1 粉塵控制技術(shù)
??????? 粉塵控制技術(shù)為該粉塵監(jiān)控系統(tǒng)粉塵濃度超出限制范圍所實(shí)施的處理措施提供了依據(jù)，同時(shí)也是煤礦安全生產(chǎn)的基本要求。根據(jù)工作場(chǎng)所空氣中煤塵游離二氧化硅含量的不同，煤礦粉塵濃度的職業(yè)接觸限制值也不相同。對(duì)矽塵含量小于10%的煤塵，總塵的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度為4mg/m3 ，短時(shí)間接觸容許濃度為6mg/m3；呼吸性粉塵時(shí)間加權(quán)平均容許濃度為5mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度為3.5 mg/m3，這是煤礦作業(yè)面粉塵濃度的最低要求。上述時(shí)間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA）是指以時(shí)間為權(quán)數(shù)規(guī)定的8h工作班的平均容許接觸水平，長(zhǎng)期反復(fù)接觸該粉塵濃度幾乎所有工人不發(fā)生有害健康效應(yīng)。短時(shí)間接觸容許濃度（PC-STEL）指一個(gè)工作日內(nèi)，任何一次接觸不得超過（以15min時(shí)間加權(quán)平均濃度表示）的容許接觸水平，短時(shí)間接觸容許濃度不是一個(gè)獨(dú)立的接觸限值，而是時(shí)間加權(quán)平均容許濃度限值的一種補(bǔ)充。
??????? 1.1 防塵措施
??????? 在礦井采、掘、運(yùn)系統(tǒng)的各生產(chǎn)工序中都產(chǎn)生粉塵，這些粉塵隨風(fēng)流飛揚(yáng)于作業(yè)空間和巷道中。對(duì)這些塵源必須采取有效的綜合防塵措施，即針對(duì)每一道生產(chǎn)工序和環(huán)節(jié)的塵源采取一項(xiàng)和多項(xiàng)防治措施，以減少粉塵的產(chǎn)生量，降低作業(yè)環(huán)境的粉塵濃度和防止工人吸入粉塵。
??????? 防塵措施主要是減少采掘作業(yè)時(shí)的粉塵發(fā)生量，是礦井塵害防治工作中最為積極有效的技術(shù)措施。防塵措施主要包括：改進(jìn)采掘機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行參數(shù)減塵、濕式鑿巖、水封爆破、添加水泡泥爆破、封閉塵源、捕塵罩以及預(yù)濕煤體減塵措施（如采空區(qū)或巷道灌水、煤層注水）等。防塵措施是以預(yù)防為主的治本性措施，應(yīng)在作業(yè)之前考慮優(yōu)先采用。按照礦井的防塵技術(shù)，可將防塵措施分為以下幾類：
??????? 1. 濕式作業(yè)方式包括濕式打眼、濕式鑿巖、水泡泥爆破、預(yù)濕煤體等。
??????? 1）濕式打眼就是在打眼工作中，將壓力水通過鑿巖機(jī)或煤電鉆送入鉆孔并充滿孔底，以濕潤(rùn)、沖洗炮眼中的粉塵，使其變成塵漿流出炮眼。
??????? 2）濕式鑿巖是利用風(fēng)鉆進(jìn)行濕式鑿巖，是國內(nèi)外巖巷掘進(jìn)行之有效的基本防塵方法。濕式鑿巖有中心供水和旁側(cè)供水兩種供水方式。近年來，很多很多礦井對(duì)煤電鉆進(jìn)行了改革，試制成功了濕式煤電鉆，已廣泛應(yīng)用于煤巷、半煤巖巷以及一些采煤工作面。濕式煤電鉆具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面的煤塵。
??????? 3）水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼內(nèi)，爆破時(shí)水袋破裂，在高溫高壓爆破波的作用下，大部分水被汽化，然后重新凝結(jié)成極細(xì)的霧滴，并與同時(shí)產(chǎn)生的粉塵相接觸，形成霧滴的凝結(jié)核或被霧滴所濕潤(rùn)而起到防塵作用。水泡泥中若添加濕潤(rùn)劑、黏塵劑等物質(zhì)，可大大提高降塵效率。此外，德國等西方國家已開始應(yīng)用化學(xué)材料代替水泡泥中的水，這些材料大多具有較好的膨脹性能，爆炸時(shí)的封堵效果和降塵效果更好。
