矿山环保和安全第三章矿山粉尘污染和其防治工作

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1、1 矿山环保和安全矿山环保和安全 第三章矿山粉尘污染和其防治工作 2 第一节 矿尘的产生 性质及危害 第二节 矿井粉尘治理措施 第三节 露天矿防尘 本章主要内容 3 矿尘 在矿山生产过程中 如凿岩 爆破 装矿 运输 卸矿 放矿 转载等各工序 均产生大量的 能长时间悬浮于空气中的矿物与岩石的细微颗粒 统称为 矿尘 根据作业环境矿尘的成分不同分为 矽尘 煤 尘 石墨尘 石棉尘 等 据统计 二氧化硅占地壳表面总量的60 左右 冶 金矿山粉尘中 一般游离二氧化硅的含量为30 70 而煤矿中 为15 50 左右 本章概述 4 一 矿尘的来源 1 凿岩时产生粉尘 炮掘是我国大多数地下矿的掘进方式 钻机 凿

2、岩 机和电钻在作业中产尘量最大 约占总产尘量的40 左 右 特点 1 随凿岩时间的延长 空气中的粉尘不断积累 浓度 越来越高 2 凿岩产尘量的大小与矿岩的物理力学性质及炮孔方 向和深度有关 3 和工作的钻机台数 凿岩速度 炮孔横断面积有关 第一节 矿尘的产生 性质及危害 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 5 2 爆破时产生粉尘 冲击波的作用下将矿尘抛掷并悬浮于空气中 爆破产尘的特点是在爆破的瞬间产尘量可达数千至数 万毫克 米3 以后随着时间的延长逐渐下降 据统计 爆破产尘量约占生产过程中产尘量的40 左 右 3 机采面产生粉尘 目前 我国国有重点煤矿采煤机械化程度为77 78 采煤机快速切割煤

3、体 造成煤体破碎和脱落 进而进入刮 板机 此过程中会产生大量粉尘 另外 移架过程中也 会产生一定的粉尘 采空区上方顶板垮落的气浪会激起 一定量的粉尘 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 6 4 装矿 运矿和卸矿时产生粉尘 矿岩在装载 运输和卸载的过程中 由于矿 岩相互的碰撞 冲击 摩擦以及矿岩与铲斗 车 箱的相互碰撞而产生粉尘 特点 1 装 运 卸作业产尘量的大小与矿岩的湿润 程度 装岩方式 人工或机械 以及矿岩的物理 力学性质等因素有关 2 随着运 装 卸作业机械化程度的提高 其 产尘量将越来越大 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 7 5 溜矿井装 放矿时产生粉尘 溜井放矿时由于矿石与矿石 矿

4、石与井壁 互相冲撞 摩擦而产生大量粉尘 特点 1 它产尘量的大小取决于 矿车容积 矿石 量 连续作业的矿车数 溜井高度 面积 矿石的湿度及矿岩的物理力学性质 2 溜井产尘的特点是在卸矿时 由于矿石加 速下落 空气受到压缩 此受压空气带着大量 粉尘流经下部出矿口向外泄出而污染矿井空气 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 8 6 井下破碎硐室产生粉尘 破碎硐室是井下产尘量最集中的地方 因为在此 要进行大量 连续地矿石破碎工作以满足箕斗提升 设备对矿石块度的要求 其产尘量可达数百至上千 毫克 米3 特点 破碎硐室往往靠近提升主井 主井又常作 进风井 特别是采用抽出式通风的矿山 使矿尘更 有利于混入新鲜

5、风流中 影响风流质量 7 其它作业产生粉尘 矿车卸载 工作面放顶 喷锚作业 干式充填等 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 9 二 矿尘的性质 1 粒度与分散度 1 粒度 指矿尘颗粒的大小 矿尘粒度按照可见程度和沉降情况分三类 1 可见尘粒 粒径大于10微米 也有观点认为 50微米 在光线明亮的情况下 肉眼可以看到 在静止空气中加速沉降 2 显微尘粒 粒径为0 25 10微米 用普通显 微镜可以观察到 在静止空气中等速沉降 3 超显微尘粒 微粒小于0 25微米 要用超倍 显微镜才能观测到 在静止空气中不易沉降 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 10 此外 颗粒粒度按照悬浮特点和对人体危害程度 也

6、可分为总悬浮颗粒物 TSP PM10 PM2 5 TSP total suspended particulate 简称TSP 是指动力 学直径小于或等于100微米的颗粒物 一般认为 粒径 大于100um的颗粒可自然沉降 TSP和PM10 PM2 5存 在着层层包含的关系 即PM10为TSP的一部分 PM2 5 是PM10的一部分 图3 1 不同粒径颗粒 对人体的危害 11 2 分散度 指矿尘中各粒径的尘粒所占总体重量 或数量的百分比 前者称为重量分散度 后者称 为数量分散度 它反映了被测地点粉尘的组成状 况 矿尘组成中小颗粒所占百分数大 即是分散 度高 对人体的危害也大 研究矿尘的粒度和分散度

