《矿尘及其危害》PPT课件.ppt

矿山防尘技术,吴玉国,课程简介,矿山防尘技术是讲授矿尘性质及其危害，煤尘爆炸机理及预防，综合防尘技术原理及防尘设计方法的一门专业课，是安全工程专业的一门必修课程。 本课程不仅为学生提供矿尘防治的专业知识，而且对于学生从事矿井一通三防工作及矿井灾害事故处理奠定坚实的理论基础。,主要内容,第一章 矿尘及其危害 3学时 第二章 综合防尘技术 3学时 第三章 煤体注水防尘 4学时 第四章 掘进工作面防尘 5学时 第五章 采煤工作面防尘 3学时 第六章 转载运输系统综合防尘 2学时 第七章 矿井防尘供水系统 3学时 第八章 预防和隔绝煤尘爆炸 3学时 第九章 矿尘检测 3学时 第十章 煤矿防尘管理 1学时,第一章 矿尘及其危害,一、矿井粉尘,粉尘：指能够较长时间呈悬浮状态存在于空气中的固体微小颗粒。 生产性粉尘：在生产过程中产生并形成的，能够较长时间呈悬浮状态存在于空气中的固体微粒。 矿尘：指在采矿过程中所产生的细小矿物颗粒。它是煤矿在建设和生产过程中所产生的煤尘、岩尘和其他有毒有害粉尘的总称。 煤尘：一般指粒径在0.751mm以下的煤炭微粒。 岩尘：一般指粒径在1045m以下的岩粉尘粒。,第一节 矿尘的产生及分类,二、矿尘的产生工序,各类钻眼作业，如风钻或煤电钻打眼，打锚杆眼、注水孔等； 炸药爆破； 采煤机割煤、装煤和掘进机掘进； 采场支护、顶板冒落或冲击地压； 各类巷道支护，特别是锚喷支护； 各种方式的装载、运输、转载、卸载和提升； 通风安全设施的构筑等。,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,三、矿尘生成量影响因素,地质构造及煤层赋存条件 煤岩的物理性质 环境的温度和湿度 采煤方法 产尘点的通风状况 采掘机械化程度和生产强度,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,四、矿尘尘源分布,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（1）,1、按矿尘粒径分,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,2、按矿尘成因分,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（2）,3、按矿尘存在状态分,浮尘和落尘在一定条件下可互相转化！,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（3）,4、按尘粒组成范围分,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（4）,5、按矿尘中游离SiO2含量分,矿山粉尘浓度标准以矿尘中的SiO2含量多少为依据。,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（5）,作业场所空气中粉尘浓度标准,煤矿安全规程（2007）第739条,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,五、矿尘分类（6）,6、按矿尘有无爆炸性分,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,六、含尘量的计量指标,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,七、矿尘的危害,1、污染工作场所，危害人体健康，引起尘肺病； 2、某些矿尘在一定条件下可以爆炸； 3、加速机械磨损，减少精密仪表的使用时间； 4、降低工作场所的能见度，增加工伤事故的发生。,第一章 矿尘及其危害,第一节 矿尘的产生及分类,性质1：矿尘中游离SiO2含量,矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。 性质2：矿尘的密度和比重,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,性质3：矿尘粒度和比表面积,性质4：矿尘分散度 1、矿尘分散度指矿尘整体组成中各种粒级尘粒所占的百分比，表征矿岩被粉碎的程度。,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,性质4：矿尘分散度,2、分散度的表示方法,3、尘粒粒级,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,性质4：矿尘分散度,4、矿尘分散度的重要意义 矿尘的分散度直接影响着它的比表面积的大小，矿尘分散度越高，其比表面积越大，矿尘的溶解性、化学活性和吸附能力等也愈强。 矿尘分散度对尘粒的沉降速度有显著的影响。矿尘在空气中的沉降速度主要取决于它的分散度、密度及空气的密度和粘度。 矿尘分散度对尘粒在呼吸道中的阻留有直接影响 。 综上所述，矿尘的分散度愈高，危害性愈大，而且愈难捕获。,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,性质5：矿尘的湿润性,指矿尘与液体的亲和能力。分为亲水性和疏水性矿尘。 性质6：矿尘的荷电性 悬浮于空气中的尘粒，因空气的电离作用和尘粒之间或尘粒与其他物体碰撞、摩擦、吸附而带有电荷，设计和使用除尘器有重要意义。 