模塊四現(xiàn)代化礦井災害防治(礦塵)

現(xiàn)代化礦井

通風技術管理與災害防治礦塵防治理論與技術制作人：王毅2010年6月1/31/20231主要內容第一節(jié)礦塵及其性質第二節(jié)礦山塵肺病第三節(jié)煤塵爆炸及預防第四節(jié)礦山綜合防塵1/31/20232第一節(jié)礦塵及其性質一、礦塵的產(chǎn)生及分類

礦塵是指在礦山生產(chǎn)和建設過程中所產(chǎn)生的各種煤、巖微粒的總稱。幾種常用的分類方法：1、按礦塵粒徑劃分(1)粗塵。粒徑大于40μm，相當于一般篩分的最小顆粒，在空氣中極易沉降。(2)細塵。粒徑為10～40μm，肉眼可見，在靜止空氣中作加速沉降。(3)微塵。粒徑為0.25～10μm，用光學顯微鏡可以觀察到，在靜止空氣中作等速沉降。1/31/20233第一節(jié)礦塵及其性質(4)超微塵。粒徑小于0.25μm，要用電子顯微鏡才能觀察到，在空氣中作擴散運動。2、按礦塵的存在狀態(tài)劃分(1)浮游礦塵：懸池于礦內空氣中的礦塵，簡稱浮塵。(2)沉積礦塵：從礦內空氣中沉降下來的礦塵，簡稱落塵。3、按礦塵的粒徑組成范圍劃分(1)全塵(總粉塵)。各種粒徑的礦塵之和。對于煤塵，常指粒徑為1mm以下的塵粒。(2)呼吸性粉塵。主要指粒徑在5μm以下的微細塵粒。1/31/20234第一節(jié)礦塵及其性質二、礦塵的危害礦塵具有很大的危害性，表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)污染工作場所，危害人體健康，引起職業(yè)病。(2)某些礦塵(如煤塵、硫化塵)在一定條件下可以爆炸。(3)加速機械磨損，縮短精密儀器使用壽命。(4)降低工作場所能見度，增加工傷事故的發(fā)生。1/31/20235第二節(jié)礦山塵肺病

一、塵肺病及其發(fā)病機理

塵肺病:工人在生產(chǎn)中長期吸入大量微細粉塵而引起的以纖維組織增生為主要特征的肺部疾病。

1、塵肺類的分類煤礦塵肺病按吸入礦塵的成分不同，可分為三類：(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游離SiO2含量較高的巖塵而引的塵肺病稱為硅肺病。患者多為長期從事巖巷掘進的礦工。(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同時吸入煤塵和含游離SiO2的巖塵所引起的塵肺病稱為煤硅病肺?；颊叨酁閹r巷掘進和采煤的混合工種礦工。1/31/20236第二節(jié)礦山塵肺病

(3)煤肺病。由于大量吸入煤塵而引起的塵肺病多屬煤肺病?；颊叨酁殚L期單一的在煤層中從事采掘工作的礦工。2、塵肺病的發(fā)病機理塵肺病的發(fā)病機理至今尚未完全研究清楚。關于塵肺病的形成的論點和學說有多種。

進入人體呼吸系統(tǒng)的粉塵大體上經(jīng)歷以下四個過程：(1)在上呼吸道的咽喉、氣管內，含塵氣流由于沿程的慣性碰撞作用使大于10μm的塵粒首先沉降在其內。經(jīng)過鼻腔和氣管粘膜分泌物粘結后形成痰排出體外1/31/20237第二節(jié)礦山塵肺病

(2)在上呼吸道的較大支氣管內，通過慣性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的塵粒沉積下來，經(jīng)氣管、支氣管上皮的纖毛運動，咳嗽隨痰排出體外。(3)在下呼吸道的細小支氣管內，由于支氣管分支增多，氣流速度減慢，使部分2～5μm的塵粒依靠重力沉降作用沉積下來，通過纖毛運動逐級排出體外。(4)粒度為2μm左右的粉塵進入呼吸性支氣管和肺內后，一部分可隨呼氣排出體外；另一部分沉積在肺泡壁上或進入肺內，殘留在肺內的粉塵僅占總吸入量的1%～2％以下。1/31/20238第二節(jié)礦山塵肺病

