1.3 煤礦粉塵的危害
煤礦粉塵具有的這些特性決定了以下危害:嚴(yán)重危害工人身體健康,多數(shù)人易引起塵肺病等;易引起燃燒和爆炸;高濃度粉塵能加速機(jī)械磨損,縮短精密儀器的使用壽命。
1.3.1 主要健康危害
煤塵與其他粉塵一樣主要通過呼吸道進(jìn)入人體,其次是皮膚接觸,部分粉塵溶于口腔唾液或粘附在食物上也能吞入消化道,后兩者侵入人體的量較小。人體對粉塵的進(jìn)入具有防御功能,呼吸道和肺部均有排除和清除粉塵的能力。只是長期大量吸入煤礦粉塵會(huì)破壞人體防御功能,使清除功能受損,而過量的煤礦粉塵沉積,導(dǎo)致人體損傷,形成各種疾病。
呼吸系統(tǒng)疾病
煤礦粉塵會(huì)直接或間接引起呼吸系統(tǒng)疾病主要包括以下幾類:
1)塵肺
煤工塵肺是指煤礦各工種工人長期吸入作業(yè)場所生產(chǎn)性粉塵所引起的塵肺的總稱。粉塵病變嚴(yán)重程度與體內(nèi)潴留的粉塵數(shù)量有關(guān),即存在接觸反應(yīng)關(guān)系,還同粉塵的組成成分有關(guān)。在煤礦開采過程中,由于工種不同,工人接觸粉塵的性質(zhì)也有差異,從而引起肺部彌漫性纖維化。塵肺病根據(jù)煤礦工人接觸粉塵的性質(zhì)可以認(rèn)為有3種主要類型:
⑴ 煤肺。長期在單純有煤塵的環(huán)境下作業(yè)的工人,他們接觸的粉塵主要是煤塵。這類人員發(fā)生的塵肺在病理上有典型的煤塵纖維灶和灶周肺氣腫,這類肺部病變稱為煤肺。煤肺發(fā)病工齡多在20a~30a以上,病情進(jìn)展緩慢,危害較輕。
⑵ 矽肺。長期在煤礦巖石掘進(jìn)工作面作業(yè)的工人,他們接觸的粉塵主要是含游離SiO2較高的巖塵。這類人員發(fā)生的塵肺在病理上除有組織纖維化外,還有典型的矽結(jié)節(jié)形成,屬矽肺類型。病理上有典型的矽結(jié)節(jié)改變,發(fā)病工齡短,一般為10~15a。矽肺的發(fā)病率較高,病情發(fā)展較快,危害嚴(yán)重。
?⑶ 煤矽肺。一般煤礦井下工人多數(shù)都在有煤塵產(chǎn)生和有巖塵產(chǎn)生的兩種作業(yè)環(huán)境下工作過,他們接觸的粉塵既有煤塵也有巖塵。所患的塵肺兼有煤肺和矽肺的病理改變特征,這類塵肺稱煤矽肺。煤矽肺是我國煤工塵肺最常見的類型,發(fā)病工齡多在5a~20a左右,病情發(fā)展較快,危害嚴(yán)重。
現(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為,無論從肺組織纖維化病變進(jìn)展規(guī)律、流行病學(xué)和臨床表現(xiàn)特點(diǎn)、病情發(fā)展及診斷原則等方面,都沒有必要將煤矽肺與煤肺嚴(yán)加區(qū)別,故統(tǒng)稱為煤工塵肺。煤工塵肺是煤礦最嚴(yán)重的職業(yè)病。與矽塵相比,煤塵致纖維化作用較弱,但由于煤是我國主要能源,采煤工人的數(shù)量居全國各類粉塵作業(yè)工人之首,因此實(shí)踐中煤工塵肺的防治意義和重要性最為突出。
不同類型煤礦的煤工塵肺發(fā)病情況因開采方式不同有很大差異。露天煤礦工人的塵肺患病率低,井工開采工作面的粉塵濃度和粉塵分散度均高于露天煤礦,塵肺患病率和發(fā)病率均較高。我國地域廣大,地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各地煤工塵肺患病率有很大差異,在0.92%~24.1%之間,其中矽肺占11.4%,煤矽肺占87.6%,煤肺占1.0%。不同煤種的致病能力也不同,由強(qiáng)到弱依次為:無煙煤、煙煤、褐煤。
