1. 生產(chǎn)性粉塵的產(chǎn)生

在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生和形成的、能較長時(shí)間在空氣中懸浮的固體微粒被稱為生產(chǎn)性粉塵。懸浮于空氣中的粉塵稱為浮塵，已沉落的粉塵稱為積塵，我們檢測和防治的重點(diǎn)就是浮塵。從膠體化學(xué)的觀點(diǎn)來看，含有粉塵的空氣是一種氣溶膠，懸浮粉塵散布彌漫在空氣中與空氣混合，共同組成一個(gè)分散體系，分散介質(zhì)是空氣，分散相是懸浮在空氣中的粉塵粒子。煤炭生產(chǎn)過程中伴隨煤和巖石破碎而產(chǎn)生的煤礦粉塵是生產(chǎn)性粉塵的一種。其中，呼吸性粉塵是損害勞動(dòng)者健康的重要職業(yè)性有害因素，可能引起多種職業(yè)性肺部疾病。

煤礦在生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸及巷道掘進(jìn)等各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)向空氣中排放大量的粉塵。尤其在風(fēng)速較大的作業(yè)場所，粉塵排放量猛增，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，有的礦區(qū)排向空氣的煤粉塵是煤炭產(chǎn)量的1.6%以上。

采煤工作面是煤礦產(chǎn)塵量最大的作業(yè)場所，其產(chǎn)塵量約占礦井產(chǎn)塵量的 60%左右。為了預(yù)防礦井瓦斯、煤塵爆炸等惡性事故的發(fā)生，改善礦井勞動(dòng)衛(wèi)生條件，采煤工作面是礦塵防治的重點(diǎn)。機(jī)采工作面在我國越來越普及，但產(chǎn)塵濃度也隨之上升。采煤機(jī)割煤、支架移架、放煤口放煤及破碎機(jī)破煤是機(jī)采工作面的四大產(chǎn)塵源，產(chǎn)塵量分別約占60%、20%、10%和 10%左右。為了搞好采煤工作面的粉塵防治，有效降低其粉塵濃度，必須針對采煤工作面的塵源采取相應(yīng)的治理措施，以達(dá)到對粉塵進(jìn)行綜合治理的目的。

綜采放頂煤開采技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來在我國大面積推廣的比較先進(jìn)的采煤方法，但工作面粉塵問題也引起較多關(guān)注。綜采放頂煤工作面的產(chǎn)塵環(huán)節(jié)主要有采煤機(jī)落煤、放煤、移架、裝煤和運(yùn)煤五大工序。從微觀方面分析，煤塵產(chǎn)生可分為摩擦、拋落和摩擦與拋落相結(jié)合等三種方式。

巷道掘進(jìn)也是井下主要產(chǎn)塵源之一，在無任何防塵措施的情況下，對炮掘工作面、機(jī)掘工作面和巷道錨噴過程中產(chǎn)塵情況如表1所示。

表1　　掘進(jìn)工作面塵源及產(chǎn)塵量分布

 

巷道維修的錨噴現(xiàn)場、煤炭裝卸點(diǎn)等也都產(chǎn)生高濃度粉塵，尤其是煤炭裝卸處的瞬時(shí)粉塵濃度有時(shí)高達(dá)數(shù)g/m³，有時(shí)甚至達(dá)到煤塵爆炸濃度界限。

此外，地面煤的裝運(yùn)、煤堆、矸石山等也都產(chǎn)生高濃度粉塵，使礦區(qū)周邊空氣環(huán)境受到嚴(yán)重的污染，對居民健康和植物都造成十分不利的影響。

煤礦生產(chǎn)過程產(chǎn)生粉塵一般都不伴有化學(xué)變化，因此漂浮于空氣中粉塵的化學(xué)成分與其來源物料的化學(xué)成分基本相同。

2. 生產(chǎn)性粉塵的特性

1）按粉塵中游離二氧化硅含量分類

煤礦粉塵按其游離二氧化硅的含量分為矽塵與煤塵。根據(jù)我國“矽塵作業(yè)工人醫(yī)療預(yù)防措施實(shí)施辦法”中規(guī)定，作壓環(huán)境粉塵中游離二氧化硅含量在10%以上者稱為矽塵，10%以下者稱為非矽塵，在煤礦則為混合性煤塵。游離二氧化硅含量小于5%的粉塵又稱為單純煤塵。粉塵中游離二氧化硅的含量越高，引起塵肺病的程度越重，病情發(fā)展越快，危害也越大。

2）粉塵的分散度

分散度指物質(zhì)被分散的程度，以粉塵粒徑大小的數(shù)量或質(zhì)量組成百分比構(gòu)成比來表示，前者稱粒子分散度，粒徑小的顆粒越多，則分散度越高；后者稱質(zhì)量分散度，質(zhì)量小的顆粒占總質(zhì)量百分比越大，質(zhì)量分散度越高。煤礦作業(yè)場所空氣中較小顆粒粉塵含量較多時(shí)，其分散度越高，由于質(zhì)量輕，在空氣中懸浮時(shí)間較長，不易降落，被吸入肺的機(jī)會(huì)就愈多。同時(shí)粉塵的分散度愈高，單位體積總表面積越大，理化活性越高，易于與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)而引起粉塵的自燃或爆炸。粉塵還可以吸附有毒氣體，如一氧化碳、氮氧化物等，分散度愈高，吸附的量愈多，對人體危害也愈大。

3）粉塵的吸濕性

粉塵的吸濕性指粉塵對水的吸附。粉塵的吸濕性與粉塵的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)，可分為親水性粉塵與疏水性粉塵兩大類。炭黑、煤粉塵均屬于疏水性粉塵。另外，粉塵越細(xì)，比表面積增加，表面吸附能力隨之增強(qiáng)，容易吸附空氣而在塵粒表面形成氣膜，降低了塵粒間的聚集及塵粒的吸濕性，更難于把塵粒從空氣中捕捉分離出來。在除塵技術(shù)中，粉塵的吸濕性是選用除塵設(shè)備的主要依據(jù)之一。對于濕潤性好的親水性粉塵，可選用濕式除塵器。為了加強(qiáng)液體（水）對粉塵的浸潤，往往要加入某些濕潤劑，以減少固、液之間的表面張力，增加粉塵的親水性，提高除塵效率。

4）煤塵的爆炸性

按照煤塵的爆炸性煤塵可以分為有爆炸性煤塵和無爆炸性煤塵。我國傳統(tǒng)煤礦中90%礦井的煤塵具有爆炸性危險(xiǎn)性。高分散度的煤炭粉塵具有爆炸性。煤的炭化程度越低，揮發(fā)分越高，煤塵的爆炸性就越強(qiáng)（見表2）。發(fā)生爆炸有兩個(gè)條件：①粉塵在空氣中有足夠的濃度，在爆炸區(qū)域要求的濃度范圍之內(nèi)；②必須具有高溫（明火、火花、放電）情況出現(xiàn)。一般煤塵爆炸的下限濃度為30mg/m³~50mg/m³，上限濃度為1000mg/m³~2000mg/m³，出于上下濃度之間的粉塵都具有爆炸危險(xiǎn)性，其中爆炸力最強(qiáng)的濃度為300mg/m³~500mg/m³。

表2　　不同煤種的揮發(fā)性與爆炸性的關(guān)系