煤矿粉尘监测与控制.pdf

I S S N 1 0 0 52 7 6 3 C N 4 3～1 2 1 5 ／ T D 矿业研究与开发 第 2 7卷 第 6期 MI N I NG R ＆ D，Vo 1 ． 2 7， No ． 6 2 0 0 7年 1 2月 De c ． 2 00 7 煤 矿 粉 尘 检 测 与 控 制 技 术 程学珍 ， 刘 玫 ， 王永宝 ， 孙爱芹 ， 王吉岱 1 ． 山东科技大学 ， 山东 青岛市2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 临沂矿业集 团 有限责任公司新驿煤矿 ， 山东 兖洲市2 7 2 0 0 0 摘要 介绍了国内外煤矿粉尘控制技 术的发展状况， 从粉 尘防治、 测量 、 监测监控 3个方 面总结 了 目前 国 内外煤 矿粉 尘控 制技 术的研 究和应 用。探讨 了我 国粉 尘控制技 术领 域 的发展趋 势。 关键词 粉尘防治； 粉尘测量 ； 粉 尘监测 ； 发展趋 势 中图分类号 T D 5 1 0 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 7 0 6 0 0 7 8 0 2 T e s t i n g a n d Co n t r o l Te c h n o l o g i e s o f Co a l Du s t i n Co a l M i n e C h e n g Xu e z h e n ， L i u Me i 。 ，Wa n g Y o n g b a o ， S u nA i q i n ，Wa n gJ i d a i 1 ． S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o ， S h a n d o n g 2 6 6 5 1 0， C h i n a ； 2 、 Xi n y i Co a l Mi n e of L i n y i mi n i n g G r o u p C o ． L t d ， Y a n z h o u ， S h a n d o n g 2 7 2 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d e v e l o p me n t s t a t u s o f c o a l d u s t c o n t rol t e c h n o l o s i e s a t h o me a n d a b roa d a r e a n aly z e d i n t h i s p a p e r ，a n d t h e r e s e a r c h e s a n d a p p l i c a t i o n s o f c o al d u s t c o n t r o l t e c h n o l o g i e s a t p r e s e n t are s u mma r i z e d f r o m t h e t h r e e a s p e c t s ，i ． e ． d u s t p r e v e n t i o n a n d c o n t rol ， d u s t t e s t i n g a n d d u s t mo n i t o r i n g ，fi n a l l y ， t h e d e v e l o p me n t t r e n d s o f d u s t c o n t r o l t e c h n o l o g i e s i n C h i n a a r e d i s c u s s e d ． Ke y W o r d s D u s t p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l ，D u s t t e s t i n g，Du s t mo n i t o r i g ，De v e l o p me n t t r e n d 煤矿生产是生产性粉尘危害的重点行业 ， 粉 尘给煤矿工作人员和安全生产造成极大危害。一方 面粉尘严重危害工人的身体健康， 相关文献报道， 作 业环境粉尘浓度按行业分析 以煤炭行业最高， 粉尘 浓度范围在0 ． 2～ 3 0 0 0 m g ／ m 。 ， 超标率达8 6 ． 5 ％[2 J ； 另一方面粉尘浓度过高 ， 潜伏着粉尘爆炸的危险 ， 煤 尘爆炸及瓦斯爆炸时参与煤尘爆炸所造成的重大特 大事故占煤矿事故的很大比重 j 。