矿井煤尘防治.

矿井防尘系统基础知识及设备配置•一、矿尘基本知识(一)矿尘与计量1.矿尘的概念矿尘是矿井在生产和建设过程中所产生的各种煤炭、岩石微粒的总称，属于粉尘的一部分。一般来讲，在现有防尘技术措施的条件下，以采掘工作面产生的矿尘量为最多，约占全部矿尘的80%。其次，锚喷作业点产尘量占10～15%；运输通风巷道产尘量占5%～10%；其它作业点占2%～5%。就煤尘而言，一般每昼夜的产尘量约等于产煤量的0.25%～1.0%，甚至高达3%。（二）矿尘的分类1.按矿尘粒径划分按照粒径大小可分为粗尘粒径大于40微米细尘粒径在10～40微米微尘粒径在0.25～10微米超微尘粒径小于0.25微米2.按矿尘成因划分原生矿尘：开采之前因地质作用和地质变化等原因而生成的矿尘。次生矿尘：生产过程中，因破碎煤岩而产生的矿尘。3.按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘。飞扬在矿内空气中的矿尘，简称浮尘。一般所说的矿尘是指该状态下的矿尘。(2)沉积矿尘。从矿内空气中因自重而降落在巷道周壁的矿尘，简称落尘。4.按矿尘的粒径组成范围可分为(1)全尘：各种粒径在内的粉尘的总和。(2)呼吸性粉尘：能被吸入人体肺泡的浮尘。这种粉尘的粒径大多小于5微米。5.按矿尘的成分划分(1)煤尘。它是指粒径小于1mm且以含固定碳可燃物为主的煤炭颗粒。(2)岩尘。指细微颗粒的岩石粉尘，当岩尘中的游离二氧硅含量超过10%时称为矽尘。6.按有无爆炸性划分(1)有爆炸性粉尘。悬浮在空气中的粉尘云达到一定浓度在有引爆热源的条件下，本身能发生爆炸，如有爆炸性煤尘、面粉、铝粉等。(2)无爆炸性粉尘。如岩粉等。(三)矿尘计量指标1.矿尘浓度单位体积矿井空气中所含浮尘的数量叫做矿尘浓度，其表示方法有两种：(1)计重法。在1m3空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3。(2)计数法。在1cm3空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/cm3。我国规定采用计重法表示矿尘浓度。2.产尘强度生产过程中，采落煤中所含的矿尘量，也叫绝对产尘强度，单位g/t。3.相对产尘强度每采1t或1m3煤所产生的矿尘量，单位mg/m3mg/t4.矿尘沉积量指单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位g/（d﹒m2）5.矿尘分散度矿尘分散度是指矿尘整体组成中各种粒级的尘粒所占的百分比。我国对矿尘的分散度划分为4级：小于2μm；2～5μm；5～10μm；大于10μm。分散度大小按矿尘中微细颗粒占的比重而定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，则称为低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，所含细小颗粒越多，危害性越大。5μm以下的粉尘，能被吸入人体肺泡区，称为呼吸性粉尘。它是导致尘肺病产生的主要因素。据全国部分地区煤矿采掘工作面空气中矿尘分散度实测数据表明，5μm以下的尘粒占90%左右，因此，呼吸性粉尘应是通风防尘工作的重点。二、矿尘的基本性质（一）矿尘成分及游离二氧化硅含量从卫生角度主要了解矿尘中是否含有:1)有毒物质：如铅、砷、汞等2）放射性物质：如铀、钍等3）游离二氧化硅（矽）二氧化硅是多种矿物和岩石的组成成分，有两种存在状态结合状：即硅酸盐矿物，如长石、滑石等游离状：常以结晶状态存在，主要是石英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，如煤矿上常见的页岩、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%，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。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，如长石(K2O·Al2O3·6SiO2)；石棉(CaO·3MgO·4SiO2)；高岭土(Al23·2SiO2·2H2O)，滑石(3Mg0·4SiO2·H2O)等等。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。（二）密度1.真密度：单位体积（不包括尘粒间的空隙）质量成为密度。Kg/m32.表观密度用包括矿尘间空隙在内的体积计量的密度，也叫堆积密度。其值小于真密度。3.相对密度比重是指粉尘的质量与同体积水的质量之比。密度对粉尘在空气中的运动和沉降影响较大。（三）矿尘粒度与比表面积1.矿尘粒度表示单一矿尘颗粒大小的尺度，也叫粒径。2.比表面积单位质量或单位体积粉尘的总表面积之和。（四）粉尘的湿润性是指粉尘分子和水分子之间的结合能力。结合能力强，粉尘容易被湿润，反之，不容易被湿润。容易被水湿润的粉尘，称为亲水性粉尘；不容易被水湿润的粉尘，称为疏水性粉尘。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差，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。（五）电性质悬浮于空气中的粉尘通常都带有电荷。（六）矿尘的光学性质1.尘粒对光的反射能力当尘粒直径大于1微米时，光线被直接反射而损失，即光线损失与反射面面积成正比。2.尘粒的透光程度透明程度取决于气流含尘浓度的高低。随着浓度的增加，透明度将大为减弱。3.光强衰减程度光线通过含尘气流时，由于尘粒对光的吸收和散射作用，会使光强减弱。（七）自燃性和爆炸性三、粉尘的危害（一）矿尘的产生1、产生矿尘的主要作业工序钻眼作业炸药爆破采煤机割煤、装煤掘进机掘进采场支护、放顶巷道支护，特别是锚喷支护装载、运输、转载和提升通风安全设施的构筑2.