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1,矿井通风与安全,中国矿业大学,概述矿尘性质矿山尘肺病煤尘爆炸及其预防综合防尘技术矿尘测定,第十二章矿尘,12.1矿尘的基本概念,从自然界的空气中，人们所吸入的不仅仅是气体，也含有一定量的液体和固体颗粒，通常被称为尘埃。在工业生产中也会产生大量的微小固体颗粒，一般称之为粉尘，绝大多数粉尘的颗粒小到我们的肉眼都看不到。从生理学角度，自然界中产生的大部分尘埃，人体已能有效地进行处理。在一些工业工作环境中，空气中的浮尘浓度已经超过了人体呼吸系统所能处理的能力，由粉尘所引起的呼吸问题是最早的工业职业病之一。,一、矿尘,在矿井生产过程中所产生的各种岩矿微粒统称矿尘，也叫粉尘。飞扬在空气中的矿尘称为浮尘，浮尘在空气中飞扬的时间不仅与尘粒的大小、重量、形状有关，还与空气的湿度、风速有关。对矿井安全生产与井下工作人员的健康有直接影响的是浮尘，因此，浮尘是矿井防尘的主要对象。从空气中沉降下来的矿尘称为积尘。随外界条件的改变，浮尘和积尘可以相互转化，积尘是产生矿井连续爆炸的最大隐患。,呼吸性粉尘,按对人体的危害程度将矿尘分为呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘。呼吸性粉尘是指能在人体肺泡内沉积的，粒径在5～7微米以下的粉尘，特别是2微米以下的粉尘。呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘之和就是全尘。,矿尘浓度,矿井空气中所含浮尘的数量叫做矿尘浓度。矿尘浓度的表示方法有两种质量法，每立方米空气中所含浮尘的毫克数，mg／m3；计数法，每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，粒／cm3。,计量矿尘浓度采用质量法,矿尘浓度的大小直接影响着矿尘危害的严重程度，是衡量作业环境的劳动卫生状况和评价防尘技术效果的重要指标。国内外早期都使用计数法，后因认识到计数法不能很好地反映矿尘的危害性，从20世纪50年代末起，国内外广泛开始采用质量法来计量矿尘浓度。,矿尘产生状况的指标,矿尘浓度（C），悬浮于单位体积空气中的矿尘量，mg/m3；产尘强度（G），单位时间内进入矿内空气中的矿尘量，mg/min；相对产尘强度（G’）每采掘一吨矿（岩）所产生的矿尘量，mg/t。,二、矿尘的产生,在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮尘比例大致为采煤工作面产尘量占45％～80％；掘进工作面产尘量占20％～38％；锚喷作业点产尘量占10％～15％；运输通风巷道产尘量占5％～l0％；其他作业点占2％～5。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。,12.2矿尘性质,1、矿尘的成分和游离二氧化硅的含量矿岩被粉碎成矿尘后，化学成分基本上无改变。从安全卫生角度考虑，主要了解矿尘中是否含有有毒物质、放射性物质、燃烧与爆炸性物质和游离二氧化硅，以便采取相应的预防措施。游离状态的二氧化硅（主要是石英）是许多矿岩的组成成分，煤尘中的含量一般不超过5，半煤岩中的含量在20左右。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。,从工业卫生角度来说，各种粉尘对人体都是有害的，粉尘的化学组成及其在空气中的浓度，直接决定对人体的危害程度，粉尘中含游离二氧化硅的量越高，危害越严重。二氧化硅是地壳上最常见的氧化物，是许多种岩石和矿物的重要组成部分，它有两种存在状态，一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物。另一种是游离状态的二氧化硅，主要是石英，在自然界中分布很广。粉尘中的游离二氧化硅的含量是引起并促进尘肺病及病程发展的主要因素，含量越高，其危害越大。,许多矿岩都含有游离二氧化硅，煤系地层由于沉积环境不同、岩性不同，其游离二氧化硅含量变化较大，煤层中以煤为主，或者时也伴有夹石等，从煤种来看，无烟煤的二氧化硅的含量高于烟煤。,2、矿尘的粒径矿尘颗粒大小的尺度称为粒径，其单位用微米（m，1m10-6m）表示。矿尘的形状很不规则，不能直接用直径表示；一般采用有不同定义的“当量粒径”，根据测定方法与目的确定。矿山一般用显微镜测定的尘粒投影定向径表示，如图1所示。按粒径大小，矿尘可分为,粗尘，粒径大于40m，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降；细尘，粒径为10～40m，肉眼可见，在静止空气中做加速沉降；微尘，粒径为0.2510m，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中做等速沉降；超微尘，粒径小于0.25m，要用电子显微镜才能观察到，在空气中做扩散运动。,常规浮尘的粒度范围,3、矿尘的分散度在全部矿尘中各种粒径的尘粒所占的百分比叫做矿尘的分散度。矿尘分散度有两种表示方法数量分散度，指各粒径区间尘粒的颗粒数占总额粒数的百分比；质量分散度，指各粒径区间尘粒的质量占总质量的百分比。,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2m、2～5m、5～10m和大于10m。矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。