矿尘的来源及危害
作者：佚名
2010-11-13 00:20
来源：本站原创
矿尘的来源及危害
一、 什么叫矿尘以及矿尘的来源
我们都知道，尘字是由“小”和“土”组成，所以煤矿井下生产过程中产生的各种矿物的微粒叫矿尘。
在煤矿生产过程中产生粉尘的主要环节有：电钻或风钻打眼、放炮、风镐或机械采煤、人工或机械装渣、人工攉煤、放顶煤开采的放煤作业、工作面放顶及假顶下的支护、自溜运输、运输设备的转载以及提升装卸载等。井下粉尘较多的地点有：采煤和掘进工作面、自溜运输巷道、刮板输送机和带式输送机的转载点、煤仓和溜煤眼的上下口以及井口的卸载点等。
采煤过程中，煤炭相互碰撞而破碎，在装煤、运输和转载过程中还会继续碰撞破碎，不断产生煤尘。随着机械化程度提高和合理集中生产，煤尘的生成量也更大更集中。在现代化煤矿中，煤尘的生成量可以达到煤炭产量的3％。在煤层尚未开采之前，煤的内部有许多裂隙中就已经存在着一些煤尘。这些煤尘是由于煤层受挤压或在开采前受地层集中压力的作用而产生的，它们和裂隙同时形成并存在于这些裂隙之中，随着煤层的开采和破碎而进入井下空间，这些煤尘叫做原生煤尘。岩尘主要产生于岩石或半岩掘进工作面。岩巷中风钻打眼将岩石粉碎为极细的颗粒，形成高浓度的飘浮的粉尘。在采煤工作面放顶或移动支架时也会产生大量煤岩尘。
另外，井下巷道施工用的粉状材料有时会成为高浓度的有害粉尘。例如在掘进工作面进行锚喷作业时，喷射水泥砂浆或混凝土就会产生大量的水泥和砂粒粉尘，它已经成为掘进工作面的主要粉尘来源之一。
二、煤矿粉尘的危害
煤矿粉尘的危害主要是，能造成矿工尘肺病；发生煤尘爆炸或瓦斯煤尘爆炸；影响作业安全和危害矿区生态平衡。
（一）、造成矿工尘肺病
1、患病状况统计
1996年底资料统计：全国省属以上国有煤矿尘肺病患者高达17.5万人，占全国矿尘肺病总人数的40%以上，已累计死亡53722人，现有患者121278人，而到1998年煤矿尘肺病患者高达19.5万人，占全国矿尘肺病总人数的47%以上，如果加上条件更艰苦的乡镇煤矿，其数字更加惊人。
根据统计分析，每年大约有3000人死于尘肺病，可以说，煤矿尘肺病已成为严重危及我国煤矿职工生命安全与健康的“瘟疫”。
2、发病原因和影响因素
（1）发病原因主要有两方面:
1）煤岩中的二氧化硅能使人的肺部纤维化而失去收缩扩张的功能；
2）煤尘堆积漂浮也是造成尘肺病的主要原因。
（2）发病影响因素
1）煤尘的成份：漂浮的煤尘含有的二氧化硅越多，发病危险性越大；
2）分散度：各种直径的粉尘占总粉尘的百分比的多少叫分散度。呼吸性粉尘越多，发病危险性越大；
00.5微米可被人吸入后又呼出体外，危害不大；
25微米的粉尘是能进入人的肺细泡的主要粉尘，并绝大部分能停留在肺细泡中造成尘肺病；
3）粉尘浓度∶工作环境粉尘浓度越高，发病危险性越大； ；
4）接触粉尘时间：在有粉尘场所工作时间越长，越容易发病；
5）其它：如身体状况、环境因素等。
3、尘肺病严重程度及主要症状
根据尘肺病严重程度一般分为1期、2期、3期，数字越大，病情越严重。人的肺部主要由吞噬细胞组成，而二氧化硅进入肺部能使吞噬细胞中毒死亡，吞噬细胞中毒死亡的越多，肺的纤维网孔越小，3期矽肺变为浅灰色，呼吸浅而短，基本丧失行走能力。
4、我们对尘肺病的预防一般应注意以下方面：
（1）加强个体防护，尽量使粉尘不要或少量吸入肺部；
（2）在地面多加强体育锻炼，增强肺部健康；
