劉 承,邱思然

(國能新疆準(zhǔn)東能源有限責(zé)任公司,新疆 昌吉 831100)

近年來,我國煤炭能源的需求量劇增,大部分行業(yè)的運(yùn)行,如電力、供暖、化工等都跟煤炭有關(guān),使得煤炭企業(yè)的生產(chǎn)力度不斷加大,因此接觸粉塵的職工數(shù)量也在不斷增加。長期處于煤塵作業(yè)環(huán)境的工人易得煤肺病或煤矽肺病[1]。根據(jù)國家衛(wèi)健委統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),塵肺病仍居中國九大職業(yè)病首位。截至2021年底,塵肺病新增病例數(shù)為11 809例,占全國職業(yè)病新增病例數(shù)的76.64%[2-3],不僅嚴(yán)重威脅著廣大職工的身體健康,而且還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,對社會的文明進(jìn)步產(chǎn)生了不良影響。

為了進(jìn)一步分析粉塵排放對礦工的健康影響,多名國內(nèi)外研究學(xué)者采用風(fēng)險(xiǎn)評估方法評估排放粉塵造成人類健康風(fēng)險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重程度。林嗣豪等[4]建立了職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評估方法;田冬梅等[5]從人-物-環(huán)-管理4個方面提出了基于模糊綜合評價的粉塵作業(yè)場所風(fēng)險(xiǎn)評價模型;王善文等[6]建立了企業(yè)職業(yè)危害綜合評價和風(fēng)險(xiǎn)分級系統(tǒng);張忠彬[7]考慮了超標(biāo)倍數(shù)、超標(biāo)率并建立了作業(yè)場所職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)綜合評價模型;何國家等[8]研究了不存在任何防護(hù)、嚴(yán)格執(zhí)行防護(hù)措施及防護(hù)用品使用存在個體差異三種情形下粉塵危害風(fēng)險(xiǎn)規(guī)模的評價方式;佟瑞鵬等[9]研究了不確定性條件下煤塵職業(yè)健康損害評價方法。

然而,露天煤礦膠帶廊的揚(yáng)塵暴露風(fēng)險(xiǎn)主要受限于作業(yè)類型和礦工的自我防護(hù)意識。一方面,不同的作業(yè)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的工作內(nèi)容不一樣[10],導(dǎo)致選煤廠不同崗位工人每日的粉塵暴露時間相差較大;另一方面,隨著綠色建筑、綠色施工等環(huán)保理念的引入和政府部門的介入,提高了煤炭企業(yè)和施工人員的自我衛(wèi)生管理意識[11]。對于健康風(fēng)險(xiǎn)評估,應(yīng)著重考慮相關(guān)工人的實(shí)際粉塵暴露濃度,因此,露天煤礦選煤廠膠帶廊揚(yáng)塵暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)評估是礦山安全環(huán)保工作中的重要內(nèi)容之一。

1 膠帶廊塵源產(chǎn)塵機(jī)理及影響因素

膠帶廊作為煤礦內(nèi)部的重要輸送通道,不僅承擔(dān)著煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù),也是主要的產(chǎn)塵源之一。煤炭破碎和運(yùn)輸是選煤廠膠帶廊的主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)。在煤炭從采礦現(xiàn)場到處理設(shè)備或倉庫的過程中,煤炭經(jīng)歷了破碎和運(yùn)輸階段,這兩個階段均會導(dǎo)致煤塵的生成和擴(kuò)散[12]。

1.1 膠帶廊煤炭破碎機(jī)理分析

露天煤礦中,較大的塊狀煤炭從現(xiàn)場挖掘出來,這些煤塊需要被破碎成適合運(yùn)輸和處理的小塊或顆粒。煤炭破碎設(shè)備主要包括以下三種:①顎式破碎機(jī):顎式破碎機(jī)是常見的煤炭破碎設(shè)備之一,它通過兩個可移動的顎板將煤炭擠壓、破碎成較小的塊狀物料。②圓錐破碎機(jī):圓錐破碎機(jī)以錐形破碎腔為特征,通過回轉(zhuǎn)圓錐體將煤炭壓縮、破碎。③輥式破碎機(jī):輥式破碎機(jī)用兩個旋轉(zhuǎn)輥軸將煤炭擠壓、破碎成均勻的小塊煤炭。

