煤矿粉尘监测及技术.ppt

煤矿粉尘监测及技术 第一节煤矿矿井空气及有害气体 一空气成分 二空气状态参数 一 空气压力二 空气密度 单位 g l kg m3三 空气湿度1绝对湿度2饱和湿度3相对湿度 用百分数表示四 空气温度热力学温度 t 单位 k摄氏温度 t 单位 t t 273 15 煤矿常见有害气体及其危害 据 煤矿安全规程 规定 一氧化碳 co 的浓度不得超过0 0024 二氧化氮 no2 浓度不得超过0 00025 二氧化硫 so2浓度不得超过0 0005 硫化氢 h2s 浓度不得超过0 00066 氨气 nh3 不得超过0 004 二氧化碳 co2 的浓度采掘工作面进风流中不得超过0 5 采掘工作面回风流中不得超过1 5 总回风巷中不得超过0 75 瓦斯 ch4甲烷 的浓度采掘工作面进风流中不得超过0 5 采掘工作面回风流中不得超过1 0 总回风巷中不得超过0 75 第二节粉尘及其危害 一粉尘的定义 粉尘是指能够较长时间悬浮在空气中的固体颗粒 悬浮粉尘是一种气溶胶 其分散媒是空气 分散相是固体粒子 飘尘是能够较长时间飘浮在空气中的固体微粒 浮游粉尘 固体粒子和空气组成一个分散体系 二 粉尘的分类 一 按粉尘的性质划分1 无机粉尘 它包括 矿物性粉尘 如石英 石棉 滑石 煤 石墨 岩石等 金属类无机粉尘 如铁 铝 锡 铜 铅 锌 锰 镇 稀土等 人工无机粉尘 如水泥 人造金刚石 陶瓷 玻璃 合金材料等 2 有机粉尘 它包括 动物性粉尘 如毛 羽 丝 骨质等 植物性粉尘 如棉 麻 谷物 枯草 蔗渣 木 茶 花粉 袍子等 人工有机性粉尘 如炸药 有机染料等粉尘 3 混合性粉尘 即上述各类粉尘混合存在 这类粉尘是生产环境中最为常见的 要判断混合性粉尘对人体的危害的大小 必须先查明其化学成分及所占的比重 取其危害程度大的 占比重大的粉尘为主要危害物 二 按粉尘粒子的大小及光学特性划分 按粉尘粒子的大小及光学特性 可将其分为可见粉尘 显微镜粉尘和超显微镜粉尘 1 可见粉尘它是指粒径大于10 m 肉眼可见的粉尘 在静止空气中呈加速沉降 不扩散 2 显微粉尘它是指粒径为0 25 10 m 用光学显微镜可见的粉尘 在静止空气中 呈等速降落 不易扩散 3 超显微粉尘它是指粒径小于0 25 m 在电镜下可见的粉尘 在静止空气中几乎不降落 很易扩散 三 按卫生学观点划分总粉尘呼吸性粉尘 粉尘的理化特性及卫生学意义 一 粉尘分散度粉尘分散度即粉尘的粒径分布 粉尘的粒径分布可用分组 按粉尘粒径大小分组 的质量百分数或数量百分数来表示 前者称为质量分散度 后者称为计数分散度 粉尘的分散度不同 对人体的危害以及除尘机理和采取的除尘方式也不同 因此 掌握粉尘的分散度是评价粉尘危害程度 评价除尘器性能和选择除尘器的基本条件 由于质量分散度更能反映粉尘的粒径分布对人体和除尘器性能的影响 所以在防尘技术中多采用质量分散度 国内已生产出多种测定粉尘质量分散度的仪器 有不少单位已在使用 二 粉尘的悬浮性 浮游粉尘在空气中飘浮时间的长短与粉尘的粒径大小有直接关系 粒径5um的粉尘沉降到地面 一般需要3h 粒径1um的粉尘需要10h 粒径0 1um以下的粉尘 可长时间漂浮在空气中而不沉降 三 粉尘吸附性 粉尘之间或粉尘与固体表面 如器壁 管壁等 之间的吸附性质称为粉尘吸附性 粉尘吸附性和粉尘的表面积密切相关 