摘要：煤矿采掘机械化程度的不断提高，矿井的开采方法和采煤工艺向着高效、集约化生产的方向发展，产尘量大大增加，严重威胁着我国煤矿的安全高效生产和作业人员的身心健康。总结了目前国内外煤矿采掘工作面喷雾降尘、化学除尘、空气幕隔尘和除尘器除尘等粉尘防治技术的研究和应用状况，探讨了粉尘防治技术在该领域的发展趋势，期望为采掘工作面的粉尘防治提供多种方法和手段。
关键词：煤矿采掘工作面；粉尘防治；发展趋势
随着煤矿采掘规模不断扩大，其采掘工作面粉尘量也明显增加，在粉尘理化特性的作用下，煤矿采掘现场能见度明显降低，仪器设备的使用性能受到严重影响，并且对作业人员的身心健康造成严重影响。在此种情况下，必须要高度重视煤矿采掘工作面粉尘问题，采取可行的防治技术，并加大研究力度，推进其发展，其提高粉尘防治成效。
一、煤矿采掘工作面粉尘的来源及危害
1.粉尘的来源。煤矿采掘工作面粉尘危害较为严重，占整个矿井产生粉尘总量的85%以上，因此，煤矿粉尘防治的重点在采掘工作面。由于地质环境、开采方式、采掘工艺的不同，每个矿井所产生的粉尘污染程度不尽相同。对于一些较为空旷的煤矿采集现场，由于风力较大，扬尘增加，粉尘危害更加突出。在采掘的过程中，钻探、爆破等施工也会增加工作面的粉尘量，放煤口、采煤机、破碎机、支架等成为粉尘的四大污染源头。因此，在煤矿采掘过程中，煤矿企业要积极采用合理、有效的粉尘防治技术，对粉尘危害进行针对性治理，为工作人员提供良好的施工环境，进而提高整体施工效率。
2.粉尘的危害。粉尘的危害具体可以概括为以下几点：第一，采掘过程中产生的粉尘会依附在矿井壁和地面上，还有一部分悬浮在空气中，煤矿工作人员长期处于这种环境，吸入过多粉尘，对其呼吸系统产生破坏，严重威胁他们的身心健康；第二，大量的粉尘悬浮在矿井中，会使得矿井温度不断升高，粉尘容易发生自燃，进而导致爆炸事故，不利于煤矿采掘的安全施工；第三，大量粉尘容易造成煤矿采掘现场的能见度降低，对工作人员的生产工作造成影响，使得煤矿生产效率降低，还容易引发安全事故；第四，煤矿采掘过程中涉及多种仪器设备，大量的粉尘会腐蚀这些仪器设备的构件，使得设备操作精度降低，造成设备老化，影响正常使用。
二、煤矿采掘工作面粉尘防治技术
科学技术的发展，推动了我国煤矿采掘工作面粉尘技术的发展，很多的高新技术应用到了煤矿粉尘的防治过程中，大大提高了粉尘防治的水平。通过实验数据得知，才未采取行防尘措施时，煤矿采掘过程中的粉尘浓度可达2500mg/m 3，最高可达8000mg/m 3。如此高的浓度，如果不采取防尘措施，后果不堪设想。目前，我国在进行煤矿采掘工作的面粉尘防治技术时，一般通过三个方面来实现防治。一是在采掘前注水防尘，二是在采掘时利用防尘技术控制面粉尘，三实通过过滤排出的方式来降低面粉尘浓度。以下从常用的面粉尘防治技术来进行详细阐述：
1.通风排尘。通风的重要目的就是将井下粉尘稀释到安全浓度以下并排出矿井。决定通风除尘效果的主要因素有风速、风流方向及粉尘密度、粒度、形状、湿润程度等。风速过低，粗粒粉尘将与空气分离下沉，不易排出而滞留在采掘空间，增加粉尘的浓度；风速过高，虽然能够将粉尘带走，但又使采掘空间的落尘重新吹起，反而会增加粉尘浓度。一般而言，掘进工作面的最优排尘风速为0．4～0．7 m／s，机械化采煤工作面的风速为1．5～2．5 m／s。回采工作面、掘进煤巷最高允许风速为4 m／s，这不仅考虑了采掘工作面通风的要求，同时也考虑到粉尘的二次飞扬问题。
2.煤层注水。煤层注水主要是通过水压和钻孔，将水注入到即将要开采的煤层中。通过预先加湿的方法，减少煤采掘时出现的面粉尘量。这种方式作用明显且效果良好，一般可以将采掘工作时出现的面粉尘浓度降低60%。但煤层注水也加大了煤矿采掘的工作量，也在实际的应用过程中出现了裂隙发育差和其他问题，因此使用率并不是很高。
