礦井煤塵防治

礦井防塵系統基礎知識及設備配置

一、礦塵基本知識

(一)礦塵與計量

1.礦塵的概念

礦塵是礦井在生產和建設過程中所產生的各種煤炭、巖石微粒的總稱，屬于粉塵的一部分。

一般來講，在現有防塵技術措施的條件下，以采掘工作面產生的礦塵量為最多，約占全部礦塵的80%。

其次，錨噴作業點產塵量占10～15%；

運輸通風巷道產塵量占5%～10%；

其它作業點占2%～5%。

就煤塵而言，一般每晝夜的產塵量約等于產煤量的0.25%～1.0%，甚至高達3%。

（二）礦塵的分類

1.按礦塵粒徑劃分

按照粒徑大小可分為

粗塵粒徑大于40微米

細塵粒徑在10～40微米

微塵粒徑在0.25～10微米

超微塵粒徑小于0.25微米2.按礦塵成因劃分原生礦塵：開采之前因地質作用和地質變化等原因而生成的礦塵。次生礦塵：生產過程中，因破碎煤巖而產生的礦塵。3.按礦塵的存在狀態劃分

(1)浮游礦塵。飛揚在礦內空氣中的礦塵，簡稱浮塵。一般所說的礦塵是指該狀態下的礦塵。

(2)沉積礦塵。從礦內空氣中因自重而降落在巷道周壁的礦塵，簡稱落塵。

4.按礦塵的粒徑組成范圍可分為

(1)全塵：各種粒徑在內的粉塵的總和。

(2)呼吸性粉塵：能被吸入人體肺泡的浮塵。這種粉塵的粒徑大多小于5微米。5.按礦塵的成分劃分

(1)煤塵。它是指粒徑小于1mm且以含固定碳可燃物為主的煤炭顆粒。

(2)巖塵。指細微顆粒的巖石粉塵，當巖塵中的游離二氧硅含量超過10%時稱為矽塵。

6.按有無爆炸性劃分

(1)有爆炸性粉塵。懸浮在空氣中的粉塵云達到一定濃度在有引爆熱源的條件下，本身能發生爆炸，如有爆炸性煤塵、面粉、鋁粉等。

(2)無爆炸性粉塵。如巖粉等。

(三)礦塵計量指標

1.礦塵濃度

單位體積礦井空氣中所含浮塵的數量叫做礦塵濃度，其表示方法有兩種：

(1)計重法。在1m3空氣中所含浮塵的毫克數，單位為mg/m3。

(2)計數法。在1cm3空氣中所含浮塵的顆粒數，單位為粒/cm3。

我國規定采用計重法表示礦塵濃度。

2.產塵強度

生產過程中，采落煤中所含的礦塵量，也叫絕對產塵強度，單位g/t。

3.相對產塵強度

每采1t或1m3煤所產生的礦塵量，單位mg/m3mg/t

4.礦塵沉積量

指單位時間在巷道表面單位面積上所沉積的礦塵量，單位g/（d﹒m2

）

5.礦塵分散度

礦塵分散度是指礦塵整體組成中各種粒級的塵粒所占的百分比。

我國對礦塵的分散度劃分為4級：

小于2μm；2～5μm；5～10μm；大于10μm。

分散度大小按礦塵中微細顆粒占的比重而定

礦塵總量中微細顆粒多，所占比例大時，稱為高分散度礦塵；

反之，則稱為低分散度礦塵。

礦塵的分散度越高，所含細小顆粒越多，危害性越大。

5μm以下的粉塵，能被吸入人體肺泡區，稱為呼吸性粉塵。它是導致塵肺病產生的主要因素。

據全國部分地區煤礦采掘工作面空氣中礦塵分散度實測數據表明，5μm以下的塵粒占90%左右，因此，呼吸性粉塵應是通風防塵工作的重點。

二、礦塵的基本性質

（一）礦塵成分及游離二氧化硅含量

從衛生角度主要了解礦塵中是否含有:

1)有毒物質：如鉛、砷、汞等

2）放射性物質：如鈾、釷等

3）游離二氧化硅（矽）

二氧化硅是多種礦物和巖石的組成成分，有兩種存在狀態

結合狀：即硅酸鹽礦物，如長石、滑石等

游離狀：常以結晶狀態存在，主要是石英

礦巖被粉碎成礦塵后，化學成分基本上無改變。從安全衛生角度考慮，主要了解礦塵中是否含有有毒物質、放射性物質、燃燒與爆炸性物質和游離二氧化硅，以便采取相應的預防措施。游離狀態的二氧化硅（主要是石英）是許多礦巖的組成成分，如煤礦上常見的頁巖、砂巖、礫巖和石灰巖等中游離SiO2的含量通常多在20%～50%，煤塵中的含量一般不超過5%，半煤巖中的含量在20%左右。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。二氧化硅是地殼上最常見的氧化物，是許多種巖石和礦物的重要組成部分，它有兩種存在狀態，一種是結合狀態的二氧化硅，即硅酸鹽礦物，如長石(K2O·Al2O3·6SiO2)；石棉(CaO·3MgO·4SiO2)；高嶺土(Al23·2SiO2·2H2O)，滑石(3Mg0·4SiO2·H2O)等等。另一種是游離狀態的二氧化硅，主要是石英，在自然界中分布很廣。粉塵中的游離二氧化硅的含量是引起并促進塵肺病及病程發展的主要因素，含量越高，其危害越大。許多礦巖都含有游離二氧化硅，煤系地層由于沉積環境不同、巖性不同，其游離二氧化硅含量變化較大，煤層中以煤為主，或者時也伴有夾石等，從煤種來看，無煙煤的二氧化硅的含量高于煙煤。（二）密度

