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1、第二章第二章 矿尘防治技术矿尘防治技术第一节第一节 矿尘的性质、危害及其测定矿尘的性质、危害及其测定矿尘矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种矿物（煤、岩）微粒的总称。各种矿物（煤、岩）微粒的总称。几种常用的分类方法：几种常用的分类方法：1 1、按矿尘粒径划分、按矿尘粒径划分 (1)(1)粗尘粗尘。粒径大于。粒径大于40m40m，相当于一般筛分的最，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。小颗粒，在空气中极易沉降。(2)(2)细尘细尘。粒径为。粒径为101040m40m，肉眼可见，在静止，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。空气中作加速沉降。(3)(3)
2、微尘微尘。粒径为。粒径为0.250.2510m10m，用光学显微镜可，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。以观察到，在静止空气中作等速沉降。(4)(4)超微尘超微尘。粒径小于。粒径小于0.25m0.25m，要用电子，要用电子显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。显微镜才能观察到，在空气中作扩散运动。2 2、按矿尘的存在状态划分、按矿尘的存在状态划分 (1)(1)浮游矿尘浮游矿尘：悬池于矿内空气中的矿：悬池于矿内空气中的矿尘，简称尘，简称浮尘浮尘。(2)(2)沉积矿尘沉积矿尘：从矿内空气中沉降下来：从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称的矿尘，简称落尘落尘。3 3、按矿尘的粒径组成范围划分
3、、按矿尘的粒径组成范围划分 (1)(1)全尘全尘(总粉尘总粉尘)。各种粒径的矿尘之和。各种粒径的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为对于煤尘，常指粒径为1mm1mm以下的尘粒。以下的尘粒。(2)(2)呼吸性粉尘呼吸性粉尘。主要指粒径在。主要指粒径在5m5m以下的以下的微细尘粒。微细尘粒。各生产环节产生浮游矿尘的比例各生产环节产生浮游矿尘的比例采煤工作面产尘量占采煤工作面产尘量占45%80%，掘进，掘进工作面产尘量占工作面产尘量占20%38%，锚喷作业，锚喷作业点产尘量占点产尘量占10%15%，运输通风巷道，运输通风巷道产尘量占产尘量占5%10%，其它作业地点，其它作业地点2%5%。各作业地点随机械化
4、程度的。各作业地点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大。提高，矿尘的生成量也将增大。一、矿尘的性质一、矿尘的性质1、矿尘的粒度、矿尘的粒度指矿尘颗粒的平均直径，单位为指矿尘颗粒的平均直径，单位为m按粒度大小分为以下三类：按粒度大小分为以下三类：1）可见粉尘：粒径大于）可见粉尘：粒径大于10m，肉眼，肉眼可见粉尘可见粉尘2）显微镜粉尘：粒径为）显微镜粉尘：粒径为100.25m，用光学显微镜可见粉尘用光学显微镜可见粉尘3）超显微粉尘：粒径小于）超显微粉尘：粒径小于0.25m，在，在电子显微镜下可见粉尘。电子显微镜下可见粉尘。细微尘粒，其总表面积增大，因而化细微尘粒，其总表面积增大，因而化学活性
5、、溶解性和吸附能力明显增强，学活性、溶解性和吸附能力明显增强，其次更容易悬浮于空气中。其次更容易悬浮于空气中。粒径粒径5m以下的微细尘粒称为呼吸性粉以下的微细尘粒称为呼吸性粉尘。尘。2、矿尘的分散度、矿尘的分散度各种粒级粒尘所占矿尘总量的百分各种粒级粒尘所占矿尘总量的百分比称为矿尘的比称为矿尘的分散度分散度。我国工矿企业将矿尘粒级划分为我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级：小于级：小于2m、25m、510m、和大于和大于10m。矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。矿尘总量中细微颗粒的
6、一个重要参数。矿尘总量中细微颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘，多，所占比例大时，称为高分散度矿尘，反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘。例大，就称作低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，危害性越大，而矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕捉。且越难捕捉。3、矿尘中游离、矿尘中游离sio2的含量的含量 其含量越高，危害越大。因此其含量越高，危害越大。因此规规程程规定生产作业点粉尘中游离规定生产作业点粉尘中游离sio2含含量，每量，每6个月测定个月测定1次，在变更工作面次，在变更工作面时也应测定时也应测定1次次.页岩、砂岩、砾岩和页岩、砂岩
