摘 要：文章针对矿井粉尘污染环境、危害人体健康、加速仪器磨损以及容易诱发粉尘爆炸事故等系统问题，详细介绍了矿井粉尘的分类、产生、特性及危害，简要总结了矿井粉尘的六种防控技术和矿井不同产尘点的防尘措施，为矿井粉尘治理提供借鉴。

　　关键词：矿井粉尘；煤尘爆炸；粉尘防治；煤尘爆炸

　　前言

　　矿井在开采、生产作业过程中会产生大量粉尘，一方面，矿井粉尘对作业人员身体健康造成严重影响，根据2010年全国职业病统计报告显示，2010年全国累计报告职业病749970例，其中累计报告尘肺病676541例，死亡149110例；每年有约2.3万人患上尘肺病，而在所有因各种矿尘引起的尘肺病中，煤矿工人占到的比例最高，以2013年为例，占2013年全国职业病例的87.72%[2]。另一方面，高浓度粉尘对现场作业环境污染严重，降低作业现场能见度，增加安全威胁，同时高浓度粉尘加速机械设备磨损，缩短机械设备的使用寿命；甚至诱发粉尘爆炸事故。因此，加强矿井粉尘危害的认识和防治，采取有针对性的防尘、降尘技术措施，对确保从业人员生命健康和预防事故的发生尤为重要。

　　1 煤矿粉尘危害

　　煤矿粉尘具有的分散度、吸湿性、爆炸等特性决定了其危害性：污染作业环境，严重危害作业人员身体健康，引起尘肺病等；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命；降低作业场所能见度，增加工伤机率，甚至引起燃烧和爆炸。

　　1.1 煤矿粉尘的产生及特性

　　1.1.1 煤矿粉尘的产生

　　煤矿粉尘是指矿井生产过程中产生的粉尘。能较长时间在空气中悬浮于空气中的粉尘称为浮尘，已沉落的粉尘称为积尘；在煤矿开采过程中，如钻孔、打眼、爆破、采煤、掘进落煤、顶板来压、装载运输等各个生产环节，都会产生大量的矿尘。随着矿井综合机械化开采的升级，工作面产尘浓度也随之上升。采煤机和综掘机割煤、支架移架和煤炭装运是采掘工作面的四大产尘源，产尘量分别约占60%、30%、5%和5%左右[3]。此外，煤层抽采钻孔施工和立眼溜煤系统也是井下主要产尘源之一，在无任何防尘措施的情况下，煤层钻孔施工现场、下煤立眼等处产生的高浓度粉尘，尤其是下煤立眼产生的粉尘浓度有时甚至达到煤尘爆炸浓度界限。

　　1.1.2 煤矿粉尘的分类

　　煤矿粉尘按粒径可分为粗尘、细尘、微尘和超微尘；按存在状态可分为浮游粉尘和沉积粉尘；按游离二氧化硅的含量分为矽尘与煤尘[4]；按矿尘粒径组成范围可分为全尘和呼吸性粉尘；粉尘粒径越小、游离二氧化硅的含量越高，引起尘肺病的程度越重，病情发展越快，危害也越大。

　　1.1.3 煤矿粉尘的特性

　　（1）矿尘分散度。矿尘分散度是反映煤、岩等矿物质被粉碎的程度，是表示粉尘颗粒直径大小组成百分比的一个指标，小粒径的粉尘越多，分散度越高，在空气中沉降速度愈慢，悬浮时间就越长，被人体吸入的机会就愈多；反之则分散度愈低。而矿尘的分散度愈高，其活性越高，易引起粉尘的自燃或爆炸[4]。

　　（2）矿尘吸湿性。粉尘的湿润性指粉尘对液体的亲和能力[3]。与粉尘的成分、结构有关，可分为亲水性粉尘与疏水性粉尘两大类。另外，粉尘越细，比表面积增加，表面吸附能力随之增强，容易吸附空气而在尘粒表面形成气膜，降低了尘粒间的聚集及尘粒的吸湿性，更难于把尘粒从空气中捕捉分离出来。在除尘技术中，粉尘的吸湿性是选用除尘设备的主要依据之一。

　　（3）煤尘爆炸性。按照煤尘的爆炸性煤尘可以分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。检验标准为：取煤样，在10次煤样试验中有（无）出现火焰，如10次煤样中任何一次试验中出现火焰，则该煤样为“有煤尘爆炸性”，否则该煤样为“无煤尘爆炸性”。煤的炭化程度越低，挥发分越高，煤尘的爆炸性就越强。

　　（4）沉降速度慢，在空气中悬浮时间长，扩散系数较大，附着速度较快。在静止空气中的粉尘，根据其粒径的大小按一定规律沉降：通常粒径大于100μm的尘粒呈加速度沉降；1μm～100μm粒径的尘粒呈等速度沉降；粒径小于1μm的尘粒很难沉降，在空气中呈布朗运动，易吸入肺部沉积，诱发肺部病变。

　　1.2 主要健康危害

　　矿井粉尘的危害重要有以下几点：

　　（1）全身作用：作业人员长期吸入较高浓度粉尘可引起肺部弥漫性纤维化为主的全身疾病，矿井粉尘会直接或间接引起呼吸系统疾病，主要包括煤肺、矽肺、煤矽肺。

　　（2）局部作用：接触或吸入粉尘，首先对皮肤、角膜、粘膜等产生局部的刺激作用，并产生一系列的病变。如粉尘作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜机能亢进，毛细血管扩张，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜营养供应不足而形成萎缩性鼻炎。还可形成咽炎、喉炎、气管及支气管炎。作用于皮肤、可形成粉刺、毛囊炎、脓皮病。对于煤矿粉尘中含有大量的煤尘，增加了粉尘对皮肤、呼吸道等局部的刺激作用。