1.真密度：單位體積（不包括塵粒間的空隙）質量成為密度。Kg/m3

2.表觀密度

用包括礦塵間空隙在內的體積計量的密度，也叫堆積密度。其值小于真密度。

3.相對密度

比重是指粉塵的質量與同體積水的質量之比。

密度對粉塵在空氣中的運動和沉降影響較大。

（三）礦塵粒度與比表面積

1.礦塵粒度

表示單一礦塵顆粒大小的尺度，也叫粒徑。

2.比表面積

單位質量或單位體積粉塵的總表面積之和。

（四）粉塵的濕潤性

是指粉塵分子和水分子之間的結合能力。結合能力強，粉塵容易被濕潤，反之，不容易被濕潤。容易被水濕潤的粉塵，稱為親水性粉塵；不容易被水濕潤的粉塵，稱為疏水性粉塵。粉塵粒子能否與液體相互附著或附著難易的性質稱為粉塵的潤濕性或吸濕性、浸潤性等。粉塵粒子與液體接觸時，如果接觸面能擴大而相互附著，就是能被潤濕；如果接觸面趨于縮小而不能相互附著，則為不能被潤濕。粉塵的粒徑、形狀、含水率、表面粗糙度及荷電性等對潤濕性有影響。同類粉塵，球形塵粒比不規則塵粒潤濕性差，塵粒越細潤濕能力越差。液體的表面張力越小，越易被粉塵吸濕，如酒精、煤油等的表面張力小，對粉塵的潤濕比水好。塵粒與水霧粒的相對運動速度較高時易被吸濕。粉塵的吸濕能力還隨著環境溫度上升而下降，隨氣溫的增加而增加。（五）電性質

懸浮于空氣中的粉塵通常都帶有電荷。

（六）礦塵的光學性質

1.塵粒對光的反射能力

當塵粒直徑大于1微米時，光線被直接反射而損失，即光線損失與反射面面積成正比。

2.塵粒的透光程度

透明程度取決于氣流含塵濃度的高低。隨著濃度的增加，透明度將大為減弱。

3.光強衰減程度

光線通過含塵氣流時，由于塵粒對光的吸收和散射作用，會使光強減弱。

（七）自燃性和爆炸性

三、粉塵的危害

（一）礦塵的產生

1、產生礦塵的主要作業工序

鉆眼作業

炸藥爆破

采煤機割煤、裝煤

掘進機掘進

采場支護、放頂

巷道支護，特別是錨噴支護

裝載、運輸、轉載和提升

通風安全設施的構筑2.影響礦塵量的主要因素

（1）地質構造及煤層賦存條件

地質構造復雜、斷層褶曲發育的地方，產塵量較大，反之則較小。

火成巖浸入，煤體變脆變酥，產塵量的。

開采急傾斜煤層比緩傾斜煤層產塵大；厚煤層比薄煤層產塵大。

（2）煤巖的物理性質1.危害

（1）對人體健康的危害；

（2）發生爆炸，造成人員死亡和經濟損失；

（3）中毒危害；

（4）放射危害。

其中最普遍而嚴重的危害是能引起塵肺病如：

（1）矽肺病（最嚴重）；

（2）煤肺??；

（3）石棉肺病；

（4）煤矽肺病。

一、塵肺病及其分類

塵肺病是工人在生產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病，一旦患病，治愈困難。塵肺病發病緩慢，有一定的潛伏期，不同于瓦斯、煤塵爆炸和冒頂等工傷事故那么觸目驚心，因此往往不被人們所重視。而實際上國內外由塵肺病引發的礦工傷亡人數，遠遠高于各類工傷事故的總和。

煤礦塵肺病按吸入礦塵的成分不同，可分為三類：

1、硅肺病(矽肺病)：由于吸入含游離SiO2含量較高的巖塵而引起的塵肺病稱為硅肺?。ɑ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肺病（患者多為巖巷掘進和采煤的混合工種礦工）；