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。,4、矿尘的湿润性粉尘粒子能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性或吸湿性、浸润性等。粉尘粒子与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能被润湿；如果接触面趋于缩小而不能相互附着，则为不能被润湿。粉尘的粒径、形状、含水率、表面粗糙度及荷电性等对润湿性有影响。同类粉尘，球形尘粒比不规则尘粒润湿性岛尘粒越细润湿能力越差。,液体的表面张力越小，越易被粉尘吸湿，如酒精、煤油等的表面张力小，对粉尘的润湿比水好。尘粒与水雾粒的相对运动速度较高时易被吸湿。粉尘的吸湿能力还随着环境温度上升而下降，随气温的增加而增加。,粉尘的吸湿能力,由于不同粉尘对同一液体的亲、憎程度是不同的，可用湿润角和吸湿速度表示其吸湿能力（1）湿润角（2）吸湿速度通常取粉尘的吸湿时间为20min，测出此时的吸湿高度L20mm，则吸湿速度为,5、矿尘的比表面积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。煤岩破碎成微细的尘粒后，首先其比表面积增加，因而化学活性、溶解性和吸附能力明显增加；其次更容易悬浮于空气中，表1112所示为在静止空气中不同粒度的尘粒从1m高处降落到底板所需的时间；另外，粒度减小容易使其进人人体呼吸系统，据研究，只有5m以下粒径的矿尘才能进入人的肺内，是矿井防尘的重点对象。,6、矿尘的电性质矿尘是一种微小粒子，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，也可能是负电荷，带有相同电荷的尘粒，互相排斥，不易凝聚沉降；带有相异电荷时，则相互吸引，加速沉降，因此有效利用矿尘的这种荷电性，也是降低矿尘浓度，减少矿尘危害的方法之一。,7、矿尘的爆炸性煤尘和有些矿尘（如硫化矿尘）在空气中达到一定浓度并在外界高温热源作用下，能发生爆炸，称为爆炸性矿尘。矿尘爆炸时产生高温、高压，同时产生大量有毒有害气体，对安全生产有极大的危害，防止煤尘的爆炸是具有煤尘爆炸危险性矿井的主要安全工作之一。,矿尘的来源,粉碎作业机械化采矿支护作业爆破作业装载作业运输和碾压,矿尘在空气中的运动特性,矿尘沉降的重力作用,12.3矿山尘肺病,矿山尘肺病简介尘肺病是工人在生产中长期吸人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。它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈。因其发病缓慢，病程较长，且有一定的潜伏期，不同于瓦斯、煤尘爆炸和冒顶等工伤事故那么触目惊心，因此往往不被人们所重视。而实际上由尘肺病引发的矿工致残和死亡人数，在国内外都远远高于各类工伤事故的总和。,煤矿尘肺病类型,硅肺病矽肺病由于吸人含游离SiO2含量较高的岩尘而引起的尘肺病称为硅肺病（患者多为长期从事岩巷掘进的矿工）；煤硅肺病煤矽肺由于同时吸人煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅肺病（患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工）；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）。,煤矿尘肺病,我国煤矿工人工种变动较大，长期固定从事单一工种的很少，因此煤矿尘肺病中以煤硅肺病比重最大，约占80左右。作业人员从接触矿尘开始到肺部出现纤维化病变所经历的时间称为发病工龄。尘肺病中最危险的是硅肺病，发病工龄最短一般10年左右，煤肺病的发病工龄一般为20～30年，煤硅肺病介于两者之间。,尘肺病的发生机理,被毛细血管覆盖的气泡群,鼻咽,喉,气管,支气管,细支气管,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，发病工龄越短，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。据试验，煤化作用程度越低，危害越大，因为煤尘的危害和肺内的积尘量都与煤化作用程度有关。,影响尘肺病的发病因素,2矿尘粒度及分散度尘肺病变主要是发生在肺脏的最基本单元即肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m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2m左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害就越大。,影响尘肺病的发病因素,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，尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。国外的统计资料表明，在高矿尘浓度的场所工作时，平均5～10年就有可能导致硅肺病，如果矿尘中的游离SiO2含量达80％～90％，甚至1.5～2年即可发病。空气中的矿尘浓度降低到规程规定的标准以下，工作几十年，肺部吸入的矿尘总量仍不足达到致病的程度。,影响尘肺病的发病因素,4个体方面的因素矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的，所以人的机体条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发展有一定的影响。