煤矿安全：矿尘防治与预防煤尘爆炸

【任务描述】

矿尘也是煤矿生产过程中的主要灾害性因素之一。矿尘可导致尘肺病，条件具备时还会发生煤尘爆炸事故。本课题主要对矿尘的产生、危害，煤尘爆炸的条件，预防和隔绝煤尘爆炸的措施等进行介绍。通过本课题的实施，使学生能熟练掌握矿尘、煤尘、尘肺病、煤层注水等概念，掌握矿尘产生的原因、危害，煤尘爆炸条件，预防和隔绝煤尘爆炸的措施，个体防护措施；使学生了解尘肺病的性质和危害，除尘对安全生产的重要性，提高矿井安全生产意识。

【知识学习】

一、矿尘的产生

在矿井建设和生产过程中所产生的各种矿物质细小微粒统称矿尘。悬浮在空气中的矿尘为浮游矿尘，简称浮尘；从空气中沉降在井邦巷壁和巷道底板的矿尘为沉积矿尘，简称落尘。在一定条件下，浮尘因自重可沉降为落尘；而落尘受外界条件干扰又可再次飞扬起来变为浮尘。

煤矿矿尘主要指岩尘和煤尘。矿尘的产生量以采掘工作面为最大，运输系统的各转载点次之。近年来，随着矿井机械化程度的不断提高，矿尘的产生量也随之不断增加。据测定，综采放顶煤工作面在放煤时，煤尘浓度甚至高达2000～8000mg/m³。

二、矿尘的危害

矿尘也是煤矿生产过程中的主要灾害性因素之一，矿尘的危害主要有以下几个方面。

1）导致尘肺病。工人在生产过程中长期呼吸含有大量矿尘的空气能导致尘肺病。煤矿尘肺病是一种严重的煤矿职业病。目前，在我国煤矿尘肺病发病率仍较高，死亡人数也较多。1996年全国煤矿新增尘肺病患者4482人，死亡2552人；1999年煤矿尘肺病患者中有2800人死亡。我国国有重点煤矿尘肺病发病率为6.33%，比西方发达国家高出约5个百分点，其中有三个矿务局尘肺的发病率高达16%以上。截至2005年，煤炭行业尘肺病患者总数已达到25万人左右。全国煤矿每年因此造成的费用约3亿元。到目前为止，人们尚未找到治愈尘肺病的办法。尘肺病不但难治，还常常引起并发症和出现继发症。

为了预防和消除尘肺病，矿山作业场所矿尘的允许浓度应符合表8-2的规定。

表8-2 作业场所空气中粉尘浓度标准

2）煤尘爆炸。煤尘爆炸是煤矿的一种灾难性事故，其危害甚至比瓦斯爆炸更大。1906年法国古利耶尔煤矿发生煤尘爆炸，蔓延100km，死亡1099人（当时井下有1644人），经两年时间才恢复生产；我国本溪煤矿1942年（日伪统治时期）发生瓦斯煤尘爆炸，死亡1549人，伤146人，是世界上罕见的煤矿恶性事故。我国93.6%的国有煤矿存在煤尘爆炸危险。据统计，全国煤矿15起死亡100人以上的特别重大事故中，瓦斯、煤尘爆炸占13起。

3）降低井下作业场所的能见度，不利于人们及时发现事故隐患，增加机械、工伤事故发生的可能。

4）加速机械设备的磨损，降低其使用寿命，减少精密仪器的使用时间等。

三、煤尘发生爆炸的条件

煤尘发生爆炸需要以下四个条件。

1.煤尘本身具有爆炸性

煤尘按其有无爆炸性可以分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。目前尚未找到能够区分煤尘有无爆炸性的指标。煤尘有无爆炸性与煤尘的化学成分有关。《规程｝规定，煤尘的爆炸性由国家授权单位进行鉴定，鉴定结果必须报煤矿安全检查机构备案。

2.空气中的悬浮煤尘达到一定浓度

空气中的悬浮煤尘必须达到一定的浓度范围才有可能发生爆炸，能够发生爆炸的最低煤尘浓度称为煤尘的爆炸下限，能够发生爆炸的最高煤尘浓度称为煤尘的爆炸上限。我国实验表明，煤尘的爆炸下限浓度一般为45g/m³左右，上限浓度为1500～2000g/m³。煤尘的爆炸下限浓度其实也是一个很高的浓度，在井下生产过程中，浮游煤尘浓度达到和超过爆炸下限往往是由于爆破等因素使沉积煤尘突然扬起而造成的。因此，要做好预防煤尘爆炸的工作，必须重视沉积煤尘的处理。

