礦塵防治基礎知識培訓教材
礦塵防治基礎知識培訓教材
主要內(nèi)容：
1、礦塵及其性質(zhì)
2、塵肺病
3、煤塵爆炸及預防
4、綜合防塵
第一節(jié) 礦塵及其性質(zhì)
一、礦塵的產(chǎn)生及分類
礦塵是指在礦山生產(chǎn)和建設過程中所產(chǎn)生的各種煤、巖微粒的總稱。
礦塵除按其成分可分為巖塵、煤塵、煙塵、水泥塵等多種有機、無機粉塵外，尚有多種不同的分類方法，下面介紹幾種常用的分類方法。
1.按礦塵粒徑劃分
(1)粗塵 粒徑大于40μm，相當于一般篩分的最小顆粒，在空氣中極易沉降。
(2)細塵 粒徑為10～40μm，肉眼可見，在靜止空氣中作加速沉降。
(3)微塵 粒徑為0.25～10μm，用光學顯微鏡可以觀察到，在靜止空氣中作等速沉降。
(4)超微塵 粒徑小于0.25μm，要用電子顯微鏡才能觀察到，在空氣中作擴散運動。
2按礦塵的存在狀態(tài)劃分
(1)浮游礦塵 懸池于礦內(nèi)空氣中的礦塵，簡稱浮塵。
(2)沉積礦塵 從礦內(nèi)空氣中沉降下來的礦塵，簡稱落塵。
浮塵和落塵在不同環(huán)境下可以相互轉化。浮塵在空氣中飛揚的時間不僅與塵粒的大小、重量、形式等有關，還與空氣的濕度、風速等大氣參數(shù)有關。。
3按礦塵的粒徑組成范圍劃分
(1)全塵(總粉塵) 各種粒徑的礦塵之和。對于煤塵，常指粒徑為1mm以下的塵粒。
(2)呼吸性粉塵 主要指粒徑在5μm以下的微細塵粒，它能通過人體上呼吸道進入肺區(qū)，是導致塵肺病的病因，對人體危害甚大。
二、礦塵的危害
礦塵具有很大的危害性，表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)污染工作場所，危害人體健康，引起職業(yè)病。
工人長期吸入礦塵后，輕者會患呼吸道炎癥、皮膚病，重者會患塵肺病，而塵肺病引發(fā)的礦工致殘和死亡人數(shù)在國內(nèi)外都十分驚人。舉例
(2)某些礦塵(如煤塵、硫化塵)在一定條件下可以爆炸。
煤塵能夠在完全沒有瓦斯存在的情況下爆炸，對于瓦斯礦井，煤塵則有可能參與瓦斯同時爆炸。煤塵或瓦斯煤塵爆炸，都將給礦山以突然性的襲擊，釀成嚴重災害。舉例，
(3)加速機械磨損，縮短精密儀器使用壽命。
隨著礦山機械化、電氣化、自動化程度的提高，礦塵對設備性能及其使用壽命的影響將會越來越突出，應引起高度的重視。
在某些綜采工作面干割煤時，工作面煤塵濃度高達4000～8000mg/m3，有的甚至更高，這種情況下，工作面能見度極低，往往會導致誤操作，造成人員的意外傷亡。
三、含塵量的計量指標
1.礦塵濃度
單位體積礦內(nèi)空氣中所含浮塵的數(shù)量稱為礦塵濃度，其表示方法有兩種：
(1)質(zhì)量法 每立方米空氣中所含浮塵的毫克數(shù)，單位為mg/m3。
(2)計數(shù)法 每立方厘米空氣中所含浮塵的顆粒數(shù)，單位為粒/cm3。
我國規(guī)定采用質(zhì)量法來計量礦塵濃度?！?a href=http://getpedicuristjobs.com/czgc/ target=_blank class=infotextkey>規(guī)程》對井下有人工作的地點和人行道的空氣中粉塵(總粉塵、呼吸性粉塵)濃度標準作了明確規(guī)定，見表11-1-1，同時還規(guī)定作業(yè)地點的粉塵濃度、井下每月測定2次，井上每月測定1次。
2．產(chǎn)塵強度是指生產(chǎn)過程中，采落煤中所含的粉塵量，常用的單位為g/t。
3．相對產(chǎn)塵強度是指每采掘1噸或1立方米礦巖所產(chǎn)生的礦塵量，常用的單位為mg/t或mg/m3。鑿巖或井巷掘進工作面的相對產(chǎn)塵強度可按每鉆進1m鉆孔或掘進1m巷道計算。相對產(chǎn)塵強度使產(chǎn)塵量與生產(chǎn)強度聯(lián)系起來，便于比較不同生產(chǎn)情況下的產(chǎn)塵量。
4．礦塵沉積量
是單位時間在巷道表面單位面積上所沉積的礦塵量，單位為g/m2·d。這一指標用來表示巷道中沉積粉塵的強度，是確定巖粉撒布周期的重要依據(jù)。
四、礦塵性質(zhì)
1．礦塵中游離SiO2的含量
礦塵中游離SiO2的含量是危害人體的決定因素，其含量越高，危害越大。游離SiO2是許多礦巖的組成成分，如煤礦上常見的頁巖、砂巖、礫巖和石灰?guī)r等中游離SiO2的含量通常多在20%～50%，煤塵中的含量一般不超過5%。
2．礦塵的粒度與比表面積
礦塵粒度是指礦塵顆粒的平均直徑，單位為μm。
