1、n 按对人体的危害程度将矿尘分为呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘。呼吸性粉尘是指能在人体肺泡内沉积 的，粒径在57m以下的粉尘，特别是2m以下的粉尘。呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘之和就是全尘。n 矿井空气中所含浮尘的数量叫做矿尘浓度。矿尘浓度的表示方法有两种：n （一）质量法：1 m3空气中所含浮尘的毫克数，mg/m3；n （二）计数法：1 cm3空气中所含浮尘的颗粒数，粒/cm3。n 国内外早期都使用计数法，后因认识到计数法不能很好地反映矿尘的危害性，从20世纪50年代末起，国内外广泛开始采用质量法来计量矿尘浓度。矿尘浓度的大小直接影响着矿尘危害的严重程度，是衡量作业环境的劳动卫生状况和评价防尘技术效果
2、的重要指标。因此规程对井下作业场所空气中粉尘浓度的标准做了明确规定，见表4-1。表表4-14-1煤矿井下作业场所空气中粉尘浓度标准煤矿井下作业场所空气中粉尘浓度标准粉尘中游离SiO2含量（）最高允许浓度/（mg/m3）总粉尘 呼吸性粉尘 10103.5105021508020.580 20.3n 表明矿尘产生状况的指标除矿尘浓度（C）外，还有产尘强度（G）和相对产尘强度（）。产尘强度为单位时间内进入矿内空气中的矿尘量（mg/min）；相对产尘强度为每采掘1吨矿（岩）所产生的矿尘量（mg/t）。Gn二、矿尘的产生n 在矿山生产过程中，如采掘机作业、钻眼作业、炸药爆破、顶板管理、矿物的装载及运输等
3、各个环节都会产生大量的矿尘。而不同矿井由于煤、岩地质条件和物理性质的不同，采掘方法、作业方式、通风状况和机械化程度的不同，矿尘的生成量有很大的差异；即使在同一矿井里，产尘的多少也因地因时发生着变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮尘比例大致为：采煤工作面产尘量占45%80%；掘进工作面产尘量占20%38%；锚喷作业点产尘量占10%15%；运输通风巷道产尘量占5%l0%；其他作业点占2%5%。各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大，因此防尘工作也就更加重要。n 近年来，随着矿井开采强度的不断加大，煤矿井下的采煤、掘进、运输等各项生产过程中粉尘产生量也急剧增加，特
4、别是呼吸性粉尘浓度呈大幅上升趋势。据调查，在无防尘措施的情况下，厚煤层综采放顶煤的产尘浓度40008000mg/m3，机采10003000mg/m3(个别甚至高达8000mg/m3以上)，炮采300500mg/m3，风镐落煤800mg/m3左右；机械化掘进煤巷和半煤岩巷时，粉尘浓度达10003000mg/m3，炮掘面13001600mg/m3。统计结果表明，井下70%80%的粉尘来自采掘工作面，这是尘肺病发病率较高的作业场所，也是发生煤尘爆炸事故较多的作业场所。因此，最大限度地降低采掘工作面及其它作业场所的粉尘浓度，特别是呼吸性粉尘浓度，是保障全矿井下工人的身心健康和矿井安全生产的重要保证。n
5、 在煤尘防治技术方面，我国早在20世纪50、60年代，就开展了煤层注水防尘、湿式打眼防尘的试验研究工作，在70、80年代以后以注水为主的综合防尘技术得到了广泛的应用，在90年代开展了综合防尘的达标工作，使得煤矿的矿尘防治取得了显著的成绩，煤尘爆炸事故大幅度减少。矽肺病的防治工作也取得了较大的成绩：一是煤矿职工矽肺发病率明显后移，50年代诊断出的病人平均年龄为40.34岁，80年代为50.5岁；二是病人的病情有所减缓，死亡年龄后移，50年代病人的死亡年龄平均为42岁，80年代为61.15岁。n 但是，由于我国煤矿矿尘灾害的治理工作基础较差，欠账多，加之发展不平衡，直至目前我国对煤矿粉尘危害的治理
6、仍未根本好转。大多数煤矿井下作业场所的粉尘浓度远未达到国家卫生标准。即使一些矿井生产条件好的煤矿，其综采、机掘工作面的粉尘浓度仍较高，尘肺发病率仍在逐年大幅度上升。煤尘爆炸事故仍常有发生；尤其是当前日益发展起来的放顶煤综采，支架放煤口的瞬时粉尘浓度有的可高达每立方米上万毫克，与世界主要产煤国家相比，存在着明显差距。n三、矿尘的危害三、矿尘的危害n 矿尘的主要危害是引起尘肺病和发生爆炸。此外，所有的粉尘都会对眼睛、鼻腔和喉咙有刺激作用，而且粉尘浓度在很高的情况下，会导致能见度的降低。这些都对人员的健康和矿井的安全生产有不利的影响。n（一）粉尘的职业危害n 在煤矿井下粉尘污染的作业场所工作，工人长
