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煤矿粉尘防治 word版本

分类:煤矿技术 | 引用:0

19 Jul 2010

3 矿尘防治

煤尘爆炸是煤矿五大灾害之一;由煤尘引起的尘肺病危害着职工的健康，每年因尘肺死亡人数3000人左右。

3.1 矿尘及其分类

（1）矿尘的含义

●矿尘是指在矿山建设和生产过程中生成的直径不大于1mm的矿物微粒的总称。

●矿尘的大小叫粒度（D）单位为：μm(μm)。1mm＝1000μm（1μm相当于1/70～1/80头发丝粗）。

（2）矿尘的分类

按矿尘的组成可分为：岩尘、煤尘和水泥粉尘。

1）煤尘

●煤尘的一般含义为“细微颗粒的煤炭粉尘”。

（但随着应用场合不同而又有不同的严格定义，这一点只得注意。在评价作业场所空气中呼吸性粉尘状况时，将二氧化碳含量低于10％的粉尘定义为煤尘，而在评价作业人员接触呼吸性粉尘状况时，将游离二氧化硅含量小于5％的粉尘定义为煤尘。）

2）岩尘

岩尘一般是指细微颗粒的岩石粉尘。

在评价作业场所空气中呼吸性岩尘状况时，也使用“矽尘”一词表示岩尘。这两个名词的含义应该是相同的。岩尘（矽尘）中游离的二氧化硅含量一般大于10%。

3）水泥粉尘

煤矿井上下有些场所生产、应用水泥或水泥制品时产生水泥粉尘。例如，煤矿井下的典型场所为锚喷作业点，大量使用水泥，产生水泥粉尘。

3.2 粉尘的基本性质

煤矿生产过程产生粉尘一般都不伴有化学变化，因此漂浮于空气中粉尘的化学成分与其来源物料的化学成分基本相同。

（1）粉尘的比表面积和表面能

单位质量（或单位体积）粉尘的总表面积称为粉尘的比表面积。物料被粉碎为细微的粉尘，其总表面积显著增加。

（2）粉尘的凝聚与附着

●一般把粉尘间互相结合形成的一个新的大尘粒的现象称作凝聚；

●尘粒和其它物体结合的现象称为附着。

●细微粉尘增大了表面能，即增加了粉尘的结合力。

（3）粉尘的湿润性

不同性质的粉尘对同一性质的液体的亲和程度是不一样的，这种不同的亲和程度称为粉尘的湿润性。

在除尘技术中，粉尘的湿润性，是选用除尘设备的主要依据之一。对于浸润性好的亲水性粉尘（中等亲水、强亲水），可选用湿式除尘器。

（4）粉尘的光学特性

粉尘的光学特性包括粉尘对光的反射、吸收和透光程度等。

可以利用粉尘光学特性来测定粉尘的浓度和分散度。

（5）自燃和爆炸性

粉尘的自燃是由于粉尘的氧化而产生的热量不能及时散发，而使氧化反应自动加速造成的。

（6）粉尘的电性质

1）荷电性

自然界的粉尘通常都带有电荷。

认识粉尘的电性质一方面可以利用其特性研制电除尘设备，另一方面，某些学者认为带电尘粒吸入肺组织，较容易沉积在支气管、肺泡中，增加了对人体的危害。

2）比电阻

粉尘的导电性通常用比电阻表示。

3.3 矿尘的存在状态

（1）浮游矿尘（浮尘）

浮尘指悬浮飞扬的煤矿井下的矿尘，其粒度（D）小于1μm。

（2）沉积矿尘（落尘）

落尘指矿井空气中沉降在巷道四周和巷道中各种堆积物上的矿尘，其粒度（D）大于10μm。

（3）浮尘和落尘的关系

●浮尘和落尘的存在状态不是绝对不变的，浮尘因受自重的作用可以逐渐沉降下来变成落尘，而落尘受到外界条件的干扰，又可再次飞扬变成浮尘。

●浮尘在空气中的飞扬时间，取决于粒度、比重、形状。同时还受空气的温度、湿度和风速的影响。

3.4矿尘的生成

