矿用供风式防尘口罩的研制与应用.pdf

职业健康 矿用供风式防尘口罩的研制与应用 王宽1 谢文强2 1. 湖北交投产城控股集团有限公司 武汉 430050; 2. 河南神火集团有限公司薛湖煤矿 河南永城 476000 摘 要 基于矿山掘进工作面在设计供风量时需要考虑供掘进工作面作业人员正常呼吸所需最低风量 的思想,研制了一种矿用供风式防尘口罩,将压入式掘进工作面供风风筒内的新鲜风流直接配送到各个定点 作业人员。 作业人员在佩戴此口罩吸气时,口罩呼吸腔内仍可保持适当的正压,因此可有效地避免掘进工作 面粉尘及瓦斯等有害气体进入口罩呼吸腔内,从根本上解决了压入式通风掘进工作面定点作业人员的防尘 问题。 该口罩在薛湖煤矿 25040 风巷应用后,取得了良好的防尘效果,有效地避免了作业人员吸入粉尘及有 害气体,保护了作业人员的身体健康。 关键词 防尘口罩 正压供风 死腔 掘进工作面 定点作业 Development and Application of Mining Air Supply Dust Mask WANG Kuan1 XIE Wenqiang2 1. Hubei Communications Investment Industry-City Integration Holding Group Co. ,Ltd. Wuhan 430050 Abstract In this paper, based on the idea that the minimum air volume needed for the normal breathing of the work- ing personnel should be considered in the design of the air supply of the mine driving face, a kind of mine air supply type dust mask is developed, which can directly distribute the fresh air flow in the air supply duct of the driving face to the fixed-point workers. When the operators wear this mask to inhale, the positive pressure in the breathing cham- ber of the mask can still be maintained properly, so it can effectively prevent the harmful gas such as flour dust and gas from entering the breathing chamber of the mask, and fundamentally solve the dust-proof problem of the fixed- point operators in the driving face with forced ventilation. After the application of the mask in the 25040 air tunnel of Xuehu Coal Mine, it has achieved good dust-proof effect, effectively avoided the inhalation of dust and harmful gases by the operators, and protected the health of the operators. Key Words dust mask positive pressure air supply closed cavity driving face fixed work 0 引言 矿尘是矿山主要危害之一。 