矿尘(1)课件可编辑

矿尘(1)2024/7/1矿尘(1)主要参考书叶钟元，矿尘防治，中矿大，1991穆智宏，煤矿防尘与粉尘检测，黄河版，1992赵书田，煤矿粉尘防治技术，煤炭版，1987金龙哲，矿井粉尘防治，煤炭版，1993矿尘(1)第1章煤矿粉尘性质与危害

§1.1概述

矿尘----矿物开采和加工过程中产生的微细固体集合体。矿尘分为：（1）煤尘：粒径＜0.75mm的煤岩颗粒。（2）岩尘：粒径＜10~45μm的岩粉颗粒。矿尘的存在状态：（1）浮游粉尘（浮尘）：粉尘产生后，在尘源附近受风流扰动作用能长时间悬浮在风流中呈浮游状态的粉尘。矿尘(1)

（2）沉积粉尘（落尘）：粉尘产生后，立即沉落or缓慢沉落到巷道周边设备和物料上的这部分粉尘。患病状况严重每年死亡2000-3000人，一个中型矿井的全部职工数，煤炭尘肺病患者是全国尘肺患者的近一半（50%）平均患病率6%，部分矿16%。比西方国家高5%。成绩50年代，40患病，42岁死亡80年代，50患病，80岁死亡病例分布（1）地质开采方法落后、设备陈旧的矿、发病率高。（2）地方矿高，国有矿6.3%，县以上地方矿8.1%（3）患病人数前五名：山西、河南、四川、辽宁、陕西（4）患病率前五名：青海、北京、福建、湖北、陕西（5）工种：掘进工占病人数50%矿尘(1)§1.2矿尘的基本概念

1、粒度：矿尘的颗粒大小，以其平均横断面直径量度。分级：

（1）超微粉尘（＜0.25μm）:用超倍显微镜才能观察，可长时间悬浮于空气中，并随空气分子作布朗运动。（2）微尘（0.25~10μm）：用普通显微镜可以观察，在静止空气中，呈等速下降。（3）细尘（10~40μm）：在明亮的光线条件下，可以观察，在静止空气中，呈加速下降。（4）粗尘（＞40μm）：极易沉降。矿尘(1)2、矿尘分散度：各种粒度的尘粒在矿尘总量中所占的百分比。

表示方法：（1）重量百分比：各粒级尘粒的重量占总重量的百分比称为重量分散度；（2）数量百分比：各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比称为数量分散度。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4级：小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm。

矿尘(1)矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标。矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。3、比成尘量：进入大气中的矿尘质量与被破碎裂or运载的煤岩质量（或体积）之比，mg/t，mg/m3。4、成尘强度：生产过程中，单位时间内生产的矿尘质量，mg/min。矿尘(1)5、全尘：矿井正常生产条件下，弥漫于产尘作业场所，并对工人身体健康和安全生产造成危害的哪部分粉尘。对于煤尘，常指粒径为1mm以下的尘粒。6、矿尘浓度----单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度。表示方法有两种：(1)质量法。每立方米空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3。(2)计数法。每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/ｃm3。我国规定采用质量法来计量矿尘浓度。矿尘(1)7、呼吸性粉尘：指粒径小于5μm,可以进入人体呼吸系统和肺部并会导致尘肺的哪部分细微粉尘。8、爆炸性粉尘：悬浮于空气中的粉尘云，达到一定浓度并遇有引爆火源的条件下，本身能发生爆炸的粉尘。9、煤尘爆炸指数：衡量煤尘爆炸危险性的指标。式中Vr----挥发份含量；C----固定碳含量。一般地，小于10%无爆炸危险性，无烟煤无爆炸危险性。我国98%的矿井有煤尘爆炸危险性。10、惰性粉尘：能够减弱or阻止爆炸性粉尘爆炸，或隔绝煤炸火焰扩散的矿物粉尘。矿尘(1)§1.3矿尘的物理化学性质

一、粉尘游离SiO2含量从工业卫生角度，各种粉尘对人体都有危害，粉尘的化学组成及其在空气中的浓度，直接决定对人体的危害程度。

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。煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量通常多在20%～50%，煤尘中的含量一般不超过5%。矿尘(1)二、粉尘的凝聚与附着

凝聚：尘粒之间互相结合形成一个新的大尘粒的现象。

附着：尘粒和其物质结合的现象。粉尘的凝聚与附着是由于分子间的引力作用而产生的。三、粉尘的电性

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，可能是正电荷，也可是负电荷。粉尘的电性（+，-）主要取决于煤的变质程度、灰分及破碎方式。当粉尘温度为1~4%，固定碳为60~80%,粒度小于50μm时，粉尘电容满足：矿尘(1)四、粉尘的磁性----比磁化率决定于粉尘的磁铁矿含量，含量愈高，粉尘磁性愈强。抗磁物质具有负的比磁化率，其值为：10-6m3/kg;顺磁物质具有正的比磁化率，其值为：104~106m3/kg。比磁化率与煤尘粒径的关系：式中X----比磁化率；d----粒径。矿尘(1)五、粉尘的湿润性