粉尘越细被粉碎后的表面积就越大 粉尘就越难降落 四 粉尘湿润性 粉尘粒子被水 或其它液体 湿润的难易程度称为粉尘湿润性 有的粉尘 如锅炉飞灰 石英砂等 容易被水湿润 与水接触后会发生凝并 增重 有利于粉尘从气流中分离 这种粉尘称为亲水性粉尘 有的粉尘 如炭黑 石墨等 很难被水湿润 这种粉尘称为疏水性粉尘 粉尘的湿润性是选择除尘器的主要依据之一 例如 用湿式除尘器处理疏水性粉尘 除尘效率不高 如果在水中加入某些湿润剂 可减少固液之间的表面张力 提高粉尘的湿润性 从而达到提高除尘效率的目的 五 粉尘荷电性 粉尘在其生产和运动过程中 由于相互碰撞 磨擦 放射线照射 电晕放电及接触带电体等原因而带有一定电荷的性质 称为粉尘荷电性 粉尘荷电后其某些物理性质会发生变化 如凝聚性 附着性及其在气体中的稳定性等 同时对人体的危害也将增强 粉尘的荷电量随温度的升高 比表面积的加大及含水率的减小而增大 此外 荷电量还与粉尘的化学成份等有关 电除尘器就是利用粉尘能荷电的特性进行工作的 边长为lcm的粉尘立方体所具有的电阻值称为粉尘比电阻 其单位为 cm 粉尘比电阻对电除尘器的工作有很大影响 最有利的电捕集范围为104一5 1010 cm 六 粉尘的化学成分 游离二氧化硅高于10 的粉尘又称矽尘 游离二氧化硅低于10 的粉尘称非矽尘 粉尘中含游离二氧化硅的量越大 则引起病变越严重 病变发展速度越快 长期在游离二氧化硅粉尘含量较高的地方作业 如采矿 翻砂 喷砂 制陶瓷 制耐火材料等场所工作的人易患矽肺病 七 煤尘爆炸特性 煤尘爆炸的三个条件 1 煤尘具有爆炸性2 煤尘达到爆炸浓度煤尘爆炸的下限浓度为30 335g m3 上限浓度为1000 2000g m3 其中爆炸力最强的浓度为300 400g m3 3 引燃温度 火源 煤尘爆炸的引爆温度一般为650 990 火焰 火花 放电 碰撞 磨擦等作业 粉尘的来源及影响因素 1 地质构造情况2 煤层的物理性质3 煤层的赋存条件4 采煤方法5 采掘机械化程度6 通风状况 煤矿生产的粉尘来源 1 机械振动产生粉尘 由于生产设备 设施的振动 使机械设备内 外产生压力差 从而造成粉尘飞扬现象 比如说鄂式破碎机进料口和卸料口飞扬现象 2 生产设备 设施高 低速旋转产生粉尘 生产设备 设施的高 低旋转部件带动周围空气运动 形成旋转气流 造成粉尘飞扬现象 3 物料输送过程产生粉尘 输送过程中 物料借助自身的重力 由上而下坠落 造成的粉尘现象 煤尘的危害 煤尘爆炸 可放出大量热能 爆炸火焰温度可高达2000 爆炸压力可高达1 9mpa 煤尘爆炸时 冲击波传播的速度大于火焰传播速度 国内外实测的火焰传播速度为610 1800m s 而爆炸冲击波最高可达2000m s以上 煤尘爆炸气体中含有大量的一氧化碳和二氧化碳 爆炸区空气中一氧化碳含量可高达8 降低能见度设备磨损危害人体健康 第三节生产性粉尘的控制 一 工程防尘措施 一 掘进防尘1 打眼 放炮作业的防尘打眼放炮时能产生大量粉尘 粉尘浓度最高可达600mg m3以上 国内外一般采用湿式打眼 水炮泥 放炮后喷雾洒水 水幕净化 湿式除尘器 风水喷射器及环形洒水措施 来净化打眼 放炮时产生的炮烟和粉尘 2 掘进机作业时的防尘悬臂式掘进机在巷道作业时 一般采用开式除尘系统 主要的防尘措施有 短壁快速注水 掘进机内外喷雾洒水 