公路隧道粉尘浓度测定方法和原理

(一)隧道施工作业环境粉尘浓度应符合的卫生及安全标准

山岭公路隧道所穿过的地层地质条件千变万化,施工中产生的粉尘危害性很大。

一般的粉尘能引起职业病,危害施工人员的身体健康,特殊情况下在煤层内掘进时产生的煤尘还有爆炸危险,严重威胁着隧道的施工安全。因此,必须重视粉尘检测与防治工作,改善劳动条件,确保施工安全。《公路隧道施工技术规范》(JTG/T3660—2020)规定,隧道施工空气中各类粉尘容许浓度见表5.1-1。

表5.1-1　隧道施工空气中粉尘容许浓度　mg/m3

续表

(二)粉尘浓度检测的基本方法和原理

我国常采用质量法测定粉尘浓度,目前普遍采用滤膜测尘法。

1.总粉尘(总尘)浓度检测原理

空气中的总粉尘用已知质量的滤膜采集,由滤膜的增量和采气量计算出空气中总粉尘的浓度。

2.呼吸性粉尘(呼尘)浓度检测原理

空气中粉尘通过采样器上的预分离器分离出的呼吸性粉尘颗粒采集在已知质量的滤膜上,由采样后的滤膜增量和采气量计算出空气中呼吸性粉尘的浓度。

(三)总粉尘(总尘)浓度检测

1.测试仪器

(1)滤膜:过氯乙烯滤膜或其他测尘滤膜。空气中粉尘浓度≤50mg/m3 时,用直径为37mm或40mm的滤膜;粉尘浓度＞50mg/m3 时,用直径为75mm的滤膜。

用直径为0.3μm的油雾进行检测时,滤膜的阻留率不小于99%;用20L/min的流量采样,过滤面积为8cm2 时,滤膜的阻力不大于1000Pa;因大气中湿度变化而造成滤膜的质量变化,不大于0.1%。

(2)粉尘采样器:包括采样夹和采样器两部分。

①采样夹:应满足总粉尘采样效率的要求,总粉尘采样夹理想的入口流速为1.25×(1±10%)m/s。

a.粉尘采样夹:可安装直径为40mm和75mm的滤膜,用于定点采样。

b.小型塑料采样夹:可安装直径≤37mm的滤膜,用于个体采样。

②采样器:用于个体采样时,流量范围为1～5L/min;用于定点采样时,流量范围为5～80L/min。用于长时间采样时,连续运转时间应≥8h。需要防爆的工作场所应使用防爆型粉尘采样器。

(3)抽气装置:近几年,电动测尘仪得到了广泛应用,它是以微型电池或蓄电池为动力,采用密闭触点开关,带动小型电动抽气机抽取含尘空气,使其通过装有滤膜的采样器及流量计,进行粉尘测定。

(4)分析天平:感量0.1mg或0.01mg。

(5)秒表或其他计时器。

(6)干燥器:内装变色硅胶。

(7)镊子。

(8)除静电器。

2.测定过程

(1)滤膜的准备。

①干燥:称量前,将滤膜置于干燥器内2h以上。

②称量:用镊子取下滤膜的衬纸,将滤膜通过除静电器,除去滤膜的静电,在分析天平上准确称量。

③在衬纸与记录表上记录滤膜的质量和编号。

④将滤膜和衬纸放入相应容器中备用,或将滤膜直接安装在采样头上。

⑤安装:滤膜毛面应朝进气方向,滤膜放置应平整,不能有裂隙或褶皱。通常采用直径为75mm的滤膜做成漏斗状装入采样夹。

(2)采样。

①现场采样按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ159—2004)的规定执行。要根据现场空气中粉尘的浓度、使用采样夹的大小和采样流量及采样时间,估算滤膜上总粉尘的增量(Δm)。使用直径≤37mm的滤膜时,Δm 不得大于5mg;使用直径为40mm的滤膜时,Δm 不得大于10mg;使用直径为75mm的滤膜时,Δm 不限。

②采样前,要通过调节使用的采样流量和采样时间,防止滤膜上粉尘增量超过上述要求(即过载)。在采样过程中,若有过载可能,应及时更换采样夹。

③掘进工作面可以在风筒出口后面距离工作面4～6m处采样,其他作业点一般在工作面上方采样。采样器进风口要迎着风流,距离地板高度为1.3～1.5m。

④采样时间应在测点粉尘浓度稳定以后,一般在作业开始30min后进行。采样持续时间以15min为宜。为保证测尘的准确性,便于对比,要求在同一测点相同的流量下,同时采集两个样品。