7、、砾岩和石灰岩等中游离石灰岩等中游离sio2含量通常在含量通常在2050%，煤尘中的含量一般不超过，煤尘中的含量一般不超过5%。4、矿尘的湿润性、矿尘的湿润性矿尘与空气中的水分结合的现象叫矿矿尘与空气中的水分结合的现象叫矿尘的吸湿性或湿润性。尘的吸湿性或湿润性。根据湿润性可分为：根据湿润性可分为：亲水性矿尘亲水性矿尘疏水性矿尘（水中添加湿润剂，增加疏水性矿尘（水中添加湿润剂，增加水滴的动能等方法进行湿式除尘）水滴的动能等方法进行湿式除尘）5 5、矿尘的荷电性、矿尘的荷电性 因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是摩擦等作用，使尘粒带有电
8、荷，可能是正电荷正电荷，也可是，也可是负电荷负电荷。6 6、矿尘的光学特性、矿尘的光学特性 矿尘的光学特性包括矿尘对矿尘的光学特性包括矿尘对光的反光的反射射、吸收吸收和和透光强度透光强度等性能。等性能。二、矿尘的危害二、矿尘的危害1、危害人体健康，引起职业病、危害人体健康，引起职业病2、某些矿尘（煤尘、硫化尘）在一定、某些矿尘（煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸。条件下可以爆炸。3、加速机械磨损，缩短精密仪器寿命。、加速机械磨损，缩短精密仪器寿命。4、降低作业场所能见度，增加工伤事、降低作业场所能见度，增加工伤事故的发生。故的发生。三、矿尘浓度测定三、矿尘浓度测定单位体积矿内空气中所含浮尘的数
9、量单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为称为矿尘浓度矿尘浓度。表示方法：表示方法：（1）质量法）质量法 每立方米空气中所含浮尘每立方米空气中所含浮尘的毫克数，的毫克数，mgmgm m3 3（2 2）计数法，每立方厘米空气中所含）计数法，每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，粒浮尘的颗粒数，粒cmcm3 3。我国规定采用质量法来计量矿尘浓度，计数我国规定采用质量法来计量矿尘浓度，计数法只作参考。法只作参考。规程规定了作业场所空气中粉尘浓度明确规规程规定了作业场所空气中粉尘浓度明确规定：定：测定矿尘浓度的方法测定矿尘浓度的方法（一）滤膜采样测尘（一）滤膜采样测尘1、测尘原理、测尘原理测定时，利用粉尘采样
10、仪抽取一定体测定时，利用粉尘采样仪抽取一定体积的含尘空气，当含尘空气通过滤膜积的含尘空气，当含尘空气通过滤膜时，将粉尘阻留在已知质量的滤膜上，时，将粉尘阻留在已知质量的滤膜上，根据采样后滤膜质量增加和通过的空根据采样后滤膜质量增加和通过的空气量，即可按式计算。气量，即可按式计算。1）算出测定地点矿尘的浓度）算出测定地点矿尘的浓度C=m2-m1/Qt1000C粉尘质量浓度，粉尘质量浓度，mg/m1采样前的滤膜质量，采样前的滤膜质量，mgm2采样后的滤膜质量，采样后的滤膜质量，mgt采样器采样时间，采样器采样时间，min2、粉尘采样器、粉尘采样器内有装滤膜的采样头、流量计、抽气内有装滤膜的采样头、
11、流量计、抽气泵、计时器和电源等组成。泵、计时器和电源等组成。分为分为（两种）（两种）呼吸性粉尘采样器（增设一个前置预呼吸性粉尘采样器（增设一个前置预捕集器，用以捕集非呼吸性粉尘，能捕集器，用以捕集非呼吸性粉尘，能对人体危害的呼吸性粉尘和非呼吸性对人体危害的呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘进行分离）粉尘进行分离）全尘采样器全尘采样器滤膜的作用是捕获粉尘，有滤膜的作用是捕获粉尘，有40mm和和75mm两种规格，分别适用于采集小于和大于两种规格，分别适用于采集小于和大于200mg/m的粉尘。的粉尘。3、使用方法、使用方法1）采样前的准备）采样前的准备（1）滤膜安装）滤膜安装（2）选择采样头，用冲击式预捕集器
12、）选择采样头，用冲击式预捕集器，须，须在玻璃片上涂上硅油；用旋风式预捕集器在玻璃片上涂上硅油；用旋风式预捕集器时，须在下部底盒中放上滤膜。时，须在下部底盒中放上滤膜。（3）对采样器充电。）对采样器充电。2）采样）采样3）采样后称重）采样后称重（二）（二）射线吸收法测尘射线吸收法测尘原理是：当原理是：当射线源发出的射线源发出的射线穿过粉射线穿过粉尘时，一部分尘时，一部分射线被粉尘吸收，未吸收射线被粉尘吸收，未吸收的的射线由射线由射线测定仪测出，由此可算射线测定仪测出，由此可算出被吸收的出被吸收的射线强度。根据射线强度。根据射线强度射线强度的变化而得出粉尘质量，以数字直接显示的变化而得出粉尘质量，
