矿山防尘技术

矿山防尘技术吴玉国课程简介矿山防尘技术是讲授矿尘性质及其危害，煤尘爆炸机理及预防，综合防尘技术原理及防尘设计方法的一门专业课，是安全工程专业的一门必修课程。本课程不仅为学生提供矿尘防治的专业知识，而且对于学生从事矿井一通三防工作及矿井灾害事故处理奠定坚实的理论基础。主要内容第一章矿尘及其危害3学时第二章综合防尘技术3学时第三章煤体注水防尘4学时第四章掘进工作面防尘5学时第五章采煤工作面防尘3学时第六章转载运输系统综合防尘2学时第七章矿井防尘供水系统3学时第八章预防和隔绝煤尘爆炸3学时第九章矿尘检测3学时第十章煤矿防尘管理1学时第一章矿尘及其危害一、矿井粉尘粉尘：指能够较长时间呈悬浮状态存在于空气中的固体微小颗粒。生产性粉尘：在生产过程中产生并形成的，能够较长时间呈悬浮状态存在于空气中的固体微粒。矿尘：指在采矿过程中所产生的细小矿物颗粒。它是煤矿在建设和生产过程中所产生的煤尘、岩尘和其他有毒有害粉尘的总称。煤尘：一般指粒径在0.75～1mm以下的煤炭微粒。岩尘：一般指粒径在10～45μm以下的岩粉尘粒。第一节矿尘的产生及分类二、矿尘的产生工序①各类钻眼作业，如风钻或煤电钻打眼，打锚杆眼、注水孔等；②炸药爆破；③采煤机割煤、装煤和掘进机掘进；④采场支护、顶板冒落或冲击地压；⑤各类巷道支护，特别是锚喷支护；⑥各种方式的装载、运输、转载、卸载和提升；⑦通风安全设施的构筑等。第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类三、矿尘生成量影响因素①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采煤方法⑤产尘点的通风状况⑥采掘机械化程度和生产强度第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类四、矿尘尘源分布尘源所占比例（%）采煤工作面45～80掘进工作面20～38锚喷作业点10～15运输通风巷道5～10其它作业点2～5第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（1）1、按矿尘粒径分名称粒径范围特征粗尘＞40μm筛分的最小粒径，空气中极易沉降细尘10～40μm肉眼可见，静止空气中作加速沉降运动微尘0.25～10μm光学显微镜观察到，在静止空气中作等速沉降运动超微尘＜0．25μm电子显微镜观察到，在空气中作扩散运动第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类2、按矿尘成因分名称特征原生矿尘开采前地质作用和变化产生，存在于层理、节理、裂隙中次生细尘生产过程中因破碎煤岩产生，矿尘的主要来源第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（2）3、按矿尘存在状态分名称特征浮游矿尘（浮尘）悬浮于矿井空气中的矿尘沉积矿尘（落尘）从矿井空气中沉降下来的矿尘●浮尘和落尘在一定条件下可互相转化！第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（3）4、按尘粒组成范围分名称粒径范围特征全尘＜1mm各种粒径在内的矿尘总和呼吸性粉尘＜5μm能通过人体呼吸道进入肺泡区，是导致尘肺病的主要病因，对体威胁极大第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（4）5、按矿尘中游离SiO2含量分名称游离SiO2含量（%）特征硅尘＞10硅肺病的主要致病因素，岩尘多为硅尘非硅尘＜10煤尘多为非硅尘矿山粉尘浓度标准以矿尘中的SiO2含量多少为依据。第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（5）作业场所空气中粉尘浓度标准序号粉尘中游离SiO2含量（%）最高允许浓度/（mg/m3）总粉尘呼吸性粉尘1＜10103.5210～＜5021350～＜8020.54≥8020.3《煤矿安全规程》（2007）第739条第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类五、矿尘分类（6）6、按矿尘有无爆炸性分名称特征有爆炸性煤尘经过煤尘爆炸性鉴定，能发生爆炸或传播爆炸的煤尘无爆炸性煤尘经过爆炸性鉴定，不能发生爆炸或传播爆炸的煤尘惰性粉尘能够减弱和阻止有爆炸性粉尘爆炸的粉尘，如岩粉等第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类六、含尘量的计量指标指标单位定义矿尘浓度质量法mg/m3单位体积矿井空气中所含悬浮粉尘量计数法粒/cm3产尘强度相对mg/t,mg/m3,mg/m每采掘1t或1m3矿岩所产生的矿尘量绝对g/t生产过程中采落煤中所含的粉尘量矿尘沉积量g/（m2·d）单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类七、矿尘的危害1、污染工作场所，危害人体健康，引起尘肺病；2、某些矿尘在一定条件下可以爆炸；3、加速机械磨损，减少精密仪表的使用时间；4、降低工作场所的能见度，增加工伤事故的发生。