煤矿开采粉尘的危害及治理论文20581.doc

煤矿开采粉尘的危害及治理【摘要】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。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，所以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。【主题词】矿井粉尘；除尘降尘；粉尘控制；煤尘爆炸。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100m以下。1.2 煤矿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。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。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。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。1.3 煤矿粉尘的危害煤矿粉尘具有的这些特性决定了以下危害：严重危害工人身体健康，多数人易引起尘肺病等；易引起燃烧和爆炸；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命。1.3.1 主要健康危害煤尘与其他粉尘一样主要通过呼吸道进入人体，其次是皮肤接触，部分粉尘溶于口腔唾液或粘附在食物上也能吞入消化道，后两者侵入人体的量较小。人体对粉尘的进入具有防御功能，呼吸道和肺部均有排除和清除粉尘的能力。只是长期大量吸入煤矿粉尘会破坏人体防御功能，使清除功能受损，而过量的煤矿粉尘沉积，导致人体损伤，形成各种疾病。煤工尘肺是指煤矿各工种工人长期吸入作业场所生产性粉尘所引起的尘肺的总称。粉尘病变严重程度与体内潴留的粉尘数量有关，即存在接触反应关系，还同粉尘的组成成分有关。在煤矿开采过程中，由于工种不同，工人接触粉尘的性质也有差异，从而引起肺部弥漫性纤维化。尘肺病根据煤矿工人接触粉尘的性质可以认为有3种主要类型： 煤肺。长期在单纯有煤尘的环境下作业的工人，他们接触的粉尘主要是煤尘。这类人员发生的尘肺在病理上有典型的煤尘纤维灶和灶周肺气肿，这类肺部病变称为煤肺。煤肺发病工龄多在20a30a以上，病情进展缓慢，危害较轻。 矽肺。长期在煤矿岩石掘进工作面作业的工人，他们接触的粉尘主要是含游离sio2较高的岩尘。这类人员发生的尘肺在病理上除有组织纤维化外，还有典型的矽结节形成，属矽肺类型。病理上有典型的矽结节改变，发病工龄短，一般为1015a。矽肺的发病率较高，病情发展较快，危害严重。 煤矽肺。一般煤矿井下工人多数都在有煤尘产生和有岩尘产生的两种作业环境下工作过，他们接触的粉尘既有煤尘也有岩尘。所患的尘肺兼有煤肺和矽肺的病理改变特征，这类尘肺称煤矽肺。煤矽肺是我国煤工尘肺最常见的类型，发病工龄多在5a20a左右，病情发展较快，危害严重。尘肺病是由于长期吸入过量粉尘所引起的全身性疾病。尘肺病发病工龄有的长达20a30a，个别病例在游离二氧化硅含量高的作业区作业也有1a2a发病者，即所谓”快发性矽肺”。尘肺病的发病工龄、临床症状等设计因素很多且十分复杂，大体可归纳为以下几个方面：粉尘的成份；粉尘的分散度；粉尘浓度；接触时间；按流行病学观点，许多因素可分别归诸于宿主、因子、环境等治病要素。尘肺病是难以治愈的职业病，工人一旦得病，轻则慢性致残，重则死亡。因此，尘肺病不仅造成劳动力下降，而且造成社会负担，其经济损失是巨大的。1.3.2 煤尘爆炸煤尘爆炸是空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程。煤是复杂的固体化合物，被破碎成煤尘后，其吸氧和被氧化的能力大大增强，在外界高温热源的作用下，悬浮的煤尘单位时间内能吸收更多的热量，大约300400时，就可放出可燃气体。