风水喷射器除尘 将除尘器安装在掘进机上进行除尘等措施 当工作面需要处理污染风量较少时 将除尘器安置在掘进机上的方式较多 采用这些方式 可使工作面粉尘浓度降低90 左右 3 锚喷支护作业的防尘在锚喷支护作业中 可产生大量粉尘 有的高达600mg m3以上 目前 主要是通过改进锚喷工艺来消除粉尘的产生 如采用湿式打眼 湿喷机喷射 湿式除尘器等措施 来降低锚喷支护作业时的粉尘浓度 都收到较好的降尘效果 二 采煤防尘 1 回采工作面的防尘 1 煤层注水 长钻孔注水 浅钻孔注水 中深钻孔注水 2 对采煤机的截割结构选择合理的结构参数及工作参数 调整采煤机的牵引速度 滚筒转速与截割深度 找出三者之间的最佳匹配值 可明显控制割煤时煤尘的产尘量 3 在采煤机上设置合理的喷雾系统 滚筒采煤机一般均安置内 外喷雾 即从安装在滚筒上的喷嘴喷出水雾和从安装在截割部的固定箱 摇臂或挡板上的喷嘴喷出水雾进行降尘 喷嘴的布置方式及数量 喷嘴的选型 合理的喷嘴参数 这些与降尘效果的关系都极为密切 国外对采煤机的喷嘴系统和降尘效果极为重视 严格按照喷雾参数的要求供水 因而降尘效果普遍较好 4 对自移式液压支架设置合理的喷雾系统 目前有些煤矿采用在控顶区内安设喷嘴的方法 降低移架时产生的高粉尘浓度 降架时利用喷雾自动控制系统进行降尘 2 高效除尘技术 一 高压荷电喷雾降尘系统二 负压二次降尘技术三 高压喷雾引射降尘系统四 采煤机尘源智能跟踪降尘系统 采煤机尘源智能跟踪降尘系统 采煤机尘源智能跟踪降尘系统 是根据采煤工作面采煤机的采煤工艺特点开发的智能化采煤机高效自动喷雾降尘系统 系统主要有红外发送 接收器 控制箱 高压水泵 水箱和喷雾装置等构成 发射器置于采煤机上 当采煤机开始割煤时 系统根据发射器的信号判定采煤机的移动位置 即尘源的位置 来控制采煤机前 后滚筒及下风流处的的电磁阀打开进行高压水雾进行降尘 从而实现采煤工作面的高效喷雾降尘 3 炮采工作面的防尘 炮采工作面的防尘必须采用湿润煤体 湿式打眼 水泡泥 冲洗煤壁 洒水喷雾及采用最佳排尘风速等综合措施 降低作业面的粉尘浓度 4 其他产尘点的防尘 一般安装自动喷雾洒水装置 利用湿润管湿润溜煤眼中的煤炭 或者使用密闭罩 半密闭罩将尘源密封起来 从下部将含尘空气抽至除尘器中净化 自动喷雾洒水装置构成 一般由控制箱 传感器 电磁阀 电动球阀 和水路系统组成 根据所配置的传感器不同可分为 声控自动喷雾洒水装置光控自动喷雾洒水装置触控自动喷雾洒水装置定时自动喷雾洒水装置遥控自动喷雾洒水装置超限自动喷雾洒水装置 zpa 100s型粉尘浓度超限洒水降尘装置 二通风排尘 通风排尘措施是采用最佳排尘风速和合理的通风技术把悬浮于风流中的粉尘排出作业场所 或增大风量使作业场所的粉尘浓度得稀释而降低的措施 最佳风速随煤的水分增加而升高 一般在干燥巷道为1 2 2m s之间 潮湿巷道为2 2 5m s之间 采用下行通风可以有效地降低回采工作面的粉尘浓度 三 个体防尘措施 个体防尘措施是利用个人防尘用具把呼吸空气中的粉尘过滤下来 使工人吸入净化了的空气 或者采取由作业场所外部输送的清洁压风方式供工人呼吸 例如配带防尘口罩 防尘面罩 防尘帽或压风呼吸器等 第四节粉尘浓度测定仪器 呼吸性粉尘的分离曲线bmrc曲线 b曲线 空气动力学直径7 07 m以下 5 m尘粒的沉积效率为50 