第十一章 礦塵

第十一章礦塵第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四概述礦塵性質礦山塵肺病煤塵爆炸及其預防綜合防塵技術礦塵測定第十一章礦塵第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四一、礦塵的基本概念從自然界的空氣中，人們所吸入的不僅僅是氣體，也含有一定量的液體和固體顆粒，通常被稱為塵埃。在工業(yè)生產(chǎn)中也會產(chǎn)生大量的微小固體顆粒，一般稱之為粉塵，絕大多數(shù)粉塵的顆粒小到我們的肉眼都看不到。從生理學角度，自然界中產(chǎn)生的大部分塵埃，人體已能有效地進行處理。在一些工業(yè)工作環(huán)境中，空氣中的浮塵濃度已經(jīng)超過了人體呼吸系統(tǒng)所能處理的能力，由粉塵所引起的呼吸問題是最早的工業(yè)職業(yè)病之一。第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四礦塵在礦井生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各種巖礦微粒統(tǒng)稱礦塵，也叫粉塵。飛揚在空氣中的礦塵稱為浮塵，浮塵在空氣中飛揚的時間不僅與塵粒的大小、重量、形狀有關，還與空氣的濕度、風速有密切關系。對礦井安全生產(chǎn)與井下工作人員的健康有直接影響的是浮塵，因此，浮塵是礦井防塵的主要對象。從空氣中沉降下來的礦塵稱為積塵。隨外界條件的改變，浮塵和積塵可以相互轉化，積塵是產(chǎn)生礦井連續(xù)爆炸的最大隱患。第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四呼吸性粉塵按對人體的危害程度將礦塵分為呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵。呼吸性粉塵是指能在人體肺泡內沉積的，粒徑在5~7微米以下的粉塵，特別是2微米以下的粉塵。呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵之和就是全塵。第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四礦塵濃度礦井空氣中所含浮塵的數(shù)量叫做礦塵濃度。礦塵濃度的表示方法有兩種：質量法，每立方米空氣中所含浮塵的毫克數(shù)，mg／m3；計數(shù)法，每立方厘米空氣中所含浮塵的顆粒數(shù)，粒／cm3。第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四計量礦塵濃度采用質量法礦塵濃度的大小直接影響著礦塵危害的嚴重程度，是衡量作業(yè)環(huán)境的勞動衛(wèi)生狀況和評價防塵技術效果的重要指標。國內外早期都使用計數(shù)法，后因認識到計數(shù)法不能很好地反映礦塵的危害性，從20世紀50年代末起，國內外廣泛開始采用質量法來計量礦塵濃度。第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四礦塵產(chǎn)生狀況的指標礦塵濃度（C），懸浮于單位體積空氣中的礦塵量，mg/m3；產(chǎn)塵強度（G），單位時間內進入礦內空氣中的礦塵量，mg/min；相對產(chǎn)塵強度（G’）每采掘一噸礦（巖）所產(chǎn)生的礦塵量，mg/t。第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二、礦塵的產(chǎn)生在礦山生產(chǎn)過程中，如鉆眼作業(yè)、炸藥爆破、掘進機及采煤機作業(yè)、頂板管理、礦物的裝載及運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的礦塵。在現(xiàn)有防塵技術措施的條件下，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的浮塵比例大致為：采煤工作面產(chǎn)塵量占45％～80％；掘進工作面產(chǎn)塵量占20％～38％；錨噴作業(yè)點產(chǎn)塵量占10％～15％；運輸通風巷道產(chǎn)塵量占5％～l0％；其他作業(yè)點占2％～5％。