7、期吸入大量的浮尘后，沉积在肺内的粉尘会使肺组织的细胞发生一系列的生理、病理变化，使肺组织逐渐纤维化。当纤维化病变发展到一定程度时，可导致人体呼吸功能的障碍。这种由煤矿生产性粉尘导致工人肺部发生纤维化病变的疾病，称为煤工尘肺(简称尘肺)。煤工尘肺可分为矽肺、煤肺和煤矽肺3类。煤工尘肺是一种广泛而严重的职业危害。n 我国煤炭工业的粉尘职业危害十分严重，居各大行业之首。据统计，到2003年底，我国煤矿尘肺病人数已累计达到58.97万人，每年新增尘肺病1.2万人，每年因尘肺死亡人数2500人左右。n（二）煤尘爆炸n 具有爆炸危险的煤尘达到一定浓度时，在引爆热源的作用下，可以发生猛烈的爆炸，对井下作业人
8、员的人身安全造成严重威胁，并可瞬间摧毁工作面及生产设备。煤尘爆炸是煤矿生产中的主要灾害之一，其后果往住极为惨痛伤亡严重，损失惊人，危害性极大。我国本溪煤矿1942年发生了世界历史上最大的一次煤尘爆炸事故，死亡1549入，伤残246人。解放后，我国先后发生了4起死亡百人以上的纯煤尘爆炸事故，总死亡人数超过千人。仅19761980年间，全国共发生纯煤尘爆炸事故11起，造成严重伤亡，其中徐州矿务局韩桥矿仅2年多时间就连续发生了2起重大恶性煤尘爆炸事故。第二节第二节 矿尘性质矿尘性质n 了解矿尘的性质是做好防尘工作的基础。矿尘的性质取决于构成的成分和存在的状态，矿尘与形成它的矿物在性质上有很大的差异，
9、这些差异隐藏着巨大的危害，同时也决定着矿井防尘技术的选择。n一、矿尘的基础性质一、矿尘的基础性质n （一）矿尘的成分和游离二氧化硅的含量n 矿岩被粉碎成矿尘后，化学成分基本上无改变。从安全卫生角度考虑，主要了解矿尘中是否含有有毒物质、放射性物质、燃烧与爆炸性物质和游离二氧化硅，以便采取相应的预防措施。游离状态的二氧化硅（主要是石英）是许多矿岩的组成成分，如煤矿上常见的页岩、砂岩、砾岩和石灰岩等中游离SiO2的含量通常多在20%50%，煤尘中的含量一般不超过5%，半煤岩中的含量在20%左右。矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。n 二氧化硅是地壳上最常见的氧化物，是
10、许多种岩石和矿物的重要组成部分，它有两种存在状态，一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，如长石(K2OAl2O36SiO2)；石棉(CaO3MgO4SiO2)；高岭土(Al232SiO22H2O)，滑石(3Mg04SiO2H2O)等等。另一种是游离状态的二氧化硅，主要是石英，在自然界中分布很广。粉尘中的游离二氧化硅的含量是引起并促进尘肺病及病程发展的主要因素，含量越高，其危害越大。n 许多矿岩都含有游离二氧化硅，煤系地层由于沉积环境不同、岩性不同，其游离二氧化硅含量变化较大，煤层中以煤为主，或者时也伴有夹石等，从煤种来看，无烟煤的二氧化硅的含量高于烟煤。n（二）矿尘的粒径n 矿尘颗粒大小的尺
11、度称为粒径，其单位用m（m，1m=10-6 m）表示。矿尘的形状很不规则，不能直接用直径表示；一般采用有不同定义的“当量粒径”，根据测定方法与目的确定。n表表4-2 4-2 常规浮尘的粒度范围常规浮尘的粒度范围n按粒径大小，矿尘可分为：n 1、粗尘，粒径大于40m，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降；n 2、细尘，粒径为1040m，肉眼可见，在静止空气中做加速沉降；n 3、微尘，粒径为0.2510m，用光学显微镜可以观察到，在静止空气中做等速沉降；n 4、超微尘，粒径小于0.25m，要用电子显微镜才能观察到，在空气中做扩散运动。n 矿尘的形状很不规则，主要由矿物组成来决定。最简单的非球
12、形颗粒大小的定量法是投影面积和当量几何直径。这是指与实际粒子有相同投影面积的球体直径。n 表4-2给出了一些常规浮尘的典型粒度范围。通常来说，在各自粒度范围内的粒子大小呈对数正态曲线分布。小于10m当量直径的粒子人的肉眼是看不到的。通常有害的呼吸性粉尘也是不可见的。然而，也可确认矿井中浓度较大的可见粉尘中也肯定伴随着大量的呼吸性粉尘。小颗粒呼吸性粉尘的沉降速率很低，实际上，它可以随时悬浮在空气中，这对人的健康是极为不利的。n（三）矿尘的分散度n 在全部矿尘中各种粒径的尘粒所占的百分比叫做矿尘的分散度。矿尘分散度有两种表示方法：n 1、数量分散度，指各粒径区间尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分比，式中
