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煤礦粉塵危害及其防治

作者:安全管理網  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2011年10月06日

摘 要:隨著礦山、冶金、玻璃制造、陶瓷、耐火材料、建材等行業生產的大規模發展,粉塵的危害逐漸被人們認識:給生產帶來不安全因素,如機械的磨損;煤、面粉等粉塵不僅引起的燃燒爆炸等,造成經濟上的巨大損失;而且石英及含有游離二氧化硅的粉塵,使長期從事粉塵作業的工人可能發生塵肺病,嚴重損害健康,甚至喪失勞動能力或過早死亡。
近年來,我國工業的迅速發展造成了環境的惡化,粉塵也是引起環境問題的主要污染物。我國礦山企業四大職業危害(工傷死亡、粉塵、毒物、爆炸)中最嚴重者當屬塵害。粉塵被工人吸入體內,在呼吸系統沉積到一定的劑量后,就會導致塵肺病的發生。塵肺病是危害廣大從業人員健康的最嚴重的一種職業病,主要分布于煤炭、冶金、機械、建材、化工石油及輕工等行業。如何積極有效的防治塵肺病,是一項迫切需要解決的問題。
煤礦井下各作業點在生產過程中會產生大量粉塵。煤礦粉塵特有的性質決定了其具有很大的危害性:誘發職業病塵肺病;加速機械設備磨損,縮短精密儀器的使用壽命;甚至導致煤塵爆炸事故的發生。
由于我國接觸煤礦粉塵的作業人員眾多,煤礦粉塵的控制工作顯得格外緊要。降低煤礦粉塵濃度和預防煤塵爆炸的各種工程技術方法和措施,以及對采掘方式的工程技術改進是控制粉塵危害的技術保障,煤礦的防治粉塵的措施分為三大類:防塵措施;除塵降塵措施;預防煤塵爆炸及限制爆炸擴大范圍的措施。

關鍵詞:煤礦粉塵;除塵降塵;粉塵控制;煤塵爆炸。

引  言
煤塵危害為煤礦五大自然災害之一,一直是煤炭行業防治工作的重點。粉塵給煤礦工作人員和安全生產造成極大危害:一方面,粉塵污染的作業環境嚴重危害工人的身體健康,可引起肺部病變,造成塵肺病。據最新的資料表明,在我國實際的嚴重塵肺病患者有120萬之多,占到全世界塵肺病患者的一半以上,每年因此死亡的人數超過4000人,每年由此引起的直接損失超過80億元。而在所有因各種粉塵引起的塵肺病中,煤礦工人占到的比例最高。究其原因,除了經濟能力、技術條件、衛生立法等方面的因素外,我國在粉塵監督監測體系和手段的完整性和科學性方面應進一步加強和提高。另一方面,粉塵濃度過高潛伏著爆炸的危險,懸浮的煤塵也是造成煤礦煤塵爆炸的主要原因之一。此外,高濃度粉塵還會加速機械設備磨損,縮短精密儀器的使用壽命。因此,監測作業場所粉塵濃度,控制煤礦粉塵的產生,對于確保從業人員生命健康、預防事故的發生尤為重要。