塵肺病是由于長期吸入過量粉塵所引起的全身性疾病。塵肺病發(fā)病工齡有的長達(dá)20a~30a,個(gè)別病例在游離二氧化硅含量高的作業(yè)區(qū)作業(yè)也有1a~2a發(fā)病者,即所謂”快發(fā)性矽肺”。塵肺病的發(fā)病工齡、臨床癥狀等設(shè)計(jì)因素很多且十分復(fù)雜,大體可歸納為以下幾個(gè)方面:粉塵的成份;粉塵的分散度;粉塵濃度;接觸時(shí)間;按流行病學(xué)觀點(diǎn),許多因素可分別歸諸于宿主、因子、環(huán)境等治病要素。塵肺病是難以治愈的職業(yè)病,工人一旦得病,輕則慢性致殘,重則死亡。因此,塵肺病不僅造成勞動(dòng)力下降,而且造成社會(huì)負(fù)擔(dān),其經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。
2)慢性阻塞性肺?。–OPD)
國內(nèi)外許多研究已證實(shí),長期吸入煤塵不但引起塵肺,還會(huì)引起慢性阻塞性肺疾病,包括慢性支氣管炎、支氣管哮喘及肺氣腫。而且在臨床上,慢性阻塞性肺病可以獨(dú)立存在而不伴有明顯塵肺,其發(fā)病機(jī)理尚未明了,可能與吸煙、呼吸道感染及遺傳因素等均有關(guān)系。
3)上呼吸道炎癥
粉塵首先侵入上呼吸道黏膜,早期引起其功能亢進(jìn),黏膜下血管擴(kuò)張、充血,黏液腺分泌增加,以阻留更多粉塵,長久則釀成肥大性病變,然后由于黏膜上皮細(xì)胞營養(yǎng)不良,終將造成萎縮性病變,呼吸道抵抗力下降,容易繼發(fā)病毒及細(xì)菌等感染性疾病。
4)肺癌
有研究表明,一些有煤礦開采的地區(qū),人群中肺癌的發(fā)病有升高趨勢,可能與吸入煤礦生產(chǎn)性粉塵有關(guān)。但據(jù)英國24個(gè)煤礦統(tǒng)計(jì),接觸煤礦粉塵工人與不接觸粉塵人群中的肺癌發(fā)病率無明顯差別。煤礦病人肺癌的發(fā)病機(jī)制有待進(jìn)一步探討。
2. 局部作用
粉塵沉著于皮膚可能堵塞皮脂腺,容易繼發(fā)感染而引起接觸性皮炎、毛囊炎,癤腫等;進(jìn)入眼內(nèi)的粉塵顆粒,可引起結(jié)膜炎等。
3. 過敏和中毒作用
煤礦粉塵還可能引起過敏反應(yīng)和機(jī)體的中毒作用,這與粉塵混合的其他元素或者化合物有關(guān)。
1.3.2 煤塵爆炸
煤塵爆炸是空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應(yīng)過程。煤是復(fù)雜的固體化合物,被破碎成煤塵后,其吸氧和被氧化的能力大大增強(qiáng),在外界高溫?zé)嵩吹淖饔孟?,懸浮的煤塵單位時(shí)間內(nèi)能吸收更多的熱量,大約300℃~400℃時(shí),就可放出可燃?xì)怏w。這些氣體集聚于塵粒周圍,形成氣體外殼,當(dāng)這個(gè)外殼內(nèi)的氣體達(dá)到一定濃度并吸收一定能量后,連反應(yīng)過程開始,游離基迅速增加,燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去;由于燃燒產(chǎn)物的迅速膨脹而在火焰波波陣面前方形成壓縮波,壓縮波在不斷壓縮的介質(zhì)中傳播時(shí),后波可以趕上前波;這些單波疊加的結(jié)果,使火焰面前方氣體的壓縮逐漸增高,因而引起了火焰?zhèn)鞑サ淖詣?dòng)加速;當(dāng)火焰速度達(dá)到每秒數(shù)百米以后,煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā?br />
從燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸ǖ谋匾獥l件是由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能必須超過熱傳導(dǎo)和輻射所造成的熱損失;否則,燃燒劑不能持續(xù)發(fā)展,也不會(huì)轉(zhuǎn)為爆炸。
2 煤礦粉塵的控制技術(shù)
2.1 粉塵控制技術(shù)
