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粉尘复习


第一章 粉尘的性质 矿尘:指矿物开采或加工过程中产生的微细固体集合体。 分类:按产生过程分为矿尘和烟尘,按颗粒的大小分为粗尘、细尘、微尘、超微粉尘。 矿尘的危害: 1.对人体健康的危害。长期从事采掘和粉尘作业环境的职工,易患职业病——尘肺病; 2.采、掘等粉尘作业环境,若矿尘在空间达到较高的浓度,影响视野,操作时容易造成人身事故; 3.若矿井粉尘具有爆炸危险,会给矿井安全生产带来

很大威胁。 投影径:是指尘粒在显微镜下所观察到的粉尘的尺度。 粉尘的分散度与粒度分布:粉尘是由各种不同粒径的粒子组成的集合体, 分散度是指粉尘整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。分散度又叫粒度分布,有两种表示方法: 1、个数标准的粒度分布(又称计数分散度)用粒子群各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分数表示 2、重量标准的粒度分布(又称重量分散度)用粒子群各粒级尘粒的重量占总重量的百分数表示 呼吸性粉尘: 所采集的粉尘空气动力学直径均在 7.07 微米以下, 而且空气动力学直径 5 微米粉尘的采集效率为 50%, 此粉尘为呼吸性粉尘。呼吸性粉尘指粒径在 5μ m 以下的能进入人体肺泡区的颗粒物。它是引起尘肺的病因 粉尘的凝聚与附着(粘附性) 一般把尘粒间互相结合形成新的大尘粒的现象叫做凝聚;尘粒和其它物体结合的现象叫做附着。粉尘 粒子附着在固体表面上,或者粉尘粒子相互附着的现象,称为粘附 粉尘的湿润性:粉尘与液体相互附着或附着难易的性质.(不同性质的粉尘对同一性质的液体的亲和程度) 第二章 尘肺病及其预防 尘肺病是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺内滞留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身 性疾病. 尘肺的分类 1、按照法定职业病分类 我国现行的职业病名单中有 12 种尘肺,即硅肺、煤工尘肺、石墨尘肺、碳黑尘肺、石棉肺、滑石尘肺、 水泥尘肺、云母尘肺、陶工尘肺、铝尘肺、电焊工尘肺、铸工尘肺 2、按照危害性分类 (1)良性的尘肺——铁肺、钡肺等。(2)恶性的尘肺——硅肺。 尘肺按其病因可分为五类 (1)硅肺:由于吸入含有游离二氧化硅的粉尘引起的尘肺。 (2)硅酸盐肺:吸入含有结合状态二氧化硅(硅酸盐)的粉尘引起的尘肺。硅酸盐有天然和人造两类 (3)煤和碳素尘肺:吸入煤尘、石墨、炭黑、活性炭等粉尘引起的尘肺。 (4)混合型尘肺:同时吸入含有游离二氧化硅和其它粉尘引起的尘肺,如煤硅肺,铁硅肺。 (5)其它尘肺:如磷灰石肺,铝肺(铝及其氧化物引起的)等 4、根据我国的《尘肺病诊断标准》 (GBZ 70-2002) 按照 X 射线胸片影象改变的程度分类 (1)无尘肺(0,0+) (2)一期尘肺(Ⅰ,Ⅰ+) (3)二期尘肺(Ⅱ,Ⅱ+) (3)三期尘肺(Ⅲ,Ⅲ+) 按照我国《尘肺病理诊断标准》 (GBZ 25-2002) 根据尘肺的病理类型主要有三种: (1)结节型尘肺:病变以尘性胶原纤维结节为主,伴其它尘性病变存在。硅肺是其典型代表,以硅尘为 主的混合粉尘所致的尘肺也多属此型。 (2)弥漫纤维化型尘肺:病变以肺尘性弥漫性胶原纤维增生为主,伴其它尘性病变存在。主要包括石棉 肺和其它硅酸盐肺,以及含硅量低的混合性尘肺。 (3)尘斑型尘肺:病变以尘斑伴灶周肺气肿改变为主,并有其它尘性病变存在。主要包括单纯性煤肺及 其它碳系尘肺,以及部分金属尘肺。