因此必须采取 有效措施对煤矿粉尘进行控制。 1 粉尘 防治技术 ， ] 煤矿粉尘 主要产生 于采煤 、 掘进 、 运输等过程 中， 因此控制的重点就是如何减少 、 消除这几个环节 的产尘量 ， 使粉尘 的浓度达到最低。 1 ． 1 减少和抑制尘源产生 煤矿生产产生的粉尘 可分 为总尘和呼吸性粉 尘 ， 其 中呼吸性粉尘对工人 的身体健康有极大的危 害。因此 ， 在抑制尘 源的同时必须降低 呼吸性粉尘 浓度。防治呼吸性粉尘不仅可以减少总产尘量 ， 同 时可以减少呼吸性粉尘 的比例， 是 矿井控尘 中优先 采用的技术措施。主要方法有煤层注水 、 湿式打跟、 水封爆破、 水炮泥、 改进采煤机的切剥机构和工作参 数等。煤层注水是利用水的压力通过钻孔把水注入 即将 回采的煤层 中， 使煤体得到预先湿润 ， 以便减少 采煤时浮游煤尘 的产尘量 。这种措施 降尘效 果较 好， 一般可降低粉尘浓度 6 0 ％ ～9 0 ％左右。国外采 用煤层注水除尘的工作面数量占总工作面数量的百 分比很高， 而我国采用煤层注水的工作面数量则较 低 。有些国家在煤层注水 中加湿润剂或氯化 钙， 提 高 了湿润程度和降尘的效果。 1 ． 2降低悬浮粉尘 在采用抑制尘源的措施后 ， 仍有一定量 的粉尘 悬浮在矿井风流中， 对这部分粉 尘采取采煤 机内外 喷雾、 液压支架移架自动喷雾、 转载点及回风巷等定 点喷雾洒水等技术措施使其沉降 ， 以降低风 流中的 粉尘浓度。喷雾技术的关键是喷嘴要能形成良好降 尘效果的雾流。有些国家研制出系列 喷嘴 ， 美 国和 前苏联等国家还在雾流参数方面进行了大量研究， 并建立了喷嘴检测中心， 保证了喷嘴的生产质量和 使用效果。 收稿日期 2 0 0 7 - 0 1 2 2 基金项目 国家8 6 3 计划资助项目 z o o z , t z o l l 0 ． 作者简介 程学珍09 6 4 一 ， 女， 山东临沂人， 硕士， 副教授， 研究方向为机电控制、 安全检测、 仿真等， E m a i l z h e n x c 6 4 1 1 1 6 3 ． c o m 。 维普资讯 程 学珍 ， 等 煤矿粉 尘检测与控制技 术 7 9 1 ． 3通风扫尘 对一些颗粒极小的粉尘 ， 特别是呼吸l 生粉尘 ， 在 采取了喷雾技术后 ， 仍有一部分粉尘粒难 以沉降 ， 继 续悬浮在空气 中。为此 ， 可加强通风和改变通风方 式 ， 使其不断被风流稀释并排除， 同时可附加专门的 除尘设备 ， 使风流 中浮游粉尘 聚集之后被清除。例 如利用除尘器除尘 ， 将空气 中的粉尘分离出来 ， 从而 达到除尘的 目的。目前 ， 国外一些主要产煤 国家都 在煤矿井下广泛用除尘器进行除尘。美 国采用 了除 尘风机 、 湿式纤维除尘器 、 小旋风除尘器等。英国在 掘进巷道及掘进机上采用了湿式洗涤除尘器和湿式 过滤除尘器 。前苏联在掘进机 、 采煤机或急倾斜煤 层、 回风巷等处采用 了湿 式旋流 除尘器 和吸尘泵 。 德国在破碎机处 、 转载点 、 掘进机上采用了干式布袋 除尘器。国外 的除尘设备一般体积大 、 较笨重 ， 但除 尘效率高， 消音效果好 ， 处理污染风量大。而国内在 利用除尘器除尘方面与国外还有一定差距 。 1 ． 4 加湿润剂 一 些降低总尘量效果较好 的技术措施 ， 对降低 呼吸性粉尘量不够理想。在这 种情况下 ， 需采取提 高呼吸性粉尘降尘效果 的强化技术措施 ， 如 在水 中 加湿润剂措施 。由于水 的表面张力较大 ， 对粒径较 小的粉尘降尘率在 3 0 ％以下。水 中加入湿润剂后 ， 可大大增加水溶液对粉尘 的侵润性 ， 从 而提 高降尘 效果 。我 国煤矿采用 的湿 润剂有 J F C、 H Y、 S R一1 等 ， 其降尘率一般较清水提高 6 0 ％ ～ 9 0 ％。 1 ． 5 磁化水抑尘 水经磁化处理后， 使水 的黏度降低 ， 晶体结构变 小 、 水珠变细 ， 有利于提高水 的雾化程度 ， 增加水与 尘粒的接触机会 ， 从而提高降尘效果。磁化水的平 均降尘率一般较清水提高 1 ． 9 1 倍 。 1 ． 6 泡沫除尘 泡沫除尘是用专门的泡沫发生装置向尘源喷射 泡沫 ， 刚刚生成的粉尘被无间隙泡沫覆盖得 以湿润 ， 失去飞扬能力。泡沫除尘 同喷雾洒水 除尘相 比， 其 耗水量减少一半 以上。这种除尘技术在美 国、 前苏 联 、 波兰等国家得到广泛应用 ， 并已研究 出定型的符 合安全卫生和使用要求的廉价发泡剂和泡沫除尘配 套系列设备。