（3）平时饮食要多食用肉、蛋、奶、血块、动物油、蜂蜜类食物，多吃纤维长蔬菜；
（4）平时尽量不吸或少吸烟，减少肺部疾病。
（二）煤尘爆炸
1、瓦斯煤尘爆炸事故的严重性
瓦斯煤尘爆炸事故是对煤矿安全生产威胁最大、最为突出的事故。据1991～2001年全国煤矿事故统计，1次死亡3人以上的瓦斯煤尘爆炸事故发生2903起，死亡21940人，平均1.3天发生1起。其中，发生死亡10人/次以上的特大瓦斯煤尘爆炸事故352起，死亡10192人，相当于7天发生1次；发生死亡50人/次以上特别重大事故22起，死亡1850人。而2001年1年发生瓦斯煤尘爆炸事故就达到667起，死亡人数达到2446人。
2、煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸是煤矿主要自然灾害之一。同时具备以下三个条件就可以发生煤尘爆炸：
（1）煤尘本身具有爆炸性。煤尘是否具有爆炸性，应当在井下采取煤样，送国家规定的鉴定单位进行煤尘爆炸性鉴定后确定。一般来说各类煤炭多数都有爆炸性。一般认为煤的挥发分越高，煤尘的爆炸性就越强。据爆炸性鉴定结果统计，我国90％以上的煤矿均有煤尘爆炸危险。煤尘发生爆炸时，粒径为1毫米及更小的煤尘颗粒都能参与爆炸，但爆炸的主体是粒径小于0.75毫米（75微米）的煤尘。
（2）飘浮煤尘达到一定的浓度。煤尘能够发生爆炸的最低或最高浓度叫做爆炸的下限或上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。不同种类的煤炭和不同的试验条件所得到的爆炸上下限浓度是不相同的，但一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50克／立方米，上限浓度为2000克／立方米，其中爆炸威力最大的浓度为300～400克／立方米。井下空气中如果有瓦斯和煤尘同时存在，可以相互降低两者的爆炸下限，从而增加瓦斯煤尘爆炸的危险性。例如瓦斯浓度达到3.5％时，煤尘浓度只要达到6.1克／立方米就可以发生爆炸。
（3）具有点燃引爆煤尘的高温热源。煤尘爆炸的引爆温度一般为700℃以上，这个温度在井下各种作业地点是容易产生的。温度越高越容易引爆。空气中含氧量降低，则引爆温度升高，含氧量低于17％时，煤尘就不会爆炸。
3、煤尘爆炸过程和特点
（1）煤尘爆炸过程
具有爆炸性的煤尘遇到火源时，火源周围煤尘迅速气化放出可燃性气体，这些气体与空气混合被点燃，燃烧的热量传递给附近的煤尘又使它们受热气化和燃烧，这种煤尘气化燃烧不断循环扩展开来，传播速度越来越快，最终使煤尘的快速燃烧转变为爆炸。在发生爆炸的地点，空气受热膨胀产生冲击波，这时爆炸地点如还有煤尘、瓦斯和火源，可能连续发生第二次或多次爆炸，造成更大灾害。
（2）煤尘爆炸的特点
1）形成高温、高压，造成井下物毁人亡。
煤尘爆炸可放出大量热能，爆炸火焰温度高达1600～1900℃，使人员和设备受到严重损害。经实测的煤尘爆炸压力可达1.925兆帕(相当于19个大气压)。在煤尘爆炸中，火焰的传播速度和爆炸冲击波速度越传越快，而冲击波越来越超前于火焰的传播。这样，巷道中的沉积煤尘先被冲击波扬起，尔后随即被火焰点燃爆炸，使爆炸不断向远处蔓延，形成大范围破坏。经实测火焰传播速度为610～1800米／秒，而冲击波最高速度据计算可达2340米／秒。