煤矿尘肺分类 煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同,可分为三类: (1) 硅肺病(硅肺病),由于吸入含游离 SiO2 含量较高的岩尘而引的尘肺病称为硅肺病。患者多为长期从 事岩巷掘进的矿工。 (2) 煤硅肺病(煤硅肺),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病肺。患者多 为岩巷掘进和采煤的混合工种矿工。 (3) 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。 硅肺是由于生产过程中长期吸入大量含游离二氧化硅的粉尘所引起的以肺纤维化改变为主的肺部疾病。 第三章 粉尘测定 测尘仪器的种类 1 按检测原理分类(1)滤膜增重法(2)光电法: (3)压电晶体测尘法(4)β 射线吸收法 2 按测尘浓度类型分类(1)全尘粉尘测尘仪 (2)呼吸性粉尘测尘仪;(3)两段分级计重粉尘测定仪。 3 按测尘仪工作方式分:1、长周期、定点,连续测尘仪;2、短周期,定点,连续测尘仪;3、便携式测尘仪 全尘计重的滤膜测尘法 1. 滤膜测尘原理:滤膜测尘装置,由滤膜采样头、流量计、调节装置和抽气泵组成,当抽气泵开动时,工 作区的含尘空气通过采样头被吸入,粉尘被阻留在采样头内的滤膜表面,根据滤膜的增重和采样的空气量, 计算出空气中的粉尘浓度 2.主要采样工具 1)滤膜 2)采样头(受尘器) 3)流量计 4)抽气装置 我国的防尘工作中,较多采用的方法有:显微镜法、液相沉降法、气相离心分离法 焦磷酸质量法测定粉尘中游离二氧化硅含量原理 在 245-250℃温度下,焦磷酸能溶解硅酸盐及金属氧化物,而对游离二氧化硅几乎不溶。因此,用焦磷 酸处理样品后,所得残渣质量即为游离二氧化硅的量,以百分数表示 第四章 煤尘爆炸及其预防 爆炸粉尘分类: 粉尘是粉碎到一定细度的固体粒子的集合体.按状态,可分成粉尘层和粉尘云两类。 在粉尘爆炸研究中,把粉尘分为可燃粉尘和不可燃粉尘两类。 可燃粉尘爆炸的条件 一、要有一定的粉尘浓度。粉尘爆炸所采用的化学计量浓度单位与气体爆炸不同,气体爆炸采用体积 3 百分数表示,而粉尘浓度采用单位体积所含粉尘粒子的质量来表示,单位是 g/m 或 mg/L,如果浓度太低, 粉尘粒子间距过大,火焰难以传播。 二、要有一定的氧含量。一定的氧含量是粉尘得以燃烧的基础。 三、要有足够的点火源。粉尘爆炸所需的最小点火能量比气体爆炸大 1~2 个数量级,大多数粉尘云最 小点火能量在 5~50mJ 量级范围。 4:0.28mJ) (CH 四、粉尘必须处于悬浮状态,即粉尘云状态。这样可以增加气固接触面积,加快反应速度。 五、粉尘云要处在相对封闭的空间,压力和温度才能急剧升高,继而发生爆炸。 上述条件中,前三个条件是必要条件,即所谓的粉尘爆炸“三要素” ,后两个条件是充分条件。 可燃粉尘爆炸机理 一般认为,粉尘爆炸过程如下: (1)供给粒子表面以热能,使其温度上升; (2)粒子表面的分子由于热分解或干馏作用,变为气体分布在粒子周围; (3)气体与空气混合生成爆炸性混合气体,进而发火产生火焰; (4)火焰产生热能,加速粉尘分解,循环往复放出气相的可燃性物质与空气混合,进一步发火传播 粉尘爆炸有如下特点: 1 燃烧速度或爆炸压力上升速度比气体爆炸要小,但燃烧时间长,产生的能量大,所以破坏和焚烧程度大 2 发生爆炸时,有燃烧粒子飞出,如果飞到可燃物或人体上,会使可燃物局部严重炭化和人体严重烧伤。

