煤矿防尘综合评价指标体系探索

摘要：阐述了煤尘的概念和基本性质，分析了煤尘的危害及其所造成的事故，指出了井下煤尘事故的易发点，介绍了构建指标体系的层次分析法，依据层次分析法建立了煤矿防尘综合评价指标体系。该体系包含1 个目标层、4 个准则层和20 个方案层（评价指标）。

关键词：煤尘；基本性质；危害；综合评价；指标体系

煤矿生产过程中由于需采用炸药、机械、皮带等进行煤岩的破碎和运输，不可避免地会产生大量的粉尘，而这些粉尘中又以煤尘居多[1-2]。煤尘严重影响井下作业环境的舒适度和安全性，在特定条件下甚至可发生爆炸，直接威胁人员和设备安全[3-4]。因此，有必要对煤矿防尘综合评价指标体系进行研究，构建科学合理的防尘指标体系，杜绝煤尘事故的发生。

1 煤尘的概念和基本性质

煤尘是悬浮于井下空间的微小煤粒，可分为原生煤尘和次生煤尘。原生煤尘是在开采前已存在于煤层裂隙、节理中的煤粒，这类煤尘主要是由地质构造演化形成的；次生煤尘是在开采过程中由于破煤而产生的悬浮及沉积煤粒。煤尘的粒径通常在0.75 ～1.00mm之间。煤尘具有以下性质。

1.1 荷电性

煤尘的产生多伴随着颗粒之间的碰撞和摩擦，导致煤尘发生电荷交换，得到或失去电子，从而具备荷电性。煤尘的荷电量与煤尘的物理性质有关，例如颗粒直径、颗粒密度、温度和饱水度等。相关研究表明，煤尘的温度越高，其荷电量越高。同性荷电的煤尘在空间中相互排斥，运动性得到增强，异性荷电的煤尘在碰撞时发生凝聚并沉降。荷电的煤尘容易随呼吸进入井下工作人员体内，对人体产生危害。根据煤尘的荷电性，可采用电极凝并法来捕捉和吸附煤尘，如图1 所示。

1.2 光学特性

煤尘的光学特性是指煤尘对光的吸收、反射和透射。煤矿井下生产环境本身较为恶劣，而煤尘的存在进一步影响了井下作业的光线强度，使作业空间的可见度降低。

1.3 燃烧性和爆炸性

煤尘在井下空间积聚，当浓度达到一定范围时，在外有热源的作用下，可发生燃烧甚至爆炸，并产生大量的有毒有害气体，危害作业人员的生命安全。

1.4 湿润性

煤尘颗粒与水分子之间具有较强的亲和力，井下喷雾降尘也正是利用这一原理，亲水后的煤尘质量增加，更容易沉降。

2 煤尘的危害及事故分析

2.1 煤尘的危害

煤尘对人员和设备均可产生危害，具体体现在以下两方面：a)对人体的危害。若井下作业人员长期处于高浓度的煤尘环境中，煤尘由人体呼吸道进入肺部，可引起呼吸道疾病，严重者可患上尘肺病。据有关数据统计，煤炭生产企业中由尘肺病引起的死亡人数是工伤死亡人数的6 倍。b)对设备的危害。目前，煤矿井下大多实施综合机械化开采，存在大量机械设备，甚至已有一些较为精密的设备在矿井生产中得到了应用。井下煤尘可进入机械内部，加速机械的磨损，影响设备的使用效果，缩短设备的使用寿命。

2.2 煤尘事故易发点

煤炭的生产系统包含多个子系统，每个子系统由于生产流程和生产工艺的不同，又有其各自的特点。根据煤炭生产子系统的特征，总结出煤尘事故的易发点主要包括采煤工作面，掘进工作面，运输、转载系统和回风巷。a)采煤工作面。采煤工作面是煤尘的主要产出场所。无论是以往的炮采工作面，还是目前常见的综合机械化开采工作面，爆破落煤和采煤机割煤均为主要工序。煤体无论以何种方式破碎，均会产生大量的煤尘，尤其是在综放工作面，煤尘浓度更高。b)掘进工作面。掘进工作面也会进行煤岩体的破碎，也会产生大量的煤尘，煤尘不仅来源于掘进工序，还来源于钻眼和装载等工序。因此在掘进工作面应尽可能地采用湿式钻眼，降低煤尘浓度。c)运输、转载系统。在煤炭的运输和转载过程中，由于机械振动、转运以及风流的作用，运输和转载路线上（例如采区运输巷、采区溜煤眼和井底煤仓等）煤尘浓度较高。d)回风巷。无论是采煤工作面、掘进工作面，还是运输、转载路线上产生的煤尘，均会随着风流汇聚到回风巷，因此，回风巷中煤尘浓度大大增加。