煤炭在膠帶廊上輸送和處理的過程中產(chǎn)生粉塵的主要機(jī)理包括[13]:①機(jī)械破碎:煤炭在傳輸過程中可能會受到擠壓、碰撞和摩擦等機(jī)械力的作用,導(dǎo)致顆粒破碎。特別是在膠帶彎道、轉(zhuǎn)載點(diǎn)和傳輸點(diǎn)等地方,煤炭顆粒更容易受到機(jī)械破碎的影響。②空氣流動:煤炭輸送帶上的空氣流動也可以促使煤炭顆粒脫落,產(chǎn)生粉塵?？諝飧咚倭鲃涌赡軙诡w粒從帶子表面脫落。③濕度和溫度:煤炭破碎和產(chǎn)塵還受到環(huán)境濕度和溫度的影響。低濕度和高溫度條件下,顆粒更容易破碎和產(chǎn)生粉塵。

1.2 膠帶廊粉塵產(chǎn)生影響因素分析

膠帶廊煤炭破碎產(chǎn)塵機(jī)理和影響因素之間存在相互關(guān)聯(lián)。為了減少產(chǎn)塵量,需要綜合考慮煤炭性質(zhì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、操作參數(shù)和環(huán)境條件,采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?膠帶廊粉塵產(chǎn)生的主要影響因素有[14]:

1) 煤炭性質(zhì):煤炭的硬度、濕度、顆粒大小和形狀等性質(zhì)會影響其破碎和產(chǎn)塵的程度。較硬和干燥的煤炭更容易破碎。

2) 傳輸速度和距離:膠帶廊的輸送速度和輸送距離會影響煤炭顆粒受到的力和條件,從而影響破碎和產(chǎn)塵。

3) 傳輸角度和方向:輸送帶的彎曲角度、傳輸方向和轉(zhuǎn)載點(diǎn)的設(shè)計(jì)會影響煤炭顆粒的運(yùn)動,可能導(dǎo)致更多的破碎和塵埃產(chǎn)生。

4) 設(shè)備和維護(hù):膠帶廊的設(shè)備狀況和維護(hù)程度也是重要因素。磨損嚴(yán)重的設(shè)備和不良的維護(hù)可能增加破碎和產(chǎn)塵的機(jī)會。

5) 環(huán)境條件:溫度、濕度和空氣流動速度等環(huán)境條件對煤炭破碎和產(chǎn)塵也有直接影響。

6) 塵?？刂拼胧?采取有效的塵?？刂拼胧?如噴霧系統(tǒng)、塵埃收集器等可以減少煤炭破碎產(chǎn)塵的影響。

2 膠帶廊揚(yáng)塵暴露的職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估方法

2.1 選煤廠膠帶廊實(shí)際粉塵暴露

在選煤廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中,煤炭企業(yè)管理人員經(jīng)常實(shí)施一系列防塵措施保護(hù)現(xiàn)場工人的健康。例如,噴霧系統(tǒng)等粉塵控制措施可以降低員工工作環(huán)境中的粉塵質(zhì)量濃度;佩戴個人防護(hù)設(shè)備(如防塵口罩)可減少鼻子和嘴巴吸入的灰塵。因此,鼻子和嘴巴接觸的實(shí)際值應(yīng)替換為原始環(huán)境濃度。

2.1.1 選煤廠膠帶廊降塵措施

噴霧降塵系統(tǒng)已多次應(yīng)用于抑制煤礦的粉塵擴(kuò)散?；具^程為:從噴嘴口霧化成的細(xì)小水霧將持續(xù)捕捉膠帶運(yùn)輸過程中裹挾的細(xì)微粉塵,逐步形成含塵的凝聚團(tuán),在重力的作用下沉積至膠帶表面或地表以減少粉塵。選煤廠現(xiàn)場的噴霧降塵控制系統(tǒng)見圖1.

