9 矿井粉尘的产生、性质及危害

密度或表观密度ρb（kg/m3）：
粉尘的质量
b 粉尘所占容积
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粉尘的安置角及比表面积
将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成圆锥体的锥体角
叫做静安置角或自然堆积角，一般为35°～50°。将粉
尘置于光滑的平板上，使该板倾斜到粉尘开始滑动时的
倾斜角称为动安置角或滑动角，一般为35°～50°。
物料被粉碎为微细粉尘，其比表面积显著增加。单位质
量(或单位体积)粉尘的总表面积称为比表面积。假设尘
粒为与其它同体积的球形粒子，则比表面积Sw（㎡/kg ）
与粒径的关系为：
Sw


d
2 p
1 6
d
3 p

p

6 pd p
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凝聚与附着
细微粉尘增大了表面能，即增强了尘粒的结合力，一般 把尘粒间互相结合形成一个新的大尘粒的现象叫作凝聚； 尘粒和其它物体结合的现象叫附着。
煤矿：采煤机落煤、装煤、液压支架移架、运输转载、运输机 运煤、放炮、人工攉煤、放煤口放煤等。
非煤矿山：凿岩、爆破、铲装、放矿、运输和破碎等。
掘进工作面产尘源
机械破岩（煤）、装岩、放炮、煤矸运输转载、锚喷等。
其他产尘源
采场支护、顶板冒落或冲击地压；通风安全设施的构筑等。
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9.1.3 影响矿尘生成量的主要因素
（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。
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（2）煤尘爆炸的特征 形成高温、高压、冲击波 煤尘爆炸具有连续性 煤尘爆炸的感应期 挥发分减少或形成“粘焦” 产生大量的CO
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（3）煤尘爆炸的条件
（1）煤尘具有爆炸性 （2）悬浮煤尘的浓度:我国对煤尘爆炸的实验结果是煤 尘爆炸下限浓度为45g/m3，煤尘爆炸上限浓度为1500-2000 g/m3，煤尘爆炸最强的浓度300-400 g/m3。
矿尘的爆炸是指粉尘（如煤尘）达到一定浓度 时，在引爆热源的作用下，可以发生猛烈的爆 炸。
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2005年11月27日，黑龙江七 台河矿难事故(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。
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湿润性
湿润现象是分子力作用的一种表现，是液体(水)分子与 固体分子间的互相吸引力造成的。它可以用湿润接触角 (θ)的大小来表示，如图所示。
湿润角小于60°的，表示湿润性好，为亲水性的；湿润 角大于90°时，说明湿润性差，属憎水性的。
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粉尘的磨损性
粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中对器壁的磨损程度。 硬度大、密度高、粒径大、带有棱角的粉尘磨损性大。 粉尘的磨损性与气流速度的2～3次方成正比。在高气流 速度下，粉尘对管壁的磨损显得更为重要。
最高允许浓度（mg/m3）
总粉尘
呼吸性粉尘
<10
10
3.5
10～50
2
1
50～80
2
0.5
≧80
2
0.3
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9.1.5 矿尘分类
6.其它分类
（1）按物料种类可分：煤尘、岩尘、石棉尘、铁矿尘等。 （2）按有无毒性物质可分：有毒、无毒、放射性粉尘等。 （3）按爆炸性可分：易燃、易爆和非燃、非爆炸性粉尘。 （4）从卫生学角度可分：分呼吸性粉尘和非吸入性粉尘。 （5）从环境保护角度可分：飘尘和降尘。
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9.3矿尘的危害
9.3.1粉尘对人体的影响
粉尘对人体的影响是很严重的，是造成尘肺、矽肺病 的根源。
粒径不同的粉尘在呼吸道各部位的沉积情况各不相同。 下图所示为不同粒径的粉尘在鼻部、支气管部、肺部的沉 积量。
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Ⅲ期煤工尘肺的胸片
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9.3.2矿尘的自燃和爆炸
矿尘的自燃是由于矿尘氧化而产生的热量不能 及时散发，而使氧化反应自动加速造成的。
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9.1.5 矿尘分类
1.按粉尘的成分可分
（1）无机粉尘：矿物性粉尘（如石英、石棉、滑石粘士粉尘等）、金 属性粉尘（铅、锌、铜、铁）和人工无机性粉尘（水泥、石墨、玻璃 等）。 （2）有机粉尘：植物性（棉、麻、烟草、茶叶粉尘等）、动物性粉尘 （毛发、角质粉尘）和人工有机性粉尘（有机染料等）。 （3）混合性粉尘：指上述两种或多种粉尘的混合物。 如铸造厂的混砂机：既有石英粉尘，又有粘土粉尘。如砂轮机磨削金 属时：既有金刚砂粉尘，又有金属粉尘。
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9.2 粉尘的物理化学性质
