第二章矿尘危害及防治

第二章矿尘防治目录•第一节基本概念和理论概述•第二节矿井防尘技术•第三节煤尘爆炸及其鉴定•第四节防治煤尘爆炸的技术•第五节煤尘抑爆及隔爆技术•第六节粉尘监测技术第一节基本概念和理论概述主要内容•一、矿尘的概念及矿尘分类•二、矿尘产生•三、矿尘的特性•四、矿尘灾害的形式•五、尘肺病一、粉尘概念及分类1、概念:粉尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的煤尘、岩尘和其他有毒有害粉尘的总称，又称矿尘。2、矿尘分类矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。1．按矿尘粒径划分(1)粗尘(2)细尘(3)微尘（4）超微粉尘2．按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘：悬浮飞扬的矿尘，简称浮尘。(2)沉积矿尘：沉降在巷道四周和堆积物上的矿尘，简称为落尘。浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化，浮尘因受自重的作用可以逐渐沉降下来变成落尘，而落尘当落尘受到机械振动、冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时，它可再次飞扬，又成为浮尘。其风速的变化与矿尘粒度的关系如表。落尘变成浮尘风流的变化与矿尘粒度的关系煤尘粒度／μm75～10535～7510～35吹扬风速／m·s-16.35.293.483．按矿尘的粒径组成范围划分(1)全尘（总矿尘）：所有粒径的矿尘(2)呼吸性矿尘：粒径小于5μm的矿尘4、按产生过程可分为（1）原生矿尘：因受地质构造运动和或承受的压力作用（2）次生矿尘：在各个生产环节中产生二、矿尘的产生1、自然条件地质构造情况：地质构造复杂煤层赋存情况：急倾斜煤层、厚煤层煤岩的物理性质：节理发育、结构疏松2、生产条件机械化程度：机械化程度高生产集中化：采掘速度快采煤方法：到台阶采煤法、全部垮落法通风状况：合理风速可以有效排除矿尘三、矿尘的性质1．矿尘的粒度矿尘颗粒的大小称矿尘的粒度。单位为微米。按可见度不同分为四种（1）粗尘：粒度大于40微米（2）细尘：粒度大于10-40微米；（3）微尘：粒度为0.25-10微米；（4）超微粉尘：粒度小于0.25微米。2．矿尘的分散度矿尘的分散度是指粉尘的集合体，各种粒径或粒径区间的尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法。1）重量百分比。2）数量百分比。某矿井岩石掘进工作面的矿尘分散度尘粒直径，μm矿尘分散度%2.5以下的2.6——5.05.1——10.010.0以上61.528.06.04.5三、矿尘的性质3．矿尘浓度单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度，其表示方法有两种：(1)质量法。(2)计数法。表3-1-2中国煤矿矿尘浓度标准序号矿尘中游离SiO2含量/%最高容许浓度/mg.m-3总矿尘呼吸性矿尘12345655～1010～2525～50≥5010的水泥矿尘20.010.06.04.02.066.03.52.51.51.0三、矿尘的性质4、矿尘的悬浮性分散度高的尘粒可以较长时间在空气中悬浮，不易降落，这是微细矿尘的一种物理特性，叫悬浮性。据实验，不同粒度的煤尘在静止的空气中从1m高处自由降落到底板所需的时间如表3-1-3。表3-1-3不同粒度的煤尘从lm高处自由降落到底板所需时间煤尘粒度／μm1001010.50.2降落时间2.6s4.4min7h22h92h5、矿尘的成分二氧化硅是地壳内最常见的氧化物，它以两种状态存在：一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，其危害性不大；另一种是游离状态的二氧化硅，主要为石英，它是引起人体尘肺病的主要因素。三、矿尘的性质6、矿尘的吸湿性矿尘与空气中的水分结合的现象叫吸湿性或者叫湿润性。7、矿尘的荷电性尘粒由于在粉碎过程和在空气流动中摩擦而带有电荷，悬浮在空气中的矿尘亦可直接吸附空气中的离子而产生电荷。8、粉尘的表面积性和粘附性9、矿尘的爆炸性矿尘的荷电性对矿尘在空气中的稳定程度有影响。表3-1-4是一次实测所得数据。