矿井煤尘防治

矿井防尘系统基础知识及设备配置

一、矿尘基本知识

(一)矿尘与计量

1.矿尘的概念

矿尘是矿井在生产和建设过程中所产生的各种煤炭、岩石微粒的总称，属于粉尘的一部分。

一般来讲，在现有防尘技术措施的条件下，以采掘工作面产生的矿尘量为最多，约占全部矿尘的80%。

其次，锚喷作业点产尘量占10～15%；

运输通风巷道产尘量占5%～10%；

其它作业点占2%～5%。

就煤尘而言，一般每昼夜的产尘量约等于产煤量的0.25%～1.0%，甚至高达3%。

（二）矿尘的分类

1.按矿尘粒径划分

按照粒径大小可分为

粗尘粒径大于40微米

细尘粒径在10～40微米

微尘粒径在0.25～10微米

超微尘粒径小于0.25微米2.按矿尘成因划分原生矿尘：开采之前因地质作用和地质变化等原因而生成的矿尘。次生矿尘：生产过程中，因破碎煤岩而产生的矿尘。3.按矿尘的存在状态划分

(1)浮游矿尘。飞扬在矿内空气中的矿尘，简称浮尘。一般所说的矿尘是指该状态下的矿尘。

(2)沉积矿尘。从矿内空气中因自重而降落在巷道周壁的矿尘，简称落尘。

4.按矿尘的粒径组成范围可分为

(1)全尘：各种粒径在内的粉尘的总和。

(2)呼吸性粉尘：能被吸入人体肺泡的浮尘。这种粉尘的粒径大多小于5微米。5.按矿尘的成分划分

(1)煤尘。它是指粒径小于1mm且以含固定碳可燃物为主的煤炭颗粒。

(2)岩尘。指细微颗粒的岩石粉尘，当岩尘中的游离二氧硅含量超过10%时称为矽尘。

6.按有无爆炸性划分

(1)有爆炸性粉尘。悬浮在空气中的粉尘云达到一定浓度在有引爆热源的条件下，本身能发生爆炸，如有爆炸性煤尘、面粉、铝粉等。

(2)无爆炸性粉尘。如岩粉等。

(三)矿尘计量指标

1.矿尘浓度

单位体积矿井空气中所含浮尘的数量叫做矿尘浓度，其表示方法有两种：

(1)计重法。在1m3空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3。

(2)计数法。在1cm3空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/cm3。

我国规定采用计重法表示矿尘浓度。

2.产尘强度

生产过程中，采落煤中所含的矿尘量，也叫绝对产尘强度，单位g/t。

3.相对产尘强度

每采1t或1m3煤所产生的矿尘量，单位mg/m3mg/t

4.矿尘沉积量

指单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位g/（d﹒m2

）

5.矿尘分散度

矿尘分散度是指矿尘整体组成中各种粒级的尘粒所占的百分比。

我国对矿尘的分散度划分为4级：

小于2μm；2～5μm；5～10μm；大于10μm。

分散度大小按矿尘中微细颗粒占的比重而定

矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；

反之，则称为低分散度矿尘。

矿尘的分散度越高，所含细小颗粒越多，危害性越大。

5μm以下的粉尘，能被吸入人体肺泡区，称为呼吸性粉尘。它是导致尘肺病产生的主要因素。

据全国部分地区煤矿采掘工作面空气中矿尘分散度实测数据表明，5μm以下的尘粒占90%左右，因此，呼吸性粉尘应是通风防尘工作的重点。

二、矿尘的基本性质

（一）矿尘成分及游离二氧化硅含量

从卫生角度主要了解矿尘中是否含有:

1)有毒物质：如铅、砷、汞等

2）放射性物质：如铀、钍等

3）游离二氧化硅（矽）

二氧化硅是多种矿物和岩石的组成成分，有两种存在状态

结合状：即硅酸盐矿物，如长石、滑石等

游离状：常以结晶状态存在，主要是石英

矿岩被粉碎成矿尘后，化学成分基本上无改变。从安全卫生角度考虑，主要了解矿尘中是否含有有毒物质、放射性物质、燃烧与爆炸性物质和游离二氧化硅，以便采取相应的预防措施。游离状态的二氧化硅（主要是石英）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%，半煤岩中的含量在20%左右。矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。二氧化硅是地壳上最常见的氧化物，是许多种岩石和矿物的重要组成部分，它有两种存在状态，一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，如长石(K2O·Al2O3·6SiO2)；石棉(CaO·3MgO·4SiO2)；高岭土(Al23·2SiO2·2H2O)，滑石(3Mg0·4SiO2·H2O)等等。另一种是游离状态的二氧化硅，主要是石英，在自然界中分布很广。粉尘中的游离二氧化硅的含量是引起并促进尘肺病及病程发展的主要因素，含量越高，其危害越大。许多矿岩都含有游离二氧化硅，煤系地层由于沉积环境不同、岩性不同，其游离二氧化硅含量变化较大，煤层中以煤为主，或者时也伴有夹石等，从煤种来看，无烟煤的二氧化硅的含量高于烟煤。（二）密度