防尘口罩作为矿山 井下作业人员的最后一道防尘措施,担当着保护作 业人员的身体免受粉尘侵害的重要使命。 因此,佩 戴防尘口罩是矿山井下作业人员预防尘肺病、矽肺 病的主要措施之一[1]。 目前,矿山常用的防尘口罩主要有自吸式和送 风式两种。 自吸式防尘口罩的呼吸腔是封闭式的死 腔[2],作业人员佩戴时呼吸腔内始终会含有一定浓 度的二氧化碳,且长时间在高粉尘浓度的作业环境 中佩戴时,滤料上的粉尘量会随作业时间的延长而 增加,呼吸阻力也相应增大,致使作业人员在长时间 佩戴的过程中会产生一定的憋闷感;而且此类口罩 具有一定的隔音效果,即使与其他作业人员近距离 讲话时,也常需摘除口罩,不利于个体防尘;送风式 防尘口罩主要分为动力送风式和压气送风式,虽然 送风式防尘口罩优于自吸式防尘口罩,口罩呼吸腔 是部分敞开式的,腔内时刻保持着新鲜风流供给,从 根本上消除了憋闷感,且传音效果好,便于作业人员 近距离交流,但其仍存在一些不足之处,如动力送风 式口罩需要微型电机提供动力,设备需要用电,存在 一定的安全隐患,需采用好的防爆措施,价格偏高, 且重量偏大,作业人员需负重作业[3]。 另外,在含 有一定浓度的硫化氢或瓦斯等有毒、有害气体的全 煤或半煤岩掘进工作面作业的人员佩戴此类口罩, 作业人员无可避免地会吸入少量的有毒、有害气体, 不利于身体健康。 压气送风式口罩由于压风管路中 的压缩空气压力过高,不适于直接供给工人呼吸,须 在供风管路中装设专门的减压阀对压缩空气进行减 压,还须装设滤油器和滤水器等分别对压缩空气从 空压机中带出的油、水进行有效的过滤[4],故此类 口罩整体构造较复杂,且目前市场上尚未有技术较 78 2020 年第 46 卷第 5 期 May 2020 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 为成熟的压气送风式防尘口罩。 因此,针对矿山现有防尘口罩的不足之处,本文 提供了一种矿用供风式防尘口罩,其安全可靠、结构 较为简单。 1 矿用供风式防尘口罩 1. 1 工作原理 矿用供风式防尘口罩是基于矿山掘进工作面在 设计供风量时需要考虑供掘进工作面作业人员正常 呼吸所需最低风量的思想而设计,将掘进工作面供 风风筒内的部分新鲜风流直接配送到掘进工作面各 个定点作业人员,使作业人员可以直接呼吸到风筒 内的新鲜空气[5]。 该口罩由气动接头、滤尘器、阀门、口罩主体、环 口系带、导风软管、快速接头构成,如图 1 所示。 气 动接头安装于压入式供风风筒的风筒壁上,将风筒 内的一部分新鲜风流导入导风软管。 新鲜风流经滤 尘器、阀门、口罩主体的进风软管,最终被导入口罩 主体的呼吸腔内供应给佩戴人员。 口罩主体下部的 两排出气小孔,则用于排气。 佩戴人员只需适当调 节阀门,保持吸气时口罩呼吸腔内仍处于正压状态, 即可有效避免粉尘及有毒、有害气体进入口罩呼吸 腔内。 a整体结构 b主体结构 c滤尘器结构 1风筒;2气动接头;3密封垫;4快速接头;5导风软 管;6滤尘器;7阀门;8口罩主体进风软管;9挂扣; 10环口系带;11口罩主体;12尼龙松紧带;13口罩主 体进风孔;14口罩主体出气孔;15三通接头;16透明塑 料管;17螺纹结构;18插接式快速接口;19超细聚丙烯 纤维;20滤网;21滤网压片;22风筒端头伸缩袖口 图 1 矿用供风式防尘口罩结构及应用示意 1. 2 主要构件 1气动接头 气动接头固定于供风风筒的风筒壁上,接头的 一端在风筒内,另一端在风筒外,采用插接式快速接 口,可与导风软管快速连接;气动接头内部采用连通 结构,当导风软管一端的快速接头插入气动接头时, 可使风筒和导气软管连通,当导风软管端头的快速 接头从气动接头内拔出时,气动接头内的连通结构 密闭,避免了风筒从此处漏风。 