煤礦粉塵存在濃度大、粒徑小、游離二氧化硅含量高三大特點。井下粉塵濃度每立方米能超過1000毫克，粒徑5微米以下呼吸性粉塵占比超過30%。巖巷中，粉塵的游離二氧化硅含量普遍超過30%。煤礦粉塵防治難度較大。
游離二氧化硅是造成塵肺病的元兇。呼吸性粉塵進入肺部后，游離二氧化硅引起肺部廣泛纖維化，肺會變得像石塊一樣堅硬，逐漸失去呼吸功能?，F有的治療手段僅能減緩病情進展，不能逆轉病程。因此，在掘進工作面高效防治粉塵，對塵肺病預防至關重要。
此外，粉塵具有爆炸隱患，易引發(fā)安全事故；高濃度粉塵會引起操作人員視線受阻，能見度不足1米，產生安全隱患；煤礦粉塵還會引起電器件短路、機械件磨損，影響井下設備可靠性；影響基于光學、微波原理的傳感器性能，制約煤礦智能化快速發(fā)展。如今，高效治理煤礦粉塵已迫在眉睫。
源頭入手實現綜合治理
掘進工作面粉塵治理涉及瓦斯治理、通風安全等多方面，單一的粉塵治理措施無法保證治理效果，必須從粉塵產生源頭、擴散路徑以及個體防護等多方面進行綜合治理。
粉塵防治關鍵技術主要包括源頭減塵（截割產塵）、路徑降塵（噴霧/泡沫降塵）、路徑控塵（空氣幕控塵）、個體防塵（個體防護）和集中除塵（干/濕式除塵器除塵）。
在源頭減塵方面，一為優(yōu)化截割參數，減少粉塵含量。截齒在截割煤巖過程中，與煤巖接觸形成“密實核”。當巖屑崩落時，“密實核”承受的壓力突然釋放，產生向四周飛濺的粉塵。因此，應增加截割深度、優(yōu)化截齒位姿以減小“密實核”尺寸、優(yōu)化截割滾筒布局和截割工藝以減少巖石的過度破碎，從源頭上降低粉塵產生量。
二為水射流輔助截割，控制粉塵逃逸。在截齒與煤巖接觸點附近布置高壓水射流，在“密實核”承受的壓應力釋放之前對其進行潤濕、捕獲，從源頭上降低粉塵濃度。目前，由于密封承壓不足、鎬形截齒形態(tài)限制，水射流難以直接作用于“密實核”，技術更多處于實驗室階段。
在路徑降塵方面，一為噴霧降塵。利用水滴的攔截作用，對流經水滴附近的粉塵進行捕集。通過改進噴嘴結構、提高噴霧壓力、加入壓縮空氣等手段降低水滴的直徑、提高水滴的霧化效果，能提高降塵率。噴霧降塵設備結構簡單、成本低，適用于所有礦井。
二為泡沫降塵。在噴霧降塵的基礎上，加入表面活性劑和壓縮空氣，形成泡沫捕集體，增大捕集體的表面積、改善捕集體表面的吸附性能，可使降塵率最高達95%。泡沫降塵適用于所有類型的瓦斯礦井。
在路徑控塵方面，一為負壓抽出式控塵。負壓抽出式通風會在掘進迎頭產生負壓區(qū)，巷道內空氣在壓差作用下形成向掘進迎頭逐漸推出的風幕，使粉塵完全抑制在吸風口和掘進迎頭，最后由負壓風筒定向排除，控塵效果較好。但這種方式無法滿足瓦斯排放要求，無法在瓦斯礦井使用。
二為附壁風筒高效控塵。采用長壓短抽通風方式，結合附壁風筒實施控塵。附壁風筒原理為將原壓入的軸向風流改變?yōu)檠叵锏辣诘男D風流。中國煤炭科工集團相關團隊立足煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室，在模擬巷道內對附壁風筒的抽風量、風口位置、附壁風筒開度等工藝參數進行了優(yōu)化研究，獲取了最佳的參數匹配關系。