13、以数字直接显示呼吸性粉尘或总粉尘浓度。呼吸性粉尘或总粉尘浓度。第二节第二节 矿山尘肺病矿山尘肺病一、尘肺病及其发病机理一、尘肺病及其发病机理新的尘肺病诊断标准中规定的尘肺病的定义是新的尘肺病诊断标准中规定的尘肺病的定义是：“尘尘肺病是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺病是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺内滞留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全肺内滞留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病。身性疾病。”它是一种严重的矿工职业病，一旦患它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治愈，且因发病缓慢病程较长，不病，目前还很难治愈，且因发病缓慢病程较长，不同于煤尘、瓦斯爆炸事故
14、一次伤害严重，常不易被同于煤尘、瓦斯爆炸事故一次伤害严重，常不易被人们所重视。实际上尘肺病引起的致残和死亡人数，人们所重视。实际上尘肺病引起的致残和死亡人数，在国内外都十分惊人。在国内外都十分惊人。从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（会议上（2005.42005.4）获悉：我国的职业病危害形势十分严）获悉：我国的职业病危害形势十分严峻，职业病防治工作与我国快速发展的经济形势极不适峻，职业病防治工作与我国快速发展的经济形势极不适应。我国有毒有害企业超过应。我国有毒有害企业超过16001600万万家，受到职业危害的家，受到职业危害的人数超过人
15、数超过2 2亿亿。20032003年全国报告各类职业病发病数为年全国报告各类职业病发病数为1046710467例，其中尘肺病发病数占了例，其中尘肺病发病数占了80%80%。上世纪。上世纪5050年代以年代以来我国报告累计尘肺病例来我国报告累计尘肺病例5858万万多人，已死亡多人，已死亡1414万万多人，多人，现患者现患者4444万万多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低，多人。由于目前厂矿企业劳动者的体检率低，报告不全，专家估计实际发病要比报告的例数多报告不全，专家估计实际发病要比报告的例数多1010倍，倍，尘肺实际发生的病例数尘肺实际发生的病例数不少于不少于100100万万例。例。1 1、尘
16、肺病的分类、尘肺病的分类煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类：分为三类：(1)(1)硅肺病硅肺病(矽肺病矽肺病)，由于吸入含游离，由于吸入含游离2 2含量较高的岩尘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。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)(2)煤硅肺病煤硅肺病(煤矽肺煤矽肺)，由于同时吸入煤尘和含游离，由于同时吸入煤尘和含游离2 2的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。的混合工种矿工。(3)(3)煤肺病煤肺病
17、。由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。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。患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。我国，煤矿尘肺病中煤硅肺病比例最大，约占总数的我国，煤矿尘肺病中煤硅肺病比例最大，约占总数的80%80%左右左右2 2、尘肺病的发病机理、尘肺病的发病机理 进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下四个过程四个过程：(1)(1)在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于的惯性碰撞作用使大于10m10m的尘粒首先沉降在其内。的尘粒
18、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。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出体外。(2)(2)在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少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，使量的重力沉降作用，使5 510m10m的尘粒沉积下来，经的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。尘肺病尘肺病3)3)在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分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，使部分支增多，气流速度减慢，使部分2 25m5m的尘的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛
19、运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。动逐级排出体外。(4)(4)粒度为粒度为2m2m左右的粉尘进入呼吸性支气左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在一部分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肺内的粉尘仅占总吸入量的1%1%2 2以下。以下。二、尘肺病的发病症状及影响因素二、尘肺病的发病症状及影响因素（一）、尘肺病的发病症状（一）、尘肺病的发病症状分为三期：分为三期：第一期第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。度干咳。第
20、二期第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉：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。呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。第三期第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼：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，甚至咯血和行吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚至咯血和行动困难。动困难。2 2、影响尘肺病的发病因素、影响尘肺病的发病因素(1)(1)矿尘的成分矿尘的成分 能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiOSiO2 2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。如吸入游离二氧
21、化硅如吸入游离二氧化硅70%70%以上的矿尘时，肺部往往形成以上的矿尘时，肺部往往形成以结节为主的弥漫性纤维化，且病情发展快，含量低以结节为主的弥漫性纤维化，且病情发展快，含量低于于10%10%，则肺内病变以间质性为主，发展较慢。，则肺内病变以间质性为主，发展较慢。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发即挥发分分)含量。含量。(2)(2)矿尘粒度及分散度矿尘粒度及分散度 大于大于10m10m的尘粒，滞留在呼吸道粘膜上，伴的尘粒，滞留在呼吸道粘膜上，伴随粘液排出体外，随粘液排出体外，10105m5m，沉积在气管和支，沉积在气管和支气管中，约气管中，约
22、20%20%能到达肺泡。能到达肺泡。5 51m1m的能进入呼吸道深部并沉积在肺泡中，的能进入呼吸道深部并沉积在肺泡中，尤其尤其3 35m5m的矿尘危害最大，小于的矿尘危害最大，小于1m1m的尘的尘粒又能随气体排出体外。粒又能随气体排出体外。矿尘粒度越小，分散度越高，对人体危害就越大。矿尘粒度越小，分散度越高，对人体危害就越大。(3)(3)矿尘浓度矿尘浓度 尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关系，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也就是说，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成正比。正比。(4)(4)接触矿尘作业时间接触矿尘作业时间 工龄
23、越长，吸入越多，就越易患尘肺病，硅肺病工龄越长，吸入越多，就越易患尘肺病，硅肺病发病工龄发病工龄1010年左右，短的年左右，短的3535年，煤肺病一般在年，煤肺病一般在20203030年，煤硅肺病介于两者之间。年，煤硅肺病介于两者之间。（5）、个体方面因素）、个体方面因素人的身体条件，年龄、健康状况、卫人的身体条件，年龄、健康状况、卫生条件。生条件。第三节第三节 煤尘爆炸及预防煤尘爆炸及预防 煤矿在生产过程中，采掘装运作业均可煤矿在生产过程中，采掘装运作业均可产生大量煤尘。其中，采掘作业产生的煤尘量产生大量煤尘。其中，采掘作业产生的煤尘量占占80%80%，装运产生的煤尘量占，装运产生的煤尘量占