泡沫除尘适用于尘源较固定的作业地 点， 如综采机 组 、 皮 带运输 机等 ， 一般 除尘率 可达 9 0 ％ 以上 。 除了以上方法外 ， 个体防护也是很重要 的方法。 工作人员可以佩带防尘 口罩 、 防尘面罩 、 防尘呼吸器 等。工人佩带这些 用具后 ， 既可 以呼吸到净化后不 含粉尘的空气又不影响正常操作 。 2 粉尘测量技术 医学研究 已经证 明， 粉尘 中的游离二氧化硅是 致尘肺的主要矿物成分 ， 因此 ， 当今世界各 国矿山的 安全规程中， 对作业现场空气 中粉尘浓度阈值 的规 定 ， 都是 以粉尘中的游离二氧化硅含量为依据。 目前 ， 世界各国使用 的测尘仪器主要有 2类 粉 尘采样器和直读式快速测尘仪。 使用采样器采样 ， 通过称重和计算得出粉尘浓 度值 。采样器 由于准确度高 ， 在很多国家定为标准 粉尘浓度测定仪器 ， 但用它测尘需要称重、 烘干、 采 样 、 再烘干 、 再称重及计算等一系列烦琐 的过程 ， 因 此存在不能及时反映现场环境粉尘浓度 的缺点。 采用直读式快速测尘仪 ， 使用简便 ， 可在生产场 所立即读 出粉尘浓度 的相对值 ， 经换算 可直接测得 现场粉尘浓度的数值 ， 这种粉尘仪主要有 ／ 3 射线测 尘仪 、 压电晶体质量测尘仪和光散射式测尘 仪。该 类测尘仪是充 电式的 ， 有 的虽然能连续使用 8～2 4 h ， 但是问歇式的测 量， 不能实时连续监测。因此研 究开发实时在线监测监控系统是 当前研究 的热点。 3 粉 尘监测监控技术 国外发达国家对粉尘的监测大多是以长周期呼 吸性粉尘监测为重点， 如德国的 T M系列， 英 国的西 母斯林系列及美国的粉尘雷达等 ， 都可以实现粉尘 浓度的长周期监测 ， 但 它们 价格 昂贵 ， 性能价格 比 低。国内在粉尘实时监测方面与发达 国家之 间还有 一 些差距 ， 但已经起步并取得了较大成绩。 目前山东科技大学和临沂矿业集团有限责任公 司新驿煤矿联合研制的实时在线监测监控系统已经 过 3个多月的试运行 ， 性能稳定 。该系统可 以实现 实时检 测粉尘 浓度及 变化趋 势 、 可 以在作业 场点 如纵采 、 掘进 、 转载点、 回风巷 自动实现粉尘超标 喷雾 、 控制水流 、 可以实现语音报警等。 该系统主要由采样模块、 控制模块、 通信模块、 上位机监控及显示模块等组成。采样模块的关键器 件粉尘浓度传感器其主要技术指标为 检测灵敏度0 ． 0 1 m g ／ m ， 相对误差 ≤2 ％ ； 测定范围0 ． 0 1 ～1 0 0 0 mg ／ m ； 输入电流 3 0 0～ 4 0 0 m A； 下转第 8 5页J 维普资讯 贺跃光 ， 等 矿 山尾 矿坝位移监测方法及监测数据管理 系统 8 5 的风险 ， 但只要在大坝运行 中通过认真仔细的检查 、 [ 3 ]中华人民 共和国 能源部， 水利部 混凝土大坝安全监 测技术规 监测 、 分析 ， 也能及时发现一些事故前兆， 防患于未 范 D 一 试行 ． ，． 然。因此 视矿 山尾矿坝安全监测工作 ， 特别是位 土工程安全监测手 删 ⋯ 北 移监测工作 ， 有利于确保矿山尾矿坝的安全运行。 『 5 ]张国祥 ，刘宝 琛． 潜 在滑 面 理 论及 其 在 边坡 分 析 中 的应 用 参考文献 [ M] ． 长沙 中南大学出版社， 2 0 0 3 ． [ 1 ] 朱建军 ， 贺跃光 ， 曾卓乔． 变形测 量的理论 与方法 [ M] ． 长沙 [ 6 ] 张锦瑞 ， 王伟之 ， 李 富平 ， 等． 金属矿 山尾矿综合利用 与资源化 中南大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 林宗元 ． 岩土工程勘察设计手册 [ M] ． 沈 阳 辽宁科 学技术 出 版社 ， 1 9 9 6 ． 上接第 7 4页 9月 4至 5日， 声发 射事件 数预测 值平 均接 近 7 O 次 ， 2 O次／ ra i n ， 达到 了柿竹园多金属矿岩体失稳 的 声发射事件数预报临界值 。所监测点的应力值普遍 下降 ， 下降幅度 3 0 ％左右 ， 岩体处于活动期 ， 随时会 垮塌。 现场的实际情况是 2 0 0 6年 9月 6日， 在 5 8 6 m 水平处可以明显听到岩石崩塌的巨大响声 。等声音 平静后 ， 在安全区域对 6 1 0 m水平 P l进行 观测 ， 8 井以及 O 天井已经垮 塌 ， 并且 冒落到地 表， 形成 自 然天窗 约 3 0 0 m 。这 与上 面运用多种模型程序 预测分析的结果一致。研究表明 ， 将多种预测分析 方法运用于柿竹 园矿地 压灾害的预测研究 是可行 的， 同时也表明出柿竹 园地压监测预测 预报模型程 序的预报精度较高， 能安全合理的指导矿 山安全生 上接第 7 9页 ． 