楊莉娜，李改革

(1.河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京東燕郊 101601;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

0 引言

含有游離二氧化硅的粉塵進(jìn)入人的肺內(nèi)后，在二氧化硅的毒作用下，引起肺巨噬細(xì)胞分解壞死、導(dǎo)致肺組織纖維化，形成膠原纖維結(jié)節(jié)，使肺組織彈性喪失，硬度增大，造成通氣障礙，影響肺的呼吸活動，即吸入游離二氧化硅的粉塵可引起矽肺。矽肺是塵肺中進(jìn)展最快、危害最重的一種。粉塵中含有游離二氧化硅的量越高，對人體危害越大。

煤工塵肺是指煤礦工人長期吸入生產(chǎn)環(huán)境中粉塵所引起的肺部病變的總稱，煤肺是長期吸入單純性煤塵(含5%以下游離二氧化硅)引起的肺組織的纖維化，多見于采煤工、選煤工、煤炭裝卸工。礦工的作業(yè)調(diào)動頻繁，真正接觸純煤塵的礦工并不多，大部分接觸的是煤矽混合塵。長期吸入大量煤矽塵引起的以肺纖維化為主的疾病稱為煤矽肺。煤矽肺是一種職業(yè)病，其危害性質(zhì)與嚴(yán)重程度與游離二氧化硅含量、粉塵濃度、接觸時間等諸多因素有關(guān)。但粉塵中游離二氧化硅含量是首要因素。筆者總結(jié)了漳村煤礦井上作業(yè)場所煤塵的調(diào)查測定結(jié)果，獲得粉塵中游離二氧化硅的含量，對漳村煤礦井上作業(yè)場所粉塵濃度的要求提供了科學(xué)依據(jù)。

1 游離二氧化硅含量控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國外相關(guān)要求

目前世界采礦發(fā)達(dá)國家的粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)多按二氧化硅含量不同而分別要求。

1)美國礦山安全局規(guī)定:0.1 mg/m3為呼吸性粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)，具體計算方法為以總粉塵量的1/3為呼吸性粉塵(或以透過分粒裝置的粉塵粒子重量計算)，再乘以粉塵中游離二氧化硅含量，即得出呼吸性二氧化硅含量。顯見其粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)就是以呼吸性二氧化硅濃度的標(biāo)準(zhǔn)確定的。

2)日本對作業(yè)場所有害物允許濃度規(guī)定中，對游離二氧化硅10%以上按下列公式計算:

吸入性粉塵:

式中:M——允許濃度;

Q——粉塵中游離二氧化硅含量(%)。

對二氧化硅低于10%的粉塵允許濃度為1.5 mg/m3(吸入性粉塵為0.5 mg/m3)。

3)澳大利亞規(guī)定，當(dāng)二氧化硅含量達(dá)到5%時，其呼吸性粉塵濃度不超過0.15 mg/m3。

1.2 我國游離二氧化硅含量標(biāo)準(zhǔn)

我國工業(yè)場所中控制游離二氧化硅主要是依據(jù)2007年頒布實(shí)施的《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2.1－2007)，該標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)粉塵作業(yè)工人的身體健康，對車間空氣中各種生產(chǎn)性粉塵的最高允許濃度在國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中均作的具體規(guī)定。見表1。

PC－TWA:時間加權(quán)平均容許濃度，指一個正常8小時工作日或一個40小時工作周中以接觸有害物質(zhì)的時間為權(quán)數(shù)，計算所得的平均濃度。

PC－STEL:短時間接觸容許濃度，指一個工作日內(nèi)，任何一次接觸不得超過的15分鐘時間加權(quán)平均的容許接觸水平。

表1 工作場所空氣中粉塵容許濃度

2 游離二氧化硅含量測定方法

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

我國以往檢測粉塵中游離二氧化硅含量，多采用GB5748－1985規(guī)定的“焦磷酸重量法”，但該方法操作繁瑣、檢驗(yàn)周期長、準(zhǔn)確性差，難以滿足批量檢測的要求。國外常用X—射線衍射法和紅外法。由于紅外法的儀器價格較便宜，也不會產(chǎn)生對人體有害的放射性輻射，故很受重視。美英等國已把紅外法作為測定煤塵中游離二氧化硅的標(biāo)準(zhǔn)方法。