1.真密度：单位体积（不包括尘粒间的空隙）质量成为密度。Kg/m3

2.表观密度

用包括矿尘间空隙在内的体积计量的密度，也叫堆积密度。其值小于真密度。

3.相对密度

比重是指粉尘的质量与同体积水的质量之比。

密度对粉尘在空气中的运动和沉降影响较大。

（三）矿尘粒度与比表面积

1.矿尘粒度

表示单一矿尘颗粒大小的尺度，也叫粒径。

2.比表面积

单位质量或单位体积粉尘的总表面积之和。

（四）粉尘的湿润性

是指粉尘分子和水分子之间的结合能力。结合能力强，粉尘容易被湿润，反之，不容易被湿润。容易被水湿润的粉尘，称为亲水性粉尘；不容易被水湿润的粉尘，称为疏水性粉尘。粉尘粒子能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性或吸湿性、浸润性等。粉尘粒子与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能被润湿；如果接触面趋于缩小而不能相互附着，则为不能被润湿。粉尘的粒径、形状、含水率、表面粗糙度及荷电性等对润湿性有影响。同类粉尘，球形尘粒比不规则尘粒润湿性差，尘粒越细润湿能力越差。液体的表面张力越小，越易被粉尘吸湿，如酒精、煤油等的表面张力小，对粉尘的润湿比水好。尘粒与水雾粒的相对运动速度较高时易被吸湿。粉尘的吸湿能力还随着环境温度上升而下降，随气温的增加而增加。（五）电性质

悬浮于空气中的粉尘通常都带有电荷。

（六）矿尘的光学性质

1.尘粒对光的反射能力

当尘粒直径大于1微米时，光线被直接反射而损失，即光线损失与反射面面积成正比。

2.尘粒的透光程度

透明程度取决于气流含尘浓度的高低。随着浓度的增加，透明度将大为减弱。

3.光强衰减程度

光线通过含尘气流时，由于尘粒对光的吸收和散射作用，会使光强减弱。

（七）自燃性和爆炸性

三、粉尘的危害

（一）矿尘的产生

1、产生矿尘的主要作业工序

钻眼作业

炸药爆破

采煤机割煤、装煤

掘进机掘进

采场支护、放顶

巷道支护，特别是锚喷支护

装载、运输、转载和提升

通风安全设施的构筑2.影响矿尘量的主要因素

（1）地质构造及煤层赋存条件

地质构造复杂、断层褶曲发育的地方，产尘量较大，反之则较小。

火成岩浸入，煤体变脆变酥，产尘量的。

开采急倾斜煤层比缓倾斜煤层产尘大；厚煤层比薄煤层产尘大。

（2）煤岩的物理性质1.危害

（1）对人体健康的危害；

（2）发生爆炸，造成人员死亡和经济损失；

（3）中毒危害；

（4）放射危害。

其中最普遍而严重的危害是能引起尘肺病如：

（1）矽肺病（最严重）；

（2）煤肺病；

（3）石棉肺病；

（4）煤矽肺病。

一、尘肺病及其分类

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，治愈困难。尘肺病发病缓慢，有一定的潜伏期，不同于瓦斯、煤尘爆炸和冒顶等工伤事故那么触目惊心，因此往往不被人们所重视。而实际上国内外由尘肺病引发的矿工伤亡人数，远远高于各类工伤事故的总和。

煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类：

1、硅肺病(矽肺病)：由于吸入含游离SiO2含量较高的岩尘而引起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SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅肺病（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）。