这些气体集聚于尘粒周围，形成气体外壳，当这个外壳内的气体达到一定浓度并吸收一定能量后，连反应过程开始，游离基迅速增加，燃烧循环地进行下去；由于燃烧产物的迅速膨胀而在火焰波波阵面前方形成压缩波，压缩波在不断压缩的介质中传播时，后波可以赶上前波；这些单波叠加的结果，使火焰面前方气体的压缩逐渐增高，因而引起了火焰传播的自动加速；当火焰速度达到每秒数百米以后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。从2 煤矿粉尘的控制技术2.1 粉尘控制技术2.1.1 防尘措施防尘措施主要是减少采掘作业时的粉尘发生量，是矿井尘害防治工作中最为积极有效的技术措施。防尘措施主要包括：改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水泡泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如采空区或巷道灌水、煤层注水）等。防尘措施是以预防为主的治本性措施，应在作业之前考虑优先采用。按照矿井的防尘技术，可将防尘措施分为以下几类：1. 湿式作业方式包括湿式打眼、湿式凿岩、水泡泥爆破、预湿煤体等。1）湿式打眼就是在打眼工作中，将压力水通过凿岩机或煤电钻送入钻孔并充满孔底，以湿润、冲洗炮眼中的粉尘，使其变成尘浆流出炮眼。2）湿式凿岩是利用风钻进行湿式凿岩，是国内外岩巷掘进行之有效的基本防尘方法。湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。近年来，很多很多矿井对煤电钻进行了改革，试制成功了湿式煤电钻，已广泛应用于煤巷、半煤岩巷以及一些采煤工作面。湿式煤电钻具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面的煤尘。3）水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂，在高温高压爆破波的作用下，大部分水被汽化，然后重新凝结成极细的雾滴，并与同时产生的粉尘相接触，形成雾滴的凝结核或被雾滴所湿润而起到防尘作用。水泡泥中若添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高降尘效率。此外，德国等西方国家已开始应用化学材料代替水泡泥中的水，这些材料大多具有较好的膨胀性能，爆炸时的封堵效果和降尘效果更好。4）预湿煤体防尘 预湿煤体防尘主要是采用煤层注水的方法，即预先用水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体得到预先湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力。多年的防尘实践已证明，采煤工作面实施煤层注水是取得最佳防尘效果的根本措施。影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和空隙的状态，以及与其有关的其他因素。煤层的透水性能与煤的裂隙发育程度、裂隙宽度及裂隙方向有密切关系。煤层的多孔程度用孔隙率来表示，即孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。烟煤的透水性系数随孔隙率的增大而增大。5）采空区注水 采空区灌水预先湿润煤体防尘，是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中，将水灌入上一分层的采空区内，水在自重及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢深入下一分层的煤体中，使煤体得到湿润，减少下层开采时浮游粉尘的产生量。2. 改进采掘机械结构和运行的减尘措施 研究表明，截齿越宽，压固核越小，产尘量也越低。因此，从防尘角度出发，选择合理的截齿几何形状，可以减小采掘时的压固核。目前效果较好的是镐形刀刃的粗截齿。采掘作业时，一般截深越大，采落的矿岩块块度越大，固压核越小，产尘量也越小。