孫軍要 王國(guó)帥 張曙光

摘要：作為煤礦五大災(zāi)害之一的粉塵，除了極大威脅井下的安全生產(chǎn)外，還對(duì)井下工人的身體健康造成了嚴(yán)重的危害。采用合理的防塵技術(shù)，可以有效地預(yù)防因粉塵而造成的煤礦事故。煤礦除塵水幕是礦井生產(chǎn)中用于滅塵的一種方法，其使用效果對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和礦工的身體健康影響較大。針對(duì)除塵水幕在使用中存在的問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)改造后，實(shí)現(xiàn)了除塵水幕的自動(dòng)控制，不僅凈化了空氣，還進(jìn)一步提高了防塵效果。

關(guān)鍵詞：煤礦 粉塵 除塵水幕

1 概述

煤炭粉塵是城市空氣質(zhì)量的“主要?dú)⑹帧?。作為煤礦五大災(zāi)害之一的粉塵，除了極大威脅井下的安全生產(chǎn)外，還對(duì)井下工人的身體健康造成了嚴(yán)重的危害。根據(jù)衛(wèi)生部的通報(bào)，中國(guó)累計(jì)的塵肺病患者截止2005年已有60多萬(wàn)病例，其中來(lái)自煤炭行業(yè)的病人約占50%，由于塵肺病，每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億元，此數(shù)據(jù)還是不包括地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦在內(nèi)的僅是國(guó)有大型煤礦的病例數(shù)。目前，全國(guó)的礦工中，患有不同程度塵肺病的人數(shù)達(dá)到了100多萬(wàn)，此外，每年仍舊以112-115萬(wàn)人的速度增加。 一邊是發(fā)展，一邊是環(huán)保和百姓的健康，以犧牲環(huán)境的代價(jià)換取發(fā)展早晚要頂?shù)教旎ò?。減少粉塵危害最有效的途徑除了嚴(yán)格控制粉塵濃度并最大限度的降低作業(yè)人員接觸粉塵量外，還應(yīng)當(dāng)減少礦井空氣中呼吸性粉塵的濃度。

2 礦井下粉塵的產(chǎn)生及特性

2.1 井下粉塵的產(chǎn)生 在煤礦的生產(chǎn)過(guò)程中，能夠?qū)⒋罅糠蹓m排放到井下空氣中的除了貯存和運(yùn)輸外，還包括巷道的掘進(jìn)等環(huán)節(jié)，并且，排出的粉塵量會(huì)隨著作業(yè)場(chǎng)所風(fēng)速的增加而增加。采煤工作面在煤礦中屬于產(chǎn)塵最多的作業(yè)場(chǎng)所，在礦井的產(chǎn)塵量中，約有60%的粉塵來(lái)自采煤工作面。采煤工作面不僅是預(yù)防瓦斯和煤塵爆炸等惡性事故發(fā)生以及有效改善礦井勞動(dòng)衛(wèi)生條件的重點(diǎn)，更是防治礦塵的重點(diǎn)。隨著我國(guó)越來(lái)越普及機(jī)采工作面，產(chǎn)塵的濃度正逐漸高升。機(jī)采工作面的四大產(chǎn)塵源主要包括采煤機(jī)割煤、支架移架、放煤口放煤以及破碎機(jī)破煤，其產(chǎn)塵量分別約占60%、20%、10%以及10%左右。為了達(dá)到綜合治理粉塵的目的，必須針對(duì)采煤工作面的塵源采取相應(yīng)的治理措施以做好采煤工作面的粉塵防治工作，以有效降低粉塵的濃度。

2.2 井下粉塵的特性與危害 煤礦井下粉塵是在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生微細(xì)粉塵和巖塵的總稱，具有以下特點(diǎn)：與回風(fēng)道的粉塵相比，采掘工作面產(chǎn)生的新鮮粉塵更容易帶電；如果粉塵表面吸附了一層空氣薄膜，就會(huì)阻礙粉塵間或水滴與粉塵間的凝聚沉降；吸附在粉塵表面的氧分子會(huì)隨著粉塵分散度的增加而增加，這樣就會(huì)加快粉塵的氧化分解過(guò)程；細(xì)微巖塵具有的加大表面積使得游離在巖塵中的二氧化硅易溶解于人體的肺細(xì)胞內(nèi)。粉塵具有的這些特征，不僅容易引發(fā)塵肺和導(dǎo)致燃燒爆炸，此外，機(jī)械在高濃度粉塵下會(huì)加速磨損從而縮短了精密儀器的使用壽命。