粉塵控制技術(shù)為該粉塵監(jiān)控系統(tǒng)粉塵濃度超出限制范圍所實(shí)施的處理措施提供了依據(jù),同時(shí)也是煤礦安全生產(chǎn)的基本要求。根據(jù)工作場所空氣中煤塵游離二氧化硅含量的不同,煤礦粉塵濃度的職業(yè)接觸限制值也不相同。對矽塵含量小于10%的煤塵,總塵的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度為4mg/m3 ,短時(shí)間接觸容許濃度為6mg/m3;呼吸性粉塵時(shí)間加權(quán)平均容許濃度為2.5mg/m3,短時(shí)間接觸容許濃度為3.5 mg/m3,這是煤礦作業(yè)面粉塵濃度的最低要求。上述時(shí)間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)是指以時(shí)間為權(quán)數(shù)規(guī)定的8h工作班的平均容許接觸水平,長期反復(fù)接觸該粉塵濃度幾乎所有工人不發(fā)生有害健康效應(yīng)。短時(shí)間接觸容許濃度(PC-STEL)指一個(gè)工作日內(nèi),任何一次接觸不得超過(以15min時(shí)間加權(quán)平均濃度表示)的容許接觸水平,短時(shí)間接觸容許濃度不是一個(gè)獨(dú)立的接觸限值,而是時(shí)間加權(quán)平均容許濃度限值的一種補(bǔ)充。
2.1.1 防塵措施
在礦井采、掘、運(yùn)系統(tǒng)的各生產(chǎn)工序中都產(chǎn)生粉塵,這些粉塵隨風(fēng)流飛揚(yáng)于作業(yè)空間和巷道中。對這些塵源必須采取有效的綜合防塵措施,即針對每一道生產(chǎn)工序和環(huán)節(jié)的塵源采取一項(xiàng)和多項(xiàng)防治措施,以減少粉塵的產(chǎn)生量,降低作業(yè)環(huán)境的粉塵濃度和防止工人吸入粉塵。
防塵措施主要是減少采掘作業(yè)時(shí)的粉塵發(fā)生量,是礦井塵害防治工作中最為積極有效的技術(shù)措施。防塵措施主要包括:改進(jìn)采掘機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行參數(shù)減塵、濕式鑿巖、水封爆破、添加水泡泥爆破、封閉塵源、捕塵罩以及預(yù)濕煤體減塵措施(如采空區(qū)或巷道灌水、煤層注水)等。防塵措施是以預(yù)防為主的治本性措施,應(yīng)在作業(yè)之前考慮優(yōu)先采用。按照礦井的防塵技術(shù),可將防塵措施分為以下幾類:
1. 濕式作業(yè)方式包括濕式打眼、濕式鑿巖、水泡泥爆破、預(yù)濕煤體等。
1)濕式打眼就是在打眼工作中,將壓力水通過鑿巖機(jī)或煤電鉆送入鉆孔并充滿孔底,以濕潤、沖洗炮眼中的粉塵,使其變成塵漿流出炮眼。
2)濕式鑿巖是利用風(fēng)鉆進(jìn)行濕式鑿巖,是國內(nèi)外巖巷掘進(jìn)行之有效的基本防塵方法。濕式鑿巖有中心供水和旁側(cè)供水兩種供水方式。近年來,很多很多礦井對煤電鉆進(jìn)行了改革,試制成功了濕式煤電鉆,已廣泛應(yīng)用于煤巷、半煤巖巷以及一些采煤工作面。濕式煤電鉆具有良好的水密封性能,能有效地控制回采工作面的煤塵。
3)水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼內(nèi),爆破時(shí)水袋破裂,在高溫高壓爆破波的作用下,大部分水被汽化,然后重新凝結(jié)成極細(xì)的霧滴,并與同時(shí)產(chǎn)生的粉塵相接觸,形成霧滴的凝結(jié)核或被霧滴所濕潤而起到防塵作用。水泡泥中若添加濕潤劑、黏塵劑等物質(zhì),可大大提高降塵效率。此外,德國等西方國家已開始應(yīng)用化學(xué)材料代替水泡泥中的水,這些材料大多具有較好的膨脹性能,爆炸時(shí)的封堵效果和降塵效果更好。
