第十一章 礦山防塵
主要內容：
1、礦塵及其性質
2、塵肺病
3、煤塵爆炸及預防
4、綜合防塵
第十一章礦山防塵
第一節 礦塵及其性質
一、礦塵的產生及分類
礦塵是指在礦山生產和建設過程中所產生的各種煤、岩微粒的總稱。
幾種常用的分類方法。
1、按礦塵粒徑劃分
(1)粗塵-->40μm,空氣中易沉降；
(2)細塵—10~40μm，肉眼可見，在靜止空氣加速沉降；
(3)微塵—0.25~10μm，光學顯微鏡可見，在靜止空氣等速沉降；
(4)超微塵--<0.25μm，電子顯微鏡觀察，擴散動力。
2按礦塵的存在狀態劃分
(1) 浮遊礦塵：懸浮於礦內空氣中
(2) 沉積礦塵：從礦內空氣沉降下來的礦塵
3按礦塵的粒徑組成範圍劃分
(1) 全塵(總粉塵)：各種粒徑的礦塵之和，1mm以下；
(2) 呼吸性粉塵：5μm以下，
二、礦塵的危害
礦塵具有很大的危害性，表現在以下幾個方麵：
(1) 汙染工作場所，危害人體健康，引起職業病。
(2) 某些礦塵(如煤塵、硫化塵)在一定條件下可以爆炸。
(3) 加速機械磨損，縮短精密儀器使用壽命。
(4) 降低工作場所能見度，增加工傷事故的發生。
三、含塵量的計量指標
1、礦塵濃度
其表示方法有兩種：
(1) 質量法：每立方米空氣所含 浮塵的毫克數，mg/m3
(2) 計數法：每立方米空氣所含 浮塵的個數，個/m3
2、產塵強度
指生產過程中，采落煤中所含的粉塵量，常用的單位為g / t。
3、相對產塵強度
指每采掘1噸或1立方米礦岩所產生的礦塵量，常用的單位為mg/t或mg/m3。
4、礦塵沉積量
單位時間在巷道表麵單位麵積上所沉積的礦塵量，單位為g/m2·d。
四、礦塵性質
1、礦塵中遊離SiO2的含量
礦塵中遊離SiO2的含量是危害人體的決定因素，其含量越高，危害越大。煤礦上常見的頁岩、砂岩、礫岩和石灰岩等中遊離SiO2的含量通常多在20%～50%，煤塵中的含量一般不超過5%。
2、礦塵的粒度與比表麵積
礦塵粒度：礦塵粒度平均直徑，μm
礦塵的比表麵積：單位質量礦塵的總表麵積；m2/kg,cm2/g
礦塵的比表麵積與粒度成反比，粒度越小，比表麵積越大，因而這兩個指標都可以用來衡量礦塵顆粒的大小。
3、礦塵的分散度：礦塵整體組成中各種粒級塵粒所占百分比。
分散度有兩種表示方法：
(1) 重量百分比：各粒級重量所占總重量的百分比；
(2) 數量百分比：各粒級顆粒數所占總顆粒百分比；
粒級的劃分是根據粒度大小和測試目的確定的，我國工礦企業將礦塵粒級劃分為4級：小於2μm、2～5μm、5～10μm和大於10μm。
礦塵分散度是衡量礦塵顆粒大小構成的一個重要指標。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，而且越難捕獲。
4、礦塵的濕潤性
礦塵的濕潤性是指礦塵與液體親和的能力。
親水性礦塵：容易被水濕潤
疏水性礦塵：不容易被水濕潤
5、礦塵的荷電性
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，也可是負電荷。
6、礦塵的光學特性
礦塵的光學特性包括礦塵對光的反射、吸收和透光強度等性能。
第二節 礦山塵肺病
一、塵肺病及其發病機理
塵肺病：以長期吸入大量微細粉塵而引起的以纖維組織增生為主要特征的肺股市部疾病。
1、塵肺類的分類
煤礦塵肺病按吸入礦塵的成分不同，可分為三類：
(1) 矽肺病(矽肺病)，由於吸入含遊離ＳｉＯ2含量較高的岩塵而引的塵肺病稱為矽肺病。患者多為長期從事岩巷掘進的礦工。
(2) 煤矽肺病(煤矽肺)，由於同時吸入煤塵和含遊離ＳｉＯ2的岩塵所引起的塵肺病稱為煤矽病肺。患者多為岩巷掘進和采煤的混合工種礦工。
(3) 煤肺病。由於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。
2、塵肺病的發病機理
進入人體呼吸係統的粉塵大體上經曆以下四個過程：
(1)在上呼吸道的咽喉、氣管內，含塵氣流由於沿程的慣性碰撞作用使大於10μm的塵粒首先沉降在其內。經過鼻腔和氣管粘膜分泌物粘結後形成痰排出體外。