二、塵肺病的發(fā)病癥狀及影響因素1、塵肺病的發(fā)病癥狀塵肺病分為三期：

第一期：重體力勞動時呼吸困難、胸痛、輕度干咳。

第二期：中等體力勞動或正常工作時，感覺呼吸困難，胸痛、干咳或帶痰咳嗽。

第三期：做一般工作甚至休息時，也感到呼吸困難、胸痛、連續(xù)帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難。

1/31/20239第二節(jié)礦山塵肺病

2、影響塵肺病的發(fā)病因素

(1)礦塵的成分能夠引起肺部纖維病變的礦塵，多半含有游離SiO2，其含量越高，發(fā)病工令越短，病變的發(fā)展程度越快。對于煤塵，引起煤肺病的主要是它的有機質(即揮發(fā)分)含量。(2)礦塵粒度及分散度5μm以上的礦塵對塵肺病的發(fā)生影響不大；5μm以下的礦塵可以進入下呼吸道并沉積在肺泡中，最危險的粒度是2μm左右的礦塵。

1/31/202310第二節(jié)礦山塵肺病

(3)礦塵濃度塵肺病的發(fā)生和進入肺部的礦塵量有直接的關系，也就是說，塵肺的發(fā)病工令和作業(yè)場所的礦塵濃度成反比。(4)個體方面的因素

塵肺病在目前的技術水平下盡管很難完全治愈，但它是可以預防的。只要領導重視，增加資金投入，積極開展塵肺病預防及治療方面的研究，完善技術措施，推廣綜合防塵，就可以達到降低塵肺病的發(fā)病率及死亡率的目的。1/31/202311第三節(jié)煤塵爆炸及預防

我國歷史上最嚴重的一次煤塵爆炸發(fā)生在1942年日本統(tǒng)治下的本溪煤礦，犧牲1549人，殘246人，犧牲的人員中大多為CO中毒，事故發(fā)生前，巷道內沉積了大量煤塵，是由于電火花點燃局部聚積的瓦斯而引起的重大煤塵爆炸事故。一、煤塵爆炸的機理及特征1、煤塵爆炸的機理煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應過程，是一種非常復雜的鏈式反應。一般煤塵爆炸機理及過程主要表現(xiàn)在以下方面：1/31/202312第三節(jié)煤塵爆炸及預防(1)煤本身是可燃物質，當它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開。(2)當溫度達到300～400℃時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強，放出大量的可燃性氣體。如:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫(3)形成的可燃氣體與空氣混合在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成活化中心，當活化中心的能量達到一定程度后，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃。(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地循環(huán)進行。當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數(shù)百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變?yōu)楸ā?/31/202313第三節(jié)煤塵爆炸及預防2煤塵爆炸的特征(1)形成高溫、高壓、沖擊波(2)煤塵爆炸具有連續(xù)性(3)煤塵爆炸的感應期即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。(4)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”(5)產(chǎn)生大量的CO1/31/202314第三節(jié)煤塵爆炸及預防二、煤塵爆炸的條件煤塵爆炸必須同時具備三個條件：1、煤塵本身具有爆炸性煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸危險性必須經(jīng)過試驗確定。

2、煤塵必須懸浮于空氣中，并達到一定的濃度單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低和最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發(fā)生爆炸。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3。

3、存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5～40mj。1/31/202315第三節(jié)煤塵爆炸及預防三、影響煤塵爆炸的因素