3 静止堆积的粉尘被风吹起悬浮在空气中时,如果有点燃源就会发生第一次爆炸。爆炸产生的冲击波又 使其它堆积的粉尘扬起,而飞散的火花和辐射热可提供点火源又引起第二次爆炸,最后使整个粉尘存在场 所受到爆炸破坏。 4 即使参与爆炸的粉尘量很小,但由于伴随有不完全燃烧,故燃烧气体中含有大量的 CO,所以会引起 中毒。在煤矿中因煤粉爆炸而身亡的人员中,有一大半是由于 CO 中毒所致。 粉尘爆炸基本参数:1,点火温度 2,最小点火能量 3,最低爆炸浓度 4,爆炸压力 5.压力上升速度 粉尘爆炸和气体爆炸的比较 P59 粉尘爆炸与气体爆炸的基本数学方程、影响因素等几乎都是相同的,从数学的观点看,它们是两种类 似的现象。两者的最大区别在燃料上: 一、气体爆炸的燃料是气态,燃料在爆炸混合物中占有的体积部分是必须考虑的。而粉尘爆炸的燃料 是固态,燃料所占的体积极小,基本上可以忽略不计; 二、粉尘粒子比气体分子大得多; 三、粉尘粒子与大气中的氧结合的反应是一种表面反应,其反应速度与粒子的粒度密切相关,而气体 爆炸反应是气相反应,属于分子反应,不象固体反应那样受众多物理因素的影响。 下面分几个方面来比较粉尘爆炸与气体爆炸: (1)混合物的均匀性 (2)颗粒度 Dp (3)燃料对大气的稀释(4)初始湍流和初始压力 (5)爆炸浓度 (6)爆炸后大气组分 (7)点火温度 按井下煤尘(包括积尘)发生燃烧的起始过程,煤尘的燃烧形式可分为以下三种形式: (1)堆积自燃(2)加热自燃(3)明火引燃 煤尘爆炸的必要条件 1. 煤尘具有爆炸性;2, 浮游煤尘的浓度 3. 引爆热源 4. 充足的氧含量 煤尘爆炸的主要特征及效应 1.产生高温高压:.煤尘爆炸产生大量的热量,可使爆炸源附近的气体的温度升高,达到 2300-2500℃正 是这种高温会导致煤尘连续爆炸. 2.爆炸的冲击波及火焰:爆炸冲击波分为正向冲击波和反向冲击波 3.生成有毒有害气体:4.产生焦皮渣和黏块: 5.煤尘爆炸具有传播效应:6.煤尘爆炸的感应期: 影响煤尘爆炸的主要因素 1.煤尘的可燃挥发分是煤尘爆炸性的重要影响因素。一般情况下,挥发分超高,煤尘越易发生爆炸, 爆炸的强度也越高。煤尘中的挥发分主要取决于煤的变质程度。变质程度越低,挥发分含量越高;变质程 度越高,挥发分含量就越低。 2.煤煤尘中的水分的作用:(1)对尘粒起着粘结作用; (2)水分起着吸热降温的作用。因此,煤尘的水分 只是在煤尘起爆时有抑制作用。 3.煤尘中的灰分是不可燃物质。 作用:1 能吸收热量起到降温阻燃的作用;2 能阻止煤尘飞扬;3 隔爆作用 4.煤尘粒度越小,爆炸性越强。这是由于过细的煤尘,极易在空气中迅速被氧化成灰烬所致. 5.煤尘的浓度是决定煤尘由燃烧能否转为爆炸以及爆炸性强弱的重要条件。 6.井下空气中的瓦斯含量 井下空气中瓦斯的存在会降低煤尘爆炸的下限浓度,瓦斯浓度越高,煤尘爆炸的下限浓度就越低 7.引爆热源和爆炸环境 任何一种有爆炸性的煤尘,若能够发生爆炸,环境温度必须达到或超过最低点燃温度。 预防煤尘爆炸的措施 概括起来 3 各方面:防止浮游煤尘飞扬;防止沉积煤尘重新飞扬并参与爆炸;防止产生引爆火源。 抑爆是利用爆炸探测器感应初始爆炸,中心控制单元触发抑爆器动作,扑灭爆炸火焰,防止容器设备或巷 道空间产生过高的压力 隔爆技术主要用于巷道或容器、车间的连接管道,防止爆炸火焰和炽热的爆炸产物向其它容器、车间或单 元传播.