3.喷雾降尘。喷雾降尘在降尘方面具有经济、简便和实用的优点，并且降尘效果好，已成为煤矿采掘工作面应用最为广泛的一种降尘方式。（1）采煤机和掘进机喷雾降尘技术。机械化采掘过程中，尤以采煤机和掘进机产尘最为突出，采煤机和掘进机滚筒割煤（岩）时产生大量的粉尘，成为机械化采掘工作面防尘的重点。目前，国内外对采煤机和掘进机割煤（岩）时采用的喷雾降尘技术主
要有以下几个方面。①滚筒摇臂径向雾屏降尘技术。该技术是在采煤机的滚筒摇臂上装设锥形喷嘴，利用喷嘴喷射空心雾流，形成雾流屏障，以降低在滚筒割煤时产生的粉尘。②内、外喷雾降尘技术。从传统的技术方面，采煤机和掘进机内、外喷雾降尘技术常常因内喷雾喷嘴堵塞或系统密封漏水，外喷雾也常因水压不足等各方面原因未能有效发挥作用。而目前，国外已经出现用二级过滤系统来解决水质不洁而造成的内喷雾堵塞问题。高压外喷雾技术在法国、苏联和美国都有较早的应用，降尘效果高达85％以上。在我国，部分煤矿固定泵供水高压外喷雾技术和机载泵高压外喷雾降尘技术都有了试点应用。③高压喷雾负压一次降尘技术。该技术主要是利用高压喷雾降尘和负压喷雾降尘原理，喷吸装置向尘源区域喷射雾流降尘，喷射同时，在喷吸装置内部的射流后方形成负压区，含尘空气被喷吸装置尾部负压场吸入并通过喷吸装置再喷射出去，在这一过程中将煤尘捕获下来。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该项技术结构简单，运行效果较好，避免了含尘气流污染采煤机、掘进机司机作业区间和向人行道空间扩散。（2）转载点及液压支架喷雾降尘技术。采煤工作面和掘进工作面的转载部位都会产生大量的粉尘。目前，对转载点的产尘，主要还是通过喷雾技术来控制。由于相对于工作面，转载点条件较为简单，故国内外煤矿在转载点应用了多种技术进行喷雾降尘，如预荷电喷雾技术、声波雾化技术和自调式风水喷雾技术等，多种喷雾技术的应用给转载点防尘带来了更广的技术空间。（3）自动喷雾降尘技术。早先采掘工作面喷雾降尘主要采用人工控
制的手动喷雾，但是这种方法操作繁琐，使用不便，效果较差。目前国内己经研制出了采掘工作面综合喷雾降尘智能控制系统，该类系统成功地融合了采煤机和掘进机的喷雾供水水电闭锁、液压支架自动喷雾降尘和转载点自动喷雾降尘等技术。
4.空气幕隔尘。空气幕隔尘技术是20世纪60年代末由英国首先提出的控尘技术，而后扩展至世界其它主要产煤国，并由原苏联和日本两个国家引入到我国。该技术是利用在条形风口中吹出条缝形空气射流，实现污染源散发出来的污染物与周围空气隔离的效果，从而保证工作区的卫生条件，该技术在我国的煤矿采掘工作面已有现场应用。在采煤工作面，通常安装在采煤机机身上，在采煤机滚筒截煤时，喷射的空气流就可以阻止工作面的粉尘向采煤机司机扩散，采煤工作面隔离司机与煤壁侧，在中间形成一道无形透明屏障，达到隔尘的目的。空气幕隔尘技术在掘进工作面应用更为广泛，目前，主要有风喷嘴和附壁风筒两种形式。风喷嘴空气幕与采煤机空气幕相似，利用风喷嘴喷射的气流形成空气幕。附壁风筒是一种利用气流的附壁效应，将原压入式风筒供给掘进工作面的轴向风流部分或全部改变为沿巷道壁的旋转风流，并以一定的旋转速度吹向巷道的周壁及整个巷道断面，形成一空气屏幕，并不断向掘进工作面推进，在除尘器吸入含尘气流产生轴向速度的共同作用下，形成一股具有较高功能的螺旋线状气流，在掘进机司机工作区域的前方构建起可阻挡综掘机截割产尘向外扩散的空气屏幕。
5.个体防护。随着科学技术的发展，煤矿采掘的作业工人能够使用的个体防护装置也进行了革新。从传统的面纱口罩，到目前使用的较多的化纤滤料自吸式防尘口罩、过滤式送风防尘口罩、压风呼吸机等，都能够有效的保护作业工作的呼吸安全。