2滤尘器 滤尘器的主体由硬质透明塑料管制成,内部填 充适量的经静电处理过的超细聚丙烯纤维,可对新 鲜风流内微量粉尘进行净化。 塑料管内部的两端有 滤网压片,压装着一定目数的滤网,防止超细聚丙烯 纤维进入导气软管。 滤尘器两端为插接式快速接 口。 塑料管与插接式快速接口采用螺纹结构连接, 使得滤尘器便于拆卸,更换内部滤料,且二者连接处 装有密封垫,保证滤尘器具有良好的气密性。 3口罩主体 口罩主体采用无毒、无味、不刺激皮肤的高级有 机硅胶材料模压制成,重量轻,佩戴舒适,贴合人的 脸型,密闭性好,稳定性强,易于清洗。 口罩主体下 部有两排出气孔,用于排气;上部两侧各有一个进风 孔,进风孔外侧与进风软管相连,内部装有呼吸阀 片,用于分散风流,避免风流直接吹向人脸引起的不 适感。 沿风流方向,阀门后方的导风软管经过一个 具有快速接口结构的三通接头分成两路进风软管, 分别与口罩主体的两个进风孔连接。 口罩主体外侧 有两条弹性较好的尼龙松紧带分别用于固定两路进 风软管,使两路进风软管紧贴于口罩主体外侧,以防 止影响佩戴人员的视线。 88 1. 3 口罩特点 该口罩具有以下特点 1适用于矿山压入式通风掘进工作面的掘进 机司机及指挥人员、风钻工、锚喷作业工等定点作业 人员佩戴。 2结构简单。 无需减压阀、滤油器,拆卸、操 作方便。 3实用性强。 重量轻,便于携带。 4安全系数高。 无需压风、电力,安全可靠, 适合于高瓦斯矿井煤巷、半煤巷掘进工作面定点作 业人员佩戴。 5防尘效果理想。 死腔内可保持正压状态, 避免了含有粉尘及有毒、有害气体的外界空气进入 口罩呼吸腔内,有效保护佩戴人员的身体健康。 2 现场应用 2. 1 矿井概况 薛湖煤矿位于河南省永城市薛湖镇,属于煤与 瓦斯突出矿井,2004 年 12 月建井,2009 年 6 月投 产。 矿井设计生产能力 100 万 t/ a。 矿井保有可采 储量 8 674 万 t,主采二 2 煤层为煤与瓦斯突出煤 层,煤层平均厚度为 2. 23 m。 实测煤层原始瓦斯压 力最大 1. 35 MPa,瓦斯含量 1. 15 13. 73 m3/ t。 煤 层破坏类型为ⅢⅣ类,坚固性系数 0. 22 0. 4,煤层 透气性系数 0. 086 1 mD,2016 年测定矿井绝对瓦斯 涌出量52.5 m3/ min,相对瓦斯涌出量19.89 m3/ t。 25040 风巷位于 25 采区,设计长度 1 800 m,目 前已掘进 840 m。 该巷道高 3. 4 m,宽 4. 6 m,断面 15. 64 m2。 煤层平均厚度 2. 5 m, 原始瓦斯含 量 7. 41 8. 71 m3/ t、原始瓦斯压力 0. 772 0. 919 MPa,正常掘进期间绝对瓦斯涌出量 1. 07 m3/ min, 回风流瓦斯体积分数约 0. 2。 该风巷使用 EBZ- 160H 型综掘机掘进,工作面采用压入式通风方式, 利用 2 台 237 kW 轴流式通风机1 用 1 备和直 径为 1 000 mm 的帆布柔性风筒供风,供风量为 533 m3/ min。 因该风巷瓦斯偏高,故掘进工作面配备的风量 偏大,又由于掘进工作面煤质较软,且机械化掘进程 度高、强度大,导致掘进工作面推进时粉尘浓度极 大,最高质量浓度可达1 600 mg/ m3左右,工作面10 m 范围内能见度不到 2 m。 该掘进工作面采取防降 尘措施后,掘进时粉尘质量浓度仍有 400 mg/ m3左 右。 鉴于该矿瓦斯浓度偏高,矿方管理人员基于安 全和成本的考虑,并未采用动力送风式防尘口罩,为 井下作业人员配备的是自吸式的 3M 防尘口罩。 但 这种自吸式的 3M 防尘口罩因掘进工作面粉尘浓度 较大,口罩内的滤料在短时间内即被大量粉尘堵塞, 尤其是综掘机司机及指挥人员的防尘口罩内的滤料 堵塞更为严重。 