第五章五-八节 矿井粉尘防治等

第五节矿井粉尘防治

一、矿尘的性质及危害性

1、基本概念

矿尘，一般指矿物开采或加工过程中产生的微细固体集合体。矿尘的存在状态：常把沉积于器物表面或井巷四壁之上的称为落尘；悬浮于井巷空间空气中的称为浮尘（或飘尘）。落尘与浮尘在不同风流环境下是可以相互转化的。粉尘的主要危害表现为职业病及爆炸危险性，其次是对地面及井下环境的污染。

煤矿井下生产，矿尘危害主要表现在以下三个方面：

第一、对人体健康的危害。长期从事采掘和粉尘作业环境的职工，能引起职业病—尘肺病；

第二、采、掘等作业环境，若矿尘在空间达到较高的浓度，影响视野，操作中容易造成人身事故；

第三、若矿井煤尘具有爆炸危险，对矿井安全生产带来很大威胁。

2、矿尘的物理化学性质

矿物由各种机械破碎所产生的粉尘，一般都不伴有化学或物理变化，飘浮于空气中粉尘的化学成分，与被处理的矿岩物料基本相同。

（1）粉尘的游离二氧化硅含量

从工业卫生角度来说，各种粉尘对人体都是有害的，粉尘的化学组成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量越高，危害越严重。

（2）粉尘的密度和比重

单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，这里指的粉尘的体积，不包括尘粒之间的空隙，常称为粉尘的真密度，单位为kg/m3或g/cm3。物质密度与粉尘的真密度是不相同的，粉尘在形成过程中，粉尘的表面，甚至其内部可能形成某些孔隙。通常物质密度比粉尘密度。

（3）粉尘的比表面积和表面能

物料被粉碎为微细的粉尘，其总表面积显著增加。单位质量粉尘的总表面积称为比表面积。粉尘的比表面积与直径成反比，粒径越小，比表面积越大。

（4）粉尘的凝聚与附着

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。

（5）粉尘的湿润性

液体对固体表面的湿润程度，取决于液体分子对固体表面作用力的大小，而对同一粉尘尘粒来说，液体分子对尘粒表面的作用力又与液体的力学性质即表面张力的大小有关。表面张力愈小的液体，对尘粒越容易湿润。不同性质的粉尘对同一性质的液体的亲和程，这种不同的亲和程度称为粉尘的湿润性。

（6）粉尘的光学特性

粉尘的光学特性包括粉尘对光的反射，吸收和透光程度等。在通风除尘中可以利用粉尘的光定粉尘的浓度和分散度。

（7）自燃性和爆炸性

当物料被研磨成粉料时，总表面积增加，系统的表面能也增加，从而提高了粉尘的化学活性，特别是提高了氧化产热的能力，这种情况在一定的条件下会转化为燃烧状态。

（8）粉尘的电性质

自然界中的粉尘，通常都带有电荷，使粉尘带有电荷的原因很多，诸如粒子间撞击、天然辐射，物料破碎时摩擦、电晕放电等原因而荷电，且粉尘的正电荷与负电荷两部分几乎相等，因而悬浮于空气中的粉尘的整体呈中性。

二、尘肺病及其预防

井下采煤、掘进等各生产环节，常常产生大量的生产性粉尘，如果不采取有效的防尘措施，作业人员肺部纤维增生性疾病——尘肺病。煤矿尘肺分为三种：矽肺、煤肺和煤矽肺。矿井生产大多数采取混合工种，所以煤矽肺类型较多。

1、尘肺病发病原理

试验和研究表明，新鲜的二氧化硅粉尘，表面活性很强，吞噬了硅尘的吞噬细胞，能使吞噬崩解死亡。如果肺内进入了游离二氧化硅粉尘，则尘细胞在其毒性作用下往往很快崩解死亡，从崩解逸出的硅尘，可再由被具有活力的吞噬细胞吞噬，这个过程可反复进行。所以在游离二氧化硅粉尘的作业环境，暴露连续时间长或粉尘浓度超标的环脏的防卫功能受到破坏外，大量的死亡含尘细胞堆积，在肺部形成伤痕组织。

2、影响尘肺病的发病因素

尘肺病是由于长期吸入过量粉尘所引起的全身性疾病。作业人员从开始接触粉尘作业至肺部出现纤维化病变的这一段时间，称发病工龄（或尘龄）。尘肺病发病工龄有的长达20～30年以上，个别病例在游离二氧化硅含量高的作业区也有1～2年发病者，即所谓“快发型矽肺”。尘肺病的发病工龄、临床症状等涉及因素很多且十分复杂，大体归纳如下列各因素。