礦塵的比表面積是指單位質(zhì)量礦塵的總表面積，單位為m2/kg，或cm2/g。礦塵的比表面積與粒度成反比，粒度越小，比表面積越大，因而這兩個指標都可以用來衡量礦塵顆粒的大小。煤巖破碎成微細的塵粒后，首先其比表面積增加，因而化學活性、溶解性和呼附能力明顯增加；其次更容易懸浮于空氣中，表11-1-2所示為在靜止空氣中不同粒度的塵粒從1m高處降落到底板所需的時間；第三，粒度減小容易使其進入人體呼吸系統(tǒng)，據(jù)研究，只有5μm以下粒徑的礦塵才能進入人的肺內(nèi)，是礦井防塵的重點對象。
表11-1-2塵粒沉降時間
3．礦塵的分散度
分散度是指礦塵整體組成中各種粒級塵粒所占的百分比。分散度有兩種表示方法：
(1)重量百分比：各粒級塵粒的重量占總重量的百分比稱為重量分散度；
(2)數(shù)量百分比：各粒級塵粒的顆粒數(shù)占總顆粒數(shù)的百分比稱為數(shù)量分散度。
粒級的劃分是根據(jù)粒度大小和測試目的確定的，我國工礦企業(yè)將礦塵粒級劃分為4級：小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm。
礦塵分散度是衡量礦塵顆粒大小構成的一個重要指標，是研究礦塵性質(zhì)與危害的一個重要參數(shù)。
4．礦塵的濕潤性
礦塵的濕潤性是指礦塵與液體親和的能力。濕潤性決定采用液體除塵的效果，容易被水濕潤的礦塵稱為親水性礦塵，不容易被水濕潤的礦塵稱為疏水性礦塵，對于親水性礦塵，當塵粒被濕潤后，塵粒間相互凝聚，塵粒逐漸增大、增重，其沉降速度加速，礦塵能從氣流中分離出來，可達到除塵目的。
5．礦塵的荷電性
礦塵是一種微小粒子，因空氣的電離以及塵粒之間的碰撞、摩擦等作用，使塵粒帶有電荷，可能是正電荷，也可是負電荷，帶有相同的電荷的塵粒，互相排斥，不易凝聚沉降；帶有異電荷時，則相互吸引，加速沉降。
6．礦塵的光學特性
礦塵的光學特性包括礦塵對光的反射、吸收和透光強度等性能。在測塵技術中，常常用到這一特性。
第二節(jié) 礦山塵肺病
一、塵肺病及其發(fā)病機理
塵肺病是工人在生產(chǎn)中長期吸入大量微細粉塵而引起的以纖維組織增生為主要特征的肺部疾病。它是一種嚴重的礦工職業(yè)病，一旦患病，目前還很難治愈.
1．塵肺類的分類
(1)硅肺病(矽肺病)，由于吸入含游離ＳｉＯ2含量較高的巖塵而引的塵肺病稱為硅肺病?；颊叨酁殚L期從事巖巷掘進的礦工。
(2)煤硅肺病(煤矽肺)，由于同時吸入煤塵和含游離ＳｉＯ2的巖塵所引起的塵肺病稱為煤硅病肺?；颊叨酁閹r巷掘進和采煤的混合工種礦工。
(3)煤肺病，由于大量吸入煤塵而引起的塵肺病多屬煤肺病?；颊叨酁殚L期單一的在煤層中從事采掘工作的礦工。
上述三種塵肺病中最危險的是硅肺病。其發(fā)病工令最短（一般在10年左右），病情發(fā)展快，危害嚴重。煤肺病的發(fā)病工令一般為20～30年，煤硅肺病介于兩者之間但接近后者。
2．塵肺病的發(fā)病機理
塵肺病的發(fā)病機理至今尚未完全研究清楚。關于塵肺病的形成的論點和學說有多種。
進入人體呼吸系統(tǒng)的粉塵大體上經(jīng)歷以下四個過程：
(1)在上呼吸道的咽喉、氣管內(nèi)，含塵氣流由于沿程的慣性碰撞作用使大于10μm的塵粒首先沉降在其內(nèi)。經(jīng)過鼻腔和氣管粘膜分泌物粘結后形成痰排出體外。
(2)在上呼吸道的較大支氣管內(nèi)，通過慣性碰撞及少量的重力沉降作用，使5～10μm的塵粒沉積下來，經(jīng)氣管、支氣管上皮的纖毛運動，咳嗽隨痰排出體外。因此，真空進入下呼吸道的粉塵，其粒度均小于5μm，目前比較統(tǒng)一的看法是：空氣中5μm以下的礦塵是引起塵肺病的有害部分。
(3)在下呼吸道的細小支氣管內(nèi)，由于支氣管分支增多，氣流速度減慢，使部分2～5μm的塵粒依靠重力沉降作用沉積下來，通過纖毛運動逐級排出體外。 (4) 粒度為2μm左右的粉塵進入呼吸性支氣管和肺內(nèi)后，一部分可隨呼氣排出體外；另一部分沉積在肺泡壁上或進入肺內(nèi)，殘留在肺內(nèi)的粉塵僅占總吸入量的1%～2％以下。殘留在肺內(nèi)的塵?？蓺⑺婪闻荩狗闻萁M織形成纖維病變出現(xiàn)網(wǎng)眼，逐步失去彈性而硬化，無法擔負呼吸作用，使肺功能受到損害，降低了人體抵抗能力，并容易誘發(fā)其它疾病，如肺結核、肺心病等。在發(fā)病過程中，由于游離的ＳｉＯ2表面活性很強，加速了肺泡組織的死亡。
二、塵肺病的發(fā)病癥狀及影響因素
1．塵肺病的發(fā)病癥狀
塵肺病分為三期：
第一期：重體力勞動時呼吸困難、胸痛、輕度干咳。
第二期：中等體力勞動或正常工作時，感覺呼吸困難，胸痛、干咳或帶痰咳嗽。
第三期：做一般工作甚至休息時，也感到呼吸困難、胸痛、連續(xù)帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難。
2．影響塵肺病的發(fā)病因素
