《矿山安全》第二章 矿尘防治

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第二章 矿尘防治 第一节 第二节

第三节 第四节 第五节 第六节

基本概念和理论概述 综合防尘技术 煤尘爆炸 防止煤尘爆炸的技术措施 煤尘抑爆及隔爆技术 煤尘爆炸事故的处理复习题 问题思考

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第一节主

基本概念和理论概述要 内 容

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。

一、 矿尘分类

二、 矿尘含量的计量指标 三、 矿尘的特性

四、 矿尘灾害的形式

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一、矿尘分类矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，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40μm,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10~40μm,肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。 (3)微尘。粒径为0.25~10μm,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0.25μm,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 。悬浮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。

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浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化，浮尘因受自重 的作用可以逐渐沉降下来变成落尘，而落尘当落尘受到机械 振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时， 它可再次飞扬，又成为浮尘。其风速的变化与矿尘粒度的关 系如表2-1-1 。表2-1-1 落尘变成浮尘风流的变化与矿尘粒度的关系 75~105 6.3 35~75 5.29 10~35 3.48

煤尘粒度/μ m 吹扬风速/m·-1 s

3.按矿尘的粒径组成范围划分 (1)全尘(总矿尘)。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)呼吸性矿尘。主要指粒径在5μm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。

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二、矿尘含量的计量指标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(g/m3)。 (2)计数法(颗/cm3)。

表2-1-2 中国煤矿矿尘浓度标准

序 号1 2 3 4 5 6

矿尘中游离SiO2含量/% <5 5~<10 10~<25 25~<50 ≥50 <10的水泥矿尘

最高容许浓度/ mg.m-3总矿尘 20.0 10.0 6.0 4.0 2.0 6 呼吸性矿尘 6.0 3.5 2.5 1.5 1.0

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矿尘粒度依可见性分为三类： (1)可见尘粒：粒径大于10μm,在明亮的环境里内眼可以看到； (2)显微颗粒：粒径为0.25~1.00μm,用普通显微镜可以观察到； (3)亚显微颗粒：粒径小于0.25μm,用超倍显微镜才能观察到。 煤岩粉碎成微细的尘粒，其总表面积有很大地增加，因而化学活 性、溶解性和吸

附能力都有显著地增加；其动力特性是更易悬浮于空 气中，又难于把它从空气中捕捉分离出来，易被人们吸入体内。一般 来说尘粒越小，对人的危害越大。 2.产尘强度 指生产过程中，采落煤中所含的矿尘量。常用的单位为g/t。 3.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。

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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，单位为g/m2· 。 d这一指标用来表示巷道中沉积矿尘的强度，是确定岩粉撒布周期的重要依 据。

5.矿尘的分散度矿尘的分散度是指矿尘的整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。 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2μm、2~5μm、5~10μm和大于10μm。

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三、矿尘的特性(一)矿尘的悬浮性 分散度高的尘粒可以较长时间在空气中悬浮，不易降落，这 是微细矿尘的一种物理特性，叫悬浮性。据实验，不同粒度的 煤尘在静止的空气中从1m 高处自由降落到底板所需的时间如表 2-1-3 。表2-1-3 不同粒度的煤尘从1m 高处自由降落到底板所需时间

煤尘粒度/μ m

100

10

1

0.5

0.2

降落时间

2.6 s

4.4 min

7 h

22 h

92 h

(二)矿尘的成分 二氧化硅是地壳内最常见的氧化物，它以两种状态存在： 一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，其危害性不大； 另一种是游离状态的二氧化硅，主要为石英，它是引起人体尘 肺病的主要因素。

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(三)矿尘的比表面积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 表面积和矿尘的分散度有密切关系，分散度越高，矿尘表面积越大。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 解性和吸附能力明显增加；其次更容易悬浮于空气中，表2-1-3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5μm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。 (四)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。 (五)矿尘的荷电性

