第十一章矿尘防治

第十一章矿山防尘本章的主要内容：掌握矿尘的分类，了解其危害，掌握矿尘的计量指标和矿尘性质；了解尘肺病的机理；了解矿尘爆炸机理和特征；掌握煤尘爆炸条件和影响因素；了解预防煤尘爆炸的技术措施；掌握矿山综合防尘措施。本章的难点与难点：1、矿尘的计量指标；2、矿尘性质；3、掌握煤尘爆炸条件；4、煤尘爆炸影响因素；5、综合防尘第一节矿尘及其性质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，还应包括其他有毒有害粉尘如炮烟，我国通常把0.75～1.0mm以下的矸料叫矿尘。在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为：采煤工作面产尘量占45％～80％；掘进工作面产尘量占20％～38％，锚喷作业点产尘量占10％～15％；运输通风巷道产尘量占5％～10％，其他作业点占2％～5％。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。几种常用的分类方法：1(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，扩散运动。2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，它能通过人的呼吸道进入肺区，是导致尘肺病的主要病因，对人体危害很大。二、矿尘的危害矿尘具有很大的危害性(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。此外，煤矿向大气排放的粉尘对矿区周围的生态环境也会产生很大影响，对生活环境、植物生长环境可能造成严重破坏。三、含尘量的计量指标1、矿尘浓度(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/m3我国规定采用质量法表示和测定矿尘浓度。计数法测定只作为参考和用以计算矿尘分散度。《规程》对井下有人工作的地点和人行道的空气中粉尘浓度标准做了明确规定,2、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。四、矿尘性质1、矿尘中游离SiO2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。煤岩破碎成微细的尘粒后，其总表面积有很大增加，因而化学活性、溶解性和呼附能力明显增加；其动力特性是更容易悬浮于空气中；粒度减小使其容易进入人体呼吸系统(5um以下粒径)。D6r3r34r432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；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。《规程》规定粉尘分散度，每半年测定一次。4、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，常用喷雾洒水和湿式除尘器降尘。疏水性矿尘：不容易被水湿润，而多采用水中添加湿润剂，增加水的动能等方法来进行除尘。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。五、影响矿尘产生量的因素影响矿尘产生量的因素主要包括以下两个方面：1．自然因素（1）地质构造地质构造破坏严重的地区，断层、褶曲比较发育，煤岩较为破碎，矿尘的产生量大。（2）煤层赋存条件同样技术条件下，开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量大；开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的产尘量多。（3）煤岩的物理性质节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩，开采时产尘量较大；反之则小。2．生产技术因素（1）采煤方法不同的采煤方法，产生量也不一样。如：急倾斜煤层采用倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量要大的多；全部冒落法管理顶板比充填法管理顶板产尘量要大。（2）机械化程度机械化程度越高，煤岩破碎程度越严重，产尘量就越大（3）开采强度随着开采强度的加大，采掘推进速度加快，产量增加，产尘量将显著加大；同时，由于矿井的风量加大，风速加快，扬起积尘且飘浮时间长，传播远，矿内空气中的矿尘浓度将增大。（4）开采深度随着开采深度的增加，地温增高，煤（岩）体内原始水分降低，煤（岩）干燥，开采时产尘量就大。（5）通风状况风速太小，不能将浮尘带出矿井。风速过大，又将积尘扬起。单从降尘角度考虑，工作面风速以1.2～1.6m/s较好，产尘最少。第二节矿山尘肺病新的尘肺病诊断标准中规定的尘肺病的定义是：“尘肺病是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺内滞留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病。”它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈，且因发病缓慢病程较长，不同于煤尘、瓦斯爆炸事故一次伤害严重，常不易被人们所重视。实际上尘肺病引起的致残和死亡人数，在国内外都十分惊人。从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（2005.4）获悉：我国的职业病危害形势十分严峻，职业病防治工作与我国快速发展的经济形势极不适应。我国有毒有害企业超过1600万家，受到职业危害的人数超过2亿。2003年全国报告各类职业病发病数为10467例，其中尘肺病发病数占了80%。上世纪50年代以来我国报告累计尘肺病例58万多人，已死亡14万多人，现患者44万多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低，报告不全，专家估计实际发病要比报告的例数多10倍，尘肺实际发生的病例数不少于100万例。有关尘肺的危害在国内外的很早的史料都有记载，如北宋（960-1127）孙平仲在所著《谈苑》中指出，“后苑银作镀金，为水银所熏，头首俱颤；卖饼家窥炉，目皆早昏；贾谷山采石人，石末伤肺，肺焦多死”；欧洲文艺复兴后期工业迅速发展后西方矿冶书籍中也有矿工“痨病”之词；17世纪早期解剖学著作中有“切石之死于哮喘，解刀入肺似入沙石”之说。1、尘肺类的分类(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(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。2、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(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(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。二、尘肺病的发病症状及影响因素1、尘肺病的发病症状第一期第二期：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2、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《规程》规定作业场所空气中粉尘（总粉尘、呼吸性粉尘）浓度应符合表26要求。第三节煤尘爆炸及预防煤矿在生产过程中，采掘装运作业均可产生大量煤尘。其中，采掘作业产生的煤尘量占80%，装运产生的煤尘量占20%。具有煤尘爆炸危险的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事故的可能。其灾害程度可造成矿毁人亡，国内外煤矿曾多次发生煤尘爆炸事故。典型案例如下：1906年，法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡1099人，煤矿经两年重建才恢复生产。这是一个无瓦斯煤矿，也是世界上第一次发生煤尘爆炸。从此，世界上各主要产煤国家对煤尘爆炸开始进行广泛研究，重视预防煤尘爆炸事故工作。1907年，美国孟诺加煤矿发生煤尘爆炸，死亡362人，占入井人数的97%。1910年，英国黑里顿煤矿发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。1913～1933年，法国和英国还多次发生煤尘、瓦斯煤尘爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。1942年，日本侵占东北时期，采取不顾工人死活的掠夺式生产方式，致使本溪煤矿发生了世界史上最大的一次瓦斯煤尘爆炸事故，死亡1549人，伤残246人，死亡者中多为CO中毒。事故前巷道内沉积了大量煤尘，电火花点燃局部聚存瓦斯而引起煤尘爆炸。为掩人耳目，日本侵略者将矿井封闭。1962年，山西大同老白洞煤矿在高产日发生了电火花引燃局部瓦斯导致煤尘爆炸，死亡629人。1963年，日本三池煤矿发生煤尘爆炸，死亡458人，伤832人，死亡者多为CO中毒。这次事故是发生在该煤矿的主提煤斜井，是电绞车提升装满煤的串车，由于矿车脱钩顺斜井翻滚滑下，将沉积的大量煤尘和矿车内的煤冲击飞扬形成煤尘云，加之矿车与轨道摩擦产生火花，引起煤尘大爆炸。此事故后经还原实验证实。2005年11月27日，黑龙江七台河矿难事故(主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸)，确认在事故中遇难人数为171人，其中包括169名井下遇难矿工和井上2名地面遇难人员.一、煤尘爆炸的机理及特征1、煤尘爆炸的机理煤尘的燃烧和爆炸实际上是煤尘及其释放的可燃性气体的燃烧和爆炸，它的氧化反应主要是在气相内进行的。因此煤尘爆炸与瓦斯爆炸具有相似之处。但因在固体煤粒表面也有氧化燃烧作用发生，所以煤尘爆炸又有其独特之处。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