粉尘的湿润：液体将尘粒表面气体挤出并在其表面铺展的过程。粉尘的湿润影响因素：（1）液体分子对固体表面作用力的大小；（2）液体的力学性质----表面张力，表面张力愈小的液体对粉尘愈容易湿润。1、粉尘的湿润过程液气尘θσ液气σ尘液σ尘气矿尘(1)θ----湿润边界角。即水尘接触点的切线与尘粒表面夹角。若忽略重力和水的浮力，三者之间的平衡有：θσ液气σ尘液σ尘气尘液空气矿尘(1)2、衡量粉尘湿润性的标准（a）湿润角的大小Ⅰ）当θ≤60°时，为亲水性粉尘，如：石英、方解石Ⅱ）当60°＜θ≤85°时，湿润性差的粉尘，如：滑石粉Ⅲ）当θ＞90°时，为憎水性粉尘，如：碳墨（b）湿润速度（U20）液体对试管中粉尘的湿润高度，通常取湿润时间为20min，测得此时的湿润高度L20（mm），则：矿尘(1)依据U20分为：（1）绝对憎水性粉尘，U20＜0.5。如：石腊、沥青。（2）憎水性粉尘，U20=0.5~2.5，如：石墨、煤尘。（3）中等亲水性粉尘，U20=2.5~8.0，如：石英。（4）强亲水性粉尘，U20＞8.0，锅炉灰。（C）湿润功（W）W愈小，愈容易湿润。3、意义粉尘的湿润性是选用除尘设备和除尘方法的主要依据之一。矿尘(1)§1.4矿尘的危害

矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面：(1)污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。(2)某些矿尘（如煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸。(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命。(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。矿尘(1)§1.5矿尘程度产生量的影响因素一、采掘机械化随着机械化程度的提高，粉尘产生量和产尘强度急剧上升。在地质和通风条件相同时，炮采工作面干放炮，粉尘浓度：300~500mg/m3;机采工作面干割煤，粉尘浓度：1000~3000mg/m3;综采工作面干割煤，粉尘浓度：4000~8000mg/m3。采用喷雾洒水和煤层注水后，炮采工作面，粉尘浓度：40~80mg/m3;机采工作面，粉尘浓度：100mg/m3;综采工作面，粉尘浓度：20~120mg/m3。矿尘(1)二、地质构造及煤层赋存条件地质构造复杂、断层褶曲发育，并且受地质构造破坏强烈的地区，开采时粉尘产生量大，反之，较小。另外，火成岩侵入区，煤体变酥，影响粉尘的产生。三、煤岩的物理性质节理发育且脆性大的煤易碎，结构疏松而干燥坚硬的煤岩，在相同截割条件下的产尘量既细，量大。四、环境温度和湿度煤岩内水份低，环境相对湿度低时，由作业产生的粉尘相对增大。反之，增大。矿尘(1)双鸭山矿务局七星矿资料：

由此来看，当风流中相对湿度由74%增加到100%时，粉尘浓度由530mg/m3下降到20mg/m3，在相同截割条件下，相对湿度提高26%，粉尘浓度下降96.2%。矿尘(1)五、产尘点通风状况当作业地点实现了分区通风，风量充足、风速适宜时，粉尘浓度偏低；采用串联通风时，含尘空气窜入工作面或风量不足、风速偏低时，粉尘浓度会偏高。回采面风速1.2~1.6m/s时，浮尘最小；掘进工作面0.25~0.63m/s时，浮尘最小。六、采煤方法和割煤参数如：急倾斜煤层倒台阶采煤法比水平分层采煤法产尘量大，全部冒落法采煤比填法采煤产尘量大。采深、截割速度、牵引速度、截齿排列等有关。矿尘(1)第2章尘肺病及其预防

§2.1概述

尘肺：在生产中长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。1、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：尘肺硅肺病(矽肺病)煤硅肺病(煤矽肺)煤肺病矿尘(1)(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游离SiO2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。占20~30%

(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同时吸入煤尘和含游离ＳiＯ2的岩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。占70~80%煤肺病。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。占5~10%其中，矽肺危害最大，其发病期短，发病率高。矿尘(1)§2.2尘肺病的发病机理

尘肺病的发病机理至今尚未完全研究清楚。关于尘肺病的形成的论点和学说有多种。

粉尘在呼吸系统经历以下四个过程：(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10μm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。矿尘(1)