13、ni某粒径区间尘粒的颗粒数。n 2、质量分散度，指各粒径区间尘粒的质量占总质量的百分比 式中 mi某粒径区间尘粒的质量，mg。n 矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称作低分散度矿尘。矿尘的分散度越高，危害性越大。n 同一矿尘组成，用不同方法表示的分散度，在数值上相差很大，必须说明。矿山多用数量分散度，矿尘一般划分为四个粒径区间：小于2m、25m、510m和大于10m。矿山实行湿式作业情况下，矿尘分散度（数量）大致是：小于2m占46.560%；25m占
14、25.535%；510m占411.5%；大于10m占2.57%。一般情况下，5m以下尘粒占90%以上，说明矿尘危害性很大也难于沉降和捕获。n（四）矿尘的密度n 由于粉尘的产生或实验条件不同，其获得的密度值亦不相 同。因此，一般将粉尘的密度分为真密度和堆积密度。n如表4-3所示。一般情况下，粉尘的真密度与组成此种粉尘的物质的密度是不同的，通常粉尘的物质密度比其真密度大2050%。只有表面光滑而又密实的粉尘的真密度才与其物质密度相同。n（五）矿尘的湿润性n 粉尘粒子能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性或吸湿性、浸润性等。粉尘粒子与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能被润湿；
15、如果接触面趋于缩小而不能相互附着，则为不能被润湿。n 粉尘的粒径、形状、含水率、表面粗糙度及荷电性等对润湿性有影响。同类粉尘，球形尘粒比不规则尘粒润湿性差，尘粒越细润湿能力越差。n 液体的表面张力越小，越易被粉尘吸湿，如酒 精、煤油等的表面张力小，对粉尘的润湿比水好。n 尘粒与水雾粒的相对运动速度较高时易被吸湿。粉尘的吸湿能力还随着环境温度上升而下降，随气温的增加而增加。n 根据粉尘的吸湿速度，评定粉尘的吸湿性时。可将粉尘对水的亲、憎情况分为四类，见表4-4。n（六）矿尘的比表面积n 矿尘的比表面积与粒度成反比，粒度越小，比表面积越大，因而这两个指标都可以用来衡量矿尘颗粒的大小。煤岩破碎成微细
16、的尘粒后，首先其比表面积增加，因而化学活性、溶解性和吸附能力明显增加；其次更容易悬浮于空气中，表4-5所示为在静止空气中不同粒度的尘粒从1m高处降落到底板所需的时间；另外，粒度减小容易使其进人人体呼吸系统，据研究，只有5m以下粒径的矿尘才能进入人的肺内，是矿井防尘的重点对象。n（七）矿尘的电性质n 矿尘是一种微小粒子，因空气的电离以及尘粒之间的碰撞、摩擦等作用，使尘粒带有电荷，可能是正电荷，也可能是负电荷，带有相同电荷的尘粒，互相排斥，不易凝聚沉降；带有相异电荷时，则相互吸引，加速沉降，因此有效利用矿尘的这种荷电性，也是降低矿尘浓度，减少矿尘危害的方法之一。n（八）矿尘的爆炸性n 煤尘和有些矿
17、尘（如硫化矿尘）在空气中达到一定浓度并在外界高温热源作用下，能发生爆炸，称为爆炸性矿尘。矿尘爆炸时产生高温、高压，同时产生大量有毒有害气体，对安全生产有极大的危害，防止煤尘的爆炸是具有煤尘爆炸危险性矿井的主要安全工作之一。n二、矿尘的来源二、矿尘的来源n （一）粉碎作业n 当岩层受到撞击、磨蚀、碾压、切割、磨损或爆破时，就能够产生矿尘。n （二）机械化采矿n 把岩石从岩层中分离出来的机器，是矿尘的重要来源。如长壁开采中的装载机、采煤机、巷道掘进机和凿岩机等。n （三）支护作业n 存在顶板支护的巷道，当移动支架时，顶板和底板都发生变形并产生大量粉尘。n （四）爆破作业n 爆破会产生大量的粉尘和瓦
18、斯，其产生的最大浓度往往超出通风的稀释能力。这就要求在爆破以后，进行一段时间排尘通风，工人方能进入工作，其时间根据通风网络的性质和风流的速度来决定。n 将原料碎片推向空气的爆炸冲击波，比崩落开采法更容易产生粉尘浓度剧增。但是，后者在装载和运输作业中，将有更多的碎片转化为空运粉尘。采用水炮泥就是为减轻爆破作业中粉尘的扩散。爆破后，为加快排尘，另一个方法是向逆着爆破的方向喷洒细小的水雾，有助于粉尘的凝聚和沉降。在装载爆破下的岩堆之前，可以先向其表面喷水雾。n 二次爆破会使粉尘浓度剧增，这就要求采用适当的采矿方法，尽量减少二次爆破。n（五）装载作业n 这是采矿过程中又一个能够产生大量粉尘的工序，装载
