煤礦的空氣粉塵檢測的創(chuàng)新技術(shù)

1、煤礦的空氣粉塵檢測技術(shù)的創(chuàng)新論文 指導(dǎo)老師 團(tuán)隊(duì)成員： 專業(yè)：11級環(huán)境工程(1)班 院系：土木與環(huán)境工程學(xué)院 完成時(shí)間：2013.05.04 目 錄摘要IAbstractI一、立題背景與意義1（1）煤礦空氣粉塵的危害1（2）煤礦空氣粉塵的來源1（3）現(xiàn)有的檢測技術(shù)分析1（4）創(chuàng)新技術(shù)的意義2二、研究內(nèi)容3（1) 定義3（2）實(shí)驗(yàn)原理3（3）實(shí)驗(yàn)器材與試劑4（4) 實(shí)驗(yàn)步驟5 三、創(chuàng)新技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)與解決的關(guān)鍵問題6 (1) 創(chuàng)新點(diǎn)6 (2) 解決的關(guān)鍵問題7四、結(jié)語7參考文獻(xiàn)7煤礦的空氣粉塵檢測的創(chuàng)新技術(shù)摘要：煤礦中含有大量的粉塵是煤工塵肺的唯一病因，提供一個(gè)有效環(huán)保的檢測方法對于降低塵肺發(fā)病

2、率和生產(chǎn)性粉塵的控制有著十分重要的意義。本課題對煤礦礦井中粉塵的來源及其危害進(jìn)行研究，并對原有的濾膜測塵法和焦磷酸質(zhì)量法進(jìn)行改進(jìn)，主要利用不同孔徑的氯乙烯纖維濾膜的阻塵性不同來檢測煤礦中粉塵的濃度和分散度，并運(yùn)用改進(jìn)的焦磷酸質(zhì)量法測定煤礦粉塵中游離二氧化硅含量。此改進(jìn)方法縮短了試驗(yàn)時(shí)間和減少實(shí)驗(yàn)誤差，并使數(shù)據(jù)分析更為便捷，從而給安全管理帶來便捷。 關(guān)鍵字：煤礦粉塵 檢測方法 二氧化硅 安全管理 Abstract：Coal contains a large amount of dust is the sole cause of coal worker's pneumoconiosis,

3、Providing a method for detecting an effective environmental protection has a very important significance for the control to reduce the incidence of pneumoconiosis and dust production. The topic research origin and harm of dust coal mine, and the original membrane was improved dust and pyrophosphate

4、quality method ，mainly using different resistance dust of different aperture of vinyl chloride fiber filter to detect the concentration of coal mine dust and dispersion, and the determination of free silica content in coal mine dust pyrophosphate quality into. This improved method can shorten the te

5、st time and reduce the experimental error, and make the data analysis more convenient, so as to bring convenience safety management. Keywords: Coal mine dust Test method Silicon dioxideSecurity administration 一、立題背景與意義（1）煤礦空氣粉塵的危害 呼吸性粉塵是煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵中的一部分，工人長期在高煤塵濃度的環(huán)境中作業(yè)，吸入呼吸性煤塵可引起塵肺，嚴(yán)重危害著煤礦工人的身體健康。

6、如果人體肺部長期吸入大量的粉塵，就可能患塵肺病。吸入游離的二氧化硅（SiO2）含量較高的粉塵引起的塵肺病是矽肺病。我國礦山企業(yè)累計(jì)已發(fā)生塵肺病近七十余萬例，死亡人數(shù)突破二十余萬，居各類職業(yè)病之首，國營煤礦每年塵肺病死亡人數(shù)已大大超過工傷死亡人數(shù)，目前每年新增塵肺病上萬例，而且呈上升趨勢，每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失上百億元，礦山職業(yè)病安全問題已成為我國一大社會公害，嚴(yán)重制約著我國采礦工業(yè)的健康發(fā)展，礦山事故和職業(yè)病已造成家庭、社會的問題，也直接影響到社會的安定。 我們團(tuán)隊(duì)為了評價(jià)工作場所粉塵的危害、加強(qiáng)防塵措施的科學(xué)管理、保護(hù)勞動者的身體健康，需對作業(yè)場所空氣中的粉塵進(jìn)行檢測。作業(yè)場所空氣中粉塵的檢

