煤矿粉尘危害与防治
煤矿粉尘危害与防治
1 煤矿生产中粉尘的产生与分类
1.1煤矿粉尘的产生
在煤矿生产和建设过程中所产生的各种岩矿微粒统称为煤矿粉尘，主要是岩尘和煤尘，它是在矿井生产如钻眼、爆破、切割、装载、落煤及运输和提升过程中，因煤岩被破碎而产生的。不同的矿井由于煤、岩地质条件和物理性质及采掘方法、作业方式、通风状况和机械化程度的不同，粉尘的生成量有很大的差异；即使在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着不同的变化。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粉尘比例大致为：采煤工作面产尘量占45%—80%；掘进工作面产尘量占20%—38%；锚喷作业点产尘量占5%—10%；其他作业点占2%—5%，各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大。
1.2煤矿粉尘的分类
粉尘按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机粉尘外，尚有多种不同的分类方法。
1.2.1按矿尘粒径划分
（1）粗尘。粉尘粒径大于40μm，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10μm—40μm，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。
（3）微尘。粒径为0.25μm—10μm，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中作等速沉降。
（4）超微尘。粉径为0.25μm，要用电子显微镜才可以观察到，在空气中作扩散运动状。
1.2.2按矿尘存在状态划分
（1）浮游粉尘。悬浮于矿井内空气中的粉尘，简称浮尘。
（2）沉积粉尘。从矿内空气中沉降下来的粉尘，简称落尘。
浮尘和落尘在不同环境下可以互相转化。浮尘在空气中飞扬的时间与尘粒的大小、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。
1.2.3按矿尘粒径组成范围划分
(1)全尘（总粉尘）。各种粒经的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为1μm以下的尘数。
(2) 呼吸性粉尘。主要指粒径在5μm以下的微细尘粒，它能通过人体上呼吸道进入肺区，导致肺病，对人体危害甚大。
2 粉尘的危害
煤矿粉尘按其理化性质主要分为对人体的危害和粉尘爆炸性危害两类。
2.1粉尘对人体的危害
如果人体肺部长期吸入大量的粉尘，就可能患尘肺病。煤矿生产中，尘肺病因吸入粉尘成分不同，可造成三种主要病症。吸入游离的二氧化硅（SIO2）含量较高的粉尘引起的尘肺病是矽肺病，患者多集中于长期从事掘进线上的工人；吸入煤尘和含游离二氧化硅的岩尘所引起的尘肺病称为煤矽肺病，患者多为掘进和采煤混合工种的工人；第三类是长期吸入煤尘所引起的尘肺病，医学称煤肺病，患者为长期从事采煤工作的工人。三种主要职业病的患因，都是人体肺部长期吸入大量的粉尘所致，是一种严重的矿工职业病，工人一旦患病，当今的医学水平还很难彻底治愈。又因发病缓慢，往往被人们所忽视，特别是患病的主体对象，从事采掘一线的工人大多数有章不循，有令不止的现象十分突出，个人的防护意识差，对防尘设施和个人防尘劳动保护用品弃而不用的现象随处可见，总以为是个人的身体和本人的事，如：掘进线打干眼、采煤线落煤防尘设施、各转载点喷洒水装置、个人的防护用品极少正常坚持使用，日复一日，待身体有问题了才知道其利害关系。实际上尘肺病引起矿工致残和死亡的人数，在国内外都十分惊人，据相关部门统计，建国以来，我国矿山企业累计已发生尘肺病近七十余万例，死亡人数突破二十余万，居各类职业病之首，国营煤矿每年尘肺病死亡人数已大大超过工伤死亡人数，目前每年新增尘肺病上万例，而且呈上升趋势，每年造成的直接经济损失上百亿元，矿山职业病安全问题已成为我国一大社会公害，严重制约着我国采矿工业的健康发展，矿山事故和职业病已造成家庭、社会的问题，也直接影响到社会的安定。