19、作业的粉尘来自采掘过程的岩石堆积物，以及装载时粉碎的岩块。n 除了适当的风流之外，控制粉尘的主要方法包括，进行水喷雾和确保装载机不受扰动。在装载地点，风速不得低于0.5m/s。应尽量减少装载机与底板的摩擦，装载司机的技术可以显著的影响粉尘产量。例如选择较好的铲斗插入点，可以减少铲斗与物料之间的碰撞，从而减少的对物料的扰动。n（六）运输和碾压n 煤岩运输过程的大部分环节都能够产生粉尘，包括传送带、转载点、煤仓、箕斗、密封过渡仓和运输等。当传送带经过滚筒时，传送装置表面的粉尘可能会由于振动而再次进入空气。溢出的煤岩重新落到底部传送带上之后，假如不及时清理，就会受到滚筒的碾压而产生粉尘。类似的，使用
20、大量的水可以把粉尘粘附在传送带表面，当底部传送带返回时，就会有粉尘堆积在传送装置的下面。传动头上的弹性薄片刮刀或毛刷要经常维修，传送装置底部和回程滚筒上堆积的碎片和粉尘，都应该定期加以彻底清除。要对传送机构进行例行检查，尤其要注意损坏的托辊和复原装置。n 轨道运输的制动装置上要安装减速器，以减轻对车辆和物料的撞击载荷。要充分地对轨道进行维修，并且禁止其方向和坡度的急剧变化。n 煤、矸石在运出矿井的整个过程中，都应该设法使其保持潮湿。煤仓、所有的转载点和装料传送机，都需要被屏蔽起来，并且在其内部均应设置喷雾装置。把屏蔽区内的空气直接输送到回风巷道中，也能够起到很好的作用。另外，在运输转载点前方5
21、到10m的地方设置喷雾洒水装置，比单纯在衔接点喷雾的效果要好得多。n 在任何类型的矿山中，粉碎机都会大量产尘。所以在粉碎过程之前、其中及之后，仍然需要进行喷雾处理。如何从粉碎机的围护物中抽出空气并进行过滤，又是一个专门的问题。n（七）石英粉尘n 由于仪器的改进，可以观察到每个粒径范围内石英粉尘的含量，人们发现，当岩巷掘进时，空气中石英粉尘的含量明显高于对煤层进行开采时的含量。进一步讲，在包括呼吸性粉尘在内的小尺寸的粉尘范围内，石英粉尘所占的比例显著提高。产生石英粉尘的原因主要有以下两种解释。n 首先，顶板和底板岩层中比煤层中的石英含量要 高，因此任何对这些岩层的破坏，都能够产生石英粉尘。这发生
22、在以下几种情况：岩层开采机械切入顶板或底板时；为顶板固定或其他目的进行横向度量钻孔时；煤层的开拓掘进或超出煤层高度时；液压顶板支护和顶板及底板发生破裂时。n 其次，强度较大而较脆的石英粉碎时，会比煤粉碎时产生更多粉尘，越小的粉尘越容易被气流携带。n三、矿尘在空气中的运动特性三、矿尘在空气中的运动特性n （一）矿尘沉降的重力作用n 矿尘飞扬在空气中时，作用在其上的力至少有重力和浮力两种。微细矿尘的沉降速度是很小的，能长时间悬浮于空气中。当矿尘的粒径达到超微粒径（小于0.25m）时，因其重力很小，沉降速度也很小，但由于受到空气分子布朗运动的撞击，也随之产生不规则运动；尘粒越小，运动越激烈，尘粒的这
23、种运动属于扩散运动。对于超微矿尘，其扩散速度将超过沉降速度，这个特点应予以重视。n（二）矿尘在井巷风流中的运动 n 1、矿尘在风流中的悬浮与运动：矿尘特别是微细矿尘，在空气中的沉降与扩散运动是很小的，比风流速度要小很多，所以，矿尘主要是受风流的控制而运动。n 在垂直井巷中，含尘气流上升运动时，只要风速大于矿尘沉降速度，矿尘即随风流运动。在水平巷道中，风流运动方向与矿尘沉降方向相垂直，风速对矿尘的悬浮没有直接作用。但在井巷中，风流一般都是紊流，具有横向脉动速度，可与沉降速度方向相反。所以，只要风流是紊流并且横向脉动速度均方根值等于或大于矿尘沉降速度，则矿尘即能悬浮于风流中并随之运动。矿尘随风流运
24、动，因脉动速度的变化、粒子形状不规则、粒子间的摩擦和碰撞等原因，是做不规则的运动。据一些资料介绍，紊流脉动速度约为风流平均速度的310%。n 2、最低排尘风速：能使对人体最有危害的矿尘（呼吸性粉尘）保持悬浮状态并随风流运动的最低风速，称为最低排尘风速。许多研究人员对最低排尘风速进行了实验研究，给出不同数值。一般认为，最低排尘风速应不小于0.15m/s。n 排尘风速增大时，粒径稍大的尘粒也能悬浮并被排走，同时增强了稀释作用，在产尘强度一定条件下，矿尘浓度将随之降低。当风速达到一定值时，作业场所矿尘浓度可降到最小值，此风速称为最优排尘风速。风速再增高时，矿尘浓度又随之增高，说明吹扬沉积矿尘的作用已
25、超过了稀释矿尘的作用。n 3、扬尘风速：沉积于巷道底板、周壁以及矿岩等表面上的矿尘，当受到较高风速的风流作用时，可能再次被吹扬起来而污染风流，此风速称为扬尘风速，可参考下式确定：n n 式中：v 扬尘风速，m/s；n p 矿尘密度，kg/m3；n dp 矿尘粒径，m；n K 系数，取1016，粒径及巷道尺寸较大时取大 值。n 扬尘风速除与矿尘粒径与密度有关外，还与矿尘湿润度、巷道潮湿状况、有无扰动等因素有关。根据实验，在干燥巷道中，不受扰动时赤铁矿尘的扬尘风速为34m/s；煤尘扬尘风速为1.52.0m/s。在潮湿巷道中，扬尘风速可达6m/s以上。矿尘二次吹扬，成为次生矿尘，能造成严重污染，除控