1煤礦粉塵及其危害
1.1 粉塵的概念
粉塵,也稱”空氣中的懸浮顆粒物”,指的就是在生產過程中產生的能較長時間懸浮于空氣中的固體顆粒,其大小在100μm以下。
1.2 煤礦粉塵的產生及特性
1.2.1 生產性粉塵的產生及特性
1. 生產性粉塵的產生
在生產過程中產生和形成的、能較長時間在空氣中懸浮的固體微粒被稱為生產性粉塵。懸浮于空氣中的粉塵稱為浮塵,已沉落的粉塵稱為積塵,我們檢測和防治的重點就是浮塵。從膠體化學的觀點來看,含有粉塵的空氣是一種氣溶膠,懸浮粉塵散布彌漫在空氣中與空氣混合,共同組成一個分散體系,分散介質是空氣,分散相是懸浮在空氣中的粉塵粒子。煤炭生產過程中伴隨煤和巖石破碎而產生的煤礦粉塵是生產性粉塵的一種。其中,呼吸性粉塵是損害勞動者健康的重要職業性有害因素,可能引起多種職業性肺部疾病。
煤礦在生產、貯存、運輸及巷道掘進等各個環節中都會向空氣中排放大量的粉塵。尤其在風速較大的作業場所,粉塵排放量猛增,據資料統計,有的礦區排向空氣的煤粉塵是煤炭產量的1.6%以上。
采煤工作面是煤礦產塵量最大的作業場所,其產塵量約占礦井產塵量的 60%左右。為了預防礦井瓦斯、煤塵爆炸等惡性事故的發生,改善礦井勞動衛生條件,采煤工作面是礦塵防治的重點。機采工作面在我國越來越普及,但產塵濃度也隨之上升。采煤機割煤、支架移架、放煤口放煤及破碎機破煤是機采工作面的四大產塵源,產塵量分別約占60%、20%、10%和 10%左右。為了搞好采煤工作面的粉塵防治,有效降低其粉塵濃度,必須針對采煤工作面的塵源采取相應的治理措施,以達到對粉塵進行綜合治理的目的。
綜采放頂煤開采技術是20世紀90年代以來在我國大面積推廣的比較先進的采煤方法,但工作面粉塵問題也引起較多關注。綜采放頂煤工作面的產塵環節主要有采煤機落煤、放煤、移架、裝煤和運煤五大工序。從微觀方面分析,煤塵產生可分為摩擦、拋落和摩擦與拋落相結合等三種方式。
巷道掘進也是井下主要產塵源之一,在無任何防塵措施的情況下,對炮掘工作面、機掘工作面和巷道錨噴巷道維修的錨噴現場、煤炭裝卸點等也都產生高濃度粉塵,尤其是煤炭裝卸處的瞬時粉塵濃度有時高達數g/m3,有時甚至達到煤塵爆炸濃度界限。
此外,地面煤的裝運、煤堆、矸石山等也都產生高濃度粉塵,使礦區周邊空氣環境受到嚴重的污染,對居民健康和植物都造成十分不利的影響。
煤礦生產過程產生粉塵一般都不伴有化學變化,因此漂浮于空氣中粉塵的化學成分與其來源物料的化學成分基本相同。
2. 生產性粉塵的特性
1)按粉塵中游離二氧化硅含量分類
煤礦粉塵按其游離二氧化硅的含量分為矽塵與煤塵。根據我國“矽塵作業工人醫療預防措施實施辦法”中規定,作壓環境粉塵中游離二氧化硅含量在10%以上者稱為矽塵,10%以下者稱為非矽塵,在煤礦則為混合性煤塵。游離二氧化硅含量小于5%的粉塵又稱為單純煤塵。粉塵中游離二氧化硅的含量越高,引起塵肺病的程度越重,病情發展越快,危害也越大。
2)粉塵的分散度
分散度指物質被分散的程度,以粉塵粒徑大小的數量或質量組成百分比構成比來表示,前者稱粒子分散度,粒徑小的顆粒越多,則分散度越高;后者稱質量分散度,質量小的顆粒占總質量百分比越大,質量分散度越高。煤礦作業場所空氣中較小顆粒粉塵含量較多時,其分散度越高,由于質量輕,在空氣中懸浮時間較長,不易降落,被吸入肺的機會就愈多。同時粉塵的分散度愈高,單位體積總表面積越大,理化活性越高,易于與空氣中的氧氣發生反應而引起粉塵的自燃或爆炸。粉塵還可以吸附有毒氣體,如一氧化碳、氮氧化物等,分散度愈高,吸附的量愈多,對人體危害也愈大。
