矿井粉尘防治理论与技术.ppt

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1、主讲人：张攀主讲人：张攀 （河南理工大学安全学院（河南理工大学安全学院 讲师）讲师）TEL：13939100131E-mail：主要内容：主要内容：1 1、矿尘及其性质、矿尘及其性质2 2、尘肺病尘肺病3 3、煤尘爆炸及预防、煤尘爆炸及预防4 4、综合防尘、综合防尘矿山防尘矿山防尘第一节第一节 矿尘及其性质矿尘及其性质一、矿尘的产生及分类一、矿尘的产生及分类 矿尘矿尘是指是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称岩微粒的总称。在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、在矿山生产过程中，如钻眼作业、炸药爆破、掘进机及采煤机作业、顶

2、板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在同一顶板管理、矿物的装载及运输等各个环节都会产生大量的矿尘。在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为：采煤工作面术措施的条件下，各生产环节产生的浮游矿尘比例大致为：采煤工作面产尘量占产尘量占45458080；掘进工作面产尘量占；掘进工作面产尘量占20203838，锚喷作业点产，锚喷作业点产尘量占尘量占10101515；运输通风巷道产尘量占；运输通风巷道产尘量占5 51010，其他作业点占，其他作业点占

3、2 25 5。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。防尘工作也就更加重要。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-40m,-40m,空气中易沉降；空气中易沉降；(2(2)细尘细尘1040m1040m，肉眼可见，在静止空气加速，肉眼可见，在静止空气加速沉降；沉降；(3)(3)微尘微尘0.25100.2510mm，光学显微镜可见，在静止，光学显微镜可见，在静止空气等速沉降；空气等速沉降；(4)(4)超微尘超微尘-0.25m-0.25m，电子显微

4、镜观察，扩散动，电子显微镜观察，扩散动力。力。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：悬浮于矿内空气中：悬浮于矿内空气中 (2)(2)沉积矿尘：从矿内空气沉降下来的矿尘沉积矿尘：从矿内空气沉降下来的矿尘3 3按矿尘的粒径组成范围划分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，1mm1mm以下；以下；(2)(2)呼吸性粉尘：呼吸性粉尘：5m5m以下，以下，二、矿尘的危害二、矿尘的危害 矿尘具有很大的矿尘具有很大的危害性危害性，表现在以下几个方面：，表现在以下几个方面：(1)(1)污染工作场所，危害

5、人体健康，引起职业病。污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。(2)(2)某些矿尘某些矿尘(如煤尘、硫化尘如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸。在一定条件下可以爆炸。(3)(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。(4)(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。此外，煤矿向大气排放的粉尘对矿区周围的生态环境也会产生很大影此外，煤矿向大气排放的粉尘对矿区周围的生态环境也会产生很大影响，对生活环境、植物生长环境可能造成严重破坏。响，对生活环境、植物生长环境可能造成严重破坏。三、含尘量的计量指标三、含尘量的计量指标1 1

6、、矿尘浓度、矿尘浓度 其表示方法有两种：其表示方法有两种：(1)(1)质量法：每立方米空气所含质量法：每立方米空气所含 浮尘的毫克数，浮尘的毫克数，mg/mmg/m3 3 (2)(2)计数法：每立方米空气所含计数法：每立方米空气所含 浮尘的个数，个浮尘的个数，个/m/m3 32 2、产尘强度、产尘强度 指生产过程中，采落煤中所含的粉尘量，常用的单位为指生产过程中，采落煤中所含的粉尘量，常用的单位为g/tg/t。3 3、相对产尘强度相对产尘强度 指每采掘指每采掘1 1吨或吨或1 1立方米矿岩所产生的矿尘量，常用的单位为立方米矿岩所产生的矿尘量，常用的单位为mg/tmg/t或或mg/mmg/m3