2）煤尘爆炸气体中有大量的二氧化碳和一氧化碳，造成大量人员伤亡。
灾区空气中一氧化碳含量可高达2％～8％，这是造成人员死亡的主要原因。
3）爆炸后留有结焦性产物。
煤尘发生强烈爆炸时，由于反应速度极快，有部分煤尘被焦化形成焦炭皮渣或粘块附着在支柱背风的一面，而迎风的一面则有燃烧的痕迹；在煤尘发生弱爆炸时，皮渣与粘块会在支柱迎风的一面。
4、 引起煤尘爆炸的原因
（1）飘浮尘的产生
我国大多数煤矿属于具有煤尘爆炸危险的矿井。在矿井生产过程中，有不少作业时间和地点可能产生高浓度飘浮的煤尘并达到或超过煤尘爆炸的浓度下限。如在煤层中放炮时及放炮后的短时间内，煤炭受剧烈破碎并将附近的沉积煤尘扬起，迅速使悬浮的煤尘达到爆炸下限浓度；在煤仓及溜煤眼上下口、在井下翻车机等运煤容器集中卸载地点以及综采放顶煤的放煤口附近常有可能被引爆的浮游煤尘。特别是矿井巷道中普遍有大量连续堆积的落尘，这些煤尘如果重新飞扬在空气中就可迅速达到爆炸下限的浓度，这是许多局部性事故迅速扩大成为大范围乃至全矿性特大恶性事故的主要原因。
（2）煤尘爆炸火源的发生
矿井可以引起煤尘爆炸的火源是经常可能发生的，如放炮火源、电气火花、碰撞火花或局部的火灾或沼气爆炸等。
引爆煤尘的直接原因常见的有以下几种：
1）使用不符合安全要求的炸药在煤层中放炮，放炮火焰引爆爆破后扬起的煤尘；
2）违章使用毫秒雷管延期过长或在煤层中使用秒延期段发雷管，使后起爆的爆破火焰点燃先起爆形成的高浓度煤尘和沼气；
3）违章放炮，如不掏炮眼煤粉、不装炮泥和水炮泥、用可燃物代替炮泥、放炮前不洒水冲尘等，使放炮出现明火；
4）在煤层中放连珠炮，用多根导线或多台放炮器连续放炮；
5）在有煤尘沉积的地点放明炮或放明炮处理堵仓；
6）翻车机附近的电气火花引爆集中卸载的飞扬煤尘；
7）斜井跑车碰撞火花点燃飞扬煤尘；
8）局部火灾或瓦斯爆炸引爆被吹扬起来的沉积煤尘。
5、煤尘爆炸事故实例
煤矿生产过程中,人们虽然已经掌握了煤尘爆炸的条件和引起爆炸的原因等知识，但是在煤矿生产中仍然有很多人对煤尘爆炸的危险性认识不足，沼气超限时警惕性较高，而煤尘浓度很高、沉积煤尘很多时却不那么重视。实际生产过程中，煤尘爆炸的事故时有发生，且危害极大。国内外一些较大的煤尘爆炸事故实例：
（1）远在1906年法国古利耶尔煤矿由于药包爆炸引燃附近飞扬起来的煤尘并发生爆炸，后又因井巷中沉积煤尘不断被冲击波吹起而传播爆炸，迅速使事故扩大到全矿，蔓延井巷长度100公里，死亡1099人。事故后经过两年才恢复生产。
（2）1942年我国本溪煤矿发生历史上最大的煤尘爆炸。事故前由于井下停电而引起瓦斯积聚，恢复供电时，电气火花引起积聚瓦斯爆炸后又引燃了被扬起的井巷沉积煤尘，发生全井规模的煤尘爆炸，1549人死亡，伤残246人。
（3）1963年日本三池煤矿发生跑车事故，井筒内沉积煤尘被扬起，由矿车和轨道的高速摩擦热点燃爆炸，死伤1290人。
（4）1960年山西大同局老白洞煤矿在井底车场14号井翻笼附近，由架线式机车产生的电火花将周围高浓度的浮游煤尘点燃爆炸，死亡684人，这是建国以来最大的煤尘爆炸事故。
（5）1968年至1969年在山东新汶局连续发生两次特大煤尘爆炸事故。这个局的华丰矿在煤巷掘进中第一茬炮扬起煤尘，第二茬炮残药着火引爆煤尘，死亡108人，伤64人；这个局的潘西矿由于风量不足，电机车产生电火花引爆积聚的煤尘，死亡115入。
思考题
1、粉尘有哪些主要危害？
