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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40m，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1040m，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。(3)微尘 粒径为0.2510m，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0.25m，要用电子显微镜才能观察到，
2、在空气中作扩散运动。2按矿尘的存在状态划分(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按矿尘的粒径组成范围划分（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)呼吸性粉尘 主要指粒径在5m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。
3、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40008000mg/m3，有的甚至
4、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/m3。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。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
5、性粉尘(1)520.06.0(2)51010.03.5(3)10256.02.5(4)25504.01.5(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相对产尘强度是指每采掘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，便于比较不同生产情况下的产尘量。4矿尘沉积量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/m2d。这一指标用来表示巷道中沉积粉尘的强度，是确定岩粉撒布周期的重要依据。四
6、、矿尘性质1矿尘中游离SiO2的含量矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。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矿尘的粒度与比表面积矿尘粒度是指矿尘颗粒的平均直径，单位为m。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。矿尘的比表面积与粒度成反比，粒度越小，比表面积越大，因而这两个指标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
7、-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5m以下粒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m1001010.50.2沉降时间，min0.0434.0420132055203矿尘的分散度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：各粒级尘粒的重量占总重量的百分比称为重量分散度；(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2m、2
8、5m、510m和大于10m。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，可达到除尘目的。5矿尘的荷电性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，互相排斥，不易凝聚沉降；带有异电荷时，则相互吸引，加速沉降。6矿尘的
9、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，常常用到这一特性。第二节 矿山尘肺病一、尘肺病及其发病机理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尘肺类的分类(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游离2含量较高的岩尘而引的尘肺病称为硅肺病。患者多为长期从事岩巷掘进的矿工。(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同时吸入煤尘和含游离2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅病肺。患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。(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
10、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2030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。进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下四个过程：(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10m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体外。(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510m的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。
11、因此，真空进入下呼吸道的粉尘，其粒度均小于5m，目前比较统一的看法是：空气中5m以下的矿尘是引起尘肺病的有害部分。(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25m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2m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
12、游离的2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尘肺病的发病症状尘肺病分为三期：第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。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，甚至咯血和行动困难。2影响尘肺病的发病因素(1)矿尘的成分能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。(2)矿尘粒度及分散度尘肺病变主要是发生在肺脏的最基本单元即肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m以下的矿尘可以进
13、入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2m左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害就越大。(3)矿尘浓度尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，也就是说，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成正比。(4)个体方面的因素矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的，所以人的机体条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发展有一定的影响。第三节 煤尘爆炸及预防一、煤尘爆炸的机理及特征1煤尘爆炸的机理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现在以下方面：(1)煤本身是可
14、燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；(2)当温度达到300400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)形成高温、高压、冲击波煤尘爆炸火焰温度为16001900，爆源的温度达到2000以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736Pa，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57倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/，冲击波速度为2340m/。(2)煤尘爆炸具有连续性(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。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决
