1.3 煤矿粉尘的危害
煤矿粉尘具有的这些特性决定了以下危害：严重危害工人身体健康，多数人易引起尘肺病等；易引起燃烧和爆炸；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命。
1.3.1 主要健康危害
煤尘与其他粉尘一样主要通过呼吸道进入人体，其次是皮肤接触，部分粉尘溶于口腔唾液或粘附在食物上也能吞入消化道，后两者侵入人体的量较小。人体对粉尘的进入具有防御功能，呼吸道和肺部均有排除和清除粉尘的能力。只是长期大量吸入煤矿粉尘会破坏人体防御功能，使清除功能受损，而过量的煤矿粉尘沉积，导致人体损伤，形成各种疾病。
呼吸系统疾病
煤矿粉尘会直接或间接引起呼吸系统疾病主要包括以下几类：
1）尘肺
煤工尘肺是指煤矿各工种工人长期吸入作业场所生产性粉尘所引起的尘肺的总称。粉尘病变严重程度与体内潴留的粉尘数量有关，即存在接触反应关系，还同粉尘的组成成分有关。在煤矿开采过程中，由于工种不同，工人接触粉尘的性质也有差异，从而引起肺部弥漫性纤维化。尘肺病根据煤矿工人接触粉尘的性质可以认为有3种主要类型：
⑴ 煤肺。长期在单纯有煤尘的环境下作业的工人，他们接触的粉尘主要是煤尘。这类人员发生的尘肺在病理上有典型的煤尘纤维灶和灶周肺气肿，这类肺部病变称为煤肺。煤肺发病工龄多在20a~30a以上，病情进展缓慢，危害较轻。
⑵ 矽肺。长期在煤矿岩石掘进工作面作业的工人，他们接触的粉尘主要是含游离SiO2较高的岩尘。这类人员发生的尘肺在病理上除有组织纤维化外，还有典型的矽结节形成，属矽肺类型。病理上有典型的矽结节改变，发病工龄短，一般为10~15a。矽肺的发病率较高，病情发展较快，危害严重。
 ⑶ 煤矽肺。一般煤矿井下工人多数都在有煤尘产生和有岩尘产生的两种作业环境下工作过，他们接触的粉尘既有煤尘也有岩尘。所患的尘肺兼有煤肺和矽肺的病理改变特征，这类尘肺称煤矽肺。煤矽肺是我国煤工尘肺最常见的类型，发病工龄多在5a~20a左右，病情发展较快，危害严重。
现在的观点认为，无论从肺组织纤维化病变进展规律、流行病学和临床表现特点、病情发展及诊断原则等方面，都没有必要将煤矽肺与煤肺严加区别，故统称为煤工尘肺。煤工尘肺是煤矿最严重的职业病。与矽尘相比，煤尘致纤维化作用较弱，但由于煤是我国主要能源，采煤工人的数量居全国各类粉尘作业工人之首，因此实践中煤工尘肺的防治意义和重要性最为突出。
不同类型煤矿的煤工尘肺发病情况因开采方式不同有很大差异。露天煤矿工人的尘肺患病率低，井工开采工作面的粉尘浓度和粉尘分散度均高于露天煤矿，尘肺患病率和发病率均较高。我国地域广大，地层结构复杂，各地煤工尘肺患病率有很大差异，在0.92%~24.1%之间，其中矽肺占11.4%，煤矽肺占87.6%，煤肺占1.0%。不同煤种的致病能力也不同，由强到弱依次为：无烟煤、烟煤、褐煤。
尘肺病是由于长期吸入过量粉尘所引起的全身性疾病。尘肺病发病工龄有的长达20a~30a，个别病例在游离二氧化硅含量高的作业区作业也有1a~2a发病者，即所谓”快发性矽肺”。尘肺病的发病工龄、临床症状等设计因素很多且十分复杂，大体可归纳为以下几个方面：粉尘的成份；粉尘的分散度；粉尘浓度；接触时间；按流行病学观点，许多因素可分别归诸于宿主、因子、环境等治病要素。尘肺病是难以治愈的职业病，工人一旦得病，轻则慢性致残，重则死亡。因此，尘肺病不仅造成劳动力下降，而且造成社会负担，其经济损失是巨大的。
2）慢性阻塞性肺病（COPD）
国内外许多研究已证实，长期吸入煤尘不但引起尘肺，还会引起慢性阻塞性肺疾病，包括慢性支气管炎、支气管哮喘及肺气肿。而且在临床上，慢性阻塞性肺病可以独立存在而不伴有明显尘肺，其发病机理尚未明了，可能与吸烟、呼吸道感染及遗传因素等均有关系。
3）上呼吸道炎症