我国煤矿工人工种变动较大，长期固定从事单一工种的很少，因此煤矿尘肺病中以煤硅肺病比重最大，约占80%左右，单纯的硅肺、煤肺病较少。作业人员从接触矿尘开始到肺部出现纤维化病变所经历的时间称为发病工龄。上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。其发病工龄最短(一般在10年左右)，病情发展快，危害严重。煤肺病的发病工龄一般为20～30年，煤硅肺病介于两者之间但接近后者。国际上最早的关于矿尘的法规是由南非金矿在1912年制订的。其余的国家相继在20世纪的20~30年代提出了相关的法律法规。但是，这些法规主要涉及矽肺病。在当时，人们还没有意识到煤尘的危害。从30年代开始，被确诊的矿工尘肺病数量急剧上升。英国医学研究委员会在南威尔士的煤矿工人中作了关于呼吸疾病的调查，以后欧洲大陆各国和美国都认识到煤尘的危害性。人们对矿尘导致尘肺病的认识用了很长时间，究其原因，主要有三方面：第一，患者从意识到呼吸系统受到损害到确诊可能要几年的时间；第二，肺部对粉尘的反应往往类似于某些自然发生的疾病，因此似乎与矿尘没有关系；第三，开始使用的粉尘浓度计量方法是单位体积空气内粉尘颗粒的数量，这种方式难以反映出尘肺病发病与矿尘之间的联系。这种情况在1959年南非约翰内斯堡举行的国际尘肺病会议上得以改变，为了更好地度量粉尘对健康的潜在危害，会议决定用质量法取代计数法来计量粉尘浓度，会议还接受了英国医学研究会提出的呼吸性粉尘概念，即能进入肺泡区的粉尘称为呼吸性粉尘。二、尘肺病的发病机理肺部是人体吸入氧气进行新陈代谢行为的器官。通过反复吸入和呼出空气，使空气靠近血液，两片肺叶被厚约0.5μm的极薄的隔膜分开。氧气通过隔膜从空气中扩散到血液里，同时二氧化碳通过相反的方向扩散。两种气体各自的交换由隔膜两侧的浓度差驱动。呼吸系统自身的防御机制可以抵御那些吸入空气中存在的气态或者悬浮的污染气体。然而，这种体系不能抵抗有毒或者致癌物的入侵。另外，长期暴露在超高浓度的粉尘里，肺部防御体系超负荷工作，不但使气体交换效率降低，而且容易引起支气管感染和其他疾病。1、人体的呼吸系统空气从鼻孔进入呼吸系统，通过一道鼻毛组成的丛状滤网后进入鼻咽。这道滤网是第一道防线，可以排除大颗粒的粉尘。这些颗粒会一直被截留，直到它们被吹出或通过鼻咽被吞咽下去。在鼻咽的较大的空间里，空气速度减慢，在这一区域，实际上在通向肺泡的所有空气通路分支上，管腔壁上有一层纤毛和黏液细胞。纤毛往复摆动，将纤毛上的黏液单向送往喉部，在那里可以被吞咽。绝大多数大于10μm的粉尘粒子在空气被吸入到达喉部之前都会被从状滤网和黏液所捕捉。而从口腔呼入的空气就饶过了鼻孔和鼻咽所提供的保护。空气继续通过气管，气管直径约为20mm，长约120mm并且包含着一系列的坚韧的环形软骨，气管又分为左右支气管，平均直径约12mm，长约48mm。当然，这些尺寸在不同的个体之间有着相当大的差异。空气继续向前并被多次细分进入细支气管中，它在形状上类似于树的根部。被十六次细分后，细支气管的直径只有0.6mm，人体肺部内支气管的总数量甚至超过八千万个。虽然分支造成独立的空气通路直径减小，但大量分支的存在使流动交叉总面积显著增加。因此，空气流速减小到在较小的细支气管中空气流动处于完全层流状态。所有的细支气管壁上都有一层黏液，它们通过纤毛的运动被不停的向上排移到气管。黏液分泌物和所有被捕集到的微粒通常在一天内会被通过咳嗽或吞咽的方式从气管里排出。空气通路中的黏液层通常很薄，然而，支气管疾病会使黏液层的粘度和厚度增大，限制空气的运动。当空气以较高速度通过时会发出声音（即呼吸困难，有喘息声）。最小的细支气管在成串的气囊或肺泡前结束，这些气囊约有0.2~0.6mm大小。肺泡壁上附有一层0.5mm厚的膜，也称上皮细胞，气体通过它们后才发生交换。据估计，一个健康的成年人肺部平均有3到4亿个肺泡，可用于气体交换的总面积约为75m2。横膈膜和胸腔的肌肉运动引起肺泡与外部大气间的压差规律变化，从而发生空气吸入和呼出的正常循环。根据运动标准的不同，呼吸频率在每分钟吸入12～40次之间变化。很少有大于3μm的粉尘颗粒能够到达肺泡。人们已经提出了众多模型来表明颗粒大小与沉降地点的关系。因为肺泡所捕集的颗粒非常微小，所以很难将其从中清除，直径为0.2μm的粒子的清除概率为0.75，而对于0.02μm的粒子，概率就降为0.45。肺泡中产生的黏液可以润湿肺泡表面，并使它们自主的膨胀或者收缩。从肺泡中清除粉尘颗粒的任务由相对较大的细胞（10～50μm，也称噬菌细胞）完成。这些游离的细胞可以在肺泡壁上自由移动而且可以吞噬直径最大为10μm的颗粒。噬菌细胞的平均寿命为一个月。噬菌细胞如果吞噬了有毒粒子，它将很快死亡。当肺部所吸入的粉尘粒子数量增加时，噬菌细胞的数量也会增加。目前还不清楚呼吸性粉尘浓度和噬菌细胞产生量的关系，它与粒子的矿物成分有关，此外，清除已吞噬粉尘的细胞要比清除正常的无尘细胞困难。2、呼吸系统内粉尘沉积的机理呼吸系统某些区域内粉尘粒子的沉积会根据粒子大小和其空气动力学特性、空气通路的几何形状以及气流形式而发生变化。沉积最主要的三种机理为惯性碰撞、重力沉降和扩散作用。而对于某些特殊类型的粒子，拦截作用和静电沉淀作用居主要地位。下面分别讨论沉积的五种模式。（1）惯性碰撞作用粉尘颗粒的密度和动量与相同体积的空气相比要大的多。当空气被有规律的从肺部吸入呼出时，在随空气运移的每个弯曲段，粉尘粒子都趋向于直线运动并且撞击在空气通路的黏液层壁上。粉尘的惯性撞击沉积随曲率和空气流速的增大而增多。解剖发现，在不同个体间，分支细支气管的拐弯处的沉积有相当大的差异。在上部空气通路，空气流速较大，可是，较后的通路也具有较大的直径，粒子在发生碰撞之前必须穿过流线传播更远的距离才行。