各作業(yè)點隨機械化程度的提高，礦塵的生成量也將增大，因此防塵工作也就更加重要。第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四11.2礦塵性質1、礦塵的成分和游離二氧化硅的含量礦巖被粉碎成礦塵后，化學成分基本上無改變。從安全衛(wèi)生角度考慮，主要了解礦塵中是否含有有毒物質、放射性物質、燃燒與爆炸性物質和游離二氧化硅，以便采取相應的預防措施。游離狀態(tài)的二氧化硅（主要是石英）是許多礦巖的組成成分，如煤礦上常見的頁巖、砂巖、礫巖和石灰?guī)r等中游離SiO2的含量通常多在20％～50％，煤塵中的含量一般不超過5％，半煤巖中的含量在20%左右。礦塵中游離SiO2的含量是危害人體的決定因素，其含量越高，危害越大。第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四1、礦塵的成分和游離二氧化硅的含量從工業(yè)衛(wèi)生角度來說，各種粉塵對人體都是有害的，粉塵的化學組成及其在空氣中的濃度，直接決定對人體的危害程度，粉塵中含游離二氧化硅的量越高，危害越嚴重。二氧化硅是地殼上最常見的氧化物，是許多種巖石和礦物的重要組成部分，它有兩種存在狀態(tài)，一種是結合狀態(tài)的二氧化硅，即硅酸鹽礦物，如長石(K2O·Al203·6Si02)；石棉(CaO·3MgO·4SiO2)；高嶺土(Al203·2SiO2·2H2O)，滑石(3Mg0·4SiO2·H20)等等。另一種是游離狀態(tài)的二氧化硅，主要是石英，在自然界中分布很廣。粉塵中的游離二氧化硅的含量是引起并促進塵肺病及病程發(fā)展的主要因素，含量越高，其危害越大。許多礦巖都含有游離二氧化硅，煤系地層由于沉積環(huán)境不同、巖性不同，其游離二氧化硅含量變化較大，煤層中以煤為主，或者時也伴有夾石等，從煤種來看，無煙煤的二氧化硅的含量高于煙煤。第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2、礦塵的粒徑礦塵顆粒大小的尺度稱為粒徑，其單位用微米（μm，1μm=10-6m）表示。礦塵的形狀很不規(guī)則，不能直接用直徑表示；一般采用有不同定義的“當量粒徑”，根據(jù)測定方法與目的確定。礦山一般用顯微鏡測定的塵粒投影定向徑表示，如圖1所示。按粒徑大小，礦塵可分為：粗塵，粒徑大于40μm，相當于一般篩分的最小顆粒，在空氣中極易沉降；細塵，粒徑為10～40μm，肉眼可見，在靜止空氣中做加速沉降；微塵，粒徑為0.25—10μm，用光學顯微鏡可以觀察到，在靜止空氣中做等速沉降；超微塵，粒徑小于0.25μm，要用電子顯微鏡才能觀察到，在空氣中做擴散運動。第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四常規(guī)浮塵的粒度范圍懸浮顆粒類型大小范圍

(10-6m)下限上限呼吸性粉塵煤塵及其他巖塵正?？諝饣覊m柴油煙氣病毒細菌煙草煙氣引起過敏的花粉塵霧薄霧細雨-0.10.0010.050.0030.150.011855010071002010.053016050100400第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3、礦塵的分散度在全部礦塵中各種粒徑的塵粒所占的百分比叫做礦塵的分散度。礦塵分散度有兩種表示方法：數(shù)量分散度，指各粒徑區(qū)間塵粒的顆粒數(shù)占總額粒數(shù)的百分比；質量分散度，指各粒徑區(qū)間塵粒的質量占總質量的百分比。粒級的劃分是根據(jù)粒度大小和測試目的確定的，我國工礦企業(yè)將礦塵粒級劃分為4級，小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm。礦塵分散度是衡量礦塵顆粒大小構成的一個重要指標，是研究礦塵性質與危害的一個重要參數(shù)。礦塵總量中微細顆粒多，所占比例大時，稱為高分散度礦塵；反之，如果礦塵中粗大顆粒多，所占比例大，就稱作低分散度礦塵。礦塵的分散度越高，危害性越大。第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四4、礦塵的濕潤性粉塵粒子能否與液體相互附著或附著難易的性質稱為粉塵的潤濕性或吸濕性、浸潤性等。