第一章矿尘及其危害第一节矿尘的产生及分类性质1：矿尘中游离SiO2含量矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。性质2：矿尘的密度和比重分类单位定义真密度Kg/m3,g/cm3排除矿尘间空隙以纯矿尘的体积计量的堆积密度包括矿尘间隙在内的体积计量真密度一定，堆积密度与堆积状态有关，其值小于真密度比重无粉尘的质量与同体积标准物质的质量之比第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质性质3：矿尘粒度和比表面积分类单位定义粒度μｍ矿尘颗粒的平均直径比表面积m2/kg单位质量矿尘的总表面积粒度与比表面积成反比，粒度越小，比表面积越大性质4：矿尘分散度1、矿尘分散度指矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占的百分比，表征矿岩被粉碎的程度。第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质性质4：矿尘分散度2、分散度的表示方法分类定义质量分散度各粒级尘粒的质量总质量的百分比数量分散度各粒级的尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比同一种矿尘的质量分散度和数量分散度的数值不尽相同粒级1234粒径（μm）＜22～55～10＞103、尘粒粒级第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质性质4：矿尘分散度4、矿尘分散度的重要意义①矿尘的分散度直接影响着它的比表面积的大小，矿尘分散度越高，其比表面积越大，矿尘的溶解性、化学活性和吸附能力等也愈强。②矿尘分散度对尘粒的沉降速度有显著的影响。矿尘在空气中的沉降速度主要取决于它的分散度、密度及空气的密度和粘度。③矿尘分散度对尘粒在呼吸道中的阻留有直接影响。综上所述，矿尘的分散度愈高，危害性愈大，而且愈难捕获。第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质性质5：矿尘的湿润性指矿尘与液体的亲和能力。分为亲水性和疏水性矿尘。性质6：矿尘的荷电性悬浮于空气中的尘粒，因空气的电离作用和尘粒之间或尘粒与其他物体碰撞、摩擦、吸附而带有电荷，设计和使用除尘器有重要意义。性质7：矿尘的光学特性矿尘的光学特性包括矿尘对光的反射、吸收和透光强度等性能。在测尘技术中，常利用矿尘的光学特性来测定它的浓度和分散度。第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质性质8：矿尘的燃烧性和爆炸性矿尘爆炸时产生高温、高压，生成大量的有毒有害气体，对矿井安全生产威胁极大。一般认为，含硫大于10％的硫化矿尘即有爆炸性，发生爆炸的粉尘浓度范围为250～1500g/m3，引燃温度为435～450℃。第一章矿尘及其危害第二节矿尘性质1906年，法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡1099人，煤矿经两年重建才恢复生产。这是一个无瓦斯煤矿，也是世界上第一次发生煤尘爆炸。从此，世界上各主要产煤国家对煤尘爆炸开始进行广泛研究，重视预防煤尘爆炸事故工作。1907年，美国孟诺加煤矿发生煤尘爆炸，死亡362人，占入井人数的97%。1910年，英国黑里顿煤矿煤矿发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。一、历年发生的重大煤尘爆炸事故第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸1913—1933年，法国和英国还多次发生煤尘、瓦斯煤尘爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。1942年，日本侵占东北时期，采取不顾工人死活的掠夺式生产方式，致使本溪煤矿发生了世界史上最大的一次瓦斯煤尘爆炸事故，死亡1549人，伤残246人，死亡者中多为CO中毒。事故前巷道内沉积了大量煤尘，电火花点燃局部聚存瓦斯而引起煤尘爆炸。为掩人耳目，日本侵略者将矿井封闭。