在尽力呼吸过程中，呼吸速率和空气速率在系统的各处都增大，将空气吸入到肺部深处，进而，由于鼻孔和丛状滤网的阻碍作用，将会增加从口腔的呼吸。由于这些原因，繁重的体力劳动由于惯性碰撞而导致的呼吸系统沉积会上升。由于黏液层逐渐变厚、支气管感染或肺部受损而造成的空气通路缩颈也将会导致较高的空气流速进而增加惯性碰撞造成的沉积。（2）重力沉降重力沉降是指在重力作用下颗粒的沉降，它对在较低的空气流速下大于0.5μm的粉尘粒子有效，而较小的颗粒更多地受布朗运动和扩散作用影响。在呼吸循环的反向期间，鼻咽中的大颗粒粉尘会因为重力作用沉积。另外，重力沉降可以解释层流状态的粉尘在细支气管和肺泡中的沉积机理。（3）扩散作用亚微粒子受气体粒子的撞击做布朗运动。布朗运动对直径小于0.5μm的粒子尤为显著。虽然布朗运动在呼吸系统的各处都会发生，但当平均位移变得同空气通路大小相当时，它会成为粉尘沉积的有效方式，因此，它在肺泡和较细的细支气管中有着特别重要的作用。（4）拦截和静电沉淀作用对于纤维粉尘，拦截有着显著作用。当粉尘长度与直径比超过3时，我们称它为纤维粉尘。这些粉尘倾向于朝着空气流动的方向，长200μm的纤维能够穿透到到肺的深处。不过，纤维粉尘末梢可能接触到空气通路的壁面，特别是在拐弯处和分支点，在这会发生纤维粉尘的聚积。这就是拦截的机理。在矿井的工作区域内，新产生的矿尘会带有较大的静电量。这些粒子周围移动着的电磁场会诱导呼吸系统空气通路壁面上的异性电荷，由此产生静电沉淀并被黏液层捕集。3、尘肺病由吸入粉尘引起的呼吸器官疾病统称为尘肺病，这里主要讨论矿井粉尘产生的疾病。一般的，矿井粉尘并不直接致命，而是通过使肺部空气容量逐渐减少，使患者更易感染轻微的呼吸疾病（如伤风或流感）以及肺结核，慢性支气管炎和肺气肿，实际上，是这些病加速了死亡。慢性支气管炎是一种呼吸系统气管内粘膜炎症，伴随着周期或持续的咳嗽。肺气肿是指由肺泡气压过大而造成的肺泡间隔破坏，这经常是支气管内收缩的结果。肺泡间隔断裂经常发生在咳嗽期间，临近的肺泡破裂而相互融合，这将逐渐导致反常的呼吸困难，即使在很轻微的活动下。呼吸困难还将导致心脏过度紧张并有可能导致心脏病并发症。(1)纤维变性反应前面已介绍纤维变性粉尘促进了肺泡结缔内纤维组织的异常增生，它开始产生在纤维组织，然后向外辐射形成纤维原细胞。肺泡壁的气体交换受到阻滞，失去原有弹性，导致有效容积缩小。此外，噬菌细胞的生成量减少会加剧肺泡内粉尘的聚集。较多的纤维聚集还会扭曲和破坏血管，引起心脏功能衰竭。(2)煤肺病很多种粉尘（包括煤尘）只会引起微弱的生理学反应，然而，长时间充分暴露在粉尘的滞留聚集区会在肺部组织形成色斑，通过X射线可以观察到黑色的小圆斑。这些矿尘包括铁（肺铁末沉着症）、锡（锡肺尘）和铝（铝尘肺）。被雇用的最初约10～15年里，煤矿工人一般不会察觉患有煤肺病，也不会意识到劳动能力的逐渐丧失。(3)硅肺症这是尘肺病中最危险的一类，它由游离的二氧化硅粒子所引起（包括石英、砂石和燧石），而不是粘土或耐火土中的硅酸盐造成的。含有硅石的岩石的采掘和粉碎操作中新产生的粉尘，以及喷砂器中喷出的砂尘所具有的危险性最大。人们怀疑许多严重的煤肺病病例是因为吸入的煤尘中混有石英颗粒。在硅肺症的早期阶段也可以在X光片上看到许多粉尘聚积的局部病灶。X光片显示，硅尘聚积到一定水平后，肺部表面会逐渐产生严重的纤维症。纤维化可能是由硅酸反应或者粉尘的电化学表面活性造成的。三、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的发展有一定的过程，轻者影响劳动生产力，严重时丧失劳动能力，甚至死亡。这一发展过程是不可逆转的，因此要及早发现，及时治疗，以防病情加重，从自觉症状上，尘肺病分为三期，如表12-3-1所示。尘肺病的发病阶段和相应的症状发病阶段 相应症状第一期 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SiO2，其含量越高，发病工龄越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发分)含量。据试验，煤化作用程度越低，危害越大。(2)矿尘粒度及分散度尘肺病主要是发生肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5µm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5µm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2µm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，尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。国外的统计资料表明，在高矿尘浓度的场所工作时，平均5～10年就有可能导致硅肺病，如果矿尘中的游离SiO2含量达80%～90%，甚至1.5～2年即可发病。空气中的矿尘浓度降低到《规程》规定的标准以下，工作几十年，肺部吸入的矿尘总量仍不足达到致病的程度。（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。尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要积极推广综合防尘技术，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。接触职业病危害作业的劳动者的职业健康检查周期