24、20%20%。具有煤尘爆。具有煤尘爆炸危险的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事故炸危险的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事故的可能。其灾害程度可造成矿毁人亡，国内外的可能。其灾害程度可造成矿毁人亡，国内外煤矿曾多次发生煤尘爆炸事故。煤矿曾多次发生煤尘爆炸事故。19061906年，法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡年，法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡10991099人，煤人，煤矿经两年重建才恢复生产。这是一个无瓦斯煤矿，也是世界矿经两年重建才恢复生产。这是一个无瓦斯煤矿，也是世界上第一次发生煤尘爆炸。从此，世界上各主要产煤国家对煤上第一次发生煤尘爆炸。从此，世界上各主要产煤国家对煤尘爆炸开始进行广泛研究，
25、重视预防煤尘爆炸事故工作。尘爆炸开始进行广泛研究，重视预防煤尘爆炸事故工作。19071907年，年，美国孟诺加煤矿美国孟诺加煤矿发生煤尘爆炸，死亡发生煤尘爆炸，死亡362362人，占人，占入井人数的入井人数的97%97%。19101910年，年，英国黑里顿煤矿英国黑里顿煤矿发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡事故，死亡346346人，其中人，其中287287人死于人死于COCO中毒中毒。1913191319331933年，法国和英国还多次发生煤尘、瓦斯煤尘爆年，法国和英国还多次发生煤尘、瓦斯煤尘爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。炸事故，每次事故都造成一、二百
26、人死亡。19421942年，日本侵占东北时期，采取不顾工人死活的掠夺式生产方式，年，日本侵占东北时期，采取不顾工人死活的掠夺式生产方式，致使本溪煤矿发生了世界史上最大的一次瓦斯煤尘爆炸事故，死亡致使本溪煤矿发生了世界史上最大的一次瓦斯煤尘爆炸事故，死亡15491549人，伤残人，伤残246246人，死亡者中多为人，死亡者中多为COCO中毒。事故前巷道内沉积了大量煤尘，中毒。事故前巷道内沉积了大量煤尘，电火花点燃局部聚存瓦斯而引起煤尘爆炸。为掩人耳目，日本侵略者将电火花点燃局部聚存瓦斯而引起煤尘爆炸。为掩人耳目，日本侵略者将矿井封闭。矿井封闭。19621962年，山西大同老白洞煤矿在高产日发生了
27、电火花引燃局部瓦斯导年，山西大同老白洞煤矿在高产日发生了电火花引燃局部瓦斯导致煤尘爆炸，死亡致煤尘爆炸，死亡629629人。人。19631963年，日本三池煤矿发生煤尘爆炸，死亡年，日本三池煤矿发生煤尘爆炸，死亡458458人，伤人，伤832832人，死亡者人，死亡者多为多为COCO中毒。这次事故是发生在该煤矿的主提煤斜井，是电绞车提升装中毒。这次事故是发生在该煤矿的主提煤斜井，是电绞车提升装满煤的串车，由于矿车脱钩顺斜井翻滚滑下，将沉积的大量煤尘和矿车满煤的串车，由于矿车脱钩顺斜井翻滚滑下，将沉积的大量煤尘和矿车内的煤冲击飞扬形成煤尘云，加之矿车与轨道摩擦产生火花，引起煤尘内的煤冲击飞扬形成
28、煤尘云，加之矿车与轨道摩擦产生火花，引起煤尘大爆炸。此事故后经还原实验证实。大爆炸。此事故后经还原实验证实。20052005年，黑龙江七台河东风煤矿主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，死年，黑龙江七台河东风煤矿主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，死亡亡171171人。人。20052005年年1111月月2727日，黑龙日，黑龙江七台河矿难事故江七台河矿难事故(煤尘爆炸煤尘爆炸)，确认在事故中遇难人数为，确认在事故中遇难人数为171171人，其中包括人，其中包括169169名井下遇名井下遇难矿工和井上难矿工和井上2 2名地面遇难人名地面遇难人员员.一煤尘爆炸的机理与特征一煤尘爆炸的机理与特征 煤尘的燃烧和爆
29、炸实际上是煤尘的燃烧和爆炸实际上是煤尘及其释放的可燃性气体的燃烧煤尘及其释放的可燃性气体的燃烧和爆炸和爆炸，它的氧化反应主要是在气相内进行的。因此煤尘爆炸，它的氧化反应主要是在气相内进行的。因此煤尘爆炸与瓦斯爆炸具有相似之处。但因在固体煤粒表面也有氧化燃烧与瓦斯爆炸具有相似之处。但因在固体煤粒表面也有氧化燃烧作用发生，所以煤尘爆炸又有其独特之处。作用发生，所以煤尘爆炸又有其独特之处。煤尘爆炸煤尘爆炸是在高温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应过程，是一种非常复杂的链式反应。应过程，是一种非常复杂的链式反应。（一）
