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★ 煤矿安全 ★

井下回采工作面呼吸性粉尘危害现状及防治对策

佟林全 王雪涛 徐 洋 李静芸

(国家卫生健康委职业安全卫生研究中心职业卫生评价中心,北京市门头沟区,102300)

摘 要为了掌握我国井工煤矿粉尘危害程度及防降尘技术的应用情况,对全国13个省市98家井工煤矿回采工作面呼吸性粉尘通过定点短时间采样法进行采集,分析了呼吸性粉尘样品928例,对其中29家井工煤矿回采工作面粉尘防治技术应用情况进行了调研。经过分析、统计后发现:458例样品检测结果超过5 mg/m3,超标率为49.35%;29个煤矿中进行煤层注水的有17个,占总数的58.6%;实现采煤机组内外高压喷雾的有7个,占总数的26.9%;采用降柱、移架自动喷雾的有14个,占总数的63.6%;采用放煤自动喷雾的有9个,占总数的64.3%;采用自动净化水幕的有12个,占总数的41.4%;采用转载点自动喷雾的有3个,占总数的10.3%。结果表明:井工煤矿呼吸性粉尘危害严重,综合防降尘技术措施未得到广泛应用,在防降尘技术措施方面仍需进行深入研究。

关键词 回采工作面 呼吸性粉尘 防降尘技术 危害现状 对策建议

截至2018年,我国累计报告职业病病例97.6万余例,其中尘肺87.3万余例,占比89.4%,其中煤炭行业尘肺病占尘肺病发病的50%左右[1]。由上述数据可知,煤矿粉尘导致的尘肺病病例在全国职业病病例中占比很大。

研究表明,尘肺病的发生主要与呼吸性粉尘浓度有关[2],而与总粉尘浓度的相关性并不密切。总粉尘浓度只能反映粉尘的环境污染水平,呼吸性粉尘才能代表在空气中可能被吸入和沉积在肺内粉尘的量,因此了解掌握煤矿呼吸性粉尘危害现状、探究控制呼吸性粉尘的有效措施就显得尤为重要。

基于此,本文对煤矿回采工作面呼吸性粉尘浓度进行测定与分析,对部分煤矿回采工作面的粉尘防治措施进行统计调研,能够更好地掌握我国井工煤矿粉尘危害程度及防降尘技术的应用情况。

1 研究对象及方法

1.1 对象

对宁夏、内蒙古、山东、河北、山西、安徽、陕西、河南、新疆、重庆、黑龙江、广西、北京13个省市,共计98家井工煤矿的回采工作面呼吸性粉尘浓度进行了测试;对其中29家井工煤矿回采工作面的粉尘防治技术应用情况进行调研。

1.2 方法

1.2.1 粉尘采样和分析

采样点按照煤矿生产工艺及产尘源分布情况进行选择,重点选取了破碎转载、采煤司机、掘进司机、移架和打眼等主要涉尘岗位;呼吸性粉尘采样根据《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ159-2004)的要求,采用定点短时间的采样方式,使用AKFC-92A矿用粉尘采样器进行现场采样。根据《工作场所空气中粉尘测定第2部分:呼吸性粉尘浓度》(GBZ/T192.2-2007)的规定对样品进行分析。

1.2.2 现场调研

粉尘防治技术应用情况调研采取以下几种方式进行:

(1)表格填写:矿方人员按照调研组设计好的调查表进行填写。

(2)资料查看:查阅煤矿粉尘防治技术措施台账、煤矿粉尘防治人员及设备配置台账。

(3)对话交谈:听取被调研煤矿企业关于煤矿粉尘防治情况的汇报;与粉尘防治的领导和技术人员讨论粉尘防治工作内容;听取现场作业人员粉尘防治具体措施及成效。

(4)实地考察:调研组现场查看防尘防治设备运行情况。

(5)电话咨询:对未了解的部分问题进行电话咨询。

2 结果与分析

2.1 粉尘危害现状

共采集98家井工煤矿定点短时间呼吸性粉尘有效样品928例,其中有458例样品检测结果超过5 mg/m3,超标率为49.35%。本次在机采工作面共采集短时间呼吸性粉尘样品757例,其中有412例样品检测结果超过5 mg/m3,超标率为54.23%;在炮采工作面共采集短时间呼吸性粉尘样品171例,其中有46例样品检测结果超过5 mg/m3,超标率为26.90%。本次短时间呼吸性粉尘浓度检测结果中最大值为178.30 mg/m3,出现在采煤司机作业处,采样点的设置见表1。