二、煤尘爆炸及预防

1、煤尘爆炸机理

煤被破碎成煤尘后，其比表面积显著增大，与氧的接触面积及吸附氧分子的数量亦相应增加。在高温热源作用下，氧分子与碳发生氧化反应而生热，并促进了煤尘粒子在高温下的热分解而产生可燃气体，如挥发份含量为20~26%的1kg焦煤，受热后能放出可燃气体295~350L，这些可燃气体与空气混合后便着火燃烧。局部燃烧放出的热量以分子热传导、辐射、对流等复合传热方式传给附近悬浮着的煤尘，又使这些煤粒子受热分解，产生可燃气体而着火燃烧，于是燃烧便如此循环地继续下去，随着每个循环的逐次进行，反应速度也逐次加快，定常燃烧非常迅速地转变成激烈的非定常燃烧，从而在极短的时间内，使空间气体的压力猛烈增高，形成了煤尘爆炸。2.煤尘爆炸的条件

煤尘爆炸必须同时具备四个条件，缺一不可。

(1)煤尘本身具有爆炸性。

(2)浮尘达到爆炸浓度。一般认为煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1500～2000g/m3。其中爆炸威力最强的浓度范围为300～500g/m3。

(3)有足以点燃煤尘的热源。经实验，我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃，煤尘爆炸的最小点燃能量为4.5～40mJ。

(4)氧气浓度。井下空气中氧含量低于17%时，煤尘不能引燃而失去爆炸性。

3.煤尘爆炸的特征

煤尘爆炸与气体爆炸不同，有以下一些特点：

（1）易产生连续爆炸

煤尘爆炸的氧化反应和瓦斯爆炸一样，主要在气相条件内进行。煤尘的燃烧速度和爆炸压力比气体的要小，但燃烧带的长度较长，产生的能量大，表现出显著的破坏能力。一般来说，爆炸开始于局部，产生的冲击波较小，但却可扰动周围沉降堆积的煤尘并使之飞扬，由于热和光的传递与辐射，进而发生再次爆炸，这就是所谓的二次爆炸。如此循环，还可形成第三次、第四次等数次爆炸。其爆炸的火焰及爆炸波的传播速度都将一次比一次加快。爆炸压力也将一次比一次增高，呈跳跃式发展。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m／s，冲击波的速度可达2000m／s，爆炸的压力可达到1700kPa。在煤矿井下，这种爆炸有时沿巷道传播数千米以外，而且距爆源点越远其破坏性越严重。因此，煤尘爆炸具有易产生连续爆炸、受灾范围广、灾害程度严重的重要特点。（2）产生粘块与皮渣。煤尘爆炸时，对于结焦性煤尘(气煤、肥煤及焦煤的煤尘)会产生焦炭皮渣与粘块粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根据这些爆炸产物，可以判断发生的爆炸事故是属于瓦斯爆炸或煤尘爆炸。同时还可以根据煤尘爆炸产生的皮渣与粘块粘附在支柱上的位置直观判断煤尘爆炸的强度，但是只有气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤尘爆炸时，才能产生“粘焦”。煤尘爆炸强度的直观判断方法爆炸强度 废渣与粘块黏附在支柱上的位置弱爆炸 废渣与粘块黏附在支柱两侧，迎风侧较密中等爆炸 废渣与粘块主要黏附在支柱的迎风侧强爆炸 废渣与粘块黏附在支柱的背风侧，迎风侧有火烧痕迹（3）产生大量有毒有害气体煤尘爆炸时，要产生比沼气爆炸生成量多的有毒有害气体，其生成量与煤质和爆炸的强度等有关。一次煤尘爆炸后气体成分组成的成分其中CO~CO2的浓度较大，O2浓度很小，这是煤尘爆炸造成人员伤亡的主要原因。煤尘爆炸后的气体组成气体名称 浓度（%） 气体名称 浓度（%）CO 8.15N2 73.75CO2 11.25 H2 2.75CH4等 2.95 O2 1.15（4）挥发分含量减少煤尘爆炸时，它的挥发分含量将减少，对于不结焦煤尘(即爆炸时不产生焦炭皮渣与粘块的煤尘)，可利用这一特点来判断井下的爆炸事故中煤尘是否参与了爆炸。

(二)影响煤尘爆炸的因素

1.煤的挥发分

一般情况下，煤尘的可燃挥发分越高，越易爆炸。因为煤尘爆炸主要是在尘粒分解的可燃气体中进行的。

2.煤的水分

煤中水分具有减弱和阻碍爆炸的性质，因为：煤中水分对尘粒起粘结作用，减少表面积，增大颗粒，降低飞扬能力；煤中水分起吸热、降温阻燃作用。

3.煤的灰分

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。实验证明，只有灰分达到40%以上时，爆炸性才显著下降，采用岩粉棚撒布岩粉就是利用灰分能够削弱煤尘爆炸这一原理来制止煤尘爆炸的。