(2)在上呼吸道的較大支氣管內，通過慣性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的塵粒沉積下來，經氣管、支氣管上皮的纖毛運動，咳嗽隨痰排出體外。
(3)在下呼吸道的細小支氣管內，由於支氣管分支增多，氣流速度減慢，使部分2～5μm的塵粒依靠重力沉降作用沉積下來，通過纖毛運動逐級排出體外。
(4)粒度為2μm左右的粉塵進入呼吸性支氣管和肺內後，一部分可隨呼氣排出體外；另一部分沉積在肺泡壁上或進入肺內，殘留在肺內的粉塵僅占總吸入量的1%～2％以下。
二、塵肺病的發病症狀及影響因素
1、塵肺病的發病症狀
塵肺病分為三期：
第一期：重體力勞動時呼吸困難、胸痛、輕度幹咳。
第二期：中等體力勞動或正常工作時，感覺呼吸困難，胸痛、幹咳或帶痰咳嗽。
第三期：做一般工作甚至休息時，也感到呼吸困難、胸痛、連續帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難。
2、影響塵肺病的發病因素
(1)礦塵的成分
能夠引起肺部纖維病變的礦塵，多半含有遊離SiO2，其含量越高，發病工令越短，病變的發展程度越快。
對於煤塵，引起煤肺病的主要是它的有機質(即揮發分)含量。
(2)礦塵粒度及分散度
5μm以上的礦塵對塵肺病的發生影響不大；5μm以下的礦塵可以進入下呼吸道並沉積在肺泡中，最危險的粒度是2μm左右的礦塵。
(3)礦塵濃度
塵肺病的發生和進入肺部的礦塵量有直接的關係，也就是說，塵肺的發病工令和作業場所的礦塵濃度成正比。
(4)個體方麵的因素
第三節 煤塵爆炸及預防
一、煤塵爆炸的機理及特征
1、煤塵爆炸的機理
煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應過程，是一種非常複雜的鏈式反應。一般煤塵爆炸機理及過程主要表現在以下方麵：
(1)煤本身是可燃物質，當它以粉末狀態存在時，總表麵積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；
(2)當溫度達到300～400℃時，煤的幹餾現象急劇增強，放出大量的可燃性氣體。
(3)形成的可燃氣體與空氣混合在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成活化中心，當活化中心的能量達到一定程度後，鏈反應過程開始，遊離基迅速增加，發生了塵粒的閃燃；
(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，並使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地循環進行。
2煤塵爆炸的特征
(1)形成高溫、高壓、衝擊波
(2)煤塵爆炸具有連續性
(3)煤塵爆炸的感應期
即煤塵受熱分解產生足夠數量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。
(4)揮發分減少或形成“粘焦”
(5)產生大量的CO
二、煤塵爆炸的條件
煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮於空氣中並達到一定濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。
我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5～40mj。
三、影響煤塵爆炸的因素
1、煤的揮發分， 煤塵的可燃揮發分含量越高，爆炸性越強。
2、煤的灰分和水分，煤內的灰分是不燃性物質，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應，降低煤塵的爆炸性。