26、制风速外，及时清除积尘和增加矿尘润湿程度是常用的防尘方法。第三节第三节 矿山尘肺病矿山尘肺病n一、尘肺病及其分类一、尘肺病及其分类n 尘肺病是工人在生产中长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。它是一种严重的矿工职业病，一旦患病，治愈困难。尘肺病发病缓慢，有一定的潜伏期，不同于瓦斯、煤尘爆炸和冒顶等工伤事故那么触目惊心，因此往往不被人们所重视。而实际上国内外由尘肺病引发的矿工伤亡人数，远远高于各类工伤事故的总和。n 煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类：n （一）硅肺病(矽肺病)：由于吸入含游离SiO2含量较高的岩尘而引起的尘肺病称为硅肺病（患者多为长期从事岩巷掘
27、进的矿工）；n （二）煤硅肺病(煤矽肺)：由于同时吸入煤尘和含游离SiO2的岩尘所引起的尘肺病称为煤硅肺病（患者多为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工）；n （三）煤肺病：由于大量吸入煤尘而引起的尘肺病多属煤肺病（患者多为长期单一的在煤层中从事采掘工作的矿工）。n 我国煤矿工人工种变动较大，长期固定从事单一工种的很少，因此煤矿尘肺病中以煤硅肺病比重最大，约占80%左右，单纯的硅肺、煤肺病较少。n 作业人员从接触矿尘开始到肺部出现纤维化病变所经历的时间称为发病工龄。上述三种尘肺病中最危险的是硅肺病。其发病工龄最短(一般在10年左右)，病情发展快，危害严重。煤肺病的发病工龄一般为2030年，煤硅肺病介于
28、两者之间但接近后者。n 国际上最早的关于矿尘的法规是由南非金矿在1912年制订的。其余的国家相继在20世纪的2030年代提出了相关的法律法规。但是，这些法规主要涉及矽肺病。在当时，人们还没有意识到煤尘的危害。从30年代开始，被确诊的矿工尘肺病数量急剧上升。英国医学研究委员会在南威尔士的煤矿工人中作了关于呼吸疾病的调查，以后欧洲大陆各国和美国都认识到煤尘的危害性。n 人们对矿尘导致尘肺病的认识用了很长时间，究其原因，主要有三方面：第一，患者从意识到呼吸系统受到损害到确诊可能要几年的时间；第二，肺部对粉尘的反应往往类似于某些自然发生的疾病，因此似乎与矿尘没有关系；第三，开始使用的粉尘浓度计量方法是
29、单位体积空气内粉尘颗粒的数量，这种方式难以反映出尘肺病发病与矿尘之间的联系。n 这种情况在1959年南非约翰内斯堡举行的国际尘肺病会议上得以改变，为了更好地度量粉尘对健康的潜在危害，会议决定用质量法取代计数法来计量粉尘浓度，会议还接受了英国医学研究会提出的呼吸性粉尘概念，即能进入肺泡区的粉尘称为呼吸性粉尘。n 二、尘肺病的发病机理二、尘肺病的发病机理n 肺部是人体吸入氧气进行新陈代谢行为的器官。通过反复吸入和呼出空气，使空气靠近血液，两片肺叶被厚约0.5m的极薄的隔膜分开。氧气通过隔膜从空气中扩散到血液里，同时二氧化碳通过相反的方向扩散。两种气体各自的交换由隔膜两侧的浓度差驱动。n 呼吸系统自
30、身的防御机制可以抵御那些吸入空气中存在的气态或者悬浮的污染气体。然而，这种体系不能抵抗有毒或者致癌物的入侵。另外，长期暴露在超高浓度的粉尘里，肺部防御体系超负荷工作，不但使气体交换效率降低，而且容易引起支气管感染和其他疾病。n 本节介绍人体呼吸系统的结构和工作原理、呼吸系统内粉尘的沉降机理以及尘肺病的产生过程。n（一）人体的呼吸系统n 图4-1 是人体呼吸系统的说明简图。空气从鼻孔进入呼吸系统，通过一道鼻毛组成的丛状滤网后进入鼻咽。这道滤网是第一道防线，可以排除大颗粒的粉尘。这些颗粒会一直被截留，直到它们被吹出或通过鼻咽被吞咽下去。n 在鼻咽的较大的空间里，空气速度减慢，在这一区域，实际上在通
31、向肺泡的所有空气通路分支上，管腔壁上有一层纤毛和黏液细胞。纤毛往复摆动，将纤毛上的黏液单向送往喉部，在那里可以被吞咽。绝大多数大于10m的粉尘粒子在空气被吸入到达喉部之前都会被从状滤网和黏液所捕捉。而从口腔呼入的空气就饶过了鼻孔和鼻咽所提供的保护。n 空气继续通过气管，气管直径约为20mm，长约120mm并且包含着一系列的坚韧的环形软骨，气管又分为左右支气管，平均直径约12mm，长约48mm。当然，这些尺寸在不同的个体之间有着相当大的差异。空气继续向前并被多次细分进入细支气管中，它在形状上类似于树的根部。被十六次细分后，细支气管的直径只有0.6mm，人体肺部内支气管的总数量甚至超过八千万个。n
