煤矿粉尘防治的技术

第三章矿井粉尘防治第一节矿井粉尘防治基础知识293、什么叫矿尘？矿尘指的是，在矿井生产和建设过程中所产生的，并能在空气中悬浮一定时间的各种矿物细微颗粒的总称。294、矿尘是怎样产生的？煤矿井下矿尘的来源主要有以下几条途径：（1）采掘工作面破碎、装载煤（岩）过程，如电钻，风锤打眼，爆破，采掘机械切割煤（岩），人工装载和机械装载等。（2）采空区处理过程，如人工回柱放顶、液压支架移架和放顶煤开采的放顶煤作业工序等。（3）煤（岩）的运输和转载过程，如煤（岩）的自溜运输、输送机运输、转载、卸、煤仓口放煤和翻笼翻煤等。（4）喷浆过程，在喷浆作业时会产生大量的水泥和矿粒粉尘。295、矿井自然条件对矿尘的产生有哪些影响？自然条件对矿尘产生的影响主要有以下几方面：（1）地质构造情况。地质构造复杂，断层褶皱发育，受地质运动破坏强烈地区，开采时矿尘产生量较大，反之则产尘量较小。（2）煤层的赋存条件。在同样的技术条件下，开采薄煤层比开采厚煤层矿尘产生量要大，因为在同样的产尘环境中，薄煤层比厚煤层空间小，使矿尘浓度增加；开采缓倾斜煤层比开采急倾斜矿尘产生量要小。（3）煤（岩）的物理学性质。在一般情况下，煤（岩）体节理发育、结构疏松、水份较低，煤（岩）质坚硬且脆性大时，在采掘过程矿尘产生量较大，反之则产生量较小。296、矿井生产条件对矿尘的产生有哪些影响？生产条件对矿尘产生的影响主要有以下几方面：（1）采掘机械化程度。随着采掘机械化程度的提高，矿尘的产生量也随之增大。如没有采取防尘措施时，炮采产尘量300-500mg/m3,机采产尘量1000-3000mg/m3，综采产尘量4000-8000mg/m3，炮掘产尘量1300-1600mg/m3，机掘产尘量2000-3000mg/m3。（2）生产的集中化程度。生产集中化程度的提高，使采掘工作面推进速度加快，同时风量越来越大，扬起矿尘，使较小的空间内产生较多的矿尘。（3）采煤方法。如采用不同的采煤方法时产尘量也不相同，如急倾斜煤层采用倒台阶采煤法比采用水平分层采煤法煤尘产生量要大；缓倾斜煤层采用放顶煤开采比采用倾斜分层开采煤尘产量要大得多；全部垮落法管理顶板比充填法管理顶板产尘量也大。（4）采掘机械。采掘机械截出形状排别、牵引速度、截割速度、截割深度等也影响煤（岩）的产尘量和颗粒大小。297、采掘工作面通风状况对煤尘的产生有哪影响？通风状况对采掘工作面的煤尘产生的影响主要有以下几方面：（1）通风方式。如下行通风方式比上行通风方式产尘量要小；串联通风方式比分区通风方式产尘量要大。（2）风速。风速与和矿尘的关系比较密切，通过合适的风速，风流中矿尘浓度最小，并将矿尘排出矿井。风速过小，影响对矿尘的冲淡和排除；风速过大，会将已经沉降的矿尘吹扬起来，增加空气中的矿尘。据研究资料，采煤工作面最佳排尘风速1.2-1.6m/s，掘进工作面最佳排尘风速0.25-0.5m/s。298、矿尘有哪些危害？矿尘以对人体健康和矿井安全存在着严重危害，主要表现在以下几方面：（1）对人体健康的危害。长期吸入大量的矿尘，轻者引起呼吸道炎症，重都导致尘肺病。同时，皮肤沾染矿尘，阻塞毛孔，能引起皮肤病或发炎，矿尘还会刺激眼膜。（2）煤尘爆炸。煤尘在一定条件下可以爆炸，煤尘爆炸是煤矿五大灾害之一。对于瓦斯矿井，发生瓦斯爆炸时煤尘也有可能同时参与爆炸，使爆炸破坏程度加剧。（3）污染作业环境。矿尘增大，会降低作业场所和巷道能见度，不仅影响劳动效率，还容易导致误码操作、误判断，往往造成作业人员伤亡。（4）对机械设备的危害。矿尘能加速机械磨损，缩短使用寿命，增加人员对设备的维修工作量。299、矿尘如何进行分类？矿尘的分类方法很多，目前我国煤矿对矿尘主要有以下分类方法：（1）按矿尘的成分分类①煤尘：直径小于1mm煤炭颗粒。②岩尘：直径小于5μm岩石颗粒。（2）按矿尘中游离sio2的含量分类。①矽尘：矿尘中游离sio2含量在10%以上。②非矽尘：矿尘中游离sio2含量在10%及其以下。