(1)礦塵的成分能夠引起肺部纖維病變的礦塵，多半含有游離ＳｉＯ2，其含量越高，發(fā)病工令越短，病變的發(fā)展程度越快。
(2)礦塵粒度及分散度塵肺病變主要是發(fā)生在肺臟的最基本單元即肺泡內(nèi)。礦塵粒度不同，對人體的危害性也不同。5μm以上的礦塵對塵肺病的發(fā)生影響不大；5μm以下的礦塵可以進入下呼吸道并沉積在肺泡中，最危險的粒度是2μm左右的礦塵。由此可見，礦塵的粒度越小，分散度越高，對人體的危害就越大。
(3)礦塵濃度塵肺病的發(fā)生和進入肺部的礦塵量有直接的關系，也就是說，塵肺的發(fā)病工令和作業(yè)場所的礦塵濃度成正比。
(4)個體方面的因素礦塵引起塵肺病是通過人體而進行的，所以人的機體條件，如年齡、營養(yǎng)、健康狀況、生活習性、衛(wèi)生條件等，對塵肺的發(fā)生、發(fā)展有一定的影響。
第三節(jié) 煤塵爆炸及預防
一、煤塵爆炸的機理及特征
1．煤塵爆炸的機理
煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應過程，是一種非常復雜的鏈式反應。一般認為其爆炸機理及過程主要表現(xiàn)在以下方面：
(1)煤本身是可燃物質(zhì)，當它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；
(2)當溫度達到300～400℃時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1%左右的其它碳氫化合物；
(3)形成的可燃氣體與空氣混合在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心，當活化中心的能量達到一定程度后，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃；
(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地循環(huán)進行，當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數(shù)百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變?yōu)楸ā?br />
2．煤塵爆炸的特征
(1)形成高溫、高壓、沖擊波煤塵爆炸火焰溫度為1600～1900℃，爆源的溫度達到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736ＫPa，但爆炸壓力隨著離開爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的5～7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達1120m/ｓ，沖擊波速度為2340m/ｓ。
(2)煤塵爆炸具有連續(xù)性
(3)煤塵爆炸的感應期煤塵爆炸也有一個感應期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據(jù)試驗，煤塵爆炸的感應期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40～280mｓ，揮發(fā)分越高，感應期越短。
(4)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時，參與反應的揮發(fā)分約占煤塵揮發(fā)分含量的40%～70％，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。。
(5)產(chǎn)生大量的CO煤塵爆炸時產(chǎn)生的CO，在災區(qū)氣體中的濃度可達2％～3％，甚至高達8％左右。爆炸事故中受害者的大多數(shù)(70%～80％)是由于CO中毒造成的。
二、煤塵爆炸的條件
煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮于空氣中，并達到一定的濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。
1．煤塵的爆炸性
煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸危險性必須經(jīng)過試驗確定。
2．懸浮煤塵的濃度