1、煤的揮發(fā)分一般說來，煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強。2、煤的灰分和水分煤內的灰分是不燃性物質，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應，降低煤塵的爆炸性。水分能降低煤塵的爆炸性，因為水的吸熱能力大，能促使細微塵粒聚結為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時還能降低落塵的飛揚能力。3、煤塵粒度粒度對爆炸性的影響極大。1mm以下的煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險性隨粒度的減小而迅速增加。1/31/202316第三節(jié)煤塵爆炸及預防4、空氣中的瓦斯?jié)舛韧咚箙⑴c使煤塵爆炸下限降低。瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，煤塵的爆炸下限可用下式計算：δm＝ｋδ式中：δm----空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限，g/m3；δ----煤塵的爆炸下限，g/m3；ｋ----系數(shù)，1/31/202317第三節(jié)煤塵爆炸及預防5、空氣中氧的含量空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時，點燃煤塵云困難，當氧含量低于17%時，煤塵就不再爆炸。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力低。6、引爆熱源點燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個達到或超過最低點燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃煤塵云。而且煤塵初爆的強度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強度也越小。1/31/202318第三節(jié)煤塵爆炸及預防四、煤塵爆炸性鑒定《規(guī)程》規(guī)定：新礦井的地質精查報告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸性鑒定材料。生產(chǎn)礦井每延深一個新水平，由礦務局組織一次煤塵爆炸性試驗工作。鑒定方法有兩種：一種是在大型煤塵爆炸試驗巷道中進行，這種方法比較準確可靠，但工作繁重復雜，所以一般作為標準鑒定用；另一種是在實驗室內使用大管狀煤塵爆炸性鑒定儀進行，方法簡便，目前多采用這種方法。

1/31/202319第三節(jié)煤塵爆炸及預防五、預防煤塵爆炸的技術措施預防煤塵爆炸的技術措施主要包括：減、降塵措施；防止煤塵引燃措施及限制煤塵爆炸范圍擴大等三個方面。目的是將空氣中含塵濃度控制在國家規(guī)定的衛(wèi)生標準內。1/31/202320第三節(jié)煤塵爆炸及預防1、減、降塵措施指在煤礦井下生產(chǎn)過程中，通過減少煤塵產(chǎn)生量或降低空氣中懸浮煤塵含量以達到從根本上杜絕煤塵爆炸的可能性。方法很多，下面主要介紹煤層注水。（1）煤層注水實質在回采之前預先在煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內部，增加煤的水分，從而減少煤層開采過程煤塵的產(chǎn)塵量。煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：①煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除塵源。1/31/202321第三節(jié)煤塵爆炸及預防②水進入煤體內部，并使之均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產(chǎn)生；③水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃危蚨鴾p少了煤塵的產(chǎn)生量。（2）、影響煤層注水效果的因素

①煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度裂隙和孔隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。煤體的裂隙越發(fā)育則越易注水。煤體的孔隙發(fā)育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。根據(jù)實測資料，當煤層的孔隙率小于4%時，煤層的透水性較差。1/31/202322第三節(jié)煤塵爆炸及預防上履巖層壓力及支承壓力地壓的集中程度與煤層的埋藏深度有關，煤層埋藏越深則地層壓力越大，而裂隙和孔隙變得更小，導致透水性能降低，因而隨著礦井開采深度的增加，要取得良好的煤體濕潤效果，需要提高注水壓力。在長壁工作面的超前集中應力帶以及其它大面積采空區(qū)附近的集中應力帶，因承受的壓力增高，其煤體的孔隙率與受采動影響的煤體相比，要小60%～70％，減弱了煤的透水性。1/31/202323第三節(jié)煤塵爆炸及預防液體性質的影響煤是極性小的物質，水是極性大的物質，兩者之間極性差越小，越易濕潤。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。陽泉一礦在注水時加入0.5%濃度的洗衣粉，注水速度比原來提高24%。

1/31/202324第三節(jié)煤塵爆炸及預防④煤層內的瓦斯壓力煤層內的瓦斯壓力是注水的附加阻力。水壓克服瓦斯壓力后才是注水的有效壓力，所以在瓦斯壓力大的煤層中注水時，往往要提高注水壓力，以保證濕潤效果。⑤注水參數(shù)的影響煤層注水參數(shù)是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。注水量或煤的水分增量是煤層注水效果的標志，也是決定煤層注水除塵率高低的重要因素，通常，注水量或煤的水分增量變化在50%到80%之間，注水量和煤的水分增量都和煤層的滲透性、注水壓力、注水速度和注水時間有關。1/31/202325第三節(jié)煤塵爆炸及預防（3）煤層注水方式指鉆孔的位置、長度和方向。按國內外注水狀況，有以下4種方式：①短孔注水在回采工作面垂直煤壁或與煤壁斜交打鉆孔注水，注水孔長度一般為2～3.5m

