摘要：介紹了煤礦粉塵的危害和煤礦粉塵的性質(zhì)，分析了錨桿支護(hù)粉塵防治現(xiàn)狀和錨桿鉆車(chē)干式除塵，評(píng)述了錨桿支護(hù)粉塵防治發(fā)展方向。
引言
隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排、安全生產(chǎn)及改善井下環(huán)境的重視，設(shè)計(jì)高效除塵系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急。除塵器工作的好壞直接影響最終排出氣體的粉塵濃度，粉塵濃度大小不僅影響礦井的安全生產(chǎn)也危害作業(yè)人員的身體健康。
我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，2012年產(chǎn)量約36.5億噸，約占世界產(chǎn)量的一半。同時(shí)，我國(guó)對(duì)煤炭能源的需求進(jìn)一步增大，煤礦在提高工作面單產(chǎn)的同時(shí)不斷增加工作面的數(shù)量，采掘工作面的增加，煤礦在采、掘、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)都會(huì)向井下空氣中排放大量的粉塵，導(dǎo)致粉塵污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。
1煤礦粉塵的危害
煤礦粉塵是影響煤礦高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的主要因素之一，煤礦粉塵危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是對(duì)人體健康的危害，即工人長(zhǎng)期吸入礦塵后，會(huì)患?jí)m肺病。據(jù)衛(wèi)生部2009年數(shù)據(jù)顯示，新中國(guó)成立以來(lái)至2009年底，累計(jì)報(bào)告職業(yè)病722730例，2009年新增職業(yè)病18128例，其中塵肺病14495例，死亡748例，新增病例中煤工塵肺和矽肺占91.89%。二是煤塵的自燃性和爆炸性，煤塵能夠在完全沒(méi)有瓦斯存在的情況下爆炸；對(duì)于瓦斯礦井，則有可能發(fā)生瓦斯煤塵同時(shí)爆炸。無(wú)論是何種爆炸，都將給礦井釀成嚴(yán)重的災(zāi)難。
除此之外，煤礦粉塵能加速設(shè)備的磨損，使產(chǎn)品質(zhì)量下降；能縮短精密儀器的使用壽命；能降低工作場(chǎng)所的能見(jiàn)度，使工傷事故增多；粉塵不僅污染了環(huán)境，對(duì)原料本身也是一種損耗，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，有些煤礦向井下空氣中排放的煤粉塵達(dá)到煤炭產(chǎn)量的1.6%。
2煤礦粉塵的性質(zhì)
為了搞好粉塵防治，減少塵肺病，就需要對(duì)煤礦產(chǎn)生的粉塵性質(zhì)進(jìn)行研究。一般來(lái)說(shuō)，粉塵是能夠較長(zhǎng)時(shí)間呈浮游狀態(tài)存在于空氣中的一切固體微小顆粒。從氣溶膠科學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，含塵空氣是一種分散體系，分散相是固體微小顆粒，分散媒是空氣。而氣溶膠粒子就是懸浮于氣體中的固體顆粒物，即粉塵。煤礦粉塵（簡(jiǎn)稱(chēng)粉塵）系煤塵、巖塵和其它有毒有害粉塵的總稱(chēng)。下面介紹幾種主要的粉塵性質(zhì)：粉塵粒度、分散度、粉塵濃度、安息角等。
2.1粉塵從衛(wèi)生學(xué)角度可分為呼吸性粉塵和總粉塵，總粉塵通常指粒徑在100μm以下的粉塵粒子，呼吸性粉塵是指采集的粉塵空氣動(dòng)力學(xué)直徑均在7.07μm以下，而且空氣動(dòng)力學(xué)直徑5μm粉塵的采集效率為50%。粒徑是粉塵大小的度量，因粉塵顆粒一般是不規(guī)則的，用空氣動(dòng)力學(xué)直徑來(lái)度量。但粉塵的空氣動(dòng)力學(xué)直徑不能直接測(cè)出，需先采用粉塵粒度分析儀測(cè)定粉塵的斯托克斯直徑，然后據(jù)公式計(jì)算出空氣動(dòng)力學(xué)直徑。
2.2粉塵分散度及粒度分布粉塵分散度對(duì)除塵工作具有重要意義，是除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管路布置、管徑計(jì)算及除塵設(shè)備的選用的主要依據(jù)之一。分散度表征巖石粉碎的程度，粉塵分散度是指各種不同粒徑的粉塵在整個(gè)粉塵中所占的百分?jǐn)?shù)。分散度高，表示粉塵總量中微細(xì)粉塵粒徑多，占比例大；分散度低，表示粉塵總量中粗粉塵粒徑多，占比例大。