井下空氣中只有懸浮的煤塵達到一定濃度時，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低和最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發(fā)生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及試驗條件等有關。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1000～2000g/m3。其中爆炸力最強的濃度范圍為300～500g/m3。
3．引燃煤塵爆炸的高溫熱源
煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性質(zhì)、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5～40mj。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達到，
三、影響煤塵爆炸的因素
1．煤的揮發(fā)分
一般說來，煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強，即煤化作用程度低的煤，其煤塵的爆炸性強，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。
2．煤的灰分和水分
煤內(nèi)的灰分是不燃性物質(zhì)，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應，降低煤塵的爆炸性。煤的灰分對爆炸性的影響還與揮發(fā)分含量的多少有關，揮發(fā)分小于15%的煤塵，灰分的影響比較顯著，大于15%時，天然灰分對煤塵的爆炸幾乎沒有影響。水分能降低煤塵的爆炸性，因為水的吸熱能力大，能促使細微塵粒聚結為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時還能降低落塵的飛揚能力。
3．煤塵粒度
粒度對爆炸性的影響極大。1mm以下的煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險性隨粒度的減小而迅速增加，75μm以下的煤塵特別是30～75μm的煤塵爆炸性最強，在同一煤種不同粒度條件下，爆炸壓力隨粒度的減小而增高，爆炸范圍也隨之擴大，即爆炸性增強。粒度不同的煤塵引燃溫度也不相同。煤塵粒度越小，所需引燃溫度越低，且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇臁?br />
4．空氣中的瓦斯?jié)舛泉?br />
瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，煤塵的爆炸下限可用下式計算：
δm＝ｋδ
式中：δm—空氣中有瓦斯時的煤塵爆炸下限，g/m3；
δ—煤塵的爆炸下限，g/m3；
?。?mdash;系數(shù)，見表11-3-1。
5.空氣中氧的含量
空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低;氧的含量低時，點燃煤塵云困難，當氧含量低于17%時，煤塵就不再爆炸。煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高;含氧低，爆炸壓力低。
6.引爆熱源
點燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個達到或超過最低點燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃煤塵云。而且煤塵初爆的強度也越大;反之溫度越低，能量越小，越難以點燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強度也越小。
四、煤塵爆炸性鑒定
《規(guī)程》規(guī)定：新礦井的地質(zhì)精查報告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸性鑒定材料。生產(chǎn)礦井每延深一個新水平，由礦務局組織一次煤塵爆炸性試驗工作。
煤塵爆炸性的鑒定方法有兩種：一種是在大型煤塵爆炸試驗巷道中進行，這種方法比較準確可靠，但工作繁重復雜，所以一般作為標準鑒定用;另一種是在實驗室內(nèi)使用大管狀煤塵爆炸性鑒定儀進行，方法簡便，目前多采用這種方法。
煤塵通過燃燒管內(nèi)的加熱器時，可能出現(xiàn)下列現(xiàn)象：①只出現(xiàn)稀少的火星或根本沒有火星;②火焰向加熱器兩側以連續(xù)或不連續(xù)的形式在塵霧中緩慢地蔓延;③火焰極快地蔓延，甚至沖出燃燒管外，有時還會聽到爆炸聲。
