第11章 矿尘防治.ppt

安徽理工大学能源与安全学院安全工程系,,通风安全学第十章矿尘防治,本章主要内容,第一节矿尘及其性质第二节矿山尘肺病第三节煤尘爆炸及预防第四节矿山综合防尘,,第一节矿尘及其性质,一、矿尘的产生及分类矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。几种常用的分类方法1、按矿尘粒径划分1粗尘。粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。2细尘。粒径为10～40μm，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。3微尘。粒径为0.25～10μm，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。,,第一节矿尘及其性质,4超微尘。粒径小于0.25μm，要用电子显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。2、按矿尘的存在状态划分1浮游矿尘悬池于矿内空气中的矿尘，简称浮尘。2沉积矿尘从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称落尘。3、按矿尘的粒径组成范围划分1全尘总粉尘。各种粒径的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为1mm以下的尘粒。2呼吸性粉尘。主要指粒径在5μm以下的微细尘粒。,,第一节矿尘及其性质,二、矿尘的危害矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面1污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。2某些矿尘如煤尘、硫化尘在一定条件下可以爆炸。3加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。4降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。,,第一节矿尘及其性质,三、含尘量的计量指标1、矿尘浓度单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度。其表示方法有两种1质量法每立方米空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m32计数法每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/ｃm3。我国规定采用质量法来计量矿尘浓度。,,第一节矿尘及其性质,2、产尘强度指生产过程中，采落煤中所含的粉尘量，常用的单位为g/t。3、相对产尘强度指每采掘1吨或1立方米矿岩所产生的矿尘量，常用的单位为mg/t或mg/m3。4、矿尘沉积量单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位为g/m2d。,,第一节矿尘及其性质,四、矿尘性质1、矿尘中游离SiO2的含量矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量通常多在20～50，煤尘中的含量一般不超过5。2、矿尘的粒度与比表面积矿尘粒度－指矿尘颗粒的平均直径，单位为μm。矿尘的比表面积－指单位质量矿尘的总表面积，单位为m2/kg，或cm2/g。矿尘的比表面积与粒度成反比，粒度越小，比表面积越大，因而这两个指标都可以用来衡量矿尘颗粒的大小。,,第一节矿尘及其性质,3、矿尘的分散度分散度－指矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法1重量百分比各粒级尘粒的重量占总重量的百分比称为重量分散度。2数量百分比各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比称为数量分散度。粒级的划分是根据粒度大小和测试目的确定的，我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm。,,第一节矿尘及其性质,矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标。矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。4、矿尘的湿润性矿尘的湿润性是指矿尘与液体亲和的能力。亲水性矿尘容易被水湿润的矿尘称为亲水性矿尘。疏水性矿尘不容易被水湿润的矿尘称为疏水性矿尘。,,第一节矿尘及其性质,5、矿尘的荷电性因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是正电荷，也可是负电荷。6、矿尘的光学特性矿尘的光学特性包括矿尘对光的反射、吸收和透光强度等性能。,,第二节矿山尘肺病,一、尘肺病及其发病机理尘肺病工人在生产中长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。1、尘肺类的分类煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类1硅肺病矽肺病，由于吸入含游离SiO2含量较高的岩尘而引的尘肺病称为硅肺病。患者多为长期从事岩巷掘进的矿工。2煤硅肺病煤矽肺，由于同时吸入煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅病肺。患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。,,第二节矿山尘肺病,3煤肺病。由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。2、尘肺病的发病机理尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下四个过程1在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于10μm的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出体外,,第二节矿山尘肺病,2在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。