的粉尘 acgih曲线 a曲线 空气动力学直径10 m以下 3 5 m尘粒的沉积效率为50 的粉尘 空气动力学直径2 0 m以下 沉积效率为90 的粉尘 粉尘浓度测定仪器 目前世界各国使用的测尘仪表主要有3类 粉尘采样器和个体粉尘采样器 快速测尘仪及粉尘浓度传感器 粉尘采样器由于测量的准确度高 在很多国家定为标准粉尘浓度测定仪器 但由于用它测尘需要称重 烘干 采样 再烘干 再称重及计算等一系列繁琐的过程 因此存在不能及时反映现场环境的粉尘污染状况的缺点 粉尘采样器 粉尘采样器主要由采样头 滤膜夹及滤膜 流量计 稳流箱体 抽气泵 微电机 控制电路等构成 采样头分全尘采样头和呼吸性粉尘采样头 其中呼吸性粉尘采样头的结构形式主要有三种 水平淘析式 旋风分离式 撞击式 1 粉尘分离装置 2 滤膜夹及滤膜 3 采样头 4 转子流量计 5 稳流箱体 6 薄膜泵 7 微电机 8 控制电路 个体粉尘采样器 配备呼吸性粉尘采样头 一般适用于工班个体粉尘浓度测定 具有采样流量小 体积小和质量轻的特点 快速测尘仪采用的测量方法 光电测尘仪 光吸收原理光散射测尘仪 光散射原理 射线测尘仪当使用低能 射线时 其质量吸收系数为只与介质的质量有关 其衰减规律可用特定方程式来表达 压电天平测尘仪 压电石英晶体振荡频率 直读式快速测尘仪应用于我国煤矿井下监测作业场所的粉尘浓度始于20世纪80年代 这种仪器的优点是快速 直读 能及时反映出作业场所的粉尘污染状况 并且能储存测量数据 使测尘人员的劳动强度大大降低 缺点光学测尘仪影响测尘的因素多 测量误差大 因此 我国在在20世纪90年代就采用 射线的吸收原理 开发研制了直读式粉尘浓度测量仪这些测尘仪的测量误差都小于10 取代了采样器的部分应用领域 粉尘浓度传感器 粉尘浓度传感器是最近开始使用的测尘技术 它利用光散射原理直接检测空气中浮游粉尘的质量浓度 通过数码管现场显示并转换成频率信号输出 可供煤矿安全监测系统或其他测控系统使用 优点是连续测量 1 隔板2 螺盖3 橡胶垫4 光源架5 光源6 橡胶垫7 o型圈8 螺钉9 橡胶垫10 螺钉11 密封盖12 橡胶垫13 光电倍增管14 盖子15 o型圈16 螺钉17 暗室18 进气盖19 o型圈20 进气口座21 进气口22 o型圈23 o型圈24 分离器25 o型圈26 风机27 外壳 第五节工作场所粉尘浓度测定 一 粉尘浓度测定的目的1 了解和评价工作场所粉尘污染水平 为煤矿制定防尘措施及评价防尘措施的效果提供依据 2 粉尘监测的结果可以用于研究接尘工人接触粉尘的计量和工人健康的关系 为煤矿尘肺病防治 制定和修订国家粉尘卫生标准提供参考依据 3 粉尘监测和粉尘监测资料是各级煤矿安全监察机构及其他管理部门监察 监督煤矿职业病危害防治工作及贯彻实施国家有关安全卫生法律法规和执行国家粉尘浓度标准的重要依据 煤矿作业场所职业危害防治规定 试行 国家安全监管总局国家煤矿安监局关于印发煤矿作业场所职业危害防治规定 试行 的通知安监总煤调 2010 121号本规定自2010年9月1日起施行 粉尘监测采样点的选择和布置 煤矿作业场所粉尘接触浓度管理限值 粉尘监测人员及设备配备要求 呼吸性粉尘浓度监测周期 ccz 1000型直读式粉尘浓度测量仪 ccz 1000型直读式粉尘浓度测量仪是用于煤矿或其它粉尘作业环境测定总粉尘或呼吸性粉尘浓度并能直接读数的便携式粉尘浓度测定仪 