第一节矿尘及其性质

1第十章矿尘防治主要内容：1、矿尘及其性质2、尘肺病3、煤尘爆炸及预防4、综合防尘第一节矿尘及其性质一、矿尘的产生及分类矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘、烟尘、水泥尘等多种有机、无机粉尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。1.按矿尘粒径划分(1)粗尘粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。(2)细尘粒径为10～40μm，肉眼可见，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，在静止空气中作等速沉降。(4)超微尘粒径小于0.25μm，要用电子显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。2(1)浮游矿尘悬池于矿内空气中的矿尘，简称浮尘。(2)沉积矿尘从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称落尘。浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化。浮尘在空气中飞扬的时间不仅与尘粒的大小、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。。3（1）全尘(总粉尘)各种粒径的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为1mm以下的尘粒。2(2)呼吸性粉尘主要指粒径在5μm以下的微细尘粒，它能通过人体上呼吸道进入肺区，是导致尘肺病的病因，对人体危害甚大。二、矿尘的危害矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面：(1)污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。工人长期吸入矿尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病，而尘肺病引发的矿工致残和死亡人数在国内外都十分惊人。举例(2)某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸。煤尘能够在完全没有瓦斯存在的情况下爆炸，对于瓦斯矿井，煤尘则有可能参与瓦斯同时爆炸。煤尘或瓦斯煤尘爆炸，都将给矿山以突然性的袭击，酿成严重灾害。举例，(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。随着矿山机械化、电气化、自动化程度的提高，矿尘对设备性能及其使用寿命的影响将会越来越突出，应引起高度的重视。(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。在某些综采工作面干割煤时，工作面煤尘浓度高达4000～8000mg/m3，有的甚至更高，这种情况下，工作面能见度极低，往往会导致误操作，造成人员的意外伤亡。三、含尘量的计量指标1．矿尘浓度单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度，其表示方法有两种：(1)质量法每立方米空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3。(2)计数法每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/ｃm3。我国规定采用质量法来计量矿尘浓度。《规程》对井下有人工作的地点和人行道的空气中粉尘(总粉尘、呼吸性粉尘)浓度标准作了明确规定，见表11-1-1，同时还规定作业地点的粉尘浓度、井下每月测定2次，井上每月测定1次。3表11-1-1中国煤矿粉尘浓度标准粉尘中游离最高容许浓度(mg/m3）SiO2含量(%)总粉尘呼吸性粉尘(1)＜520.06.0(2)5～＜1010.03.5(3)10～＜256.02.5(4)25～＜504.01.5(5)≥502.01.0(6)＜10的水泥粉尘62．产尘强度是指生产过程中，采落煤中所含的粉尘量，常用的单位为g/t。3．相对产尘强度1吨或1立方米矿岩所产生的矿尘量，常用的单位为mg/t或mg/m3。凿岩或井巷掘进工作面的相对产尘强度可按每钻进1m钻孔或掘进1m巷道计算。相对产尘强度使产尘量与生产强度联系起来，便于比较4是单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位为g/m2·d。这一1．矿尘中游离SiO2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。游离SiO2是许多矿岩的组成成分，如煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量通常多在20%～50%，煤尘中的含量一般不超过5%2．矿尘粒度是指矿尘颗粒的平均直径，单位为μm矿尘的比表面积是指单位质量矿尘的总表面积，单位为m2/kg，或cm2/g。都可以用来衡量矿尘颗粒的大小。煤岩破碎成微细的尘粒后，首先其比表面积增加，因而化学活性、溶解性和呼附能力明显增加；其次更容易悬浮于空气中，表11-1-2所示为在静止空气中不同粒度的尘粒从1m高处降落到底板所需的时间；第三，粒度减小容易使其进入人体呼吸系统，据研究，只有5μm以下粒4径的矿尘才能进入人的肺内，是矿井防尘的重点对象。表11-1-2尘粒沉降时间粒度μm1001010.50.2沉降时间，min0.0434.0420132055203．分散度是指矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法：(1)重量百分比(2)数量百分比：各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比称为数量分散度。粒级的划分是根据粒度大小和测试目的确定的，我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级：小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。4．矿尘的湿润性是指矿尘与液体亲和的能力。湿润性决定采用液体除尘的效果，容易被水湿润的矿尘称为亲水性矿尘，不容易被水湿润的矿尘称为疏水性矿尘，对于亲水性矿尘，当尘粒被湿润后，尘粒间相互凝聚，尘粒逐渐增大、增重，其沉降速度加速，矿尘能从气流中分离出来，可达到除5．矿尘是一种微小粒子，因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是正电荷，也可是负电荷，带有相同的电荷的尘粒，互相6．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5第二节尘肺病是工人在生产中长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈.1．