煤矿粉尘危害及其防治

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2011年10月06日

摘 要:随着矿山、冶金、玻璃制造、陶瓷、耐火材料、建材等行业生产的大规模发展,粉尘的危害逐渐被人们认识:给生产带来不安全因素,如机械的磨损;煤、面粉等粉尘不仅引起的燃烧爆炸等,造成经济上的巨大损失;而且石英及含有游离二氧化硅的粉尘,使长期从事粉尘作业的工人可能发生尘肺病,严重损害健康,甚至丧失劳动能力或过早死亡。
近年来,我国工业的迅速发展造成了环境的恶化,粉尘也是引起环境问题的主要污染物。我国矿山企业四大职业危害(工伤死亡、粉尘、毒物、爆炸)中最严重者当属尘害。粉尘被工人吸入体内,在呼吸系统沉积到一定的剂量后,就会导致尘肺病的发生。尘肺病是危害广大从业人员健康的最严重的一种职业病,主要分布于煤炭、冶金、机械、建材、化工石油及轻工等行业。如何积极有效的防治尘肺病,是一项迫切需要解决的问题。
煤矿井下各作业点在生产过程中会产生大量粉尘。煤矿粉尘特有的性质决定了其具有很大的危害性:诱发职业病尘肺病;加速机械设备磨损,缩短精密仪器的使用寿命;甚至导致煤尘爆炸事故的发生。
由于我国接触煤矿粉尘的作业人员众多,煤矿粉尘的控制工作显得格外紧要。降低煤矿粉尘浓度和预防煤尘爆炸的各种工程技术方法和措施,以及对采掘方式的工程技术改进是控制粉尘危害的技术保障,煤矿的防治粉尘的措施分为三大类:防尘措施;除尘降尘措施;预防煤尘爆炸及限制爆炸扩大范围的措施。

关键词:煤矿粉尘;除尘降尘;粉尘控制;煤尘爆炸。

引  言
煤尘危害为煤矿五大自然灾害之一,一直是煤炭行业防治工作的重点。粉尘给煤矿工作人员和安全生产造成极大危害:一方面,粉尘污染的作业环境严重危害工人的身体健康,可引起肺部病变,造成尘肺病。据最新的资料表明,在我国实际的严重尘肺病患者有120万之多,占到全世界尘肺病患者的一半以上,每年因此死亡的人数超过4000人,每年由此引起的直接损失超过80亿元。而在所有因各种粉尘引起的尘肺病中,煤矿工人占到的比例最高。究其原因,除了经济能力、技术条件、卫生立法等方面的因素外,我国在粉尘监督监测体系和手段的完整性和科学性方面应进一步加强和提高。另一方面,粉尘浓度过高潜伏着爆炸的危险,悬浮的煤尘也是造成煤矿煤尘爆炸的主要原因之一。此外,高浓度粉尘还会加速机械设备磨损,缩短精密仪器的使用寿命。因此,监测作业场所粉尘浓度,控制煤矿粉尘的产生,对于确保从业人员生命健康、预防事故的发生尤为重要。