3 粉塵防治技術(shù)

通過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，不管是何種防塵技術(shù)都很難將粉塵降低到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的范圍以內(nèi)，因此，根據(jù)井下的實(shí)際情況對(duì)煤塵進(jìn)行綜合治理是維護(hù)井下作業(yè)環(huán)境的必要措施。具體來(lái)說(shuō)，其防治措施主要是：第一，掘進(jìn)前為了降低煤巖體產(chǎn)塵，應(yīng)當(dāng)灑水以提高煤巖體的潤(rùn)濕性。第二，利用相關(guān)除塵技術(shù)或設(shè)備，及時(shí)過(guò)濾或排除產(chǎn)生的粉塵。防風(fēng)抑塵網(wǎng)可以將風(fēng)速降低到起塵風(fēng)速以下，能夠粘住微小的煤炭顆粒，有效地控制煤炭場(chǎng)地的揚(yáng)塵，減少冬春兩季風(fēng)大給防塵工作帶來(lái)的影響。第三，利用特定的防塵技術(shù)在開(kāi)采過(guò)程中對(duì)塵源進(jìn)行控制，從而使得粉塵存在于特定的空間而得不到進(jìn)一步擴(kuò)散。水幕除塵作為一種有效的滅塵方法已經(jīng)在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，但是也存在以下問(wèn)題：

3.1 使用中存在的問(wèn)題 第一，對(duì)水資源不能夠很好的利用；第二，如果操作不及時(shí)，在行人或車輛通行時(shí)會(huì)淋濕行人、車輛等；第三，需要人工對(duì)空氣中的粉塵含量進(jìn)行判別而缺乏科學(xué)性；第四，由于不具備自動(dòng)控制功能，對(duì)水幕的開(kāi)停需要專人操作；第五，時(shí)而存在的漏開(kāi)現(xiàn)象會(huì)由于影響除塵效果而降低空氣質(zhì)量。

3.2 技術(shù)改造的設(shè)計(jì)思路 第一，為了降低改造成本，應(yīng)當(dāng)充分利用原除塵水幕的部分設(shè)備；第二，為了在行人車輛通過(guò)時(shí)，除塵水幕能夠自動(dòng)關(guān)閉，在有行人車輛通過(guò)時(shí)能夠自動(dòng)開(kāi)啟，應(yīng)當(dāng)對(duì)其增加行人或車輛通過(guò)的檢測(cè)功能；第三，增加手動(dòng)強(qiáng)制開(kāi)閉除塵水幕的功能供特殊情況下使用；第四，為了避免人工對(duì)水幕進(jìn)行隨意開(kāi)閉，應(yīng)當(dāng)將傳感器檢測(cè)技術(shù)與集成運(yùn)算放大器進(jìn)行結(jié)合，使其具備自動(dòng)控制功能；第五，利用固態(tài)繼電器和電磁法對(duì)水幕開(kāi)閉進(jìn)行控制；第六，為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)空氣質(zhì)量自動(dòng)開(kāi)閉除塵水幕，可以增加實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣中粉塵的功能，從而對(duì)礦井空氣中的渾濁度進(jìn)行科學(xué)判斷。

3.3 改造后系統(tǒng)的工作電路 經(jīng)過(guò)技術(shù)改造的煤礦除塵水幕由振蕩器電路、行人或車輛通行檢測(cè)與自鎖電路、工作狀態(tài)只是部分、邏輯控制與執(zhí)行電路以及空氣粉塵檢測(cè)電路和電源電路組成。

電源電路中的雙輸出變壓器能夠提供兩種所需的電壓；三端穩(wěn)壓器能夠保證輸出高穩(wěn)定的電壓；輸出的±12V和5V直流電壓分別保證了各個(gè)電路能夠穩(wěn)定的工作。

所謂振蕩器電路，是能夠?yàn)樾腥塑囕v通行檢測(cè)和自鎖能力提供振蕩信號(hào)的電路，此電路除了可以由阻容原件與LM555共同連接成的多諧方振蕩器實(shí)現(xiàn)，也可以由其他電路實(shí)現(xiàn)，其中，多諧方振蕩器的設(shè)置頻率為1kHz左右。