3、煤肺?。河捎诖罅课朊簤m而引起的塵肺病多屬煤肺?。ɑ颊叨酁殚L期單一的在煤層中從事采掘工作的礦工）。

我國煤礦工人工種變動較大，長期固定從事單一工種的很少，因此煤礦塵肺病中以煤硅肺病比重最大，約占80%左右，單純的硅肺、煤肺病較少。作業人員從接觸礦塵開始到肺部出現纖維化病變所經歷的時間稱為發病工齡。上述三種塵肺病中最危險的是硅肺病。其發病工齡最短(一般在10年左右)，病情發展快，危害嚴重。煤肺病的發病工齡一般為20～30年，煤硅肺病介于兩者之間但接近后者。國際上最早的關于礦塵的法規是由南非金礦在1912年制訂的。其余的國家相繼在20世紀的20~30年代提出了相關的法律法規。但是，這些法規主要涉及矽肺病。在當時，人們還沒有意識到煤塵的危害。從30年代開始，被確診的礦工塵肺病數量急劇上升。英國醫學研究委員會在南威爾士的煤礦工人中作了關于呼吸疾病的調查，以后歐洲大陸各國和美國都認識到煤塵的危害性。人們對礦塵導致塵肺病的認識用了很長時間，究其原因，主要有三方面：第一，患者從意識到呼吸系統受到損害到確診可能要幾年的時間；第二，肺部對粉塵的反應往往類似于某些自然發生的疾病，因此似乎與礦塵沒有關系；第三，開始使用的粉塵濃度計量方法是單位體積空氣內粉塵顆粒的數量，這種方式難以反映出塵肺病發病與礦塵之間的聯系。這種情況在1959年南非約翰內斯堡舉行的國際塵肺病會議上得以改變，為了更好地度量粉塵對健康的潛在危害，會議決定用質量法取代計數法來計量粉塵濃度，會議還接受了英國醫學研究會提出的呼吸性粉塵概念，即能進入肺泡區的粉塵稱為呼吸性粉塵。二、塵肺病的發病機理肺部是人體吸入氧氣進行新陳代謝行為的器官。通過反復吸入和呼出空氣，使空氣靠近血液，兩片肺葉被厚約0.5μm的極薄的隔膜分開。氧氣通過隔膜從空氣中擴散到血液里，同時二氧化碳通過相反的方向擴散。兩種氣體各自的交換由隔膜兩側的濃度差驅動。呼吸系統自身的防御機制可以抵御那些吸入空氣中存在的氣態或者懸浮的污染氣體。然而，這種體系不能抵抗有毒或者致癌物的入侵。另外，長期暴露在超高濃度的粉塵里，肺部防御體系超負荷工作，不但使氣體交換效率降低，而且容易引起支氣管感染和其他疾病。1、人體的呼吸系統空氣從鼻孔進入呼吸系統，通過一道鼻毛組成的叢狀濾網后進入鼻咽。這道濾網是第一道防線，可以排除大顆粒的粉塵。這些顆粒會一直被截留，直到它們被吹出或通過鼻咽被吞咽下去。在鼻咽的較大的空間里，空氣速度減慢，在這一區域，實際上在通向肺泡的所有空氣通路分支上，管腔壁上有一層纖毛和黏液細胞。纖毛往復擺動，將纖毛上的黏液單向送往喉部，在那里可以被吞咽。絕大多數大于10μm的粉塵粒子在空氣被吸入到達喉部之前都會被從狀濾網和黏液所捕捉。而從口腔呼入的空氣就饒過了鼻孔和鼻咽所提供的保護?？諝饫^續通過氣管，氣管直徑約為20mm，長約120mm并且包含著一系列的堅韌的環形軟骨，氣管又分為左右支氣管，平均直徑約12mm，長約48mm。當然，這些尺寸在不同的個體之間有著相當大的差異。空氣繼續向前并被多次細分進入細支氣管中，它在形狀上類似于樹的根部。被十六次細分后，細支氣管的直徑只有0.6mm，人體肺部內支氣管的總數量甚至超過八千萬個。雖然分支造成獨立的空氣通路直徑減小，但大量分支的存在使流動交叉總面積顯著增加。因此，空氣流速減小到在較小的細支氣管中空氣流動處于完全層流狀態。所有的細支氣管壁上都有一層黏液，它們通過纖毛的運動被不停的向上排移到氣管。黏液分泌物和所有被捕集到的微粒通常在一天內會被通過咳嗽或吞咽的方式從氣管里排出?？諝馔分械酿ひ簩油ǔ：鼙?，然而，支氣管疾病會使黏液層的粘度和厚度增大，限制空氣的運動。當空氣以較高速度通過時會發出聲音（即呼吸困難，有喘息聲）。最小的細支氣管在成串的氣囊或肺泡前結束，這些氣囊約有0.2~0.6mm大小。肺泡壁上附有一層0.5mm厚的膜，也稱上皮細胞，氣體通過它們后才發生交換。據估計，一個健康的成年人肺部平均有3到4億個肺泡，可用于氣體交換的總面積約為75m2。橫膈膜和胸腔的肌肉運動引起肺泡與外部大氣間的壓差規律變化，從而發生空氣吸入和呼出的正常循環。根據運動標準的不同，呼吸頻率在每分鐘吸入12～40次之間變化。很少有大于3μm的粉塵顆粒能夠到達肺泡。人們已經提出了眾多模型來表明顆粒大小與沉降地點的關系。因為肺泡所捕集的顆粒非常微小，所以很難將其從中清除，直徑為0.2μm的粒子的清除概率為0.75，而對于0.02μm的粒子，概率就降為0.45。肺泡中產生的黏液可以潤濕肺泡表面，并使它們自主的膨脹或者收縮。從肺泡中清除粉塵顆粒的任務由相對較大的細胞（10～50μm，也稱噬菌細胞）完成。這些游離的細胞可以在肺泡壁上自由移動而且可以吞噬直徑最大為10μm的顆粒。噬菌細胞的平均壽命為一個月。噬菌細胞如果吞噬了有毒粒子，它將很快死亡。當肺部所吸入的粉塵粒子數量增加時，噬菌細胞的數量也會增加。目前還不清楚呼吸性粉塵濃度和噬菌細胞產生量的關系，它與粒子的礦物成分有關，此外，清除已吞噬粉塵的細胞要比清除正常的無塵細胞困難。2、呼吸系統內粉塵沉積的機理呼吸系統某些區域內粉塵粒子的沉積會根據粒子大小和其空氣動力學特性、空氣通路的幾何形狀以及氣流形式而發生變化。沉積最主要的三種機理為慣性碰撞、重力沉降和擴散作用。而對于某些特殊類型的粒子，攔截作用和靜電沉淀作用居主要地位。下面分別討論沉積的五種模式。（1）慣性碰撞作用粉塵顆粒的密度和動量與相同體積的空氣相比要大的多。當空氣被有規律的從肺部吸入呼出時，在隨空氣運移的每個彎曲段，粉塵粒子都趨向于直線運動并且撞擊在空氣通路的黏液層壁上。粉塵的慣性撞擊沉積隨曲率和空氣流速的增大而增多。