4.煤尘粒度

粒度对爆炸性有极大的影响。1mm以下粒径煤尘都能参与爆炸，总的来说，煤尘粒度越小，表面积越大，受热及氧化作用越快，加速了释放可燃气体，所以越易爆炸，且爆炸性强，特别是30μm～75μm的煤尘爆炸性最强。煤尘粒度越小所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。

5.空气中的瓦斯浓度

瓦斯是可燃气体，当其混入巷道空间时，煤尘爆炸的下限浓度会降低。

6.空气中氧含量

井下空气中氧含量低于17%时，煤尘不能引燃而失去爆炸性。

7.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，煤尘初始爆炸强度也越大；温度越低，能量越小，越难点燃煤尘云，即使能引起爆炸，初始爆炸强度也小。

(三)防尘系统（规程644条）

1.水源、水压、水量及其水质

具体要求有：水源、水压、水量能满足实际生产需求，如：转载点喷雾，综掘机、采煤机内外喷雾；水质要求有两方面，一是卫生标准，如细菌、微生物等含量；二是满足使用，如悬浮物含量。

2、管路系统

主要运输巷道、带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面运输巷与回风巷、掘进巷道、煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、卸载点等地点必须敷设供水管路。

(三)预防煤尘爆炸事故的技术措施

1.减、降尘措施（控制浮尘浓度）

具体有：

(1)煤层注水。在采煤工作面开采之前，预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入一定压力的适量的水，使其渗入煤体内部，增加煤体的水分，达到均匀湿润，从而减少煤层开采过程中煤尘的产生量，据测量，煤层注水可减少煤尘生成量40～90%。

(三)防尘系统（规程644条）

3.三通阀门

胶带巷每隔50m，其它巷道每隔100m敷设一个。

4、转载点喷雾

所有转载点均安设转载点喷雾；

采掘机内外喷雾、移架喷雾。

5、净化水幕

采煤工作面进回风巷、主要进风大巷及回风斜井和掘进工作面；

采煤工作面距上下出口不超过30m，掘进工作面距迎头不超过50m。

(三)预防煤尘爆炸事故的技术措施

1.减、降尘措施（控制浮尘浓度）

具体有：

(1)煤层注水。在采煤工作面开采之前，预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入一定压力的适量的水，使其渗入煤体内部，增加煤体的水分，达到均匀湿润，从而减少煤层开采过程中煤尘的产生量，据测量，煤层注水可减少煤尘生成量40～90%。

1、煤层注水减尘原理（1）煤层注水减尘原理及作用煤层注水是用水预先湿润煤体。煤层在开采之前，打若干钻孔，通过钻孔向煤体注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤层水分。水进入煤体后，先沿阻力较低的大裂隙以较快的速度流动，注水压力增高可使在裂隙中的运动速度加快，毛细作用力随孔径变细而增加。注水实践表明，大的裂隙和孔隙中水的运动主要靠注水的压力，而细小孔隙中水的运动主要靠毛细管作用，因此，水在各级孔隙中运动速度差异很大。煤体开始注水后，水可以较快地到达一些裂隙中，但细小的孔隙则需要较长时间。根据国外理论研究表明，在同样压力下，水在半大孔隙中的运动速度要比细微孔隙中大一千倍。从注水现场观察也证明，湿润煤体的层理、节理面只需数小时到数天，而使煤体大部分细微孔隙湿润则需要十余天到数十天。由于水分子的直径为2.6×10－10m，因此10－9m以下的细微孔隙不能考虑在注水湿润的范围内。煤层注水是回采工作面最重要的防尘措施之一。注水后的煤体，在回采及整个生产流程中，都具有连续的防尘作用，而其它防尘措施则为局部的。煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面：

1）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。

2）水进入煤体各级孔、裂隙，甚至1μm以下的微孔隙中也充满了毛细作用渗入的水，使煤体均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而抑制了煤尘的产生。3）水进人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。（2）煤层中的孔、裂隙特征及水在煤层中的渗透煤层的多孔性和裂隙性乃是煤层注水的先决条件，直接影响到注水效果。煤体的裂隙和孔隙，大体可分为三类：1）原生裂隙①内生裂隙和层理面：煤层形成过程中，由于内部应力的变化所产生的裂隙，内生裂隙与层理面通常相互垂直。②外生裂隙：煤层形成后，由于地质构造运动的作用，煤层受外力产生剪切，形成与层理面斜交的裂隙。这些裂隙和层理面、内生裂隙相互交错在一起。