（1）矿尘浓度

尘肺病的发病和进入肺部的矿尘量有直接关系。一般来说，尘肺病发病工龄和作业场所矿尘浓度成反比。

（2）游离二氧化矽含量

能够引起肺部纤维病变的矿尘，大多数都含有游离二氧化硅，游离二氧化硅含量越高，尘肺病发病工龄越短，病变的发展程度越快。

（3）矿尘的粒度和分散度

矿尘粒度不同，对人体的危害程度也不一样，矿尘粒度越小分散度越高，对人体的危害性就越大。矿尘最危险的粒度是米以上的矿尘不能进入下呼吸道，对尘肺病发病影响不大。

（4）个体条件。

矿尘对人体的影响，与人的机体条件有关系，如年龄、营养、健康、生活习性和卫生习惯。

3、预防尘肺病的措施

（1）组织措施

加强对防尘工作的领导，健全防尘机构，制定防尘工作计划，切实贯彻防尘措施，组织安排共同完成防尘任务，并建立各种规章制度，认真贯彻，建立粉尘监测制度，完善统计资料，实现对条件和防尘技术措施效果作出评价，有计划的对工人进行定期体检，了解尘肺病发展情况，为进一步作好防治工作提供科学依据。

（2）技术措施

近年来，我国煤矿大力推广综合防尘，积极研制和引进防尘装备及监测仪表完善防尘措施，提高防尘、降尘效果，为把我国防尘工作推向新的水平而努力。

（3）卫生保健措施

主要从卫生角度调查劳动环境粉尘浓度及其性质，接触粉尘尘龄与不同工种发病状况，定期进行健康检查，并建立健康卡片，记录粉尘怍业成业史及健康既往史，重点为结核和呼吸系统疾病尘肺患者除及时调离粉尘作业环境外，根据尘肺病进展情况以及年龄、体力等进行劳动能力鉴定并作出治疗、疗养或合理安排工作，是改善尘肺患者预后，延缓病情进展的一项重要措施。

三、煤尘爆炸性与预防爆炸的技术措施

1、煤尘爆炸发生的条件

煤尘爆炸首要的条件是煤尘自身具备爆炸危险性，浮尘的浓度在爆炸极限区间范围内，一般煤尘爆炸的下限为，爆炸上限浓度为，其中爆炸力最强的范围是3 ³；同时有着火源存在且能量大于爆炸最小点火能，高温610~1050度；煤尘爆炸的最小点火能量为4.5mJ。这样的温度调节，几乎一切火源均可以达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花等；另外氧气浓度不低于18%。

煤尘爆炸受很多因素影响，具体如下：

主要有煤的物理化学性质、煤尘的粒度、瓦斯与岩粉地混入等，有些因素能提高其爆炸危险性，有些则起着抑制和减弱的作用。掌握规律，结合实加以运用，就能减少甚至避免事故的发生。

（1）煤的物理化学性质

①挥发分含量。按照挥发分含量依次增高的顺序为无烟煤、贫煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤和褐煤。一般来说，煤尘爆炸性也是按这种次序增加，其中无烟煤挥发分含量最低，所以无烟煤煤尘基本上不爆炸。

②水分与灰分。水分对尘粒起粘结作用，致使颗粒增大而降低煤尘的飞扬能力，同时又起着吸热降温阻燃作用，所以水分能起着减弱和阻碍爆炸的作用。

（2）煤尘粒度

0.75～1mm以下的煤尘都参与爆炸，而粒度在30~75μm的煤尘爆炸性最强。粒度越小，表面积越大，受热分解释放可燃气体及氧化作用越快，爆炸性越强。但颗粒过小，其爆炸性反而减弱。

（3）矿井瓦斯浓度

瓦斯的存在将使煤尘爆炸下限降低，从而增加了煤尘爆炸的危险性。瓦斯的影响程度决定于煤尘挥发分含量与瓦斯浓度。

2、煤尘爆炸是一种复杂的、异常迅速的物理和化学的转化过程，其主要特征如下：

（1）形成高温、高压、冲击波。煤尘爆炸火焰温度为1600~1900℃，爆源的温度达到2000℃以上，在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736KPa，但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一欠爆炸的理论压力将是前一次的5~7倍。

（2）煤尘爆炸具有连续性。这是煤尘爆炸的重要特征。

（3）煤尘爆炸的感应期。煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40%~280ms，挥发分越高，感应期越短。