(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，使5～10μm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。(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2～5μm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)粒度为2μm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，残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1%～2％以下。矿尘(1)尘肺的发病机理，大体上是由于煤（岩）尘过量在肺内各部分的聚集和堆积，开成煤尘的病灶，随着时间进展，网状纤维组织增生，并可能有胶原纤维增生，最终形成煤尘纤维化。§2.3尘肺病的发病症状及影响因素1、尘肺病的发病症状尘肺病分为三期：

第一期：重体力劳动时呼吸困难、胸痛、轻度干咳。

第二期：中等体力劳动或正常工作时，感觉呼吸困难，胸痛、干咳或带痰咳嗽。

第三期：做一般工作甚至休息时，也感到呼吸困难、胸痛、连续带痰咳嗽，甚至咯血和行动困难。矿尘(1)2、影响尘肺病的发病因素

(1)矿尘的成分

能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离SiO2，其含量越高，发病工令越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质（即挥发分）含量。

(2)矿尘粒度及分散度

5μm以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5μm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2μm左右的矿尘。矿尘(1)

(3)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，尘肺的发病工令和作业场所的矿尘浓度成反比。

(4)暴露时间人员暴露于游离SiO2粉尘中的时间愈长，尘肺发病率愈高。矿尘(1)5、个体方面的因素

年龄、营养、健康状况、情绪、个人卫生条件、劳动节环境等。

尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要领导重视，增加资金投入，积极开展尘肺病预防及治疗方面的研究，完善技术措施，推广综合防尘，就可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。矿尘(1)§2.4尘肺病的预防措施

一、组织措施加强对防尘工作的领导，健全防尘机构，有计划地对工人进行定期体检，了解尘肺的发病情况。

二、技术措施大力推广综合防尘，积极研制和引进防尘设备及监测仪表，提高防尘效果。

三、卫生保健建立工人健康卡，对尘肺患者及时调离粉尘作业环境，根据尘肺病进展情况、年龄、体力等进行劳动能力鉴定并作出治疗，进行合理工作安排。矿尘(1)第3章煤尘爆炸及其预防

§3.1概述很多固体在正常状态下是不燃或难燃，但当它被碎成微细粉尘时，就在为易燃或有爆炸性。

原因：（1）固体破碎成微细粉尘后，它与氧结触面积大大地增加；（2）尘粒表面能吸附氧气；（3）某些粉尘（如煤尘）加热时，能迅速放出大量可燃气体。世界上有记载以来的第一次煤尘爆炸发生在英国的沃尔逊德煤矿（1803年），该矿无瓦斯。1906.3.10，法国柯利尔煤矿发生煤尘爆炸，死亡1099人。矿尘(1)§3.2煤尘爆炸的机理及发生条件

煤尘爆炸：煤尘氧化后产生的可燃气体遇高温后发生的剧烈反应。

一、煤尘爆炸的机理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程主要表现在以下方面：(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；

矿尘(1)

(2)当温度达到300～400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体。如:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢。(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，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；(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，导致燃烧过程急剧地循环进行。当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。矿尘(1)二、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备以下条件：1、煤尘本身具有爆炸性；煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸危险性必须经过试验确定。2、煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低和最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3，上限浓度为1000～2000g/m3。

3、存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5～40mj。矿尘(1)4、空气中保持一定浓度的氧含量煤尘燃烧和爆炸都是剧烈的氧化反应，空气中无氧或氧含量低于某一值时，煤尘燃烧和爆炸便会失去先决条件。

试验表明：当空气中氧含量低于16%时，煤尘燃烧速度大大下降，甚至会自动熄灭。此浓度称为煤尘燃烧的最低氧含量。在矿井条件下，因瓦斯和煤尘常常同时存在，只有当空气中氧含量低于12~16%时，煤尘遇火才不致爆炸。矿尘(1)三、煤尘爆炸产生的原因煤矿井下生产中引起煤尘爆炸的直接原因主要有：1、使用非煤矿安全炸药，放炮产生的火焰将煤尘直接点燃引爆；2、违章放炮。3、不适当使用毫秒雷管；4、在有煤尘沉积的地方放明炮或在煤仓中放浮炮处理堵仓等。5、局部火灾或瓦斯爆炸点燃被扬起沉积的煤尘。矿尘(1)四、煤尘爆炸的危害1、煤尘爆炸产生破坏性很强的高温。爆炸放出大量热量，爆炸火焰温度可高达2000℃，甚至更高。2、产生强大的冲击波。形成正向冲击波和反向冲击波。3、产生大量有毒有害气体。4、引起煤尘或瓦斯连续爆炸。矿尘(1)§3.3煤尘爆炸的特征