3)粉塵的吸濕性
粉塵的吸濕性指粉塵對水的吸附。粉塵的吸濕性與粉塵的成分、結構有關,可分為親水性粉塵與疏水性粉塵兩大類。炭黑、煤粉塵均屬于疏水性粉塵。另外,粉塵越細,比表面積增加,表面吸附能力隨之增強,容易吸附空氣而在塵粒表面形成氣膜,降低了塵粒間的聚集及塵粒的吸濕性,更難于把塵粒從空氣中捕捉分離出來。在除塵技術中,粉塵的吸濕性是選用除塵設備的主要依據之一。對于濕潤性好的親水性粉塵,可選用濕式除塵器。為了加強液體(水)對粉塵的浸潤,往往要加入某些濕潤劑,以減少固、液之間的表面張力,增加粉塵的親水性,提高除塵效率。
4)煤塵的爆炸性
按照煤塵的爆炸性煤塵可以分為有爆炸性煤塵和無爆炸性煤塵。我國傳統煤礦中90%礦井的煤塵具有爆炸性危險性。高分散度的煤炭粉塵具有爆炸性。煤的炭化程度越低,揮發分越高,煤塵的爆炸性就越強(見表2)。發生爆炸有兩個條件:①粉塵在空氣中有足夠的濃度,在爆炸區域要求的濃度范圍之內;②必須具有高溫(明火、火花、放電)情況出現。一般煤塵爆炸的下限濃度為30mg/m3~50mg/m3,上限濃度為1000mg/m3~2000mg/m3,出于上下濃度之間的粉塵都具有爆炸危險性,其中爆炸力最強的濃度為300mg/m3~500mg/m3。
1.2.2 呼吸性粉塵的主要特點
呼吸性粉塵的一般含義是”能被吸入人體肺泡的粉塵”,否則為非呼吸性粉塵。其嚴格含義有不同表示方法(如作業場所呼吸性粉塵等),但其基本含義是用符合BMRC(British Medical Research Council )標準采樣曲線的采樣器在空氣中采集到的粉塵顆粒。對呼吸性煤塵,在評價作業場所粉塵狀況時,用符合BMRC曲線的采樣器在作業場所采集到的游離二氧化硅小于10%,空氣動力學直徑小于7.07μm的粉塵稱為呼吸性煤塵。
2007年發布的《煤礦安全規程》中將呼吸性粉塵定義為”能吸入人體肺泡區的浮塵”,我國有關文獻中,一般將粒徑小于5μm的粉塵視為呼吸性粉塵。呼吸性粉塵除具備一般粉塵的某些物理、化學性質外,尚有如下特點:
1. 沉降速度慢,在空氣中懸浮時間長。在靜止空氣中的粉塵,根據其粒徑的大小按一定規律沉降:通常粒徑大于100μm的塵粒呈加速度沉降;1μm~100μm粒徑的塵粒呈等速度沉降;粒徑小于1μm的塵粒很難沉降,在空氣中呈布朗運動。
2. 擴散系數較大,附著速度較快。塵粒的附著速度與擴散系數成比例。塵粒越小,其擴散系數越大,即擴散越快,因而向液滴或除塵濾料上附著的塵粒就越多。
3. 肉眼不可見,屬顯微粉塵。粒徑大于10μm的粉塵肉眼才能看見,粒徑為0.25μm~10μm的粉塵在光學顯微鏡下才可看見,粒徑小于0.25μm的粉塵在電子顯微鏡下方能看見。
4. 能被吸入人體肺部并能在肺泡區沉積。
被吸入人體呼吸系統的粉塵,可通過粘液纖毛系統和肺泡巨噬細胞被清除。如果長期吸入高濃度呼吸性粉塵,則在肺泡區可產生一定量的粉塵沉積,隨著沉積時間的增長,沉積量的增加,可使肺部發生病理改變,出現不同程度的彌漫性間質纖維化,進而造成塵肺病。

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