30、煤尘爆炸的机理（一）煤尘爆炸的机理煤尘爆炸的机理煤尘爆炸的机理(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；遇见火源，氧化过程迅速展开；(2)当温度达到当温度达到300400 时，煤的干馏现象急剧时，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、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、氢和丙烷、丁烷、氢和1 左右的其他碳氢化合物；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
31、作用下吸收能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；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
32、转变为爆炸。定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。（二）煤尘爆炸的特征（二）煤尘爆炸的特征1、形成高温、高压、形成高温、高压火焰温度火焰温度16001900，爆源的温度可达到，爆源的温度可达到2000以上，以上，煤尘爆炸平均理论压力为煤尘爆炸平均理论压力为738kpa，但爆炸压力随着离开爆源，但爆炸压力随着离开爆源距离的增长而跳跃式增加，爆炸遇阻碍物，压力将进一步增距离的增长而跳跃式增加，爆炸遇阻碍物，压力将进一步增加，尤其连续爆炸，压力是前一次的加，尤其连续爆炸，压力是前一次的57倍，火焰速度可达倍，火焰速度可达1120m/s，冲击波速度，冲击波速度2340m/s，对矿井破坏极大。，对矿井破坏极大
33、。2、煤尘爆炸具有连续性、煤尘爆炸具有连续性连续爆炸是煤尘爆炸的一个重要特征。连续爆炸是煤尘爆炸的一个重要特征。3、煤尘爆炸的感应期、煤尘爆炸的感应期即从煤尘受热分解到产生足够数量的可燃即从煤尘受热分解到产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间，一般取决于煤气体形成爆炸所需的时间，一般取决于煤的挥发份含量，一般的挥发份含量，一般40280ms,挥发份越挥发份越高，感应期越短。高，感应期越短。4、挥发分减少或形成、挥发分减少或形成“粘焦粘焦”煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤尘挥发分含量的尘挥发分含量的4070%，致使煤尘挥，致使煤尘挥发份减少。一旦发生爆炸，一
34、部分煤尘发份减少。一旦发生爆炸，一部分煤尘被焦化，粘结在一起，沉积于支架和巷被焦化，粘结在一起，沉积于支架和巷道壁上，形成煤尘煤尘爆炸所特有的产道壁上，形成煤尘煤尘爆炸所特有的产物物焦炭皮渣或粘块，统称焦炭皮渣或粘块，统称“粘焦粘焦”，是判断煤尘有无参加爆炸的一个重要，是判断煤尘有无参加爆炸的一个重要标志。根据位置可判断爆炸的程度。标志。根据位置可判断爆炸的程度。图3-4-1 粘焦5、产生大量的一氧化碳、产生大量的一氧化碳浓度可达浓度可达23%，有时高达，有时高达8%左右，造左右，造成大量中毒伤亡。成大量中毒伤亡。二、煤尘爆炸的条件二、煤尘爆炸的条件同时具备三个条件：同时具备三个条件：1、煤尘
35、的爆炸性、煤尘的爆炸性2、煤尘的浓度、煤尘的浓度浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及实验条件等有关。一般来种类和温度及实验条件等有关。一般来说下限说下限45g/m,上限上限15002000g/m。其。其中爆炸力最强浓度范围中爆炸力最强浓度范围300400g/m。浮尘浓度浮尘浓度g/m323510能见情况能见情况正常风流可见，呼吸正常风流可见，呼吸有呛人感有呛人感呼吸呼吸困难困难矿灯照明矿灯照明1米外米外难辨手指难辨手指在井下各生产环节中，一般情况下，很难形成大于下限的在井下各生产环节中，一般情况下，很难形成大于下限的悬浮煤尘浓度，但当巷道周围的沉积煤
36、尘受到冲击波的震悬浮煤尘浓度，但当巷道周围的沉积煤尘受到冲击波的震动，气流的吹扬或其他原因再次扬起后，就足以达到爆炸动，气流的吹扬或其他原因再次扬起后，就足以达到爆炸浓度。因此，浓度。因此，沉积煤尘是最大约隐患。沉积煤尘是最大约隐患。3、引燃煤尘爆炸的热源、引燃煤尘爆炸的热源点火温度因挥发分、煤尘粒度、煤尘点火温度因挥发分、煤尘粒度、煤尘悬浮浓度等的差异而不同。悬浮浓度等的差异而不同。我国煤尘爆炸的引燃温度在我国煤尘爆炸的引燃温度在61061010501050之间，一般为之间，一般为700700800800引火源：爆破炸药火焰、违章爆破火引火源：爆破炸药火焰、违章爆破火焰、电气设备电火花、摩擦