??????? 4）預(yù)濕煤體防塵? 預(yù)濕煤體防塵主要是采用煤層注水的方法，即預(yù)先用水通過鉆孔和裂隙注入尚未開采的煤體，增加煤的水分，使煤體得到預(yù)先濕潤(rùn)，降低煤體產(chǎn)生浮游粉塵的能力。多年的防塵實(shí)踐已證明，采煤工作面實(shí)施煤層注水是取得最佳防塵效果的根本措施。影響水在煤層中滲透的因素主要是煤的裂隙和空隙的狀態(tài)，以及與其有關(guān)的其他因素。煤層的透水性能與煤的裂隙發(fā)育程度、裂隙寬度及裂隙方向有密切關(guān)系。煤層的多孔程度用孔隙率來表示，即孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。煙煤的透水性系數(shù)隨孔隙率的增大而增大。對(duì)褐煤來說，雖然孔隙率高，但透水性系數(shù)卻趨于零，因此，開采時(shí)常常不能注水。煤屬于疏水性物質(zhì)，與水不甚親和。如果在水中添加濕潤(rùn)劑（表面活性劑），水的表面張力就會(huì)降低，從而提高對(duì)煤層的濕潤(rùn)能力及滲透系數(shù)。
??????? 煤層注水方式及其選擇要按照注水鉆孔的形式，煤層注水方式有長(zhǎng)孔、短孔和深孔三種，各自的鉆孔地點(diǎn)、鉆孔長(zhǎng)度及特點(diǎn)如表4所示；按照注水方式又可分為靜壓注水和動(dòng)壓注水；按作用于注水鉆孔孔口的水壓大小分為三類：低壓注水（Ps＜5 MPa ~3.0MPa），中壓注水（Ps＝3.0 MPa ~15.0MPa），高壓注水（Ps＞10.0 MPa ~15.0MPa）。我國煤礦通常采用長(zhǎng)鉆孔、中壓或低壓注水方法，其優(yōu)點(diǎn)是采煤和注水作業(yè)互不干擾，注水時(shí)間可按需要增加，一次濕潤(rùn)范圍大而均勻。
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??????? 表4 煤層注水方式種類
??????? 注水方式?鉆孔地點(diǎn)?鉆孔長(zhǎng)度?特?? 點(diǎn) ?
??????? 長(zhǎng)鉆孔注水?工作面回風(fēng)或運(yùn)輸巷道?＞30 m?在原始應(yīng)力區(qū)的煤層中注水?
??????? 短孔注水?工作面?＜6 m?在降低應(yīng)力區(qū)的煤層注水，裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)，注水壓力低?
??????? 深孔注水?工作面?6 m ~20 m?在升高應(yīng)力區(qū)的煤層中注水，裂隙不發(fā)育，透水性弱，注水壓力高?
??????? 5）采空區(qū)注水? 采空區(qū)灌水預(yù)先濕潤(rùn)煤體防塵，是在采用下行陷落法分層開采厚煤層過程中，將水灌入上一分層的采空區(qū)內(nèi)，水在自重及煤體孔隙的毛細(xì)管力作用下緩慢深入下一分層的煤體中，使煤體得到濕潤(rùn)，減少下層開采時(shí)浮游粉塵的產(chǎn)生量。
??????? 改進(jìn)采掘機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的減塵措施? 研究表明，截齒越寬，壓固核越小，產(chǎn)塵量也越低。因此，從防塵角度出發(fā)，選擇合理的截齒幾何形狀，可以減小采掘時(shí)的壓固核。目前效果較好的是鎬形刀刃的粗截齒。采掘作業(yè)時(shí)，一般截深越大，采落的礦巖塊塊度越大，固壓核越小，產(chǎn)塵量也越小。截深主要取決于采掘機(jī)上的截齒數(shù)目，適當(dāng)減少截齒數(shù)，可達(dá)到降塵的目的。此外，當(dāng)采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速與牽引速度適當(dāng)匹配時(shí)，也可降低粉塵的生成量。對(duì)于摩擦與碾壓、沖擊與振動(dòng)產(chǎn)塵，可通過定期更換截齒，按照規(guī)程安裝采掘機(jī)械等一般性措施加以緩解。
??????? 3. 干式鑿巖捕塵? 一般在缺水礦井使用，可分為兩種：一種是干式孔底捕塵，經(jīng)過釬桿中心孔、風(fēng)鉆機(jī)頭和連在機(jī)頭上的輸塵軟管，將炮眼內(nèi)的粉塵抽到干式孔底中去；另一種是孔口干式捕塵，通過炮眼口的捕塵塞和連在捕塵塞上的抽塵管，把炮眼內(nèi)的粉塵抽到一個(gè)濾塵袋中去，過濾后的干凈空氣回到巷道內(nèi)。