作业方式带正电荷粒子（％）带负电荷粒子（％）不带电粒子（％）干式凿岩49.844.06.2湿式凿岩46.743.010.3爆破34.550.614.9表3-1-4井下矿尘的电荷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，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。四、矿尘灾害的形式五、尘肺病•1．尘肺病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）(2)煤硅肺病（煤矽肺）(3)煤肺病。•2．尘肺病发病原因•在中国有超过2亿人受到职业病的威胁和危害。而在各类职业病中，尘肺病占到80%。尘肺病包括12种疾病，主要表现是肺组织弥漫性纤维化，矽肺病是最常见的一种尘肺病。•据卫生部门统计，截至2006年底，全国累计报告职业病67.6万例，其中尘肺病累计发病61万多例，病人广泛分布于煤炭、冶金、坑道建设等行业。自上世纪50年代以来，中国有14万多人死于职业尘肺病，每年新增约1万例，以上各数据均居世界首位。•尘肺病波及人数众多，而且不可治愈，由此消耗的社会资源要远远高于矿难等突发性灾难。现在全国出现了许多“尘肺村”。尘肺病的发病情况尘肺病名称工种粉尘性质二氧化硅含量患病率占煤矿尘肺病总数的百分比矽肺岩石掘进工岩尘20%-70%4.22%20%-30%煤矽肺采掘混合工煤尘和岩尘不定2.35%60%-75%煤肺纯采煤工煤尘小于5%0.30%5%-10%•3、影响尘肺病的发病因素(1)矿尘的成分(2)矿尘粒度及分散度(3)矿尘浓度(4)个体方面的因素（5）接触时间和发病工龄第二节矿井防尘技术主要内容•一、通风防尘•二、湿式作业•三、密封抽尘•四、泡沫除尘•五、个体防护一、通风除尘（一）通风排尘的作用通风排尘技术是稀释和排出作业地点悬浮的矿尘，防止其过量积聚的有效措施。（二）粉尘的沉降和扩散（三）排尘的风速二、湿式作业湿式作业是利用水或其他液体，使之与尘粒相接触而捕集矿尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。（一）湿式凿岩、钻眼该方法的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。（二）洒水防尘（三）喷雾捕捉浮尘1、原理（1）惯性碰撞作用（2）扩散作用（3）凝聚作用2、影响湿式除尘的主要因素（1）水滴的粒度与分布的密度（2）水滴与尘粒的相对速度（3）耗水量（4）粉尘相对密度（5）粉尘的湿润性3、喷雾器4、喷雾器的类型（1）单水喷雾器（2）单水引射喷雾器（3）风水喷雾器（4）喷雾自动控制（四）水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥都是由钻孔注水湿润煤体演变而来的，它是将注水和爆破联结起来，不仅起到消除炮烟和防尘作用，而且还提高了炸药的爆破效果。（五）防尘供水（1）水封爆破。水封爆破就是在工作面打好炮眼后，先注入压力不超过4.903×106Pa(50kg/cm2)的高压水，使之沿煤层节理、裂隙渗透，直到煤壁见水为止。然后装入防水炸药，再将注水器插入炮眼进行水封，如图2-2-5所示。图2-2-5水封爆破1—安全链；2—雷管脚线；3—注水器；4—胶圈；5—水；6—炸药（2）水炮泥。水炮泥是用装水塑料袋填于炮眼内代替粘土使用。水炮泥的形式有两种：一种是刀把型的人工结扎封口水炮泥；另一种是双层自动封口水炮泥，其形式如图3-2-6a、b所示。图3-2-6塑料水炮泥(a)—人工结扎封口；(b)—双层自动封口三、密闭抽尘密闭抽尘是把局部产尘点密闭起来，防治矿尘飞扬扩散，然后再将矿尘抽到集尘器中。四、净化风流净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将粉尘捕获而净化风流的技术措施。1、水幕净化风流2、湿式旋流除尘风机3、旋流粉尘净化器巷道水幕净化风流水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。如图3-2-11所示一般安设位置为：图3-2-11巷道水幕示意图1-水管；2-喷雾器①矿井总进风设在距井口20～100m巷道内；②采区进风设在风流分叉口支流内侧20～50m巷道内；③采煤工作面回风设在距工作面回风口10～20m回风巷内；④掘进回风设在距工作面30～50m巷道内；⑤巷道中产尘源净化设在尘源下风侧5～10m巷道内。