煤尘爆炸属于氧化反应，同时是一种复杂的链反应。煤尘本身存在着足够数量的容易氧化的游离基，所以常温下煤尘易氧化，生成更多的游离基，使链反应得以持续。

煤尘爆炸的特征主要表现在：1、煤尘爆炸发生在气相内煤尘受热分解产生可燃气体，可燃气体的性质和数量，在燃烧和传播过程中起决定性作用。

矿尘(1)2、煤尘爆炸时，参与反应的挥发份是煤尘挥发份含量的一部分（40~70%）。根据井下爆炸地点煤尘挥发份是否减少，是判断煤尘是否参与爆炸的标志之一。3、形成高温、高压、冲击波4、煤尘爆炸具有连续性

5、煤尘爆炸的感应期----T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。T的长短主要取决于煤的挥发份含量（Vr），一般在40ms~280ms。VrT矿尘(1)6、形成“粘焦”7、产生大量的CO矿尘(1)§3.4影响煤尘爆炸的因素一、煤的挥发分

煤尘爆炸主要在尘粒分解的可燃气体（挥发份）中进行，因此，煤的挥发份数量和质量是影响煤尘爆炸的重要因素。

一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。即煤化作用程度低的煤，其煤尘的爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。0.51.0不爆率6810121416Vr(%)（1）当Vr＞15%时，试样均爆炸；（2）存在Vr的临界值，低于此临界值，煤尘不爆炸。矿尘(1)

二、煤的灰分和水分

煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。煤的灰分对爆炸性的影响还与挥发分含量的多少有关，挥发分小于15%的煤尘，灰分的影响比较显著，大于15%时，天然灰分对煤尘的爆炸几乎没有影响。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤尘爆炸性的作用不显著，只有人为地掺入灰分(撒岩粉)或水分(洒水)才能防止煤尘的爆炸。矿尘(1)

三、煤尘粒度

粒度对爆炸性的影响极大。1mm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。四、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4%时，煤尘的爆炸下限可用下式计算：δm＝ｋ×δ式中：δm----空气中有瓦斯时的煤尘爆炸下限，g/m3；δ----煤尘的爆炸下限，g/m3；ｋ----系数，矿尘(1)五、煤尘浓度煤尘爆炸具有一个界限。爆炸下限差别很大，我国一般采用：30~30g/m3；爆炸上限最高达2000g/m3。煤尘爆炸下限决定于煤的挥发份和灰分。当Vr＜15%时，不同灰分含量的煤尘，爆炸下限无一定规律；当Vr=15~30%，Ac＜30%时，爆炸下限随Vr

当Vr＞30%时，煤尘爆炸下限近似常数。矿尘(1)六、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降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。七、引爆热源矿尘(1)§3.5煤尘爆炸性鉴定

《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，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试验工作。

鉴定方法：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。矿尘(1)瓦斯爆炸与煤尘爆炸比较：相同点：

（1）两者都发生在气相内；（2）爆炸均产生大量有毒、有害气体；（3）都存在一个爆炸感应期；（4）均为复杂的链反应。不同点：（1）煤尘爆炸比瓦斯爆炸复杂；（2）煤尘爆炸形成“粘焦”；（3）煤尘爆炸最低点火能量大于瓦斯爆炸；（4）煤尘爆炸造成的危害大。矿尘(1)第4章防尘措施

§4.1概述

预防煤尘爆炸的技术措施主要包括：减、降尘措施；防止煤尘引燃措施及限制煤尘爆炸范围扩大等三个方面。目的是将空气中含尘浓度控制在国家规定的卫生标准以内。矿尘(1)§4.2通风除尘

通风除尘：指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度。

主要影响因素：风速及矿尘密度、粒度、形状、湿润程度等。一、粉尘在静止空气中的沉降运动粉尘重力：粉尘浮力：粉尘阻力：dpGFfFcmp矿尘(1)式中ρp、ρg----分别为尘粒和空气的密度；v----尘粒的相对速度；dp----尘粒的直径；Cp----阻力系数。随着v的不断增大，尘粒的运动阻力不断增大，当时，尘粒做等速运动，此时的速度称为尘粒的沉降速度。将G、Ff、Fg代入上式，并令a=0，则有：矿尘(1)

根据经验：代入上式得：得：从上式可以看出，相同密度的尘粒在空气中的沉降速度总是和尘粒的直径的平方成正比，所以较大的尘粒能较快地沉降，而对人体危害较大的尘粒，则能长时间的悬浮于空气中。流动空气除平均风速外，还存在脉动风速，脉动风速一方面促使尘粒扩散下沉，另一方面，阻止尘粒重力沉降。所以风流中尘粒的沉降比静止空气中复杂。矿尘(1)二、通风除尘的风速和风量1、风速