??????? 4. 個(gè)體防護(hù)? 煤礦礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)盡管采取了多項(xiàng)防塵措施，但也難以使各作業(yè)地點(diǎn)粉塵濃度達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。此種情況下，特別是在強(qiáng)產(chǎn)塵源和個(gè)別不宜安裝防塵設(shè)備條件下作業(yè)的人員，必須佩戴個(gè)體防塵用具。在煤礦經(jīng)常使用的個(gè)體防塵用具主要有：自吸過濾式防塵口罩；動(dòng)力送風(fēng)過濾式個(gè)體防塵用具；隔絕式壓風(fēng)呼吸器。
??????? 1.2 除塵降塵措施
????????? 除塵降塵措施是礦井綜合控制粉塵的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)行的除塵降塵措施主要包括各產(chǎn)塵點(diǎn)的噴霧灑水，如采煤機(jī)上內(nèi)外噴霧、放炮噴霧、支架噴霧、裝巖灑水及巷道凈化水幕等。這些除塵降塵措施為該粉塵監(jiān)控系統(tǒng)粉塵濃度超出限制范圍所實(shí)施的處理措施提供了依據(jù)。
??????? 1. 濕式除塵技術(shù)? 濕式除塵技術(shù)是井下礦山應(yīng)用最普遍的一種方法。一般作業(yè)場(chǎng)所的相對(duì)濕度達(dá)到65%以上就可以大大降低粉塵的濃度。水能濕潤(rùn)粉塵，增加粉塵重力，并將細(xì)散的塵粒聚合為較大的塵粒，使浮沉加速沉降，落塵不易飛揚(yáng)。濕式除塵方法設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用與維護(hù)費(fèi)用低，降塵效果明顯。缺點(diǎn)是增加工作場(chǎng)所的濕度，惡化工作環(huán)境和可能影響煤炭的質(zhì)量。
??????? 噴霧灑水是將壓力水通過噴霧器（噴嘴）在旋轉(zhuǎn)或沖擊作用下，使水流霧化成細(xì)散的水滴在空氣中。噴霧灑水的捕塵效果取決于霧體的分散度以及塵粒與水滴的相對(duì)速度。粗分散度霧體水滴大，水的數(shù)量少，塵粒與水滴相遇時(shí)，會(huì)因旋流而從水滴邊緣繞過，不被捕獲。過高分散度的霧體，水滴十分細(xì)小，容易汽化，捕塵效率也不高。一般水滴的直徑在10μm~15μm時(shí)，捕塵效果最好。水滴與塵粒的相對(duì)速度越大，二者碰撞時(shí)的動(dòng)能也越大，有利于沖破水的表面張力而將塵粒捕獲。水質(zhì)與粉塵的性質(zhì)也影響噴霧降塵效果。若水的純凈度差，將使水的黏性增加，分散水滴粒度加大，降低捕塵效率。疏水性粉塵與水滴碰撞時(shí)，能產(chǎn)生反彈現(xiàn)象，即使碰撞也難以將其濕潤(rùn)捕獲。塵粒表面吸附空氣形成氣膜或覆蓋油層時(shí)，也難被水濕潤(rùn)。密度大的塵粒相對(duì)易于被水捕獲。噴霧灑水除塵簡(jiǎn)單方便，被廣泛用于采掘機(jī)械切割、爆破、裝載、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程中，缺點(diǎn)是對(duì)微細(xì)塵粒捕集效率低。霧體的分散度、作用范圍和水滴運(yùn)動(dòng)速度，取決于噴霧器的構(gòu)造、水壓和安裝位置。應(yīng)根據(jù)不同生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵分散度選用合適的噴霧器，得到較好的除塵效果。我國礦山井下常用的噴霧器，按其動(dòng)力可分為水力和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)（引射式）兩類。
??????? 物理化學(xué)降塵技術(shù)? 我國是從20世紀(jì)80年代開始試驗(yàn)并推廣應(yīng)用降塵劑等物理化學(xué)降塵技術(shù)的，目前已經(jīng)井下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用的物理防塵方法主要有：水中添加降塵劑降塵，泡沫除塵，磁化水降塵及黏塵劑降塵等。