2）次生裂隙：煤体由于受巷道布置及周围采动影响，地压重新分布时煤体移动、变形所产生的裂隙。3）微小孔隙：在成煤过程中，成煤物质变质不断泄出气体和水所形成。根据原苏联矿业研究所的分类法，煤体的孔隙可分为五个等级：微孔——孔径为10-8m以下；过渡孔——孔径为10-8~10-7m；半大孔——孔径为10-7~10-6m；大孔——孔径为10-6~10-4m；可见孔——孔径为100-4m以上。按上述孔径，对水分子来将，孔径在10-8m以下者，只能构成对水的吸附容积，不能渗透，10-8~10-7m以上的孔径才具有较强的扩散和渗透作用。2、影响煤层注水效果的因素（1）煤的裂隙和孔隙的发育程度在煤层注水工艺中，根据注水压力数值的高低，习惯上可分为低压注水、中压注水和高压注水。低压注水的压力小于2.45MPa，中压注水压力为2.45—7.84MPa，高压注水压力大于7.84MPa。我国目前煤层注水实际使用的水压最高不超过14.7MPa，其中大多属于中、低压注水。对于不同成因及煤岩种类的煤层来说，其裂隙和孔隙的发育程度不同，注水效果差异也较大。煤体的裂隙越发育则越易注水，可采用低压注水，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，达不到预湿煤体的目的。根据实测资料，当煤层的孔隙率为1-4%时，煤层的透水性较差，注水无效果，孔隙率4%这一数值，可作为煤层能否注水的下限值；孔隙率为5-14%时，煤层能注水，且有较好的湿润效果；孔隙率为15时煤层的透水性最高，注水效果最佳；而当孔隙率达40%时，煤层成为多孔均质体，天然水分丰富则无需注水，此多属于褐煤。（2）上覆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。在长壁工作面的超前集中应力带以及其他大面积采空区附近的集中应力带，因承受的压力增高．其煤体的孔隙率与受采动影响的煤体相比，要小60%～70%，减弱了煤的透水性。（3）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%。（4）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。（5）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．通常，注水量或煤的水分增量变化在50%到80%之间，注水量和煤的水分增量都和煤层的渗透性、注水压力、注水速度以及注水时间有关。3、煤层注水方式注水方式按注水钻孔的位置、长度和方向，可分为工作面上短孔注水、长孔注水和工作面走向长孔注水三种方式（1）工作面短孔注水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，孔长为工作面一个循环的长度，一般为2m左右，采用低压注水。一次注水湿润一个循环进度的煤体范围。由于短孔处于煤层的卸压区，煤体内产生有大量的次生裂隙，它与煤体的原生裂隙沟通交织在一起，形成较发育的裂隙网，使煤体透水性增强，注水压力一般不需要大；此外该方式，设备简单，具有较大的适应性和灵活性，在我国许多矿区得到了应用。但由于注水作业在工作面内进行，与采煤工艺互相交叉，注水时间短，影响煤体内微孔隙的均匀湿润，会降低注水效果。（2）工作面深孔注水它是在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长为采煤工作面数个循环进度，一般为10m左右。由于受采场集中应力的影响，深部煤体的次生裂隙尚未大量形成，通常注水压力较高，但水进入煤体裂隙后不易流失，能够比较均匀地进入煤体的微孔隙中，湿润效果较好，且一次注水可湿润多个循环的煤体范围。（2）工作面走向长孔注水它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，孔长30～100m；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。由于长钻孔注水作业超前于工作面，使注水有充足的时间，给水在煤体孔隙中的毛细渗透创造了条件，水可以长时期地缓慢地进入煤体的细微孔隙，湿润的效果较好。长钻孔注水使煤体能得到大面积的预先湿润，一个钻孔一次湿润的采煤面积可达数百平方米以上，一次湿润的煤量可达数千吨。湿润范围较大，提高了注水效率。注水施工远离采煤工作面，大大减少了采煤和注水作业的相互干扰和影响，使注水能正常地持续进行。长钻孔注水的湿润范围处于工作面前方的煤层原始压力带中，煤层尚未受到支撑压力的影响和破坏，因此水进入煤体裂隙、孔隙后不易泄水流失，对顶底板的影响也较小。长钻孔注水施工比较集中，易于管理，为实现全矿井注水施工专业化创造了条件，便于普遍推广和长期坚持。长钻孔注水的钻孔比较长，这就要求煤层的赋存情况比较稳定，构造比较简单，以利于钻孔施工。在那些煤层层厚及倾角变化很大、断层褶曲较多的煤层中，钻孔施工困难较大。按照供水的动力方式，煤层注水又分为静压注水和动压注水两种。（1）静压注水静压注水是利用地面或上水平的静水压力，通过矿井防尘管网直接将水引入钻孔向煤体的注水方式。（2）动压注水动压注水是利用水泵提供的压力向煤体的注水方式。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。通常静压注水时间长，一般数月，少则数天；动压注水时间短，一般为几天，短的仅为几十小时。

(2)湿式打眼。在工作面使用电钻或风钻打眼时，将压力水送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的煤尘，从而达到减尘目的。

(3)使用水炮泥。炮泥分粘土炮泥和水炮泥两种，在封堵炮眼时，不仅要用粘土炮泥，而且要使用水炮泥。水炮泥在爆炸后形成水雾起到降尘、吸收炮烟和消焰降温等作用，降尘达80%左右。

(4)通风防尘。通风除尘是稀释和排除工作地点悬浮粉尘，防止过量积累的有效措施，据试验观测，当风速增加到1.5～2m/s时，作业地点的矿尘浓度将降到最低值，故称最优排尘风速。

(5)喷雾洒水。将水雾化成微细水滴喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。其广泛用于采掘机械、爆破作业、转载点、巷道风流净化等。掘进机较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减少85～95%。

