1 概述
在煤矿生产过程中，采、掘、运各个工序将产生大量粉尘。粉尘危害主要有两方面：一是对人体的危害，如果人的肺部长期吸入大量的矿尘，就可患尘肺病，尘肺病是目前危害较大的一种矿工职业病。二是煤尘爆炸危害，煤层爆炸是煤矿的严重灾害之一，它严重威胁着矿井安全。近几年来，瓦斯煤尘爆炸事故仍时有发生，严重影响了矿井安全生产和职工生命。因此，搞好矿井粉尘综合治理已迫在眉睫。煤矿生产过程中粉尘主要来源于采掘工作面，尤其是采掘机械的迅速发展，使煤矿机械化程度大为提高，采掘能力也随之加大，促进煤炭产量成倍增长。但是，在这种生产条件下煤矿的产尘强度也随之增大，采掘工作面的粉尘浓度大幅度增加，据统计，在地质条件和通风状况基本相同情况下，不同的采掘方法其粉尘浓度相差很大。例如，在无防尘措施条件下，炮采时的粉尘浓度为300～500mg/m3，而机采时的粉尘浓度可达1000～3000 mg/m3，综采则高达4000～8000 mg/m3。因此，对现代化矿井采掘防尘技术的研究与应用是很有必要的。
2 综采工作面的防尘技术
许厂煤矿是1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力150万t/a，2002年实际产量达到320万t，2003年将突破340万t。该矿主要特点是人员少（现不足1000人），机械化程度高，采煤工作面采用德国进口SL－300型连续采煤机、国产支撑掩护式支架。工作面正常采用的降尘措施有：采煤机内外喷雾，面前架间喷雾，面后放煤口喷雾及各转载点转载喷雾等主要防尘措施。经现场实际测定，在采取上述防尘措施后，粉尘浓度仍达到116～337 mg/m3，均严重超过国家卫生标准。因此，我们研究和应用了以下几项新的防尘技术。
2.1 采煤工作面机组行走自动光控喷雾装置
综采工作面随机自动喷雾装置的每组喷雾由1台主机、1个红外线传感器、1个电磁阀、1组喷头、电缆等组成。由电磁阀控制喷头，主机控制电磁阀；电源是交流电127V（用工作面照明电源）。每组喷雾的主机间用电缆连接，实现喷雾联锁。安设方法及使用过程：从工作面进风口处开始每5架1组喷头进行排列（喷头安装固定在前探梁上），当采煤机经过自动喷雾点的位置时，采煤机上的光源装置所发射的光信号被传感器（传感器安装固定在支架前探梁上）接受，则此时（包括此点）以下回风流中的所有喷雾自动打开（假若光源光线比较弱或者光源离传感器比较远则打开的喷雾组比较少），执行自动喷雾，并延时一段时间，延时时间可根据机组行走速度及所打开喷雾组的多少任意调整（详细布置见图1）。该自动喷雾装置的研制使用，减少了移架时人工开启单向阀实现架间喷雾除尘这道工序原来人工操作来回开停频繁，职工怕麻烦，有时架间喷雾不开，造成煤尘飞扬，影响防尘效果。
1－支架架间光控自动喷雾；2－支架架间手动喷雾；3－光控传感器；4－光源；5－采煤机内源喷雾；6－采煤机外喷雾。
图1 采煤机行走割煤光控自动喷雾示意图
2.2 采煤机负压二次防尘装置
采煤机负压二次降尘是近期在高等院校帮助指导下研制的负压二次降尘技术。它是利用喷吸装置向尘源区域喷射雾流降尘，与此同时，在喷吸装置内部的射流后方形成负压区，将喷吸装置尾部降压场内的含尘空气吸入并通过喷吸装置再喷射出去，在这一过程中将煤尘捕捉下来。这种降尘方法的降尘效果与雾流参数、负压强度、吸入空气量、吸气口负压场范围、工作区风速及方向等因素有关；对喷吸装置而言，则与装置的结构、尺寸、安装位置、方向、喷嘴形式、喷口尺寸、喷雾压力及流量等因素有关。采用负压二次降尘技术应结合现场条件进行技术设计，以达到最佳降尘效果。
2.3 转载机同步自动喷雾
原采煤工作面回风道在转载机以外5～10m处安设1组回风流净化水幕，采用阀门人工手动控制，但由于人为因素在转载运行时而水幕经常忘记开动，造成粉尘得不到有效控制；有时胶带机、转载机停运、但水幕则正常喷雾，不仅起不到降尘效果，而且造成水资源浪费，并影响煤质。
