尘危害人体的一种严重病症,轻者使人丧失劳动力,重者可导致矿工死亡。有关统计资料表明,由于历史的原因
3、,我国尘肺病的发病率相当高。从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议新闻发布会上获悉:我国目前职业病防治工作的形势依然十分严峻,全国有毒有害企业超过1600多万家,受到职业危害的人数超过2 亿。据2003 年全国报告各类职业病发病人数为10467 例,其中尘肺病发病数占80 % ,煤工尘肺病患者占85. 6 %。2002 内全国死于尘肺病的患者达2343 名。据统计,50 年代以来我国报告累计尘肺病例58 万多人,已死亡14万多人,现有患者44 万多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低,报告不全,专家估计尘肺实际发生的病例数不少于100 万例。河南省也不例外,据统计至2004 年末,河南
4、省属煤矿从1958 年建矿以来历年累计查出的尘肺患者5725 人,其中:退休4605 人,在职961 人,1 期2977 人,2 期2321 人,3 期427 人。为此,能否搞好煤矿综合防尘工作,不仅直接关系到矿工的身体健康和保护矿工劳动积极性的问题,而且也直接影响到国家声誉和社会、企业的经济效益。因此各级领导必须深刻认识到,若在煤矿粉尘防治上不采取有效的综合措施,粉尘危害就会日益加重。所以,多年来全国各煤矿高度重视煤矿粉尘的综合防治工作,进一步强化综合防尘技术,并采取了许多积极有效的措施,从根本上降低了尘肺病的新发病率。从近几年的矿工健康体检情况看,煤矿尘肺病新发现病例较少,得到了有效控制。
5、显而易见,为防止矿工患尘肺病,关键的工作就是要搞好煤矿的综合防尘,最大限度地降低粉尘浓度。目前发达国家对粉尘的有效控制,主要是采用阻断、抑制、隔绝、运移、冲淡等手段。2. 尘源简析2.1. 综采工作面尘源分析综采工作面产生尘源主要有割煤、移架、转载、破碎等生产工序，其中机组割煤是工作面最大的产尘点。占整个工作面产尘量的60%左右，其次为移架，破碎、转载等工序。陈四楼综采工作面在无任何防尘措施的情况下，主要工序的平均产尘浓度见表1. 表1 陈四楼综采工作面主要工序的平均产尘浓度统计表生产工序测尘地点平均粉尘浓度（mg/m3）全尘呼吸性粉尘机组割煤机组回风侧10m处3074.2365.0移架移架回
6、风侧5,m处877560.0破碎机破碎机回风侧5m处285.020.82.2. 掘进工作面尘源分析掘进工作面产生尘源主要有掘进机割煤、喷浆作业、转载、放炮、扒装等工序，陈四楼掘进工作面再无任何防尘措施的情况下，主要工序的平均产尘浓度见表2表2 陈四楼掘进工作面主要工序的平均产尘浓度统计表生产工序测尘地点平均粉尘浓度（mg/m3）全尘呼吸性粉尘掘进割煤机组回风侧10m处660.025.0掘进机运输转载转载点回风侧5,m处324.024.0喷浆作业喷浆罐回风侧5m处328.116.8放炮作业迎风外30m处23.8332.3. 防尘工作的重点1）综放工作面机组割煤产尘量最大，是防尘工作的关键，其次为
