华北理工矿井通风与安全教案第12章 矿山防尘.docx

课程名称：矿井通风与安全摘 要授课题目(章、节)第十二章矿山防尘 第一节矿尘及其性质 第二节矿山尘肺病 第三节煤尘爆炸及预防 第四节矿山综合防尘本讲目的要求及重点难点:【目的要求】了解矿尘的性质和危害，掌握尘肺病的防治措施和防治井下粉尘爆炸的技术 措施，熟悉井下综合防尘技术。【重点】煤尘爆炸及预防、矿山综合防尘。【难 点】矿山综合防尘。内 容【本讲课程的引入】矿尘是矿井在建设和生产过程中所产生的各种岩矿微粒的总称，又称粉 尘。悬浮于空气中的矿尘称浮尘；沉落下来的称为落尘。煤矿的矿尘主要是岩尘和煤尘。其危害性极大，能污染工作场所，危害 人体健康，甚至引起尘肺病和皮肤病；能加速机械的磨损，缩短精密仪表的 使用时间，降低工作场所的可见度，使工伤事故增多；煤尘在一定条件下还 可以发生爆炸，酿成严重的灾害。因此，做好防尘工作，是保证煤矿安全生 产的一个重要方面。【本讲课程内容】第十二章矿山防尘 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40|im,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1040国11,肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。(3)微尘:粒径为0.2510pm,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0.25/m,要用电子显微镜才能观察到，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斯爆炸及其预防一节。同时特别要注意的是，瓦斯爆炸往往会引起煤尘爆炸。 此外，煤尘在特别干燥的条件下可产生静电，放电时产生的火花也能自身引 爆。3、限制煤尘爆炸范围扩大的措施防止煤尘爆炸危害，除采取防尘措施外，还应采取降低爆炸威力，限制 爆炸范围扩大的措施。（1）清除落尘 定期清除落尘，防止沉积煤尘参与爆炸可以有效地降低 爆炸威力，使爆炸由于得不到煤尘补充而逐渐熄灭。（2）撒布岩粉撒布岩粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增 加沉积煤尘的灰分，抑制煤尘爆炸的传播。惰性岩粉一般为石灰岩粉和泥岩粉。对惰性岩粉的要求是：可燃物含 量不超过5%,游离SiCh含量不超过5%；不含有害有毒物质，吸湿性差； 粒度应全部通过50号筛孔（即粒径全部小于0.3mm）,且其中至少有70% 能通过200号筛孔（即粒径小于0.075mm）。 撒布岩粉时要求把巷道的顶、 帮、底及背板后侧暴露处都用岩粉覆盖；岩粉的最低撒布量在作煤尘爆炸鉴 定的同时确定，但煤尘和岩粉的混合煤尘，不燃物含量不得低于80%；撒布 岩粉的巷道长度不小于300m,如果巷道长度小于300m时，全部巷道都应撒 布岩粉。对巷道中的煤尘和岩粉的混合粉尘，每3个月至少应化验一次，如 果可燃物含量超过规定含量时，应重新撒布。（3）设置水棚水棚包括水槽棚和水袋棚两种,设置应符合以下基本要求。主要隔爆棚应采用水槽棚，水袋棚只能做为辅助隔爆棚；应设置在巷道的直线部分，且主要水棚的用水量不小于400L/m2,辅助 水棚不小于200L/m2；相邻水棚中心距为0.51.0m,主要水棚总长度不小于30m,辅助水棚 不小于20m；首列水棚距工作面的距离，必须保持60200m；水槽或水袋距顶板、两帮距离不小于0.1m,其底部距轨面不小于1.8m；水内如混入煤尘量超过5%时，应立即换水。（4）设置岩粉棚岩粉棚分轻型和重型两类。它是由安装在巷道中靠近 顶板处的若干块岩粉台板组成，台板的间距稍大于板宽，每块台板上放置一 定数量的惰性岩粉，当发生煤尘爆炸事故时，火焰前的冲击波将台板震倒， 岩粉即弥漫于巷道中，火焰到达时，岩粉从燃烧的煤尘中吸收热量，使火焰 传播速度迅速下降，直至熄灭。岩粉棚的设置应遵守以下规定：按巷道断面积计算，主要岩粉棚的岩粉量不得少于400kg/m2,辅助岩 粉棚不得少于200kg/m2；轻型岩粉棚的排间距1.02.0m,重型为L23.0m；岩粉棚的平台与侧帮立柱（或侧帮）的空隙不小于50mm,岩粉表面 与顶梁（顶板）的空隙不小于100mm,岩粉板距轨面不小于1.8m；岩粉棚距可能发生煤尘爆炸的地点不得小于60m,也不得大于300m；岩粉板与台板及支撑板之间，严禁用钉固定，以利于煤尘爆炸时岩粉 板有效的翻落；岩粉棚上的岩粉每月至少检查和分析一次，当岩粉受潮变硬或可燃物含量超过20%时，应立即更换，岩粉量减少时应立即补充。（5）设置自动隔爆棚 自动隔爆棚是利用各种传感器，将瞬间测量的 煤尘爆炸时的各种物理参量迅速转换成电讯号，指令机构的演算器根据这些 讯号准确计算出火焰传播速度后选择恰当时机发出动作讯号，让抑制装置强 制喷撒固体或液体等消火剂，从而可靠地扑灭爆炸火焰，阻止煤尘爆炸蔓延。第四节矿山综合防尘跋山M合防尘是指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、降低空气 中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。大体上将综合防尘技术措施分为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施。一、通风除尘通风除尘是指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度，因此搞好矿井通风工作能有效地稀释和及时地排出矿尘。决定通风除尘效果的主要因素是风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度 等。风速过低，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不易排出；风速过高，能将落 尘扬起，增大矿内空气中的粉尘浓度。因此，通风除尘效果是随风速的增加 而逐渐增加的，达到最佳效果后，如果再增大风速，效果又开始下降，如图 11-4-1所示。排除井巷中的浮尘要有一定的风速。我们把能使呼吸性粉尘保 持悬浮并随风流运动而排出的最低风速称为最低排尘风速。同时，我们把能 最大限度排除浮尘而又不致使落尘二次飞扬的风速称为最优排尘风速。