　　（3）致癌作用：对于一些接触镍、铬、铬酸盐的粉尘，可引起肺癌；接触放射性粉尘，容易生成肺癌等。在煤矿生产过程中，常有伴生矿物，伴生矿物中可能含有某种致癌因子，增加的煤矿工人的致癌机率。

　　1.3 煤尘爆炸

　　煤尘爆炸是指高浓度煤尘在高温火源的作用下，与空气中氧气急剧氧化的反应过程。煤体被破碎过程中，产生大量细微尘粒，其体积和表面积增加，与氧气的接触面积和被氧化的能力大大增强，在外界高温热源的作用下，悬浮的煤尘单位时间内能吸收到足够的热量（约300℃～400℃）时[1]，就放出可燃气体，此时游离基迅速增加，燃烧产物的迅速膨胀并在火焰波波阵面前方形成压缩波且不断地压缩传播，从而形成叠加效果，使火焰传播速度不断叠加；当能量叠加到一定临界条件时，由燃烧转变为爆炸。爆炸有三个条件：（1）粉尘在空气中有足够的浓度，在爆炸区域粉尘浓度在45mg/m3～2000mg/m3范围之内；（2）必须具有高温（700℃～800℃或有明火、火花、放电）情况出现，其中最易引爆的也是爆炸力最强的浓度为300mg/m3～500mg/m3。（3）充足的氧气，氧气浓度≥18%。

　　2煤矿粉尘的控制技术

　　2.1 防尘控制技术措施

　　（1）湿润煤体防尘：湿润煤体防尘主要是利用裂隙或采用煤层钻孔注水的方法，即预先在煤层中每间隔一定距离施工钻孔并封孔，采用高压水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体裂隙原生粉尘得到充分湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力，通过煤层注水，防尘效果可达到60%以上。通常情况下，常见的煤层注水方式主要有以下三种，低压注水（Ps<2.5MPa～3.0MPa），中压注水（Ps=3.0MPa～15.0MPa），高压注水（Ps>10.0MPa～20.0MPa）。

　　（2）喷雾降尘：喷雾降尘是指向悬浮在空气中的粉尘喷射水雾，通过湿润粉尘，增加尘粒的重量，达到降尘的目的。喷雾降水的效果取决于雾体的分散度以及尘粒与水滴的相对速度。喷雾分散度越低，水滴越大，水的数量就越少，捕尘效果较差。雾体的分散度过高，水滴越细，则容易汽化，降尘效率也不高。一般水滴的直径在10μm～15μm时，捕尘效果最好。水滴与尘粒的相对速度越大，二者碰撞时的动能也越大，有利于冲破水的表面张力而将尘粒捕获。而尘粒表面吸附空气形成气膜或覆盖油层时，也难被水湿润。密度大的尘粒相对易于被水捕获。喷雾洒水除尘简单方便，被广泛用于采掘机械切割、爆破、装载、运输等生产过程中，缺点是对微细尘粒捕集效率低。目前矿井常用的喷雾器，按其动力可分为水力和风水联动（引射式）两类。

　　（3）除尘器除尘：采用除尘器将空气中的粉尘分离出来，从而达到净化空气含量的目的。按其作用原理可分为过滤式除尘器、静电除尘器、磁力除尘器三类；按除尘方式可分为干式除尘器、半干式除尘器、湿式除尘器三类；目前，国外一些主要产煤国家都在煤矿井下广泛用除尘器进行除尘。

　　（4）泡沫除尘：泡沫除尘[5]是利用井下的除尘水管和压风管路，在水管中加入一定量的添加剂，通过专用发泡装置，引入压风，产生高倍数泡沫，泡沫通过良好的覆盖、湿润和黏附等方式作用于粉尘，从根本上防止粉尘的扩散，有效降低空气中的粉尘尝试，泡沫除尘同湿式抑尘相比，其耗水量减少30～80%，抑尘效率比喷雾洒水高3～5倍。

　　（5）添加降尘剂降尘：是在喷雾降尘基础上发展起来的降尘技术，主要是通过在水中添加降尘剂，和水发生聚合反应，提高水溶液的积极分子，增加水溶液对粉尘的吸附作用，从而提高降尘效率。降尘剂是一种活性剂，它是由亲水基和亲油基两种不同性质的基团组成的化合物，除尘剂的选择方法应能满足无毒、无臭，能完全溶于矿井防尘用水中，低温时不发生结冰现象，无沉淀或盐析现象，对金属无腐蚀，不延燃，成本低，运输方便等。目前降尘剂的添加方法应用较为广泛的为负压引射器添加法，其原理为：降尘器溶液被负压引射器所造成的负压吸入，并与水混合添加于供水管路中。

　　（6）磁化水除尘：指普通水源经过磁水器处理后，水的结构和性质发生暂时变化，使水的表面张力、吸附、溶解渗透能力增加，水磁化后，水溶液湿润性变强，吸附能力增大，水雾粒径变小，有利于提高水的雾化程度，增加与粉尘的接触机会，加快粉尘沉降速度，从而得到较好的降尘效果。

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