(3)样品的运输和保存。采样后,取出滤膜,将滤膜的接尘面朝里对折两次,置于清洁容器内。或将滤膜或滤膜夹取下,放入原来的滤膜盒中。室温下运输和保存。携带运输过程中应防止粉尘脱落或二次污染。(www.xing528.com)

(4)样品的称量。称量前,将采样后的滤膜置于干燥器内2h以上,除静电后,在分析天平上准确称量。滤膜增量Δm≥1mg时,可用感量为0.1mg的分析天平称量;滤膜增量Δm≤1mg时,应用感量为0.01mg的分析天平称量。

采样前后,滤膜称量应使用同一台分析天平。

测尘滤膜通常带有静电,影响称量的准确性,因此,应在每次称量前除去静电。

3.总粉尘浓度计算

按式(5.1-1)计算空气中总粉尘的浓度:

式中 C——空气中总粉尘的浓度(mg/m3);

m2——采样后的滤膜质量(mg);

m1——采样前的滤膜质量(mg);

Q——采样流量(L/min);

t——采样时间(min)。

空气中总粉尘时间加权平均浓度按《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ159—2004)的规定计算。

(四)呼吸性粉尘(呼尘)浓度检测

1.测试仪器

(1)滤膜:过氯乙烯滤膜或其他测尘滤膜。

(2)呼吸性粉尘采样器:主要包括预分离器和采样器。预分离器对粉尘粒子的分离性能应符合呼吸性粉尘采样器的要求,即采集的粉尘的空气动力学直径应在7.07μm 以下,且直径为5μm的粉尘粒子的采集率应为50%。

(3)采样器:性能和技术指标应符合《工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度》(GBZ/T192.1—2007)的要求。需要防爆的工作场所应使用防爆型粉尘采样器。

(4)流量计:流量计的量程和精度应满足采样器性能的要求。用于长时间采样时,连续运转时间应≥8h。

(5)分析天平:感量0.01mg。

(6)秒表或其他计时器。

(7)干燥器:内装变色硅胶。

(8)镊子。

(9)除静电器。

2.测定过程

(1)滤膜的准备。

①干燥:称量前,将滤膜置于干燥器内2h以上;

②称量:用镊子取下滤膜的衬纸,除去滤膜的静电;在分析天平上准确称量,在衬纸与记录表上记录滤膜的质量和编号;将滤膜和衬纸放入相应容器中备用,或将滤膜直接安装在采样夹上。

③安装:安装时,滤膜毛面应朝进气方向,滤膜放置应平整,不能有裂隙或褶皱。

(2)采样。

①现场采样按照《工作场所空气中物质监测的采样规范》(GBZ159—2004),并参照《工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度》(GBZ/T192.1—2007)的附录B和附录C执行。要根据现场空气中粉尘的浓度、使用采样夹的大小和采样流量及采样时间,估算滤膜上总粉尘的增量(Δm)。Δm 不得小于0.1mg,不得大于5mg。

②采样前,要通过调节采样时间,防止滤膜上粉尘增量超过上述要求。采样过程中,若有过载可能,应及时更换预分离器。

③掘进工作面可在风筒出口后面距离工作面4～6m处采样,其他作业点一般在工作面上方采样。采样器进风口要迎着风流,距离地板高度为1.3～1.5m。

④采样时间应在测点粉尘浓度稳定以后,一般在作业开始30min后进行。采样持续时间以15min为宜。

为保证测尘的准确性,便于对比,要求在同一测点相同的流量下,同时采集两个样品。

(3)样品的运输和保存。样品的运输和保存的要求与总粉尘浓度检测相同。

(4)样品的称量。样品的称量要求与总粉尘浓度检测相同。

3.呼吸性粉尘浓度计算

空气中呼吸性粉尘的浓度同样可按式(5.1-1)计算,但其中C 为空气中呼吸性粉尘的浓度,单位为mg/m3;空气中呼吸性粉尘时间加权平均浓度按《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ159—2004)的规定计算。

(五)快速粉尘浓度测定

滤膜测尘的准确性比较高,能够比较准确地反映粉尘状况,所以,我国目前普遍采用这一方法。但是,这种测尘方法操作程序多,需要时间较长,不能即时得出测定结果,因而,还不能起到及时指导现场防尘工作的作用,同时,也会影响测尘工作的普遍开展。

为了简化测尘过程,迅速获得测尘结果,国内外都在研究各种快速测尘仪器,如光电测尘仪、静电测尘仪、β射线测尘仪、全体粉尘采样器(由工人携带于身上,小流量长时间连续采样)等。我国煤炭系统研制的ACG-1型煤尘测定仪、ACH-1型呼吸性粉尘测定仪、ACS-1型水泥粉尘测定仪,均属光电型。这些新型测尘仪器的推广和应用将会极大地促进我国的防尘劳动保护工作。