37、火花、撞焰、电气设备电火花、摩擦火花、撞击火花、架线机车电缆破坏的电弧、击火花、架线机车电缆破坏的电弧、瓦斯燃烧爆炸、井下火灾明火、矿灯瓦斯燃烧爆炸、井下火灾明火、矿灯故障火花。故障火花。三、影响煤尘爆炸的主要因素三、影响煤尘爆炸的主要因素1、煤的挥发分、煤的挥发分挥发分越高，爆炸性越强。挥发分越高，爆炸性越强。2、煤的灰分和水分、煤的灰分和水分灰分为不燃物质能吸收热量、阻挡热灰分为不燃物质能吸收热量、阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘爆炸性。辐射，破坏链反应，降低煤尘爆炸性。挥发分小于挥发分小于15%，灰分的影响显著，灰分的影响显著，大于大于15%，灰分对爆炸性几乎没有影，灰分对爆炸性几乎没有
38、影响。响。水分有减弱和阻碍爆炸的性质。水分有减弱和阻碍爆炸的性质。1、起了附加不燃物质的作用、起了附加不燃物质的作用2、能促使细微尘粒聚结为较大颗粒、能促使细微尘粒聚结为较大颗粒3、减少尘粒的总表面积、减少尘粒的总表面积4、还能降低落尘的飞扬能力、还能降低落尘的飞扬能力3、煤尘的粒度、煤尘的粒度粒径粒径1mm以下的煤尘都能参与爆炸，以下的煤尘都能参与爆炸，爆炸的主体煤尘是爆炸的主体煤尘是75m以下的煤尘。以下的煤尘。但粒度小于但粒度小于10m后，爆炸性反而因粒后，爆炸性反而因粒度减小而变弱。度减小而变弱。粒度对爆炸压力也有明显影响，爆炸粒度对爆炸压力也有明显影响，爆炸压力随粒度的减小而增高。压
39、力随粒度的减小而增高。4、瓦斯对煤尘爆炸的影响、瓦斯对煤尘爆炸的影响瓦斯存在不仅降低了煤尘爆炸的下限浓瓦斯存在不仅降低了煤尘爆炸的下限浓度，而且能在氧气较少的情况下度，而且能在氧气较少的情况下（16%18%）引爆。）引爆。四、煤尘爆炸性鉴定四、煤尘爆炸性鉴定它是确定矿井煤尘的爆炸危险性。它是确定矿井煤尘的爆炸危险性。规程规程规定：新矿井的地质精查报规定：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平，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试验工作验工作1）鉴定）鉴定 第一种
40、方法是在第一种方法是在大型煤尘爆炸试验大型煤尘爆炸试验巷道巷道内，点火引爆进行鉴定。内，点火引爆进行鉴定。准确，准确，但复杂但复杂。一般作为标准鉴定用。一般作为标准鉴定用。第二种方法是在实验室内，使用大第二种方法是在实验室内，使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行鉴定。方管状煤尘爆炸性鉴定仪进行鉴定。方法简便，目前多采用。法简便，目前多采用。1、燃烧管、燃烧管2、加热器、加热器3、冷藏瓶、冷藏瓶4、高温计、高温计5、试料管、试料管6、导气管、导气管7、打气筒、打气筒8、排尘箱、排尘箱9、小风机、小风机10、铂铑热电偶、铂铑热电偶11、铂丝、铂丝K1开关开关 K2 电钮电钮 T变压器变压器 A 电流表电
41、流表 RP可变电阻可变电阻试验程序：将粉碎后全部通过试验程序：将粉碎后全部通过75m筛孔筛孔的煤样在的煤样在105110温度下烘干温度下烘干2h，称，称量量1克尘样放在试料管中，接通加热器电克尘样放在试料管中，接通加热器电源，调节可变电阻源，调节可变电阻RP将加热器的温度升将加热器的温度升至至1100按压电磁气筒电钮按压电磁气筒电钮K2，煤尘试煤尘试样呈雾状喷入燃烧管，同时观察大管内样呈雾状喷入燃烧管，同时观察大管内煤尘燃烧状态，最后开动小风机排除烟煤尘燃烧状态，最后开动小风机排除烟尘。尘。煤尘通过燃烧管内加热器，可能出现煤尘通过燃烧管内加热器，可能出现下列现象：下列现象：1、只出现稀少火星或
42、根本没有火星、只出现稀少火星或根本没有火星2、火焰加热器两侧以连续或间断形式、火焰加热器两侧以连续或间断形式在尘雾中缓慢蔓延在尘雾中缓慢蔓延3、火焰极快地蔓延，甚至冲出燃烧管、火焰极快地蔓延，甚至冲出燃烧管外，有时还会听到爆炸声。外，有时还会听到爆炸声。同一试样应重复进行同一试样应重复进行5次试验，其中只次试验，其中只要一次出现燃烧火焰，就定为要一次出现燃烧火焰，就定为“有爆有爆炸危险煤尘炸危险煤尘”。在。在5次试验中都没有出次试验中都没有出现火焰或只出现稀少火星，必须重做现火焰或只出现稀少火星，必须重做5次试验，如果仍然如此，定为次试验，如果仍然如此，定为“无爆无爆炸危险煤尘炸危险煤尘”。在
43、重做试验中，只要。在重做试验中，只要有一次出现燃烧火焰，仍定为有一次出现燃烧火焰，仍定为“有爆有爆炸危险煤尘炸危险煤尘”。矿井中只要有一个煤层的煤尘有爆矿井中只要有一个煤层的煤尘有爆炸危险，该矿井就应定为有煤尘爆炸危险，该矿井就应定为有煤尘爆炸危险的矿井。根据煤尘爆炸性试炸危险的矿井。根据煤尘爆炸性试验，我国约有验，我国约有85%的煤矿属于有煤的煤矿属于有煤尘爆炸危险的矿井。尘爆炸危险的矿井。五、预防那个煤尘爆炸的措施五、预防那个煤尘爆炸的措施预防措施分为三个方面：预防措施分为三个方面：1、减尘与降尘措施、减尘与降尘措施2、防止煤尘引燃措施、防止煤尘引燃措施3、抑爆与隔爆措施、抑爆与隔爆措施（