2、煤尘爆炸的条件是哪三个？
3、煤尘爆炸的危害主要有哪些？
一、 什么叫矿尘以及矿尘的来源
我们都知道，尘字是由“小”和“土”组成，所以煤矿井下生产过程中产生的各种矿物的微粒叫矿尘。
在煤矿生产过程中产生粉尘的主要环节有：电钻或风钻打眼、放炮、风镐或机械采煤、人工或机械装渣、人工攉煤、放顶煤开采的放煤作业、工作面放顶及假顶下的支护、自溜运输、运输设备的转载以及提升装卸载等。井下粉尘较多的地点有：采煤和掘进工作面、自溜运输巷道、刮板输送机和带式输送机的转载点、煤仓和溜煤眼的上下口以及井口的卸载点等。
采煤过程中，煤炭相互碰撞而破碎，在装煤、运输和转载过程中还会继续碰撞破碎，不断产生煤尘。随着机械化程度提高和合理集中生产，煤尘的生成量也更大更集中。在现代化煤矿中，煤尘的生成量可以达到煤炭产量的3％。在煤层尚未开采之前，煤的内部有许多裂隙中就已经存在着一些煤尘。这些煤尘是由于煤层受挤压或在开采前受地层集中压力的作用而产生的，它们和裂隙同时形成并存在于这些裂隙之中，随着煤层的开采和破碎而进入井下空间，这些煤尘叫做原生煤尘。岩尘主要产生于岩石或半岩掘进工作面。岩巷中风钻打眼将岩石粉碎为极细的颗粒，形成高浓度的飘浮的粉尘。在采煤工作面放顶或移动支架时也会产生大量煤岩尘。
另外，井下巷道施工用的粉状材料有时会成为高浓度的有害粉尘。例如在掘进工作面进行锚喷作业时，喷射水泥砂浆或混凝土就会产生大量的水泥和砂粒粉尘，它已经成为掘进工作面的主要粉尘来源之一。
二、煤矿粉尘的危害
煤矿粉尘的危害主要是，能造成矿工尘肺病；发生煤尘爆炸或瓦斯煤尘爆炸；影响作业安全和危害矿区生态平衡。
（一）、造成矿工尘肺病
1、患病状况统计
1996年底资料统计：全国省属以上国有煤矿尘肺病患者高达17.5万人，占全国矿尘肺病总人数的40%以上，已累计死亡53722人，现有患者121278人，而到1998年煤矿尘肺病患者高达19.5万人，占全国矿尘肺病总人数的47%以上，如果加上条件更艰苦的乡镇煤矿，其数字更加惊人。
根据统计分析，每年大约有3000人死于尘肺病，可以说，煤矿尘肺病已成为严重危及我国煤矿职工生命安全与健康的“瘟疫”。
2、发病原因和影响因素
（1）发病原因主要有两方面:
1）煤岩中的二氧化硅能使人的肺部纤维化而失去收缩扩张的功能；
2）煤尘堆积漂浮也是造成尘肺病的主要原因。
（2）发病影响因素
1）煤尘的成份：漂浮的煤尘含有的二氧化硅越多，发病危险性越大；
2）分散度：各种直径的粉尘占总粉尘的百分比的多少叫分散度。呼吸性粉尘越多，发病危险性越大；
00.5微米可被人吸入后又呼出体外，危害不大；
25微米的粉尘是能进入人的肺细泡的主要粉尘，并绝大部分能停留在肺细泡中造成尘肺病；
3）粉尘浓度∶工作环境粉尘浓度越高，发病危险性越大； ；
4）接触粉尘时间：在有粉尘场所工作时间越长，越容易发病；
5）其它：如身体状况、环境因素等。
3、尘肺病严重程度及主要症状
根据尘肺病严重程度一般分为1期、2期、3期，数字越大，病情越严重。人的肺部主要由吞噬细胞组成，而二氧化硅进入肺部能使吞噬细胞中毒死亡，吞噬细胞中毒死亡的越多，肺的纤维网孔越小，3期矽肺变为浅灰色，呼吸浅而短，基本丧失行走能力。
4、我们对尘肺病的预防一般应注意以下方面：
（1）加强个体防护，尽量使粉尘不要或少量吸入肺部；
（2）在地面多加强体育锻炼，增强肺部健康；
（3）平时饮食要多食用肉、蛋、奶、血块、动物油、蜂蜜类食物，多吃纤维长蔬菜；