7、測，包括以下三個(gè)：作業(yè)場所總粉塵濃度、呼吸性粉塵濃度測定、粉塵中游離二氧化硅含量測定、粉塵分散度測定。（2）煤礦空氣粉塵的來源在煤礦的生產(chǎn)作業(yè)過程中，如機(jī)采、綜采、炮采、回采、錨噴、裝運(yùn)、選煤等工序，均可產(chǎn)生大量的粉塵。（3） 現(xiàn)有的檢測技術(shù)分析粉塵濃度的測定有濾膜測塵系統(tǒng)、光散射測塵儀、射線測塵儀、壓電天平測塵儀。濾膜測塵系統(tǒng)的原理是抽取一定體積的塵氣，將粉塵阻留在已知質(zhì)量的濾膜上，由采樣后濾膜的增量和抽氣體積，求出單位體積空氣中粉塵的質(zhì)量。濾膜測塵系統(tǒng)因使用設(shè)備簡單，易于操作而普遍采用。光散射測塵儀的原理是給暗室里的浮游粉塵照射光時(shí)，在粉塵物理性質(zhì)一定的條件下，粉塵的散射光強(qiáng)度正比于粉塵的

8、質(zhì)量濃度。將散射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成脈沖計(jì)數(shù)即可測出粉塵的相對質(zhì)量濃度，通過預(yù)置K值，便可直接顯示粉塵質(zhì)量濃度。射線測塵儀的原理是射線穿過待測物質(zhì)后，其強(qiáng)度衰減程度與被穿透物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)。當(dāng)儀器按規(guī)定流量抽取塵氣，塵氣通過帶狀濾紙過濾，使粉塵阻留到該濾紙上，通過測定清潔濾帶（未采塵）和采塵濾帶（已采塵）透過濾紙的射線強(qiáng)度，便能間接測出附在濾紙上的粉塵質(zhì)量濃度。壓電天平測塵儀的原理是英壓電晶體有一定的振蕩頻率，當(dāng)石英晶體表面沉積有一定量的粉塵粒子時(shí)，就會改變其振蕩頻率，根據(jù)頻率的變化得出相對粉塵濃度。然而，第一種方法在需要大流量采樣以及濾料阻力與管路阻力較大的情況下，依靠自帶電源不能較長時(shí)間穩(wěn)定工作；后

9、三種方法的進(jìn)度較高，但因儀器昂貴、操作條件要求高等原因，在基層很少應(yīng)用。粉塵分散度的測定有濾膜溶解涂片法與自然沉降法，其中測定粉塵顆粒直徑主要方法有計(jì)數(shù)法和計(jì)重法。其中濾膜溶解涂片法的實(shí)驗(yàn)原理是將采有粉塵的濾膜溶于乙酸丁酯中，攪拌均勻，制成粉塵標(biāo)本，在顯微鏡下計(jì)數(shù)測量。自然沉降法的實(shí)驗(yàn)原理是將塵氣采集于沉降器內(nèi)，使塵粒自然沉降在蓋玻片上制備標(biāo)本，在顯微鏡下計(jì)測。由于計(jì)數(shù)法測定粉塵顆粒直徑需要在顯微鏡下計(jì)數(shù)測量，不僅需要高倍的顯微鏡，而且耗時(shí)長。粉塵中游離二氧化硅含量的測定有焦磷酸質(zhì)量法與儀器法，其中儀器法有X射線衍射法和紅外光譜法。焦磷酸質(zhì)量法的原理是采集的塵樣中硅酸鹽溶于加熱的焦磷酸，而石英

10、幾乎不溶，過濾后在坩堝中灼燒，所剩余質(zhì)量減去坩堝質(zhì)量即石英質(zhì)量，以質(zhì)量法測定粉塵中游離二氧化硅含量。焦磷酸質(zhì)量法因設(shè)備簡單，易于操作而普遍使用，但該方法存在操作步驟繁瑣、耗時(shí)長和誤差不易控制等問題。X射線衍射法的原理是當(dāng)X線照射結(jié)晶物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)產(chǎn)生X線衍射，在一定條件下，衍射線的強(qiáng)度與被照射結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)量成正比，利用這一原理進(jìn)行游離二氧化硅的定量分折。紅外光譜法的原理是石英在紅外光譜中于12.5m、12.8m及14.4m處出現(xiàn)特異性強(qiáng)的吸收帶，在一定范圍內(nèi)其吸光度值與石英質(zhì)量或線性關(guān)系。由于這兩種方法的儀器昂貴、操作條件要求高等原因，儀器法很少在基層使用。（4）創(chuàng)新技術(shù)的意義隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)

11、展和國家政策的一系列變化，各地煤礦企業(yè)面臨極大的考驗(yàn)。其中人們對生活標(biāo)準(zhǔn)和工作環(huán)境的要求越來越高，所以要提高整個(gè)礦井的工作效率，激發(fā)礦工的工作積極性和主動性是煤礦管理工作中的重中之重，因此改善煤礦井下的工作環(huán)境和提高井下工作的安全度是當(dāng)務(wù)之急。安全檢測技術(shù)，它是現(xiàn)代化設(shè)備必不可少的一項(xiàng)基礎(chǔ)的綜合技術(shù)，其理論現(xiàn)已較成熟。各式各樣的檢測設(shè)備已被研制和開發(fā)，各種層次的檢測技術(shù)知識被研究出來。但相比之下，關(guān)于煤礦生產(chǎn)方面的檢測設(shè)備和檢測技術(shù)相對落后。有些檢測設(shè)備雖然達(dá)到要求，也能使用，但由于設(shè)計(jì)于實(shí)驗(yàn)室而對現(xiàn)場考慮欠周，從而使其對環(huán)境要求過高，令工作人員為提高產(chǎn)量和進(jìn)度極有可能忽視它或不從根本上應(yīng)用它