44、一）减尘与降尘措施（一）减尘与降尘措施指在采掘工作面生产过程中设法减少煤尘指在采掘工作面生产过程中设法减少煤尘的生成量或降低空气中粉尘含量，这是预的生成量或降低空气中粉尘含量，这是预防煤尘爆炸的根本性措施。防煤尘爆炸的根本性措施。1 1、煤层注水、煤层注水：在回采之前预先在煤层中打若干钻孔，：在回采之前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，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增加煤的水分，从而减少煤层开采过程煤尘的产尘量。尘的产尘量。1 1、煤层注水的、煤层注水的减尘作用减尘作用 煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘
45、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；源；水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破水进入煤体内部，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；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，因学性质，当煤体因开
46、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。而减少了煤尘的产生量。注水方式（注水方式（1）长钻孔注水）长钻孔注水钻孔长度钻孔长度40100mm,钻孔直径钻孔直径5070mm，开口孔径稍大，开口孔径稍大，一般为一般为75100mm,开口段长度开口段长度35m孔间距决定于钻孔湿孔间距决定于钻孔湿润半径，湿润半径与煤层透水性、裂隙发育程度，水压和润半径，湿润半径与煤层透水性、裂隙发育程度，水压和注水时间有关。注水时间有关。封孔：封孔：1、水泥砂浆封孔、水泥砂浆封孔2、塑性胶筒封孔器封孔、塑性胶筒封孔器封孔注水：注水：1、注水压力和流量、注水压力和流量煤体的注水流量是随着注水压力的升煤体
47、的注水流量是随着注水压力的升高而增大。高而增大。压力水分为静压水和动压水两种。压力水分为静压水和动压水两种。静压水静压水是指地面或上水平的水，是指地面或上水平的水，动压水动压水是指用水泵加压后的水，一般采用静压是指用水泵加压后的水，一般采用静压水能取得较好的湿润效果。但当煤层透水能取得较好的湿润效果。但当煤层透水性差，静压水难于取得较好效果时，水性差，静压水难于取得较好效果时，则应采用动压水。则应采用动压水。2、注水时间、注水时间通常把湿润范围内煤壁出现均匀的通常把湿润范围内煤壁出现均匀的“出出汗汗”渗出水珠，作为煤体已全部湿润的渗出水珠，作为煤体已全部湿润的标志。一般静压注水时间长，动压注水
48、标志。一般静压注水时间长，动压注水时间短，时间短，长钻孔注水的优缺点：长钻孔注水的优缺点：湿润煤体的范围大，经济性好。注水湿润煤体的范围大，经济性好。注水时间长，湿润煤体均匀，同时又与采时间长，湿润煤体均匀，同时又与采煤互不干扰，所以它往往是优先选择煤互不干扰，所以它往往是优先选择的注水方式。但钻孔长度大，对地质的注水方式。但钻孔长度大，对地质变化的适应性较差，打钻技术复杂，变化的适应性较差，打钻技术复杂，定向困难。定向困难。（2）短钻孔注水）短钻孔注水钻孔垂直于煤壁或与煤壁成一钻孔垂直于煤壁或与煤壁成一定角度，钻孔深度以湿润一个定角度，钻孔深度以湿润一个循环进度的需要范围而定，一循环进度的需
49、要范围而定，一般为般为23.5m，孔径，孔径4552mm，孔间距，孔间距1.52m，钻孔打完可，钻孔打完可注水，注水开始后，一般经注水，注水开始后，一般经1015min便可发现煤壁便可发现煤壁”出出汗汗“现象，表明在注水范围内现象，表明在注水范围内的煤炭已充分湿润，停止注水。的煤炭已充分湿润，停止注水。短钻孔注水优缺点短钻孔注水优缺点：对地质条件适应性强，当地质变化大对地质条件适应性强，当地质变化大或煤层变化大或煤层较薄和围岩遇水或煤层变化大或煤层较薄和围岩遇水膨胀而影响顶、底板管理时，可采用膨胀而影响顶、底板管理时，可采用这种注水方式。但其湿润范围小，钻这种注水方式。但其湿润范围小，钻孔数量
50、多，而且容易跑水，对采煤工孔数量多，而且容易跑水，对采煤工作有干扰。作有干扰。（3）深钻孔注水）深钻孔注水类似短钻孔注水，只是钻孔打的较深。类似短钻孔注水，只是钻孔打的较深。孔长孔长525m。国外使用较多。国外使用较多。（4）煤层注水效果）煤层注水效果一般来说，当水分增加一般来说，当水分增加1%时，就可以收到降尘时，就可以收到降尘效果，水分增加量越大，降尘效果越好。还要考效果，水分增加量越大，降尘效果越好。还要考虑生产环节方便，运输、选煤等，因此，水分不虑生产环节方便，运输、选煤等，因此，水分不能太大，通常，吨煤注水量控制在能太大，通常，吨煤注水量控制在3540L，不，不可少于可少于2025L