同一試樣應重復進行5次試驗，其中只要有一次出現(xiàn)燃燒火焰，就定為爆炸危險煤塵。在5次試驗中都沒有出現(xiàn)火焰或只出現(xiàn)稀少火星，必須重作5次試驗，如果仍然如此，定為無爆炸危險煤塵，在重作的試驗中，只要有一次出現(xiàn)燃燒火焰，仍應定為爆炸危險煤塵。
預防煤塵爆炸的技術措施主要包括減、降塵措施，防止煤塵引燃措施及限制煤塵爆炸范圍擴大等三個方面。
1.減、降塵措施
減、降塵措施是指在煤礦井下生產(chǎn)過程中，通過減少煤塵產(chǎn)生量或降低空氣中懸浮煤塵含量以達到從根本上杜絕煤塵爆炸的可能性。
1)煤層注水實質(zhì)煤層注水的減塵作用主 要有以下三個方面：
?、倜后w內(nèi)的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源;
②水進入煤體內(nèi)部，并使之均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產(chǎn)生;
③水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質(zhì)，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產(chǎn)生量。
2)影響煤層注水效果的因素
?、倜旱牧严逗涂紫兜陌l(fā)育程度煤體的裂隙越發(fā)育則越易注水，可采用低壓注水(根據(jù)撫順煤研所建議;低壓小于2943KPa，中壓為2943～9810KPa，高壓大于9810KPa)，否則需采用高壓注水才能取得預期效果，但是當出現(xiàn)一些較大的裂隙(如斷層、破裂面等)，注水易散失于遠處或煤體之外，對預濕煤體不利。
②上履巖層壓力及支承壓力地壓的集中程度與煤層的埋藏深度有關，煤層埋藏越深則地層壓力越大，而裂隙和孔隙變得更小，導致透水性能降低，因而隨著礦井開采深度的增加，要取得良好的煤體濕潤效果，需要提高注水壓力。
③液體性質(zhì)的影響煤是極性小的物質(zhì)，水是極性大的物質(zhì)，兩者之間極性差越小，越易濕潤。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。陽泉一礦在注水時加入0.5%濃度的洗衣粉，注水速度比原來提高24%。
④煤層內(nèi)的瓦斯壓力煤層內(nèi)的瓦斯壓力是注水的附加阻力。水壓克服瓦斯壓力后才是注水的有效壓力，所以在瓦斯壓力大的煤層中注水時，往往要提高注水壓力，以保證濕潤效果。
?、葑⑺畢?shù)的影響煤層注水參數(shù)是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。注水量或煤的水分增量是煤層注水效果的標志，也是決定煤層注水除塵率高低的重要因素，
3)煤層注水方式注水方式是指鉆孔的位置、長度和方向。按國內(nèi)外注水狀況，有以下4種方式：
?、俣炭鬃⑺窃诨夭晒ぷ髅娲怪泵罕诨蚺c煤壁斜交打鉆孔注水，注水孔長度一般為2～3.5m，如圖11-3-4所示。
?、谏羁鬃⑺窃诨夭晒ぷ髅娲怪泵罕诖蜚@孔注水，孔長一般為5～25m，如圖11-3-4所示。
③長孔注水，是從回采工作面的運輸巷或回風巷，沿煤層傾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水(圖11-3-5)，孔長30～100m；當工作面長度超過120m而單向孔達不到設計深度或煤層傾角有變化時，可采用上向、下向鉆孔聯(lián)合布置鉆孔注水(圖11-3-6）
④巷道鉆孔注水，即由上鄰近煤層的巷道向下煤層打鉆注水或由底板巷道向煤層打鉆注水，巷道鉆孔注水采用小流量、長時間的注水方法，濕潤效果良好；但打巖石鉆孔不經(jīng)濟，而且受條件限制，所以極少采用。
4)注水系統(tǒng)注水系統(tǒng)分為靜壓注水系統(tǒng)和動壓注水系統(tǒng)。
利用管網(wǎng)將地面或上水平的水通過自然靜壓差導入鉆孔的注水叫靜壓注水。靜壓注水采用橡膠管將每個鉆孔中的注水管與供水干管聯(lián)接起來，其間安裝有水表和截止閥，干管上安裝壓力表，然后通過供水管路與地表或上水平水源相聯(lián)。
利用水泵或風包加壓將水壓入鉆孔的注水叫動壓注水，水泵可以設在地面集中加壓，也可直接設在注水地點進行加壓。
5)注水設備煤層注水所使用的設備主要包括鉆機、水泵、封孔器、分流器及水表等。
?、巽@機我國煤礦注水常用的鉆機如表11-3-2所示。
?、诿簩幼⑺锚?/p>
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)
③封孔器我國煤礦長鉆孔注水多采用YPA型水力膨脹式封孔器和MF型摩擦式封孔器。
④分流器分流器是動壓多孔注水不可缺少的器件，它可以保證各孔的注水流量恒定。煤科總院重慶分院研制的DF-1型分流器，壓力范圍0.49～14.7mPA，節(jié)流范圍0.5、0.7、1.0m3/h。