第五章 通风净化及除尘降尘技术 全效率 含尘气体通过除尘器时所捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数称为除尘器全效率,以η 表示

??
G1——进入除尘器的粉尘量,g/s G2——从除尘器排除的粉尘量,g/s G3——除尘器所捕集的粉尘量,g/s

G3 G ? G2 ?100 % ? 1 ?100% G1 G1

通常根据及雷诺数的大小分成 4 个区段来研究 CD 。 (1)层流区(Stokes 区,Rep<1) 当雷诺数很小时,流体的惯性可以近似忽略,属于层流区, (2)过渡区(A11en 区,l<Rep<500) 5 5 (3)紊流区(牛顿区,500≤Rep≤2×10 ) (4)高速区(Rep>2×10 ) 尘粒的沉降速度 当尘粒由静止状态开始降落时,降落的速度很小,阻力亦很小,尘粒呈加速运动。随着降落速度的增 加,阻力随之增大,当阻力、浮力、重力平衡时,尘粒的沉降速度将达到最大数值,尘粒即以此速度做等 速沉降,此时速度称为尘粒的沉降速度。相反,如果给予气流一个上升的速度,它恰好等于沉降速度,则 这时尘粒就不会下落而飘浮于气体中。这一上升气流速度通常称为尘粒的悬浮速度,它与沉降速度大小相 同,方向相反。因此,可以采用计算沉降速度的有关公式来计算悬浮速度。 最低排尘风速 能促使对人体最有危害的微小粉尘(5μ m 以下)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 最优排尘风速 P99 最优排尘风速在一般干燥巷道中为 1.2—2m/s,当然也受到一些因素的影响,如工作区有扰动,促使 粉尘飞扬,则最优排尘风速值需要降低。在潮湿巷道,粉尘不易被吹扬起来,在较高的风速范围内(5—6m /s 以下),以稀释作用为主,这时粉尘浓度随风速增高而下降。在产尘量最大的地方,适当提高排尘风速, 以加强稀释作用。 基本型旋风除尘器工作原理 含尘气流从进气口沿切向高速进入除尘器,由于受到外圆筒上盖及内圆筒壁的限流,迫使气流做自上 而下的旋转运动,通常把这种运动称为外涡旋,在气流旋转过程中形成很大的离心力。尘粒在离心力的作 用下,密度大于气体的粉尘被逐渐甩向外壁,尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性力而靠入口速度的动量和 向下的重力沿外壁面下落,直至灰斗。旋转下降的外旋流因受到锥体收缩的影响逐渐向中心汇集,根据“旋 转矩”不变原理,其切向速度不断提高。当气流到达锥体的某一位置时,即以同样的旋转方向从旋风除尘 器中下部由下而上继续做螺旋形流动,即内涡旋。内旋流不含大颗粒粉尘,经净化的空气由排气管排出除 尘器外。 湿法除尘机理 1.惯性作用 尘粒和水滴之间的惯性碰撞是湿法除尘的基本作用。气流在运动过程中如果遇到水滴会改变气流方向, 绕过物体进行流动。气流运动轨迹由直线变为曲线,其中细小的尘粒随气流一起绕流,粒径较大(大于 0.3 μ m)和密度较大的尘粒具有较大的惯性,便脱离气流的流线保持直线运动,如果尘粒从脱离流线到停止运 动所移动的距离大于尘粒脱离流线的点到水滴距离,尘粒就会和水滴碰撞,从而被捕集, 2. 直接拦截 在流体绕流流过捕尘体时,若颗粒半径 rp 大于或等于该流线与捕尘体表面之间的最小距离 s 则颗粒便 可被直接拦截 3.扩散 粒径在 0.3μ m 以下的尘粒,惯性碰撞数很小,扩散成为重要的捕集因素。此时,在气体分子的撞击下, 尘粒就像气体分子一样做复杂的布朗运动,在运动过程中,尘粒和水滴接触而被捕集,