（4）平时尽量不吸或少吸烟，减少肺部疾病。
（二）煤尘爆炸
1、瓦斯煤尘爆炸事故的严重性
瓦斯煤尘爆炸事故是对煤矿安全生产威胁最大、最为突出的事故。据1991～2001年全国煤矿事故统计，1次死亡3人以上的瓦斯煤尘爆炸事故发生2903起，死亡21940人，平均1.3天发生1起。其中，发生死亡10人/次以上的特大瓦斯煤尘爆炸事故352起，死亡10192人，相当于7天发生1次；发生死亡50人/次以上特别重大事故22起，死亡1850人。而2001年1年发生瓦斯煤尘爆炸事故就达到667起，死亡人数达到2446人。
2、煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸是煤矿主要自然灾害之一。同时具备以下三个条件就可以发生煤尘爆炸：
（1）煤尘本身具有爆炸性。煤尘是否具有爆炸性，应当在井下采取煤样，送国家规定的鉴定单位进行煤尘爆炸性鉴定后确定。一般来说各类煤炭多数都有爆炸性。一般认为煤的挥发分越高，煤尘的爆炸性就越强。据爆炸性鉴定结果统计，我国90％以上的煤矿均有煤尘爆炸危险。煤尘发生爆炸时，粒径为1毫米及更小的煤尘颗粒都能参与爆炸，但爆炸的主体是粒径小于0.75毫米（75微米）的煤尘。
（2）飘浮煤尘达到一定的浓度。煤尘能够发生爆炸的最低或最高浓度叫做爆炸的下限或上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。不同种类的煤炭和不同的试验条件所得到的爆炸上下限浓度是不相同的，但一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50克／立方米，上限浓度为2000克／立方米，其中爆炸威力最大的浓度为300～400克／立方米。井下空气中如果有瓦斯和煤尘同时存在，可以相互降低两者的爆炸下限，从而增加瓦斯煤尘爆炸的危险性。例如瓦斯浓度达到3.5％时，煤尘浓度只要达到6.1克／立方米就可以发生爆炸。
（3）具有点燃引爆煤尘的高温热源。煤尘爆炸的引爆温度一般为700℃以上，这个温度在井下各种作业地点是容易产生的。温度越高越容易引爆。空气中含氧量降低，则引爆温度升高，含氧量低于17％时，煤尘就不会爆炸。
3、煤尘爆炸过程和特点
（1）煤尘爆炸过程
具有爆炸性的煤尘遇到火源时，火源周围煤尘迅速气化放出可燃性气体，这些气体与空气混合被点燃，燃烧的热量传递给附近的煤尘又使它们受热气化和燃烧，这种煤尘气化燃烧不断循环扩展开来，传播速度越来越快，最终使煤尘的快速燃烧转变为爆炸。在发生爆炸的地点，空气受热膨胀产生冲击波，这时爆炸地点如还有煤尘、瓦斯和火源，可能连续发生第二次或多次爆炸，造成更大灾害。
（2）煤尘爆炸的特点
1）形成高温、高压，造成井下物毁人亡。
煤尘爆炸可放出大量热能，爆炸火焰温度高达1600～1900℃，使人员和设备受到严重损害。经实测的煤尘爆炸压力可达1.925兆帕(相当于19个大气压)。在煤尘爆炸中，火焰的传播速度和爆炸冲击波速度越传越快，而冲击波越来越超前于火焰的传播。这样，巷道中的沉积煤尘先被冲击波扬起，尔后随即被火焰点燃爆炸，使爆炸不断向远处蔓延，形成大范围破坏。经实测火焰传播速度为610～1800米／秒，而冲击波最高速度据计算可达2340米／秒。
2）煤尘爆炸气体中有大量的二氧化碳和一氧化碳，造成大量人员伤亡。