?、菟砑皦毫Ρ愍ギ斪⑺畨毫Υ笥?mPA時，可采用DC-4.5/200型注水水表，耐壓20mPA，流量4.5m3/h;注水壓力小于1mPA時，可采用普通自來水水表。
6)注水參數(shù)
①注水壓力注水壓力的高低取決于煤層透水性的強弱和鉆孔的注水速度。通常，透水性強的煤層采用低壓(小于3MPa)注水，透水性較弱的煤層采用中壓(3～10 MPa )注水，必要時可采用高壓注水(大于10mPA。適宜的注水壓力是：通過調(diào)節(jié)注水流量使其不超過地層壓力而高于煤層的瓦斯壓力。
②注水速度(注水流量)注水速度是指單位時間內(nèi)的注水量。為了便于對各鉆孔注水流量進行比較，通常以單位時間內(nèi)每米鉆孔的注水量來表示。。
一般來說，小流量注水對煤層濕潤效果最好，只要時間允許，就應采用小流量注水。靜壓注水速度一般為0.001～0.027m3/(h·m)，動壓注水速度為0.002～0.24m3/(h·m)，若靜壓注水速度太低，可在注水前進行孔內(nèi)爆破，提高鉆孔的透水能力，然后再進行注水。
③注水量注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。它與工作面尺寸、煤厚、鉆孔間距、煤的孔隙率、含水率等多種因素有關，確定注水量首先要確定噸煤注水量，各礦應根據(jù)煤層的具體特征綜合考察。一般來說，中厚煤層的噸煤注水量為0.015～0.03m3/t;厚煤層為0.025～0.04m3/t。
?、茏⑺畷r間每個鉆孔的注水時間與鉆孔注水量成正比，與注水速度成反比。在實際注水中，常把在預定的濕潤范圍內(nèi)的煤壁出現(xiàn)均勻“出汗”(滲出水珠)的現(xiàn)象，作為判斷煤體是否全面濕潤的輔助方法。“出汗”后或在“出汗”后再過一段時間便可結束注水。通常靜壓注水時間長，動壓注水時間短。
2.限制煤塵爆炸范圍擴大的措施
防止煤塵爆炸危害，除采取防塵措施外，還應采取降低爆炸威力，限制爆炸范圍擴大的措施。
(1)清除落塵定期清除落塵，防止沉積煤塵參與爆炸可以有效地降低爆炸威力，使爆炸由于得不到煤塵補充而逐漸熄滅。
(2)撒布巖粉撒布巖粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性巖粉，增加沉積煤塵的灰分，抑制煤塵爆炸的傳播。
惰性巖粉一般為石灰?guī)r粉和泥巖粉。對惰性巖粉的要求是：①可燃物含量不超過5%，游離SiO2含量不超過5%;②不含有害有毒物質(zhì)，吸濕性差;③粒度應全部通過50號篩孔(即粒徑全部小于0.3mm)，且其中至少有70%能通過200號篩孔(即粒徑小于0.075mm)。撒布巖粉時要求把巷道的頂、幫、底及背板后側暴露處都用巖粉覆蓋;巖粉的最低撒布量在作煤塵爆炸鑒定的同時確定，但煤塵和巖粉的混合煤塵，不燃物含量不得低于80%;撒布巖粉的巷道長度不小于300m，如果巷道長度小于300m時，全部巷道都應撒布巖粉。對巷道中的煤塵和巖粉的混合粉塵，每3個月至少應化驗一次，如果可燃物含量超過規(guī)定含量時，應重新撒布。
(3)設置水棚水棚包括水槽棚和水袋棚兩種，設置應符合以下基本要求。
①主要隔爆棚應采用水槽棚，水袋棚只能做為輔助隔爆棚;
②應設置在巷道的直線部分，且主要水棚的用水量不小于400l/m2，輔助水棚不小于200l/m2;
?、巯噜徦镏行木酁?.5～1.0m，主要水棚總長度不小于30m，輔助水棚不小于20m;
④首列水棚距工作面的距離，必須保持60～200m;
?、菟刍蛩囗敯?、兩幫距離不小于0.1m，其底部距軌面不小于1.8m; ⑥水內(nèi)如混入煤塵量超過5%時，應立即換水。
(4)設置巖粉棚巖粉棚分輕型和重型兩類。它是由安裝在巷道中靠近頂板處的若干塊巖粉臺板組成，臺板的間距稍大于板寬，每塊臺板上放置一定數(shù)量的惰性巖粉，當發(fā)生煤塵爆炸事故時，火焰前的沖擊波將臺板震倒，巖粉即彌漫于巷道中，火焰到達時，巖粉從燃燒的煤塵中吸收熱量，使火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆傧陆?，直至熄滅?/p>
巖粉棚的設置應遵守以下規(guī)定：
①按巷道斷面積計算，主要巖粉棚的巖粉量不得少于400kg/m2，輔助巖粉棚不得少于200kg/m2;
?、谳p型巖粉棚的排間距1.0～2.0m，重型為1.2～3.0m;
?、蹘r粉棚的平臺與側幫立柱(或側幫)的空隙不小于50mm，巖粉表面與頂梁(頂板)的空隙不小于100mm，巖粉板距軌面不小于1.8m;
?、軒r粉棚距可能發(fā)生煤塵爆炸的地點不得小于60m，也不得大于300m;