(6)刷洗岩帮。是指刷白巷道和冲洗岩帮，清除落尘。

(7)除尘器除尘

2.防止煤尘引燃的措施

3.隔绝煤尘爆炸的措施

(1)撒布岩粉

撤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。在开采有煤尘爆炸危险的矿井中，应该撒岩粉的地点有：采掘工作面的运输巷和回风巷；煤层经常积聚的地点；有煤尘爆炸危险煤层和无煤尘爆炸危险煤层同时开采时，连接这两类煤层的巷道。

惰性岩粉一般为石灰岩粉和泥岩粉。对惰性岩粉的要求是：

（1）可燃物含量不超过5%，游离SiO2含量不超过10%；

（2）不含有害有毒物质，吸湿性差；

（3）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做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，每三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。

(2)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：

（1）主要隔爆棚组应采用水槽棚，水袋棚只能作为辅助隔爆棚组；

（2）水棚组应设置在巷道的直线段内。其用水量按巷道断面计算，主要隔爆棚组的用水量不小于400L/m2，辅助水棚组不小于200L/m2；

（3）相邻水棚组中心距为0.5~1.0m，主要水棚组总长度不小于30m，辅助水棚组不小于20m；

（4）首列水棚组距工作面的距离，必须保持在60/200m范围内；

（5）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；

（6）水内如混入煤尘量超过5%时，应立即换水。（3）设置岩粉棚岩粉棚分轻型和重型两类。结构如图12-4-10所示，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：（1）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；（2）轻型岩粉棚的排间距1.0~2.0m，重型为1.2~3.0m；（3）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；（4）岩粉棚可能发生煤尘爆炸的地点不得小于60m，也不得大于300m；（5）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地翻落；（6）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。对产生煤（岩）尘的地点应采取防尘措施：（一）掘进井巷和硐室时，必须采取湿式钻眼、冲洗井壁巷帮、水炮泥、爆破喷雾、装岩（煤）洒水和净化水幕等综合防尘措施。（二）采煤工作面应采取煤尘注水防尘措施，有下列情况之一的除外：1.围岩有严重吸水膨胀性质、注水后易造成顶板垮塌或底板变形，或者地质情况复杂、顶板破坏严重，注水后影响采煤安全的煤层；2.注水后会影响采煤安全或造成劳动条件恶化的薄煤层；3.原有自然水分或防灭火灌浆后水分大于4%的煤层；4.孔隙率小于4%的煤层；5、煤层很松软、破碎，打钻孔时易塌孔、难成孔的煤层；6.采用下行垮落法开采近距离煤层群或分层开采厚煤层，上层或上分层的采空区采取灌水防尘措施时的下一层或下一分层。（三）炮采工作面应采取湿式打眼，使用水炮泥；爆破前、后应冲洗煤壁，爆破时应喷雾降尘，出煤时洒水。（四）采煤机必须安装内、外喷雾装置。截煤时必须喷雾降尘，内喷雾压力不得小于2MPa，外喷雾压力不得小于1.5MPa，喷雾流量应与机型相匹配。如果内喷雾装置不能正常喷雾，外喷雾压力不得小于4MPa。无水或喷雾装置损坏时必须停机。掘进机作业时，应使用内、外喷雾装置，内喷雾装置的使用水压不得小于3MPa，外喷雾装置的使用水压不得小于1.5MPa；如果内喷雾装置的使用水压小于3MPa或无内喷雾装置，则必须使用外喷雾装置和除尘器。液压支架和放顶煤采煤工作面的放煤口，必须安装喷雾装置，降柱、移架或放煤时同步喷雾。破碎机必须安装防尘罩和喷雾装置或除尘器。（五）采煤工作面回风巷应安设风流净化水幕。（六）井下煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、输送机转载点和卸载点，以及地面筛分厂、破碎车间、带式输送机走廊、转载点等地点，都必须安设喷雾装置或除尘器，作业时进行喷雾降尘或用除尘器除尘。（七）在煤、岩层中钻孔，应采取湿式钻孔。煤（岩）与瓦斯突出煤层或软煤层中瓦斯抽放钻孔难以采取湿式钻孔时，可采取干式钻孔，但必须采取捕尘、降尘措施，工作人员必须佩带降尘保护用品。煤矿作业场所粉尘浓度要求（国家安全生产监督管理总局令第73号《煤矿作业场所职业病防治规定》第四十二条：井工煤矿采煤机作业时，必须使用内、外喷雾装置。内喷雾压力不得低于2MPa，外喷雾压力不得低于4MPa。内喷雾装置不能正常使用时，外喷雾压力不得低于8MPa，否则采煤机必须停机。液压支架必须安装自动喷雾降尘装置，实现降柱、移架同步喷雾。破碎机必须安装防尘罩，并加装喷雾装置或者除尘器。放顶煤采煤工作面的放煤口，必须安装高压喷雾装置（喷雾压力不低于8MPa）或者采取压气喷雾降尘。第四十三条：井工煤矿掘进机作业时，应当使用内、外喷雾装置和控尘装置、除尘器等构成的综合防尘系统。掘进机内喷雾压力不得低于2MPa，外喷雾压力不得低于4MPa。内喷雾装置不能正常使用时，外喷雾压力不得低于8MPa；除尘器的