3.有高温火源

同瓦斯爆炸一样，煤尘发生爆炸也必须有引爆火源。根据我国的测定，煤尘的引燃温度为610～1050℃，一般为700～800℃。煤矿井下可能出现的能点燃煤尘的高温热源主要有爆破产生的火焰、电气火焰和电弧、井下火灾、瓦斯爆炸、摩擦碰撞产生的高温或火花等，但大多数煤尘爆炸事故都是由违章爆破和瓦斯爆炸引起的。

4.空气中的氧浓度一般不低于18%

只有当以上四个条件同时具备时，煤尘才能爆炸，否则煤尘不能爆炸。

煤尘爆炸条件是人们经多次实验得到的结论。煤矿井下的条件与实验条件是有很大不同的，特别是浮游煤尘存在的地点常常有瓦斯存在。实验证明，当有浮游煤尘的地点同时有瓦斯存在时，煤尘浓度低于其下限浓度时也可能会爆炸。

四、预防煤尘爆炸的措施

1.防止煤尘产生和积聚的措施

（1）炮采工作面防尘措施

1）煤层注水。所谓煤层注水，就是在煤层被回采之前向煤层中钻孔，并通过钻孔向煤层中注入压力水，将煤体润湿，以减少采煤过程中的煤尘产生量。

2）采空区灌水。厚煤层分层开采或开采近距离煤层群时，在上分层或上部煤层回采之后，可超前下分层或下部煤层回采工作面一定距离将水灌入采空区，水依靠自重经裂隙、孔隙渗透到下分层或下部煤层煤体，增加其中的水分。

3）湿式钻眼。所谓湿式钻眼就是用湿式煤电钻、空心麻花钻杆和湿式钻头带水钻眼。据测定，干钻眼时煤尘浓度为53～140mg/m³，湿式钻眼时则可降至9～18mg/m³，降尘率高达75%～90%。

4）爆破使用水炮泥。水炮泥是一种用专用塑料袋，注满水后成圆柱形，直径比炮眼直径略小的粘土炮泥的替代品。使用时用水针将水注入其中，水注满时即自动封住进水口。使用水炮泥降尘率可达80%以上。

5）爆破前后洒水。爆破前对爆破地点附近一定范围内进行洒水，能防止沉积煤尘在爆破时再次飞扬。爆破后对爆落的煤炭进行洒水，以减少装煤和运煤过程中粉尘的产生量。

6）运输机转载点喷雾。运输系统中的转载点，是产尘比较集中且产尘量较大的地点，应设置喷雾洒水装置进行除尘。

7）冲洗巷邦。定期冲洗掘进工作面，采煤工作面运输巷、回风巷，采区回风上（下）山，采区回风石门，回风大巷等巷邦，以防止沉积煤尘再次飞扬。

8）风流净化。采用水幕等净化风流。采煤工作面回风巷，采区回风上（下）山，采区回风石门，回风大巷等应安设净化风流的水幕。

（2）机采工作面防尘措施 在机械化采煤工作面，采煤机割煤是粉尘产生量最大的工序，应采取采煤机的内、外喷雾装置喷雾降尘。

综合机械化采煤工作面的液压支架和放顶煤采煤工作面的放煤口，必须安装喷雾装置，降柱、移架或放煤时同步喷雾。工作面使用破碎机时必须安装防尘罩和喷雾装置或除尘器。

机械化采煤工作面除了必须采取采煤机内、外喷雾装置喷雾降尘措施之外，还必须采取煤层注水、运输机转载点喷雾、冲洗巷邦、风流净化等防尘措施。

（3）掘进工作面防尘措施 掘进工作面采用钻眼爆破法掘进时，应采用湿式钻眼、冲洗井壁巷邦、爆破使用水炮泥、爆破喷雾、爆破前后洒水、装煤（岩）洒水、净化风流等综合防尘措施。

在有煤尘爆炸危险的煤层中，掘进工作面爆破前后，附近20m巷道内必须洒水降尘。

（4）运输系统防尘措施 在运输系统的各个转载点都应设置喷雾洒水装置，在运输设备运转时进行喷雾；在装车站装煤点下风侧20m内应设置一道净化风流的水幕；运输大巷中应安设净化风流的自控式常开水幕；井底煤仓上口的卸煤点应安设喷雾装置，当载煤车辆向煤仓卸煤时，能自动进行喷雾；必须及时清除巷道中的浮煤，清扫或冲洗沉积煤尘，定期撒布岩粉，定期对主要大巷刷浆。