7、移架、放煤、破碎等四大工序，是防尘工作的重点。2）掘进工作面防尘重点依次为掘进机割煤、喷浆作业、掘进机运输转载、放炮作业等工序。2.4. 防治煤矿粉尘应遵循以下基本原则：（1） 贯彻以预防为主的方针，最大限度的防治粉尘的产生，特别要防止富有粉尘的产生。（2） 实施综合防尘措施，将粉尘浓度降到国家规定的标准一下。（3） 将粉尘处理在尘源地点，避免其扩散、飞扬和进入风流中。（4） 把已经浮游的粉尘沉降下来或捕积起来。（5） 充分发挥通风除尘作用。（6） 除尘设备必须适应尘源的移动性。（7） 各种防降尘措施提高呼吸性粉尘的降尘率， 保障工人的身体健康。（8） 选择安全可靠和易于实现的防止和隔绝煤尘爆
8、炸的措施，确保矿井的安全生产。2.5. 防尘工作的指导方针 1 依法治尘建立健全综合管理体系做好矿井的综合防尘工作,是搞好矿井“一通三防”工作的重要组成部分,也是保证矿井安全生产的重要举措。根据国家的法律、法规和集团公司的具体要求,同时结合粉尘治理工作上的实际特点,成立矿、区(科) 、班组和个人4 级综合防尘管理体系。矿成立以总工程为组长的综合防尘领导小组,每月召开1 次矿井综合防尘工作例会,负责解决矿井在综合防尘工作中出现的一些具体问题,研究和布署矿井综合防尘的具体工作,以此推动矿井综合防尘工作健康稳步向前发展;区(科) 成立以区(科) 长为组长的区(科) 级综合防尘领导小组,各区(科) 明
9、确1 名副区(科) 长负责综合防尘工作,同时各区(科) 根据自己的工作职责范围,相应成立不同类型的综合防尘队、组,负责本单位的综合防尘工作。这样,全矿就形成了一级抓一级,一级管一级,层层负责的综合防尘管理责任制的网络体系。2 建章立制规范管理严格落实从实际出发,以建立制度为基础,规范管理为重点,严格落实为根本,在原有综合防尘管理制度的基础上,充分完善了各个层次的综合防尘管理和职责。根据综合防尘工作的需要,把井下所有地区按照生产和辅助单位管辖的范围不同,明确规定了各个单位在综合防尘范围及职责;并做到定期修订,检查落实。矿主管综合防尘的领导亲自组织和落实每旬1 次的全矿性综合防尘大检查,对在现场查
10、出的问题坚持做到“小问题不过班,大问题不过天”的原则,现场能处理解决的问题,必须全部解决,现场不能解决的问题必须找出责任者,由矿调度室、安全科、通风区组织责任单位和责任人进行分析,找出原因。同时,坚持“三不放过”原则,使责任者接受教育,并对单位正职和分管防尘领导及责任人按照矿综合防尘奖罚规定进行处罚。各单位必须执行采、掘工作面及顺槽每天进行1 次巷道冲洗粉尘和其它开拓、准备巷道每15 天冲洗1 次的冲洗制度,井下主要大巷坚持每半年冲洗刷白1 次制度,采掘工作面必须执行湿式打眼、水炮泥放炮、转载点喷雾洒水,放炮地点30m 范围内自动喷雾洒水净化风流。狠抓综合防尘工作的源头管理,明确规定安检员、瓦
11、检员、放炮员负有对本地区的综合防尘工作的监督检查权力,对在生产现场中不执行综合防尘措施的采掘工作面有权停止生产,有权对责任者进行处罚。通过采取各种有效的监督管理手段,形成了人人自觉做好防尘工作的浓厚氛围。3 依靠技术创新实现煤炭生产与综合防尘一体化大搞技术革新和技术改造,充分把技术含量高的设备应用到综合防尘上来,为综合防尘工作奠定了坚实的基础。3. 综放面的综合防尘针对综放面的产尘特点，本节结合陈四楼煤矿南翼采区2101综采工作面的具体情况，提出以煤层注水、采煤机与顶板支架自动喷雾为主，研制新型拉架抽尘装置和机械式防尘罩为辅的综合防尘技术。3.1. 2101综采面概况2101综采面开采的是矿区