(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游离ＳｉＯ2含量较高的岩尘而引的尘肺病(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同时吸入煤尘和含游离ＳｉＯ2的岩尘所引起的(3)煤肺病，由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。其发病工令最短（一般在10年左右），病情发展快，危害严重。煤肺病的发病工令一般为20～30年，煤硅肺病介于两者之间但接近后者。2．尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。(1)在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于10μm的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出(2)在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体吸道的粉尘，其粒度均小于5μm，目前比较统一的看法是：空气中5μm6(3)在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使部分2～5μm的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛运动逐级排出体外。(4)粒度为2μm左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1%～2％以下。残留在肺内的尘粒可杀死肺泡，使肺泡组织形成纤维病变出现网眼，逐步失去弹性而硬化，无法担负呼吸作用，使肺功能受到损害，降低了人体抵抗能力，并容易诱发其它疾病，如肺结核、肺心病等。在发病过程中，由于游离的ＳｉＯ2表面活性很强，加速了肺泡组织的死亡。二、尘肺病的发病症状及影响因素1．尘肺病的发病症状第一期第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚2．(1)矿尘的成分游离ＳｉＯ2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。(2)矿尘粒度及分散度内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5μm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5μm以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2μm左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害(3)矿尘浓度尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成正比。(4)个体方面的因素进行的，所以人的机体7条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发第三节煤尘爆炸及预防1．煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般认为其爆炸机理及过程主要表(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧(2)当温度达到300～400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1%左右的其它碳氢化合物；(3)形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。2．煤尘爆炸的特征(1)火焰温度为1600～1900℃，爆源的温度达到2000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，后一次爆炸的理论压力将是前一次的5～7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/ｓ，冲击波速度为2340m/ｓ。8(2)煤尘爆炸具有连续性(3)煤尘爆炸的感应期够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40～280m(4)挥发分减少或形成“粘焦挥发分含量的40%～70％，致使煤尘挥发分减少，根据这一特征，可以判断煤(5)产生大量的COCO，在灾区气体中的浓度可达2％～3％，甚至高达8％左右。爆炸事故中受害者的大多数(70%～80％)是由于CO煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。1．煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。2．井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g/m3。3．引燃煤尘爆炸的高温热源煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘性质、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5～40mj。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，9三、影响煤尘爆炸的因素1．煤的挥发分一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤，其煤尘的爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。2煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。煤的灰分对爆炸性的影响还与挥发分含量的多少有关，挥发分小于15%的煤尘，灰分的影响比较显著，大于15%时，天然灰分对煤尘的爆炸几乎没有影响。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。3．粒度对爆炸性的影响极大。1mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加，75μm以下的煤尘特别是30～75μm的煤尘爆炸性最强，在同一煤种不同粒度条件下，爆炸压力随粒度的减小而增高，爆炸范围也随之扩大，即爆炸性增强。粒度不同的煤尘引燃温度也不相同。煤尘粒度越小，所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。4瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于4%时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：δm＝ｋδ式中：δm—空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/m3δ—煤尘的爆炸下限，g/m3ｋ—系数，见表11-3-1表11-3