2.3粉塵濃度粉塵濃度大小不僅影響礦井的安全生產(chǎn)也危及作業(yè)人員的身體健康。粉塵濃度是指單位體積空氣中的粉塵的含量。粉塵濃度又包括總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度兩種。目前，國(guó)內(nèi)外因測(cè)塵儀器和測(cè)塵方法不同，粉塵濃度的表示方法也不同，按其原理大致可分為兩類(lèi)：取樣法和非取樣法。為保障操作人員的安全和健康，我國(guó)能源部于2010年修訂和頒布了《煤礦安全規(guī)程》，對(duì)粉塵濃度作了專(zhuān)門(mén)規(guī)定。第739條規(guī)定“作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵（總粉塵、呼吸性粉塵）濃度符合。”
2.4粉塵的安息角粉塵的安息角是評(píng)價(jià)粉塵流動(dòng)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。粉塵通過(guò)小孔連續(xù)地下落到水平面上時(shí)，堆積成的錐體母線(xiàn)與水平面的夾角稱(chēng)為安息角。影響粉塵安息角的因素有粉塵粒徑、含水率、粒子形狀、粒子表面光滑程度、粉塵黏性等。安息角小的粉塵，其流動(dòng)性好；相反，安息角大的粉塵，其流動(dòng)性差。煤礦粉塵安息角平均值約35°～40°。設(shè)計(jì)除塵裝置時(shí)，應(yīng)使管道、導(dǎo)向板、倒灰板、儲(chǔ)灰斗等傾斜角大于粉塵的安息角，防淤積堵塞。
3錨桿支護(hù)粉塵防治現(xiàn)狀
錨桿支護(hù)是一種快速、安全、經(jīng)濟(jì)的巷道支護(hù)方式，是煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。錨桿鉆機(jī)作為煤礦巷道支護(hù)主要設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外得到普遍使用。錨桿鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵需要及時(shí)清理，否則鉆桿無(wú)法繼續(xù)推進(jìn)。
3.1錨桿支護(hù)粉塵情況鉆孔時(shí)，粉塵濃度一般在200～700mg/m3，且細(xì)粒粉塵比例較大，呼吸性粉塵所占比例大約為60%，平均含SiO2量達(dá)到57%，對(duì)作業(yè)人員的危害極大。據(jù)研究資料表明，若在工作面同時(shí)鉆8～10個(gè)深為1.8m的鉆孔，則產(chǎn)生懸浮于空氣中的有害呼吸性粉塵超過(guò)1000mg/m3。
3.2錨桿支護(hù)粉塵防治方法目前，鉆孔主要采用濕式和干式鉆孔兩種方式。
3.2.1濕式鉆孔濕式鉆孔時(shí)需向空心鉆桿內(nèi)注入高壓水，將泥水混合物從鉆桿和煤層之間擠出，濕式鉆孔不會(huì)造成巷道內(nèi)粉塵飛揚(yáng)，粉塵污染較小。但濕式鉆孔容易發(fā)生水管堵塞，遇到煤層夾矸、軟硬煤結(jié)合時(shí)，夾矸、軟煤遇水后膨脹、松軟、塌陷，造成卡鉆、斷鉆桿，且成孔后堵孔、塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重。另外，濕式鉆孔還會(huì)造成水資源浪費(fèi)、造成巷道底板積水，軟化底板，影響工作面的作業(yè)環(huán)境等。
3.2.2干式鉆孔干式鉆孔時(shí)需向鉆桿中心孔注入高壓風(fēng)，使鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的煤（巖）粉通過(guò)高壓風(fēng)吹出鉆孔，防止煤（巖）粉堵塞鉆孔，克服了濕式鉆孔排塵的缺陷，但鉆孔內(nèi)吹出的煤（巖）粉會(huì)造成巷道內(nèi)粉塵飛揚(yáng)，污染嚴(yán)重。
為解決鉆孔粉塵污染問(wèn)題，經(jīng)不斷探索，現(xiàn)錨桿鉆車(chē)采用機(jī)載干式除塵系統(tǒng)，靠風(fēng)機(jī)負(fù)壓產(chǎn)生的力，使含粉塵氣體沿膠管進(jìn)入三級(jí)除塵箱進(jìn)行凈化處理，并把粉塵收集起來(lái)。干式除塵技術(shù)應(yīng)用到錨桿鉆車(chē)除塵系統(tǒng)中，使工人操作空間的空氣得到凈化，是錨桿鉆車(chē)最有效的除塵方法。
3.3錨桿鉆車(chē)干式除塵錨桿鉆車(chē)采用空心鉆桿后串聯(lián)布置多級(jí)干式除塵器，除塵器后布置風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽風(fēng)的機(jī)載干式除塵系統(tǒng)。除塵系統(tǒng)采用多種除塵機(jī)理綜合使用，對(duì)呼吸性粉塵有較高除塵效率，且滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，移動(dòng)和維修方便的新型除塵設(shè)備。