输出 连续检测 ， 脉冲输 出； 采样流量 2 L ／ m i n ； 电源 1 2 V D C 控制模块采用 C A N总线控制技术 ， 通信模块采 用网络分站 ， 独立组成监测监控系统 ， 也可并入矿井 安全监测系统 中 如 K J 6 6 ， K J 7 6 ， K J 9 0等 。 4 煤尘控制技术发展趋势 近 l O多年来 ， 无论在粉尘防治 、 粉尘测量还是 粉尘监测方面都取得 了很大进 步， 新 技术 、 新工艺 、 新方法 、 新设计 、 新产品 、 新材料不断推出， 但与现场 需求还有差距 ， 下一 步应重 点从 以下 方面研 究 和 开发 1 在粉尘防治方面 ， 研究物理化学防尘技术 ， 如探讨超声波除尘 、 电离水除尘 、 微 生物除尘 、 声波 雾化除尘等技术 ； 2 在粉尘浓度测量方面， 由执行总粉尘浓度 产 ， 具有较强的工程应用价值。 参考文献 ． 【 1 ] 王来 贵 ， 黄润秋 ， 张 悼元 ， 等 ．滑坡 灾 害发 生 的动 力 学模 型 [ J ] ．自然科学学报 ， 1 9 9 8 ， 8 3 2 2 4～ 2 2 7 ． [ 2 ] 李天斌 ， 陈明东 ， 王兰 生．滑 坡实 时跟踪 预报 [ M] ．成 都 成 都科技 大学 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 尹彦波 ．岩石失稳与地压灾 害预测 的非线性动力学 分析研究 [ D] ．长沙 长沙矿山研究 院 ， 2 0 0 6 ， [ 4 ] 赵海清 ．动态时间序列周期 分析预测模型 [ D] ． 郑州 郑 州大 学， 2 0 0 2 ， 5 _ [ 5 ] F u Y i m l n g ， L i P i n g “e n ， Z h e n g Y u f a n g ． A n l y s i s o f N o n l i n e a r D y n a mi c Re s p o n s e f o r Vi s c o e l a s t i c C o mp o s i t e p l a t e wi t h T r a n s v e r s e Ma t ri x C r a c k s [ J ] ．A c t a Me c h a n i c a S o l i d a S i n i c a ， 2 0 0 4 ， 1 7 3 2 3 0～2 3 8． [ 6] Hu a n g J S ， F u n g R F ． D y n a mi c s t a b i l i t y o f a m o v i n g s t ri n g u n d e r - g o i n g t h r e ed i me n s i u n v i b r a t i o n [ J ] ． I n t e r n a t i o n J o u r n a l o f Me ． c l u mi c s S c ie n c e ， 1 9 9 5 ， 3 7 1 1 4 5～1 5 9 ． 国家标准过渡到呼吸性粉尘浓度国家标准 ， 并改进 呼吸性粉尘采样器的质量 ； 3 在粉尘监控 方面， 推广 现有成 果， 并 向多 点、 远距离 、 大面积实时监测监控方向发展； 4 在矿井综合防治评价系统的基础上 ， 建立 粉尘控制技术评 价指 标体 系 ， 使 控制 方案达 到最 优化 ； 5 建立更合理 的粉尘危害程度评估体系， 使 粉尘造成的危害达到最小。 参考 文献 [ 1 ] 方新． 新 建大型煤矿粉尘危害现 状分析 [ J ] ． 安徽 预防医学 杂志 ， 2 0 0 6 ， 1 2 1 1 5～1 6 ． [ 2 ] 张海谋 ， 等． 我 国主要生 产行业 粉尘状 况分析 [ J ] ． 中 国工业 医学杂 志 ， 1 9 9 9， 1 2 5 2 7 0～2 7 2 ． [ 3 ] 马汉鹏 ， 王德 明． 矿井 粉尘 防治 技术探 讨 [ J ] ． 洁 净煤技 术 ， 2 0 0 5 ， 1 1 4 6 8～ 7 0 ． [ 4 ] 李华烨 ． 煤矿呼吸性粉尘及其综合控制 [ J ] ． 中国安全科学 学 报 ， 2 0 0 5， 1 5 7 6 7～ 6 9 ． [ 5 ] 梁扬宝 ， 刘启荣． 降低 煤矿粉 尘浓 度的新途 径 [ J ] ． 科 技情报 开发 与经济 ， 2 0 0 2， 1 2 6 1 2 4～1 2 5 ． 维普资讯