我国煤矿工人工种变化较大，长期从事单一工种的很少。因此，煤矿尘肺中煤矽肺比重较大，据卫生和科研部门统计。约占尘肺总人数的70%—80%；矽肺约占20%—30%；煤肺约占5%—10%。医学工作者通过对尘肺死者的解剖，认为2μm以下的粉尘是致病的主要原因。许多学者从肺内空气动力学进行了研究，从理论上阐述各种粒径的粉尘在人体呼吸系统内滞留的模式。大于10μm的尘粒大部分被阻流于鼻腔和咽喉部位，随鼻涕和痰液排出体外；2—10μm的尘粒大部分阻留在上呼吸道，借助于呼吸道粘膜所分泌的粘液和粘膜上的纤毛运动，送至喉部排出体外；小于2μm的粉尘随呼吸气流进入肺内，由肺泡的清除作用加以处理排出体外，通过上述三种清除方式，将进入体内的97%—98%左右的尘粒排出体外，残留在肺内的粉尘只是吸入粉尘量的2%—3%。人体虽然有良好的防御和清除功能，但若长期吸入高浓度粉尘，仍可引起尘肺病。尤其残留在肺泡内的硅尘粒能形成硅酸胶毒，可以杀死肺泡而留在组织内形成纤维病变。开始呈现网状，尔后，肺泡逐渐减少而变成粗网，接着便在粗网网眼间出现结节，许多结节逐渐融合成团块，形成尘肺癌变。
尘肺病按病情发展程度分为三期：
第一期：重体力劳动时感到呼吸困难、胸痛、轻度干咳。
第二期：中等体力劳动或平常工作时感觉呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。
第三期：做一般的工作，甚至休息时也感到呼吸困难，胸痛，连续带痰咳嗽，行动困难等症状。
影响尘肺病发生发展的主要因素包含：①矿尘成分。矿尘中游离二氧化硅的含量越高越易致病。②矿尘的粒度。尘粒越微细越易致病，小于5μm的尘粒越多，对人体的危害性越大。③矿尘的浓度。空气中含有的矿尘浓度越大，工人吸入的矿尘量就越多，越易得病。④接触矿尘的作业时间。从事井下作业的工龄越长，吸入的粉尘量越多，就越易患尘肺病。根据我国煤矿的统计，矽肺病的发病工龄一般在10年左右，短的也有3—5年发病者；一般在20—30年接触龄之间。⑤矿工的健康状况，生活习惯以及个人卫生条件。体质较弱，个人卫生较差又有吸烟等不良生活习惯的矿工更易患尘肺病。
尘肺病的发病率原因还有很多，除上述几类直接原因外，还有以下几个方面的主要原因：
（1）“安全第一，预防为主”的方针在相当多的地方和矿山企业未得到落实，重视度不高，不能正确处理好安全与生产，安全与效益的关系。
（2）一些矿山企业的从业人员素质差，特别是采掘一线的职工，因用工制度改革，90%是轮换工、协议工，流动性较大，难以控制，他们纪律性差，又活动在第一线，发生违章造成伤害的大部分是这些人。乡镇煤矿从业人员多为放下锄头，戴上矿灯就下井挖煤，随意性强，缺少必要的安全生产技术知识。
（3）安全装备水平低，欠帐多，缺少应有的抗灾能力，矿山安全设备的资金紧张，虽然产量上去了，安全设备却没跟上。
（4）国家、集体、个人一起上，乱采滥挖，不仅资源遭到严重破坏，职业病伤害也急剧上升，尤其是乡镇煤矿，多数矿井不具备综合防尘的安全设施及管理条件。
2.2 煤尘爆炸的危害
煤尘爆炸产生高温、高压和生成大量有毒有害气体，又破坏井巷，毁坏设备，伤亡人员，甚至导致整个矿井毁坏，严重地威胁安全生产和人员生命安全。
2.2.1煤尘爆炸的原因