圖1 選煤廠膠帶廊噴霧降塵控制系統(tǒng)

2.1.2 選煤廠膠帶廊防塵措施

井工煤炭開采行業(yè)密閉空間粉塵質(zhì)量濃度高,工人對粉塵的感知更明顯,安全感強(qiáng),因此在這樣的環(huán)境中會主動戴口罩。選煤廠的膠帶廊也是產(chǎn)生粉塵的主要場所之一,但作業(yè)人員停滯時間較短,肉眼可見的粉塵消散得很快,使工人產(chǎn)生粉塵質(zhì)量濃度不足以對他們的健康造成傷害的錯覺。因此,露天煤礦選煤廠很少有人主動佩戴個人防護(hù)裝備。

根據(jù)《呼吸防護(hù)用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》(GB 2626-2006)規(guī)定,防塵口罩的隔離性能包括兩個因素:過濾效率(FE)和向內(nèi)泄漏(IL)。過濾效率是指在規(guī)定的檢測條件下,過濾元件過濾的顆粒物的百分比,由式(1)表示:

(1)

式中:FE為防塵口罩的過濾效率;C1為通過過濾元件進(jìn)入口罩的粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3;C0為環(huán)境粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3.

防塵口罩的泄漏率可由式(2)表示:

(2)

式中,Cb為泄漏到防塵口罩中的粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3;Ca為防塵口罩中的背面粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3.

因此,工人接觸的實(shí)際粉塵質(zhì)量濃度為:

(3)

實(shí)測結(jié)果與相關(guān)論文研究表明,職業(yè)用口罩(N95、N99防護(hù)口罩、外科口罩、一次性醫(yī)用口罩)的實(shí)際過濾效率為87.3%～99.4%,實(shí)際總泄漏率為9%～35%.本研究選取一次性醫(yī)用口罩的FE和泄漏率進(jìn)行計(jì)算,分別為88.7%和22%.

2.2 選煤廠膠帶廊礦工健康風(fēng)險(xiǎn)評估

采用公共環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域的健康風(fēng)險(xiǎn)評估模型,對選煤廠膠帶廊礦工的職業(yè)暴露進(jìn)行定量評價。選煤廠膠帶廊粉塵健康風(fēng)險(xiǎn)評估主要包括粉塵暴露評估與健康風(fēng)險(xiǎn)量化分析兩個部分。

2.2.1 粉塵暴露評估

平均日劑量(ADD)是用暴露參數(shù)法計(jì)算有害物質(zhì)對人體的暴露劑量,即在有害物質(zhì)達(dá)到一定濃度的環(huán)境中對人體有害物質(zhì)的吸收劑量。在健康風(fēng)險(xiǎn)評估中ADD的準(zhǔn)確計(jì)算很關(guān)鍵:

(4)

式中:CA為膠帶廊有害物質(zhì)的環(huán)境濃度,mg/m3,可利用式(3)計(jì)算;IR為吸入速率,m3/h;EF為選煤廠礦工的連續(xù)暴露頻率,d/a,取每年的工作天數(shù);ET為工人的平均日暴露時間,h/d;ED為礦工的連續(xù)暴露持續(xù)時間,取每個作業(yè)工序的持續(xù)時間,a;BW為工人的平均體重,kg;AT為礦工的平均暴露時間,取每個作業(yè)工序的持續(xù)時間,d.