12、，使檢測設(shè)備失去其安全防護(hù)意義?，F(xiàn)階段，用于煤礦生產(chǎn)的安全檢測設(shè)備相對較少，開發(fā)此類產(chǎn)品的單位和開發(fā)人員不足，規(guī)模較小，這大大影響了該類產(chǎn)品的價(jià)格和性能。同時(shí)，這些設(shè)備的使用和數(shù)據(jù)分析需要一定的專業(yè)水平，不利于普通工人的了解和使用它，安全管理帶來一定的困難。所以在煤礦這一特殊的行業(yè)，對安全檢測技術(shù)的創(chuàng)新是重要的。通過對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，將創(chuàng)新技術(shù)更好更符合的應(yīng)用于煤礦的生產(chǎn)安全，以期望能夠保障工作人員的人生安全，減少粉塵對人員的危害，同時(shí)盡力為保護(hù)環(huán)境而做好檢測工作。二、研究內(nèi)容（1) 定義粉塵濃度：單位體積空氣中含有粉塵的質(zhì)量。粉塵分散度：指物質(zhì)被粉碎的程度，以大小不同的粉塵粒子的百分比組

13、成表示。游離二氧化硅：巖石或礦物中沒有同金屬或金屬氧化物結(jié)合的二氧化硅。（2) 實(shí)驗(yàn)原理利用儀器收集一定體積的塵氣，將粉塵阻留在已知質(zhì)量不同孔徑的濾膜上，由采樣后總的濾膜的增量和抽氣體積，求出單位體積空氣中粉塵的質(zhì)量，再按0.22m、2m、5m，10m的濾膜的增量分檔進(jìn)行記錄，并求其質(zhì)量百分比（%）。采集的塵樣中硅酸鹽溶于加熱的焦磷酸，而石英幾乎不溶，過濾后在坩堝中灼燒，所剩余質(zhì)量減去坩堝質(zhì)量即石英質(zhì)量，以質(zhì)量法測定粉塵中游離二氧化硅含量。粉塵總濃度的計(jì)算：C=M-（M1+M2+M3+M4)+m1/V呼吸性粉塵濃度的計(jì)算：C=m2-(M3+M4)/V式中：C粉塵濃度，mg/m3；M1M4采樣前

14、濾膜依次的質(zhì)量，mg；M采樣后總濾膜質(zhì)量，mg；V-收集塵氣的體積，等于重力沉降盒的體積；m1-重力沉降盒的增量；m2-采樣后第三第四個(gè)膜的質(zhì)量。粉塵分散度的計(jì)算（質(zhì)量分散度）：百分?jǐn)?shù)（%）=（采樣后濾膜的增量/采樣前濾膜的質(zhì)量）×100%粒徑m 2 2 5 10 總計(jì)質(zhì)量（mg)百分?jǐn)?shù)（%）圖一 粉塵中游離二氧化硅含量按下式計(jì)算：式中：SiO2(F)游離二氧化硅含量，%；m1坩堝質(zhì)量，g；m2坩堝加沉渣質(zhì)量，g；G粉塵樣品質(zhì)量，g；(3)實(shí)驗(yàn)器材與試劑 1.采樣器：如圖二，重力沉降盒既是采集塵氣的容器，又是沉降的地方；小型鼓風(fēng)機(jī)用于輸送氣體；后部為方形管道，內(nèi)部有濾膜夾。 2.濾膜

15、：采用過氯乙烯纖維濾膜（特點(diǎn)：阻塵率高>99%、阻力小、質(zhì)量輕、荷電性和增水性強(qiáng)）。 3.干燥器：盛有變色硅膠。 4.分析天平：（感量不低于0.0001g）。 5.鋁箔加工成的帶蓋盒子。 6.錐形燒瓶（50ml），量筒（25ml），燒杯（200-400ml），玻璃漏斗和漏斗架，溫度計(jì)（0-360），電爐（可調(diào)）高溫電爐（帶溫度控制器），瓷坩堝或鉑坩堝（25ml帶蓋），坩堝鉗或鉑尖坩鍋鉗，烘箱，定量濾紙（慢速），PH試紙，分析天平（感量為0.0001g）。 7.試劑:焦磷酸（將85%磷酸加熱到沸騰，至250不冒氣泡為止，冷卻、放試劑瓶中備用），氫氟酸，結(jié)晶硝酸銨，鹽酸。 圖二 （4) 實(shí)驗(yàn)