4.其他机理 由于外加电场或感应等作用,可能使捕尘体或尘粒荷电或两者荷极性相反的电荷,这些都将增加尘粒 与捕尘体碰撞的可能性。这种捕尘机理称为静电效应, 按照化学抑尘剂的抑尘机理,可分为粉尘湿润剂、黏结剂和凝聚剂三大类 水在煤体中的减尘作用原理: 1.水进入各种裂隙后,将煤体中的原生煤尘预先湿润,使其不能随落煤工作而飞扬进入工作面空间。 2.由于水进入了煤体各级孔、裂隙,使整个煤体被水包裹起来,回采时抑制煤尘的产生。 第六章 采煤工作面综合防尘技术 1.注水方式 1、短钻孔注水方法 是在采煤工作面垂直煤壁,或与煤壁斜交打钻孔。注水孔长度 2~3.5m。 2、深钻孔注水方法 是在采煤工作面垂直煤壁打钻孔,注水孔长度 5~25m。 3、长孔注水 在工作面的进、回风巷或只在进风巷或回风巷沿煤层打钻孔,孔长 30~100m。 4、巷道钻孔注水 5、巷道挖坑灌水 6、常压渗透注水 2.水在煤层中运动,主要是注水压力、毛细管力、重力三种力综合作用 3.煤层注水实质 在回采前预先在煤层中打若干钻孔,通过钻孔注入压力水,使其渗入煤体内部,增加煤的水分和尘粒 间的黏着力,并降低煤的强度和脆性,增加塑性,减少采煤时煤的生成量;同时将煤体中原生细尘粘结为 较大的尘粒,使其失去飞扬能力 4.注水效果影响因素。P154 1.煤的裂隙和孔隙的发育程度。 2.上覆岩层压力及支承压力 3.煤的坚固性 4.液体性质的影响 5.煤层内 瓦斯压力 6.注水参数影响 5.煤尘湿润过程 p154 6.煤样采集方法 1.刻槽法 2.挖坑法 3.钻孔法 7.注水系统分类 注水系统分静压注水系统和动压注水系统,利用管网将地面水或上水平的水导入钻孔的注水叫静压注 水;利用水泵将水压入钻孔的注水叫动压注水。 8.回采工作面注水参数 注水参数指注水压力、注水流量(也称注水速度)、注水量和注水时间。 9.回采工作面注水钻孔布置方式 p158 10.采空区灌水预湿媒体的实质 当厚煤层采用倾斜或水平、斜切分层以人工假顶或用夹矸层作分层顶板下行陷落法开采以及近距离煤 层群开采时,在上一分层或上邻近煤层的采空区灌水,依靠水的自重及煤体或夹矸层内孔隙的毛细作用力 缓慢渗入下一分层或下邻近煤层的煤体,使之在开采前预先湿润,达到防尘的目的。 11.采空区灌水方法 1.倾斜分层超前钻孔采空区灌水 2. 水平分层采空区灌水 3. 采空区埋管灌水法 4. 缓斜煤层水窝灌水法 12.水封爆破落煤 p171 在炮眼底部装入炸药后,用木塞、黄泥或用封孔器封严孔口,然后向孔内注水,在进行爆破。水封爆 破的方式有 1.短炮眼水封爆破 2. 长炮眼水封爆破 13.喷雾降尘效果,方式 喷雾降尘效果 滚筒采煤机的喷雾降尘效果与采用的喷嘴类型、型号、喷嘴的布置、喷雾参数、煤尘性质及割煤方向 等很多因素有关。因此,各个国家或不同矿井所取得的降尘效果均有差异。在不同的采煤机上,采用 PZ 型 喷嘴和符合要求的喷雾参数时,全尘的降尘率达 80%-86%。内外喷雾再附加喷嘴喷雾,其降尘率最高,但 对呼吸性粉尘的降尘率也只有 70%左右;其次是内喷雾加外喷雾,降尘率为 65%以上;只用内喷雾时,降尘