决定通风除尘效果的主要因素。

过低，粗粒矿尘与空气分离下沉，不能被排出；

过高，将落尘扬起，增大空气中的矿尘浓度。C(mg/m3)V/m/s最优排尘风速：能最大程度地排除矿尘而又不使落尘扬起的风速。一般地，掘进面：0.4~0.7m/s机采面：1.5~2.5m/s矿尘(1)最低排尘风速：保证风流在巷道净断面内有稳定的紊流脉动速度，使5μm以下的呼吸性粉尘能随风流的运动而被排出的最低风速。

规程规定：岩巷≥0.15m/s煤巷≥0.25m/s国内推荐最低排尘风速是：0.25~0.5m/s矿尘(1)极限排尘风速：指已经沉积的粉尘，在风流的作用下，能再次被飞扬起来的风速。计算式：式中：v----极限排尘风速，m/s;d----尘粒的粒径，m；ρ----粉尘的密度，kg/m3;k----系数，取10~16。矿尘(1)2、排尘风量的确定（1）按排尘风速计算式中：Q----排尘所需风量；S----通风空间的断面积；V----排尘风速，按《规程》中最低允许风速计算。（2）按稀释粉尘浓度计算式中：G----产尘强度；Ci----《规程》允许矿尘浓度；C0----进风流中矿尘浓度。矿尘(1)矿尘(1)三、通风除尘的方式1、全负压通风除尘2、压入式通风除尘特点：（１）局扇及电器设备布置在新鲜风流中；（２）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；（３）可使用柔性风筒，使用方便；（４）由于Ｐ内＞Ｐ外，风筒漏风对巷道排污有一定作用。≥10mLsLv矿尘(1)3.抽出式

布置方式：特点：（１）新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；（２）污风通过风机；（３）有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；（４）不通使用柔性风筒。≥10mLeL矿尘(1)4.混合式通风≥10m≥10m图a≥10m≥10m图b矿尘(1)§4.3湿式除尘一、概述煤矿井下应用最普遍的一种方法。即利用水or其它液体，使之与尘粒相接触而分离捕集粉尘的方法。

两种主要方式：

（1）用水or其它液体湿润、冲洗原生矿尘和落尘。（2）用水or其它液体捕集悬浮于空气中的粉尘。二、水除尘的作用及特点1、作用（1）水能湿润矿尘；（2）水能增加尘粒的重量，并能将微细尘粒聚结为较大的颗粒，使浮尘加速沉降；（3）使落尘不易扬起。矿尘(1)2、特点

优点：（1）所需设备简单；（2）使用方便；（3）费用较低和除尘效果。

缺点：（1）增加了工作场所的湿度，（2）恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量。三、湿式除尘方式1、湿式凿岩、钻眼

实质：指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。湿式凿岩、钻眼能有效降低掘进工作面的产尘量。除尘率可达90%左右。矿尘(1)

2、洒水洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。3、喷雾洒水----将压力水通过喷雾器在旋转或冲击作用下，使水流雾化成细散水粒喷射于空气中。LaLbθ矿尘(1)（1）雾体结构：喷出雾体的几何形状。

La----有效射程，雾体作直线运动，水滴稠密，有较大的动能，能吸引雾体周围的含尘空气进入雾体，此范围内捕尘效果最好。

Lb----最大射程。流动轨迹呈抛物线，喷雾器的最大作用范围。因动能减少和重力作用，水粒下降，密度降低，捕尘效果减弱。

Θ-----扩张角。其值愈大，雾体的截面积愈大，水粒的密集程度则愈小。矿尘(1)（2）捕尘作用

（a）在雾体作用范围内，高速流动的水嘀与浮尘碰撞后尘粒被温润，在重力作用下下沉；（b）高速流动的雾体将其周围的含尘空气卷吸到雾体内温润下沉；（c）将落尘尘粒温润粘结，使之不易飞扬；（d）增加煤尘的水份，降低它的爆炸性；（e）阻止爆炸火焰传播。(3)喷雾器的种类煤矿常用的喷雾器依据其喷射动力分为：（a）水力喷雾器矿尘(1)中空的园柱体或园锥体，顶端开直径3~5mm的出水孔，水流在压力作用下高速喷出。

特点：构造简单，水流饱满，水粒较大，射程短。能在有限的空间内湿润煤尘，出水孔不易堵塞。除尘效果不太理想。

应用：机械切割机构上。如：综采机，综掘机，钻眼。

备注：为了提高喷雾洒水的效果，常在该类喷雾器的外壳内装有促使水流旋转、冲击的机构，以提高喷出雾体分散度，扩张角增大，射程增大，耗水量减少。矿尘(1)（b）风水喷雾器以压气为动力，将压力水二次分散为雾状细粒喷出。