6.化学除尘。湿式作业是煤矿采掘工作面综合防尘的主要技术措施，目前煤矿企业在进行湿式除尘时要以清水为液质，但清水表面张较高，微细粉尘不易被水迅速有效地湿润，对粉尘尤其呼吸性粉尘的捕捉效率普遍较低。为了改善水对煤的润湿能力，提高防尘效果，许多国家研究了以在水中添加表面活性剂为主的化学除尘技术。国外对表面活性剂的研究，最早是通过Walker试验和DropBox试验。Walker试验由Walker及其合作者于1952年首次提出，是第一次在实验室进行的测试煤尘润湿能力的试验。在以后的半个多世纪里，前苏联、美国和德国等世界产煤发达国家先后研制了多种化学除尘剂。如前苏联研制的煤层注水用CTC固体润湿剂，在添加浓度为0．01％n0．15％的情况下，比纯水降尘率提高了20％---30％，美国研制的浓度为0．1％的表面活性剂ALFONW和波兰研制的泡沫除尘技术也取得了较好的除尘效果。
三、煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势
为更好的推进煤矿事业的健康持续发展，提高煤矿采掘工作面粉尘防治技术的应用成效，应加大研究力度，推进煤矿采掘工作面粉尘防治技术的不断发展。其一，要对喷雾系统加以科学设计，以确保其在煤矿采掘过程中能够对采掘工作面粉尘进行有效防治。喷雾系统设计过程中，需以喷雾点布置及压力设计作为重点设计内容，以保证喷雾系统的高效运行。在此基础上，基于科学技术研究智能化控制系统，以确保该喷雾系统在实际应用中能够实现智能喷雾降尘，以改善煤矿采掘工作面状态，提高粉尘防治的有效性，推进煤矿采掘作业的安全高效开展。其二，要推进弱水防尘技术发展，在保证粉尘防治效果的同时，减少不必要的水资源消耗，提高水资源利用率，真正实现节能环保。弱水防尘技术的原理就在于，通过少量水来达到良好的防尘效果，在未来一段时间内，煤矿采掘工作面粉尘防治技术的发展中，在弱水防尘技术研究方面应注重注水型渗透剂、干式除尘剂及泡沫除尘剂等的研究，以提高煤矿采掘工作面粉尘防治效果。其三，要加大难注水煤层注水技术的研究力度。在煤矿采掘工作面粉尘的防治过程中，注水防尘技术的应用性较强，但在实际操作过程中，一旦煤层机理特殊，则无法保证注水效果，这就势必会影响防尘效果。因此未来在科学技术的支持下，要重点研究难注水煤层的注水技术，并运用信息技术对煤层开展动态化监测，以保证煤层注水防尘的有效性。其四，加大先进技术学习力度，制定科学合理的综合防尘标准规范。煤矿采掘工作面粉尘防治工作的开展，离不开科学技术的支持，因此煤炭企业要加大国外先进技术学习力度，比如超声波除尘技术和电离水除尘技术等，并制定科学的综合防尘标准规范，结合粉尘来源及类型，采取有针对性的粉尘防治措施，切实提高粉尘防治技术水平，推进煤炭行业的持续发展。
随着煤矿采掘机械化程度的不断提高，矿井的开采方法和采煤工艺向着高效、集约化生产的方向发展，产尘量大大增加，严重威胁着我国煤矿的安全高效生产和作业人员的身心健康。在煤矿采掘过程中出现的面粉尘危害也不可小觑，因此我国需要不断的投入技术来解决这一问题，确保作业工人的安全。其次，治理矿井中出现面粉尘，应当从多个防治方案入手，通过挑选和结合的方式来达到更为经济高效的状态。
参考文献：
[1]李涛.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及发展趋势[J].科技展望.2014（10）.
[2]马建.解析煤矿采掘粉尘防治技术及其发展趋势[J].内蒙古煤炭经济，2014（02）.
论文作者:解立根
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/5
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