粉尘的成分和游离二氧化硅含量
粉尘的化学成分基本上与物料的成分相同，只是在扬尘 过程中由于重力、吸附、挥发等作用，使某些成分可能 发生变化，所以，粉尘中各化学成分的含量与原物料有 所不同，应通过分析确定。所谓游离二氧化硅是指不与 其它元素的氧化物结合在一起的二氧化硅。
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9.1.5 矿尘分类
3.按粉尘的生产工序可分
（1）粉尘：各种不同生产工序的使用或生产不同的物料的过程中而生 成的微细颗粒。如：采矿、岩石破碎等。 （2）烟尘：由燃烧、氧化等伴随着物理化学变化过程所产生的固体微 粒，粒径一
4.按测定粉尘浓度的方法可分
（1）全尘：是指各种粒径在内的矿尘总和，在实际工作中，通常把粉 尘浓度近似作为全尘浓度。 （2）呼吸性粉尘：是对人体危害最大的粒径小于7.07μm的粉尘，是 粉尘控制的主要对象。
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电性质
（1）荷电性 悬浮于空气中的粉尘通常都带有电荷，这是由于破碎时的摩擦、粒子 间的撞击、天然辐射、外界离子或电子附着等原因而形成的。一般在 悬浮粉尘的整体中，所带正电荷与负电荷几乎相等，因而近于中性。 粉尘的荷电量与它的大小、质量、湿度、温度及成分等因素有关。 （2）导电性 粉尘的导电性通常用比电阻表示，是指面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘 层所具有的电阻值，单位为Ω.cm。粉尘比电阻由实验方法确定。
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粘性及光学性质
粘性是粉尘之间或粉尘与物体表面之间力的表现。由于粘性力的存 在，粉尘的相互碰撞会导致尘粒的凝并，这种作用在各种除尘器中 都有助于粉尘的捕集。
粉尘的光学特性包括粉尘对光的反射、吸收和透明度等。由于含尘 气流的光强减弱程度与粉尘的透明度、形状、粒径的大小和浓度有 关，尘粒大于光的波长和小于光的波长对光的反射的作用是不相同 的，所以，在通风除尘中可以利用粉尘的光学特性来测定粉尘的浓 度和分散度。
浮尘浓度 g/m3
能见情况
2
3~5
10
正常风流可见，呼吸有呛 呼吸困 矿灯照明1米外难辨手
人感
难指
（3）引燃煤尘爆炸的高温热源：610-1050℃。
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（l）地质构造及煤层赋存条件。 （2）煤岩的物理性质。 （3）环境的温度和湿度。 （4）采矿方法。 （5）产尘点的通风状况。 （6）采掘机械化程度和生产强度。
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9.1.4 矿井尘源分布
矿井各生产环节所产生的浮游粉尘量比例关系大致是： 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% 转载运输巷道产尘量占5%～lO% 其他作业点产尘量占2%～5%
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爆炸性
许多固体物质，在一般条件下是不易引燃或不能燃烧的，但成为粉 尘时，在空气中达到一定浓度，并在外界高温热源作用下，有可能 发生爆炸。能发生爆炸的粉尘称为可爆粉尘。
有爆炸性的矿尘主要是硫化矿尘和煤尘，尤其是煤尘的爆炸性很强。 影响煤尘爆炸的因素很多，如煤中挥发分的含量、煤尘中水分的含 量、灰分、粒度、沼气的存在等。
粉尘的化学成分及其在空气中的浓度，直接决定对人体 的危害程度，粉尘中含游离二氧化硅的含量越高，危害 越严重。
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密度和相对密度
单位体积粉尘的质量称粉尘的密度，这里指的粉尘的体
积，不包括粉尘之间的空隙，因而称之为粉尘的真密度
ρp（kg/m3：
粉尘的质量
p பைடு நூலகம் 粉尘的体积
粉尘呈自然扩散状态时，单位容积中粉尘的质量称堆积
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9.1.5 矿尘分类
2.按粉尘的粒径可分
（1）粗尘：粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小粒径，在空气中 极易沉降。 （2）细尘：粒径为10～40μm，在明亮的光线下，肉眼可以看到，在 静止空气中作加速沉降。 （3）微尘：粒径为0.25～10μm，用光学显微镜可以观察到，在静止 空气中呈等速沉降。 （4）超微粉尘：粒径小于0.25μm，用电子显微镜才能观察到，在空 气中作布朗扩散运动。
第九章 矿井粉尘的产生、 性质及危害
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9.1矿尘的产生及分类
9.1.1矿尘
矿尘，一般是指矿物开采或加工过程中产生的 微细固体集合体，其大小通常在100μm以下。 常把悬浮于空气中的粉尘称为浮尘(或飘尘) 从空气中沉降下来的粉尘称为落尘(或积尘)
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9.1.2矿尘的产生
采矿工作面产尘源
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9.1.5 矿尘分类
5.按矿尘中游离SiO2含量划分
（1）硅尘：游离SiO2含量在10%以上的矿尘。它是引起矿工硅肺病的
主要因素。煤矿中的岩尘一般多为硅尘。
（2）非硅尘：游离SiO2含量在10%以下的矿尘。煤矿中的煤尘一般均
为非硅尘。
9-1 作业场所空气中粉尘浓度标准
粉尘中游离 SiO2含量/%