煤矿在开拓、掘进、采煤、运输及提升各生产环节中，随着岩体和煤体的破坏、碎裂，产生大量的矿尘。

（1）采煤工作面产尘源

●采煤工作面的主要产尘工序有采煤机落煤、装煤、液压支架的移架、运输转载、运输机运煤、人工攉煤、放炮及放煤口放煤等。

●采煤工作面的各种产尘工序的产尘机理一般可分为摩擦和抛落两种机制，前者产生的大颗粒粉尘较多，后者产生的呼吸性粉尘较多。

（2）掘进工作面产尘源

●掘进工作面的产尘工序主要有机械破岩（煤）、装岩、放炮、煤矸运输转载及锚喷等。

●一般而言，掘进工作面各工序产生的粉尘含游离二氧化硅成分较多，对人体危害大，操作人员很有必要进行个体防护作为其他粉尘控制措施的补充。

（3）其它粉尘源

●巷道维修的锚喷现场、煤炭装卸点等都会产生高浓度的粉尘，尤其是煤炭装卸处的瞬时粉尘浓度高达数g/m³，有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限。

●此外，地面煤炭运输、煤堆、矸石山等由于风力作用也产生大量的粉尘，使矿区周边空气环境受到严重的污染。

3.5 影响矿尘产生的因素

(1)自然条件

1)矿井地质构造复杂，断层、褶皱比较多，岩层和煤层遭到破坏的地区，开拓、开采时，矿尘的产生量最大。

2)煤层的倾角越大，厚度越大，采掘过程中煤尘的发生量越大。

3)煤质脆、节理发育、结构疏松、水分少的煤层，开采时，煤尘的产生量大。

(2) 采掘条件

1)采掘机械化程度高，采掘强度大时，矿尘的发生量大。

2)采煤的方法不同，生成煤尘的量不一样。

3)通风的状态不同，空气中的矿尘量不同。

3.6 煤矿粉尘防治技术

我国煤矿目前主要采用以风、水为主的综合防尘技术措施，即一方面用水将粉尘湿润捕捉；另一方面借助风流将粉尘排除井外。

（1）减尘措施

在矿井生产中，采取各种技术措施，减少采掘作业时的粉尘发生量，是减尘措施中的主要环节，是矿井尘害防治工作中最为积极、有效的技术措施。

减尘措施主要包括：改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水炮泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如煤层注水等）。

（2）降尘措施

尽管采取了减尘措施，采、掘、运等诸环节仍然会产生大量的粉尘，这是就要采取各种降尘方法进行处理。降尘措施是矿井综合防尘工作的重要环节，

现行的降尘措施主要有：产尘点的喷雾洒水，如采煤机上内外喷雾、放炮喷雾、支架喷雾、装岩洒水、巷道净化水幕等。

（3）通风除尘

通过上述两类措施所不能消除的粉尘要用矿井通风的方法排除井外。事实证明，矿井通风是除尘措施中最根本的措施之一。通风除尘方法分为全矿井通风排尘和局部通风除尘两种。

（4）个体防护

●在井下粉尘浓度较高的环境下作业的人员需配备个体防护的防尘用具，如防尘面罩、防尘帽、防尘呼吸器等。

●个体防护虽然是防尘工作中不容忽视的一个重要方面，但它是一项被动的防尘措施。

3.7 煤尘爆炸原因及条件

凡是遇到火源能发生燃烧和爆炸的固体粉尘都称为可燃粉尘。煤尘是一种可燃粉尘，它遇到火源能燃烧和爆炸。

（1）煤尘爆炸的原因

煤尘爆炸是煤尘被剧烈的氧化的结果。大家知道固体之间的化学反应是在固体物质的表面上进行的，因此悬浮煤尘之所以能爆炸其原因虽然国内外学者尚未取得一致的看法，但基本可以归纳如下两大方面：