解剖發現，在不同個體間，分支細支氣管的拐彎處的沉積有相當大的差異。在上部空氣通路，空氣流速較大，可是，較后的通路也具有較大的直徑，粒子在發生碰撞之前必須穿過流線傳播更遠的距離才行。在盡力呼吸過程中，呼吸速率和空氣速率在系統的各處都增大，將空氣吸入到肺部深處，進而，由于鼻孔和叢狀濾網的阻礙作用，將會增加從口腔的呼吸。由于這些原因，繁重的體力勞動由于慣性碰撞而導致的呼吸系統沉積會上升。由于黏液層逐漸變厚、支氣管感染或肺部受損而造成的空氣通路縮頸也將會導致較高的空氣流速進而增加慣性碰撞造成的沉積。（2）重力沉降重力沉降是指在重力作用下顆粒的沉降，它對在較低的空氣流速下大于0.5μm的粉塵粒子有效，而較小的顆粒更多地受布朗運動和擴散作用影響。在呼吸循環的反向期間，鼻咽中的大顆粒粉塵會因為重力作用沉積。另外，重力沉降可以解釋層流狀態的粉塵在細支氣管和肺泡中的沉積機理。（3）擴散作用亞微粒子受氣體粒子的撞擊做布朗運動。布朗運動對直徑小于0.5μm的粒子尤為顯著。雖然布朗運動在呼吸系統的各處都會發生，但當平均位移變得同空氣通路大小相當時，它會成為粉塵沉積的有效方式，因此，它在肺泡和較細的細支氣管中有著特別重要的作用。（4）攔截和靜電沉淀作用對于纖維粉塵，攔截有著顯著作用。當粉塵長度與直徑比超過3時，我們稱它為纖維粉塵。這些粉塵傾向于朝著空氣流動的方向，長200μm的纖維能夠穿透到到肺的深處。不過，纖維粉塵末梢可能接觸到空氣通路的壁面，特別是在拐彎處和分支點，在這會發生纖維粉塵的聚積。這就是攔截的機理。在礦井的工作區域內，新產生的礦塵會帶有較大的靜電量。這些粒子周圍移動著的電磁場會誘導呼吸系統空氣通路壁面上的異性電荷，由此產生靜電沉淀并被黏液層捕集。3、塵肺病由吸入粉塵引起的呼吸器官疾病統稱為塵肺病，這里主要討論礦井粉塵產生的疾病。一般的，礦井粉塵并不直接致命，而是通過使肺部空氣容量逐漸減少，使患者更易感染輕微的呼吸疾?。ㄈ鐐L或流感）以及肺結核，慢性支氣管炎和肺氣腫，實際上，是這些病加速了死亡。慢性支氣管炎是一種呼吸系統氣管內粘膜炎癥，伴隨著周期或持續的咳嗽。肺氣腫是指由肺泡氣壓過大而造成的肺泡間隔破壞，這經常是支氣管內收縮的結果。肺泡間隔斷裂經常發生在咳嗽期間，臨近的肺泡破裂而相互融合，這將逐漸導致反常的呼吸困難，即使在很輕微的活動下。呼吸困難還將導致心臟過度緊張并有可能導致心臟病并發癥。(1)纖維變性反應前面已介紹纖維變性粉塵促進了肺泡結締內纖維組織的異常增生，它開始產生在纖維組織，然后向外輻射形成纖維原細胞。肺泡壁的氣體交換受到阻滯，失去原有彈性，導致有效容積縮小。此外，噬菌細胞的生成量減少會加劇肺泡內粉塵的聚集。較多的纖維聚集還會扭曲和破壞血管，引起心臟功能衰竭。(2)煤肺病很多種粉塵（包括煤塵）只會引起微弱的生理學反應，然而，長時間充分暴露在粉塵的滯留聚集區會在肺部組織形成色斑，通過X射線可以觀察到黑色的小圓斑。這些礦塵包括鐵（肺鐵末沉著癥）、錫（錫肺塵）和鋁（鋁塵肺）。被雇用的最初約10～15年里，煤礦工人一般不會察覺患有煤肺病，也不會意識到勞動能力的逐漸喪失。(3)硅肺癥這是塵肺病中最危險的一類，它由游離的二氧化硅粒子所引起（包括石英、砂石和燧石），而不是粘土或耐火土中的硅酸鹽造成的。含有硅石的巖石的采掘和粉碎操作中新產生的粉塵，以及噴砂器中噴出的砂塵所具有的危險性最大。人們懷疑許多嚴重的煤肺病病例是因為吸入的煤塵中混有石英顆粒。在硅肺癥的早期階段也可以在X光片上看到許多粉塵聚積的局部病灶。X光片顯示，硅塵聚積到一定水平后，肺部表面會逐漸產生嚴重的纖維癥。纖維化可能是由硅酸反應或者粉塵的電化學表面活性造成的。三、塵肺病的發病癥狀及影響因素1、塵肺病的發病癥狀塵肺病的發展有一定的過程，輕者影響勞動生產力，嚴重時喪失勞動能力，甚至死亡。這一發展過程是不可逆轉的，因此要及早發現，及時治療，以防病情加重，從自覺癥狀上，塵肺病分為三期，如表12-3-1所示。塵肺病的發病階段和相應的癥狀發病階段 相應癥狀第一期 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、連續帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難2、影響塵肺病的發病因素(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，發病工齡越短，病變的發展程度越快。對于煤塵，引起煤肺病的主要是它的有機質(即揮發分)含量。據試驗，煤化作用程度越低，危害越大。(2)礦塵粒度及分散度塵肺病主要是發生肺泡內。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生和進入肺部的礦塵量有直接的關系，也就是說，塵肺的發病工齡和作業場所的礦塵濃度成正比。國外的統計資料表明，在高礦塵濃度的場所工作時，平均5～10年就有可能導致硅肺病，如果礦塵中的游離SiO2含量達80%～90%，甚至1.5～2年即可發病?？諝庵械牡V塵濃度降低到《規程》規定的標準以下，工作幾十年，肺部吸入的礦塵總量仍不足達到致病的程度。（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、健康狀況、生活習性、衛生條件等，對塵肺的發生、發展有一定的影響。塵肺病在目前的技術水平下盡管很難完全治愈，但它是可以預防的。只要積極推廣綜合防塵技術，就可以達到降低塵肺病的發病率及死亡率的目的。接觸職業病危害作業的勞動者的職業健康檢查周期