7、3。4 4、矿尘沉积量矿尘沉积量 单位时间在巷道表面单位面积上所沉积的矿尘量，单位为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/mg/m2 2dd。四、矿尘性质四、矿尘性质1 1、矿尘中游离、矿尘中游离SiOSiO2 2的含量的含量 矿尘中游离矿尘中游离SiOSiO2 2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。煤的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiOSiO2 2的含量通常多在的含量通常多在20%20%50%50%，煤尘中的含量一般不超过煤尘中的含量一般不超过5%5%。2

8、2、矿尘的粒度与比表面积、矿尘的粒度与比表面积 矿尘粒度：矿尘粒度平均直径，矿尘粒度：矿尘粒度平均直径，mm 矿尘的比表面积：单位质量矿尘的总表面积；矿尘的比表面积：单位质量矿尘的总表面积；m m2 2/kg,cm/kg,cm2 2/g/g 矿尘的矿尘的比表面积比表面积与与粒度粒度成反比成反比，粒度越小，比表面积越大，因而这两个指标，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。都可以用来衡量矿尘颗粒的大小。3 3、矿尘的分散度：、矿尘的分散度：矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占百分比。矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占百分比。分散度有两种表示方法：分散度有两种表示方法：(1)(

9、1)重量百分比：各粒级重量所占总重量的百分比；重量百分比：各粒级重量所占总重量的百分比；(2)(2)数量百分比：各粒级颗粒数所占总颗粒百分比；数量百分比：各粒级颗粒数所占总颗粒百分比；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矿尘粒级划分为4 4级：级：小于小于2m2m、2 25m5m、5 510m10m和大于和大于10m10m。矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标。矿尘总量。矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度

10、矿尘高分散度矿尘；反之，如果；反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘低分散度矿尘。矿尘的。矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。4 4、矿尘的湿润性、矿尘的湿润性 矿尘的湿润性矿尘的湿润性是是指矿尘与液体亲和的能力指矿尘与液体亲和的能力。亲水性矿尘：容易被水湿润亲水性矿尘：容易被水湿润 疏水性矿尘：不容易被水湿润疏水性矿尘：不容易被水湿润 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、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，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

11、能是正电荷，也可是负电荷。可能是正电荷，也可是负电荷。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光的反射、吸收和透光强度等性能。矿尘的光学特性包括矿尘对光的反射、吸收和透光强度等性能。五、影响矿尘产生量的因素五、影响矿尘产生量的因素影响矿尘产生量的因素主要包括以下两个方面：影响矿尘产生量的因素主要包括以下两个方面：1 1自然因素自然因素 （1 1）地质构造）地质构造 地质构造破坏严重的地区，断层、褶曲比较发育，煤岩较为破碎，地质构造破坏严重的地区，断层、褶曲比较发育，煤岩较为破碎，矿尘的产生量大。矿尘的产生量大。（2 2）煤层赋存条件）煤层赋存条件 同样技术条件下，开采厚

12、煤层比开采薄煤层的产尘量大；开采急同样技术条件下，开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量大；开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的产尘量多。倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的产尘量多。（3 3）煤岩的物理性质）煤岩的物理性质 节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩，开采时产尘量较节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩，开采时产尘量较大；反之则小。大；反之则小。2 2生产技术因素生产技术因素 （1 1）采煤方法）采煤方法 不同的采煤方法，产生量也不一样。如：急倾斜煤层采用倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量要大的多；全部冒落法管理顶板比充填法管理顶板产尘量要大。（2 2）机械化程度）机械化程度 机械化程度越高，煤岩

13、破碎程度越严重，产尘量就越大 （3 3）开采强度）开采强度 随着开采强度的加大，采掘推进速度加快，产量增加，产尘量将显著加大；同时，由于矿井的风量加大，风速加快，扬起积尘且飘浮时间长，传播远，矿内空气中的矿尘浓度将增大。（4 4）开采深度）开采深度 随着开采深度的增加，地温增高，煤（岩）体内原始水分降低，煤（岩）干燥，开采时产尘量就大。（5 5）通风状况）通风状况 风速太小，不能将浮尘带出矿井。风速过大，又将积尘扬起。单从降尘角度考虑，工作面风速以1.21.6m/s较好，产尘最少。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