煤尘爆炸是空气中氧与煤尘急剧反应的过程。第一步是浮尘在热源作用下迅速的被干馏或气化而放出可燃性气体；第二步是可燃性气体与空气混合燃烧；第三步是煤尘燃烧放出热量，这种热量以分子传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的落地煤尘，这些煤尘受热分解，跟着燃烧起来，此种过程连续不断的进行，氧化反应越来越快，温度越来越高，当达到一定程度时，便能发展成煤尘爆炸。
2.2.2煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定浓度；有能点燃爆炸的热源。这三个条件缺少任何一个都不可能造成煤尘爆炸。
（1）煤尘的浓度
煤尘浓度只有在爆炸界限之内才能爆炸，但在爆炸界限之内，煤尘的浓度不同，其爆炸强度也不一样。从煤尘爆炸下限（43mg/m33）开始，随着煤尘浓度的增加，煤尘爆炸的强度变大，直至浓度达到300—400mg/m33，爆炸威力最强。如果浓度继续增加，爆炸威力将逐渐减弱，当煤尘浓度超过1500—2000mg/m33时，就不会再发生爆炸。
（2）煤尘的粒度
粒度在0.75—1.0μm以下的煤尘都能参与爆炸。但是煤尘爆炸的主体是75μm以下的煤尘，含量越高，其爆炸性越强，含量达到70%—80%时，爆炸力最强。但颗粒过小，小于10μm时，其爆炸性反而减弱。这是由于过细尘粒在空气中很快氧化成为灰烬所致，以及过小的煤尘会分裂成为许多化学成分不同的小粒子而减弱了爆炸性。
（3）空气中的瓦斯与氧气
瓦斯本身具有爆炸性，当它混入含煤尘空气中，便增加了煤尘挥发含量与瓦斯浓度。空气中氧含量的浓度对煤尘爆炸也有很大的影响。氧气的浓度高时，点燃煤尘的温度可以降低；反之就要高一些。但若空气中氧含量低于17%时，煤尘就不会再爆炸。
（4）引燃源和引爆环境
煤尘爆炸必须有达到煤尘最低点燃温度和能力的热源。引爆源的温度越高。能量越大，越易点燃煤尘，初始爆炸的强度就越大。另外，爆炸的空间状况，如空间的形状和容积大小，空间的长短和断面的变化情况，空间内有无障碍物等，对煤尘爆炸的强烈程度和发展都有很大影响。
3 综合防尘的措施
预防尘肺病和煤尘爆炸的关键就是降低工作场所的粉尘浓度，使其符合《规程》规定的标准，为此采取综合防尘措施主要本着“革、水、密、风、护、管、教、查”八字治理方案进行防范工作。其中技术革新是根本，风、水、护、管是重点。
所谓“革”就是采取技术革新的方式从产生粉尘迎头上根本性解决粉尘的生成过程，近年来职业病防治工作在煤矿行业中逐渐重视，从采掘工艺流程、采掘作业环境、个人防护设备设施都加大资金投入，并逐步改造和更新了生产设备设施，随着机械化的进一步提高，工人直接接触粉尘的机率慢慢减少，粉尘防治工作取得了较大的突破和提高。
所谓“风”和“水”，就是以“水”为主、以“风”为辅，采取洒水降尘和通风排尘与净化风流多种措施降尘除尘的粉尘防治方式。具体有以下几种：
3.1 湿式凿岩
系指在岩巷掘进过程中，将压力水通过凿岩机送入孔底，湿润并冲洗炮眼中的粉尘，使其在炮眼中变成浆液排出炮眼。这样能使绝大部分粉尘被控制在炮眼中。采用湿式打眼后，粉尘浓度可由打干眼时的500—1400mg/m3降至4—10mg/m3，降尘率可达90%—98%。因此，湿式凿岩是凿岩工作普遍采用的有效防尘措施，只有在严重缺水地点和遇水膨胀的岩石不能采用湿式钻眼时，可用干式打眼并采用干式捕尘器捕尘。
3.2 通风排尘和净化风流