性质7：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。在测尘技术中，常利用矿尘的光学特性来测定它的浓度和分散度。,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,性质8：矿尘的燃烧性和爆炸性,矿尘爆炸时产生高温、高压，生成大量的有毒有害气体，对矿井安全生产威胁极大。 一般认为，含硫大于10的硫化矿尘即有爆炸性，发生爆炸的粉尘浓度范围为2501500g/m3，引燃温度为435 450。,第一章 矿尘及其危害,第二节 矿尘性质,1906年，法国吉利耶尔煤矿发生煤尘爆炸死亡1099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。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。 1907年，美国孟诺加煤矿发生煤尘爆炸，死亡362人，占入井人数的97%。 1910年，英国黑里顿煤矿煤矿发生煤尘爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。,一、历年发生的重大煤尘爆炸事故,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,19131933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。 1942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1549人，伤残246人，死亡者中多为CO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，日本侵略者将矿井封闭。 1962年，山西大同老白硐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629人。 1963年，日本三池煤矿发生煤尘爆炸，死亡458人，伤832人，死亡者多为CO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。 2005年，七台河东风煤矿主要提煤皮带斜井发生煤尘爆炸，死亡171人。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,一、历年发生的重大煤尘爆炸事故,二、煤尘爆炸的机理,一是煤尘悬浮在空气中，因颗粒小与氧气接触面积增大，加强了煤的氧化速度和强度；二是煤尘受热后可产生大量的可燃气体，如1kg 的焦煤（挥发分在20%-26%）受热后可产生290-350L的可燃气体。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,第一阶段，煤尘在热源的作用下氧化释放大量可燃气体；第二阶段，可燃气体和空气混合后促使强烈氧化燃烧；第三阶段，热分子传导和火焰辐射在介质中迅速传播，使附近煤尘扬起，受热燃烧，之后，燃烧产物迅速膨胀而形成火焰，前面的压缩波、冲击波使火焰前方气体压力增高，引起火焰自动加速，继续循环下去，因煤尘的存在可持续发生剧烈的化学反应，使火焰跳跃或发生爆炸。,三、煤尘爆炸过程,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,煤尘爆炸可呈现“三高一多”的特点，即高温、高速、高压，产生大量一氧化碳。具体是： 高温：煤尘爆炸按理论计算，温度高达2300-2500。日本实验测得为1600-1900。 高速：用化学方法计算爆炸波速度高达1120m/s。实验室测得为1100-1800 m/s ，按理论计算最大速度为 2340 m/s。,四、煤尘爆炸特征,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,高压：理论压力为7.5kg/cm2，距爆源越远压力越大。据美国乔治拉伊斯的巷道实验结果是：在有大量煤尘沉积的巷道内发生煤尘爆炸后，距爆源越远爆炸压力越大。距爆源106米时压力为4.43kg/ cm2，距228米时压力为8.37kg/cm2。因此煤尘爆炸呈离爆源越远破坏越严重的特点。国外实验测得爆炸压力高达19kg/cm2，甚至将抗压强度为40 kg/ cm2钢板巷道爆坏，并把钢板抛出150米，表现出遇巷道中障碍物拐弯处爆炸压力有很大的增高。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,四、煤尘爆炸特征（1）,煤尘爆炸可产生大量CO。CO含量为23% 。 煤尘爆炸时，结焦煤尘（气煤、肥煤）部分可焦化成煤炭皮渣与粘块，粘附在支架和巷道壁上，这一点是区别瓦斯爆炸还是煤尘爆炸的重要标志。根据皮渣和粘块粘在支柱的位置，还可判断煤尘爆炸的强度。皮渣和粘块粘在支柱两侧，表明是火焰传播速度较慢，为弱爆炸；皮渣和粘块粘在支柱进风侧并较密时，表明为中等强度爆炸；皮渣与粘块粘在支柱背风侧或逆风侧，有火烤痕迹时，则表明为强爆炸。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,四、煤尘爆炸特征（2）,五、煤尘爆炸危害,1、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。 