14、的定义是新的尘肺病诊断标准中规定的尘肺病的定义是：“尘肺病是由于在职业尘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身性疾病。主的全身性疾病。”它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，目前还很难治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，不同于煤尘、瓦斯爆炸事故一次伤害严重，常愈，且因发病缓慢病程较长，不同于煤尘、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，在国内外都十分不易被人们所重视。实际上尘肺病引起的致残和死亡人数，

15、在国内外都十分惊人。惊人。从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（从卫生部召开的第十届职业性呼吸系统疾病国际会议上（2005.4）获悉：）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应。我国有毒有害企业超过势极不适应。我国有毒有害企业超过16001600万万家，受到职业危害的人数超过家，受到职业危害的人数超过2 2亿亿。2003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50年代

16、以来我国报告累计尘肺病例年代以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，现患多人，现患者者4444万万多人。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际发病要比报告的例数多10倍，尘肺实际发生的病例数倍，尘肺实际发生的病例数不少于不少于100100万万例。例。有关尘肺的危害在国内外的很早的史料都有记载，如北宋（960-1127）孙平仲在所著谈苑中指出，“后苑银作镀金，为水银所熏，头首俱颤；卖饼家窥炉，目皆早昏；贾谷山采石人，石末伤肺，肺焦多死”；欧洲文艺复兴后期工业迅

17、速发展后西方矿冶书籍中也有矿工“痨病”之词；17世纪早期解剖学著作中有“切石之死于哮喘，解刀入肺似入沙石”之说。1 1、尘肺类的分类、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：煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类：(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含量较高的岩尘而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。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的岩的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅病肺。患者多

18、为岩巷掘进和采煤的混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。合工种矿工。(3)(3)煤肺病煤肺病。由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病。患。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。者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工。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四个过程：进入人体呼吸系统的粉尘大体上经历以下四个过程：(1)(1)在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使大于使大于10m10m的尘粒首先沉

19、降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结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。后形成痰排出体外。(2)(2)在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，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，使使5 510m10m的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外。随痰排出体外。(3)(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，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，使部分使部分2 25m5m的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过

20、纤毛运动逐级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。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管和肺内后，一部分可随呼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；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内，残留在肺内的粉气排出体外；另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1 1、尘肺病的发病症状、尘肺病的发病症状 尘肺病分为三期：尘肺病分为三期：第一期第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。：重体力劳动时呼吸困难、胸

21、痛、轻度干咳。第二期第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，胸痛、干咳或：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。带痰咳嗽。第三期第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰：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。咳嗽，甚至咯血和行动困难。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，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。发病工令越短，病变的发展程度越快

22、。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(即挥发分即挥发分)含量。含量。(2)(2)矿尘粒度及分散度矿尘粒度及分散度 5m5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m5m以下的矿尘可以进以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2m2m左右的矿尘。左右的矿尘。(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，也就是说，尘肺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正比。的发病工令和作业场所的矿尘浓度成

23、正比。(4)(4)个体方面的因素个体方面的因素规程规程第七百三十九条第七百三十九条 作业场所空作业场所空气中粉尘（总粉尘、呼吸性粉尘）浓度气中粉尘（总粉尘、呼吸性粉尘）浓度应符合表应符合表2626要求。要求。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，采掘装运作业均可产生大量煤尘。其中，采掘煤矿在生产过程中，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占作业产生的煤尘量占80%80%，装运产生的煤尘量占，装运产生的煤尘量占20%20%。具有煤尘爆炸危险。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的可能。其灾害程度可造成矿毁的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事故