在集中除塵方面，一為應用濕式除塵器。基于多層金屬絲網的濕式除塵器，具有體積小、適應巷道能力強的優(yōu)點。其對粒徑大于10微米粉塵的除塵效率達到99.4%。濕式除塵器核心元件“S”型水滴分離裝置，可實現對含泥水滴的完全脫除，保證除塵器出口的空氣干凈，避免二次污染。
二為應用干式除塵器。干式除塵器不需要使用水，對呼吸性粉塵的過濾效果更好，適用于巖巷粉塵的治理。相關的覆膜濾料表面高效過濾技術，即在傳統(tǒng)濾料表面涂覆聚四氟乙烯溶液涂層，控制溶液揮發(fā)參數，在表面形成均勻分布的微納孔洞，達到粉塵過濾高效低阻的目的?？倝m過濾效率達99.998%，PM2.5過濾效果達96.58%。
干式除塵器自動化運行的關鍵元件氣動式積分器，能夠完成對各個濾布模塊的定時自動清灰，保證濾布處在高效低阻的過濾階段的除塵效果，降低除塵器運行阻力。此外，還能實現在掘進和檢修期間，不斷自動清灰。
在個體防護方面，一為佩戴智能動力送風防塵口罩。作為保障呼吸質量的最后一道屏障，傳統(tǒng)口罩一直存在呼吸阻力大、使用時間長、呼氣冷凝水多等難題。動力送風防塵口罩內置小型風機，將外界空氣經過三次過濾后以正壓形式送入呼吸罩內，改善呼吸質量。
二為單兵呼吸健康防護系統(tǒng)。單兵呼吸健康防護系統(tǒng)包括便攜式智能過濾送風、流程優(yōu)化的呼吸送風以及智能聯網健康檢測三大系統(tǒng)。系統(tǒng)采用全面罩結構形式，可實現對工作人員眼鼻耳的全面防護。
加快推廣快速掘進粉塵控制技術
如今，中國煤炭科工集團相關團隊已研發(fā)出基于粉塵防治與人體健康的快掘技術。其應用可使巷道掘進速度提高3倍以上，暴露在掘進巷道粉塵中的作業(yè)人員相應減少2/3。隨著掘進智能化的加速推進，快掘系統(tǒng)作業(yè)人員將進一步減少，職業(yè)健康水平會進一步提高。
該技術主要包括低擾動低粉塵截割滾筒及截割工藝、“三幕”控塵技術創(chuàng)新、高性能機載除塵器、大風量除塵器受限空間移動方式創(chuàng)新、干式錨鉆支護除塵系統(tǒng)等。
在低擾動低粉塵截割滾筒及截割工藝方面，根據礦井巖石性質，以試驗數據為基礎，實現低擾動低粉塵截割滾筒個性化設計；在截割煤炭時，將截割深度延伸到50毫米以上，提高成塊率，減少粉塵產生；在截割巖石時，在滿足截割深度的情況下，采用掏槽進刀的方式，將截割粉塵封閉。在滾筒與巖壁之間，減少供風將其帶出的概率。
在“三幕”控塵技術創(chuàng)新上，第一道防線為截割頭外噴霧構建的液態(tài)幕（由截割頭上的多組外噴霧組成），第二道防線為擋塵構建的固態(tài)幕（由截割頭后方的擋塵簾組成），第三道防線為附壁風筒構建的空氣幕（由附壁風筒產生的空氣幕組成）。團隊在國家工程實驗室進行了“三幕”控塵技術試驗，使巷道粉塵綜合除塵效率提高到95%以上。
在高性能機載除塵器方面，研制了與掘進機、連采機、掘錨一體機等掘進裝備集成的多種型號除塵器。
在大風量除塵器受限空間移動方式創(chuàng)新方面，根據巷道條件，開發(fā)了膠帶機機架、單軌吊以及履帶小車的多種除塵器移動方式。