1 采样点的设置

类别采样点样品数/例超标率/%均数±标准差/(mg·m-3)机采工作面采煤司机处16580.1120.5±26.56移架工处5785.9623.34±26.71刮板司机处3228.133.55±2.43工作面回风巷15 m处16572.0815.21±18.42破碎/转载15838.946.01±5.47装煤点2626.923.65±2.72胶带机头15413.463.21±1.96炮采工作面放炮后工人作业区域2917.242.65±2.61打眼工处9514.743.79±4.61攉煤作业点4757.4512.6±19.11

注:本表所指超标率为某岗位短时间呼尘浓度高于5 mg/m3的有效样品数与此岗位的所有有效样品总数的比值

通过上述检测数据可以发现,随着采煤机械化程度的提升,产生的煤尘浓度随之增大。

2.2 回采工作面粉尘防治现状

2.2.1 调研煤矿基本情况

所调研的煤矿企业情况包括煤矿类型和煤矿产能,按煤矿类型分为国有重点煤矿、地方煤矿和乡镇煤矿;按我国煤矿等级分类,产能分为小于30万t/a、45~90万t/a和大于120万t/a。所调研煤矿企业情况见表2。

2 煤矿企业基本情况

项目类别数量/个比例/%煤矿类型国有重点煤矿1655.2地方煤矿1344.8乡镇煤矿00煤矿产能≤30万t/a26.945~90万t/a620.7≥120万t/a2172.4

所调研采煤工作面开采工艺主要包括机械采煤和放炮采煤;掘进工作面掘进工艺包括机械掘进和放炮掘进,其中机械掘进用于煤巷,放炮掘进用于全岩巷或半煤岩巷,绝大多数煤矿采用2种以上掘进工艺。煤矿工作面采、掘工艺统计情况见表3。由表3可知,在调研煤矿中,机采与机掘占有很大比重,都在80%以上。

3 煤矿工作面采、掘工艺

项目类别数量/个比例/%采煤工作面机采2689.7炮采310.3掘进工作面机掘2482.8炮掘29100

2.2.2 采煤机组内外高压喷雾应用情况

调研结果显示,机采工作面配备增压泵的有12个煤矿,但能够达到采煤机外喷雾压力8 MPa以上的煤矿仅有7个,占总调研数的26.9%,机采工作面采煤机组内外喷雾压力情况见表4。由表4可知,采煤机外喷雾压力严重不足,采煤机高压喷雾降尘技术实际应用情况不容乐观。

2.2.3 移架放煤喷雾情况

调研结果显示,机采工作面中采用液压支架进行支护的煤矿有22个,均采取了降柱、移架喷雾措施。其中采用自动控制的煤矿有14个,占总数的63.6%,采用手动控制的煤矿有8个,占总数的36.4%;目前采用放顶煤工艺的煤矿有14个,其中采用放煤自动控制喷雾的煤矿有9个,占总数的64.3%,采用放煤手动控制喷雾的煤矿占总数的35.7%。所调研煤矿机采工作面支架喷雾情况见表5。由表5可知,机采工作面支架喷雾情况能够实现自动控制的占比较低,人为控制不够精确,随意性较强。

4 采煤机喷雾压力情况

喷雾类型喷雾压力/MPa数量/个比例/%内喷雾压力<213.82~41973.14~5623.15~800外喷雾压力<2002~41350.04~5005~8623.1≥8726.9

备注:所调研煤矿总数为29个,其中机采煤矿26个、炮采煤矿3个

5 机采工作面支架喷雾情况

项目类别数量/个比例/%降柱、移架喷雾手动836.4自动1463.6放煤喷雾手动535.7自动964.3

备注:采用液压支架进行支护的煤矿数为22个,采用放顶煤工艺煤矿数为14个

2.2.4 煤层注水情况

煤层注水按供水方式分为静压注水、动压注水和脉冲注水,按孔深主要有短孔注水、长孔注水和深孔注水[3]。调研结果显示,采用煤层注水的煤矿有17个,占总数的58.6%;其中采用动压注水的煤矿占总数的29.4%;采用脉冲注水的煤矿占总数的23.5%。所调研煤矿在机采工作面采用煤层注水情况见表6。由表6可知,各煤矿依据自己的经验进行短孔注水和深孔注水的施工操作,预期结果并未达到理想状态。

