太原理工大学矿山安全学讲义3

2020/1/14主要内容：1、矿尘及其性质2、尘肺病3、煤尘爆炸及预防4、综合防尘第十一章矿山防尘2020/1/14第十一章矿山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--40μm,空气中易沉降；(2)细尘—10~40μm，肉眼可见，在静止空气加速沉降；(3)微尘—0.25~10μm，光学显微镜可见，在静止空气等速沉降；(4)超微尘--0.25μm，电子显微镜观察，扩散动力。2020/1/14、按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘：悬浮于矿内空气中(2)沉积矿尘：从矿内空气沉降下来的矿尘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，1mm以下；(2)呼吸性粉尘：5μm以下，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。2020/1/14三、含尘量的计量指标1、矿尘浓度其表示方法有两种：(1)质量法：每立方米空气所含浮尘的毫克数，mg/m3(2)计数法：每立方米空气所含浮尘的个数，个/m32、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/m2·d。2020/1/14四、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：矿尘粒度平均直径，μm矿尘的比表面积：单位质量矿尘的总表面积；m2/kg,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。3、矿尘的分散度：矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占百分比。分散度有两种表示方法：(1)重量百分比：各粒级重量所占总重量的百分比；(2)数量百分比：各粒级颗粒数所占总颗粒百分比；2020/1/14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。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。2020/1/14、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：容易被水湿润疏水性矿尘：不容易被水湿润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。2020/1/14第二节矿山尘肺病一、尘肺病及其发病机理尘肺病：以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股市部疾病。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。(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。2020/1/14、尘肺病的发病机理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。(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。2020/1/14二、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。2020/1/14、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。(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正比。(4)个体方面的因素2020/1/14第三节煤尘爆炸及预防一、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：(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。(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。2020/1/14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二、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中并达到一定浓度；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。2020/1/14三、影响煤尘爆炸的因素1、煤的挥发分，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。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。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—系数，空气中的瓦斯浓度(%)00.500.751.01.502.03.04.0ｋ10.750.600.500.350.250.10.052020/1/14、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6、引爆热源四、煤尘爆炸性鉴定五、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三个方面。(一）、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。(二)、防止煤尘引燃的措施(三)、限制煤尘爆炸范围扩大的措施2020/1/14、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；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。2020/1/14、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。②上履岩层压力及支承压力③液体性质的影响：0.5%洗衣粉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。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。2020/1/14、煤层注水方式注水方式是指钻孔的位置、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，是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；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5～25m③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。④巷道钻孔注水。短孔、深孔注水示意图上向孔、下向孔、双向孔巷道2020/1/14、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。2020/1/14、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。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。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。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。2020/1/14（二）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