一般 来说，掘进工作面的最优风速为0.40.7m/s,机械化采煤工作面为L5 2.5m/So规程规定的采掘工作面最高容许风速为4m/s,不仅考虑了工作面供 风量的要求，同时也充分考虑到煤、岩尘的二次飞扬问题。二、湿式作业湿式作业是利用水或其它液体,使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法， 它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费 用较低和除尘效果较好等优点。缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作 环境，能影响煤矿产品的质量，除缺水和严寒地区外，一般煤矿应用较为广 泛，我国煤矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，配合喷雾洒水、水封爆破和水炮泥以及煤层注水等防尘技术措施。1、湿式凿岩、钻眼该方法的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送 入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。2、洒水及喷雾洒水洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。 当矿尘被水湿润后，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，附着性增强，矿 尘就不易飞起。在炮采炮掘工作面放炮前后洒水，不仅有降尘作用，而且还 能消除炮烟、缩短通风时间。煤矿井下洒水，可采用人工洒水或喷雾器洒水。 对于生产强度高、产尘量大的设备和地点，还可设自动洒水装置。喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（又称喷嘴），在旋转或（及）冲击的作 用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中（如图12-4-2）所示，它的捕 尘作用有：在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒 被湿润，在重力作用下下沉；高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。原苏联的研 究表明，在掘进机上采用低压洒水，降尘率为43%78%,而采用高压喷雾 时达到75%95%；炮掘工作面采用低压洒水，降尘率为51%,高压喷雾达 72%,且对微细粉尘的抑制效果明显。（1）掘进机喷雾洒水掘进机喷雾分内外两种。外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾 则通过掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬 间将其抑制。较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减小85%95%。（2）采煤机喷雾洒水采煤机的喷雾系统分为内喷雾和外喷雾两种方式。采用内喷雾时，水由 安装在截割滚筒上的喷嘴直接向截齿的切割点喷射，形成“湿式截割”；采用 外喷雾时，水由安装在截割部的固定箱上、摇臂上或档煤板上的喷嘴喷出， 形成水雾覆盖尘源，从而使粉尘湿润沉降。喷嘴是决定降尘效果好坏的主要 部件，喷嘴的形式有锥形、伞形、扇形、束形，一般来说内喷雾多采用扇形 喷嘴，也可采用其它形式；外喷雾多采用扇形和伞形喷嘴，也可采用锥形喷 嘴。（3）综放工作面喷雾洒水放煤口喷雾:放顶煤支架一般在放煤口都装备有控制放煤产尘的喷雾 器，但由于喷嘴布置和喷雾形式不当，降尘效果不佳。为此，可改进放煤口 喷雾器结构，布置为双向多喷头喷嘴，扩大降尘范围；选用新型喷嘴，改善 雾化参数；有条件时，水中添加湿润剂，或在放煤口处设置半遮蔽式软质密 封罩，控制煤尘扩散飞扬，提高水雾捕尘效果。支架间喷雾:支架在降柱、前移和升柱过程中产生大量的粉尘，同时 由于通风断面小、风速大，来自采空区的矿尘量大增，因此采用喷雾降尘时, 必须根据支架的架型和移架产尘的特点，合理确定喷嘴的布置方式和喷嘴型 号。转载点喷雾:转载点降尘的有效方法是封闭加喷雾。通常在转载点（即 回采工作面输送机与顺槽输送机连接处）加设半密封罩，罩内安装喷嘴（, 以消除飞扬的浮尘，降低进入回采工作面的风流含尘量。为了保证密封效果, 密封罩进、出煤口安装半遮式软风帘，软风帘可用风筒布制作。其它地点喷雾:由于综放面放下的顶煤块度大，数量多，破碎量增大, 因此，必须在破碎机的出口处进行喷雾降尘。3、水炮泥和水封爆破水炮泥就是将装水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼内，如图12-4-5 所示。爆破时水袋破裂，水在高温高压下汽化，与尘粒凝结，达到降尘的目 的。采用水炮泥比单纯用土炮泥时的矿尘浓度低20%50%,尤其是呼吸性 粉尘含量有较大的减少。除此之外，水炮泥还能降低爆破产生的有害气体， 缩短通风时间，并能防止爆破引燃瓦斯。水炮泥的塑料袋应难燃，无毒，有一定的强度。水袋封口是关键，目前 使用的自动封口水袋。装满水后，和自行车内胎的气门芯一样，能将袋口自 行封闭。水封爆破是将炮眼的爆药先用一小段炮泥填好，然后再给炮眼口填一小 段炮泥填好，两段炮泥之间的空间，插入细注水管注水，注满后抽出注水管, 并将炮泥上的小孔堵塞。三、净化风流净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，将矿尘捕获的 技术措施。目前使用较多的是水幕和湿式除尘装置。1、水幕净化风流水幕是在敷设于巷道顶部或两帮的水管上间隔地安上数个喷雾器喷雾形 成的，如图12-4-7所示。喷雾器的布置应以水幕布满巷道断面尽可能靠近尘 源为原则。净化水幕应安设在支护完好、壁面平整、无断裂破碎的巷道段内。一般 安设位置为：矿井总入风流净化水幕：距井口 20100m巷道内；采区入风流净化水幕：风流分叉口支流里侧2050m巷道内；采煤回风流净化水幕：距工作面回风口 1020m回风巷内；掘进回风流净化水幕：距工作面3050m巷道内；巷道中产尘源净化水幕：尘源下风侧510m巷道内。水幕的控制方式可根据巷道条件，选用光电式、触控式或各种机械传动 的控制方式。选用的原则是既经济合理又安全可靠。