粉塵粒子與液體接觸時，如果接觸面能擴大而相互附著，就是能被潤濕；如果接觸面趨于縮小而不能相互附著，則為不能被潤濕。粉塵的粒徑、形狀、含水率、表面粗糙度及荷電性等對潤濕性有影響。同類粉塵，球形塵粒比不規(guī)則塵粒潤濕性島塵粒越細潤濕能力越差。液體的表面張力越小，越易被粉塵吸濕，如酒精、煤油等的表面張力小，對粉塵的潤濕比水好。塵粒與水霧粒的相對運動速度較高時易被吸濕。粉塵的吸濕能力還隨著環(huán)境溫度上升而下降，隨氣溫的增加而增加。第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四粉塵的吸濕能力由于不同粉塵對同一液體的親、憎程度是不同的，可用濕潤角和吸濕速度表示其吸濕能力：（1）濕潤角（2）吸濕速度通常取粉塵的吸濕時間為20min，測出此時的吸濕高度L20(mm)，則吸濕速度為：第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四5、礦塵的比表面積礦塵的比表面積與粒度成反比，粒度越小，比表面積越大，因而這兩個指標都可以用來衡量礦塵顆粒的大小。煤巖破碎成微細的塵粒后，首先其比表面積增加，因而化學活性、溶解性和吸附能力明顯增加；其次更容易懸浮于空氣中，表11—1—2所示為在靜止空氣中不同粒度的塵粒從1m高處降落到底板所需的時間；另外，粒度減小容易使其進人人體呼吸系統(tǒng)，據(jù)研究，只有5μm以下粒徑的礦塵才能進入人的肺內，是礦井防塵的重點對象。第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四6、礦塵的電性質礦塵是一種微小粒子，因空氣的電離以及塵粒之間的碰撞、摩擦等作用，使塵粒帶有電荷，可能是正電荷，也可能是負電荷，帶有相同電荷的塵粒，互相排斥，不易凝聚沉降；帶有相異電荷時，則相互吸引，加速沉降，因此有效利用礦塵的這種荷電性，也是降低礦塵濃度，減少礦塵危害的方法之一。第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四7、礦塵的爆炸性煤塵和有些礦塵（如硫化礦塵）在空氣中達到一定濃度并在外界高溫熱源作用下，能發(fā)生爆炸，稱為爆炸性礦塵。礦塵爆炸時產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生大量有毒有害氣體，對安全生產(chǎn)有極大的危害，防止煤塵的爆炸是具有煤塵爆炸危險性礦井的主要安全工作之一。第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二、礦塵的來源粉碎作業(yè)機械化采礦支護作業(yè)爆破作業(yè)裝載作業(yè)運輸和碾壓第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四三、礦塵在空氣中的運動特性1、礦塵沉降的重力作用第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四11.3礦山塵肺病11.3.1礦山塵肺病簡介塵肺病是工人在生產(chǎn)中長期吸人大量微細粉塵而引起的以纖維組織增生為主要特征的肺部疾病。它是一種嚴重的礦工職業(yè)病，一旦患病，目前還很難治愈。因其發(fā)病緩慢，病程較長，且有一定的潛伏期，不同于瓦斯、煤塵爆炸和冒頂?shù)裙鹿誓敲从|目驚心，因此往往不被人們所重視。而實際上由塵肺病引發(fā)的礦工致殘和死亡人數(shù)，在國內外都遠遠高于各類工傷事故的總和。第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四煤礦塵肺病類型硅肺病(矽肺病)：由于吸人含游離SiO2含量較高的巖塵而引起的塵肺病稱為硅肺?。ɑ颊叨酁殚L期從事巖巷掘進的礦工）；煤硅肺病(煤矽肺)：由于同時吸人煤塵和含游離SiO2的巖塵所引起的塵肺病稱為煤硅肺?。ɑ颊叨酁閹r巷掘進和采煤的混合工種礦工）；煤肺病：由于大量吸入煤塵而引起的塵肺病多屬煤肺病（患者多為長期單一的在煤層中從事采掘工作的礦工）。