3在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使部分2～5μm的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛运动逐级排出体外。4粒度为2μm左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1～2％以下。,,第二节矿山尘肺病,二、尘肺病的发病症状及影响因素1、尘肺病的发病症状尘肺病分为三期第一期重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。第二期中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。第三期做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚至咯血和行动困难。,,第二节矿山尘肺病,2、影响尘肺病的发病因素1矿尘的成分能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiO2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质即挥发分含量。2矿尘粒度及分散度5μm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5μm以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2μm左右的矿尘。,,第二节矿山尘肺病,3矿尘浓度尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，也就是说，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成反比。4个体方面的因素尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要领导重视，增加资金投入，积极开展尘肺病预防及治疗方面的研究，完善技术措施，推广综合防尘，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。,,第三节煤尘爆炸及预防,我国历史上最严重的一次煤尘爆炸发生在1942年日本统治下的本溪煤矿，牺牲1549人，残246人，牺牲的人员中大多为CO中毒，事故发生前，巷道内沉积了大量煤尘，是由于电火花点燃局部聚积的瓦斯而引起的重大煤尘爆炸事故。一、煤尘爆炸的机理及特征1、煤尘爆炸的机理煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般煤尘爆炸机理及过程主要表现在以下方面,,第三节煤尘爆炸及预防,1煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开。2当温度达到300～400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体。如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢3形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃。4闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行。当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。,,第三节煤尘爆炸及预防,2煤尘爆炸的特征1形成高温、高压、冲击波2煤尘爆炸具有连续性3煤尘爆炸的感应期即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。4挥发分减少或形成“粘焦”5产生大量的CO,,第三节煤尘爆炸及预防,二、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备三个条件1、煤尘本身具有爆炸性煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。2、煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。3、存在能引燃煤尘爆炸的高温热源我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5～40mj。,,第三节煤尘爆炸及预防,三、影响煤尘爆炸的因素1、煤的挥发分一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。2、煤的灰分和水分煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。3、煤尘粒度粒度对爆炸性的影响极大。1mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加。,,第三节煤尘爆炸及预防,4、空气中的瓦斯浓度瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于4时，煤尘的爆炸下限可用下式计算δm＝ｋδ式中δm----空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/m3；δ----煤尘的爆炸下限，g/m3；ｋ----系数，,,第三节煤尘爆炸及预防,5、空气中氧的含量空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17时，煤尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。6、引爆热源点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个达到或超过最低点燃温度和能量的引爆热源。引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃煤尘云。而且煤尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘云，且即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越小。