3、煤塵粒度，粒度對爆炸性的影響極大。1mm以下的煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險性隨粒度的減小而迅速增加。
4、空氣中的瓦斯濃度，瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。瓦斯濃度低於4%時，煤塵的爆炸下限可用下式計算：
δm＝ｋδ
式中：δm— 空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限，g/m3；
δ— 煤塵的爆炸下限，g/m3；ｋ— 係數，
5、空氣中氧的含量， 空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時，點燃煤塵雲困難，當氧含量低於17%時，煤塵就不再爆炸。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力
6、引爆熱源
四、煤塵爆炸性鑒定
五、預防煤塵爆炸的技術措施
預防煤塵爆炸的技術措施主要包括三個方麵。
(一）、減、降塵措施
指在煤礦井下生產過程中，通過減少煤塵產生量或降低空氣中懸浮煤塵含量以達到從根本上杜絕煤塵爆炸的可能性。
方法很多，下麵主要介紹煤層注水。
(二)、防止煤塵引燃的措施
(三)、限製煤塵爆炸範圍擴大的措施
1、煤層注水實質
在回采之前預先在煤層中打若幹鑽孔，通過鑽孔注入壓力水，使其滲入煤體內部，增加煤的水分，從而減少煤層開采過程煤塵的產塵量。
煤層注水的減塵作用主要有以下三個方麵：
① 煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入後，可將原生煤塵濕潤並粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除塵源；
② 水進入煤體內部，並使之均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數破碎麵均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產生；
③ 水進入煤體後使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變為塑性變形，因而減少了煤塵的產生量。
2、 影響煤層注水效果的因素
① 煤的裂隙和孔隙的發育程度
裂隙和孔隙的發育程度不同，注水效果差異也較大。煤體的裂隙越發育則越易注水。
煤體的孔隙發育程度一般用孔隙率表示，係指孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。根據實測資料，當煤層的孔隙率小於4%時，煤層的透水性較差。
② 上履岩層壓力及支承壓力
③ 液體性質的影響：0.5%洗衣粉
④ 煤層內的瓦斯壓力
煤層內的瓦斯壓力是注水的附加阻力。所以在瓦斯壓力大的煤層中注水時，往往要提高注水壓力，以保證濕潤效果。
⑤注水參數的影響
煤層注水參數是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。
3、煤層注水方式
注水方式是指鑽孔的位置、長度和方向。按國內外注水狀況，有以下4種方式：
①短孔注水，是在回采工作麵垂直煤壁或與煤壁斜交打鑽孔注水，注水孔長度一般為2～3.5m；
② 深孔注水，在回采工作麵垂直煤壁打鑽孔注水，孔長一般為5～25m
③長孔注水，從回采工作麵的運輸巷或回風巷，沿煤層傾斜方向平行於工作麵打上向孔或下向孔注水，孔長30～100m。
④巷道鑽孔注水。
4、注水係統
注水係統分為靜壓注水係統和動壓注水係統。
靜壓注水：利用管網將地麵或上水平的水通過自然靜壓差導入鑽孔的注水叫靜壓注水。
動壓注水：利用水泵或風包加壓將水壓入鑽孔的注水叫動壓注水，水泵可以設在地麵集中加壓，也可直接設在注水地點進行加壓。
5、注水設備
煤層注水所使用的設備主要包括鑽機、水泵、封孔器、分流器及水表等。
6、注水參數
① 注水壓力