（3）按矿尘存在状态分类①浮尘：悬浮在矿井空气中的矿尘。②积尘：沉积在井巷四周、支架、设备和物料上的矿尘。（4）按卫生学观点分类①总粉尘：悬浮于矿井空气中各种粒径的矿尘总和，也称为全尘。它指的是在正常呼吸过程中通过鼻和嘴能够吸入的矿尘。②非呼吸性粉尘：虽然进入体内，但由于鼻、咽、气管支气管、细支气管的拦截、阻留作用仍不能进入肺泡区的粉尘。③呼吸性粉尘：能够呼吸到人体肺泡区的粉尘。它是致尘肺病的粉尘。呼吸性粉尘空气动力学直径均在7.07μm以下，并且空气动力学直径5μm的效率为50%。（5）按矿尘的爆炸性分类①有爆炸性矿尘：本身具有爆炸性，在一定条件下能发生爆炸的矿尘。②无爆炸性矿尘：本身没有爆炸性，在任何条件下都不会发生爆炸的矿尘。300、什么叫矿尘的粒度？粒度与人体健康有什么关系？矿尘的粒度指的是矿尘颗粒的大小，又称粒径。因矿尘的形状不规则，一般用尘粒的平均直径或其投影长度来表示粒度，其单位为μm（微米）。一般来说，矿尘的粒度越小，对人体健康危害越大，粒度小于5μm的呼吸性粉尘可被人吸入细支气管和肺泡区里引起尘肺病。301、什么叫矿尘的分散度？分散度与矿井安全和人体健康有什么关系？矿尘的分散度指的是，物质被破碎的程度，用来表示矿尘粒子大小的组成。通常所说的矿尘分散度是指某粒级的矿尘量与矿尘总数量级百分比。根据矿尘总数量中不同粒级的矿尘所占百分比，矿尘的分散度可分为高分散度的矿尘和低分散度的矿尘。高分散度的矿尘中微细尘粒多，所占比例大，而低分散度的矿尘中粗大尘粒多、所占比例大。矿尘的分散度越高，对矿井安全和人体健康危害性越大，而且越难捕获。所以，在制定防尘措施时，必须考虑矿尘的分散度，以达到效果最佳。302、什么叫矿尘的浓度？矿尘浓度怎样表示？矿尘的浓度指的是单位体积内矿井空气浮尘的颗粒数或浮尘的质量。其表示方法有以下两种：（1）计重法计重法指的是，单位体积内矿井空气所含浮尘的质量，单位为g/m3或mg/m3。计重法表示的是矿尘的质量浓度。（2）计数法计数法指的是，单位体积内矿井空气所含浮尘的颗粒数，单位为粒/cm3。计数法表示的是矿尘的数量浓度。303、什么叫矿尘悬浮性？悬浮性对人体健康有什么危害？矿尘悬浮性指的是，矿尘不易降落，可以长时间地悬浮在空气中的性质。尘粒在空气中悬浮的时间与它的体积、密度、形状和作业环境温度、湿度和风速等因素有关系。据实验资料，直径5μm的尘粒可在空气中悬浮3h左右，尘粒直径越小，在空气中沉降速度越慢，这些尘粒对尘肺病的发生起主要作用。304、什么叫矿尘吸附性？吸附性对人体健康有什么危害？矿尘吸附性指的是，矿尘对周围介质（空气）具有吸附能力的性质，使微细颗粒表面形成一种气膜。矿尘的吸附性不利于矿尘的沉降，同时作业现场的粉尘表面还会吸附空气中含有的有害有毒气体和放射性物质（如氡），加重了矿尘对人体健康的危害性。305、什么叫矿尘湿润性？湿润性与防尘有什么关系？湿润性指的是，矿尘尘粒与水分子的亲和能力。矿尘颗粒与水分子结合后，使矿尘颗粒的体积增大，质量增加，提高颗粒的沉落速度或者不易飞扬起来。煤矿井下采用的喷雾洒水就是利用矿尘湿润性原理从空气中将浮尘沉降下来和使积尘飘不起来，以减少矿尘的危害性。306、什么叫矿尘荷电性？荷电性对人体健康有什么危害？荷电性指的是，矿尘粒子在被破碎过程中互相摩擦，表面得到或失去电子而使矿尘带电的性质。悬浮在空气中的矿尘也可以直接吸附空气中的离子而产生电荷。矿尘的荷电性对矿尘在空气中的稳定程度有一定影响。同性电荷相斥，增加了尘粒在空气中的运动；异性电荷相吸，可使尘粒在碰撞时凝集而沉降。外国有的采用雾滴带电荷的方法进行喷雾降尘，取得了明显的效果。但是，荷电尘粒易被阻留于人体内，尘粒的荷电量影响细胞的吞噬速度，矿尘的荷电量越大对人体健康的危害也越大。307、煤尘爆炸的实质是什么？煤尘爆炸的实质是空气中氧气与煤尘在高温作用下发生的急剧化学反应过程。悬浮于空气中的煤尘在高温热源作用下，迅速被干馏或气化放出可燃性气体。这些可燃性气体燃点较低，与空气混合后，在高温热源作用下燃烧起来，燃烧生成的热能又使煤尘加热而燃烧，生成更多的热能。