2、湿式除尘装置所谓除尘装置（或除尘器）是指把气流或空气中含有固体粒子分离并捕 集起来的装置，又称集尘器或捕尘器。根据是否利用水或其它液体，除尘装 置可分为干式和湿式两大类。目前常用的除尘器有SCF系列除尘风机、KgC系列掘进机除尘器、TC 系列掘进机除尘器、mAD系列风流净化器及奥地利Am-50型掘进机除尘设 备，德国SRm-330掘进除尘设备等。四、个体防护个位防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措 施。个体防护的用具主要有防尘口罩、防尘风罩、防尘帽、防尘呼吸器等, 其目的是使佩戴者能呼吸净化后的清洁空气而不影响正常工作。1、防尘口罩矿井要求所有接触粉尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本 要求是：阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野，普通 纱布口罩阻尘率低，呼吸阻力大，潮湿后有不舒适的感觉，应避免使用。2、防尘安全帽（头盔）煤科总院重庆分院研制出AFm-1型防尘安全帽（头盔）或称送风头盔与 LKS-7.5型两用矿灯匹配，在该头盔间隔中，安装有微型轴流风机1、主过滤 器2、预过滤器5,面罩可自由开启，由透明有机玻璃制成，送风头盔进入工 作状态时，环境含尘空气被微型风机吸入，预过滤器可截留80%90%的粉 尘，主过滤器可截留99%以上的粉尘。经主过滤器排出的清洁空气，一部分 供呼吸，剩余气流带走使用者头部散发的部分热量，由出口排出。其优点是 与安全帽一体化，减少佩戴口罩的憋气感，3、AYH系列压风呼吸器AYH系列压风呼吸是一种隔绝式的新型个人和集体呼吸防扩装置。它利 用的矿井压缩空气在经离心脱去油雾，活性炭吸附等净化过程中，经减压阀 同时向多人均衡配气供呼吸。目前生产的有AYH-1型、AYH-2型和AYH-3型三种型号。【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了矿尘的性质和危害、矿山尘肺病和粉尘爆炸及预防。要 求学生了解矿尘的性质和危害，掌握尘肺病的防治措施和防治井下粉尘爆炸 的技术措施，熟悉井下综合防尘技术。【本讲课程的作业】1、矿山粉尘的来源？2、矿山粉尘的危害？3、尘肺病的发生机理？4、预防尘肺病的技术措施有哪些？5、井下综合防尘技术措施？(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511m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。(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。(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/nA (2)计数法:每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/co?。 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12-1-1, 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12-1-1中国煤矿粉尘浓度标准。粉尘中游离SiCh含量(%)最高容许浓度(mg/n?)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) <1。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/to3、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/n?d。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、矿尘性质1、矿尘中游离竽0乙的含量矿尘中游离Si02的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。 游离Si02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%o2、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12-1-2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，只有板m 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12-1-2尘粒沉降时间粒度 11m1001010.5沉降时间，0.0434.042013200.25520min3、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2iim、25“m、510um 和大于10um。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SiO2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SiCh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10|im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510pm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。因此，真空进入下呼吸道的粉尘，其粒度均小于5pim,目前比较统一的 看法是：空气中5国11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25pn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2Km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SiCh，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。