特点：射程远（10~20m），分散度高(40~150μm的雾粒可达90%)，喷射速度快，对高分散度矿尘除尘率高。（4）适用条件：广泛用于采掘切割、爆破、装载、运输等生产过程。（5）喷雾器的使用安装在尘源附近，可以单个or几个联用，雾体的流动方向迎向向风流。矿尘(1)矿尘(1)

水幕：在巷道周壁间隔地安装一定数量（3~5个）喷雾器，使整个巷道断面上都布满雾体，含尘空气经过此断面时，被除尘净化。矿尘(1)安设位置为：①矿井总入风流净化水幕：距井口20～100m巷道内；②采区入风流净化水幕：风流分叉口支流里侧20～50m巷道内；③采煤回风流净化水幕：距工作面回风口10～20m回风巷内；④掘进回风流净化水幕：距工作面30～50m巷道内；⑤巷道中产尘源净化水幕：尘源下风侧5～10m巷道内。

水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。矿尘(1)

四、水泡泥

结构：用一个or几个装水的塑料园袋，放入炮眼内代替部分土炮泥。

要求：塑料袋难燃、无毒、有一定强度。矿尘(1)作用机理：（1）爆破时水袋破裂，水在高温高压下汽化，与尘粒凝结，达到降尘的目的。（2）水炮泥还能降低爆破产生的有害气体。（3）缩短通风时间。（4）能防止爆破引燃瓦斯。特点:与使用土炮泥相比,矿尘浓度低20~50%；降低爆破产生的有害气体；缩短掘进巷道通风时间；防止爆破引燃瓦斯。矿尘(1)五、湿润剂水的表面张力较大，细微尘粒与水滴接触时，很难冲破水膜而被捕获，同时，煤是一种憎水性物质，水对煤的湿润能力较差。

作用：（1）降低水的表面张力（30~60%）;（2）在液固两相界面上产生定向吸附；（3）既有亲水性原子团，又有憎水性原子团。前者易被水吸引，后者能吸引憎水性物质（如：煤尘）。矿尘(1)§4.4个体防护

个体防护是指通过佩戴各种防护面具以减少吸入人体粉尘的一项补救措施。主要包括：1、防尘口罩2、防尘安全帽(头盔)矿尘(1)第五章防止煤尘爆炸措施预防煤尘爆炸的技术措施主要包括：（1）减、降尘措施；（2）防止煤尘引燃措施（3）限制煤尘爆炸范围扩大。

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浮煤尘含量以达到从根本上杜绝煤尘爆炸的可能性。§5.1煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。矿尘(1)

一、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。大裂隙或孔隙中水的运动主要靠注水压力，而细小孔隙中水的运动主要靠毛细管作用。二、煤层注水的作用

①增加煤的水份和尘粒间的粘着力；②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；矿尘(1)

③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，预防了浮尘的产生；④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，因而减少了煤尘的产生量。⑤改变煤层的应力分布，有利于防止煤与瓦斯突出。三、煤层注水方式

指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况，有以下4种方式：矿尘(1)①短孔注水。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2～3.5m，②深孔注水。在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为5～25m。

矿尘(1)短孔和长孔注水适用条件：煤层赋存不稳定，地质构造复杂，煤层薄，顶、底板岩性易吸水膨胀。特点：

优点：简单方便，适用于任何煤层。

缺点：钻孔数量少，湿润范围小，易跑水，注水与生产相矛盾。矿尘(1)

③长孔注水。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30～100m；当工作面长度超过120m而单向孔达不到设计深度或煤层倾角有变化时，可采用上向、下向钻孔联合布置钻孔注水。

L矿尘(1)适用条件：要求煤层赋存稳定，适用于中厚及厚煤层。特点：

优点：钻孔湿润区域大，能获得较长的注水时间，煤体湿润均匀，注水与采煤不互相干扰。

缺点：注水工艺复杂，定向打钻困难，对地质条件变化适应差。四、注水系统

注水系统分为：静压注水系统和动压注水系统。

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的注水叫静压注水。

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，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。

矿尘(1)五、影响煤层注水效果的因素1、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。煤体的裂隙越发育则越易注水。煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。根据实测资料，当煤层的孔隙率小于4%时，煤层的透水性较差。2、上履岩层压力及支承压力

3、液体性质的影响4、煤层内的瓦斯压力5、注水参数的影响矿尘(1)六、注水参数①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。注水压力的高低反映出注水钻孔渗水阻力的大小，煤层透水性强及渗水面积大的钻孔，渗水阻力小，注水压力则低；反之，注水压力则高。透水性强的煤层采用低压(小于3MPa）注水；透水性较弱的煤层采用中压(3～10MPa）注水；必要时可采用高压注水(大于10MPa）。