影响矿尘量的主要因素（1）地质构造及煤层赋存条件地质构造复杂、断层褶曲发育的地方，产尘量较大，反之则较小。火成岩浸入，煤体变脆变酥，产尘量的。开采急倾斜煤层比缓倾斜煤层产尘大；厚煤层比薄煤层产尘大。（2）煤岩的物理性质1.危害（1）对人体健康的危害；（2）发生爆炸，造成人员死亡和经济损失；（3）中毒危害；（4）放射危害。其中最普遍而严重的危害是能引起尘肺病如：（1）矽肺病（最严重）；（2）煤肺病；（3）石棉肺病；（4）煤矽肺病。一、尘肺病及其分类尘肺病是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。它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，治愈困难。尘肺病发病缓慢，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。而实际上国内外由尘肺病引发的矿工伤亡人数，远远高于各类工伤事故的总和。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）；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肺病（患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工）；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）。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，单纯的硅肺、煤肺病较少。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。上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。其发病工龄最短(一般在10年左右)，病情发展快，危害严重。煤肺病的发病工龄一般为20～30年，煤硅肺病介于两者之间但接近后者。国际上最早的关于矿尘的法规是由南非金矿在1912年制订的。其余的国家相继在20世纪的20~30年代提出了相关的法律法规。但是，这些法规主要涉及矽肺病。在当时，人们还没有意识到煤尘的危害。从30年代开始，被确诊的矿工尘肺病数量急剧上升。英国医学研究委员会在南威尔士的煤矿工人中作了关于呼吸疾病的调查，以后欧洲大陆各国和美国都认识到煤尘的危害性。人们对矿尘导致尘肺病的认识用了很长时间，究其原因，主要有三方面：第一，患者从意识到呼吸系统受到损害到确诊可能要几年的时间；第二，肺部对粉尘的反应往往类似于某些自然发生的疾病，因此似乎与矿尘没有关系；第三，开始使用的粉尘浓度计量方法是单位体积空气内粉尘颗粒的数量，这种方式难以反映出尘肺病发病与矿尘之间的联系。这种情况在1959年南非约翰内斯堡举行的国际尘肺病会议上得以改变，为了更好地度量粉尘对健康的潜在危害，会议决定用质量法取代计数法来计量粉尘浓度，会议还接受了英国医学研究会提出的呼吸性粉尘概念，即能进入肺泡区的粉尘称为呼吸性粉尘。二、尘肺病的发病机理肺部是人体吸入氧气进行新陈代谢行为的器官。通过反复吸入和呼出空气，使空气靠近血液，两片肺叶被厚约0.5μm的极薄的隔膜分开。氧气通过隔膜从空气中扩散到血液里，同时二氧化碳通过相反的方向扩散。两种气体各自的交换由隔膜两侧的浓度差驱动。呼吸系统自身的防御机制可以抵御那些吸入空气中存在的气态或者悬浮的污染气体。然而，这种体系不能抵抗有毒或者致癌物的入侵。另外，长期暴露在超高浓度的粉尘里，肺部防御体系超负荷工作，不但使气体交换效率降低，而且容易引起支气管感染和其他疾病。1、人体的呼吸系统空气从鼻孔进入呼吸系统，通过一道鼻毛组成的丛状滤网后进入鼻咽。这道滤网是第一道防线，可以排除大颗粒的粉尘。这些颗粒会一直被截留，直到它们被吹出或通过鼻咽被吞咽下去。在鼻咽的较大的空间里，空气速度减慢，在这一区域，实际上在通向肺泡的所有空气通路分支上，管腔壁上有一层纤毛和黏液细胞。纤毛往复摆动，将纤毛上的黏液单向送往喉部，在那里可以被吞咽。绝大多数大于10μm的粉尘粒子在空气被吸入到达喉部之前都会被从状滤网和黏液所捕捉。而从口腔呼入的空气就饶过了鼻孔和鼻咽所提供的保护。空气继续通过气管，气管直径约为20mm，长约120mm并且包含着一系列的坚韧的环形软骨，气管又分为左右支气管，平均直径约12mm，长约48mm。当然，这些尺寸在不同的个体之间有着相当大的差异。空气继续向前并被多次细分进入细支气管中，它在形状上类似于树的根部。被十六次细分后，细支气管的直径只有0.6mm，人体肺部内支气管的总数量甚至超过八千万个。虽然分支造成独立的空气通路直径减小，但大量分支的存在使流动交叉总面积显著增加。因此，空气流速减小到在较小的细支气管中空气流动处于完全层流状态。所有的细支气管壁上都有一层黏液，它们通过纤毛的运动被不停的向上排移到气管。黏液分泌物和所有被捕集到的微粒通常在一天内会被通过咳嗽或吞咽的方式从气管里排出。空气通路中的黏液层通常很薄，然而，支气管疾病会使黏液层的粘度和厚度增大，限制空气的运动。当空气以较高速度通过时会发出声音（即呼吸困难，有喘息声）。最小的细支气管在成串的气囊或肺泡前结束，这些气囊约有0.2~0.6mm大小。肺泡壁上附有一层0.5mm厚的膜，也称上皮细胞，气体通过它们后才发生交换。据估计，一个健康的成年人肺部平均有3到4亿个肺泡，可用于气体交换的总面积约为75m2。横膈膜和胸腔的肌肉运动引起肺泡与外部大气间的压差规律变化，从而发生空气吸入和呼出的正常循环。根据运动标准的不同，呼吸频率在每分钟吸入12～40次之间变化。很少有大于3μm的粉尘颗粒能够到达肺泡。人们已经提出了众多模型来表明颗粒大小与沉降地点的关系。因为肺泡所捕集的颗粒非常微小，所以很难将其从中清除，直径为0.2μm的粒子的清除概率为0.75，而对于0