24、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。典型案例如下：人亡，国内外煤矿曾多次发生煤尘爆炸事故。典型案例如下：19061906年，年，法国吉利耶尔煤矿法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡发生煤尘爆炸死亡10991099人，煤矿经两年重建人，煤矿经两年重建才恢复生产。这是一个无瓦斯煤矿，也是世界上第一次发生煤尘爆炸。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尘爆炸开始进行广泛研究，重视预防从此，世界上各主要产煤国家对煤尘爆炸开始进行广泛研究，重视预防煤尘爆炸事故工作。煤尘爆炸事故工作。19071907年，年，美国孟诺加煤矿美

25、国孟诺加煤矿发生煤尘爆炸，死亡发生煤尘爆炸，死亡362362人，占入井人数的人，占入井人数的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，并引起瓦斯爆炸事故，死亡发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，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、瓦斯煤尘爆炸事故，每次年，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。事故都造成一、二百人死亡。19421942年，年，日本侵占东北时期日本侵占东北时期，采取不顾工人死活的掠夺式生产方式，采取不顾工人死活

26、的掠夺式生产方式，致使致使本溪煤矿本溪煤矿发生了发生了世界史上最大世界史上最大的一次瓦斯煤尘爆炸事故，的一次瓦斯煤尘爆炸事故，死亡死亡15491549人，人，伤残伤残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，日本侵略者将矿井封闭。目，日本侵略者将矿井封闭。19621962年，年，山西大同老白洞煤矿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在高产日发生了电火花引燃局部瓦斯导致煤尘爆炸，死亡导致煤尘爆炸，死亡62962

27、9人。人。19631963年，年，日本三池煤矿日本三池煤矿发生煤尘爆炸，发生煤尘爆炸，死亡死亡458458人，人，伤伤832832人，死亡人，死亡者多为者多为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内的煤冲击飞扬形成煤尘云，加之矿车与轨道摩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，引起煤尘大爆炸。此事故后经还原实验证实。擦产生火花，引起煤尘大爆炸。此事故后经还原实验证实。20052

28、005年，年，黑龙江七台河东风煤矿黑龙江七台河东风煤矿主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，死亡死亡171171人。人。20052005年年1111月月2727日，黑龙江七台日，黑龙江七台河矿难事故河矿难事故(煤尘爆炸煤尘爆炸)，确认在事，确认在事故中遇难人数为故中遇难人数为171171人，其中包括人，其中包括169169名井下遇难矿工和井上名井下遇难矿工和井上2 2名地面名地面遇难人员遇难人员.一、煤尘爆炸的机理及特征一、煤尘爆炸的机理及特征1 1、煤尘爆炸的机理、煤尘爆炸的机理 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煤尘的燃烧和爆炸实际上是煤尘及其释放的

29、可燃性气体的燃烧和爆炸，它的氧化反应主要是在气相内进行的。因此煤尘爆炸烧和爆炸，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。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或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧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应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般煤尘爆炸机理及过煤尘爆炸机理及过程主要表现在以下方面程主要表现在以下方面：

30、(1)(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；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)(2)当温度达到当温度达到300300400400时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体。性气体。(3)(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，游离活化中

31、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，发生了尘粒的基迅速增加，发生了尘粒的闪燃闪燃；(4)(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。过程急剧地循环进行。2 2煤尘爆炸的特征煤尘爆炸的特征 (1)(1)形成高温、高压、冲击波形成高温、高压、冲击波 (2)(2)煤尘爆炸具有连续性煤尘爆炸具有连续性 (3)(3)煤尘爆炸的感应期煤尘爆炸的感应期 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。时间。(4)(4)

32、挥发分减少或形成挥发分减少或形成“粘焦粘焦”(5)(5)产生大量的产生大量的COCO煤尘爆炸的危害性极大：煤尘爆炸的危害性极大：可以摧毁整个矿井、井巷、采煤工作面，导致大面积可以摧毁整个矿井、井巷、采煤工作面，导致大面积顶板垮塌冒落，压埋井下作业人员，堵塞通风；顶板垮塌冒落，压埋井下作业人员，堵塞通风；可以将设备损坏，把支柱设备、煤石块吹起撞击，导可以将设备损坏，把支柱设备、煤石块吹起撞击，导致井下作业人员死亡，爆炸波可使矿工粉身碎骨；致井下作业人员死亡，爆炸波可使矿工粉身碎骨；爆炸波还可以通向地面的井筒、冲击破坏与井筒连接爆炸波还可以通向地面的井筒、冲击破坏与井筒连接的地面厂房，造成作业人员