粉尘首先侵入上呼吸道黏膜，早期引起其功能亢进，黏膜下血管扩张、充血，黏液腺分泌增加，以阻留更多粉尘，长久则酿成肥大性病变，然后由于黏膜上皮细胞营养不良，终将造成萎缩性病变，呼吸道抵抗力下降，容易继发病毒及细菌等感染性疾病。
4）肺癌
有研究表明，一些有煤矿开采的地区，人群中肺癌的发病有升高趋势，可能与吸入煤矿生产性粉尘有关。但据英国24个煤矿统计，接触煤矿粉尘工人与不接触粉尘人群中的肺癌发病率无明显差别。煤矿病人肺癌的发病机制有待进一步探讨。
2. 局部作用
粉尘沉着于皮肤可能堵塞皮脂腺，容易继发感染而引起接触性皮炎、毛囊炎，疖肿等；进入眼内的粉尘颗粒，可引起结膜炎等。
3. 过敏和中毒作用
煤矿粉尘还可能引起过敏反应和机体的中毒作用，这与粉尘混合的其他元素或者化合物有关。
1.3.2 煤尘爆炸
煤尘爆炸是空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程。煤是复杂的固体化合物，被破碎成煤尘后，其吸氧和被氧化的能力大大增强，在外界高温热源的作用下，悬浮的煤尘单位时间内能吸收更多的热量，大约300℃~400℃时，就可放出可燃气体。这些气体集聚于尘粒周围，形成气体外壳，当这个外壳内的气体达到一定浓度并吸收一定能量后，连反应过程开始，游离基迅速增加，燃烧循环地进行下去；由于燃烧产物的迅速膨胀而在火焰波波阵面前方形成压缩波，压缩波在不断压缩的介质中传播时，后波可以赶上前波；这些单波叠加的结果，使火焰面前方气体的压缩逐渐增高，因而引起了火焰传播的自动加速；当火焰速度达到每秒数百米以后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。
从燃烧转变为爆炸的必要条件是由于化学反应产生的热能必须超过热传导和辐射所造成的热损失；否则，燃烧剂不能持续发展，也不会转为爆炸。
2 煤矿粉尘的控制技术
2.1 粉尘控制技术
粉尘控制技术为该粉尘监控系统粉尘浓度超出限制范围所实施的处理措施提供了依据，同时也是煤矿安全生产的基本要求。根据工作场所空气中煤尘游离二氧化硅含量的不同，煤矿粉尘浓度的职业接触限制值也不相同。对矽尘含量小于10%的煤尘，总尘的时间加权平均容许浓度为4mg/m3 ，短时间接触容许浓度为6mg/m3；呼吸性粉尘时间加权平均容许浓度为2.5mg/m3，短时间接触容许浓度为3.5 mg/m3，这是煤矿作业面粉尘浓度的最低要求。上述时间加权平均容许浓度（PC-TWA）是指以时间为权数规定的8h工作班的平均容许接触水平，长期反复接触该粉尘浓度几乎所有工人不发生有害健康效应。短时间接触容许浓度（PC-STEL）指一个工作日内，任何一次接触不得超过（以15min时间加权平均浓度表示）的容许接触水平，短时间接触容许浓度不是一个独立的接触限值，而是时间加权平均容许浓度限值的一种补充。
2.1.1 防尘措施
在矿井采、掘、运系统的各生产工序中都产生粉尘，这些粉尘随风流飞扬于作业空间和巷道中。对这些尘源必须采取有效的综合防尘措施，即针对每一道生产工序和环节的尘源采取一项和多项防治措施，以减少粉尘的产生量，降低作业环境的粉尘浓度和防止工人吸入粉尘。
防尘措施主要是减少采掘作业时的粉尘发生量，是矿井尘害防治工作中最为积极有效的技术措施。防尘措施主要包括：改进采掘机械结构及其运行参数减尘、湿式凿岩、水封爆破、添加水泡泥爆破、封闭尘源、捕尘罩以及预湿煤体减尘措施（如采空区或巷道灌水、煤层注水）等。防尘措施是以预防为主的治本性措施，应在作业之前考虑优先采用。按照矿井的防尘技术，可将防尘措施分为以下几类：
1. 湿式作业方式包括湿式打眼、湿式凿岩、水泡泥爆破、预湿煤体等。
1）湿式打眼就是在打眼工作中，将压力水通过凿岩机或煤电钻送入钻孔并充满孔底，以湿润、冲洗炮眼中的粉尘，使其变成尘浆流出炮眼。