1煤矿粉尘及其危害
1.1 粉尘的概念
粉尘,也称”空气中的悬浮颗粒物”,指的就是在生产过程中产生的能较长时间悬浮于空气中的固体颗粒,其大小在100μm以下。
1.2 煤矿粉尘的产生及特性
1.2.1 生产性粉尘的产生及特性
1. 生产性粉尘的产生
在生产过程中产生和形成的、能较长时间在空气中悬浮的固体微粒被称为生产性粉尘。悬浮于空气中的粉尘称为浮尘,已沉落的粉尘称为积尘,我们检测和防治的重点就是浮尘。从胶体化学的观点来看,含有粉尘的空气是一种气溶胶,悬浮粉尘散布弥漫在空气中与空气混合,共同组成一个分散体系,分散介质是空气,分散相是悬浮在空气中的粉尘粒子。煤炭生产过程中伴随煤和岩石破碎而产生的煤矿粉尘是生产性粉尘的一种。其中,呼吸性粉尘是损害劳动者健康的重要职业性有害因素,可能引起多种职业性肺部疾病。
煤矿在生产、贮存、运输及巷道掘进等各个环节中都会向空气中排放大量的粉尘。尤其在风速较大的作业场所,粉尘排放量猛增,据资料统计,有的矿区排向空气的煤粉尘是煤炭产量的1.6%以上。
采煤工作面是煤矿产尘量最大的作业场所,其产尘量约占矿井产尘量的 60%左右。为了预防矿井瓦斯、煤尘爆炸等恶性事故的发生,改善矿井劳动卫生条件,采煤工作面是矿尘防治的重点。机采工作面在我国越来越普及,但产尘浓度也随之上升。采煤机割煤、支架移架、放煤口放煤及破碎机破煤是机采工作面的四大产尘源,产尘量分别约占60%、20%、10%和 10%左右。为了搞好采煤工作面的粉尘防治,有效降低其粉尘浓度,必须针对采煤工作面的尘源采取相应的治理措施,以达到对粉尘进行综合治理的目的。
综采放顶煤开采技术是20世纪90年代以来在我国大面积推广的比较先进的采煤方法,但工作面粉尘问题也引起较多关注。综采放顶煤工作面的产尘环节主要有采煤机落煤、放煤、移架、装煤和运煤五大工序。从微观方面分析,煤尘产生可分为摩擦、抛落和摩擦与抛落相结合等三种方式。
巷道掘进也是井下主要产尘源之一,在无任何防尘措施的情况下,对炮掘工作面、机掘工作面和巷道锚喷巷道维修的锚喷现场、煤炭装卸点等也都产生高浓度粉尘,尤其是煤炭装卸处的瞬时粉尘浓度有时高达数g/m3,有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限。
此外,地面煤的装运、煤堆、矸石山等也都产生高浓度粉尘,使矿区周边空气环境受到严重的污染,对居民健康和植物都造成十分不利的影响。
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。
2. 生产性粉尘的特性
1)按粉尘中游离二氧化硅含量分类
煤矿粉尘按其游离二氧化硅的含量分为矽尘与煤尘。根据我国“矽尘作业工人医疗预防措施实施办法”中规定,作压环境粉尘中游离二氧化硅含量在10%以上者称为矽尘,10%以下者称为非矽尘,在煤矿则为混合性煤尘。游离二氧化硅含量小于5%的粉尘又称为单纯煤尘。粉尘中游离二氧化硅的含量越高,引起尘肺病的程度越重,病情发展越快,危害也越大。
2)粉尘的分散度
分散度指物质被分散的程度,以粉尘粒径大小的数量或质量组成百分比构成比来表示,前者称粒子分散度,粒径小的颗粒越多,则分散度越高;后者称质量分散度,质量小的颗粒占总质量百分比越大,质量分散度越高。煤矿作业场所空气中较小颗粒粉尘含量较多时,其分散度越高,由于质量轻,在空气中悬浮时间较长,不易降落,被吸入肺的机会就愈多。同时粉尘的分散度愈高,单位体积总表面积越大,理化活性越高,易于与空气中的氧气发生反应而引起粉尘的自燃或爆炸。粉尘还可以吸附有毒气体,如一氧化碳、氮氧化物等,分散度愈高,吸附的量愈多,对人体危害也愈大。
3)粉尘的吸湿性
粉尘的吸湿性指粉尘对水的吸附。粉尘的吸湿性与粉尘的成分、结构有关,可分为亲水性粉尘与疏水性粉尘两大类。炭黑、煤粉尘均属于疏水性粉尘。另外,粉尘越细,比表面积增加,表面吸附能力随之增强,容易吸附空气而在尘粒表面形成气膜,降低了尘粒间的聚集及尘粒的吸湿性,更难于把尘粒从空气中捕捉分离出来。在除尘技术中,粉尘的吸湿性是选用除尘设备的主要依据之一。对于湿润性好的亲水性粉尘,可选用湿式除尘器。为了加强液体(水)对粉尘的浸润,往往要加入某些湿润剂,以减少固、液之间的表面张力,增加粉尘的亲水性,提高除尘效率。
4)煤尘的爆炸性
按照煤尘的爆炸性煤尘可以分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。我国传统煤矿中90%矿井的煤尘具有爆炸性危险性。高分散度的煤炭粉尘具有爆炸性。煤的炭化程度越低,挥发分越高,煤尘的爆炸性就越强(见表2)。发生爆炸有两个条件:①粉尘在空气中有足够的浓度,在爆炸区域要求的浓度范围之内;②必须具有高温(明火、火花、放电)情况出现。一般煤尘爆炸的下限浓度为30mg/m3~50mg/m3,上限浓度为1000mg/m3~2000mg/m3,出于上下浓度之间的粉尘都具有爆炸危险性,其中爆炸力最强的浓度为300mg/m3~500mg/m3。
1.2.2 呼吸性粉尘的主要特点
呼吸性粉尘的一般含义是”能被吸入人体肺泡的粉尘”,否则为非呼吸性粉尘。其严格含义有不同表示方法(如作业场所呼吸性粉尘等),但其基本含义是用符合BMRC(British Medical Research Council )标准采样曲线的采样器在空气中采集到的粉尘颗粒。对呼吸性煤尘,在评价作业场所粉尘状况时,用符合BMRC曲线的采样器在作业场所采集到的游离二氧化硅小于10%,空气动力学直径小于7.07μm的粉尘称为呼吸性煤尘。
2007年发布的《煤矿安全规程》中将呼吸性粉尘定义为”能吸入人体肺泡区的浮尘”,我国有关文献中,一般将粒径小于5μm的粉尘视为呼吸性粉尘。呼吸性粉尘除具备一般粉尘的某些物理、化学性质外,尚有如下特点:
1. 沉降速度慢,在空气中悬浮时间长。在静止空气中的粉尘,根据其粒径的大小按一定规律沉降:通常粒径大于100μm的尘粒呈加速度沉降;1μm~100μm粒径的尘粒呈等速度沉降;粒径小于1μm的尘粒很难沉降,在空气中呈布朗运动。
2. 扩散系数较大,附着速度较快。尘粒的附着速度与扩散系数成比例。尘粒越小,其扩散系数越大,即扩散越快,因而向液滴或除尘滤料上附着的尘粒就越多。
3. 肉眼不可见,属显微粉尘。粒径大于10μm的粉尘肉眼才能看见,粒径为0.25μm~10μm的粉尘在光学显微镜下才可看见,粒径小于0.25μm的粉尘在电子显微镜下方能看见。
4. 能被吸入人体肺部并能在肺泡区沉积。
被吸入人体呼吸系统的粉尘,可通过粘液纤毛系统和肺泡巨噬细胞被清除。如果长期吸入高浓度呼吸性粉尘,则在肺泡区可产生一定量的粉尘沉积,随着沉积时间的增长,沉积量的增加,可使肺部发生病理改变,出现不同程度的弥漫性间质纤维化,进而造成尘肺病。

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