尘粒由于在粉碎过程和在空气流动中摩擦而带有电荷，悬浮在空气中的矿尘亦可直接吸附空气中的离子而产生电荷。

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(六) 煤尘的燃烧和爆炸性

煤尘在空气中达到一定浓度时，在外界明火的引燃下，能发生燃烧和爆炸，属于爆炸性矿尘。煤尘爆炸时产生高温、高压、生成大量的有毒有害气 体，在灾区空气中一氧化碳浓度可达百分之几以上，严重地威胁人员的生命

安全。表2-1-4 井下矿尘的电荷 作业方式 干式凿岩 湿式凿岩 爆 破 带正电荷粒子(%) 带负电荷粒子(%) 不带电粒子(%) 49.8 46.7 34.5 44.0 43.0 50.6 6.2 10.3 14.9

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四、矿尘灾害的形式(一)矿尘引起的职业病 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，引起职业病。 (2)某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸； (3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命； (4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。 1.尘肺病的分类 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):由于吸入含游离二氧化硅含量较高的岩尘而引起 的尘肺病。 (2) 煤硅肺病(煤矽肺):由于同时吸入煤尘和含游离二氧化硅含量的岩 尘而引起的尘肺病。 (3) 煤肺病：长期在煤层中从事采掘工作、由于大量吸入煤尘而引起的尘 肺病。

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2.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。 3.影响尘肺病的发病因素 (1) 矿尘中的游离二氧化硅含量越高越易致病。 (2) 矿尘粒度：尘粒越微小越易致病。 (3) 矿尘浓度：空气中含有的矿尘浓度越大，工人吸入的矿尘量越多，越 易致病。 (4) 接触矿尘的作业时间：从事井下作业的工龄越长，接触粉尘作业的时 间越长，越易发病。硅肺病的发病工龄一般在10年，短的也有3~5年； 煤肺病一般在20~30年，煤硅肺病一般介于二者之间，并接近后者。 (5)个体方面的因素。

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矿工的肺标本

中国百万矿工生命遭尘肺病威胁

正常人的肺标本

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(二)煤尘爆炸 1.煤尘爆炸的机理 (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300~400 ℃ 时，煤的干馏现象急剧增强，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 %左右的其他碳氢

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(可燃液体挥发的蒸气与空气混合 达到一定浓度遇明火发生一闪即逝的燃烧，或者将可燃固体加热到一定温度 后，遇明火会发生一闪即灭的燃烧现象)。 (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。

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2. 煤尘爆炸的条件 煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件： (1)煤尘的爆炸性。 (2)煤尘浓度。 (3)引起煤尘爆炸的热源。 3. 煤尘爆炸的效应 (1)爆炸温度。(2)爆炸压力。 (3)爆炸速度。(4)冲击波。 (5)爆炸生成有害气体 4. 影响煤尘爆炸的因素 (1)煤的成分。 ①挥发分。②灰分。③水分。 (2)煤尘浓度 (3)煤尘粒度。 (4)矿井的瓦斯浓度。

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2000年9月27日20时30分，贵州省水城矿务局木冲沟煤矿 四采区发生一起特别重大瓦斯煤尘爆炸事故，造成162人 死亡，37人受伤(其中重伤14人),直接经济损失1227.22 万元。 2001年7月22日，江苏省徐州市贾汪区岗子村五副井发生 特大瓦斯煤尘爆炸事故，造成92人死亡，直接经济损失 538.22万元。 2005年11月27日21时22分，龙煤矿业集团有限责任公司 七台河分公司东风煤矿发生一起特别重大煤尘爆炸事故， 死亡171人，伤48人，直接经济损失4293.1万元。这起事 故的直接原因是放炮人员使用非专用炸药违章作业处理煤 仓堵塞，导致煤尘飞扬达到爆炸界限，放炮火焰引起煤尘 爆炸。 2006年02月23日，山东枣庄煤尘爆炸事故15人死亡12人 受伤。

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2006-07-18山西灵石矿难 死亡人数升至51人 4人仍被困

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2006年02月23日，山东枣庄煤尘爆炸事故15人死亡12人受伤。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/61yj.html