4)預(yù)濕煤體防塵? 預(yù)濕煤體防塵主要是采用煤層注水的方法,即預(yù)先用水通過鉆孔和裂隙注入尚未開采的煤體,增加煤的水分,使煤體得到預(yù)先濕潤,降低煤體產(chǎn)生浮游粉塵的能力。多年的防塵實(shí)踐已證明,采煤工作面實(shí)施煤層注水是取得最佳防塵效果的根本措施。影響水在煤層中滲透的因素主要是煤的裂隙和空隙的狀態(tài),以及與其有關(guān)的其他因素。煤層的透水性能與煤的裂隙發(fā)育程度、裂隙寬度及裂隙方向有密切關(guān)系。煤層的多孔程度用孔隙率來表示,即孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。煙煤的透水性系數(shù)隨孔隙率的增大而增大。對褐煤來說,雖然孔隙率高,但透水性系數(shù)卻趨于零,因此,開采時(shí)常常不能注水。煤屬于疏水性物質(zhì),與水不甚親和。如果在水中添加濕潤劑(表面活性劑),水的表面張力就會(huì)降低,從而提高對煤層的濕潤能力及滲透系數(shù)。
煤層注水方式及其選擇要按照注水鉆孔的形式,煤層注水方式有長孔、短孔和深孔三種,各自的鉆孔地點(diǎn)、鉆孔長度及特點(diǎn)如表4所示;按照注水方式又可分為靜壓注水和動(dòng)壓注水;按作用于注水鉆孔孔口的水壓大小分為三類:低壓注水(Ps<2.5 MPa ~3.0MPa),中壓注水(Ps=3.0 MPa ~15.0MPa),高壓注水(Ps>10.0 MPa ~15.0MPa)。我國煤礦通常采用長鉆孔、中壓或低壓注水方法,其優(yōu)點(diǎn)是采煤和注水作業(yè)互不干擾,注水時(shí)間可按需要增加,一次濕潤范圍大而均勻。
5)采空區(qū)注水? 采空區(qū)灌水預(yù)先濕潤煤體防塵,是在采用下行陷落法分層開采厚煤層過程中,將水灌入上一分層的采空區(qū)內(nèi),水在自重及煤體孔隙的毛細(xì)管力作用下緩慢深入下一分層的煤體中,使煤體得到濕潤,減少下層開采時(shí)浮游粉塵的產(chǎn)生量。
2. 改進(jìn)采掘機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的減塵措施? 研究表明,截齒越寬,壓固核越小,產(chǎn)塵量也越低。因此,從防塵角度出發(fā),選擇合理的截齒幾何形狀,可以減小采掘時(shí)的壓固核。目前效果較好的是鎬形刀刃的粗截齒。采掘作業(yè)時(shí),一般截深越大,采落的礦巖塊塊度越大,固壓核越小,產(chǎn)塵量也越小。截深主要取決于采掘機(jī)上的截齒數(shù)目,適當(dāng)減少截齒數(shù),可達(dá)到降塵的目的。此外,當(dāng)采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速與牽引速度適當(dāng)匹配時(shí),也可降低粉塵的生成量。對于摩擦與碾壓、沖擊與振動(dòng)產(chǎn)塵,可通過定期更換截齒,按照規(guī)程安裝采掘機(jī)械等一般性措施加以緩解。
3. 干式鑿巖捕塵? 一般在缺水礦井使用,可分為兩種:一種是干式孔底捕塵,經(jīng)過釬桿中心孔、風(fēng)鉆機(jī)頭和連在機(jī)頭上的輸塵軟管,將炮眼內(nèi)的粉塵抽到干式孔底中去;另一種是孔口干式捕塵,通過炮眼口的捕塵塞和連在捕塵塞上的抽塵管,把炮眼內(nèi)的粉塵抽到一個(gè)濾塵袋中去,過濾后的干凈空氣回到巷道內(nèi)。
4. 個(gè)體防護(hù)? 煤礦礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)盡管采取了多項(xiàng)防塵措施,但也難以使各作業(yè)地點(diǎn)粉塵濃度達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。此種情況下,特別是在強(qiáng)產(chǎn)塵源和個(gè)別不宜安裝防塵設(shè)備條件下作業(yè)的人員,必須佩戴個(gè)體防塵用具。在煤礦經(jīng)常使用的個(gè)體防塵用具主要有:自吸過濾式防塵口罩;動(dòng)力送風(fēng)過濾式個(gè)體防塵用具;隔絕式壓風(fēng)呼吸器。