16、步驟 1.測塵點(diǎn)的選擇：應(yīng)選擇在接塵人員經(jīng)常活動的范圍內(nèi)，且粉塵分布較均勻處的呼吸帶。在風(fēng)流影響時(shí)，一般應(yīng)選擇在作業(yè)地點(diǎn)的下風(fēng)側(cè)或回風(fēng)側(cè)。2. 濾膜的準(zhǔn)備：用鑷子取下過氯乙烯纖維濾膜兩面的夾襯紙，按孔徑由大到小置于天平上稱量，記錄初始質(zhì)量，然后依次將濾膜裝入濾膜夾，確認(rèn)濾膜無褶皺或裂隙后，放入帶編號的樣品盒里備用。3. 采樣器的架設(shè)：取出準(zhǔn)備好的濾膜夾，裝入采樣器中擰緊，采樣時(shí)，濾膜的受塵面應(yīng)迎向含塵氣流。4. 采樣:將采樣器置于采樣點(diǎn)，打開頂蓋。然后關(guān)上頂蓋，靜置一會。最后打開鼓風(fēng)機(jī)，輸送氣體。5. 采樣后樣品的處理：采樣結(jié)束后，依次將濾膜從濾膜夾上取下，一般情況下，不需干燥處理。如果采樣的

17、現(xiàn)場的相對濕度在90以上或有水霧存在時(shí)，應(yīng)將濾膜放在干燥器內(nèi)干燥二小時(shí)后，將濾膜折疊放入鋁箔盒里（防止濾膜的靜電作用吸附灰塵），然后放在天平上稱量。注意不要把四種孔徑的濾膜混淆。6. 稱量后再放入干燥器中干燥30分鐘，再次稱量。當(dāng)相鄰兩次的質(zhì)量差不超過0.1mg時(shí)，取其最小值。 7.將所有孔徑的濾膜放入恒量的坩堝中，在80烘箱中烘干，再放在電爐上低溫碳化。記錄質(zhì)量后，放入50ml錐形燒瓶中。用焦磷酸洗入錐形燒瓶中，粉塵中含有硫化礦物（如黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦等）加數(shù)mg結(jié)晶硝酸銨。取15ml焦磷酸，放入燒瓶中搖動使樣品濕潤。放在可調(diào)電爐上迅速加熱到245250保持15分鐘，不斷攪拌。加水稀釋到

18、4050ml。將內(nèi)容物倒入燒杯中，加蒸餾水稀釋至100150ml攪均。放在電爐上煮沸內(nèi)容物，趁熱用無灰濾紙過濾。（濾液中有結(jié)晶時(shí)，需加紙漿）。用0.1N鹽酸將濾紙上的沉渣沖洗35次，再用熱蒸餾水洗至無酸性反應(yīng)。（用PH試紙檢驗(yàn)）。將濾紙折疊數(shù)次，放在恒重的瓷坩堝中，在80的烘箱中烘干，在電爐上低溫灰化（加蓋稍留一小縫）。再放高溫電爐（800900）中灼燒30min，冷卻至室溫，稱至恒定。三、創(chuàng)新技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)與解決的關(guān)鍵問題(1) 創(chuàng)新點(diǎn) 1.通過簡單儀器恒容收集粉塵氣體，不用計(jì)算體積。 2.使用四種孔徑的濾膜，將粉塵顆粒分離，簡化實(shí)驗(yàn)操作過程。 3.通過各濾膜的質(zhì)量增量直接算出粉塵分散度，增加了檢測的準(zhǔn)確度和減少分散度檢測的時(shí)間。 4.將濾膜折疊放入鋁箔盒里防止濾膜的靜電作用吸附灰塵，減小了實(shí)驗(yàn)誤差。 5.濾膜放入恒量的坩堝中，在80烘箱中烘干，再放在電爐上低溫碳化。此步驟省去再次收集粉塵樣本且無需將樣本研磨到手捻有滑感。 6.此方法過程明確，依次檢測出濃度、分散度、游離二氧化硅含量，縮短了整個(gè)檢測的時(shí)間，并且儀器的使用和數(shù)據(jù)分析簡單方便，有利于普通工人的了解和使用它，給安全管理帶來方便。(2) 解決的關(guān)鍵問題 通過技術(shù)的創(chuàng)新，優(yōu)化檢測技術(shù)，包括減小誤差 、縮短檢測時(shí)間，增加檢測的準(zhǔn)確度。通過簡單有效的檢測作業(yè)場所總粉塵濃度、工班個(gè)體和