511m以上的矿尘对尘肺病的 发生影响不大；5pn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41m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300400C时，煤的干储现象急剧增强,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2000C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57倍。煤尘爆炸产生 的火焰速度可达U20m/s,冲击波速度为2340m/s。(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 主要决定于煤的挥发分含量，一般为40280m s ,挥发分越高，感应期越短。(4)挥发分减少或形成形占焦”煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤 尘挥发分含量的40%70%,致使煤尘挥发分减少，根据这一特征，可以判 断煤尘是否参与了井下的爆炸。(5)产生大量的CO煤尘爆炸时产生的CO,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中毒造成的。二、煤尘爆炸的条件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、煤尘的爆炸性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、悬浮煤尘的浓度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工M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3050g/m3,上限浓度为10002000g/m3。其中爆炸力最强的浓 度范围为300500g/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6101050C之间，一般为700800。 煤尘爆炸的最小点火能为4.540MJ。这样的温度条件，几乎一切火源均可 达到。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、煤的灰分和水分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、煤尘粒度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，7511m以下的煤尘特别是307511m 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、空气中的瓦斯浓度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：8m = k8式中：3m空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/m3；3煤尘的爆炸下限，g/m3；k系数，见表12-3-1 o表12-3-1瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响系数空气中的瓦斯浓 度（）00.500.751.01.502.03.04.0k10.750.600.500.350.250.10.055、空气中氧的含量空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃 煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。煤尘的爆炸压力也随 空气中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。6、引爆热源点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个达到或超过最低点燃温度和能 量的引爆热源。引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃煤尘云。而且 煤尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘玄，且 即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越小。四、煤尘爆炸性鉴定规程规定：新矿井的地质精查报告中，必须有所有煤层的煤尘爆炸 性鉴定材料。生产力井每延深一个新水平，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试 验工作。煤尘爆炸性的鉴定方法有两种：一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行， 这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；另一 种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，方法简便，目前多采用 这种方法。煤尘通过燃烧管内的加热器时，可能出现下列现象：只出现稀少的火 星或根本没有火星；火焰向加热器两侧以连续或不连续的形式在尘雾中缓慢地蔓延；火焰极快地蔓延，甚至冲出燃烧管外，有时还会听到爆炸声。同一试样应重复进行5次试验,其中只要有一次出现燃烧火焰，就定为 爆炸危险煤尘。在5次试验中都没有出现火焰或只出现稀少火星，必须重作5 次试验，如果仍然如此，定为无爆炸危险煤尘，在重作的试验中，只要有一 次出现燃烧火焰，仍应定为爆炸危险煤尘。五、预防煤尘爆炸的技术措施预防煤尘爆炸的技术措施主要包括减、降尘措施，防止煤尘引燃措施及 限制煤尘爆炸范围扩大等三个方面。1、减、降尘措施减、降尘措施是指在煤矿井下生产过程中，通过减少煤尘产生量或降低 空气中悬浮煤尘含量以达到从根本上杜绝煤尘爆炸的可能性。