,,第三节煤尘爆炸及预防,四、煤尘爆炸性鉴定规程规定新矿井的地质精查报告中，必须有所有煤层的煤尘爆炸性鉴定材料。生产矿井每延深一个新水平，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试验工作。鉴定方法有两种一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；另一种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，方法简便，目前多采用这种方法。,,第三节煤尘爆炸及预防,五、预防煤尘爆炸的技术措施预防煤尘爆炸的技术措施主要包括减、降尘措施；防止煤尘引燃措施及限制煤尘爆炸范围扩大等三个方面。目的是将空气中含尘浓度控制在国家规定的卫生标准内。,,第三节煤尘爆炸及预防,1、减、降尘措施指在煤矿井下生产过程中，通过减少煤尘产生量或降低空气中悬浮煤尘含量以达到从根本上杜绝煤尘爆炸的可能性。方法很多，下面主要介绍煤层注水。（1）煤层注水实质在回采之前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程煤尘的产尘量。煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面①煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除尘源。,,第三节煤尘爆炸及预防,②水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生；③水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质，当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。（2）、影响煤层注水效果的因素①煤的裂隙和孔隙的发育程度裂隙和孔隙的发育程度不同，注水效果差异也较大。煤体的裂隙越发育则越易注水。煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。根据实测资料，当煤层的孔隙率小于4时，煤层的透水性较差。,,第三节煤尘爆炸及预防,上履岩层压力及支承压力地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关，煤层埋藏越深则地层压力越大，而裂隙和孔隙变得更小，导致透水性能降低，因而随着矿井开采深度的增加，要取得良好的煤体湿润效果，需要提高注水压力。在长壁工作面的超前集中应力带以及其它大面积采空区附近的集中应力带，因承受的压力增高，其煤体的孔隙率与受采动影响的煤体相比，要小60～70％，减弱了煤的透水性。,,第三节煤尘爆炸及预防,液体性质的影响煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间极性差越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可以在水中添加表面活性剂。阳泉一矿在注水时加入0.5浓度的洗衣粉，注水速度比原来提高24。,,第三节煤尘爆炸及预防,④煤层内的瓦斯压力煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。水压克服瓦斯压力后才是注水的有效压力，所以在瓦斯压力大的煤层中注水时，往往要提高注水压力，以保证湿润效果。⑤注水参数的影响煤层注水参数是指注水压力、注水速度、注水量和注水时间。注水量或煤的水分增量是煤层注水效果的标志，也是决定煤层注水除尘率高低的重要因素，通常，注水量或煤的水分增量变化在50到80之间，注水量和煤的水分增量都和煤层的渗透性、注水压力、注水速度和注水时间有关。,,第三节煤尘爆炸及预防,（3）煤层注水方式指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况，有以下4种方式①短孔注水在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为2～3.5m,,第三节煤尘爆炸及预防,②深孔注水在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为5～25m。③长孔注水从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长30～100m；,,第三节煤尘爆炸及预防,④巷道钻孔注水由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷道向煤层打钻注水。,,第三节煤尘爆炸及预防,（4）注水系统注水系统分为静压注水系统和动压注水系统。静压注水利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔的注水叫静压注水。动压注水利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水，水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。（5）注水设备煤层注水所使用的设备主要包括钻机、水泵、封孔器、分流器及水表等。,,第三节煤尘爆炸及预防,（6）注水参数①注水压力注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度。适宜的注水压力是通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压力。②注水速度注水流量注水速度是指单位时间内的注水量。注水速度是影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素，钻孔的注水速度随钻孔长度、孔径和注水压力的不同而增减。一般来说，小流量注水对煤层湿润效果最好。,,第三节煤尘爆炸及预防,③注水量注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。一般来说，中厚煤层的吨煤注水量为0.015～0.03m3/ｔ；厚煤层为0.025～0.04m3/ｔ。④注水时间每个钻孔的注水时间与钻孔注水量成正比，与注水速度成反比。在实际注水中，常把在预定的湿润范围内的煤壁出现均匀“出汗”渗出水珠的现象，作为判断煤体是否全面湿润的辅助方法。