二、煤塵爆炸及預防

1、煤塵爆炸機理

煤被破碎成煤塵后，其比表面積顯著增大，與氧的接觸面積及吸附氧分子的數量亦相應增加。在高溫熱源作用下，氧分子與碳發生氧化反應而生熱，并促進了煤塵粒子在高溫下的熱分解而產生可燃氣體，如揮發份含量為20~26%的1kg焦煤，受熱后能放出可燃氣體295~350L，這些可燃氣體與空氣混合后便著火燃燒。局部燃燒放出的熱量以分子熱傳導、輻射、對流等復合傳熱方式傳給附近懸浮著的煤塵，又使這些煤粒子受熱分解，產生可燃氣體而著火燃燒，于是燃燒便如此循環地繼續下去，隨著每個循環的逐次進行，反應速度也逐次加快，定常燃燒非常迅速地轉變成激烈的非定常燃燒，從而在極短的時間內，使空間氣體的壓力猛烈增高，形成了煤塵爆炸。2.煤塵爆炸的條件

煤塵爆炸必須同時具備四個條件，缺一不可。

(1)煤塵本身具有爆炸性。

(2)浮塵達到爆炸濃度。一般認為煤塵爆炸的下限濃度為30～50g/m3，上限濃度為1500～2000g/m3。其中爆炸威力最強的濃度范圍為300～500g/m3。

(3)有足以點燃煤塵的熱源。經實驗，我國煤塵爆炸的引燃溫度在610～1050℃之間，一般為700～800℃，煤塵爆炸的最小點燃能量為4.5～40mJ。

(4)氧氣濃度。井下空氣中氧含量低于17%時，煤塵不能引燃而失去爆炸性。

3.煤塵爆炸的特征

煤塵爆炸與氣體爆炸不同，有以下一些特點：

（1）易產生連續爆炸

煤塵爆炸的氧化反應和瓦斯爆炸一樣，主要在氣相條件內進行。煤塵的燃燒速度和爆炸壓力比氣體的要小，但燃燒帶的長度較長，產生的能量大，表現出顯著的破壞能力。一般來說，爆炸開始于局部，產生的沖擊波較小，但卻可擾動周圍沉降堆積的煤塵并使之飛揚，由于熱和光的傳遞與輻射，進而發生再次爆炸，這就是所謂的二次爆炸。如此循環，還可形成第三次、第四次等數次爆炸。其爆炸的火焰及爆炸波的傳播速度都將一次比一次加快。爆炸壓力也將一次比一次增高，呈跳躍式發展。煤塵爆炸產生的火焰速度可達1120m／s，沖擊波的速度可達2000m／s，爆炸的壓力可達到1700kPa。在煤礦井下，這種爆炸有時沿巷道傳播數千米以外，而且距爆源點越遠其破壞性越嚴重。因此，煤塵爆炸具有易產生連續爆炸、受災范圍廣、災害程度嚴重的重要特點。（2）產生粘塊與皮渣。煤塵爆炸時，對于結焦性煤塵(氣煤、肥煤及焦煤的煤塵)會產生焦炭皮渣與粘塊粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根據這些爆炸產物，可以判斷發生的爆炸事故是屬于瓦斯爆炸或煤塵爆炸。同時還可以根據煤塵爆炸產生的皮渣與粘塊粘附在支柱上的位置直觀判斷煤塵爆炸的強度，但是只有氣煤、肥煤、焦煤等粘結性煤塵爆炸時，才能產生“粘焦”。煤塵爆炸強度的直觀判斷方法爆炸強度 廢渣與粘塊黏附在支柱上的位置弱爆炸 廢渣與粘塊黏附在支柱兩側，迎風側較密中等爆炸 廢渣與粘塊主要黏附在支柱的迎風側強爆炸 廢渣與粘塊黏附在支柱的背風側，迎風側有火燒痕跡（3）產生大量有毒有害氣體煤塵爆炸時，要產生比沼氣爆炸生成量多的有毒有害氣體，其生成量與煤質和爆炸的強度等有關。一次煤塵爆炸后氣體成分組成的成分其中CO~CO2的濃度較大，O2濃度很小，這是煤塵爆炸造成人員傷亡的主要原因。煤塵爆炸后的氣體組成氣體名稱 濃度（%） 氣體名稱 濃度（%）CO 8.15N2 73.75CO2 11.25 H2 2.75CH4等 2.95 O2 1.15（4）揮發分含量減少煤塵爆炸時，它的揮發分含量將減少，對于不結焦煤塵(即爆炸時不產生焦炭皮渣與粘塊的煤塵)，可利用這一特點來判斷井下的爆炸事故中煤塵是否參與了爆炸。

(二)影響煤塵爆炸的因素

1.煤的揮發分

一般情況下，煤塵的可燃揮發分越高，越易爆炸。因為煤塵爆炸主要是在塵粒分解的可燃氣體中進行的。

2.煤的水分

煤中水分具有減弱和阻礙爆炸的性質，因為：煤中水分對塵粒起粘結作用，減少表面積，增大顆粒，降低飛揚能力；煤中水分起吸熱、降溫阻燃作用。

3.煤的灰分

灰分是不燃性物質，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應，降低煤塵的爆炸性。實驗證明，只有灰分達到40%以上時，爆炸性才顯著下降，采用巖粉棚撒布巖粉就是利用灰分能夠削弱煤塵爆炸這一原理來制止煤塵爆炸的。