灾区空气中一氧化碳含量可高达2％～8％，这是造成人员死亡的主要原因。
3）爆炸后留有结焦性产物。
煤尘发生强烈爆炸时，由于反应速度极快，有部分煤尘被焦化形成焦炭皮渣或粘块附着在支柱背风的一面，而迎风的一面则有燃烧的痕迹；在煤尘发生弱爆炸时，皮渣与粘块会在支柱迎风的一面。
4、 引起煤尘爆炸的原因
（1）飘浮尘的产生
我国大多数煤矿属于具有煤尘爆炸危险的矿井。在矿井生产过程中，有不少作业时间和地点可能产生高浓度飘浮的煤尘并达到或超过煤尘爆炸的浓度下限。如在煤层中放炮时及放炮后的短时间内，煤炭受剧烈破碎并将附近的沉积煤尘扬起，迅速使悬浮的煤尘达到爆炸下限浓度；在煤仓及溜煤眼上下口、在井下翻车机等运煤容器集中卸载地点以及综采放顶煤的放煤口附近常有可能被引爆的浮游煤尘。特别是矿井巷道中普遍有大量连续堆积的落尘，这些煤尘如果重新飞扬在空气中就可迅速达到爆炸下限的浓度，这是许多局部性事故迅速扩大成为大范围乃至全矿性特大恶性事故的主要原因。
（2）煤尘爆炸火源的发生
矿井可以引起煤尘爆炸的火源是经常可能发生的，如放炮火源、电气火花、碰撞火花或局部的火灾或沼气爆炸等。
引爆煤尘的直接原因常见的有以下几种：
1）使用不符合安全要求的炸药在煤层中放炮，放炮火焰引爆爆破后扬起的煤尘；
2）违章使用毫秒雷管延期过长或在煤层中使用秒延期段发雷管，使后起爆的爆破火焰点燃先起爆形成的高浓度煤尘和沼气；
3）违章放炮，如不掏炮眼煤粉、不装炮泥和水炮泥、用可燃物代替炮泥、放炮前不洒水冲尘等，使放炮出现明火；
4）在煤层中放连珠炮，用多根导线或多台放炮器连续放炮；
5）在有煤尘沉积的地点放明炮或放明炮处理堵仓；
6）翻车机附近的电气火花引爆集中卸载的飞扬煤尘；
7）斜井跑车碰撞火花点燃飞扬煤尘；
8）局部火灾或瓦斯爆炸引爆被吹扬起来的沉积煤尘。
5、煤尘爆炸事故实例
煤矿生产过程中,人们虽然已经掌握了煤尘爆炸的条件和引起爆炸的原因等知识，但是在煤矿生产中仍然有很多人对煤尘爆炸的危险性认识不足，沼气超限时警惕性较高，而煤尘浓度很高、沉积煤尘很多时却不那么重视。实际生产过程中，煤尘爆炸的事故时有发生，且危害极大。国内外一些较大的煤尘爆炸事故实例：
（1）远在1906年法国古利耶尔煤矿由于药包爆炸引燃附近飞扬起来的煤尘并发生爆炸，后又因井巷中沉积煤尘不断被冲击波吹起而传播爆炸，迅速使事故扩大到全矿，蔓延井巷长度100公里，死亡1099人。事故后经过两年才恢复生产。
（2）1942年我国本溪煤矿发生历史上最大的煤尘爆炸。事故前由于井下停电而引起瓦斯积聚，恢复供电时，电气火花引起积聚瓦斯爆炸后又引燃了被扬起的井巷沉积煤尘，发生全井规模的煤尘爆炸，1549人死亡，伤残246人。
（3）1963年日本三池煤矿发生跑车事故，井筒内沉积煤尘被扬起，由矿车和轨道的高速摩擦热点燃爆炸，死伤1290人。
（4）1960年山西大同局老白洞煤矿在井底车场14号井翻笼附近，由架线式机车产生的电火花将周围高浓度的浮游煤尘点燃爆炸，死亡684人，这是建国以来最大的煤尘爆炸事故。
（5）1968年至1969年在山东新汶局连续发生两次特大煤尘爆炸事故。这个局的华丰矿在煤巷掘进中第一茬炮扬起煤尘，第二茬炮残药着火引爆煤尘，死亡108人，伤64人；这个局的潘西矿由于风量不足，电机车产生电火花引爆积聚的煤尘，死亡115入。
思考题
1、粉尘有哪些主要危害？
2、煤尘爆炸的条件是哪三个？
3、煤尘爆炸的危害主要有哪些？