2.防止煤尘被引燃的措施

煤尘的引燃温度为610～1050℃，但绝大多数煤尘的引燃温度为700～800℃，与瓦斯的引燃温度相差不大。因此，各种能够引起瓦斯爆炸的火源都有可能引起煤尘爆炸。另外，预防引燃瓦斯的措施客观上也能起到防止煤尘被点燃的作用，防止引燃煤尘的措施与防止引燃瓦斯的措施相同，矿井不需要再另外单独采取一套措施。

3.防止煤尘爆炸事故扩大的措施

在煤矿生产过程中，虽然在各个方面都采取了许多行之有效的措施，但要做到完全杜绝爆炸事故还是相当困难的。隔绝煤尘爆炸的措施就是将已发生的爆炸限制在一定的区域，避免煤尘、瓦斯连续爆炸，防止灾情蔓延，尽量减少爆炸造成的损失和防止煤尘爆炸事故扩大的措施，简称隔爆措施。隔爆措施有以下几种。

（1）撒布岩粉 撒布岩粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增加沉积煤尘的不燃物质含量，从而抑制煤尘爆炸的传播。

（2）设置水棚 水棚包括水槽棚和水袋棚两种。水槽棚为主要隔爆棚，水袋棚为辅助隔爆棚。

1）水槽棚。水槽棚由若干个水槽组装而成，水槽用硬质易碎的泡沫塑料制成。将盛满水的水槽置于距巷道顶板、两邦的距离不小于0.1m，距巷道底板轨面的高度不小于1.8m的位置。当井下发生瓦斯或煤尘爆炸时，爆炸冲击波能击碎水槽，将水扬起形成水雾抑制带，扑灭爆炸火焰，从而达到隔爆的目的。

水槽的形状为倒梯形，其规格有40L和80L两种，80L水槽规格如图8-2所示。

水槽棚应安设在巷道的直线段，并布置成列；总用水量按400L/m²计算，水槽棚中心距为0.5～1m，棚区长度不得小于30m。

2）水袋棚。吊挂式水袋隔爆是一种经济可行的辅助性隔爆装置。水袋为容量约为30L近似椭圆形，上部两侧开有吊挂孔的抗静电、阻燃袋子，如图8-3a所示。

图8-2 80L水槽规格

图8-3 水袋及水袋棚(www.xing528.com)

a）水袋 b）水袋棚

水袋的吊挂如图8-3b所示，水袋挂好后，再将水装入水袋里形成水袋棚。

当井下发生瓦斯或煤尘爆炸时，受爆炸冲击波的冲击，水袋朝向冲击波一侧脱钩，袋中水被抛撒形成水雾抑制带，扑灭爆炸火焰，从而达到隔爆的目的。

水袋棚的用水量按200L/m²计算，在巷道中的吊挂长度一般为15～25m。

（3）设置岩粉棚 岩粉棚分轻型和重型两类。如图8-4所示，岩粉棚由安装在巷道中靠近顶板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，当发生瓦斯或煤尘爆炸事故时，火焰前的冲击波将台板振倒，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，从而达到隔爆的目的。

图8-4 岩粉棚示意图

（4）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，让抑制装置强制喷出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。

自动隔爆棚主要由传感器、控制仪和喷洒器组成。目前许多国家正在研究自动隔爆棚，并在有限范围内试验应用。

（5）湿式除尘装置 除尘装置（或除尘器）是把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装置，多用于机掘工作面。根据其是否利用水或其他液体，除尘装置可分为干式和湿式两大类。煤矿一般采用湿式除尘装置。

目前，煤矿新一代的除尘器已研制成功，如湿式振旋栅除尘器、机械液动风机旋流除尘器以及涡流控尘与湿式旋流除尘器等，在现场使用中都取得了良好的效果。

五、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最后一道措施。因为井下各生产环节虽然采取了一系列防尘措施，但仍会有少量微细矿尘悬浮于空气中，个别地点矿尘浓度超过国家对矿山作业场所允许的矿尘浓度标准，应采取个体防护措施，尽量减少矿尘吸入人体，对人体造成伤害。

