矿尘危害及其预防

第一节概述矿尘是矿井在建设和生产过程中所产生的各种岩矿微粒的总称，又称粉尘。悬浮于空气中的矿尘称浮尘；沉落下来的称为落尘。矿尘主要危害：污染工作场所，危害人体健康，甚至引起尘肺病和皮肤病；能加速机械的磨损，缩短精密仪表的使用时间，降低工作场所的可见度，使工伤事故增多；煤尘在一定条件下还可以发生爆炸，酿成严重的灾害。做好防尘工作，是保证煤矿安全生产的一个重要方面。第三章矿尘危害及其预防影响矿尘量大小的影响因素自然因素：煤层节理发育，断层和褶皱发育的地点，其产尘量一般较大。急倾斜比缓倾斜煤层、厚煤层比薄煤层产尘最大。如结构酥松、脆性大且干燥，产尘且就大。生产技术因素：倒台阶采煤法比其它采煤法的产尘量大，全部陷落采煤法比充填法产尘量大；采掘机械化程度越高产尘量越大，而采掘机械的截齿形状、排列方法、截割和牵引速度等也影响着粉尘的产生。风速过大会增大浮尘量。矿尘的产生量按地点分，以采掘工作面最高；其次是运输系统中的各转截点。第二节矿尘的性质及其危害一、矿尘的性质矿尘的性质取决于构成的成分和存在的状态。1.矿尘中游离二氧化硅(SiO2)的含量矿尘中游离二氧化硅的含量是危害人体的决定因素，含量越高，危害越大。二氧化硅在井下有两种存在状态：一种是结合状态，如硅酸盐矿物，对人体危害小。另一种是游离状态，页岩、砂岩、砾岩和石灰岩尘中等都含有游离状态的二氧化硅，含量在10～80％，煤尘中也含有l～5％。它是引起矿工硅肺病的主要因素。2.矿尘的粒度、分散度和浓度1)矿尘的粒度：是指矿尘颗粒大小的尺度。因其形状不规则，一般用尘粒的平均直径或投影走向长度表示。矿尘的粒度单位用um计量。矿尘粒度依可见性分为三类：(1)可见尘粒：粒径大于1.0um；(2)显微颗粒：粒径为0.25～1.0um；(3)亚显微颗粒：粒径小于0.25pm。煤岩粉碎成微细的尘粒，其总表面积大大增加，化学活性、溶解性和吸附能力都有显著地增加；其动力特性是更易悬浮于空气中，难以把它从空气中捕捉分离出来，易被人们吸入体内。所以，一般说来尘粒越小，对人的危害越大。2)矿尘的分散度：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，划分为四个计测范围：小于2um；2～5um；5～10um；大于l0um。矿尘组成中，小于5um的尘粒所占百分数越大，对人体的危害越大。分散度有两种表示方法：(1)重量百分比：用各粒级尘粒的重量占总重量的百分数表示，叫做重量分散度；(2)数量百分比：用各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分数表示，叫做数量分散度。3)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，空气中粉尘浓度越高，对人体的危害越大。我国规定采用重量法表示矿尘浓度，即在1m3空气中所含浮尘的毫克数，mg/m3；目前煤矿普遍推行湿式作业的防尘措施，矿尘浓度大幅度下降。但5um以下的尘粒分散度较高，对人们的危害仍然相当严重。根据重庆地区四个煤矿采掘工作面空气中尘粒分散度的实测数据：5um以下的尘粒占90％左右，不仅危害性很大而且这部分矿尘更难捕获和沉降。因此应是通风防尘工作的重点。3.矿尘的湿润性湿润现象是分子力作用的一种表现，如果液体(水)分子间的引力小于液体与固体分子间的引力，则固体就能被液体所湿润。反之，固体不易湿润。根据湿润性，可将粉尘分为亲水性粉尘与疏水性粉尘。湿式除尘就是利用粉尘的湿润性从空气中分离粉尘的。微细的矿尘表面吸附空气形成气膜而难于湿润，多采取提高尘粒与水滴的相对速度，降低水的表面张力等方法以提高湿润效果。尘粒与器壁或物体表面的粘附现象称为附着性。湿润性强的粉尘，附着性亦强。4.矿尘的荷电性悬浮于空气中的尘粒通常带有电荷，破碎时的磨擦、粒间撞击或放射性照射，电晕放电等都会形成电荷。矿尘的荷电量与于尘粒的大小、比重、温度及湿度有关。温度升高荷电量增高；湿度增加，荷电量降低，浮游在空气中的尘粒有90～95％带正电或负电，有5～10％尘粒不带电。采掘工作面刚刚产生的新鲜尘粒较回风道中的尘粒易带电。