機(jī)載干式除塵系統(tǒng)的主要工作原理：①鉆箱馬達(dá)帶動(dòng)鉆箱鉆眼時(shí)，鉆頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的大量粉塵在風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下，通過(guò)空芯鉆桿和鉆箱空心軸進(jìn)入第一級(jí)除塵器。②含塵空氣沿著切線(xiàn)方向進(jìn)入，由于氣旋作用，大量粗粉塵邊旋轉(zhuǎn)邊下降到外筒底部，通過(guò)油缸開(kāi)啟腔體底蓋排入機(jī)外；細(xì)粉塵通過(guò)內(nèi)筒螺旋葉片向上排入第二級(jí)除塵器。③當(dāng)含塵氣流進(jìn)入，由于斷面積突然擴(kuò)大，使流速下降，在層流或接近層流的狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一定時(shí)間后，塵粒在重力的作用下塵粒沉落到底部被分離，凈化后的氣體進(jìn)入第三級(jí)除塵器。④含塵氣流從濾芯周邊進(jìn)入，經(jīng)濾紙過(guò)濾，細(xì)粉塵被過(guò)濾，凈化后氣體從濾芯中心被吸入風(fēng)機(jī)，凈化后氣體最終排入巷道空氣中。
3.4錨桿支護(hù)粉塵監(jiān)測(cè)為了有效防治錨桿支護(hù)粉塵對(duì)人體的危害，對(duì)支護(hù)工作面粉塵的監(jiān)測(cè)是不可或缺的，也是科學(xué)防治粉塵的前提。國(guó)內(nèi)粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在不小差距，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①監(jiān)測(cè)方法。我國(guó)對(duì)粉塵的監(jiān)測(cè)還停留在以短時(shí)間斷性測(cè)塵為主的階段，測(cè)出的粉塵濃度不能準(zhǔn)確反映煤礦井下的粉塵污染狀況。②監(jiān)測(cè)儀器。國(guó)內(nèi)雖已研制出呼吸性粉塵采樣器，但因沒(méi)制訂相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，而沒(méi)有普遍推廣應(yīng)用。③管理標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)煤炭系統(tǒng)雖已制定出一個(gè)總粉塵和呼吸性粉塵制度的管理標(biāo)準(zhǔn)，但不是衛(wèi)生濃度標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)落后造成粉塵防治的混亂。
4錨桿支護(hù)粉塵防治發(fā)展方向
防塵技術(shù)就是以各種技術(shù)手段減少粉塵的產(chǎn)生及其危害的措施。井下現(xiàn)用的防塵技術(shù)有多種，主要的有：減塵、降塵、排塵、除塵、隔塵等。而對(duì)錨桿支護(hù)粉塵防治，比較有效的方法主要是除塵器除塵。
除塵器是控制和治理粉塵的主要設(shè)備，也是除塵系統(tǒng)中的核心設(shè)備，是從含塵氣流中將粉塵分離出來(lái)并加以捕集的裝置。根據(jù)除塵機(jī)理可分為重力、旋風(fēng)、過(guò)濾除塵、濕式除塵、電除塵等?，F(xiàn)階段主要采用旋風(fēng)、重力和過(guò)濾除塵器，針對(duì)降低總粉塵濃度有明顯的效果；而今后隨著井下環(huán)境要求的不斷提高和相關(guān)政策的出臺(tái)，除對(duì)總粉塵濃度要求之外，將會(huì)對(duì)降低呼吸性粉塵濃度提出更高的要求。
錨桿支護(hù)粉塵防治技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)從治理總粉塵為主向治理呼吸性粉塵過(guò)渡，對(duì)于煤礦主要產(chǎn)塵點(diǎn)可采用綜合除塵技術(shù)進(jìn)行除塵，多種除塵方法可配合使用。因此，除塵器應(yīng)由單一機(jī)理除塵向多種除塵機(jī)理綜合使用，從而提高除塵效率，并對(duì)呼吸性粉塵有較高的除塵效率。錨桿支護(hù)除塵技術(shù)中除采用旋風(fēng)、重力、過(guò)濾除塵之外，還需采用對(duì)呼吸性粉塵除塵效率較高的布袋過(guò)濾和濕式水箱過(guò)濾等方法。另外，對(duì)工人操作空間還可采用氣幕隔塵技術(shù)和佩戴防護(hù)面具，將粉塵隔離，免于污染。
同時(shí)，錨桿支護(hù)粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展，應(yīng)從短時(shí)間采樣測(cè)塵與長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)并重，并逐步向連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)展；總粉塵濃度監(jiān)測(cè)逐步向呼吸性粉塵監(jiān)測(cè)發(fā)展，能準(zhǔn)確把握工人在一個(gè)工作班之內(nèi)所接觸的平均粉塵濃度。
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