3 煤矿防尘综合评价指标体系

3.1 指标体系层次分析法

煤矿防尘安全涉及煤矿生产过程中的多个子系统，包含众多指标因素，因此，应采用系统工程方法来对指标体系进行分类和剖析。常用的指标体系分析和构建方法为层次分析法，其基本原理如图2 所示。图2 层次分析法基本原理图由图2 可知，层次分析法展现出从下到上的递进关系，其基本思路是将一个目标或因素分解成多种组成元素。层次分析法从上到下依次为目标层、准则层、方案层。各层次之间相互影响，相互依存，当同一层次所含因素较多时，可采用权值法确定权数，对指标进行量化。当某一层元素发生变化时，可反映到其他层次，体现出系统的有序性和关联性，将众多指标因素统一起来，建立科学合理的煤矿防尘安全指标体系。

3.2 综合评价指标体系

建立煤矿防尘综合评价指标体系是进行防尘安全评价的先决条件，指标体系构建得是否合理，直接影响评价的可靠与否。本文依据层次分析法建立的煤矿防尘综合评价指标体系包含4 个准则层，下面从4 个准则层入手对煤矿防尘综合评价指标体系展开论述。a)职工素质因素。一切生产都离不开人员，人员的素质对生产有着巨大的影响。煤矿生产过程中涉及的人员包括矿区领导、管理人员和工人等，这些人员的教育水平、生产理念、工作熟练度都影响着煤矿的防尘安全。b)设施设备因素。井下的割煤和掘进不可避免地会产生煤尘，因此，应采用可靠的设备来降低煤尘的产出率和浓度。常见的设备包括喷雾降尘装置，例如带自动喷雾功能的采煤机、高压远程自动喷雾装置和巷道水幕系统等。这些设施设备的可靠性、灵敏性也影响着煤矿防尘安全。c)安全管理因素。一个煤矿安全管理理念的先进性，在很大程度上决定了煤矿的安全生产成绩。为此，应建立科学合理的安全管理体系，杜绝煤尘事故的发生。例如：成立煤矿防尘工作小组，由矿区主要领导担任组长，建立煤矿防尘安全宣传制度和培训制度，定期进行宣传培训，建立煤矿防尘考核制度和奖惩制度，做到奖惩分明，增强工作人员的自主防尘、控尘意识。d)环境因素。井下的环境因素主要包括温度、湿度、风速和可燃气体浓度，环境因素可产生煤尘也可抑制消除煤尘。例如当风速过大时，可使煤尘浓度增大；湿度较低时，也可增大煤尘浓度；若井下存在其他可燃气体，可与煤尘混合，增大其燃烧爆炸的风险；高温环境可引起人员身体不适，提高事故发生的概率。因此，应对井下环境因素进行考核，使井下环境不利于煤尘的产生和扩散。

4 结语

a)阐述了煤尘的概念和基本性质，分析了煤尘的危害，指出井下煤尘事故易发点主要有采煤工作面，掘进工作面，运输、转载系统和回风巷。b)介绍了构建指标体系的层次分析法，依据层次分析法建立了煤矿防尘综合评价指标体系。该体系包含1 个目标层、4 个准则层和20 个方案层（评价指标），并从4 个准则层入手对煤矿防尘综合评价指标体系进行了详细论述。

参考文献

［1 ］吕爱琴.煤矿井下综合防尘措施与途径的探究［J］.江西化工，2020(3)：373-374.

［2 ］闫绍辉.煤矿综采工作面综合防尘技术的应用［J］.能源与节能，2020(5)：151-152.

［3 ］翟小军.煤矿综采工作面防尘技术现状及趋势［J］.能源与节能，2019(2)：147-148.

［4 ］刘宁.煤矿综采工作面防尘技术研究现状及趋势分析［J］.西部探矿工程，2019 ，31(11)：106-107.