12、二2煤层，属石炭系太原组缓倾斜厚煤层，是本矿区的主采煤层。由于该煤层的“三软”特性，致使采煤机割煤、移架，装载时产尘强度大、粉尘浓度高。该工作面走向长度250m，倾斜长度400m，煤层倾角为6-8，平均7，煤层厚度2-3m，平均2.45m，煤体密度为1.4t/m3。煤质情况见表1。表3 二2煤层媒质工业分析煤层名称牌号水分（%）灰分（%）挥发分（%）发热量（Mj/kg）硫分（%）二2FM1.7510.0538.3521.6670.38该煤层赋存稳定，地质条件较为简单，在进、回风巷的掘进过程中，未见断裂构造。煤层底板呈起伏不平状。进、回风巷的实测瓦斯浓度为0.02-0.3%左右，自然发火期为33
13、-39个月，煤尘爆炸指数为40.44%。采煤方法为走向长壁后退式综合机械化采煤方法，割煤使用MXA-300/3.5D型双滚筒采煤机，截深0.8m，采高2.5m；工作面支护使用ZZPF4800/17/33型支撑掩护式支架，移架步距0.8m。煤的润湿性是煤的一项很重要的物理化学性质参数,除在煤化工中应用外,在煤矿开采及安全中亦有重要作用,特别是煤层预注水防尘中。但我国许多矿区煤的润湿性不好,注水速度低,注入水量达不到降尘的要求。将表面活性添加剂加至注入水中作为提高煤体注水速度与注水量的措施在国内外有广泛应用。选取陈四楼煤矿二2煤层的煤样,通过测定煤样在纯水和添加表面活性剂后的溶液中的接触角和吸湿速
14、度,根据实验结果得到煤层注水时选择表面活性剂的种类及其最佳浓度。有关煤层注水的实验数据和具体措施在第五章中已经详细介绍，下面就改善煤层注水效果进行有关研究。表面活性剂和接触角煤是非均质、成分复杂的不同孔隙的多孔介质,煤层内具有的孔隙和裂隙,形成了煤体内既有连通网络又有孤立空间的空间系统,它们有巨大的孔隙表面。这个空间系统,既是气、水在煤体内运移的通道,又是煤体内储存气、水的空间。煤层注水就是水在该空间系统中运移、扩散、储运的极复杂的水动力学和物理化学过程。煤层注水时,首先是水在压力作用下,沿煤裂隙和大孔隙的渗透过程,继而是水在毛细管力和表面现象等物理化学作用下进行的自运动。从渗流理论和表面物理
15、化学理论可知,液体要真正的润湿煤体主要取决于液体和煤体本身的性质。在液体性能上,体现表面活性剂润湿能力的主要参数是表面张力和接触角,在煤层注水工艺中,煤体是不可改变的,为此在研究陈四楼矿煤样吸湿速度与表面活性剂溶液的关系时,必须考察表面活性剂溶液在这方面的变化情况。1、表面活性剂的特点凡在低浓度范围内,能使溶液的表面张力显著降低,并使溶质在表面上浓度较内部浓度大的物质,称为表面活性剂。表面活性剂有2 个共同特点,一是化学结构上的两亲分子,即分子的一端亲水,称为亲水极性基,另一端亲油或亲气,称为憎水的非极性基;二是溶液表面层状态上分子的定向排列,即亲水的一端插入水中,憎水的一端伸向空气。由于两亲,它们能尽量覆盖水气表面以降低水的表面张力;由于分子定向排列,一定的表面层内才能容纳更多的分子,使表面张力降至最低。表面活性剂按其结构可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型和混合型,都可以降低水的表面张力,改变其接触角的特性。但随着固- 液接触时,固体种类和其表面物理化学性质的变化,不同种类的表面活性剂所能达到的润湿效果也不相同。阳离子型的表面活性剂绝大部分是有机胺的衍生物,当其溶液与低能表面煤作用时,溶液显酸性,有机胺易析出,从而失去表面活性作用,所以阳离子型的表面活性剂不适用于煤层注水。因此,我们选出了4 种有代表