2.2.2 健康風(fēng)險(xiǎn)量化分析

粉塵引起的主要疾病包括塵肺病、急性呼吸道感染(ARTI)、慢性阻塞性肺病(COPD)、血管性心肌病、腦血管疾病(CVD),甚至導(dǎo)致死亡。每種風(fēng)險(xiǎn)按比例分配給相關(guān)疾病,并根據(jù)每種疾病的損害因素計(jì)算殘疾調(diào)整生命年(DALY):

DALY=n·∑R·Qi·Wi·Li·P

(5)

式中:Qi為疾病i的危險(xiǎn)因素;Wi為疾病i的影響因子;Li為疾病i的損害因子;P為受損害影響的人數(shù);n為暴露天數(shù),取施工周期,d;R為粉塵對健康造成損害的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),可利用公式(6)進(jìn)行計(jì)算。

(6)

式中:RfD為粉塵的參考劑量,mg/(kg·d)。本文中取二氧化硅的代表值0.4 mg/(kg·d)。

本研究的對象為新疆準(zhǔn)東露天煤礦的從業(yè)人員。管理人員和煤礦工人都是來自當(dāng)?shù)氐哪行?。假定管理人員和工人的平均預(yù)期壽命均為76.7歲,根據(jù)文獻(xiàn)[4]給出的粉塵引起的健康風(fēng)險(xiǎn)影響因素如表1所示,工人的平均預(yù)期剩余壽命如表2所示。

表1 選煤廠粉塵職業(yè)危害健康風(fēng)險(xiǎn)

表2 選煤廠礦工的平均預(yù)期剩余壽命

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程背景及監(jiān)測設(shè)備的布設(shè)

準(zhǔn)東選煤廠地面煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)包括采場內(nèi)MMD一級破碎站、001(明槽膠帶)輸煤斜巷、地面輸煤走廊、篩分破碎車間、產(chǎn)品倉及快速裝車站等。準(zhǔn)東露天煤礦生產(chǎn)的毛煤經(jīng)MMD一級破碎站,通過排料膠帶、轉(zhuǎn)載膠帶運(yùn)輸至坑下2個緩沖原煤倉,經(jīng)過明槽膠帶輸送到002膠帶,002膠帶將原煤運(yùn)輸?shù)?01膠帶,原煤通過101膠帶到達(dá)篩分樓7樓,經(jīng)過分叉中部槽落入6樓的201號、202號刮板機(jī)內(nèi),后經(jīng)分布于篩分樓3樓的217號、218號、219號、220號、221號、222號6臺破碎機(jī)進(jìn)行破碎加工,后全部進(jìn)入篩分二樓223號刮板機(jī),通過閘板和機(jī)頭中部槽分配至301、302膠帶或206膠帶,根據(jù)需要進(jìn)入各筒倉或輸電廠膠帶或廊道公司。工藝流程見圖2.

圖2 準(zhǔn)東露天礦某選煤廠工藝流程圖

3.2 粉塵質(zhì)量濃度的監(jiān)測結(jié)果和分析

對安全技術(shù)員、膠帶廊管理員、檢修員、安全員、巡查員以及門衛(wèi)在工作階段和休息階段接觸的粉塵進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時監(jiān)測。在工作階段,各類崗位人員接觸到的粉塵質(zhì)量濃度是現(xiàn)場出入口處粉塵監(jiān)測站的質(zhì)量濃度。管理人員在項(xiàng)目部休息,將暴露粉塵濃度設(shè)置為兩個項(xiàng)目部門粉塵監(jiān)測站的平均值。大約需要1.5 h才能到達(dá)和離開政府指定的挖掘現(xiàn)場到施工現(xiàn)場。在休息(運(yùn)輸)期間,檢修員、巡查員暴露在建筑工地的背景濃度作為實(shí)際暴露粉塵質(zhì)量濃度。表3列出了不同崗位人員在不同狀態(tài)下的粉塵暴露濃度。

表3 選煤廠不同礦工的粉塵暴露濃度

平均值反映了工人實(shí)際的粉塵暴露,最大值和最小值的計(jì)算表示工人暴露的粉塵范圍,而中位數(shù)代表工人實(shí)際粉塵暴露濃度的主要間隔。由表3、表4可以看出,在沒有任何粉塵控制措施的情況下,不同從業(yè)人員的粉塵暴露濃度在6～290.98 mg/m3之間。在選煤廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中,礦工的粉塵暴露濃度高于中國國家標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。對比表中粉塵控制措施前后的濃度分布可以看出,使用粉塵控制措施后,中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差明顯降低,并且沒有最大值遠(yuǎn)高于平均值的現(xiàn)象。除塵措施對工人產(chǎn)生了積極影響。對于膠帶廊巡查員和巡檢員來說,使用噴霧除塵后的粉塵質(zhì)量濃度僅為原始粉塵質(zhì)量濃度的36.9%.對于膠帶廊管理員、檢修員、安全員來說,使用噴霧后的粉塵質(zhì)量濃度僅為原始粉塵質(zhì)量濃度的42.7%.