该仪器以 射线吸收法为原理 其冲击式呼吸性粉尘分离装置的分离效能符合 bmrc 国际标准呼吸性粉尘分离效能曲线的要求 该仪器具有稳定性好 测量准确度高 测量精度不受粉尘性质影响 操作简单等优点 缺点粉尘浓度低时测量精度低 为工矿企业和其他需测量环境粉尘场所提供快捷 可靠的粉尘浓度测量手段 1 提手2 外壳3 流量计4 检测装置5 弯头6 连接管7 抽气泵8 电池9 电池盒10 采样头座11 采样头12 滤膜夹13 电源模块14 横隔板 ccz 1000型直读式粉尘浓度测量仪 粉尘浓度测量范围 0 1000mg m3采样流量 15l min 采样流量误差 2 5 采样流量稳定性 5 准确度 10 1 滤膜夹的使用 用剪刀将滤膜剪成28 22 大小用镊子放入滤膜夹并遮住圆孔 夹好滤膜 应保证滤膜不露出滤膜夹边缘 并必须保证滤膜的平展 将滤膜夹插入检测装置中检测采样前的滤膜质量 测定i1值后 将滤膜夹抽出插入采样装置中准备进行采样 注 滤膜的平展度是保证测尘准确度的重要因素之一 安放滤膜时一定要确保滤膜的平展度良好 2 总粉尘浓度的测量 使用器材总粉尘采样头 28 22 滤膜 滤膜夹 不锈钢镊子 强力剪刀总粉尘浓度采样头结构示意图先将滤膜夹插入到检测装置测量i1值 然后将滤膜夹从采样装置中抽出插入采样座中 拧紧总粉尘浓度采样头 开始采样 采样时间根据现场粉尘浓度大小设置 采样完成后 松开采样头将滤膜夹从采样座中抽出插入到检测装置内 测量i2值进行测量 测量后仪器计算出粉尘浓度值并保存到仪器中 1 进气段2 玻璃片3 导流段 2 呼吸性粉尘的测量测量呼吸性粉尘时需在仪器前端接上冲击式粉尘分离器 冲击式粉尘分离头如图4所示 使用器材1 冲击式粉尘分离装置 2 玻璃冲击板 20 无色玻璃板 3 28 22 滤膜 4 硅油 7501型真空硅脂 5 滤膜夹 6 不锈钢镊子 ccz 1000型粉尘浓度测量的粉尘测量步骤 1 滤膜准备2 将滤膜夹插入检测装置内测空白滤膜的i1值 3 将滤膜夹夹入采样头进行采样 4 将滤膜夹插入检测装置内测含尘滤膜的i2值 5 存储所测的的粉尘浓度 保养与维修 严格按使用说明书操作ccz1000型直读式粉尘浓度测量仪 用完后保持测尘仪清洁 冲击头上用过的玻璃片要冲洗干净 准备下次再用 在本仪器停止使用或存放时 请从检测装置中取出滤膜夹单独存放 以免在仪器内碰撞变形而影响使用 仪器在第一次开机使用时 应首先开机预热200s 在开机预热前将空白滤膜插入检测装置 ccz1000型直读式粉尘浓度测量仪内部安装的低能 射线源 活度很低 对人体和环境无任何伤害 但是 用户不得自行维护 调整和处理封装在仪器内的 射线源 仪器使用过程中出现故障 应及时返回地面 送仪器专修人员进行检修 以保证仪器正常工作 仪器使用结束后应妥善保管 连续两个月不用 应进行充电一次 第六节粉尘游离二氧化硅含量和分散度测定 测定游离二氧化硅的意义尘肺病是危害煤矿职工身体健康最严重的一种职业病 它的发生及严重程度 取决于空气中粉尘的含量和粉尘中二氧化硅的含量及与人接触的时间等 游离二氧化硅含量高的粉尘比含量低的危害大 含游离二氧化硅的粉尘比不含游离二氧化硅的危害大 如游离二氧化硅含量越高的粉尘 其致纤维作用越强 游离二氧化硅定量分析的方法 焦磷