,,第三节煤尘爆炸及预防,2、限制煤尘爆炸范围扩大的措施（1）清除落尘（2）撒布岩粉（3）设置岩粉棚由安装在巷道中靠近顶板处的若干块岩粉台板组成，台板的间距稍大于板宽，每块台板上放置一定数量的惰性岩粉。作用当发生煤尘爆炸事故时，火焰前的冲击波将台板震倒，岩粉即弥漫于巷道中，火焰到达时，岩粉从燃烧的煤尘中吸收热量，使火焰传播速度迅速下降，同时，降低空气中的粉尘浓度，并破坏链反应的作用，直至熄灭。,,第三节煤尘爆炸及预防,（4）设置水棚水棚包括水槽棚和水袋棚两种。岩粉的缺点是受潮易粘结成块，并增加巷道中的矿尘浓度，在落尘量大的巷道中岩粉的更换周期短。优点（1）水的比热比岩大5倍，故吸热量多；（2）水汽化吸热并降低氧浓度；（3）水在爆炸时飞散时间比岩粉快；（4）水的更换周期长。,,第三节煤尘爆炸及预防,（5）设置自动隔爆棚自动隔爆棚是利用各种传感器，将瞬间测量的煤尘爆炸时的各种物理参量迅速转换成电信号，指令机构的演算器根据这些信号准确计算出火焰传播速度后选择恰当时机发出动作信号，让抑制装置强制喷撒固体或液体等消火剂，从而可靠地扑灭爆炸火焰，阻止煤尘爆炸蔓延。,,第四节矿山综合防尘,矿山综合防尘是指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、降低空气中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。综合防尘技术措施分为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施。一、通风除尘通风除尘指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度。效果主要影响因素风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。,,第四节矿山综合防尘,最优排尘风速能最大限度排除浮尘而又不致使落尘二次飞扬的风速称为最优排尘风速。一般来说，掘进工作面的最优风速为0.4～0.7m/ｓ，机械化采煤工作面为1.5～2.5m/ｓ。二、湿式作业利用水或其它液体，使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一。作用（1）水能温润矿尘，增加尘粒的重力；（2）将细散尘粒聚结为较大颗粒，加速浮尘沉降；（3）使落尘不易飞扬；,,第四节矿山综合防尘,特点（1）具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。（2）是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量。1、湿式凿岩、钻眼实质指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。湿式凿岩、钻眼能有效降低掘进工作面的产尘量。除尘率可达90左右。2、洒水洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。,,第四节矿山综合防尘,3、喷雾洒水定义将压力水通过喷雾器在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水嘀喷射于空气中。雾体结构喷出雾体的几何形状。La----射程，雾粒以很大速度作直线运动。Lb----作用长度，喷雾器的最大喷射距离。α----扩张角，其值愈大雾体的截面积愈大。,,第四节矿山综合防尘,喷雾洒水的作用（1）在雾体作用范围内，高速流动的水嘀与浮尘碰撞后尘粒被温润，在重力作用下下沉；（2）高速流动的雾体将其周围的含尘空气卷吸到雾体内温润下沉；（3）将落尘尘粒温润粘结，使之不易飞扬；（4）增加煤尘的水份，降低它的爆炸性；（5）阻止爆炸火焰传播。适用条件广泛用于采掘切割、爆破、装载、运输等生产过程。,,第四节矿山综合防尘,主要包括（1）掘进机喷雾洒水掘进机喷雾分内外两种。外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾则通过掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬间将其抑制。较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减小85～95％。（2）采煤机喷雾洒水采煤机的喷雾系统分为内喷雾和外喷雾两种方式。,,第四节矿山综合防尘,（3）综放工作面喷雾洒水综放工作面具有尘源多、产尘强度高、持续时间长等特点。①转载点喷雾（如图）②支架间喷雾（如图）③放煤口喷雾④其它地点喷雾,,第四节矿山综合防尘,4、水炮泥和水封爆破水炮泥就是将装水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼内。要求塑料袋难燃、无毒、有一定强度。作用原理（1）爆破时水袋破裂，水在高温高压下汽化，与尘粒凝结，达到降尘的目的。（2）水炮泥还能降低爆破产生的有害气体。（3）缩短通风时间，（4）能防止爆破引燃瓦斯。,,第四节矿山综合防尘,三、净化风流净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获的技术措施。1、水幕净化风流水幕是在敷设于巷道顶部或两帮的水管上间隔地安上数个喷雾器喷雾形成的。喷雾器的布置应以水幕布满巷道断面尽可能靠近尘源为原则。,,第四节矿山综合防尘,一般安设位置为①矿井总入风流净化水幕距井口20～100m巷道内；②采区入风流净化水幕风流分叉口支流里侧20～50m巷道内③采煤回风流净化水幕距工作面回风口10～20m回风巷内；④掘进回风流净化水幕距工作面30～50m巷道内；⑤巷道中产尘源净化水幕尘源下风侧5～10m巷道内。水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。,,第四节矿山综合防尘,2、湿式除尘装置除尘装置或除尘器是指把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装置，又称集尘器或捕尘器。根据是否利用水或其它液体，除尘装置可分为干式和湿式两大类。煤矿一般采用湿式除尘装置。四、个体防护个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。主要包括1、防尘口罩2、防尘安全帽头盔,,本章内容结束,,谢谢,