在干式錨鉆支護除塵系統(tǒng)方面，研發(fā)了由“空心鉆機—空心鉆桿—空心馬達—旋風除塵器—負壓風機”組成的干式鉆孔除塵系統(tǒng)，在保證高效鉆孔的基礎上，解決了人員在操作濕式錨桿過程中受水淋的困擾。
該技術在陜煤集團檸條塔礦業(yè)公司井下得到應用。該公司采用掘錨一體機+錨桿轉載機后置濕式除塵器的配套方式，在截割半煤巖工況下，操作人員位置粉塵濃度大幅下降，保障了半煤巖掘錨同步作業(yè)。
超過130臺濕式除塵器在華陽集團、淮北礦業(yè)集團、山東能源兗礦能源、陜煤集團等井下的快速掘進系統(tǒng)中配套使用。巷道綜合除塵效率超過92%，除塵器后方的呼吸性粉塵濃度每立方米小于2毫克。
此外，在全巖巷道中，粉塵中粒徑5微米以下呼吸性粉塵占比超過30%，游離二氧化硅含量也較大，采用干式除塵器效果更佳。
快速掘進粉塵控制技術發(fā)展方向
未來，快速掘進粉塵控制有幾大發(fā)展方向，主要為除塵與巷道通風的協(xié)調統(tǒng)一、通風除塵系統(tǒng)智能化運行、建立全礦粉塵智能監(jiān)控系統(tǒng)。
在除塵與巷道通風的協(xié)調統(tǒng)一方面，考慮到除塵器實際使用效果遠未到既定目標，需要對礦方原有通風工藝進行改進和調整。需要根據礦井和巷道所屬的瓦斯等級，分類別建立基于掘進面除塵效果的通風規(guī)范。
第一等級為無瓦斯礦井或巷道：在嚴格掘進迎頭瓦斯監(jiān)測的情況下，建議采用抽出式通風規(guī)程，以保證除塵效果為主要目標；第二等級為低、中級瓦斯礦井或巷道：在實現通風、除塵智能協(xié)同控制的集成上，采用長壓短抽式+附壁風筒的通風除塵工藝，兼顧通風安全和除塵效果；第三等級為高瓦斯、瓦斯突出礦井或巷道，以通風安全為主要目標，禁止采用除塵器除塵，而采用泡沫除塵。
在通風除塵系統(tǒng)智能化運行方面，建立掘進工作面瓦斯?jié)舛?、風速、供風風量、除塵器風量以及粉塵濃度的實時感知系統(tǒng)，全面識別掘進工作面的空氣狀態(tài)。建立供風系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、附壁風筒系統(tǒng)的聯動控制策略，以通風安全和粉塵濃度為綜合控制目標，實現對掘進工作面通風除塵系統(tǒng)的智能調節(jié)。
在建立全礦粉塵智能監(jiān)控系統(tǒng)方面，研制個體佩戴的呼吸性粉塵在線監(jiān)測儀、固定崗位粉塵在線監(jiān)測儀，通過網絡將各點粉塵監(jiān)測數據集中監(jiān)控。當監(jiān)測粉塵濃度超標時，自動啟動除塵裝置或強制停止相關施工設備。研制風筒自動延伸、拆接、吊掛裝置，降低工人勞動強度。結合納米纖維在過濾方面的優(yōu)勢，將其引入煤礦用口罩及干式除塵器的研發(fā)，進一步降低過濾阻力，解決個體防護口罩的呼氣冷凝水問題。
煤礦工作環(huán)境特殊，粉塵防治任重道遠。產學研用應緊密結合，產出更多成果，為井下作業(yè)人員打造良好的工作環(huán)境。（王虹）
來源：中國煤炭報
來源：中華人民共和國應急管理部、國家礦山安全監(jiān)察局安徽局
編輯：張富娥 審核：馬東