33、伤亡；的地面厂房，造成作业人员伤亡；煤尘爆炸火焰还可引起井下可燃物着火，引起局部积煤尘爆炸火焰还可引起井下可燃物着火，引起局部积存的瓦斯发生爆炸，造成事故扩大；存的瓦斯发生爆炸，造成事故扩大；煤尘爆炸产生的煤尘爆炸产生的COCO随风流进入全矿井的所有地点，致随风流进入全矿井的所有地点，致使井下作业人员使井下作业人员CO CO 中毒死亡。中毒死亡。对煤尘爆炸性的鉴定和评价要求先对试验煤样进对煤尘爆炸性的鉴定和评价要求先对试验煤样进行行工业分析工业分析，求出可燃挥发分含量，对煤尘的爆，求出可燃挥发分含量，对煤尘的爆炸性做出初步评价；再经炸性做出初步评价；再经爆炸性鉴定爆炸性鉴定，对煤尘的，对煤尘的

34、爆炸性得出定性结论。煤尘爆炸性鉴定工作应当爆炸性得出定性结论。煤尘爆炸性鉴定工作应当由安全监察部门授权单位进行由安全监察部门授权单位进行二、煤尘爆炸的条件二、煤尘爆炸的条件 1 1、煤尘具有爆炸性、煤尘具有爆炸性 1 1）鉴定）鉴定 第一种方法是在第一种方法是在大型煤尘爆炸试验巷道大型煤尘爆炸试验巷道内，点火引爆进行鉴定。内，点火引爆进行鉴定。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。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。2 2）用煤尘爆炸指数判断）用煤尘爆炸指数判断 用工业分析法计算可燃挥发分值大致判定煤尘的爆炸危险性用工业分析法计算可燃挥发分值大致判

35、定煤尘的爆炸危险性 煤尘爆炸指数与煤尘爆炸性如下煤尘爆炸指数与煤尘爆炸性如下 煤尘爆炸指数煤尘爆炸指数煤尘爆炸性煤尘爆炸性1010一般不爆炸一般不爆炸10101515较弱较弱15152828较强较强2828以上以上强烈强烈2 2、悬浮煤尘的浓度、悬浮煤尘的浓度:下限浓度为下限浓度为3030一一50 g50 gm3m3，上限浓度，上限浓度为为10001000一一2000 g2000 gm3m3。据估算。据估算4m4m2 2断面小巷道的周边上，断面小巷道的周边上，只要只要0.04mm0.04mm厚的一层煤尘，当它全部飞扬起来，就达到厚的一层煤尘，当它全部飞扬起来，就达到了爆炸下限。了爆炸下限。在井

36、下各生产环节中，一般情况下，很难形成大于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尘受到冲下限的悬浮煤尘浓度，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，就足以达到爆炸浓度。因此，以达到爆炸浓度。因此，沉积煤尘是最大约隐患。沉积煤尘是最大约隐患。3 3、引燃煤尘爆炸的高温热源：、引燃煤尘爆炸的高温热源：610-1050610-1050 井下空气中浮尘能见表井下空气中浮尘能见表浮尘浓度浮尘浓度g/m323510能见情况能见情况正常风流可见，正常风流可见，呼吸有呛人感呼吸有呛人感呼

37、吸困难呼吸困难矿灯照明矿灯照明1米外难辨米外难辨手指手指三、影响煤尘爆炸的因素三、影响煤尘爆炸的因素1 1、煤的挥发分，、煤的挥发分，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。2 2、煤的灰分和水分、煤的灰分和水分，煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐，煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。3 3、煤尘粒度、煤尘粒度，粒度对爆炸性的影响极大。，粒度对爆炸性的影响极大。1mm1mm以下的煤尘粒子都可能参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。与爆炸，而