矿尘(1)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煤层的瓦斯压力。式中：Pd----上覆岩层的静水压力；P----注水压力；Pw----煤层瓦斯压力。国内外经验表明，低压或中压长时间注水效果好。矿尘(1)②注水速度(注水流量)

注水速度是影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素，在一定的煤层条件下，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。在注水压力不变的情况下，注水流量随时间延长发生不同程度的降低。为了增加注水流量，可适当提高注水压力。

小流量注水对煤层湿润效果最好，只要时间允许，就应采用小流量注水。静压注水速度一般为：0.001～0.027m3/（ｈ·m），动压注水速度一般为：0.002～0.24m3/（ｈ·m），矿尘(1)③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。它与工作面尺寸、煤厚、钻孔间距、煤的孔隙率、含水率等多种因素有关，确定注水量首先要确定吨煤注水量，各矿应根据煤层的具体特征综合考察。中厚煤层的吨煤注水量为0.015～0.03m3/ｔ；厚煤层为0.025～0.04m3/ｔ。矿尘(1)④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。在实际注水中，常把在预定的湿润范围内的煤壁出现均匀“出汗”(渗出水珠)的现象，作为判断煤体是否全面湿润的辅助方法。通常静压注水时间长，动压注水时间短。

矿尘(1)七、注水设备主要包括：钻机、水泵、封孔器、分流器及水表等。①钻机我国煤矿注水常用的钻机如表。常用煤层注水钻机一览表钻机名称功率（ｋＷ）最大钻孔深度,mKHYD40KBA型钻机280TXU-75型油压钻机475ZMD-100型钻机4100矿尘(1)②煤层注水泵煤矿上常用的煤层注水泵技术特征见表煤层注水泵型号及其主要技术特征

项目

单位型号5BD(2.5/45)5BZ(1.5/80)5D(2/150)5BG(2/160）7BZ(3/100)7BG(3.6/100）7BG(4.5/100)KBZ(100150)工作压力MPa4.580151610161615额定流量m3/ｈ2.51.52233.64.56柱塞直径mm2525252525252525缸数个5555777

吸水管直径mm3225272545324538排水管螺纹mmm24×1.5m27×1.5m27×2m27×1.5m24×1.5m33×1.5

电机功率KW5.55.5131313223030整机质量ｋg（80）230350350（194）440（260）

外形尺寸mm420×260×3101100×320×5501400×400×6001370×380×640660×330×4001500×400×650680×360×4601600×760×775生产厂名

矿尘(1)

③封孔器

形式:YPA型水力膨胀式封孔器和MF型摩擦式封孔器。

YPA型工作原理:将封孔器与注水钢管连接起来送至封孔位置，通过高压胶管与水泵连通，开泵后压力水进入封孔器，水流从封孔器前端的喷嘴流出进入钻孔，产生压力降，膨胀胶管内的水压升高，将胶管膨胀，封住钻孔。注水结束后，封孔器胶筒将随压力下降而恢复原状。

MF型工作原理：将封孔器与注水钢管连接起来送至钻孔内的封孔位置，顺时针旋动注水管使其向前移动，这时橡胶密封筒被压缩而径向胀大，封住钻孔。注水结束后，逆时针旋转注水管，密封胶管卸压，胶筒即恢复原状。

矿尘(1)④分流器是动压多孔注水不可缺少的器件，它可以保证各孔的注水流量恒定。

⑤水表及压力表

当注水压力大于1MPa时，可采用DC-4.5/200型注水水表，耐压20MPa，流量4.5m3/ｈ；注水压力小于1MPa时，可采用普通自来水水表。注水压力表为普通压力表，选择时要求压力表量程应为注水管中最大压力的1.5倍，水泵出口端压力表的量程应为泵压的1.5～2倍。矿尘(1)§5.2泡沫除尘一、泡沫除尘的原理利用起泡剂和表面活性剂的水溶液通过泡沫发生器，产生大量的高倍数的空气机械泡沫，利用无间隙的泡沫体覆盖和遮断尘源。泡沫除尘的作用：拦截、粘附、湿润、沉降等。几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，尤其对微细粉尘具有更强的聚集能力。二、应用1、除尘：采掘机械作业或爆破时，泡沫破裂，湿润煤尘，除尘率高，能较好地捕集细微尘粒，由于稳定的泡沫充满有限空间时，作用范围大，和尘粒接触时间长，湿润效果好。矿尘(1)2、防止煤尘、瓦斯燃烧充满割槽或掘进头内的泡沫，能降低空气中的氧浓度和气温，使摩擦火花迅速冷却。三、应用地点主要用于：综采机组、掘进机组、带式运输机及尘源较固定的地点。矿尘(1)§5.3隔绝煤尘爆炸传播技术措施《规程》第一百五十六条矿井每年应制定综合防尘措施、预防和隔绝煤尘爆炸措施及管理制度，并组织实施。矿井应每周至少检查1次煤尘隔爆设施的安装地点、数量、水量或岩粉量及安装质量是否符合要求。