表4 選煤廠不同礦工的粉塵暴露評估

3.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評估

通過將各種參數(shù)代入等式(1)～(6)中,獲得了無粉塵控制措施和有粉塵控制措施兩種評估結(jié)果。

3.3.1 無粉塵控制措施評估

在沒有任何除塵措施的情況下,對健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量評估,如表5所示。工人的工作期間的總健康風(fēng)險(xiǎn)范圍為14.03×10-6～208.4×10-6,平均值為31.06×10-6,超過了限制值10-6美國環(huán)保局推薦。工人的休息期間的總健康風(fēng)險(xiǎn)范圍為0.63×10-6～2.19×10-6,平均值為1.18×10-6,相對于不工作期間有大幅度的下降,因此在皮帶廊選煤廠的施工過程中,如果不采取防塵措施,就會對工人的健康造成一定的威脅。殘疾調(diào)整生命年的范圍為0.057～0.108 1 a.

3.3.2 有粉塵控制措施評估

考慮施工現(xiàn)場的除塵措施和防塵口罩的隔離效果評估工人的健康風(fēng)險(xiǎn),安全技術(shù)人員與膠帶廊檢修員的總體健康風(fēng)險(xiǎn)最大,但由于人均膠帶廊檢修員人數(shù)眾多,檢修員的健康風(fēng)險(xiǎn)較小。噴灑粉塵控制措施和使用防護(hù)口罩可以在很大程度上降低膠帶廊現(xiàn)場人員的健康風(fēng)險(xiǎn)。呼吸器的整體防護(hù)效果(67.54%)大于噴霧粉塵(38.56%)。防護(hù)口罩的效果只能針對用戶,不能對整體施工環(huán)境產(chǎn)生積極影響。在選擇粉塵處理措施時,決策者還應(yīng)考慮對周圍環(huán)境和居民的影響。當(dāng)兩種職防措施一起使用時,健康風(fēng)險(xiǎn)降低了76.89%.雖然聯(lián)合使用的效果優(yōu)于任何單一措施,但僅比單獨(dú)使用防護(hù)口罩降低了9.35%的風(fēng)險(xiǎn)。因此,決策者需考慮如何正確使用粉塵處理措施,以實(shí)現(xiàn)效益最大化。

4 結(jié) 語

1) 考慮膠帶廊不同崗位和作業(yè)時間具有差異性,通過傳感器和計(jì)算得到工人實(shí)際粉塵暴露濃度,建立了包括粉塵暴露評估和健康風(fēng)險(xiǎn)量化在內(nèi)的健康風(fēng)險(xiǎn)評估模型。并分析了噴霧降塵技術(shù)和防塵口罩在選煤廠膠帶廊的應(yīng)用效果。

2) 佩戴防護(hù)口罩和噴霧系統(tǒng)都可以有效降低選煤廠膠帶廊的健康風(fēng)險(xiǎn),除塵效率分別為67.54%,38.56%,聯(lián)合控塵措施的除塵效率為76.89%,高于使用任何單一措施。

3) 在沒有任何粉塵控制措施的情況下,所有工人的總健康風(fēng)險(xiǎn)范圍為14.03×10-6～208.4×10-6,總健康風(fēng)險(xiǎn)的平均值為31.06×10-6,單一工人的健康風(fēng)險(xiǎn)沒有超過這一限值。不同類型的工人因其工作內(nèi)容而暴露在不同程度的粉塵中。管理人員應(yīng)針對不同工作類型的不同工人采取不同的防塵措施,以確保工人的健康狀況。