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(guò)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(duì)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)期吸入作業(yè)場(chǎng)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(kāi)采過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)，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(guó)煤工塵肺最常見(jiàn)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(wú)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(méi)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(guó)主要能源，采煤工人的數(shù)量居全國(guó)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(kāi)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(kāi)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(guó)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(wú)煙煤、煙煤、褐煤。
塵肺病是由于長(zhǎng)期吸入過(guò)量粉塵所引起的全身性疾病。塵肺病發(fā)病工齡有的長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外許多研究已證實(shí)，長(zhǎng)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(zhǎng)久則釀成肥大性病變，然后由于黏膜上皮細(xì)胞營(yíng)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(kāi)采的地區(qū)，人群中肺癌的發(fā)病有升高趨勢(shì)，可能與吸入煤礦生產(chǎn)性粉塵有關(guān)。但據(jù)英國(guó)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(wú)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(guò)敏和中毒作用
煤礦粉塵還可能引起過(guò)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(guò)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(guò)程開(kāi)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(guò)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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)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(guò)（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(duì)這些塵源必須采取有效的綜合防塵措施，即針對(duì)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(guò)鑿巖機(jī)或煤電鉆送入鉆孔并充滿孔底，以濕潤(rùn)、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(guó)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(lái)，很多很多礦井對(duì)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(rùn)而起到防塵作用。水泡泥中若添加濕潤(rùn)劑、黏塵劑等物質(zhì)，可大大提高降塵效率。此外，德國(guó)等西方國(guó)家已開(kāi)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(guò)鉆孔和裂隙注入尚未開(kāi)采的煤體，增加煤的水分，使煤體得到預(yù)先濕潤(rùn)，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(lái)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(duì)褐煤來(lái)說(shuō)，雖然孔隙率高，但透水性系數(shù)卻趨于零，因此，開(kāi)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(rùn)劑（表面活性劑），水的表面張力就會(huì)降低，從而提高對(duì)煤層的濕潤(rùn)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(zhǎng)孔、短孔和深孔三種，各自的鉆孔地點(diǎn)、鉆孔長(zhǎng)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(guó)煤礦通常采用長(zhǎng)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(rùn)范圍大而均勻。
5）采空區(qū)注水? 采空區(qū)灌水預(yù)先濕潤(rùn)煤體防塵，是在采用下行陷落法分層開(kāi)采厚煤層過(guò)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(rùn)，減少下層開(kāi)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(duì)于摩擦與碾壓、沖擊與振動(dòng)產(chǎn)塵，可通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾式防塵口罩；動(dòng)力送風(fēng)過(guò)濾式個(gè)體防塵用具；隔絕式壓風(fēng)呼吸器。