32、 虽然分支造成独立的空气通路直径减小，但大量分支的存在使流动交叉总面积显著增加。因此，空气流速减小到在较小的细支气管中空气流动处于完全层流状态。所有的细支气管壁上都有一层黏液，它们通过纤毛的运动被不停的向上排移到气管。黏液分泌物和所有被捕集到的微粒通常在一天内会被通过咳嗽或吞咽的方式从气管里排出。空气通路中的黏液层通常很薄，然而，支气管疾病会使黏液层的粘度和厚度增大，限制空气的运动。当空气以较高速度通过时会发出声音（即呼吸困难，有喘息声）。n 最小的细支气管在成串的气囊或肺泡前结束，这些气囊约有0.20.6mm大小。肺泡壁上附有一层0.5mm厚的膜，也称上皮细胞，气体通过它们后才发生交换。据估
33、计，一个健康的成年人肺部平均有3到4亿个肺泡，可用于气体交换的总面积约为75m2。横膈膜和胸腔的肌肉运动引起肺泡与外部大气间的压差规律变化，从而发生空气吸入和呼出的正常循环。根据运动标准的不同，呼吸频率在每分钟吸入1240次之间变化。n 很少有大于3m的粉尘颗粒能够到达肺泡。人们已经提出了众多模型来表明颗粒大小与沉降地点的关系。因为肺泡所捕集的颗粒非常微小，所以很难将其从中清除，直径为0.2m的粒子的清除概率为0.75，而对于0.02m的粒子，概率就降为0.45。n 肺泡中产生的黏液可以润湿肺泡表面，并使它们自主的膨胀或者收缩。从肺泡中清除粉尘颗粒的任务由相对较大的细胞（1050m，也称噬菌细
34、胞）完成。这些游离的细胞可以在肺泡壁上自由移动而且可以吞噬直径最大为10m的颗粒。n 噬菌细胞的平均寿命为一个月。噬菌细胞如果吞噬了有毒粒子，它将很快死亡。当肺部所吸入的粉尘粒子数量增加时，噬菌细胞的数量也会增加。目前还不清楚呼吸性粉尘浓度和噬菌细胞产生量的关系，它与粒子的矿物成分有关，此外，清除已吞噬粉尘的细胞要比清除正常的无尘细胞困难。n（二）呼吸系统内粉尘沉积的机理n 呼吸系统某些区域内粉尘粒子的沉积会根据粒子大小和其空气动力学特性、空气通路的几何形状以及气流形式而发生变化。沉积最主要的三种机理为惯性碰撞、重力沉降和扩散作用。而对于某些特殊类型的粒子，拦截作用和静电沉淀作用居主要地位。下
35、面分别讨论沉积的五种模式。n 1 1、惯性碰撞作用、惯性碰撞作用n 粉尘颗粒的密度和动量与相同体积的空气相比要大的多。当空气被有规律的从肺部吸入呼出时，在随空气运移的每个弯曲段，粉尘粒子都趋向于直线运动并且撞击在空气通路的黏液层壁上。n 粉尘的惯性撞击沉积随曲率和空气流速的增大而增多。解剖发现，在不同个体间，分支细支气管的拐弯处的沉积有相当大的差异。在上部空气通路，空气流速较大，可是，较后的通路也具有较大的直径，粒子在发生碰撞之前必须穿过流线传播更远的距离才行。在尽力呼吸过程中，呼吸速率和空气速率在系统的各处都增大，将空气吸入到肺部深处，进而，由于鼻孔和丛状滤网的阻碍作用，将会增加从口腔的呼吸
36、。由于这些原因，繁重的体力劳动由于惯性碰撞而导致的呼吸系统沉积会上升。n 由于黏液层逐渐变厚、支气管感染或肺部受损而造成的空气通路缩颈也将会导致较高的空气流速进而增加惯性碰撞造成的沉积。n 2、重力沉降n 重力沉降是指在重力作用下颗粒的沉降，它对在较低的空气流速下大于0.5m的粉尘粒子有效，而较小的颗粒更多地受布朗运动和扩散作用影响。在呼吸循环的反向期间，鼻咽中的大颗粒粉尘会因为重力作用沉积。另外，重力沉降可以解释层流状态的粉尘在细支气管和肺泡中的沉积机理。n 3、扩散作用n 亚微粒子受气体粒子的撞击做布朗运动。布朗运动对直径小于0.5m的粒子尤为显著。虽然布朗运动在呼吸系统的各处都会发生，但
37、当平均位移变得同空气通路大小相当时，它会成为粉尘沉积的有效方式，因此，它在肺泡和较细的细支气管中有着特别重要的作用。n 4、拦截和静电沉淀作用n 对于纤维粉尘，拦截有着显著作用。当粉尘长度与直径比超过3时，我们称它为纤维粉尘。这些粉尘倾向于朝着空气流动的方向，长200m的纤维能够穿透到到肺的深处。不过，纤维粉尘末梢可能接触到空气通路的壁面，特别是在拐弯处和分支点，在这会发生纤维粉尘的聚积。这就是拦截的机理。n 在矿井的工作区域内，新产生的矿尘会带有较大的静电量。这些粒子周围移动着的电磁场会诱导呼吸系统空气通路壁面上的异性电荷，由此产生静电沉淀并被黏液层捕集。n （三）尘肺病n 由吸入粉尘引起的
38、呼吸器官疾病统称为尘肺病，这里主要讨论矿井粉尘产生的疾病。n 一般的，矿井粉尘并不直接致命，而是通过使肺部空气容量逐渐减少，使患者更易感染轻微的呼吸疾病（如伤风或流感）以及肺结核，慢性支气管炎和肺气肿，实际上，是这些病加速了死亡。慢性支气管炎是一种呼吸系统气管内粘膜炎症，伴随着周期或持续的咳嗽。肺气肿是指由肺泡气压过大而造成的肺泡间隔破坏，这经常是支气管内收缩的结果。肺泡间隔断裂经常发生在咳嗽期间，临近的肺泡破裂而相互融合，这将逐渐导致反常的呼吸困难，即使在很轻微的活动下。呼吸困难还将导致心脏过度紧张并有可能导致心脏病并发症。n 1、纤维变性反应n 前面已介绍纤维变性粉尘促进了肺泡结缔内纤维组