当尘粒带有相同电荷时，则相互排斥不易凝聚，悬浮于空气中的尘粒稳定性增高，不易沉降。尘粒带有相异电荷时，则相互吸引，可促进凝聚，加速沉降。由于矿尘具有荷电性，带电的尘粒也较容易沉积在支气管和肺泡中，增加了对人体的危害。5.煤尘的燃烧和爆炸性煤尘在空气中达到一定浓度时，在外界明火的引燃下，能发生燃烧和爆炸，属于爆炸性矿尘。煤尖爆炸时产生高温、高压、生成大量的有毒有害气体，在灾区空气中一氧化碳的浓度可达百分之几以上，严重地威胁人员的生命安全。二、尘肺病人体长期大量吸入微细粉尘而引起的一种慢性职业病，一旦患病很难治愈。我国尘肺病的死亡人数为工伤事故死亡人数的6倍。1.尘肺病的分类及其病理1)由于吸入含游离二氧化硅含量较高的岩尘而引起的尘肺病，称为硅肺病。2)由于同时吸入煤尘和含游离二氧化硅的岩尘所引起的尘肺病为煤硅肺病。3)长期在煤层中从事采掘工作、由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。人体对硅尘有防御和清除功能，既能滤尘，又能运送和吞噬矿尘。所谓滤尘系指含尘气流经过鼻腔、咽部和气管时，由于沿程的撞击和惯性使大于10um的尘粒沉积下来，经鼻腔和气管粘膜分泌物粘结阻留而排出体外。运送表现为将滞留在气管、支气管的粉尘颗粒借助于呼吸道粘膜所分泌的粘液和粘膜皮上的纤毛运动，伴随粘液排出体外。小于3um的尘粒沉积在肺泡表面，则被肺内的巨噬细胞吞噬，通过阿米巴样运动移送到具有纤毛上皮的细支气管的粘膜表面，与粘液混在一起，通过纤毛摆动排出(排除率达80%)。通过上述三条途径可将进入肺脏的97～98％左右的尘粒排出体外，而残留在肺内的尘粒，只是吸入粉尘量的2～3％。人体虽有良好的防卸和清除功能，但若长期吸入高浓度粉尘，仍可引起尘肺病。残留在肺泡内的尘粒能形成硅酸胶毒，可杀死肺泡而留在组织内，形成纤维病变。病变开始呈现细网，之后，肺泡逐渐减少而变为粗网，接着便在粗网网眼间出现结节，许多结节逐渐地融合成为团块。肺组织将部分地失去弹性而硬化，不能担负呼吸作用，使肺功能受到损害。轻者影响劳动能力。严重时将丧失劳动能力，甚至死亡。而并发症又促使病情恶化。尘肺病患者自觉症状为：气短、胸闷、胸痛、咳嗽和咯血。初期症状多不明显。一般说来，随着病情进展，上述症状也趋于严重。2.影响尘肺病发生发展的主要因素1)矿尘中游离二氧化硅的含量越高越易致病，2)尘粒越微小越易致病，小于5um的尘粒被称为呼吸性粉尘，它的分散度越高，对人体的危害越大。3)空气中含有的矿尘浓度越大，越易得病。4)接触粉尘作业的时间越长，越易发病。硅肺病的发病工龄一般在10年左右，但短的也有3～5年发病者，煤肺病一般在20～30年，煤硅肺病介于前二者之间。5)身体不佳，个人卫生较差的矿工更易致病。第三节综合防尘技术综合防尘技术包括风、水、密、净和护等五个方面，并以风、水为主。风即是通风除尘，水是指湿式作业，密是密闭抽尘，净是净化风流，护采取个体防护措施。一、通风除尘1．通风除尘的作用通风除尘是稀释和排出工作地点悬浮粉尘，防止过量积累的有效措施。许多矿井的经验证明，搞好通风工作，是取得良好防尘效果的重要一环。2．矿尘的沉降和扩散1)矿尘在静止空气中的沉降尘粒的沉降速度与粒径的平方成正比。10um以上的尘粒沉降速度较高，能较快地降落下来。而对人体危害较大的微细尘粒沉降速度非常小，如lum的尘粒，从lm高度降到地面，需7h，在风流中，由于紊流的作用，微细尘粒将能长时间悬浮于空气中并随风扩散。1um以下的细微尘粒基本不下沉，而在空气中处于不停歇的运动状态。矿尘在静止空气中沉降速度(Vs)可按下式计算：(m/s)式中γs、γ——分别为尘粒与空气的重率，N/m3；μ——空气的绝对粘度系数，Pa·s。d——尘粒直径，m。218)(dVss2)矿尘的扩散在矿井里，矿尘的扩散主要受控于风流。使矿尘扩散和扬起粉尘的气流，大体可分为一次尘化气流和二次气流。所谓一次尘化气流即是在产尘过程中同时产生气流。如车辆运行、煤岩垮落、割煤机滚筒旋转诱导的气流和爆破冲击波等。一次尘化气流是使矿尘飞扬扩散于作业空间的主要动力，但作用范围是有限的。二次气流是指出外部进入产尘空间的气流，主要指井下风流。