个体防护用具主要有防尘口罩、防尘面罩、防尘帽、防尘呼吸器等，其目的是使佩戴者能呼吸净化后的清洁空气而不影响正常工作。

【任务考评】

本课题的考评表见表8-3。

表8-3 任务考评表

【思考与练习】

1.矿尘的主要危害有哪些？

2.《规程》对井下作业场所的矿尘浓度有什么规定？

3.煤尘发生爆炸需要哪些条件？

4.采掘工作面应分别采取哪些防尘措施？

5.什么是采煤机的内、外喷雾？

6.矿井运输系统应采取的防尘措施有哪些？

【知识拓展】

一、《煤矿安全规程》对井下作业场所粉尘浓度的规定

第七百四十条 煤矿企业必须按国家规定对生产性粉尘进行监测，并遵守下列规定。

1.总粉尘

1）作业场所的粉尘浓度，井下每月测定两次，地面及露天煤矿每月测定一次。

2）粉尘分散度，每6个月测定一次。

2.呼吸性粉尘

1）工班个体呼吸性粉尘监测，采、掘（剥）工作面每3个月测定一次，其他工作面或作业场所每6个月测定一次。每个采样工种分两个班次连续采样，一个班次内至少采集两个有效样品，先后采集的有效样品不得少于4个。

2）定点呼吸性粉尘监测每月测定一次。

粉尘中游离SlO₂含量，每6个月测定一次，在变更工作面时也必须测定一次；各接尘作业场所每次测定的有效样品数不得少于3个。

开采深度大于200m的露天煤矿，在气压较低的季节应适当增加测定次数。

二、《煤矿安全规程》有关粉尘防治的规定

第一百五十二条 矿井必须建立完善的防尘供水系统。没有防尘供水管路的采掘工作面不得生产。主要运输巷、带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面运输巷与回风巷、掘进巷道、煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、卸载点等地点都必须敷设防尘供水管路，并安设支管和阀门。防尘用水均应过滤。水采矿井和水采区不受此限。

第一百五十三条 井下所有煤仓和溜煤眼都应保持一定的存煤，不得放空；有涌水的煤仓和溜煤眼，可以放空，但放空后放煤口闸板必须关闭，并设置引水管。溜煤眼不得兼作风眼使用。

第一百五十四条 对产生煤（岩）尘的地点应采取防尘措施。

1）掘进工作面的防尘措施必须符合本规程第十七条的规定。

2）采煤工作面应采取煤层注水防尘措施，有下列情况之一的除外。

①围岩有严重吸水膨胀性质、注水后易造成顶板或底板变形，或者地质情况复杂、顶板破坏严重，注水后影响采煤安全的煤层。

②注水后会影响采煤安全或造成劳动条件恶化的薄煤层。

③原有自然水分或防灭火灌浆后水分大于4%的煤层。

④孔隙率小于4%的煤层。

⑤煤层很松软、破碎，打钻孔时易塌孔、难成孔的煤层。

⑥采用下行垮落法开采近距离煤层群或分层开采厚煤层，上层或上分层的采空区采取灌水防尘措施的下一层或下一分层。

3）炮采工作面应采取湿式打眼，使用水炮泥；爆破前、后应冲洗煤壁，爆破时应喷雾降尘，出煤时洒水。

4）采煤机、掘进机作业的防尘必须符合本规程第六十九条第一款第（四）项、第七十一条第一款第（五）项的规定。液压支架和放顶煤采煤工作面的放煤口，必须安装喷雾装置，降柱、移架或放煤时同步喷雾。破碎机必须安装防尘罩和喷雾装置或除尘器。

5）采煤工作面回风巷应安设风流净化水幕。

6）井下煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、输送机转载点和卸载点，以及地面筛分厂、破碎车间、带式输送机走廊、转载点等地点，都必须安设喷雾装置或除尘器，作业时进行喷雾降尘或用除尘器除尘。

7）在煤、岩层中钻孔，应采取湿式钻孔。煤（岩）与瓦斯突出煤层中瓦斯抽放钻孔难以采取湿式钻孔时，可采取干式钻孔，但必须采取捕尘、降尘措施，工作人员必须佩戴防尘用品。

第一百五十五条 开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，必须有预防和隔绝煤尘爆炸的措施。矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层、相邻的采煤工作面，煤层掘进巷道同与其相连的巷道间，煤仓同与其相连通的巷道间，采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其他地点同与其相连通的巷道间，必须用水棚或岩粉棚隔开。

必须及时清除巷道中的浮煤，清扫和冲洗沉积煤尘，定期撒布岩粉；应定期对主要大巷刷浆。