39、织的异常增生，它开始产生在纤维组织，然后向外辐射形成纤维原细胞。肺泡壁的气体交换受到阻滞，失去原有弹性，导致有效容积缩小。此外，噬菌细胞的生成量减少会加剧肺泡内粉尘的聚集。较多的纤维聚集还会扭曲和破坏血管，引起心脏功能衰竭。n 2、煤肺病n 很多种粉尘（包括煤尘）只会引起微弱的生理学反 应，然而，长时间充分暴露在粉尘的滞留聚集区会在肺部组织形成色斑，通过X射线可以观察到黑色的小圆斑。这些矿尘包括铁（肺铁末沉着症）、锡（锡肺尘）和铝（铝尘肺）。被雇用的最初约1015年里，煤矿工人一般不会察觉患有煤肺病，也不会意识到劳动能力的逐渐丧失。n 3、硅肺症n 这是尘肺病中最危险的一类，它由游离的二氧化硅
40、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盐造成的。含有硅石的岩石的采掘和粉碎操作中新产生的粉尘，以及喷砂器中喷出的砂尘所具有的危险性最大。人们怀疑许多严重的煤肺病病例是因为吸入的煤尘中混有石英颗粒。在硅肺症的早期阶段也可以在X光片上看到许多粉尘聚积的局部病灶。X光片显示，硅尘聚积到一定水平后，肺部表面会逐渐产生严重的纤维症。纤维化可能是由硅酸反应或者粉尘的电化学表面活性造成的。n三、尘肺病的发病症状及影响因素三、尘肺病的发病症状及影响因素n （一）尘肺病的发病症状n 尘肺病的发展有一定的过程，轻者影响劳动生产 力，严重时丧失劳动能力，甚至死亡。这一发展过程是不可逆转的，因
41、此要及早发现，及时治疗，以防病情加重，从自觉症状上，尘肺病分为三期，如表4-6所示。n （二）影响尘肺病的发病因素n 1、矿尘的成分 n 能够引起肺部纤维病变的矿尘，多半含有游离 SiO2，其含量越高，发病工龄越短，病变的发展程度越快。对于煤尘，引起煤肺病的主要是它的有机质(即挥发分)含量。据试验，煤化作用程度越低，危害越大。n 2、矿尘粒度及分散度 n 尘肺病主要是发生肺泡内。矿尘粒度不同，对人体的危害性也不同。5m以上的矿尘对尘肺病的发生影响不大；5m以下的矿尘可以进入下呼吸道并沉积在肺泡中，最危险的粒度是2m左右的矿尘。由此可见，矿尘的粒度越小，分散度越高，对人体的危害就越大。n 3、矿
42、尘浓度 n 尘肺病的发生和进入肺部的矿尘量有直接的关 系，也就是说，尘肺的发病工龄和作业场所的矿尘浓度成正比。国外的统计资料表明，在高矿尘浓度的场所工作时，平均510年就有可能导致硅肺病，如果矿尘中的游离SiO2含量达80%90%，甚至1.52年即可发病。空气中的矿尘浓度降低到规程规定的标准以下，工作几十年，肺部吸入的矿尘总量仍不足达到致病的程度。n 4、个体方面的因素 n 矿尘引起尘肺病是通过人体而进行的，所以人的机体条件，如年龄、营养、健康状况、生活习性、卫生条件等，对尘肺的发生、发展有一定的影响。n 尘肺病在目前的技术水平下尽管很难完全治愈，但它是可以预防的。只要积极推广综合防尘技术，就
43、可以达到降低尘肺病的发病率及死亡率的目的。第四节第四节 煤尘爆炸及其预防煤尘爆炸及其预防n一、煤尘爆炸一、煤尘爆炸n （一）煤尘爆炸机理n 煤被破碎成煤尘后，其比表面积显著增大，与氧的接触面积及吸附氧分子的数量亦相应增加。在高温热源作用下，氧分子与碳发生氧化反应而生热，并促进了煤尘粒子在高温下的热分解而产生可燃气体，如挥发份含量为2026%的1kg焦煤，受热后能放出可燃气体295350L，这些可燃气体与空气混合后便着火燃烧。局部燃烧放出的热量以分子热传导、辐射、对流等复合传热方式传给附近悬浮着的煤尘，又使这些煤粒子受热分解，产生可燃气体而着火燃烧，于是燃烧便如此循环地继续下去，随着每个循环的逐
44、次进行，反应速度也逐次加快，定常燃烧非常迅速地转变成激烈的非定常燃烧，从而在极短的时间内，使空间气体的压力猛烈增高，形成了煤尘爆炸。n（二）煤尘爆炸特征n 煤尘爆炸与气体爆炸不同，有以下一些特点：n 1、易产生连续爆炸n 煤尘爆炸的氧化反应和瓦斯爆炸一样，主要在气相条件内进行。煤尘的燃烧速度和爆炸压力比气体的要小，但燃烧带的长度较长，产生的能量大，表现出显著的破坏能力。一般来说，爆炸开始于局部，产生的冲击波较小，但却可扰动周围沉降堆积的煤尘并使之飞扬，由于热和光的传递与辐射，进而发生再次爆炸，这就是所谓的二次爆炸。如此循环，还可形成第三次、第四次等数次爆炸。其爆炸的火焰及爆炸波的传播速度都将一