这些热能传播给附近煤尘并使其重复以上过程。在此过程连续不断的进行中，氧化化学反应越来越快，温度越来越高，范围越来越大，当达到一定程度时，便由一般燃烧发展成为剧裂的煤尘爆炸。煤尘爆炸化学反应方程式如下：（1）煤尘安全燃烧时，C+O2====CO2+8140Kcal/kg。（2）煤尘不完全燃烧时，2C+O2====2CO+2440Kcal/kg。308、煤尘爆炸性与煤的变质程度有什么关系？煤的变质程度越高，煤尘爆炸性越弱。煤的变质程度与煤尘爆炸性有以下关系：（1）变质程度高的无烟煤，煤尘一般不爆炸。（2）变质程度中等的贫煤，煤尘可燃烧、爆炸性弱。（3）变质程度低的焦煤、肥煤，煤尘有爆炸危险，火焰短。（3）变质程度低的气煤、长焰煤、褐煤，爆炸性强，火焰长。309、煤尘爆炸有哪些危害？煤尘爆炸给矿井安全和人体生命健康带来的危害主要有以下三种：（1）爆炸产生高温、火焰。（2）爆炸形成高压、冲击波。（3）爆炸生成有毒有害气体。310、煤尘爆炸的条件是什么？煤尘爆炸必须同时具备以下3个条件才发生，缺少其中任何1个条件则不可发生煤尘爆炸。煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定的浓度（下限30-50g/m3，上限1000-2000g/m3）；存在能引燃煤尘爆炸的高温火源，700-8000C；311、煤尘的悬浮浓度对煤尘爆炸有何影响？能够爆炸的悬浮煤尘浓度包括以下3方面内容：（1）煤尘本身具有爆炸性。煤尘本身有的具有爆炸性，而有的不具有爆炸性。当煤尘受氧化后，产生的可燃性气体很少，不能使煤尘发生爆炸，因而，一般认为煤的挥发性大于10%时，基本上属于爆炸性煤尘，煤尘有无爆炸性，只有通过煤尘爆炸性鉴定才能确定。爆炸性煤尘根据其爆炸指数的大小来判定其爆炸程度的强弱。在我国有的煤矿煤尘爆炸指数12%仍没有爆炸性，而有的煤矿煤尘爆炸指数9%却具有爆炸性。（2）煤尘在空气中呈悬浮状态。只有在空气中呈悬浮状态的煤尘，它的表面积才会成千上万倍的增大，与空气中的氧接触面积随之显著增大，加快了氧化作用，如1m3煤块，破碎成直径1μm的煤尘时，其表面积增大1万倍。（3）煤尘的浓度。煤尘浓度过低，尘粒与尘粒之间的距离较大，煤尘燃烧时产生的热量很快被周围介质所吸收，那么就不会发生爆炸；煤尘浓度过大，煤尘在氧化和燃烧过程中放出的热量被煤尘本身所吸收，同样也不会发生爆炸。据理论和实验表明，煤尘浓度达到45-（1500-2000）g/m3时才能发生爆炸。爆炸威力最强时煤尘浓度为300-400g/m3。当井下空气中含有瓦斯时，煤尘爆炸浓度将会降低，如当瓦斯浓度达到3.5%时，煤尘浓度降低到6.1%就可能发生爆炸。312、点燃引爆煤尘热源的温度是多少？点燃引爆煤尘的热源温度因煤尘性质和所处条件不同变化较大。在正常情况下，煤尘点燃引爆热源的温度为610-1050℃，一般为700-800℃。其引爆高温热源种类与瓦斯爆炸引爆高温热源种类相同，在井下地点很容易产生。313、引爆煤尘时氧气含量是多少？煤尘爆炸实质上就是煤尘的剧烈氧化现象。煤尘爆炸时空气中气氧气含量必须大于18%。但是，即使氧气含量小于18%时，也不能完全防止瓦斯和煤尘在空气中混合物的爆炸。空气中氧气含量对煤尘爆炸有很大影响。当氧气含量增加时，点燃煤尘的温度可以降低，反之，氧气含量减小时，点燃煤尘的温度就要提高。同时，煤尘爆炸产生压力随空气中氧气含量增大而增大。314、什么叫煤尘爆炸感应期？煤尘爆炸感应期对矿井安全生产有什么意义？煤尘爆炸感应期指的是，煤尘从受热分解产生足够数量的可燃性气体和热量到形成爆炸所需的时间。煤尘爆炸感应期取决于煤尘中挥发分的高低，挥发分越高，感应期就越短，一般感应期为40-200ms。尽管煤尘爆炸感应期非常短暂，但对矿井安全生产却有着非常重要意义。例如，井下使用安全炸药爆破时，虽然爆炸产生的高温达2000℃，但这个高温和爆炸产生的冲击波存在的时间非常短，都