其它如凿岩机的排气、风筒漏风等也属于此类。二次气流使飞扬于空气中的矿尘向更大范围扩散和蔓延，要控制它所造成的污染必须采取合理的通风措施。3．排尘风速排除井巷中的浮尘要有一定的风速，据试验观测，当巷道中风速达到0.15m/s时，5um以下的浮尘粒将随风流运动，满足最低排尘风速的要求。提高风速，粒径稍大的尘粒也能悬浮并被排走，同时增强了稀释作用。当风速增加到1.5～2m/s时，作业地点的矿尘浓度将降到最低值，故称最优排尘风速。在产尘量高，矿尘比重大，通风条件比较困难的作业地点，可适当增大排尘风速。但是风速越高，扬起矿尘的作用越强，矿尘二次扬起能严重污染矿井空气。《规程》规定：采掘工作面的最高允许风速为4m/s。二、湿式作业湿式作业是矿井防尘的一项重要技术措施，它具有简单易行，费用小，效果好等优点。我国煤矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，并配合喷雾洒水、水炮泥、水封爆破以及煤体注水等防尘技术措施。1．湿式凿岩湿式凿岩就是在凿岩过程中，将压力水通过凿岩机送入并充满孔底。以湿润，冲洗和排出产生的矿尘，是凿岩工作普遍采用的有效防尘措施。2.湿式钻眼湿式钻眼就是用湿式煤电钻在煤层中钻眼。它具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面和煤层掘进工作面的煤尘。3.洒水防尘洒水防尘是用水湿润沉积于煤、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘，当矿尘被水湿润庸，尘粒间互相附着凝集成较大的颗粒。同时，因矿尘湿润后增加了附着性，而能粘结在巷直周壁、支架煤岩表面上，这样在煤岩装运等生产过程或受到高速风流作用时，矿尘不易扬起。产尘量大的设备和地点，要设自动洒水装置。4.喷雾捕捉浮尘将水雾化成微细水滴喷射于空气中与浮尘碰撞接触，则尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。影响水滴捕尘效果的因素有水滴粒度，水滴越小，在空气中分布密度越大，与矿尘的接触机会越多，捕尘效果越好。据测定，水雾的粒度最佳为20～50um。其次是水滴与尘粒的相对速度，水滴速度高，与尘粒碰撞时有利于克服水的表面张力，而将尘粒湿润捕捉。另外，含尘风流的速度、矿尘的浓度、粒径、带电性等对捕尘效果也有影响。喷雾体结构：压力水从喷雾器中喷出后，雾粒开始作高速直线运动，直线运动的距离叫射程(La)，其间水滴具有较大的动能，捕尘效果较好。以后，因动能减少和重力作用，水滴速度减慢，水滴开始以抛物线轨迹作下落运动，此间捕尘作用减弱。水滴运动的最大距离称为作用长度(Lb)。喷射面积用喷雾体的扩张角(α)表示。喷雾器的类型水喷雾器和气水喷雾器两类5．“水泡泥”和水封爆破“水炮泥”和水封爆破的作用相同。水泡泥是用盛水的塑料袋代替部分炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂，在高温高压爆波的作用下，大部分水汽化，然后重新凝结成极细的雾滴与产生的矿尘相接触，起到降尘作用。国内外一些资料表明，水泡泥爆破要比泥封爆破工作面矿尘浓度降低40～70％，对5Pm以下的矿尘也有较好的扑捉效果。同时还能减少爆破产生的有毒有害气体。6．防尘供水防尘用水，应尽量采用集中供水的方式，将贮水池设在地面。贮水池容量不得小于正常生产时的耗水量。一般应考虑正常生产的凿岩、喷雾、洒水及煤层注水等用水量。井下凿岩防尘用水的压力应低于压风的压力，静压供水的水头，一般需保持在40～50m。如水头过大，则必须减压。供水管路的直径根据用水量和管路中合理水速(取1.5～2.2m/s)计算选取。水质要求：①.含有固体悬浮物不超过150mg/L；②.PH值在6.5～8.5之间；③.大肠杆菌不超过3个/L。三、密闭抽尘在缺水或不宜用水的特殊情况下，采用干式凿岩，就要密闭尘源，采用干式捕尘措施，干式捕尘有多种方式：1.孔口捕尘在炮眼孔口利用捕尘罩和捕尘塞密封孔口，再用压气引射器产生的负压将凿岩时产生的矿尘吸进捕尘罩、捕尘塞，经吸尘管至滤尘筒。捕尘器使用效果良好。实测数据表