6 工作面煤层注水情况

项目类别数量/个比例/%孔深长孔1376.5短孔423.5深孔00供水方式静压847.1动压529.4脉冲423.5

2.2.5 工作面回风流净化水幕应用情况

调研结果显示,所调研煤矿在回风流中设置全断面净化水幕的有24个,占总数的82.7%,其中手动控制的水幕有17个,占总数的58.6%。工作面回风流净化水幕应用情况统计见表7。由表7可知,转载点喷雾及风流净化水幕能够实现自动控制的占比较低。

7 回风流净化水幕设置情况

水幕设置类别数量/个比例/%手动控制1758.6自动控制1241.4全断面覆盖2482.7

2.2.6 转载点喷雾降尘应用情况

调研结果显示,转载点喷雾采用自动控制的煤矿占总数的10.3%;对转载点进行密闭喷雾的煤矿有11个,占总数的37.9%。所调研煤矿工作面转载点降尘措施应用情况统计见表8所示。

8 转载点喷雾应用情况

喷雾类别数量/个比例/%手动控制2689.7自动控制310.3密闭处理1137.9

备注:所调研煤矿总数为29个,其中机采煤矿26个、炮采煤矿3个

3 粉尘防治对策建议

(1)煤层注水。煤层注水是最根本最有效的防尘措施,实践证明,煤体水分增量达1%以上,降尘率可达50%以上[6]。进行煤层注水时,应注意合理确定注水参数(水压、流量、注水时间、钻孔间距、钻孔深度及单位煤体注水量)、采用动静压结合注水方式[7]。对于孔隙裂隙发育较好、注水通道多、压力过高容易跑水的煤层,可采取静压注水;对于孔隙裂隙小、注水通道少、水储存空间小的煤尘,可采取动压注水。

(2)防尘用水水质的保障。采取水质软化及过滤措施,确保水中悬浮物、水的pH值、水的碳酸盐硬度符合要求,以避免喷雾喷嘴堵塞。

(3)采煤机组高压外喷雾。采用高压喷雾,可以有效减小雾滴粒径、提高雾滴速度、增加喷雾有效射程、减少喷雾耗水量,最终达到高效降尘的目的。研究表明,采煤机组采取高压喷雾措施后,呼吸性粉尘浓度可降低75%左右[8]

(4)建立矿井综合防尘系统。落实煤层注水、机组高压外喷雾、尘源跟踪喷雾降尘以及自动喷雾降尘等高效降尘技术在煤矿的应用;同时积极推广湿润剂、泡沫剂、磁化水、声波雾化等新技术和新工艺,最大限度降低耗水量;落实粉尘治理达标责任制,避免煤矿防尘设施流于形式或仅采用单一防尘措施,防止治理效果达不到要求,从而影响煤矿治理粉尘危害的积极性。

(5)合理确定最佳排尘风速和通风技术。最佳排尘风速会随着煤的水分增加而变大,一般情况下,采取防尘措施后的最佳排尘风速在2~2.5 m/s之间[9]。采用下行通风可有效地降低回采面的粉尘浓度。

(6)加强个体防护。个体防护装备是保护煤矿工人职业健康的最后一道防线,考虑煤矿井下环境湿度大、人员劳动强度高、工作空间狭小等因素,可以为采煤司机、移架工等主要接尘人员配备正压式呼吸器-送风式口罩[10]

4 结论

近年来随着煤矿采掘规模的不断扩大,其回采工作面粉尘量也明显增加。为了解决煤矿井下的粉尘污染问题,高压喷雾、煤层预注水、自动喷雾降尘技术等一系列综合防降尘措施得到了极大地应用推广。但在实际调研中发现这些防降尘技术措施在煤矿中有近半数都没有被采纳使用,没有发挥应有作用,所以煤矿井下粉尘防治工作还存在以下诸多问题[4]

(1)采煤机外喷雾压力严重不足。根据《煤矿作业场所职业病危害防治规定》要求,正常情况下,外喷雾压力不得低于4 MPa,当内喷雾无法正常使用时,外喷雾压力不得低于8 MPa,而实际调研发现大多数煤矿喷雾采用的都是静压水,机采工作面配备增压泵的仅有12个煤矿,占比46%,采煤机外喷雾压力能够达到8 MPa以上的煤矿仅有7个,占比为26.9%。由以上调研数据可知,采煤机高压喷雾降尘技术实际应用情况不容乐观。