1）煤层注水实质 煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面：煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源；到破碎时，绝水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受:大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生；水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质，当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。煤的裂隙和孔隙的发育程度煤体的裂隙越发育则越易注水，可采用 低压注水（根据抚顺煤研所建议；低压小于2943KPa,中压为2943-98lOKPa, 高压大于981OKPa）,否则需采用高压注水才能取得预期效果，但是当出现一 些较大的裂隙（如断层、破裂面等），注水易散失于远处或煤体之外，对预湿 煤体不利。上履岩层压力及支承压力 地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关， 煤层埋藏越深则地层压力越大，而裂隙和孔隙变得更小，导致透水性能降低, 因而随着矿井开采深度的增加，要取得良好的煤体湿润效果，需要提高注水 压力。液体性质的影响 煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间 极性差越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤 的湿润效果，可以在水中添加表面活性剂。阳泉一矿在注水时加入0.5%浓度 的洗衣粉，注水速度比原来提高24%。煤层内的瓦斯压力 煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。水压克服 瓦斯压力后才是注水的有效压力，所以在瓦斯压力大的煤层中注水时，往往 要提高注水压力，以保证湿润效果。注水参数的影响煤层注水参数是指注水压力、注水速度、注水量和 注水时间。注水量或煤的水分增量是煤层注水效果的标志，也是决定煤层注 水除尘率高低的重要因素，3）煤层注水方式注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水 状况，有以下4种方式：短孔注水，是在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水,注水 孔长度一般为23.5m,如图11-3-4所示。深孔注水,是在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为525m, 如图1L3-4所示。长孔注水,是从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行 于工作面打上向孔或下向孔注水（图11-3-5）,孔长30100m；当工作面长 度超过120m而单向孔达不到设计深度或煤层倾角有变化时，可采用上向、 下向钻孔联合布置钻孔注水（图11-3-6）巷道钻孔注水,即由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷 道向煤层打钻注水，巷道钻孔注水采用小流量、长时间的注水方法，湿润效 果良好；但打岩石钻孔不经济，而且受条件限制，所以极少采用。4）注水系统注水系统分为静压注水系统和动压注水系统。利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔的注水叫静压注 水。静压注水采用橡胶管将每个钻孔中的注水管与供水干管联接起来，其间 安装有水表和截止阀，干管上安装压力表，然后通过供水管路与地表或上水 平水源相联。利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水，水泵可以设在地 面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。5)注水设备 煤层注水所使用的设备主要包括钻机、水泵、封孔器、分 流器及水表等。钻机 我国煤矿注水常用的钻机如表12-3-2所示。表12-3-2常用煤层注水钻机一览表钻机名称功率，(KW)最大钻孔深度，mKHYD40KBA型钻机280TXU-75型油压钻机475ZMD-100型钻机4100煤层注水泵5BD (25/45) 5BZ (15/80) 5D (2/150) 5BG (2/160) 7BZ 100) 7BG (3.6/100) 7BG (45/100) KBZ (100150)封孔器 我国煤矿长钻孔注水多采用YPA型水力膨胀式封孔器和MF 型摩擦式封孔器。分流器 分流器是动压多孔注水不可缺少的器件，它可以保证各孔的 注水流量恒定。煤科总院重庆分院研制的DF-1型分流器，压力范围0.49- 14.7mPa,节流范围 0.5、0.7> 1.0m3/ho水表及压力表 当注水压力大于ImPa时，可采用DC-4.5/200型注水 水表，耐压20mPa,流量4.5m3/h；注水压力小于ImPa时，可采用普通自来 水水表。6)注水参数注水压力注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速 度。通常，透水性强的煤层采用低压(小于3MPa)注水，透水性较弱的煤层 采用中压(3lOMPa )注水，必要时可采用高压注水(大于lOMPao适宜 的注水压力是：通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压 力。注水速度(注水流量)注水速度是指单位时间内的注水量。为了便于对各钻孔注水流量进行比较，通常以单位时间内每米钻孔的注水量来表示。一般来说，小流量注水对煤层湿润效果最好，只要时间允许，就应采用 小流量注水。静压注水速度一般为0.0010.027nr7 (h.m),动压注水速度为 0.0020.240?/ (h.m),若静压注水速度太低，可在注水前进行孔内爆破，提 高钻孔的透水能力，然后再进行注水。酶水量_注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。它与工 作面尺寸、煤厚、钻孔间距、煤的孔隙率、含水率等多种因素有关，确定注 水量首先要确定吨煤注水量，各矿应根据煤层的具体特征综合考察。一般来 说，中厚煤层的吨煤注水量为0.0150.03m3/t；厚煤层为0.0250.04m3/t。注水时间 每个钻孔的注水时间与钻孔注水量成正比，与注水速度成 反比。在实际注水中，