注水壓力的高低取決於煤層透水性的強弱和鑽孔的注水速度。
適宜的注水壓力是：通過調節注水流量使其不超過地層壓力而高於煤層的瓦斯壓力。
② 注水速度(注水流量)
注水速度是指單位時間內的注水量。鑽孔的注水速度隨鑽孔長度、孔徑和注水壓力的不同而增減。
一般來說，小流量注水對煤層濕潤效果最好。
③ 注水量
注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。
④ 注水時間
每個鑽孔的注水時間與鑽孔注水量成正比，與注水速度成反比。
（二）限製煤塵爆炸範圍擴大的措施
1、清除落塵
2、撒布岩粉
3、設置岩粉棚
由安裝在巷道中靠近頂板處的若幹塊岩粉台板組成，台板的間距稍大於板寬，每塊台板上放置一定數量的惰性岩粉。
4、設置水棚
水棚包括水槽棚和水袋棚兩種。
5、設置自動隔爆棚
自動隔爆棚是利用各種傳感器，將瞬間測量的煤塵爆炸時的各種物理參量迅速轉換成電信號，指令機構的演算器根據這些信號準確計算出火焰傳播速度後選擇恰當時機發出動作信號，讓抑製裝置強製噴撒固體或液體等消火劑，從而可靠地撲滅爆炸火焰，阻止煤塵爆炸蔓延
第四節 礦山綜合防塵
礦山綜合防塵是指采用各種技術手段減少礦山粉塵的產生量、降低空氣中的粉塵濃度，以防止粉塵對人體、礦山等產生危害的措施。
一、通風除塵
通風除塵：指通過風流的流動將井下作業點的懸浮礦塵帶出，降低作業場所的礦塵濃度。
效果主要影響因素：風速及礦塵密度、粒度、形狀、濕潤程度等。
最低排塵風速：能使呼吸性粉塵保持懸浮並隨風流運動而排出的最低風速稱為最低排塵風速。
最優排塵風速：能最大限度排除浮塵而又不致使落塵二次飛揚的風速稱為最優排塵風速。
一般來說，掘進工作麵的最優風速為0.4～0.7m/ｓ，
機械化采煤工作麵為1.5～2.5m/ｓ。
二、濕式作業
利用水或其它液體，使之與塵粒相接觸而捕集粉塵的方法，它是礦井綜合防塵的主要技術措施之一。
機理：1、水能溫潤礦塵，增加塵粒的重力；
2、將細散塵粒聚結為較大顆粒，加速浮塵沉降；
3、使落塵不易飛揚。
特點：
1、.濕式鑿岩、鑽眼
實質
2、灑水
灑水降塵是用水濕潤沉積於煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等處的礦塵。
3、 噴霧灑水
定義：將壓力水通過噴霧器在旋轉或衝擊作用下，使水流霧化成細散的水嘀噴射於空氣中。
霧體結構：噴出霧體的幾何形狀。
La---- 射程，霧粒以很大速度作直線運動。
Lb ---- 作用長度，噴霧器的最大噴射距離。
α－擴張角，其值愈大霧體的截麵積愈大。
適用條件：
廣泛用於采掘切割、爆破、裝載、運輸等生產過程。
4、水炮泥和水封爆破
水炮泥就是將裝水的塑料袋代替一部分炮泥，填於炮眼內。
要求：塑料袋難燃、無毒、有一定強度。
作用原理
三、淨化風流
淨化風流是使井巷中含塵的空氣通過一定的設施或設備，將礦塵捕獲的技術措施。
1、水幕淨化風流
水幕是在敷設於巷道頂部或兩幫的水管上間隔地安上數個噴霧器噴霧形成的。噴霧器的布置應以水幕布滿巷道斷麵盡可能靠近塵源為原則。
一般安設位置為：
①礦井總入風流淨化水幕：距井口20～100m巷道內；
②采區入風流淨化水幕：風流分叉口支流裏側20～50m巷道內
③采煤回風流淨化水幕：距工作麵回風口10～20m回風巷內；
④掘進回風流淨化水幕：距工作麵30～50m巷道內；
⑤巷道中產塵源淨化水幕：塵源下風側5～10m巷道內。
水幕是淨化入風流和降低汙風流礦塵濃度的有效方法。
2濕式除塵裝置
除塵裝置(或除塵器)是指把氣流或空氣中含有的固體粒子分離並捕集起來的裝置，又稱集塵器或捕塵器。
根據是否利用水或其它液體，除塵裝置可分為幹式和濕式兩大類。煤礦一般采用濕式除塵裝置。
四、個體防護
個體防護是指通過佩戴各種防護麵具以減少吸入人體粉塵的一項補救措施。主要包括：
1.防塵口罩
2防塵安全帽(頭盔) |
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