?、輲r粉板與臺板及支撐板之間，嚴禁用釘固定，以利于煤塵爆炸時巖粉板有效的翻落;
?、迬r粉棚上的巖粉每月至少檢查和分析一次，當巖粉受潮變硬或可燃物含量超過20%時，應立即更換，巖粉量減少時應立即補充。
(5)設置自動隔爆棚 自動隔爆棚是利用各種傳感器，將瞬間測量的煤塵爆炸時的各種物理參量迅速轉換成電訊號，指令機構的演算器根據(jù)這些訊號準確計算出火焰?zhèn)鞑ニ俣群筮x擇恰當時機發(fā)出動作訊號，讓抑制裝置強制噴撒固體或液體等消火劑，從而可靠地撲滅爆炸火焰，阻止煤塵爆炸蔓延。
第四節(jié) 礦山綜合防塵
礦山綜合防塵是指采用各種技術手段減少礦山粉塵的產(chǎn)生量、降低空氣中的粉塵濃度，以防止粉塵對人體、礦山等產(chǎn)生危害的措施。
大體上將綜合防塵技術措施分為通風除塵、濕式作業(yè)、密閉抽塵、凈化風流、個體防護及一些特殊的除、降塵措施。
一、通風除塵
通風除塵是指通過風流的流動將井下作業(yè)點的懸浮礦塵帶出，降低作業(yè)場所的礦塵濃度，因此搞好礦井通風工作能有效地稀釋和及時地排出礦塵。
決定通風除塵效果的主要因素是風速及礦塵密度、粒度、形狀、濕潤程度等。風速過低，粗粒礦塵將與空氣分離下沉，不易排出;風速過高，能將落塵揚起，增大礦內(nèi)空氣中的粉塵濃度。因此，通風除塵效果是隨風速的增加而逐漸增加的，達到最佳效果后，如果再增大風速，效果又開始下降，如圖11-4-1所示。排除井巷中的浮塵要有一定的風速。我們把能使呼吸性粉塵保持懸浮并隨風流運動而排出的最低風速稱為最低排塵風速。同時，我們把能最大限度排除浮塵而又不致使落塵二次飛揚的風速稱為最優(yōu)排塵風速。一般來說，掘進工作面的最優(yōu)風速為0.4～0.7m/s，機械化采煤工作面為1.5～2.5m/s。
《規(guī)程》規(guī)定的采掘工作面最高容許風速為4m/s，不僅考慮了工作面供風量的要求，同時也充分考慮到煤、巖塵的二次飛揚問題。
二、濕式作業(yè)
濕式作業(yè)是利用水或其它液體，使之與塵粒相接觸而捕集粉塵的方法，它是礦井綜合防塵的主要技術措施之一，具有所需設備簡單、使用方便、費用較低和除塵效果較好等優(yōu)點。缺點是增加了工作場所的濕度，惡化了工作環(huán)境，能影響煤礦產(chǎn)品的質(zhì)量，除缺水和嚴寒地區(qū)外，一般煤礦應用較為廣泛，我國煤礦較成熟的經(jīng)驗是采取以濕式鑿巖為主，配合噴霧灑水、水封爆破和水炮泥以及煤層注水等防塵技術措施。
1.濕式鑿巖、鉆眼
該方法的實質(zhì)是指在鑿巖和打鉆過程中，將壓力水通過鑿巖機、鉆桿送入并充滿孔底，以濕潤、沖洗和排出產(chǎn)生的礦塵。
2.灑水及噴霧灑水
灑水降塵是用水濕潤沉積于煤堆、巖堆、巷道周壁、支架等處的礦塵。當?shù)V塵被水濕潤后，塵粒間會互相附著凝集成較大的顆粒，附著性增強，礦塵就不易飛起。在炮采炮掘工作面放炮前后灑水，不僅有降塵作用，而且還能消除炮煙、縮短通風時間。煤礦井下灑水，可采用人工灑水或噴霧器灑水。對于生產(chǎn)強度高、產(chǎn)塵量大的設備和地點，還可設自動灑水裝置。
噴霧灑水是將壓力水通過噴霧器(又稱噴嘴)，在旋轉或(及)沖擊的作用下，使水流霧化成細微的水滴噴射于空氣中(如圖11-4-2)所示，它的捕塵作用有：①在霧體作用范圍內(nèi)，高速流動的水滴與浮塵碰撞接觸后，塵粒被濕潤，在重力作用下下沉;②高速流動的霧體將其周圍的含塵空氣吸引到霧體內(nèi)濕潤下沉;③將已沉落的塵粒濕潤粘結，使之不易飛揚。原蘇聯(lián)的研究表明，在掘進機上采用低壓灑水，降塵率為43%～78%，而采用高壓噴霧時達到75%～95%;炮掘工作面采用低壓灑水，降塵率為51%，高壓噴霧達72%，且對微細粉塵的抑制效果明顯。
(1)掘進機噴霧灑水
掘進機噴霧分內(nèi)外兩種。外噴霧多用于捕集空氣中懸浮的礦塵，內(nèi)噴霧則通過掘進機切割機構上的噴嘴向割落的煤巖處直接噴霧，在礦塵生成的瞬間將其抑制。較好的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)可使空氣中含塵量減小85%～95%。
(2)采煤機噴霧灑水
采煤機的噴霧系統(tǒng)分為內(nèi)噴霧和外噴霧兩種方式。采用內(nèi)噴霧時，水由安裝在截割滾筒上的噴嘴直接向截齒的切割點噴射，形成“濕式截割”;采用外噴霧時，水由安裝在截割部的固定箱上、搖臂上或檔煤板上的噴嘴噴出，形成水霧覆蓋塵源，從而使粉塵濕潤沉降。噴嘴是決定降塵效果好壞的主要部件，噴嘴的形式有錐形、傘形、扇形、束形，一般來說內(nèi)噴霧多采用扇形噴嘴，也可采用其它形式;外噴霧多采用扇形和傘形噴嘴，也可采用錐形噴嘴。
(3)綜放工作面噴霧灑水