45、次比一次加快。爆炸压力也将一次比一次增高，呈跳跃式发展。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120ms，冲击波的速度可达2000 ms，爆炸的压力可达到1700kPa。在煤矿井下，这种爆炸有时沿巷道传播数千米以外，而且距爆源点越远其破坏性越严重。因此，煤尘爆炸具有易产生连续爆炸、受灾范围广、灾害程度严重的重要特点。n 2、产生粘块与皮渣。n 煤尘爆炸时，对于结焦性煤尘(气煤、肥煤及焦煤的煤尘)会产生焦炭皮渣与粘块粘附在支架、巷道壁或煤壁等上面。根据这些爆炸产物，可以判断发生的爆炸事故是属于瓦斯爆炸或煤尘爆炸。同时还可以根据煤尘爆炸产生的皮渣与粘块粘附在支柱上的位置直观判断煤尘爆炸的强度，见表4-7。但
46、是只有气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤尘爆炸时，才能产生“粘焦”。n 3、产生大量有毒有害气n 煤尘爆炸时，要产生比沼气爆炸生成量多的有毒有害气体，其生成量与煤质和爆炸的强度等有关。表4-8为一次煤尘爆炸后气体成分组成的成分其中COCO2的浓度较大，O2浓度很小，这是煤尘爆炸造成人员伤亡的主要原因。n 4、挥发分含量减少n 煤尘爆炸时，它的挥发分含量将减少，对于不结焦煤尘(即爆炸时不产生焦炭皮渣与粘块的煤尘)，可利用这一特点来判断井下的爆炸事故中煤尘是否参与了爆炸。n （三）煤尘爆炸的必要条件n 煤尘爆炸必须具备三个条件：煤尘自身具有爆炸 性，悬浮在空气中并具有一定的浓度，有引燃煤尘爆炸的热源。n
47、1、煤尘的爆炸性n 煤尘可分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。它们的归属需经过煤尘爆炸试验后确定，理论和事实都证明，挥发份含量高的煤尘，越易爆炸，而挥发份含量决定于煤的种类，变质程度越低，挥发份含量越高，爆炸的危险性越大；高变质程度的煤如贫煤、无烟煤等挥发份含量很低，其煤尘基本上无爆炸危险。过去，我国煤矿曾规定，以煤的挥发份含量，作为确定煤尘爆炸性的一个指标，称为煤尘爆炸指数V，其值为：n 式中 Va工业分析的挥发份，%；n Aa工业分析的灰份，%；n Wa工业分析的水分；%。n 一般认为：V小于10%，基本上属于没有煤尘爆炸危险性煤层；V处于1015%之间，属于弱爆炸危险性；V在15%以上者，属
48、于有爆炸危险性煤层。但必须指出，作为煤的组成成份非常复杂，同类煤的挥发份成份及其含量也不一样，所以挥发份含量不能作为判断煤尘有无爆炸危险的唯一依据。例如松藻二井V=15.92%,但无煤尘爆炸危险；而江西萍乡青山矿V小于10%，却有爆炸危险。因此规程规定，煤尘有无爆炸危险，必须通过煤尘爆炸性试验鉴定。n 2、浮尘的浓度n 煤尘爆炸与传播是由于细小可燃微粒依次燃烧的结果。如果微粒之间相距比较远，那么燃烧微粒的热量就不能足够多地传到临近它的微粒并使其燃烧，因此爆炸也就不能够扩展开来。当可燃微粒之间的距离刚刚能够使燃烧传递下去的时，这就是最小爆炸浓度极限。与此同时还存在另一个极限，那就是可燃微粒之间的
49、距离太近，以至于没有足够的氧气来使燃烧完全进行下去。那么整个燃烧系统就会变成富燃料燃烧，从而产生的热量下降。因此，最高爆炸极限就是可燃微粒在该浓度情况下燃烧温度为该可燃微粒的燃点时的浓度极限。n 井下空气中，只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，如果空气中煤尘浓度很低，尘粒之间的距离较大，燃烧生成的热量为周围系统吸收，就不可能爆炸。对于煤尘浓度，为了实际应用的方便，把煤尘浓度分为上限和下限两种浓度，所谓下限浓度，就是单位体积含尘空气中，能够发生爆炸的最低煤尘含量叫做煤尘爆炸下限浓度；能够发生爆炸的最高煤尘含量叫做上限浓度，一般来说，各国对下限浓度研究较多，其目的在于把井下空气中的煤尘浓
50、度控制在下限浓度以下时，就能够避免发生煤尘爆炸事故。上限浓度研究较少，国外试验大致在10002000g/m3左右。但在正常的矿井生产环境，煤尘的产尘浓度不大可能出现这种状况，只有矿井发生爆炸事故时，爆炸冲击波将落尘扬起，这时才可能达到上限浓度条件。n 由于影响煤尘爆炸下限浓度的因素很多，每个煤层其数值都不同，即使同一煤层，在相同的实验条件，其爆炸的概率也不一样。为了管理上的方便，世界各个国家根据开采煤种状况，确定自己的试验方法。选择具有代表性的煤层尘样，测定后作为煤尘爆炸下限值指标，各国煤尘爆炸下限浓度规定见表4-9。n 从表中看出：我国选择的煤样可燃烧挥发份达54.7%的褐煤作为代表煤样。根