為了保證電路工作安全可靠，由傳感器和集成運(yùn)算放大器等元件共同組成了空氣成分含量測(cè)量器，集成運(yùn)放在較為清潔的空氣中會(huì)輸出低電平促使控制電路復(fù)位，從而使除塵水幕不工作；當(dāng)空氣混濁時(shí)就會(huì)輸出高電平而促使除塵水幕噴霧除塵。

光電檢測(cè)電路和自鎖電路共同組成了行人或車輛通行檢測(cè)與自鎖電路，兩組發(fā)光管和光電三極管共同組成了光電檢測(cè)電路，其不僅可以采用高亮度的發(fā)光二極管或激光二極管，還可根據(jù)巷道寬度采用多個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)使用。

檢測(cè)空氣中煤塵或巖塵含量的即空氣煤塵測(cè)量電路，當(dāng)含量超過(guò)調(diào)定值時(shí)，除了輸出信號(hào)噴霧除塵外，還指示工作狀態(tài)。

自鎖電路由D觸發(fā)器、與非門和反相器等組成。其原理為：當(dāng)行人車輛通過(guò)X1時(shí)，X1將變換電位傳給自鎖電路，通過(guò)X2時(shí)，由X2傳輸，但只有X1、X2全部轉(zhuǎn)換后才回到原始狀態(tài)，從而防止通過(guò)行人或車輛時(shí)噴霧水幕淋濕行人或車輛，反之亦然。

行人（車輛）通行自鎖電路中D觸發(fā)器的次態(tài)方程和輸出方程為：

四輸入與非門、電磁閥以及固態(tài)繼電器等共同組成了邏輯控制與執(zhí)行電路。此電路對(duì)于行人或車輛檢測(cè)與自鎖電力、空氣粉塵含量檢測(cè)電路等輸出的信號(hào)能夠進(jìn)行可靠的接收，而后經(jīng)過(guò)綜合分析后產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。由于固態(tài)繼電器能夠有效隔離交直流電路、高低壓電力和實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)控制，因此，能夠避免出現(xiàn)干擾現(xiàn)象和接觸火花，同時(shí)脈沖吸收回路由于能有效避免電磁干擾的產(chǎn)生而保證了電路的穩(wěn)定性。

在除塵水幕的兩側(cè)分別安裝檢測(cè)電路采用的兩套發(fā)光二極管和光電管，距離除塵水幕～5m，距巷道地板0.8～1m。為了增加發(fā)光的強(qiáng)度，在巷道較寬或空氣混濁的時(shí)候應(yīng)當(dāng)采用多發(fā)光管并聯(lián)的形式。在除塵水幕上風(fēng)口的巷道壁上安裝空氣粉塵含量測(cè)量電路中的傳感器部分，距離除塵水幕3m，距巷道地板1.5m，傳感頭和接收器相距30～50cm。

由于執(zhí)行電路試用了固態(tài)繼電器控制電磁閥，因此，能夠很好的實(shí)現(xiàn)交直流隔離、無(wú)觸點(diǎn)控制以及高低壓隔離等。此電路之所以能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作，是因?yàn)槠渚哂懈叩蛪焊綦x、調(diào)試簡(jiǎn)單以及靈敏度高等特點(diǎn)。此電路除了能夠在采煤掘進(jìn)工作面以及回風(fēng)巷等需要除塵部分進(jìn)行便捷的安裝外，還能夠有效清除空氣中的煙霧。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為煤礦五大災(zāi)害之一的粉塵，除了極大威脅井下的安全生產(chǎn)外，還對(duì)井下工人的身體健康造成了嚴(yán)重的危害。煤炭生產(chǎn)中用苫布苫蓋并不現(xiàn)實(shí)，比較好的方法就是灑水淋濕煤炭，防止起塵。另外，采用合理的防塵技術(shù)，可以有效地預(yù)防因粉塵而造成的煤礦事故。

煤礦除塵水幕是井下巷道滅火的一種方法，其使用效果對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和礦工的身體健康影響較大。針對(duì)除塵水幕在使用中存在的問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)除塵水幕的自動(dòng)控制，不僅凈化了空氣，而且進(jìn)一步提高了防塵效果，大大提高了井下作業(yè)的安全系數(shù)。

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