4.煤塵粒度

粒度對爆炸性有極大的影響。1mm以下粒徑煤塵都能參與爆炸，總的來說，煤塵粒度越小，表面積越大，受熱及氧化作用越快，加速了釋放可燃氣體，所以越易爆炸，且爆炸性強，特別是30μm～75μm的煤塵爆炸性最強。煤塵粒度越小所需引燃溫度越低，且火焰傳播速度也越快。

5.空氣中的瓦斯濃度

瓦斯是可燃氣體，當其混入巷道空間時，煤塵爆炸的下限濃度會降低。

6.空氣中氧含量

井下空氣中氧含量低于17%時，煤塵不能引燃而失去爆炸性。

7.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，煤塵初始爆炸強度也越大；溫度越低，能量越小，越難點燃煤塵云，即使能引起爆炸，初始爆炸強度也小。

(三)防塵系統（規程644條）

1.水源、水壓、水量及其水質

具體要求有：水源、水壓、水量能滿足實際生產需求，如：轉載點噴霧，綜掘機、采煤機內外噴霧；水質要求有兩方面，一是衛生標準，如細菌、微生物等含量；二是滿足使用，如懸浮物含量。

2、管路系統

主要運輸巷道、帶式輸送機斜井與平巷、上山與下山、采區運輸巷與回風巷、采煤工作面運輸巷與回風巷、掘進巷道、煤倉放煤口、溜煤眼放煤口、卸載點等地點必須敷設供水管路。

(三)預防煤塵爆炸事故的技術措施

1.減、降塵措施（控制浮塵濃度）

具體有：

(1)煤層注水。在采煤工作面開采之前，預先在煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔注入一定壓力的適量的水，使其滲入煤體內部，增加煤體的水分，達到均勻濕潤，從而減少煤層開采過程中煤塵的產生量，據測量，煤層注水可減少煤塵生成量40～90%。

(三)防塵系統（規程644條）

3.三通閥門

膠帶巷每隔50m，其它巷道每隔100m敷設一個。

4、轉載點噴霧

所有轉載點均安設轉載點噴霧；

采掘機內外噴霧、移架噴霧。

5、凈化水幕

采煤工作面進回風巷、主要進風大巷及回風斜井和掘進工作面；

采煤工作面距上下出口不超過30m，掘進工作面距迎頭不超過50m。

(三)預防煤塵爆炸事故的技術措施

1.減、降塵措施（控制浮塵濃度）

具體有：

(1)煤層注水。在采煤工作面開采之前，預先在煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔注入一定壓力的適量的水，使其滲入煤體內部，增加煤體的水分，達到均勻濕潤，從而減少煤層開采過程中煤塵的產生量，據測量，煤層注水可減少煤塵生成量40～90%。

1、煤層注水減塵原理（1）煤層注水減塵原理及作用煤層注水是用水預先濕潤煤體。煤層在開采之前，打若干鉆孔，通過鉆孔向煤體注入壓力水，使其滲入煤體內部，增加煤層水分。水進入煤體后，先沿阻力較低的大裂隙以較快的速度流動，注水壓力增高可使在裂隙中的運動速度加快，毛細作用力隨孔徑變細而增加。注水實踐表明，大的裂隙和孔隙中水的運動主要靠注水的壓力，而細小孔隙中水的運動主要靠毛細管作用，因此，水在各級孔隙中運動速度差異很大。煤體開始注水后，水可以較快地到達一些裂隙中，但細小的孔隙則需要較長時間。根據國外理論研究表明，在同樣壓力下，水在半大孔隙中的運動速度要比細微孔隙中大一千倍。從注水現場觀察也證明，濕潤煤體的層理、節理面只需數小時到數天，而使煤體大部分細微孔隙濕潤則需要十余天到數十天。由于水分子的直徑為2.6×10－10m，因此10－9m以下的細微孔隙不能考慮在注水濕潤的范圍內。煤層注水是回采工作面最重要的防塵措施之一。注水后的煤體，在回采及整個生產流程中，都具有連續的防塵作用，而其它防塵措施則為局部的。煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：

1）煤體內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）水進入煤體各級孔、裂隙，甚至1μm以下的微孔隙中也充滿了毛細作用滲入的水，使煤體均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數破碎面均有水存在，從而抑制了煤塵的產生。3）水進人煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變為塑性變形，因而減少了煤塵的產生量。（2）煤層中的孔、裂隙特征及水在煤層中的滲透煤層的多孔性和裂隙性乃是煤層注水的先決條件，直接影響到注水效果。煤體的裂隙和孔隙，大體可分為三類：1）原生裂隙①內生裂隙和層理面：煤層形成過程中，由于內部應力的變化所產生的裂隙，內生裂隙與層理面通常相互垂直。②外生裂隙：煤層形成后，由于地質構造運動的作用，煤層受外力產生剪切，形成與層理面斜交的裂隙。這些裂隙和層理面、內生裂隙相互交錯在一起。