率为 62%;只用外喷雾时降尘率为 52%。 国内外经验表明:采煤机采用内外喷雾相结合,并将大部分水用于外喷雾,均可获得良好的降尘效果 14.机采喷嘴 喷嘴类型:按喷出的雾流形状分为以下 4 种类型:(1)雾流呈锥面实心的锥形喷嘴;(2)雾流呈锥面空心的伞 形喷嘴;(3) 雾流呈平面扇形的扇形喷嘴;(4)射流呈束状的束形喷嘴 15.综合机械化开采综合防尘措施包括哪些方面 综采工作面除采用煤层注水、采空区灌水预湿煤体技术外,还须采取如下措施减尘: (1)对采煤机的截割机构选择合理的参数; (2)对采煤机设置合理的喷雾系统与供水系统; (3)采用合理的通风技术及最佳排尘风速; (4)为液压支架设置移架喷雾系统; (5)对放煤口必须设置喷雾洒水系统; (6)煤炭输送、转载及破碎机破煤等环节的防尘; (7)采煤机司机、移架工、放煤工等离尘源近,接触粉尘较多的人员,必须做好个体防护措施。 16.解释空气幕防尘 p191 17.抽尘净化即吸入含尘空气,然后在空气净化装置中捕尘 第七章 掘进及运输、转载防尘 1.爆破防尘技术 (一)打眼防尘 1.湿式打眼(1)中心式湿式打眼(2) 旁侧式湿式打眼(3) 中心式和旁侧式比较 2.干式捕尘凿岩 (1) 带捕尘罩或捕尘塞的孔口捕尘器(2) 眼底干式捕尘器 3.湿式煤电钻打眼 4.湿式风镐 (二) 爆破防尘 1.水炮泥 2.爆破喷雾 (1)风水喷射器(2)压气喷雾器(3)爆破波自动喷雾装置 2.通风除尘系统 (1)选择合理的通风除尘系统是控制工作面悬浮粉尘运动和扩散的必要条件。从国内外生产实践表明, 有以下 3 种通风除尘系统:长压短抽通风除尘系统、长抽通风除尘系统、长抽短压通风除尘系统(前抽后 压、前压后抽) (2)通风工艺的要求 1. 压、抽风筒口相互位置的关系 2. 压、抽风量的匹配 3. 长压局部通风机和长抽 除尘局部通风机的安装位置 4. 抽出式局部通风机与除尘局部通风机的串联要求 P212 3. 装岩防尘 一、 装岩洒水 二、 冲洗岩(煤)帮 4.转载、运输防尘 一、 喷雾洒水 常见的喷雾洒水方式主要有以下几种控制方式:机械式自动喷雾洒水装置、磁控式自动喷 雾洒水装置、光电控制式自动喷洒装置 二、 捕尘 在固定式或半固定式装车点、输送机转载点及翻笼等处,装上防尘罩隔离尘源,再抽出其中的 高浓度含尘空气并进行净化,称为捕尘法。 三、泡沫除尘 5. 锚喷支护 (一) 打锚杆眼的防尘喷射混凝土支护的防尘(三)发展和推广湿喷技术 计算题:重力沉降室的设计计算 p105 论述题:1.回采工作面综合防尘措施(第六章第四节第五节)2.掘进 工作面综合防尘措施(二选一)爆破 装煤 落岩 分 煤巷和岩巷


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