7、 有助于我们分析 其对人体的危害程度及正确选择除尘方式和设备 矿尘分散度可用表格或曲线表示 累计分布 曲线 也称为级配曲线 是其中的一种表示方法 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 12 图3 2 矿尘的级配曲线 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 颗粒级配 累计分布 曲线陡 表示粒径大小相差不多 颗粒比较 均匀 级配 累计分布 曲线缓 表示粒径大小相差悬殊 颗粒不均匀 13 合理的级配 混凝土凝固后密实性好 图3 3 混凝土骨料的级配 14 2 比表面积 1 定义 比表面积指位质量的矿尘总表面积 分外表面积 内表面积两类 理想的非孔性物料只具有外表面积 有 孔和多孔物料具有外表面积和内表面积 2

8、 性质 粉尘中小的颗粒越多 分散度就越高 同一质量的矿尘其分散度越高 则比表面积越大 表面积增大 增加了尘粒在溶液中的溶解度 比表面积增大 增加了与空气中氧气的接触 容易发 生矿尘自然和爆炸 增加了吸附能力 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 15 3 矿尘比重 1 定义 矿尘比重是指矿尘的重量与同体积水在4 时的 重量之比 2 性质 矿尘的比重对于矿尘在空气中的扩散程度 选择 除尘器的类型和重量分散度的测定均具有意义 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 16 4 矿尘荷电性 1 定义 荷电性是粉尘能被荷电的难易程度 悬浮于空气中的 矿尘粒子 特别是高分散度的矿尘 一般都带有电荷 一 般是由于破碎

9、时的摩擦 粒子间撞击或放射照射等作用而 带电的 2 性质 矿尘颗粒的电量主要取决于它的大小和重量 矿尘带电后 凝聚性增强 促使尘粒凝聚增大而较易 于沉降和捕获 带电尘粒也较易于沉积于支气管和肺泡当中 会加速 破坏细胞的作用 增加了对人体的危害 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 17 5 湿润性 1 性质 矿尘的湿润性决定于尘粒的成分 大小 带电 状态 温度和气压等条件 吸水性随压力的增加而 增加 随温度上升而降低 随尘粒变小而减小 随 着接触时间的加长而变大 2 按照被液体润湿程度分类 亲水性粉尘 能被水润湿的固体颗粒 疏水性粉尘 不能被水润湿的固体颗粒 疏水性 粉尘 不宜采用湿式除尘器净化

10、水硬性粉尘 可以在水 空气 中硬化的颗粒 水硬性粉尘 水泥 石灰 一般不采用湿式除尘 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 18 6 燃烧性和爆炸性 燃烧性是比表面积加大的粉尘 与空气及水的接触面 积增大 因而增加了氧化产热的能力 在一定条件下能发 生自燃现象 爆炸性是某些粉尘 如粮食 饲料 煤 硫化矿和硫 磺以及镁 铝 锌和糖的粉尘 在空气中达到一定的尝试 范围 在外界高温 明火 放电火花 碰撞及摩擦等作用 下能发生爆炸的现象 在矿山生产中 煤尘 硫化矿尘和油页岩尘在一定条件 下能爆炸或燃烧 封闭的空间悬浮状态粉尘爆炸条件 一定的粉尘浓度 要有一定的氧含量 有足够的点火源 最小点火能量 大多数粉

11、尘最小点火能量在5 mJ 50 mJ 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 19 7 矿尘的吸附性和悬浮性 矿尘的颗粒越小 分散度越高 则吸附性往往越 强 细颗粒如生成后 则往往在其表面形成一层气模 润湿性就会剧减 也不容易沉落 矿尘的悬浮性 指的是细颗粒矿尘不易沉降并可较较长时间悬浮于 风流之中的现象 通常情况下 粒径大于10um的颗粒很快就会沉 落下来 粒径大于10um的颗粒 半小时后仍有 部 分未沉降 粒径小于1um的颗粒 一天内也难以沉 降 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 20 三 矿尘的危害 矿尘浓度过大 不仅 会导致各种疾病和职业病 还会影响设备工作 严重 的还会导致人员设备损失 1