2）次生裂隙：煤體由于受巷道布置及周圍采動影響，地壓重新分布時煤體移動、變形所產生的裂隙。3）微小孔隙：在成煤過程中，成煤物質變質不斷泄出氣體和水所形成。根據原蘇聯礦業研究所的分類法，煤體的孔隙可分為五個等級：微孔——孔徑為10-8m以下；過渡孔——孔徑為10-8~10-7m；半大孔——孔徑為10-7~10-6m；大孔——孔徑為10-6~10-4m；可見孔——孔徑為100-4m以上。按上述孔徑，對水分子來將，孔徑在10-8m以下者，只能構成對水的吸附容積，不能滲透，10-8~10-7m以上的孔徑才具有較強的擴散和滲透作用。2、影響煤層注水效果的因素（1）煤的裂隙和孔隙的發育程度在煤層注水工藝中，根據注水壓力數值的高低，習慣上可分為低壓注水、中壓注水和高壓注水。低壓注水的壓力小于2.45MPa，中壓注水壓力為2.45—7.84MPa，高壓注水壓力大于7.84MPa。我國目前煤層注水實際使用的水壓最高不超過14.7MPa，其中大多屬于中、低壓注水。對于不同成因及煤巖種類的煤層來說，其裂隙和孔隙的發育程度不同，注水效果差異也較大。煤體的裂隙越發育則越易注水，可采用低壓注水，否則需采用高壓注水才能取得預期效果，但是當出現一些較大的裂隙（如斷層、破裂面等），注水易散失于遠處或煤體之外，達不到預濕煤體的目的。根據實測資料，當煤層的孔隙率為1-4%時，煤層的透水性較差，注水無效果，孔隙率4%這一數值，可作為煤層能否注水的下限值；孔隙率為5-14%時，煤層能注水，且有較好的濕潤效果；孔隙率為15時煤層的透水性最高，注水效果最佳；而當孔隙率達40%時，煤層成為多孔均質體，天然水分豐富則無需注水，此多屬于褐煤。（2）上覆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。在長壁工作面的超前集中應力帶以及其他大面積采空區附近的集中應力帶，因承受的壓力增高．其煤體的孔隙率與受采動影響的煤體相比，要小60%～70%，減弱了煤的透水性。（3）液體性質的影響煤是極性小的物質，水是極性大的物質，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）煤層內的瓦斯壓力煤層內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。（5）注水參數的影響煤層注水參數是指注水壓力、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．通常，注水量或煤的水分增量變化在50%到80%之間，注水量和煤的水分增量都和煤層的滲透性、注水壓力、注水速度以及注水時間有關。3、煤層注水方式注水方式按注水鉆孔的位置、長度和方向，可分為工作面上短孔注水、長孔注水和工作面走向長孔注水三種方式（1）工作面短孔注水短孔注水是在回采工作面垂直煤壁或與煤壁斜交打鉆孔注水，孔長為工作面一個循環的長度，一般為2m左右，采用低壓注水。一次注水濕潤一個循環進度的煤體范圍。由于短孔處于煤層的卸壓區，煤體內產生有大量的次生裂隙，它與煤體的原生裂隙溝通交織在一起，形成較發育的裂隙網，使煤體透水性增強，注水壓力一般不需要大；此外該方式，設備簡單，具有較大的適應性和靈活性，在我國許多礦區得到了應用。但由于注水作業在工作面內進行，與采煤工藝互相交叉，注水時間短，影響煤體內微孔隙的均勻濕潤，會降低注水效果。（2）工作面深孔注水它是在回采工作面垂直煤壁打鉆孔注水，孔長為采煤工作面數個循環進度，一般為10m左右。由于受采場集中應力的影響，深部煤體的次生裂隙尚未大量形成，通常注水壓力較高，但水進入煤體裂隙后不易流失，能夠比較均勻地進入煤體的微孔隙中，濕潤效果較好，且一次注水可濕潤多個循環的煤體范圍。（2）工作面走向長孔注水它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，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、下向鉆孔聯合布置鉆孔注水。由于長鉆孔注水作業超前于工作面，使注水有充足的時間，給水在煤體孔隙中的毛細滲透創造了條件，水可以長時期地緩慢地進入煤體的細微孔隙，濕潤的效果較好。長鉆孔注水使煤體能得到大面積的預先濕潤，一個鉆孔一次濕潤的采煤面積可達數百平方米以上，一次濕潤的煤量可達數千噸。濕潤范圍較大，提高了注水效率。注水施工遠離采煤工作面，大大減少了采煤和注水作業的相互干擾和影響，使注水能正常地持續進行。長鉆孔注水的濕潤范圍處于工作面前方的煤層原始壓力帶中，煤層尚未受到支撐壓力的影響和破壞，因此水進入煤體裂隙、孔隙后不易泄水流失，對頂底板的影響也較小。長鉆孔注水施工比較集中，易于管理，為實現全礦井注水施工專業化創造了條件，便于普遍推廣和長期堅持。長鉆孔注水的鉆孔比較長，這就要求煤層的賦存情況比較穩定，構造比較簡單，以利于鉆孔施工。在那些煤層層厚及傾角變化很大、斷層褶曲較多的煤層中，鉆孔施工困難較大。按照供水的動力方式，煤層注水又分為靜壓注水和動壓注水兩種。（1）靜壓注水靜壓注水是利用地面或上水平的靜水壓力，通過礦井防塵管網直接將水引入鉆孔向煤體的注水方式。（2）動壓注水動壓注水是利用水泵提供的壓力向煤體的注水方式。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。通常靜壓注水時間長，一般數月，少則數天；動壓注水時間短，一般為幾天，短的僅為幾十小時。

(2)濕式打眼。在工作面使用電鉆或風鉆打眼時，將壓力水送入并充滿孔底，以濕潤、沖洗和排出產生的煤塵，從而達到減塵目的。

(3)使用水炮泥。炮泥分粘土炮泥和水炮泥兩種，在封堵炮眼時，不僅要用粘土炮泥，而且要使用水炮泥。水炮泥在爆炸后形成水霧起到降塵、吸收炮煙和消焰降溫等作用，降塵達80%左右。

(4)通風防塵。通風除塵是稀釋和排除工作地點懸浮粉塵，防止過量積累的有效措施，據試驗觀測，當風速增加到1.5～2m/s時，作業地點的礦塵濃度將降到最低值，故稱最優排塵風速。

(5)噴霧灑水。將水霧化成微細水滴噴射于空氣中與浮塵碰撞接觸，塵粒被水捕捉而附于水滴上或者濕潤的塵?；ハ嗄纱箢w粒，從而加速其沉降，使之盡快變為落塵。其廣泛用于采掘機械、爆破作業、轉載點、巷道風流凈化等。掘進機較好的內外噴霧系統可使空氣中含塵量減少85～95%。