1962年，山西大同老白硐煤矿在高产日发生了电火花引燃局部瓦斯导致煤尘爆炸，死亡629人。1963年，日本三池煤矿发生煤尘爆炸，死亡458人，伤832人，死亡者多为CO中毒。这次事故是发生在该煤矿的主提煤斜井，是电绞车提升装满煤的串车，由于矿车脱钩顺斜井翻滚滑下，将沉积的大量煤尘和矿车内的煤冲击飞扬形成煤尘云，加之矿车与轨道摩擦产生火花，引起煤尘大爆炸。此事故后经还原实验证实。2005年，七台河东风煤矿主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，死亡171人。第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸一、历年发生的重大煤尘爆炸事故二、煤尘爆炸的机理一是煤尘悬浮在空气中，因颗粒小与氧气接触面积增大，加强了煤的氧化速度和强度；二是煤尘受热后可产生大量的可燃气体，如1kg的焦煤（挥发分在20%-26%）受热后可产生290-350L的可燃气体。第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸第一阶段，煤尘在热源的作用下氧化释放大量可燃气体；第二阶段，可燃气体和空气混合后促使强烈氧化燃烧；第三阶段，热分子传导和火焰辐射在介质中迅速传播，使附近煤尘扬起，受热燃烧，之后，燃烧产物迅速膨胀而形成火焰，前面的压缩波、冲击波使火焰前方气体压力增高，引起火焰自动加速，继续循环下去，因煤尘的存在可持续发生剧烈的化学反应，使火焰跳跃或发生爆炸。三、煤尘爆炸过程第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸煤尘爆炸可呈现“三高一多”的特点，即高温、高速、高压，产生大量一氧化碳。具体是：高温：煤尘爆炸按理论计算，温度高达2300-2500℃。日本实验测得为1600-1900℃。高速：用化学方法计算爆炸波速度高达1120m/s。实验室测得为1100-1800m/s，按理论计算最大速度为2340m/s。四、煤尘爆炸特征第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸高压：理论压力为7.5kg/cm2，距爆源越远压力越大。据美国乔治拉伊斯的巷道实验结果是：在有大量煤尘沉积的巷道内发生煤尘爆炸后，距爆源越远爆炸压力越大。距爆源106米时压力为4.43kg/cm2，距228米时压力为8.37kg/cm2。因此煤尘爆炸呈离爆源越远破坏越严重的特点。国外实验测得爆炸压力高达19kg/cm2，甚至将抗压强度为40kg/cm2钢板巷道爆坏，并把钢板抛出150米，表现出遇巷道中障碍物拐弯处爆炸压力有很大的增高。第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸四、煤尘爆炸特征（1）煤尘爆炸可产生大量CO。CO含量为2～3%。煤尘爆炸时，结焦煤尘（气煤、肥煤）部分可焦化成煤炭皮渣与粘块，粘附在支架和巷道壁上，这一点是区别瓦斯爆炸还是煤尘爆炸的重要标志。根据皮渣和粘块粘在支柱的位置，还可判断煤尘爆炸的强度。皮渣和粘块粘在支柱两侧，表明是火焰传播速度较慢，为弱爆炸；皮渣和粘块粘在支柱进风侧并较密时，表明为中等强度爆炸；皮渣与粘块粘在支柱背风侧或逆风侧，有火烤痕迹时，则表明为强爆炸。第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸四、煤尘爆炸特征（2）五、煤尘爆炸危害1、可以摧毁整个矿井、井巷、采煤工作面，导致大面积顶板垮塌冒落，压埋井下作业人员，堵塞通风。2、可以将设备损坏，把支柱设备、煤石块吹起撞击，导致井下作业人员死亡，爆炸波可使矿工粉身碎骨；爆炸波还可以通向地面的井筒、冲击破坏与井筒连接的地面厂房，造成作业人员伤亡。3、煤尘爆炸火焰还可引起井下可燃物着火，引起局部积存的瓦斯发生爆炸，造成事故扩大。4、煤尘爆炸产生的CO随风流进入全矿井的所有地点，致使井下作业人员CO中毒死亡。第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸六、煤尘爆炸条件（1）1、煤尘本身具有爆炸性其爆炸性是经技术鉴定和实验测出的：一是在煤尘瓦斯爆炸实验巷道，进行模拟实验测得。二是在实验室用大管状煤尘爆炸鉴定仪试验得出。三是通过分析煤的挥发分得出。当挥发分（V指）10%时，可认定煤尘基本无爆炸性，但按规定必须进试验才能最后确定。当V指10%时，有爆炸性。（V指10%为无爆炸性，V=10%-15%为弱爆炸性，V指=15-28%为强爆炸性，V指28%为强烈爆炸性）第一章矿尘及其危害第三节煤尘爆炸2、煤尘在空气中的浓度。煤尘是指煤的颗粒直径在1mm以下的粉煤。煤尘参与爆炸的主体是直径在0.075mm的煤尘