目的：尽可能将煤尘爆炸火焰传播范围限制在最小范围内。一、用岩粉预防和隔绝煤尘爆炸1、岩粉的作用（1）处于落尘上的岩粉，能阻止煤尘飞扬；（2）随同煤尘飞扬的岩粉能吸热并破坏链反应。矿尘(1)2、要求（1）可燃物含量≤5%；（2）游离ＳｉＯ2含量≯5%；（3）不含有害有毒物质，吸湿性差；（4）粒度应全部通过50号筛孔（即粒径小于0.3mm），且其中至少有70%能通过200号筛孔（即粒径小于0.075mm）。3、撒布岩粉定期在井下一定巷道范围内撒布岩粉，增加落尘的灰分，拟制爆炸传播。惰性岩粉一般为石灰岩粉和泥岩粉。矿尘(1)（1）撒布岩粉时要求：

巷道的顶、帮、底及背板后侧暴露处都用岩粉覆盖；岩粉的最低撒布量在作煤尘爆炸鉴定的同时确定，但煤尘和岩粉的混合煤尘，不燃物含量不得低于80%；撒布岩粉的巷道长度不小于300m，如果巷道长度小于300m时，全部巷道都应撒布岩粉。对巷道中的煤尘和岩粉的混合粉尘，每3个月至少应化验一次，如果可燃物含量超过规定含量时，应重新撒布。（2）撒布地区I）采掘工作面所有进回风巷中；Ⅱ）煤尘易聚集的地点；Ⅲ）有煤尘爆炸危险煤层与无煤尘爆炸危险煤层相连接巷道内。矿尘(1)4、清除落尘

定期清除落尘，防止沉积煤尘参与爆炸可以有效地降低爆炸威力，使爆炸由于得不到煤尘补充而逐渐熄灭。5、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，台板的间距稍大于板宽，每块台板上放置一定数量的惰性岩粉。（1）作用

发生煤尘爆炸事故时，火焰前的冲击波将台板震倒，岩粉即弥漫于巷道中，火焰到达时，岩粉从燃烧的煤尘中吸收热量，使火焰传播速度迅速下降，直至熄灭。同时,岩粉可以破坏链反应。矿尘(1)矿尘(1)岩粉棚的布置要求

①主要岩粉棚的岩粉量不得少于400ｋg/m2，辅助岩粉棚不得少于200ｋg/m2；②岩粉棚距可能发生煤尘爆炸的地点不得小于60m，也不得大于300m；③岩粉板与台板及支撑板之间，严禁用钉固定，以利于煤尘爆炸时岩粉板有效的翻落；④轻型岩粉棚的排间距1.0～2.0m，重型为1.2～3.0m；⑤岩粉棚上的岩粉每月至少检查和分析一次。矿尘(1)（2）岩粉棚的设置地点Ⅰ）矿井两翼与井筒相连的主要运输大巷和回风大巷内；Ⅱ）相邻采区之间的集中运输巷道和回风巷道；Ⅲ）相邻煤层之间的运输石门和回风石门；Ⅳ）采区工作面进、回风巷道；Ⅴ）采区内煤层掘进巷道；Ⅵ）采用独立通风，并有煤尘爆炸危险的其它巷道。6、岩粉的缺点：

受潮易粘结成块，并增加巷道中的矿尘浓度，在落尘量大的巷道中岩粉的更换周期短。矿尘(1)二、用水预防和隔绝煤尘爆炸水棚包括水槽棚和水袋棚两种。1、水棚的优点（1）水的比热比岩大5倍，故吸热量多；（2）水汽化吸热并降低氧浓度；（3）水在爆炸时飞散时间比岩粉快；（4）水的更换周期长。三、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。矿尘(1)煤尘的爆炸性：一般地，煤尘挥发份（Vr）爆炸性越强，而Vr决定于煤的种类，变质程度越低，Vr越高，煤尘的爆炸性愈强。所以，高变质程度的煤，如：贫煤、无烟煤的挥发份很低，其煤尘基本上无爆炸危险性。爆炸性煤尘无爆炸性煤尘煤尘返回矿尘(1)煤尘浓度：井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸。

煤尘爆炸下限：单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低煤尘量称为下限