為提高檢測的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)批量檢測的目的，本實(shí)驗(yàn)采用紅外分光光度計進(jìn)行粉塵中游離二氧化硅含量的測定。根據(jù)對漳村礦井上實(shí)際生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，結(jié)合規(guī)定要求，確定了皮帶運(yùn)輸、火車裝煤以及汽車道路三個測量點(diǎn)進(jìn)行采樣，每個點(diǎn)采集3～4個樣品。采集粉塵作業(yè)場所工作人員活動范圍內(nèi)的沉降塵或作業(yè)場所地面積塵300mg。

1)實(shí)驗(yàn)原理

α—石英在紅外光譜中于12.5 μm(800 cm－1)、12.8μm(780 cm－1)及14.4 μm(694 cm－1)處出現(xiàn)特異性強(qiáng)的吸收帶，在一定范圍內(nèi)，其吸收光度值與α—石英質(zhì)量成線性關(guān)系。通過測量吸光度，進(jìn)行定量測量。

2)主要儀器

瓷坩堝和坩堝鉗，箱式電阻爐或低溫灰化爐，箱式電阻爐或低溫灰化爐，分析天平:感量為0.01 mg，干燥箱及干燥器，瑪瑙乳缽，壓片機(jī)及錠片模具，200目粉塵篩，紅外分光光度計，溴化鉀，標(biāo)準(zhǔn)α—石英塵:純度在99%以上，粒度＜5 μm。

3)實(shí)驗(yàn)步驟

(1)樣品處理:粉塵樣品放在105℃ ±3℃的烘箱內(nèi)干燥2 h，稍冷，貯于干燥器備用。如果粉塵粒子較大，需用瑪瑙研體研磨，并用200目篩子篩選。準(zhǔn)確稱取篩選后的樣品質(zhì)量，置于高溫電爐(低于600℃)內(nèi)灰化30 min，冷卻后放入干燥器內(nèi)待用。

稱取250 mg溴化鉀和灰化后的粉塵樣品一起放入瑪瑙乳缽中研磨均勻后，連同壓片模具一起放入干燥箱(110℃ ±5℃)中10 min。將干燥后的混合樣品置于壓片磨具中，加壓25 MPa，持續(xù)3 min，制備出的墊片作為測試樣品。

(2)石英標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:精確稱取不同質(zhì)量(0.01mg～1.00mg)的標(biāo)準(zhǔn)α—石英塵，分別加入250 mg溴化鉀，置于瑪瑙乳缽中充分研磨均勻，同樣品處理，制成標(biāo)準(zhǔn)系列錠片。將標(biāo)準(zhǔn)系列錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，分別以800 cm－1、780 cm－1和694 cm－1三處的吸光度值為縱坐標(biāo)，以石英濃度為橫坐標(biāo)，繪制三條不同波長的α—石英標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式，在無干擾的情況下，一般選用800 cm－1標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

(3)樣品測定:分別將樣品錠片與樣品空白錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，記錄800 cm－1(780 cm－1或694 cm－1)處的吸光度值，重復(fù)掃描測定3次，測定樣品的吸光度均值減去樣品空白的吸光度均值后，由α—石英標(biāo)準(zhǔn)曲線得樣品中二氧化硅的質(zhì)量。

2.2 石英標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制過程

取5 個點(diǎn)，分別稱取不同質(zhì)量(20、40、60、80、100、250mg)的 SiO2和KBr混合(SiO2∶KBr=10μg∶990μg，也就是說SiO2占混合物的濃度為1∶100)的大樣，再分別加入KBr(稀釋劑，不吸光)至總質(zhì)量達(dá)到250 mg。得到如下表2，圖1:

表2 標(biāo)準(zhǔn)SiO2吸光度

圖1 石英標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

由此可得，吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線為:

3 漳村礦地面游離二氧化硅含量測定分析

3.1 漳村礦地面生產(chǎn)工藝概述

通過實(shí)地觀察走訪，了解漳村礦井上作業(yè)場所及居民區(qū)結(jié)構(gòu)，確定了漳村礦的井上煤炭運(yùn)輸路徑:從主井出來的原煤，經(jīng)過皮帶運(yùn)輸進(jìn)入洗煤廠煤倉，從洗煤廠煤倉出來的煤經(jīng)過選矸、洗選兩個環(huán)節(jié)，經(jīng)過了篩選、手選、破碎、除鐵、除雜等工序，裝入待裝車煤倉。通過分析煤炭井上運(yùn)輸路徑，綜合考慮不同作業(yè)場所粉塵濃度、作業(yè)人員密度以及與煤塵接觸的密切程度等相關(guān)因素，確定了選矸車間、洗選車間以及道路運(yùn)輸三個測塵點(diǎn)。

3.2 煤樣測定

1)首先，對選矸車間測點(diǎn)取250mg煤粉作為的樣本制作壓片，將做好的壓片進(jìn)行單程掃描，得到如圖2。由于α—石英在紅外光譜中于12.5μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)及 14.4 μm(694cm－1)處出現(xiàn)特異性強(qiáng)的吸收帶，在一定范圍內(nèi)，其吸收光度值于α—石英質(zhì)量成線性關(guān)系。在所得吸光度曲線上拾取12.5 μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)及 14.4 μm(694 cm－1)三點(diǎn)，得到相應(yīng)的吸光度值。

圖2 選矸車間測點(diǎn)樣本a第一次掃描吸光度曲線

一個樣本重復(fù)以上3次實(shí)驗(yàn)過程，測3個樣本，得到選矸車間測點(diǎn)的吸光度為(表3):

表3 選矸車間測點(diǎn)樣本吸光度

對于 α—石英在紅外光譜中于 12.5 μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)和 14.4 μm(694 cm－1)時的每一組吸光度數(shù)值，有去掉兩個最大值，去掉兩個最小值，分別得均值為:1.8504、1.7868和1.7428。

2)對于洗選車間測點(diǎn)樣品有(如表4):

表4 洗選車間測點(diǎn)樣本吸光度值

續(xù)表

同樣得到分別在洗選車間測點(diǎn)樣品在12.5 μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)和 14.4 μm(694 cm－1)時 的 均 值 為:1.776、1.7574和1.7314。

3)對于道路運(yùn)輸測點(diǎn)樣品有(如表5):

表5 道路運(yùn)輸測點(diǎn)樣本吸光度值

續(xù)表

同樣，得到道路運(yùn)輸測點(diǎn)樣本在12.5 μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)和 14.4 μm(694 cm－1)時的吸光度均值為:2.029、2.032和1.923。

4)整理數(shù)據(jù)得(如表6):

表6 所有樣本吸光度值

4 結(jié)論

由《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2.1－2007)可以看出，煤塵游離二氧化硅含量在10%以上為矽塵。結(jié)合本次測量結(jié)果可知:

1)漳村礦井上作業(yè)環(huán)境的粉塵游離SiO2含量介于10%至50%之間，含量較高，說明在煤礦采掘過程中混入了較多的巖塵，形成煤塵和巖塵混合作用的矽塵。

2)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)，為降低井上作業(yè)場所煤工塵肺發(fā)病率，漳村礦井上作業(yè)環(huán)境需要將總粉塵濃度控制在1 mg/m3以下，呼吸性粉塵濃度控制在在0.7 mg/m3以下才合乎國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3)此次測量對漳村煤礦井上作業(yè)場所粉塵濃度的要求提供了科學(xué)依據(jù)。

4)漳村礦在其日常生產(chǎn)中，對其作業(yè)場所進(jìn)行了有效地控制，道路揚(yáng)塵成為現(xiàn)階段最大的產(chǎn)塵源。對于道路揚(yáng)塵企業(yè)和當(dāng)?shù)卣g責(zé)任分工不夠明確，企業(yè)對于運(yùn)煤道路的維護(hù)由于成本等原因，基本上都控制在企業(yè)周邊一定的地域范圍內(nèi)，對于運(yùn)煤道路的全線路維護(hù)、管理，成為現(xiàn)階段亟需解決的問題。

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