针对以上存在问题，我们组织工程技术人员进行攻关，通过反复实验，利用设备开停传感器卡在转载电机供电电缆上，只要转载机转动就有电流流动，开停传感器将有信号输出，利用光控或声控自动喷雾主机，将开停传感器获取的信号进行处理，来控制电磁阀实现水幕自动开停。当转载机开动有粉尘产生时，水幕自动开启，进行喷雾降尘，当转载机停止运行无粉尘产生水幕将自动关闭。该项技术的研究与应用，不仅节约大量水资源，且降尘效果明显。
3 掘进工作面的防尘技术
在煤矿井下采、掘、运等几项主要生产系统中，除回采外，巷道掘进是矿井的主要尘源。按掘进方式可分为机掘和炮掘两种，随着煤矿机构化水平的提高，现矿井掘进大都采用成巷速度快，劳动强度低的综掘机掘进巷道。许厂煤矿是一个现代化程度较高的矿井，现所有巷掘进全部采用综掘机掘进，现有综掘机5台，其中日本进口MRH－S200综掘机2台，国内佳本斯生产S100综掘机3台。由于机构化掘进工作面是用大功率综掘机强力截割煤，产尘量特别大。据现场实测，在不采用综合防尘措施情况下，机掘工作面的粉尘浓度为2000～3000 mg/m3，个别高达6000 mg/m3左右，不难看出，机掘防尘是矿井综合防尘极为关键重要的一环。
3.1 综掘机外喷雾与巷道风流净化水幕联动自动喷雾降尘技术
喷雾洒水降尘是机掘工作面采取的主要防尘措施之一。掘进机工作时喷雾洒水有两种方式，即内喷雾和外喷雾。目前，我国煤矿使用的各种型号掘进机的内喷雾均利用地不好，主要原因是截割部伸缩油缸浮动密封不过关，容易使降尘水串入电机，造成电机短路，因此机掘工作面的喷雾洒水降尘主要还是靠综掘机的外喷雾发挥作用。而外喷雾的开停是靠综掘机司机操作人为控制，以及掘进迎头内净化风流水幕也采有阀门式人工开停，因此水幕经常得不到正常使用，造成粉尘超标。针对上述问题，我们研制了综掘机滚筒旋转割煤与巷道风流净化联动自动喷雾降尘装置，该装置原理是利用掘进机截割部控制操作电源（110V），从中引出一路控制线，进入三通接线盒，从接线盒中分出两路，一路控制掘进机滚筒外喷雾装置电磁阀，一路控制工作面30m内净化风流水幕；当掘进时，只要滚筒旋转，外喷雾装置及风流净化水幕将自动开启，实现自动喷雾。当滚筒停止运转时，两组降尘装置将自动停止喷雾。即：当掘进工作面有粉尘产生时，两组降尘装置将自动开启实现喷雾降尘，当掘进工作面无粉尘产生时，两组喷雾自动关闭。通过现场试用后取得了很好的降尘效果。
3.2 风水高压远程放炮自动喷雾技术
炮掘工作面中，放炮工序持续时间虽短，但产生的粉尘浓度却比其它工序高。许厂煤矿半煤岩、全岩巷道均采用炮掘。针对放炮时工作面粉尘浓度高的特点，我们设计一种枪口式喷雾装置。其工作原理是声控风水联动组合式，利用掘进工作面的供风供水管路组合而成，风、水在喷雾枪管内汇合后喷出，出水口在枪管内前端，高压风口在后端，喷雾方向能随意灵活调整。放炮时发出的爆炸冲击波被传感器接收并转换成微弱电信号后传送至主机，主机将同时控制供风、供水两路管路的电磁阀打开，实现高压远程自动喷雾。以及喷雾枪口角度的反复实验，取得了喷雾距离最远可达到30m（见图2），同时雾化效果好，通过现场实测，使用高压远程放炮自动喷雾降尘率达到90％以上。
图2 高压远程放炮自动喷雾装置原理图
4 实施效果
综上所述，在机械化程度相对较高情况下，采掘工作面除正常采取防尘措施，加之上述几项自动化防尘技术的实施，使许厂煤矿井下粉尘得了有效控制。经现场粉尘实际测定，总测尘点（次）数122点（次），达到国家卫生标准112点（次），合格率达到100％；煤尘83点（次），合格73点（次），合格率88％。岩尘浓度控制在0.8～10 mg/m3，煤尘浓度控制在4～66 mg/m3，为井下生产创造了良好的工作环境，使矿井面貌整体上了一个新台阶。许厂矿2000年顺利通过了ISO9002质量认证体系和ISO14001环保体系认证。2003年下半年正在组织OHSMS18000职工健康安全管理体系认证的外审工作，从而使矿井综合管理水平在不断提高，许厂煤矿已连续2a被评为全国高产高效双十佳矿井。