(6)刷洗巖幫。是指刷白巷道和沖洗巖幫，清除落塵。

(7)除塵器除塵

2.防止煤塵引燃的措施

3.隔絕煤塵爆炸的措施

(1)撒布巖粉

撤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。在開采有煤塵爆炸危險的礦井中，應該撒巖粉的地點有：采掘工作面的運輸巷和回風巷；煤層經常積聚的地點；有煤塵爆炸危險煤層和無煤塵爆炸危險煤層同時開采時，連接這兩類煤層的巷道。

惰性巖粉一般為石灰巖粉和泥巖粉。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10%；

（2）不含有害有毒物質，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做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，每三個月至少應化驗一次，如果可燃物含量超過規定含量時，應重新撒布。

(2)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）主要隔爆棚組應采用水槽棚，水袋棚只能作為輔助隔爆棚組；

（2）水棚組應設置在巷道的直線段內。其用水量按巷道斷面計算，主要隔爆棚組的用水量不小于400L/m2，輔助水棚組不小于200L/m2；

（3）相鄰水棚組中心距為0.5~1.0m，主要水棚組總長度不小于30m，輔助水棚組不小于20m；

（4）首列水棚組距工作面的距離，必須保持在60/200m范圍內；

（5）水槽或水袋距頂板、兩幫距離不小于0.1m，其底部距軌面不小于1.8m；

（6）水內如混入煤塵量超過5%時，應立即換水。（3）設置巖粉棚巖粉棚分輕型和重型兩類。結構如圖12-4-10所示，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量的惰性巖粉，當發生煤塵爆炸事故時，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，使火焰傳播速度迅速下降，直至熄滅。巖粉棚的設置應遵守以下規定：（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；（2）輕型巖粉棚的排間距1.0~2.0m，重型為1.2~3.0m；（3）巖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；（4）巖粉棚可能發生煤塵爆炸的地點不得小于60m，也不得大于300m；（5）巖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地翻落；（6）巖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。對產生煤（巖）塵的地點應采取防塵措施：（一）掘進井巷和硐室時，必須采取濕式鉆眼、沖洗井壁巷幫、水炮泥、爆破噴霧、裝巖（煤）灑水和凈化水幕等綜合防塵措施。（二）采煤工作面應采取煤塵注水防塵措施，有下列情況之一的除外：1.圍巖有嚴重吸水膨脹性質、注水后易造成頂板垮塌或底板變形，或者地質情況復雜、頂板破壞嚴重，注水后影響采煤安全的煤層；2.注水后會影響采煤安全或造成勞動條件惡化的薄煤層；3.原有自然水分或防滅火灌漿后水分大于4%的煤層；4.孔隙率小于4%的煤層；5、煤層很松軟、破碎，打鉆孔時易塌孔、難成孔的煤層；6.采用下行垮落法開采近距離煤層群或分層開采厚煤層，上層或上分層的采空區采取灌水防塵措施時的下一層或下一分層。（三）炮采工作面應采取濕式打眼，使用水炮泥；爆破前、后應沖洗煤壁，爆破時應噴霧降塵，出煤時灑水。（四）采煤機必須安裝內、外噴霧裝置。截煤時必須噴霧降塵，內噴霧壓力不得小于2MPa，外噴霧壓力不得小于1.5MPa，噴霧流量應與機型相匹配。如果內噴霧裝置不能正常噴霧，外噴霧壓力不得小于4MPa。無水或噴霧裝置損壞時必須停機。掘進機作業時，應使用內、外噴霧裝置，內噴霧裝置的使用水壓不得小于3MPa，外噴霧裝置的使用水壓不得小于1.5MPa；如果內噴霧裝置的使用水壓小于3MPa或無內噴霧裝置，則必須使用外噴霧裝置和除塵器。液壓支架和放頂煤采煤工作面的放煤口，必須安裝噴霧裝置，降柱、移架或放煤時同步噴霧。破碎機必須安裝防塵罩和噴霧裝置或除塵器。（五）采煤工作面回風巷應安設風流凈化水幕。（六）井下煤倉放煤口、溜煤眼放煤口、輸送機轉載點和卸載點，以及地面篩分廠、破碎車間、帶式輸送機走廊、轉載點等地點，都必須安設噴霧裝置或除塵器，作業時進行噴霧降塵或用除塵器除塵。（七）在煤、巖層中鉆孔，應采取濕式鉆孔。煤（巖）與瓦斯突出煤層或軟煤層中瓦斯抽放鉆孔難以采取濕式鉆孔時，可采取干式鉆孔，但必須采取捕塵、降塵措施，工作人員必須佩帶降塵保護用品。煤礦作業場所粉塵濃度要求（國家安全生產監督管理總局令第73號《煤礦作業場所職業病防治規定》第四十二條：井工煤礦采煤機作業時，必須使用內、外噴霧裝置。內噴霧壓力不得低于2MPa，外噴霧壓力不得低于4MPa。內噴霧裝置不能正常使用時，外噴霧壓力不得低于8MPa，否則采煤機必須停機。液壓支架必須安裝自動噴霧降塵裝置，實現降柱、移架同步噴霧。破碎機必須安裝防塵罩，并加裝噴霧裝置或者除塵器。放頂煤采煤工作面的放煤口，必須安裝高壓噴霧裝置（噴霧壓力不低于8MPa）或者采取壓氣噴霧降塵。第四十三條：井工煤礦掘進機作業時，應當使用內、外噴霧裝置和控塵裝置、除塵器等構成的綜合防塵系統。掘進機內噴霧壓力不得低于2MPa，外噴霧壓力不得低于4MPa。內噴霧裝置不能正常使用時，外噴霧壓力不得低于8MPa；除塵器的