截深主要取决于采掘机上的截齿数目，适当减少截齿数，可达到降尘的目的。此外，当采煤机的滚筒转速与牵引速度适当匹配时，也可降低粉尘的生成量。对于摩擦与碾压、冲击与振动产尘，可通过定期更换截齿，按照规程安装采掘机械等一般性措施加以缓解。3. 干式凿岩捕尘 一般在缺水矿井使用，可分为两种：一种是干式孔底捕尘，经过钎杆中心孔、风钻机头和连在机头上的输尘软管，将炮眼内的粉尘抽到干式孔底中去；另一种是孔口干式捕尘，通过炮眼口的捕尘塞和连在捕尘塞上的抽尘管，把炮眼内的粉尘抽到一个滤尘袋中去，过滤后的干净空气回到巷道内。4. 个体防护 煤矿矿井各生产环节尽管采取了多项防尘措施，但也难以使各作业地点粉尘浓度达到卫生标准。此种情况下，特别是在强产尘源和个别不宜安装防尘设备条件下作业的人员，必须佩戴个体防尘用具。在煤矿经常使用的个体防尘用具主要有：自吸过滤式防尘口罩；动力送风过滤式个体防尘用具；隔绝式压风呼吸器。2.1.2 除尘降尘措施 除尘降尘措施是矿井综合控制粉尘的重要环节，现行的除尘降尘措施主要包括各产尘点的喷雾洒水，如采煤机上内外喷雾、放炮喷雾、支架喷雾、装岩洒水及巷道净化水幕等。这些除尘降尘措施为该粉尘监控系统粉尘浓度超出限制范围所实施的处理措施提供了依据。1. 湿式除尘技术 湿式除尘技术是井下矿山应用最普遍的一种方法。一般作业场所的相对湿度达到65%以上就可以大大降低粉尘的浓度。水能湿润粉尘，增加粉尘重力，并将细散的尘粒聚合为较大的尘粒，使浮沉加速沉降，落尘不易飞扬。2. 添加降尘剂降尘 水中添加降尘剂是在水力除尘的基础上发展起来的一种降尘技术。通常情况下，水的表面张力较高，微细粉尘不易被水迅速有效地湿润，因而降尘效果不佳。但不可否认的是，水力除尘方法是迄今为止最简便、最易推广的方法之一。水中添加降尘剂后，则可大大增加水溶液对粉尘的浸润性，即粉尘粒子原有的固气界面被固液界面所代替，使液体对粉尘的浸润程度大大提高，从而提高降尘效率3. 泡沫除尘 泡沫除尘是用无空隙的泡沫体覆盖尘源，使刚产生的粉尘得以湿润、沉积、失去飞扬能力的除尘方法。泡沫除尘几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，特别是对于细微粉尘具有很强的聚集能力。4. 矿井通风排尘 矿井通风排尘是指借助风流稀释与排出矿井空气中的粉尘。矿井内各个产尘点在采取了其他防尘措施后，仍会有一定量的粉尘进入矿井空气中，其中绝大部分是小于10m的微细粉尘，如果不及时通风稀释与排出，将由于粉尘的不断积累而造成矿进内空气严重污染，危害矿工的身心健康。2.1.3预防煤尘爆炸及限制爆炸扩大范围的措施煤矿的爆炸事故极大地威胁工人的生命，是煤矿最大的安全和问题。按照爆炸事故特征，煤矿粉尘爆炸事故可以分成两类，即单一煤尘爆炸事故和瓦斯煤尘爆炸事故。单一煤尘爆炸事故是指在没有瓦斯参与的情况下，由于矿井粉尘浓度处于爆炸极限浓度区间内，在外界火源激发下，发生爆炸事故。瓦斯煤尘爆炸事故，一般是矿井首先发生瓦斯爆炸，爆炸冲击波引起巷道四壁的沉积粉尘，形成“粉尘云”，其浓度处于爆炸极限范围内，在瓦斯爆炸气流的高温高压作用下，煤尘被强制点燃爆炸。瓦斯煤尘混合爆炸事故一般是瓦斯爆炸事故的爆炸波和爆风扬起沉积在地面的煤尘，发生二次爆炸甚至多次爆炸，事故经常是灾难性的。减少沉积煤尘量和及时将其清除出井 是简单有效的防爆措施。积极采用煤层注水、湿式作业、转载喷雾、通风除尘等综合防尘技术防止和减少煤尘的产生和飞扬，也是防止煤尘爆炸最根本的措施。此外，杜绝能引起煤尘云着火或爆炸的着火源是防治煤尘爆炸的另一类重要措施，要防止放炮火源，防止摩擦和撞击点火。煤矿自然条件十分复杂，发生煤尘爆炸的随机性很大，出了上述一般性安全技术措施外，各国针对煤尘爆炸的特点研究了煤尘爆炸的专门技术。其中，使用时间最长、应用面广、简单易行的预防措施是撒布岩粉法。撒布岩粉是定期向巷道周边撒布惰性岩粉，用它将巷道周边上的沉积煤尘覆盖住。采煤作业是连续的，煤尘的产生、飞扬与沉积也断断续续，当第一次撒布岩粉后，煤尘便不断地在岩粉层上沉积，若不增加岩粉量，其保护带将失败。所以，一定