1) 煤尘的氧化面积增大

粉尘状态下的煤，表面积大大增加，例如1cm³的煤块，破碎成1μm的煤尘时，其表面积将增大1万倍。

因此，煤尘的氧化能力显著增强、吸附氧分子的数量增加，从而加快了煤尘的氧化速度和热化过程。

2) 可燃气的作用

可燃的物质在受热后会放出大量的可燃气体，可燃气体在爆炸界限内遇火是要爆炸的。

煤尘是可燃粉尘，它在较低温度下（300～400℃）就能放出大量的可燃气体（挥发分）。据实验：1kg焦煤（挥发分为20％～26％）在高温下能放出290～350L可燃气体。

鉴于上述原因，决定了煤尘具有爆炸的可能性。

（2）煤尘爆炸发展过程分析

煤尘爆炸的过程，可视为由以下五步发展形成的：

第一步是悬浮的煤尘在热源的作用下被干馏而形成可燃气体；

第二步是可燃气体与空气混合而形成燃烧；

第三步是煤尘燃烧放出热量；

第四步这种热量以分子热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮着的煤尘，这些煤尘受热气化后使燃烧循环持续进行下去；

第五步随着每个循环的逐次进行，其反应速度也越来越快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。

（3）煤尘爆炸的效应

以上分析说明，煤尘的燃烧及爆炸实际上是煤尘的可燃气体的燃烧及爆炸，所以煤尘的爆炸具有与瓦斯爆炸相类似的特点，爆炸后同样要产生高温、高压和冲击波及生成大量有害气体、皮渣、粘块等。

1) 爆炸温度

煤尘的爆炸是其激烈氧化的结果，因此，在爆炸时要释放大量的热量，这个热量可以使爆源周围气体的温度上升到2300～2500℃。这种高温是造成煤尘爆炸连续发生的重要条件。

2) 爆炸压力

煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度急剧上升，必然使气体的压力突然增大。

许多国家曾分别在实验室和巷道中进行测定。其结果表明，爆炸压力随离开爆源的距离的延长而跳跃式的不断增大，爆炸在扩展过程中如果有障碍物或巷道的断面突然变化及巷道拐弯等，则爆炸压力将增加得更大。

3) 爆炸速度

在爆炸生产高温高压得同时，爆炸火焰和冲击波以极快得速度向外传播。

一些国家利用实验巷道对其传播速度进行了测定，结果表明，每秒可达到1000多米。

4) 冲击波

煤尘爆炸同样形成冲击波，其传播速度比爆炸火焰传播得还要快，有的可达2400m/s。它对矿井得破坏极大。

5) 爆炸生成有毒气体

煤尘爆炸后生成大量的一氧化碳气体，其浓度可达2％～3％，有时甚至高达8％左右，这是造成矿工大量中毒伤亡的主要原因。

6) 爆炸生成皮渣和粘块

煤尘爆炸含有不可燃气体，煤尘爆炸又缺乏氧气，因此，煤尘的燃烧是不完全的，一部分煤尘燃烧了，另一部分煤尘被局部焦化，并附在巷道、支架上，在巷道的周围及煤壁上形成一种烧焦的皮渣和粘块。

(4) 煤尘爆炸的必要条件

煤尘爆炸必须满足以下三个条件：

煤尘本身具有爆炸性；

煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定的浓度；（45-2000 g/m³）

有一个引爆煤尘的热源（610-1050℃）。

以上三个条件缺其中任何一个条件都不可能形成煤尘爆炸。

●只有当煤尘悬浮在空气中,它的全部表面才能与空气中的氧接触,并在氧化、热化的过程中放出大量的可燃气为爆炸创造条件。

我国对煤尘爆炸的实验结果

煤尘爆炸下限浓度

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