第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四煤礦塵肺病我國煤礦工人工種變動較大，長期固定從事單一工種的很少，因此煤礦塵肺病中以煤硅肺病比重最大，約占80％左右。作業(yè)人員從接觸礦塵開始到肺部出現(xiàn)纖維化病變所經(jīng)歷的時間稱為發(fā)病工齡。塵肺病中最危險的是硅肺病，發(fā)病工齡最短(一般10年左右)，煤肺病的發(fā)病工齡一般為20～30年，煤硅肺病介于兩者之間。第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二、塵肺病的發(fā)生機理被毛細血管覆蓋的氣泡群鼻咽喉氣管支氣管細支氣管第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四影響塵肺病的發(fā)病因素(1)礦塵的成分

能夠引起肺部纖維病變的礦塵，多半含有游離SiO2，其含量越高，發(fā)病工齡越短，病變的發(fā)展程度越快。對于煤塵，引起煤肺病的主要是它的有機質(即揮發(fā)分)含量。據(jù)試驗，煤化作用程度越低，危害越大，因為煤塵的危害和肺內的積塵量都與煤化作用程度有關。第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四影響塵肺病的發(fā)病因素(2)礦塵粒度及分散度

塵肺病變主要是發(fā)生在肺臟的最基本單元即肺泡內。礦塵粒度不同，對人體的危害性也不同。5μm以上的礦塵對塵肺病的發(fā)生影響不大；5μm以下的礦塵可以進入下呼吸道并沉積在肺泡中，最危險的粒度是2μm左右的礦塵。由此可見，礦塵的粒度越小，分散度越高，對人體的危害就越大。第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四影響塵肺病的發(fā)病因素(3)礦塵濃度

塵肺病的發(fā)生和進入肺部的礦塵量有直接的關系，也就是說，塵肺的發(fā)病工齡和作業(yè)場所的礦塵濃度成正比。國外的統(tǒng)計資料表明，在高礦塵濃度的場所工作時，平均5～10年就有可能導致硅肺病，如果礦塵中的游離SiO2含量達80％～90％，甚至1.5～2年即可發(fā)病?？諝庵械牡V塵濃度降低到《規(guī)程》規(guī)定的標準以下，工作幾十年，肺部吸入的礦塵總量仍不足達到致病的程度。第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四影響塵肺病的發(fā)病因素(4)個體方面的因素

礦塵引起塵肺病是通過人體而進行的，所以人的機體條件，如年齡、營養(yǎng)、健康狀況、生活習性、衛(wèi)生條件等，對塵肺的發(fā)生、發(fā)展有一定的影響。塵肺病在目前的技術水平下盡管很難完全治愈，但它是可以預防的。只要積極推廣綜合防塵技術，就可以達到降低塵肺病的發(fā)病率及死亡率的目的。第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)、煤塵爆炸及其預防一、煤塵爆炸1、煤塵爆炸機理煤被破碎成煤塵后，其比表面積顯著增大，與氧的接觸面積及吸附氧分子的數(shù)量亦相應增加。在高溫熱源作用下，氧分子與碳發(fā)生氧化反應而生熱，并促進了煤塵粒子在高溫下的熱分解而產(chǎn)生可燃氣體，如揮發(fā)份含量為20~26%的1kg焦煤，受熱后能放出可燃氣體295~350L，這些可燃氣體與空氣混合后便著火燃燒。局部燃燒放出的熱量以分子熱傳導、輻射、對流等復合傳熱方式傳給附近懸浮著的煤塵，又使這些煤粒子受熱分解，產(chǎn)生可燃氣體而著火燃燒，于是燃燒便如此循環(huán)地繼續(xù)下去，隨著每個循環(huán)的逐次進行，反應速度也逐次加快，定常燃燒非常迅速地轉變成激烈的非定常燃燒，從而在極短的時間內，使空間氣體的壓力猛烈增高，形成了煤塵爆炸。第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2、煤塵爆炸特征（1）易產(chǎn)生連續(xù)爆炸爆炸壓力一次比一次增高，呈跳躍式發(fā)展。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達1120m／s，沖擊波的速度可達2000m／s，爆炸的壓力可達到1700kPa。