模块四现代化矿井灾害防治(矿尘)

现代化矿井通风技术管理与灾害防治,矿尘防治理论与技术,2023 年 6 月,11/5/2024,1,主要内容,第一节 矿尘及其性质,第二节 矿山尘肺病,第三节 煤尘爆炸及预防,第四节 矿山综合防尘,11/5/2024,2,第一节 矿尘及其性质,一、矿尘的产生及分类,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。,几种常用的分类方法：,1、按矿尘粒径划分,(1)粗尘。粒径大于40m，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1040m，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。,(3)微尘。粒径为0.2510m，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。,11/5/2024,3,第一节 矿尘及其性质,(4)超微尘。粒径小于0.25m，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：悬池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。,3、按矿尘的粒径组成范围划分,(1)全尘(总粉尘)。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)呼吸性粉尘。主要指粒径在5m以下的微细尘粒。,11/5/2024,4,第一节 矿尘及其性质,二、矿尘的危害,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，危害人体健康，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。,11/5/2024,5,第二节 矿山尘肺病,一、尘肺病及其发病机理,尘肺病: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。,1、尘肺类的分类,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SiO,2,含量较高的岩尘而引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SiO,2,的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅病肺。患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。,11/5/2024,6,第二节 矿山尘肺病,(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。,2、尘肺病的发病机理,尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。,进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下四个过程：,(1)在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于10m的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出体外,11/5/2024,7,第二节 矿山尘肺病,(2)在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使510m的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。,(3)在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使局部25m的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛运动逐级排出体外。,(4)粒度为2m左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一局部可随呼气排出体外；另一局部沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1%2以下。,11/5/2024,8,第二节 矿山尘肺病,二、尘肺病的发病病症及影响因素,1、尘肺病的发病病症,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。,11/5/2024,9,第二节 矿山尘肺病,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SiO,2,，其含量越高，发病工令越短，病变的开展程度越快。,对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发分)含量。,(2)矿尘粒度及分散度,5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m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2m左右的矿尘。,11/5/2024,10,第二节 矿山尘肺病,(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，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成反比。,(4)个体方面的因素,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。只要领导重视，增加资金投入，积极开展尘肺病预防及治疗方面的研究，完善技术措施，推广综合防尘，就可以到达降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。,11/5/2024,11,第三节 煤尘爆炸及预防,我国历史上最严峻的一次煤尘爆炸发生在1942年 统治下的本溪煤矿，牺牲1549人，残246人，牺牲的人员中大多为CO中毒，事故发生前，巷道内沉积了大量煤尘，是由于电火花点燃局部聚积的瓦斯而引起的重大煤尘爆炸事故。,一、煤尘爆炸的机理及特征,1、煤尘爆炸的机理,煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反响过程，是一种非常复杂的链式反响。一般煤尘爆炸机理及过程主要表现在以下方面：,11/5/2024,12,第三节 煤尘爆炸及预防,(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总外表积显著增加，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)当温度到达300400时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体。如:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢,(3)形成的可燃气体与空气混合在高温作用下汲取能量，在尘粒周围形成活化中心，当活化中心的能量到达一定程度后，链反响过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的,闪燃。,(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反响，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到达每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。,11/5/2024,13,第三节 煤尘爆炸及预防,2煤尘爆炸的特征,(1)形成高温、高压、冲击波,(2)煤尘爆炸具有连续性,(3)煤尘爆炸的感应期,即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。,(4)挥发分减少或形成“粘焦”,(5)产生大量的CO,11/5/2024,14,第三节 煤尘爆炸及预防,二、煤尘爆炸的条件,煤尘爆炸必须同时具备三个条件：,1、煤尘本身具有爆炸性,煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。,2、煤尘必须悬浮于空气中，并到达一定的浓度,单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为3050g/m,3,，上限浓度为10002000g/m,3,。,3、存在能引燃煤尘爆炸的高温热源,我国煤尘爆炸的引燃温度在6101050之间，一般为700800。煤尘爆炸的最小点火能为4.540mj。,11/5/2024,15,第三节 煤尘爆炸及预防,三、影响煤尘爆炸的因素,1、煤的挥发分,一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。,2、煤的灰分和水分,煤内的灰分是不燃性物质，能汲取能量，阻挡热辐射，破坏链反响，降低煤尘的爆炸性。,水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总外表积，同时还能降低落尘的飞扬能力。,3、煤尘粒度,粒度对爆炸性的影响极大,。1mm,以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加。,11/5/2024,16,第三节 煤尘爆炸及预防,4、空气中的瓦斯浓度,瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于4%时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：,m,式中：m-空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/m,3,；,-煤尘的爆炸下限，g/m,3,；,-系数，,11/5/2024,17,第三节 煤尘爆炸及预防,5、空气中氧的含量,空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。,6、引爆热源,点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个到达或超过最低点燃温度和能量的引爆热源。引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃煤尘云。而且煤尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘云，且即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越 小。,11/5/2024,18,第三节 煤尘爆炸及预防,四、煤尘爆炸性鉴定,规程规定：新矿井的地质精查报告中，必须有所有煤层的煤尘爆炸性鉴定材料。生产矿井每延深一个新水平，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试验工作。,鉴定方法有两种：,一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；,另一种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，方法简便，目前多采用这种方法。,11/5/2024,19,第三节 煤尘爆炸及预防,五、预防煤尘爆炸的技术措施,预防煤尘爆炸的技术措施主要包括,：减、降尘措施；防止煤尘引燃措施及限制煤尘爆炸范围扩大,等三个方面。目的是将空气中含尘浓度操作在国家规定的卫生标准内。,11/5/2024,20,第三节 煤尘爆炸及预防,1、减、降尘措施,指在煤矿井下生产过程中，通过减少煤尘产生量或降低空气中悬浮煤尘含量以到达从根本上杜绝煤尘爆炸的可能性。方法很多，下面主要介绍煤层注水。,（1）煤层注水实质,在回采之前预先在煤层中打假设干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程煤尘的产尘量。,煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面：,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，从而有效地消除尘源。,11/5/2024,21,第三节 煤尘爆炸及预防,水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生；,水进入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）、影响煤层注水效果的因素,煤的裂隙和孔隙的发育程度,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。煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。根据实测资料，当煤层的孔隙率小于4%时，煤层的透水性较差。,11/5/2024,22,第三节 煤尘爆炸及预防,上履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它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。,11/5/2024,23,第三节 煤尘爆炸及预防,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。为了降低水的外表张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可以在水中添加外表活性剂。阳泉一矿在注水时参加0.5%浓度的洗衣粉，注水速度比原来提高24%。,11/5/2024,24,第三节 煤尘爆炸及预防,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。,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上下的重要因素，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、注水速度和注水时间有关。,11/5/2024,25,第三节 煤尘爆炸及预防,（3）煤层注水方式,指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况，有以下4种方式：,短孔注水,在回采工作面垂直煤壁或与煤