用通风的方式将矿尘稀释并排出，是降低井下矿尘浓度的重要措施之一。因此，要加强掘进通风管理工作，减少漏风，提高风筒出口风量，合理控制风速。当风速过低时，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不被排出。据试验观测，当巷道中风速达到0.15m/s时，5μm以下的矿尘能够悬浮并与空气均匀混合而随风流排出。《规程》规定：掘进中的岩巷最低风速不得低于0.15m/s，这完全可以满足最低排尘风速的要求。提高排尘风速，粒径稍大的尘粒也能悬浮并排出，同时增强了稀释作用，矿尘浓度也随之降低。风速在增高时，将扬起落尘，使风流中含尘浓度增大，因此《规程》规定：采掘工作面的最高允许风速为4m/s。
在产尘量高，矿尘比重大，温度比较高的作业地点，可适度增大排尘风速。
通风排尘是合理的风速将掘进工作面所产生的矿尘排出，但应缩小其污染范围。为此，在含尘浓度较高的风流所通过的巷道中设置水幕净化风流。喷雾器的布置应以水幕布满巷道断面为原则，并尽可能靠近尘源，缩小含尘空气的弥漫范围。另一种方式是在产尘巷道中增设水幕，且之间距离以每隔20米为宜，装置保持一头（掘进头）安设三组效果最佳。据现场试验结果显示，降尘率达98.6%。
3.3 放炮喷雾
爆破是产生矿尘的主要环节之一，而且它能使落尘再度飞扬，污染空气。在放炮时采用喷雾洒水降尘，能收到较好的效果。
喷雾洒水是将压力水通过喷雾器在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散的水滴喷射到空气中。它的作用有：①在雾体作用范围内高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，在重力作用下下沉；②高速流动的雾体产生负压将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；③将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬；④增加煤的水分，降低煤尘爆炸性；⑤阻止爆炸火焰的传播。
3.4 装岩洒水、冲洗巷帮、转载点降尘
装岩洒水是在出渣前和出渣过程中人工洒水的一种方式，冲洗岩帮是防止巷道壁上的积尘遇风后和巷道冲击波作用下再次飞扬形成多次危害的一种措施。这两种措施的实施因为都需人工操作，根据笔者多次现场跟踪落实结果表明，生产紧张时大多没有正常坚持，这是粉尘治理的一个缺口，建议各级领导和部门加强对这一项工作的监督管理力度。
各转载点卸煤口也是造成粉尘泛滥的另一个源头。《煤矿安全规程》第一百五十条已明确规定：“矿井必须建立完善的防尘供水系统。没有防尘供水系统管路的采掘工作面不得生产。主要运输巷，采区回风巷以及各运输机转载机头、卸煤口必须敷设洒水装置”。
3.5个体防护
在实施上述防尘措施以后，仍有小部分的细微粉尘弥漫于空气中，因此加强个体防尘也是综合防尘的一个重要方面。
个体防尘的主要用具是防尘口罩，现目前广泛应用的有简易口罩和专用防尘口罩。根据各工作作业环境的差异选择不同的防尘口罩，并坚持正确使用，特别是采掘司机和锚喷工种的工人不能忽视个体防护的作用。
3.6防止煤尘爆炸的措施
预防煤尘爆炸和限制爆炸范围扩大的措施有：减尘与降尘、防止煤尘引燃、抑爆与隔爆等方面。
设法减少生产中煤尘发生量，从而减少井下空气中的煤尘含量是预防煤尘爆炸的根本性措施。上述已做详细分解，另外还必须根据其爆炸特性采取煤层注水、防止煤尘引燃，用机械或人工定期在巷道内撒布惰性岩粉来抑制煤尘爆炸。在矿井的两翼、相邻的采区和相邻的煤层安设岩粉棚或水棚来阻止爆炸后的传播及减少其危害等措施。
总之，煤矿粉尘危害的治理工作是一个漫长而复杂的过程。我们只要尊重科学，坚持以人为本、与时俱进、开拓创新、求真务实的精神，严格按《规程》、按行业标准，结合治理粉尘的“八字”方针、方法、标准和要求，加强技术革新、保证设施投入、强化管教结合，煤矿粉尘危害的治理工作就会呈现一个良好的局面。