五、泡沫除尘1、原理：将起泡能力很强的起泡溶液，通过喷嘴，均匀地喷洒在发泡网格上形成薄膜，再经风流的吹激，使每个网格连续不断地形成气、液两相的空气机械泡沫。气流使泡沫离开网格，并沿着输泡管流动，输往尘源，将粉尘湿润和隔绝并沉积下来，尤其是对微细的尘粒，具有很强的积聚能力。2、泡沫除尘的优点及适用范围（1）耗水量低（2）除尘效率高（3）适用于运输机转载点，矿车翻笼、溜矿槽、采煤机等六、个体防尘矿井要求所有接触矿尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是：阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野。图3-2-22AFM-l型防尘送风头盔1—轴流风机；2—主过滤器；3—头盔；4—面罩；5—预过滤器第三节煤尘爆炸及其鉴定•一、煤尘爆炸的机理•二、煤尘爆炸必要条件•三、影响煤尘爆炸的因素•四、煤尘爆炸的特征•五、煤尘爆炸性鉴定一、煤尘爆炸的机理爆炸的原因：(1)煤炭被迫碎成微细颗粒的煤尘以后，增大了表面积。（2）煤尘受热后，单位时间内能吸收较多的热量，使温度很快升高，释放可燃气体。可燃气体在爆炸界限内遇到明火爆炸。爆炸的过程：第一步是悬浮的煤尘在热源作用下被干馏而放出可燃气体；第二步是可燃气体与空气混合，在高温高压作业下吸收能量，形成一定数量的火化中心，发生燃烧并释放热量；第三步是煤尘燃烧放出热量，热量迅速传递给周围的煤尘，这些煤尘也受热分解，跟着燃烧起来。•二、煤尘爆炸的必要条件（1）煤尘本身具有爆炸性；煤尘的爆炸危险性可以由挥发份作为大致的判断；若确定煤尘是否有爆炸性，必须进行煤尘爆炸鉴定（2）煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定浓度；煤尘爆炸下限浓度为40g/m3,上限为1500--2000g/m3，（3）有点燃煤尘爆炸的热源。引燃温度在：610•二、煤尘爆炸的必要条件（1）煤尘本身具有爆炸性；煤尘的爆炸危险性可以由挥发份作为大致的判断；若确定煤尘是否有爆炸性，必须进行煤尘爆炸鉴定（2）煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定浓度；煤尘爆炸下限浓度为40g/m3,上限为1500--2000g/m3，（3）有点燃煤尘爆炸的热源。引燃温度：610—1050°C，一般为700-800°c.热源有：爆破火焰、电气火花、摩擦火花、瓦斯爆炸及井下明火。三.影响煤尘爆炸的因素（1）煤的物理化学性质①挥发分。②灰分。③水分。（2）煤尘粒度。（3）矿井的瓦斯浓度。四、煤尘爆炸的特征（1）煤尘爆炸产生“黏焦”。（2）煤尘爆炸有一个感应期。（3）爆炸温度。（4）产生高压（5）煤尘爆炸产生大量的一氧化碳气体（6）爆炸呈现连续、跳跃式发展，而且表现出离爆源越远，破坏性越严重。五、煤尘爆炸性鉴定•方法有两种1、坑道法。该方法比较复杂，一般情况不使用2、管道法。使用大管状煤尘爆炸鉴定仪进行鉴定。第四节防止煤尘爆炸的技术措施•一、减尘技术•二、降低浮尘和消除落尘•三、防治煤尘引燃一、减尘技术（一）煤层注水1、煤层注水减尘的实质用水预先湿润煤体，即在煤层未开采前打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体的内部增加煤层的水分。2、煤层注水的作用（1）降低原生煤尘的产尘量（2）预防次生煤尘的产生（3）改变煤的物理力学性质3、影响煤层注水效果的因素•（1）煤层注水的效果同煤层的裂隙及孔隙的发育程度有关。•（2）煤层的注水效果与煤层的埋藏深度和地压的集中程度有关。埋藏越深，地压越集中的地方，煤层的孔隙被压紧，透水性越差。•（3）与煤体的湿润能力有关。其取决于水与煤体的湿润角和水的表面张力系数。•（4）煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。4、煤层注水方法煤层注水的方式有：超前长钻孔注水、短钻孔注水、深孔注水和巷道钻孔注水等多种方式。煤层注水所使用的设备主要包括钻机、水泵、分流器及水表等，见图3-2-1。表3-2-1煤层注水方式的种类注水力式钻孔地点钻孔长度/m特点