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)，同時也是煤礦安全生產(chǎn)的基本要求。根據(jù)工作場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。對矽塵含量小于10%的煤塵，總塵的時間加權(quán)平均容許濃度為4mg/m3 ，短時間接觸容許濃度為6mg/m3；呼吸性粉塵時間加權(quán)平均容許濃度為5mg/m3，短時間接觸容許濃度為3.5 mg/m3，這是煤礦作業(yè)面粉塵濃度的最低要求。上述時間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA）是指以時間為權(quán)數(shù)規(guī)定的8h工作班的平均容許接觸水平，長期反復(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)。短時間接觸容許濃度（PC-STEL）指一個工作日內(nèi)，任何一次接觸不得超過（以15min時間加權(quán)平均濃度表示）的容許接觸水平，短時間接觸容許濃度不是一個獨(dú)立的接觸限值，而是時間加權(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。對這些塵源必須采取有效的綜合防塵措施，即針對每一道生產(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、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)核或被霧滴所濕潤而起到防塵作用。水泡泥中若添加濕潤劑、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，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劑（表面活性劑），水的表面張力就會降低，從而提高對煤層的濕潤能力及滲透系數(shù)。
??????? 煤層注水方式及其選擇要按照注水鉆孔的形式，煤層注水方式有長孔、短孔和深孔三種，各自的鉆孔地點(diǎn)、鉆孔長度及特點(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，注水時間可按需要增加，一次濕潤范圍大而均勻。
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??????? 表4 煤層注水方式種類
??????? 注水方式?鉆孔地點(diǎn)?鉆孔長度?特?? 點(diǎn) ?
??????? 長鉆孔注水?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，減少下層開采時浮游粉塵的產(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，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，也可降低粉塵的生成量。對于摩擦與碾壓、沖擊與振動產(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)的粉塵抽到一個濾塵袋中去，過濾后的干凈空氣回到巷道內(nèi)。
??????? 4. 個體防護(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)塵源和個別不宜安裝防塵設(shè)備條件下作業(yè)的人員，必須佩戴個體防塵用具。在煤礦經(jīng)常使用的個體防塵用具主要有：自吸過濾式防塵口罩；動力送風(fēng)過濾式個體防塵用具；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)場所的相對濕度達(dá)到65%以上就可以大大降低粉塵的濃度。水能濕潤粉塵，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，會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，捕塵效果最好。水滴與塵粒的相對速度越大，二者碰撞時的動能也越大，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，能產(chǎn)生反彈現(xiàn)象，即使碰撞也難以將其濕潤捕獲。塵粒表面吸附空氣形成氣膜或覆蓋油層時，也難被水濕潤。密度大的塵粒相對易于被水捕獲。噴霧灑水除塵簡單方便，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，按其動力可分為水力和風(fēng)水聯(lián)動（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。