在煤礦井下，這種爆炸有時沿巷道傳播數(shù)千米以外，而且距爆源點越遠其破壞性越嚴重。因此，煤塵爆炸具有易產(chǎn)生連續(xù)爆炸、受災范圍廣、災害程度嚴重的重要特點。第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四煤塵爆炸特征（2）產(chǎn)生粘塊與皮渣煤塵爆炸時，對于結焦性煤塵(氣煤、肥煤及焦煤的煤塵)會產(chǎn)生焦炭皮渣與粘塊粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根據(jù)這些爆炸產(chǎn)物，可以判斷發(fā)生的爆炸事故是屬于瓦斯爆炸或煤塵爆炸。同時還可以根據(jù)煤塵爆炸產(chǎn)生的皮渣與粘塊粘附在支柱上的位置直觀判斷煤塵爆炸的強度。但是只有氣煤、肥煤、焦煤等粘結性煤塵爆炸時，才能產(chǎn)生“粘焦”。第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四煤塵爆炸特征（3）產(chǎn)生大量有毒有害氣體煤塵爆炸時，要產(chǎn)生比沼氣爆炸生成量多的有毒有害氣其生成量與煤質和爆炸的強度等有關。一次煤塵爆炸后氣體成分組成的成分其中CO~CO2的濃度較大，O2濃度很小，這是煤塵爆炸造成人員傷亡的主要原因。（4）揮發(fā)分含量減少煤塵爆炸時，它的揮發(fā)分含量將減少，對于不結焦煤塵(即爆炸時不產(chǎn)生焦炭皮渣與粘塊的煤塵)，可利用這一特點來判斷井下的爆炸事故中煤塵是否參與了爆炸。第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四煤塵爆炸的必要條件煤塵爆炸必須具備三個條件：煤塵自身具有爆炸性，懸浮在空氣中并具有一定的濃度，有引燃煤塵爆炸的熱源。這三個條件缺任何一個條件煤塵都不可能發(fā)生爆炸。第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（1）煤塵的爆炸性過去認為，揮發(fā)份含量小于10%時，煤塵失去爆炸性。但必須指出，作為煤的組成成份非常復雜，同類煤的揮發(fā)份成份及其含量也不一樣，所以揮發(fā)份含量不能作為判斷煤塵有無爆炸危險的唯一依據(jù)。例如松藻二井Va=15.92%,但無煤塵爆炸危險；而江西萍鄉(xiāng)青山礦Va小于10%，卻有爆炸危險。因此《規(guī)程》規(guī)定，煤塵有無爆炸危險，必須通過煤塵爆炸性試驗鑒定。第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（2）煤塵爆炸濃度煤塵爆炸與傳播是由于細小可燃微粒依次燃燒的結果。如果微粒之間相距比較遠，那么燃燒微粒的熱量就不能足夠多地傳到臨近它的微粒并使其燃燒，因此爆炸也就不能夠擴展開來。當可燃微粒之間的距離剛剛能夠使燃燒傳遞下去的時，這就是最小爆炸濃度極限。與此同時還存在另一個極限，那就是可燃微粒之間的距離太近，以至于沒有足夠的氧氣來使燃燒完全進行下去。那么整個燃燒系統(tǒng)就會變成富燃料燃燒，從而產(chǎn)生的熱量下降。因此，最高爆炸極限就是可燃微粒在該濃度情況下燃燒溫度為該可燃微粒的燃點時的濃度極限。第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（2）煤塵爆炸濃度第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（3）高溫熱源第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二、抑制煤塵的產(chǎn)生煤層注水是重要的防塵措施。注水后的煤體，在回采及整個生產(chǎn)流程中，都具有連續(xù)的防塵作用，而其它防塵措施則為局部的。煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源。水進入煤體各級孔、裂隙，甚至1微米以下的微孔隙中也充滿了毛細作用滲入的水，使煤體均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而抑制了煤塵的產(chǎn)生。水進人煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