1/31/202326第三節(jié)煤塵爆炸及預防②深孔注水在回采工作面垂直煤壁打鉆孔注水，孔長一般為5～25m。

③長孔注水從回采工作面的運輸巷或回風巷，沿煤層傾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔長30～100m；1/31/202327第三節(jié)煤塵爆炸及預防④巷道鉆孔注水由上鄰近煤層的巷道向下煤層打鉆注水或由底板巷道向煤層打鉆注水。1/31/202328第三節(jié)煤塵爆炸及預防（4）注水系統(tǒng)注水系統(tǒng)分為靜壓注水系統(tǒng)和動壓注水系統(tǒng)。靜壓注水：利用管網(wǎng)將地面或上水平的水通過自然靜壓差導入鉆孔的注水叫靜壓注水。動壓注水：利用水泵或風包加壓將水壓入鉆孔的注水叫動壓注水，水泵可以設在地面集中加壓，也可直接設在注水地點進行加壓。（5）注水設備煤層注水所使用的設備主要包括鉆機、水泵、封孔器、分流器及水表等。1/31/202329第三節(jié)煤塵爆炸及預防（6）注水參數(shù)①注水壓力注水壓力的高低取決于煤層透水性的強弱和鉆孔的注水速度。適宜的注水壓力是：通過調節(jié)注水流量使其不超過地層壓力而高于煤層的瓦斯壓力。

②注水速度(注水流量)

注水速度是指單位時間內的注水量。注水速度是影響煤體濕潤效果及決定注水時間的主要因素，鉆孔的注水速度隨鉆孔長度、孔徑和注水壓力的不同而增減。一般來說，小流量注水對煤層濕潤效果最好。1/31/202330第三節(jié)煤塵爆炸及預防③注水量注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。一般來說，中厚煤層的噸煤注水量為0.015～0.03m3/ｔ；厚煤層為0.025～0.04m3/ｔ。

④注水時間每個鉆孔的注水時間與鉆孔注水量成正比，與注水速度成反比。在實際注水中，常把在預定的濕潤范圍內的煤壁出現(xiàn)均勻“出汗”(滲出水珠)的現(xiàn)象，作為判斷煤體是否全面濕潤的輔助方法。1/31/202331第三節(jié)煤塵爆炸及預防2、限制煤塵爆炸范圍擴大的措施（1）清除落塵（2）撒布巖粉（3）設置巖粉棚由安裝在巷道中靠近頂板處的若干塊巖粉臺板組成，臺板的間距稍大于板寬，每塊臺板上放置一定數(shù)量的惰性巖粉。

作用：當發(fā)生煤塵爆炸事故時，火焰前的沖擊波將臺板震倒，巖粉即彌漫于巷道中，火焰到達時，巖粉從燃燒的煤塵中吸收熱量，使火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆傧陆担瑫r，降低空氣中的粉塵濃度，并破壞鏈反應的作用，直至熄滅。1/31/202332第三節(jié)煤塵爆炸及預防（4）設置水棚水棚包括水槽棚和水袋棚兩種。

巖粉的缺點：是受潮易粘結成塊，并增加巷道中的礦塵濃度，在落塵量大的巷道中巖粉的更換周期短。

優(yōu)點：（1）水的比熱比巖大5倍，故吸熱量多；（2）水汽化吸熱并降低氧濃度；（3）水在爆炸時飛散時間比巖粉快；（4）水的更換周期長。

1/31/202333第三節(jié)煤塵爆炸及預防（5）設置自動隔爆棚自動隔爆棚是利用各種傳感器，將瞬間測量的煤塵爆炸時的各種物理參量迅速轉換成電信號，指令機構的演算器根據(jù)這些信號準確計算出火焰?zhèn)鞑ニ俣群筮x擇恰當時機發(fā)出動作信號，讓抑制裝置強制噴撒固體或液體等消火劑，從而可靠地撲滅爆炸火焰，阻止煤塵爆炸蔓延。1/31/202334第四節(jié)礦山綜合防塵礦山綜合防塵是指采用各種技術手段減少礦山粉塵的產(chǎn)生量、降低空氣中的粉塵濃度，以防止粉塵對人體、礦山等產(chǎn)生危害的措施。