12、 导致尘肺病 2 使人中毒 如重金属 3 导致癌症 如石棉 4 导致其它疾病 如 各种炎症 不孕症等 5 影响人员 设备工作 6 粉尘爆炸造成人员 设备损失 第一节 矿尘的产生 性质及 危害 图3 4 矿尘的危害 21 第二节 矿井粉尘治理措施 根据粉尘的污染过程 可将矿井粉尘的治理措施 分为四大类 一 控制尘源 减少粉尘向井下的排放量 1 我国矿山采取措施 1 密闭尘源 用抽尘装置将粉尘抽入回风 系统 再排放至地表或将粉尘抽入净化装置净化后 循环使用或送入进风巷道 2 在尘源处喷雾洒水 湿润并捕集粉尘 3 采取综合措施 即尘源密闭 喷雾洒水 通风排尘结合进行 第二节 矿井粉尘治理措施 22

13、2 根据采矿作业各工序 1 抵制凿岩时的粉尘 1 湿式凿岩 安全规程规定 必须采用湿式作业 根据供水方式不同 有中心供水和旁侧供水两种 2 干式凿岩 对于某些不宜用水的矿床 水源缺乏或难于铺设 水管的地方 以及冰冻期较长的露天矿 为降低凿 岩的产尘量 可考虑干式捕尘措施 干式凿岩捕尘可分为两种 一是干式孔底捕尘 另一种是孔口干式捕尘 第二节 矿井粉尘治理措施 23 图3 5 24 图3 6 25 2 抑制爆破作业的粉尘 1 通风防尘 通风排尘技术是稀释和排出作业地点悬浮的矿尘 防止其过量积聚的有效措施 2 喷雾洒水 喷雾洒水常采用爆破波启动喷雾器 3 水封爆破 n 使用盛满水的专用塑料袋代替或

14、部分代替用粘土 做成的炮泥 爆破时水泡泥中的水分被雾化 可使 尘粒湿润 结团而减少煤尘产生量 还能降低爆炸 产物的温度和浓度 有效地预防瓦斯和煤尘爆炸 第二节 矿井粉尘治理措施 26 图3 7 水炮泥及其在炮孔位置 27 4 其它措施 爆破前对工作面及其四壁用水冲洗 可防止爆破 时由于冲击波作用使已沉降的粉尘重新飞扬 增加 粉尘的含量 合理确定炮孔装药量及起爆方式以降低爆破产尘 量 3 机采 机掘面除尘 1 煤层注水 煤层注水就是通过钻孔将水压入尚未采落的煤体 中 使水均匀地分布在煤体细微裂隙和孔隙内达到 预先湿润和降尘 降尘率一般在50 90 第二节 矿井粉尘治理措施 28 2 采煤机喷雾

15、掘进机喷雾 采煤机设内外喷雾装置 3 液压支架喷雾 设置随支架移动的自动喷雾装置 4 采空区注水喷雾 为了减少顶板冒落时产生的粉尘 以及采用分层开 采时 下分层开采产生的粉尘 可采用采空区注水方式 图3 8 液压支架喷雾 29 4 抑制装 卸矿 岩 时的粉尘 1 对矿岩堆进行喷雾 洒水是降低装矿时粉尘 浓度措施 2 当采用机械装岩时 可采用在距工作面5米 左右的顶板两侧 悬挂两个喷雾器进行降尘 3 井下刮板运输机 皮带运输机的装载点和转 载点 矿车装车点及采场放矿漏斗口均可设置定点 喷雾装置 降低产尘点的粉尘浓度 第二节 矿井粉尘治理措施 图3 9 转载点喷雾 灭尘 30 5 抑制井下破碎硐室

16、的粉尘 破碎硐室的服务年限一般在10年以上 一般金属矿 用的较多 1 特点 破碎硐室产尘量大 而且多位于井底车场进风带 通常采用密闭 抽尘和净化联合措施 2 措施 对破碎机进行整体密闭 尽可能减少敞天部分 对于进料口 出料口以及不可能密闭的其它产尘点 必须采用喷雾洒水及水幕除尘 密闭空间要有足够的抽尘风量和负压 实行负压抽 尘 以防止粉尘外逸 第二节 矿井粉尘治理措施 31 图3 10 非煤矿床地下开采示意图 32 二 在传播途径上控制粉尘 风流净化 风流净化总的来说可以分为两大类 干式除尘和湿式 除尘 此外 近年来也出现了干雾除尘装置 1 水幕 2 重力沉降室 3 水浴除尘器 4 冲击式除尘器 5 泡沫除尘器 6 电除尘器 7 布袋除尘器 第二节 矿井粉尘治理措施 图3 11 防尘水幕 33 图3 12 重力沉降室除尘 34 图3 13 水浴除尘器 35 图3 14 冲击式除尘器的工作原理 36 图3 15 泡沫除尘器的工作原理 37 三 个体防护 个人防尘措施主要是佩戴防尘口罩或空气帽 图3 16 防尘口罩 图3 17 空气帽 38 空气帽内安设有风扇 使充满粉尘的空气通过一层 过