由于作业人员在作业过程中不便及 时更换滤料,导致工人呼吸困难,不得不时常脱下口 罩;即使在作业人员方便更换滤料时,更换过程中作 业人员也会吸入大量的粉尘。 为了在这种高瓦斯、 高粉尘浓度的作业环境中更好地保护井下一线作业 人员的身体健康,矿方管理人员选择了在该掘进工 作面首先为综掘机司机及指挥人员配备矿用供风式 防尘口罩。 2. 2 应用过程 在该掘进工作面作业范围内,风筒工在距每节 风筒末端 2 m 处剪出一个直径适当大小的圆口,安 装气动接头,旋紧气动接头两端的螺母,将密封垫和 接头周边的风筒布压紧,保证不漏风。 为了整齐、美 观,将气动接头统一安装在风筒下部。 随着掘进工 作面的推进,后续增接的每节风筒按以上方法继续 安装气动接头。 综掘机司机及指挥人员作业前,首先用两端带 有快速接头的导风软管依次连接滤尘器、阀门和三 通接头,并检查阀门是否为关闭状态,如处开通状 态,则调至关闭状态再连接。 待以上构件连接完好 后,将导风软管端头的快速接头插入风筒下部就近 的气动接头,并吊挂好导风软管,留出适于其作业范 围的长度3 m 左右。 滤尘器和阀门的外侧装有挂 扣,作业人员先将二者挂扣在腰带上,再佩戴口罩主 体,并将环口系带调节到舒适的松紧度,打开阀门, 调至适当的出风量。 当综掘机司机及指挥人员需要 移动作业位置时,若导风软管长度不够,便将导风软 管端头的快速接头从原来的气动接头上取下,插入 距离作业地点更近的气动接头上继续使用。 综掘机 司机及指挥人员完成作业后,可将导风软管取下,并 将滤尘器、阀门、口罩主体等放入专用包中收好,以 便下次作业继续使用。 2. 3 应用效果 在导风软管末端,即口罩主体进风软管前,接入 转子气体流量计,并将导风软管上的阀门调节到最 大,检测出口罩的供风流量为 390 L/ min。 又经测 试,综掘机司机或指挥人员的肺活量为 3 500 4 000 mL,正常作业时呼吸次数为 16 20 次/ min,则综掘 机司机或指挥人员正常作业时需要吸入的空气量为 56 80 L/ min。 经计算,检测出的口罩供风流量约 是综掘机司机或指挥人员每分钟吸入空气体积的 5 7 倍。 因此,综掘机司机及指挥人员佩戴该口罩 时,由风筒导出的新鲜风流,可以满足其正常作业时 98 呼吸的需要。 同时,也可说明在口罩主体呼吸腔内 产生的压力是大于呼吸腔外部环境空气压力的,该 压力足以排开口罩外部环境内的粉尘及瓦斯等有 毒、有害气体,防止作业人员吸入体内,从而有效地 保护了综掘机司机及指挥人员的身体健康。 随后, 该口罩在该巷道内锚喷工、上料工等其他定点作业 人员中进行了推广应用,均取得了良好的防尘效果, 并获得矿方管理人员及一线定点作业人员的一致认 可。 2. 4 改进措施 当随着作业面的推进,供风风筒的长度增加,气 动接头处风筒内的压力也随之降低。 当风筒导入供 风口罩内的新鲜风流流量不足时,可在适风筒端头 加装一节伸缩袖口,并适当收紧袖口,减小风筒出风 口的面积,以此增加风筒内新鲜风流的压力,从而可 提高风筒导入供风口罩内的新鲜风流的流量,解决 风筒导入口罩内新鲜风流流量不足的问题。 3 结语 该矿用供风式防尘口罩在薛湖煤矿现场应用后 证实该口罩较自吸式或送风式防尘口罩,结构更简 单,且无需压风、电力,更安全可靠;在作业过程中佩 戴,呼吸更轻松,所呼吸的都是由压入式供风风筒提 供的新鲜风流,从根本上解决了压入式通风掘进工 作面定点作业人员的防尘问题,防尘效果更理想;同 时有效地防止了定点作业人员吸入有毒、有害气体, 更好地保护了其身体健康。 参考文献 [1]金龙哲. 矿井粉尘防治[M]. 北京煤炭工业出版社, 1993. 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