?、俜琶嚎趪婌F放頂煤支架一般在放煤口都裝備有控制放煤產(chǎn)塵的噴霧器，但由于噴嘴布置和噴霧形式不當，降塵效果不佳。為此，可改進放煤口噴霧器結構，布置為雙向多噴頭噴嘴，擴大降塵范圍;選用新型噴嘴，改善霧化參數(shù);有條件時，水中添加濕潤劑，或在放煤口處設置半遮蔽式軟質(zhì)密封罩，控制煤塵擴散飛揚，提高水霧捕塵效果。
?、谥Ъ荛g噴霧支架在降柱、前移和升柱過程中產(chǎn)生大量的粉塵，同時由于通風斷面小、風速大，來自采空區(qū)的礦塵量大增，因此采用噴霧降塵時，必須根據(jù)支架的架型和移架產(chǎn)塵的特點，合理確定噴嘴的布置方式和噴嘴型號。
?、坜D載點噴霧 轉載點降塵的有效方法是封閉加噴霧。通常在轉載點(即回采工作面輸送機與順槽輸送機連接處)加設半密封罩，罩內(nèi)安裝噴嘴(，以消除飛揚的浮塵，降低進入回采工作面的風流含塵量。為了保證密封效果，密封罩進、出煤口安裝半遮式軟風簾，軟風簾可用風筒布制作。
?、芷渌攸c噴霧由于綜放面放下的頂煤塊度大，數(shù)量多，破碎量增大，因此，必須在破碎機的出口處進行噴霧降塵。
3.水炮泥和水封爆破
水炮泥就是將裝水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼內(nèi)，如圖11-4-5所示。爆破時水袋破裂，水在高溫高壓下汽化，與塵粒凝結，達到降塵的目的。采用水炮泥比單純用土炮泥時的礦塵濃度低20%～50%，尤其是呼吸性粉塵含量有較大的減少。除此之外，水炮泥還能降低爆破產(chǎn)生的有害氣體，縮短通風時間，并能防止爆破引燃瓦斯。
水炮泥的塑料袋應難燃，無毒，有一定的強度。水袋封口是關鍵，目前使用的自動封口水袋。裝滿水后，和自行車內(nèi)胎的氣門芯一樣，能將袋口自行封閉。
水封爆破是將炮眼的爆藥先用一小段炮泥填好，然后再給炮眼口填一小段炮泥填好，兩段炮泥之間的空間，插入細注水管注水，注滿后抽出注水管，并將炮泥上的小孔堵塞。
三、凈化風流
凈化風流是使井巷中含塵的空氣通過一定的設施或設備，將礦塵捕獲的技術措施。目前使用較多的是水幕和濕式除塵裝置。
1.水幕凈化風流
水幕是在敷設于巷道頂部或兩幫的水管上間隔地安上數(shù)個噴霧器噴霧形成的，如圖11-4-7所示。噴霧器的布置應以水幕布滿巷道斷面盡可能靠近塵源為原則。
凈化水幕應安設在支護完好、壁面平整、無斷裂破碎的巷道段內(nèi)。一般安設位置為：
①礦井總入風流凈化水幕：距井口20～100m巷道內(nèi);
?、诓蓞^(qū)入風流凈化水幕：風流分叉口支流里側20～50m巷道內(nèi);
③采煤回風流凈化水幕：距工作面回風口10～20m回風巷內(nèi);
?、芫蜻M回風流凈化水幕：距工作面30～50m巷道內(nèi);
⑤巷道中產(chǎn)塵源凈化水幕：塵源下風側5～10m巷道內(nèi)。
水幕的控制方式可根據(jù)巷道條件，選用光電式、觸控式或各種機械傳動的控制方式。選用的原則是既經(jīng)濟合理又安全可靠。
2濕式除塵裝置
所謂除塵裝置(或除塵器)是指把氣流或空氣中含有固體粒子分離并捕集起來的裝置，又稱集塵器或捕塵器。根據(jù)是否利用水或其它液體，除塵裝置可分為干式和濕式兩大類。
目前常用的除塵器有SCF系列除塵風機、KgC系列掘進機除塵器、TC系列掘進機除塵器、mAD系列風流凈化器及奧地利Am-50型掘進機除塵設備，德國SRm-330掘進除塵設備等。
四、個體防護
個體防護是指通過佩戴各種防護面具以減少吸入人體粉塵的一項補救措施。
個體防護的用具主要有防塵口罩、防塵風罩、防塵帽、防塵呼吸器等，其目的是使佩戴者能呼吸凈化后的清潔空氣而不影響正常工作。
1．防塵口罩
礦井要求所有接觸粉塵作業(yè)人員必須佩戴防塵口罩，對防塵口罩的基本要求是：阻塵率高，呼吸阻力和有害空間小，佩戴舒適，不妨礙視野，普通紗布口罩阻塵率低，呼吸阻力大，潮濕后有不舒適的感覺，應避免使用。
2．防塵安全帽(頭盔)
煤科總院重慶分院研制出AFm-1型防塵安全帽(頭盔)或稱送風頭盔與LKS-7.5型兩用礦燈匹配，在該頭盔間隔中，安裝有微型軸流風機1、主過濾器2、預過濾器5，面罩可自由開啟，由透明有機玻璃制成，送風頭盔進入工作狀態(tài)時，環(huán)境含塵空氣被微型風機吸入，預過濾器可截留80%～90%的粉塵，主過濾器可截留99%以上的粉塵。經(jīng)主過濾器排出的清潔空氣，一部分供呼吸，剩余氣流帶走使用者頭部散發(fā)的部分熱量，由出口排出。其優(yōu)點是與安全帽一體化，減少佩戴口罩的憋氣感，
3．AYH系列壓風呼吸器
AYH系列壓風呼吸是一種隔絕式的新型個人和集體呼吸防擴裝置。它利用的礦井壓縮空氣在經(jīng)離心脫去油霧，活性炭吸附等凈化過程中，經(jīng)減壓閥同時向多人均衡配氣供呼吸。目前生產(chǎn)的有AYH-1型、AYH-2型和AYH-3型三種型號。