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。只要积极推广综合防尘技术，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。,12.4煤尘爆炸及其预防,一、煤尘爆炸1、煤尘爆炸机理煤被破碎成煤尘后，其比表面积显著增大，与氧的接触面积及吸附氧分子的数量亦相应增加。在高温热源作用下，氧分子与碳发生氧化反应而生热，并促进了煤尘粒子在高温下的热分解而产生可燃气体。局部燃烧放出的热量以分子热传导、辐射、对流等复合传热方式传给附近悬浮着的煤尘，又使这些煤粒子受热分解，产生可燃气体而着火燃烧，于是燃烧便如此循环地继续下去，随着每个循环的逐次进行，反应速度也逐次加快，定常燃烧非常迅速地转变成激烈的非定常燃烧，从而在极短的时间内，使空间气体的压力猛烈增高，形成了煤尘爆炸。,2、煤尘爆炸特征（1）易产生连续爆炸爆炸压力一次比一次增高，呈跳跃式发展。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/s，冲击波的速度可达2000m/s，爆炸的压力可达到1700kPa。在煤矿井下，这种爆炸有时沿巷道传播数千米以外，而且距爆源点越远其破坏性越严重。因此，煤尘爆炸具有易产生连续爆炸、受灾范围广、灾害程度严重的重要特点。,（2）产生粘块与皮渣煤尘爆炸时，对于结焦性煤尘气煤、肥煤及焦煤的煤尘会产生焦炭皮渣与粘块粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根据这些爆炸产物，可以判断发生的爆炸事故是属于瓦斯爆炸或煤尘爆炸。同时还可以根据煤尘爆炸产生的皮渣与粘块粘附在支柱上的位置直观判断煤尘爆炸的强度。但是只有气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤尘爆炸时，才能产生“粘焦”。,（3）产生大量有毒有害气体煤尘爆炸时，要产生比沼气爆炸生成量多的有毒有害气其生成量与煤质和爆炸的强度等有关。一次煤尘爆炸后气体成分组成的成分其中COCO2的浓度较大，O2浓度很小，这是煤尘爆炸造成人员伤亡的主要原因。,（4）挥发分含量减少煤尘爆炸时，它的挥发分含量将减少，对于不结焦煤尘即爆炸时不产生焦炭皮渣与粘块的煤尘，可利用这一特点来判断井下的爆炸事故中煤尘是否参与了爆炸。,煤尘爆炸的必要条件,煤尘爆炸必须具备三个条件煤尘自身具有爆炸性，悬浮在空气中并具有一定的浓度，有引燃煤尘爆炸的热源。这三个条件缺任何一个条件煤尘都不可能发生爆炸。,（1）煤尘的爆炸性过去认为，挥发份含量小于10时，煤尘失去爆炸性。但必须指出，作为煤的组成成份非常复杂，同类煤的挥发份成份及其含量也不一样，所以挥发份含量不能作为判断煤尘有无爆炸危险的唯一依据。例如松藻二井Va15.92,但无煤尘爆炸危险；而江西萍乡青山矿Va小于10，却有爆炸危险。因此规程规定，煤尘有无爆炸危险，必须通过煤尘爆炸性试验鉴定。,（2）煤尘爆炸浓度煤尘爆炸与传播是由于细小可燃微粒依次燃烧的结果。当可燃微粒之间的距离刚刚能够使燃烧传递下去的时，这就是最小爆炸浓度极限。与此同时还存在另一个极限，那就是可燃微粒之间的距离太近，以至于没有足够的氧气来使燃烧完全进行下去。那么整个燃烧系统就会变成富燃料燃烧，从而产生的热量下降。因此，最高爆炸极限就是可燃微粒在该浓度情况下燃烧温度为该可燃微粒的燃点时的浓度极限。,（3）高温热源,二、抑制煤尘的产生煤层注水是重要的防尘措施。注水后的煤体，在回采及整个生产流程中，都具有连续的防尘作用，而其它防尘措施则为局部的。煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面湿润并粘结煤体裂隙中存在着的原生煤尘均匀湿润煤体各级孔、裂隙，以及1微米以下的微孔隙水进人煤体后使其塑性增强，脆性减弱我国国有重点煤矿注水工作面占总采煤工作面数的40以上，降尘率达47～95，取得了良好的降尘效果。,煤层注水方式,注水方式按注水钻孔的位置、长度和方向，可分为工作面上短孔注水、长孔注水和工作面走向长孔注水三种方式（1）工作面短孔注水（2）工作面深孔注水（3）工作面走向长孔注水,动力注水方式,按照供水的动力方式，煤层注水又分为静压注水和动压注水两种。（1）静压注水静压注水是利用地面或上水平的静水压力，通过矿井防尘管网直接将水引入钻孔向煤体的注水方式。,动力注水方式,（2）动压注水动压注水是利用水泵提供的压力向煤体的注水方式。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。通常静压注水时间长，一般数月，少则数天；动压注水时间短，一般为几天，短的仅为几十小时。,三、隔绝煤尘爆炸的措施1、清除落尘2、撒布岩粉3、设置水棚4、设置岩粉棚,12.5矿山综合防尘,根据我国矿山几十年来积累的丰富的防尘经验，欲将空气中的矿尘浓度降到国家标准以下，必须采取综合的防尘措施。即各个生产环节时都实施有效的防尘措施。,矿山综合防尘,一、通风除尘二、湿式作业1、湿式凿岩、钻眼2、洒水及喷雾洒水3、掘进机喷雾洒水4、采煤机喷雾洒水5、综放工作面喷雾洒水6、水炮泥和水封爆破,矿山综合防尘,三、净化风流1、水幕净化风流2、湿式除尘装置四、个体防护,
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