綜合防塵技術措施分為：通風除塵、濕式作業(yè)、密閉抽塵、凈化風流、個體防護及一些特殊的除、降塵措施。一、通風除塵

通風除塵：指通過風流的流動將井下作業(yè)點的懸浮礦塵帶出，降低作業(yè)場所的礦塵濃度。

效果主要影響因素：風速及礦塵密度、粒度、形狀、濕潤程度等。1/31/202335第四節(jié)礦山綜合防塵最優(yōu)排塵風速：能最大限度排除浮塵而又不致使落塵二次飛揚的風速稱為最優(yōu)排塵風速。一般來說，掘進工作面的最優(yōu)風速為0.4～0.7m/ｓ，機械化采煤工作面為1.5～2.5m/ｓ。二、濕式作業(yè)利用水或其它液體，使之與塵粒相接觸而捕集粉塵的方法，它是礦井綜合防塵的主要技術措施之一。

作用：（1）水能溫潤礦塵，增加塵粒的重力；（2）將細散塵粒聚結為較大顆粒，加速浮塵沉降；（3）使落塵不易飛揚；

1/31/202336第四節(jié)礦山綜合防塵特點：（1）具有所需設備簡單、使用方便、費用較低和除塵效果較好等優(yōu)點。（2）是增加了工作場所的濕度，惡化了工作環(huán)境，能影響煤礦產(chǎn)品的質量。1、濕式鑿巖、鉆眼

實質：指在鑿巖和打鉆過程中，將壓力水通過鑿巖機、鉆桿送入并充滿孔底，以濕潤、沖洗和排出產(chǎn)生的礦塵。濕式鑿巖、鉆眼能有效降低掘進工作面的產(chǎn)塵量。除塵率可達90%左右。2、灑水灑水降塵是用水濕潤沉積于煤堆、巖堆、巷道周壁、支架等處的礦塵。1/31/202337第四節(jié)礦山綜合防塵3、噴霧灑水

定義：將壓力水通過噴霧器在旋轉或沖擊作用下，使水流霧化成細散的水嘀噴射于空氣中。

霧體結構：噴出霧體的幾何形狀。La----射程，霧粒以很大速度作直線運動。Lb----作用長度，噴霧器的最大噴射距離。α----擴張角，其值愈大霧體的截面積愈大。LaLbα1/31/202338第四節(jié)礦山綜合防塵

噴霧灑水的作用：（1）在霧體作用范圍內，高速流動的水嘀與浮塵碰撞后塵粒被溫潤，在重力作用下下沉；（2）高速流動的霧體將其周圍的含塵空氣卷吸到霧體內溫潤下沉；（3）將落塵塵粒溫潤粘結，使之不易飛揚；（4）增加煤塵的水份，降低它的爆炸性；（5）阻止爆炸火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

適用條件：廣泛用于采掘切割、爆破、裝載、運輸?shù)壬a(chǎn)過程。1/31/202339第四節(jié)礦山綜合防塵主要包括：（1）掘進機噴霧灑水掘進機噴霧分內外兩種。

外噴霧：多用于捕集空氣中懸浮的礦塵，

內噴霧：則通過掘進機切割機構上的噴嘴向割落的煤巖處直接噴霧，在礦塵生成的瞬間將其抑制。較好的內外噴霧系統(tǒng)可使空氣中含塵量減小85%～95％。（2）采煤機噴霧灑水采煤機的噴霧系統(tǒng)分為內噴霧和外噴霧兩種方