2）湿式凿岩是利用风钻进行湿式凿岩，是国内外岩巷掘进行之有效的基本防尘方法。湿式凿岩有中心供水和旁侧供水两种供水方式。近年来，很多很多矿井对煤电钻进行了改革，试制成功了湿式煤电钻，已广泛应用于煤巷、半煤岩巷以及一些采煤工作面。湿式煤电钻具有良好的水密封性能，能有效地控制回采工作面的煤尘。
3）水泡泥是利用盛水的塑料袋代替炮泥充填于炮眼内，爆破时水袋破裂，在高温高压爆破波的作用下，大部分水被汽化，然后重新凝结成极细的雾滴，并与同时产生的粉尘相接触，形成雾滴的凝结核或被雾滴所湿润而起到防尘作用。水泡泥中若添加湿润剂、黏尘剂等物质，可大大提高降尘效率。此外，德国等西方国家已开始应用化学材料代替水泡泥中的水，这些材料大多具有较好的膨胀性能，爆炸时的封堵效果和降尘效果更好。
4）预湿煤体防尘  预湿煤体防尘主要是采用煤层注水的方法，即预先用水通过钻孔和裂隙注入尚未开采的煤体，增加煤的水分，使煤体得到预先湿润，降低煤体产生浮游粉尘的能力。多年的防尘实践已证明，采煤工作面实施煤层注水是取得最佳防尘效果的根本措施。影响水在煤层中渗透的因素主要是煤的裂隙和空隙的状态，以及与其有关的其他因素。煤层的透水性能与煤的裂隙发育程度、裂隙宽度及裂隙方向有密切关系。煤层的多孔程度用孔隙率来表示，即孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。烟煤的透水性系数随孔隙率的增大而增大。对褐煤来说，虽然孔隙率高，但透水性系数却趋于零，因此，开采时常常不能注水。煤属于疏水性物质，与水不甚亲和。如果在水中添加湿润剂（表面活性剂），水的表面张力就会降低，从而提高对煤层的湿润能力及渗透系数。
煤层注水方式及其选择要按照注水钻孔的形式，煤层注水方式有长孔、短孔和深孔三种，各自的钻孔地点、钻孔长度及特点如表4所示；按照注水方式又可分为静压注水和动压注水；按作用于注水钻孔孔口的水压大小分为三类：低压注水（Ps＜2.5 MPa ~3.0MPa），中压注水（Ps＝3.0 MPa ~15.0MPa），高压注水（Ps＞10.0 MPa ~15.0MPa）。我国煤矿通常采用长钻孔、中压或低压注水方法，其优点是采煤和注水作业互不干扰，注水时间可按需要增加，一次湿润范围大而均匀。
5）采空区注水  采空区灌水预先湿润煤体防尘，是在采用下行陷落法分层开采厚煤层过程中，将水灌入上一分层的采空区内，水在自重及煤体孔隙的毛细管力作用下缓慢深入下一分层的煤体中，使煤体得到湿润，减少下层开采时浮游粉尘的产生量。
2. 改进采掘机械结构和运行的减尘措施  研究表明，截齿越宽，压固核越小，产尘量也越低。因此，从防尘角度出发，选择合理的截齿几何形状，可以减小采掘时的压固核。目前效果较好的是镐形刀刃的粗截齿。采掘作业时，一般截深越大，采落的矿岩块块度越大，固压核越小，产尘量也越小。截深主要取决于采掘机上的截齿数目，适当减少截齿数，可达到降尘的目的。此外，当采煤机的滚筒转速与牵引速度适当匹配时，也可降低粉尘的生成量。对于摩擦与碾压、冲击与振动产尘，可通过定期更换截齿，按照规程安装采掘机械等一般性措施加以缓解。
3. 干式凿岩捕尘  一般在缺水矿井使用，可分为两种：一种是干式孔底捕尘，经过钎杆中心孔、风钻机头和连在机头上的输尘软管，将炮眼内的粉尘抽到干式孔底中去；另一种是孔口干式捕尘，通过炮眼口的捕尘塞和连在捕尘塞上的抽尘管，把炮眼内的粉尘抽到一个滤尘袋中去，过滤后的干净空气回到巷道内。
4. 个体防护  煤矿矿井各生产环节尽管采取了多项防尘措施，但也难以使各作业地点粉尘浓度达到卫生标准。此种情况下，特别是在强产尘源和个别不宜安装防尘设备条件下作业的人员，必须佩戴个体防尘用具。在煤矿经常使用的个体防尘用具主要有：自吸过滤式防尘口罩；动力送风过滤式个体防尘用具；隔绝式压风呼吸器。