38、且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加。4 4、空气中的瓦斯浓度，、空气中的瓦斯浓度，瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于4%4%时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：mm 式中：式中：m m 空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/mg/m3 3；煤尘的爆炸下限，煤尘的爆炸下限，g/mg/m3 3；系数，系数，5 5、空气中氧的含量，、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，当氧含量低于降低；氧的含量低时，点燃煤尘

39、云困难，当氧含量低于17%17%时，煤时，煤尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力6 6、引爆热源、引爆热源四、煤尘爆炸性鉴定四、煤尘爆炸性鉴定 在在 二二 中已讲中已讲五、预防煤尘爆炸的技术措施五、预防煤尘爆炸的技术措施 预防煤尘爆炸的技术措施主要预防煤尘爆炸的技术措施主要包括包括三个方面。三个方面。(一）、减、降尘措施一）、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达到从根本上杜绝煤尘爆炸的可能性。浮煤尘含量以达到从根本上杜绝煤尘爆炸

40、的可能性。方法很多，下面主要介绍方法很多，下面主要介绍煤层注水煤层注水。(二二)、防止煤尘引燃的措施、防止煤尘引燃的措施(三三)、限制煤尘爆炸范围扩大的措施、限制煤尘爆炸范围扩大的措施 1 1、煤层注水实质、煤层注水实质 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，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程煤尘的产渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程煤尘的产尘量。尘量。煤层注水的煤层注水的减尘作用减尘作用主要有以下三个方面：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，可将原生煤尘湿煤体内的

41、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；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；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，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；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，因而减性质，当煤体因开采而破

42、碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。少了煤尘的产生量。2 2、影响煤层注水效果的因素、影响煤层注水效果的因素 煤的裂隙和孔隙的发育程度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。育则越易注水。煤体的孔隙发育程度一般用煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率孔隙率表示，表示，系指孔隙的总体积与煤的总系指孔隙的总体积与煤的总体积的百分比体积的百分比。根据实测资料，当煤层的孔隙率小于。根据实测资料，当煤层的孔隙率小于4%4%时，煤层的透时，煤层的透水性较差。水性较差。上履岩层压力

43、及支承压力上履岩层压力及支承压力 液体性质的影响：液体性质的影响：0.5%0.5%洗衣粉洗衣粉 煤层内的瓦斯压力煤层内的瓦斯压力 煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。所以在瓦斯压力大的煤层中注煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。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。水时，往往要提高注水压力，以保证湿润效果。注水参数的影响注水参数的影响 煤层注水参数是指煤层注水参数是指注水压力注水压力、注水速度注水速度、注水量注水量和和注水时间注水时间。3 3、煤层注水方式、煤层注水方式ab 短孔注水短孔注水 深孔注水深孔注水c 长孔注水长孔注水 伪倾斜孔伪倾斜孔 八字形与倾斜联合钻孔

44、八字形与倾斜联合钻孔钻孔钻孔节理节理巷道钻孔注水巷道钻孔注水以上以上4 4种方式：种方式：短孔注水，短孔注水，是在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注是在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为水，注水孔长度一般为2 23.5m3.5m；深孔注水深孔注水，在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般，在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为为5 525m25m长孔注水长孔注水，从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方，从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长3030100m100m。巷道钻孔注

45、水巷道钻孔注水。4 4、注水系统、注水系统 注水系统分为注水系统分为静压注水系统静压注水系统和和动压注水系统动压注水系统。静压注水：静压注水：利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔的注水叫静压注水。的注水叫静压注水。动压注水：动压注水：利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水，利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水，水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。5 5、注水设备、注水设备 煤层注水所使用的设备主要包括煤层注水所使用的设备主要包括钻机钻机、水泵