(2)煤层注水未得到广泛应用。调研结果显示,采用煤层注水的煤矿仅有17个,占比58.6%;由于煤层注水需综合考虑煤层厚度、倾角、煤体硬度、透水性、围岩性质等各方面因素,且目前我国煤矿企业在煤层注水实践中可依据的标准方法较少。各煤矿依据自己的经验进行短孔注水和深孔注水的施工操作,而仅有长钻孔煤层注水按照《长钻孔煤层注水方法》(MT 501-1996)进行,故实际应用效果不好[5]

(3)转载点喷雾及风流净化水幕能够实现自动控制的占比较低。调研发现,绝大多数煤矿井下煤流转载点和巷道水幕均为手动控制,这就导致井下喷雾、水幕实际应用随意性较大。供水阀门往往处于关闭状态,未发挥其应有作用,造成此种现象的原因为:喷雾和水幕的喷嘴耗水量大,长期使用易造成带式输送机胶带打滑,影响原煤输送;同时由于喷雾粒径大,造成人员体感舒适度差。因此转载点喷雾及巷道风流净化水幕使用率低。

参考文献:

[1] 中华预防医学会劳动卫生与职业病分会职业性肺部疾病学组.尘肺病治疗中国专家共识(2018年版)[J].环境与职业医学,2018,35(8):677-689.

[2] 李华炜.煤矿呼吸性粉尘及其综合控制[J].中国安全科学学报,2005,15(7):68-69.

[3] 王维虎.煤层注水防尘技术的应用现状及展望[J].煤炭科学技术,2011,39(1):57-60.

[4] 王雪涛,我国煤矿粉尘危害防治现状[J].中国安全生产,2016,11(3):36-37.

[5] 谢宏,王凯.煤层注水防尘技术研究现状及发展趋势[J].华北科技学院学报,2015,12(6):10-13.

[6] 张设计,祁瑞清,刘佩等.煤层注水实验及效果分析[J].矿业安全与环保,2006,33(S):1-3.

[7] 程蒙蒙,王珂.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势研究[J].山东工业技术,2018(11):86.

[8] 邹常富.高压喷雾参数一优化及应用研究[J].矿业安全与环保,2016,43(6):9-12.

[9] 张江石,解兴智,许红杰.粉尘防治理论与方法[M].北京:煤炭工业出版社,2018.

[10] 曾秀诗,易光辉,王锦文.粉尘作业个人防护用品使用现状和发展趋势[J].职业卫生与伤病,2003,18(4):23-24.

Current situation and control countermeasures of respirable dust hazard in underground working face

Tong Linquan, Wang Xuetao, Xu Yang, Li Jingyun

(Occupational Health Evaluation Center, National Center for Occupational Safety and Health, National Health Commission of the PRC, Mentougou, Beijing 102300, China)

Abstract In order to grasp the hazard degree of coal mine dust and the application of dust control technology, 928 samples of respirable dust were collected and analyzed from 98 coal mining faces of 13 provinces or cities in China by fixed-point short-time sampling method, and the application of dust control technology in 29 coal mines was investigated. After analysis and statistics, it was found that the test results of 458 samples exceeded 5 mg/m3, and the over-standard rate was 49.35%; among 29 coal mines, 17 had carried out coal seam water injection, accounting for 58.6% of the total; 7 coal mines had realized the high-pressure spray inside and outside coal mining units, accounting for 26.9% of the total; 14 coal mines had adopted automatic spray using drop column and frame, accounting for 63.6% of the total; 9 coal mines had achieved the automatic coal spray during coal caving, accounting for 64.3% of the total; 12 coal mines had used the automatic water curtain, accounting for 41.4% of the total; had used the automatic spray on transshipment point, accounting for 10.3% of the total. The results showed that respirable dust was a serious hazard in coal mine, the comprehensive dust control technical measures had not been widely used in coal mines and needed to be studied in depth.

Key words working face, respirable dust, dust control technology, current situation of hazard, countermeasure and suggestion

中图分类号 TD714

文献标识码 A

引用格式:佟林全,王雪涛,徐洋等. 井下回采工作面呼吸性粉尘危害现状及防治对策[J].中国煤炭,2020,46(4)∶47-51.

Tong Linquan, Wang Xuetao, Xu Yang, et al. Current situation and control countermeasures of respirable dust hazard in underground working face [J].China Coal, 2020,46(4)∶47-51.

作者简介:佟林全(1988-),辽宁辽阳人,工程师,硕士研究生,现任国家卫生健康委职业安全卫生研究中心职业卫生评价中心副主任,主要从事职业卫生检测评价及职业健康领域的研究,发表论文8篇,获省部级科学技术奖励一等奖2项、三等奖2项。E-mail:750652722@qq.com。

(责任编辑 张艳华)