浅谈煤矿粉尘危害及防治技术

　　摘 要：文章针对矿井粉尘污染环境、危害人体健康、加速仪器磨损以及容易诱发粉尘爆炸事故等系统问题，详细介绍了矿井粉尘的分类、产生、特性及危害，简要总结了矿井粉尘的六种防控技术和矿井不同产尘点的防尘措施，为矿井粉尘治理提供借鉴。 

　　关键词：矿井粉尘；煤尘爆炸；粉尘防治；煤尘爆炸 

　　前言 

　　矿井在开采、生产作业过程中会产生大量粉尘，一方面，矿井粉尘对作业人员身体健康造成严重影响，根据2010年全国职业病统计报告显示，2010年全国累计报告职业病749970例，其中累计报告尘肺病676541例，死亡149110例；每年有约2.3万人患上尘肺病，而在所有因各种矿尘引起的尘肺病中，煤矿工人占到的比例最高，以2013年为例，占2013年全国职业病例的87.72%[2]。另一方面，高浓度粉尘对现场作业环境污染严重，降低作业现场能见度，增加安全威胁，同时高浓度粉尘加速机械设备磨损，缩短机械设备的使用寿命；甚至诱发粉尘爆炸事故。因此，加强矿井粉尘危害的认识和防治，采取有针对性的防尘、降尘技术措施，对确保从业人员生命健康和预防事故的发生尤为重要。 

　　1 煤矿粉尘危害 

　　煤矿粉尘具有的分散度、吸湿性、爆炸等特性决定了其危害性：污染作业环境，严重危害作业人员身体健康，引起尘肺病等；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命；降低作业场所能见度，增加工伤机率，甚至引起燃烧和爆炸。 

　　1.1 煤矿粉尘的产生及特性 

　　1.1.1 煤矿粉尘的产生 

　　煤矿粉尘是指矿井生产过程中产生的粉尘。能较长时间在空气中悬浮于空气中的粉尘称为浮尘，已沉落的粉尘称为积尘；在煤矿开采过程中，如钻孔、打眼、爆破、采煤、掘进落煤、顶板来压、装载运输等各个生产环节，都会产生大量的矿尘。随着矿井综合机械化开采的升级，工作面产尘浓度也随之上升。采煤机和综掘机割煤、支架移架和煤炭装运是采掘工作面的四大产尘源，产尘量分别约占60%、30%、5%和5%左右[3]。此外，煤层抽采钻孔施工和立眼溜煤系统也是井下主要产尘源之一，在无任何防尘措施的情况下，煤层钻孔施工现场、下煤立眼等处产生的高浓度粉尘，尤其是下煤立眼产生的粉尘浓度有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限。 

　　1.1.2 煤矿粉尘的分类 

　　煤矿粉尘按粒径可分为粗尘、细尘、微尘和超微尘；按存在状态可分为浮游粉尘和沉积粉尘；按游离二氧化硅的含量分为矽尘与煤尘[4]；按矿尘粒径组成范围可分为全尘和呼吸性粉尘；粉尘粒径越小、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。 

　　1.1.3 煤矿粉尘的特性 

　　（1）矿尘分散度。矿尘分散度是反映煤、岩等矿物质被粉碎的程度，是表示粉尘颗粒直径大小组成百分比的一个指标，小粒径的粉尘越多，分散度越高，在空气中沉降速度愈慢，悬浮时间就越长，被人体吸入的机会就愈多；反之则分散度愈低。而矿尘的分散度愈高，其活性越高，易引起粉尘的自燃或爆炸[4]。 

　　（2）矿尘吸湿性。粉尘的湿润性指粉尘对液体的亲和能力[3]。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。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。 

　　（3）煤尘爆炸性。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。检验标准为：取煤样，在10次煤样试验中有（无）出现火焰，如10次煤样中任何一次试验中出现火焰，则该煤样为“有煤尘爆炸性”，否则该煤样为“无煤尘爆炸性”。煤的炭化程度越低，挥发分越高，煤尘的爆炸性就越强。 

　　（4）沉降速度慢，在空气中悬浮时间长，扩散系数较大，附着速度较快。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，易吸入肺部沉积，诱发肺部病变。 

　　1.2 主要健康危害 

　　矿井粉尘的危害重要有以下几点： 

　　（1）全身作用：作业人员长期吸入较高浓度粉尘可引起肺部弥漫性纤维化为主的全身疾病，矿井粉尘会直接或间接引起呼吸系统疾病，主要包括煤肺、矽肺、煤矽肺。 

　　（2）局部作用：接触或吸入粉尘，首先对皮肤、角膜、粘膜等产生局部的刺激作用，并产生一系列的病变。如粉尘作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜机能亢进，毛细血管扩张，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜营养供应不足而形成萎缩性鼻炎。还可形成咽炎、喉炎、气管及支气管炎。作用于皮肤、可形成粉刺、毛囊炎、脓皮病。对于煤矿粉尘中含有大量的煤尘，增加了粉尘对皮肤、呼吸道等局部的刺激作用。 

　　（3）致癌作用：对于一些接触镍、铬、铬酸盐的粉尘，可引起肺癌；接触放射性粉尘，容易生成肺癌等。在煤矿生产过程中，常有伴生矿物，伴生矿物中可能含有某种致癌因子，增加的煤矿工人的致癌机率。 

　　1.3 煤尘爆炸 

　　煤尘爆炸是指高浓度煤尘在高温火源的作用下，与空气中氧气急剧氧化的反应过程。煤体被破碎过程中，产生大量细微尘粒，其体积和表面积增加，与氧气的接触面积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到足够的热量（约300℃～400℃）时[1]，就放出可燃气体，此时游离基迅速增加，燃烧产物的迅速膨胀并在火焰波波阵面前方形成压缩波且不断地压缩传播，从而形成叠加效果，使火焰传播速度不断叠加；当能量叠加到一定临界条件时，由燃烧转变为爆炸。爆炸有三个条件：（1）粉尘在空气中有足够的浓度，在爆炸区域粉尘浓度在45mg/m3～2000mg/m3范围之内；（2）必须具有高温（700℃～800℃或有明火、火花、放电）情况出现，其中最易引爆的也是爆炸力最强的浓度为300mg/m3～500mg/m3。（3）充足的氧气，氧气浓度≥18%。