46、水泵、封孔器封孔器、分流器及水分流器及水表表等。等。6 6、注水参数、注水参数 注水压力注水压力 注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度。注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度。适宜的注水压力是适宜的注水压力是：通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于：通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压力。煤层的瓦斯压力。注水速度注水速度(注水流量注水流量)注水速度注水速度是指是指单位时间内的注水量单位时间内的注水量。钻孔的注水速度随钻孔长度、。钻孔的注水速度随钻孔长度、孔径和注水压力的不同而增减。孔径和注水压力的不同而增减。一般来说，小流量注水对煤层湿润效果最好

47、。一般来说，小流量注水对煤层湿润效果最好。注水量注水量 注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。注水时间注水时间 每个钻孔的注水时间与钻孔注水量成正比，与注水速度成反比。每个钻孔的注水时间与钻孔注水量成正比，与注水速度成反比。（二）防止煤尘引燃措施（二）防止煤尘引燃措施遵守遵守规程规程的有关规定的有关规定 严禁携带烟草和点火工具下井；井下禁止使用电炉，禁止打开严禁携带烟草和点火工具下井；井下禁止使用电炉，禁止打开矿灯；井口房、抽放瓦斯泵房以及通风机房周围矿灯；井口房、抽放瓦斯泵房以及通风机房周围20 m20 m内禁止使用内禁止使用明火；井下需

48、要进行电焊、气焊和喷灯焊接时，应严格遵守有关明火；井下需要进行电焊、气焊和喷灯焊接时，应严格遵守有关规定规定采用防爆设备采用防爆设备在有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤层中，采掘工作面只准使用煤矿安在有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤层中，采掘工作面只准使用煤矿安全炸药和瞬发雷管。全炸药和瞬发雷管。防止机械摩擦火花防止机械摩擦火花采用抗静电难燃的聚合材料制品采用抗静电难燃的聚合材料制品（三）限制煤尘爆炸范围扩大的措施（三）限制煤尘爆炸范围扩大的措施1 1、清除落尘清除落尘2 2、撒布岩粉撒布岩粉3 3、设置岩粉棚、设置岩粉棚 由安装在巷道中靠近顶板处的若干块岩粉台板组成，台板的间距稍由安装在巷道中靠近顶板处的若干

49、块岩粉台板组成，台板的间距稍大于板宽，每块台板上放置一定数量的惰性岩粉。大于板宽，每块台板上放置一定数量的惰性岩粉。4 4、设置水棚设置水棚 水棚水棚包括包括水槽棚水槽棚和和水袋棚水袋棚两种。两种。5 5、设置自动隔爆棚、设置自动隔爆棚 自动隔爆棚是利用各种传感器，将瞬间测量的煤尘爆炸时的各种物自动隔爆棚是利用各种传感器，将瞬间测量的煤尘爆炸时的各种物理参量迅速转换成电信号，指令机构的演算器根据这些信号准确计理参量迅速转换成电信号，指令机构的演算器根据这些信号准确计算出火焰传播速度后选择恰当时机发出动作信号，让抑制装置强制算出火焰传播速度后选择恰当时机发出动作信号，让抑制装置强制喷撒固体或液体

50、等消火剂，从而可靠地扑灭爆炸火焰，阻止煤尘爆喷撒固体或液体等消火剂，从而可靠地扑灭爆炸火焰，阻止煤尘爆炸蔓延炸蔓延 煤尘爆炸事故案例分析 韩桥煤矿“29”事故矿井及采区概况。韩桥矿位于徐州市东北32km贾汪煤田内，1950年投产，原设计年产能力为75万t.1961年进入薄煤层，核定年产能力为45万t，1981年矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井(相对瓦斯涌出且为3.26m3/t)有煤尘爆炸危险性煤尘爆炸指数为41.66%。矿井通风方式为中央边界需风量6356m3/min。一 个采煤工作面，三个掘进工作面。事故经过 -200m水平南二采区2123工作面，发生一起煤尘爆炸事故，死亡15人，伤20人。事故