2、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；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，造成作业人员伤亡。 3、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。 4、煤尘爆炸产生的CO随风流进入全矿井的所有地点，致使井下作业人员CO 中毒死亡。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,六、煤尘爆炸条件（1）,1、煤尘本身具有爆炸性 其爆炸性是经技术鉴定和实验测出的：一是在煤尘瓦斯爆炸实验巷道，进行模拟实验测得。二是在实验室用大管状煤尘爆炸鉴定仪试验得出。三是通过分析煤的挥发分得出。当挥发分（V指）10%时，有爆炸性。（V指28%为强烈爆炸性）,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,2、煤尘在空气中的浓度。 煤尘是指煤的颗粒直径在1mm以下的粉煤。煤尘参与爆炸的主体是直径在0.075mm的煤尘。由于实验煤样和实验条件的不同，测得爆炸浓度的下限和上限浓度也不同。我国下限浓度为45g/m3，前苏联为30-50g/ m3，波兰为30 g/ m3，德国为28 g/ m3，美国32 g/ m3，英国50 g/ m3，法国23 g/ m3，日本48g/ m3。爆炸上限为最强的浓度为300-400 g/ m3。国外测得的煤尘爆炸上限浓度目前为1000-2000g/ m3，这在煤矿生产环节中是不常有的。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,六、煤尘爆炸条件（1）,3、煤尘爆炸的点燃热源。 经实验，煤尘点燃浓度为650-990，但由于煤的可燃挥发分和试验的条件不同而不同，煤尘点燃温度有时低于650的，有时高于1000。前苏联测得的最高点燃温度达937-1150。在煤矿井下能点燃煤尘的热源有：放炮火焰（这是大量存在的）、电气设备产生的火花、电缆接头不良或电缆损坏产生的短路或撞击产生电弧、斜井跑车产生的摩擦火花、皮带堵转产生摩擦皮带着火、矿井内外因火灾、瓦斯燃烧或爆炸以及炸药爆炸等。,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,六、煤尘爆炸条件（3）,七、煤尘与瓦斯爆炸的差别,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,1、煤的挥发分 2、煤的灰分和水分 3、煤尘的粒度 4、空气中的瓦斯浓度 5、空气中的氧含量 6、引爆热源,八、影响煤尘爆炸的因素,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,煤矿安全规程规定，新矿井的地质精查报告中，必须有所有煤层的煤尘爆炸性鉴定材料，生产矿井每延深一个新水平，应进行一次煤尘爆炸性试验工作。 煤尘爆炸性的鉴定方法有两种：一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；另一种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，方法简便，目前多采用这种方法。,九、煤尘爆炸性鉴定,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,第一章 矿尘及其危害,第三节 煤尘爆炸,九、煤尘爆炸性鉴定,尘肺病：指工人长期大量吸入作业环境中悬浮粉尘而引起的肺部组织纤维性病变的总称。 据我国某矿务局统计，尘肺病的死亡人数为工伤事故死亡人数的6倍。联邦德国煤矿死于尘肺病的人数比工伤事故死亡人数多10倍。,一、尘肺病,第一章 矿尘及其危害,第四节 尘肺病,二、尘肺病的分类,发病率：尘肺病患者占接尘人员的百分数。,第一章 矿尘及其危害,第四节 尘肺病,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使大于10m的尘粒首先沉降在其内。经过鼻腔和气管粘膜分泌特粘结后形成痰排出体外。 2、在上呼吸道的较大支气管内，能过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使510m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。因此，真正进入下呼吸道的粉尘，其粒度均小于5m。 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，使部分25m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。 4、粒度2m左右的粉尘进入呼吸性支气管和肺后，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，残留在肺内的粉尘仅占总吸人量的l一2以下。,三、尘肺病的发病机理,第一章 矿尘及其危害,第四节 尘肺病,四、尘肺病症状,第一章 矿尘及其危害,第四节 尘肺病,五、尘肺病的发病因素,1、矿尘的成分 2、矿尘粒度及分散度 3、矿尘浓度和接尘