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煤矿井下粉尘现场采样的质量控制研究

2024-03-05 12 上传者：管理员

摘要：目的讨论煤矿井下高浓度、高气湿作业场所粉尘采样的质量控制措施。方法比较不同滤膜更换时机、滤膜更换次数对煤矿井下作业场所粉尘检测结果的影响。结果工作面换滤膜组与提前换滤膜组总粉尘、呼吸性粉尘检测结果均为正态分布。经配对t检验，工作面换滤膜组总粉尘检测结果高于提前换滤膜组，差异有统计学意义（P<0.01），工作面换滤膜组呼吸性粉尘检测结果高于提前换滤膜组，差异有统计学意义（P <0.05）。不同换滤膜次数组别对总粉尘、呼吸性粉尘检测结果均有影响，差异有统计学意义（均P <0.05）。经两两比较发现：换1次滤膜与换2次滤膜、换3次滤膜的总粉尘检测结果差异有统计学意义（均P <0.05）；不更换滤膜与换2次滤膜的呼尘检测结果差异有统计学意义（P <0.01）；其他组间比较差异均无统计学意义（均P> 0.05）。结论在煤矿井下粉尘浓度高、相对湿度大的环境下采样时，可以通过提前将滤膜装入采样头及增加更换滤膜的次数来达到采样时质量控制的目的。

关键词：
滤膜
煤矿井下
粉尘采样
质量控制
高气湿
高浓度
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近年来，伴随着我国经济的快速发展，煤矿产量不断增加，煤矿行业的职业卫生问题日益凸显。有研究[1]表明，井工煤矿采煤工作面和掘进工作面呼吸性粉尘浓度>100 mg/m3，而且这还是在防尘措施正常开启的情况下的检测结果。而从煤矿收集到的煤矿自测总粉尘浓度可达到2 000～3 000 mg/m3[1]。为了达到降尘的目的，煤矿井下多采用喷雾降尘的防尘措施，这就导致煤矿井下作业环境相对湿度在80.0%～95.0%，为高气湿的环境[2]。由此可见，我国煤矿井下环境比较复杂，且粉尘危害十分严重，粉尘防控形势十分严峻。职业卫生现场检测是职业病防治措施的重要组成部分。目前，煤矿粉尘检测主要采用的采样方法为定点采样，但在煤矿井下复杂、特殊的作业环境中，轻微的操作不规范也容易导致采样误差较大，从而对结果的准确性产生严重影响。因此，为获得准确的检测结果，必须对采样的各个环节进行质量控制。国内外对于技术服务质量控制的研究多集中在如何规范操作，而对于特殊环境中采样质量控制的研究相对较少。本研究拟对煤矿井下高气湿、高粉尘浓度的作业场所粉尘采样的控制措施进行探讨，以期为煤矿井下粉尘采样的质量控制提供参考。

1、对象与方法

1.1 研究对象

选择某地区10家井工煤矿的18个单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤综采工作面，按GBZ 159—2004《工作场所空气中有毒物质监测的采样规范》[3]，选择有代表性的工作地点作为采样地点，其中包括空气中有害物质浓度最高、劳动者接触时间最长的工作地点。本研究采样地点选择采煤司机作业点、人工落煤作业点。本研究在调查阶段对各采样点进行了预检测，预检测现场总粉尘（简称“总尘”）浓度为18.52～47.26 mg/m3，呼吸性粉尘（简称“呼尘”）浓度为7.81～18.75 mg/m3，相对湿度75.1%～90.3%。

1.2 方法

1.2.1 检测方法

各采样点均采集总尘和呼尘，分别按照《工作场所空气中粉尘测定第1部分：总粉尘浓度》[4]《工作场所空气中粉尘测定第2部分：呼吸性粉尘浓度》[5]进行采样和检测（总尘使用感量0.1 mg或0.01 mg的分析天平，呼尘使用感量0.01 mg的分析天平）。煤矿井下采样通常使用过氯乙烯滤膜（测尘滤膜），当粉尘浓度≤50 mg/m3时用直径为40 mm的滤膜；粉尘浓度>50 mg/m3时用直径为75 mm的滤膜[4]。根据预采样结果，总尘采样过程中需要更换1次40 mm滤膜。检测结果单位用mg/m3表示。

1.2.2 研究方法

(1）相同的环境、时间内采样，通过比较现场更换滤膜（在采样现场将滤膜安装到采样夹并装入采样头、采样完成收叠滤膜）与提前更换滤膜（在实验室将滤膜安装到采样头上、采样完成至进风巷口收叠滤膜）采样时粉尘检测结果，分析换滤膜时机对采样的影响及相应的控制措施。

(2）相同的环境、时间内采样，总尘通过对比更换1次、2次、3次40 mm滤膜，呼尘通过对比现场不更换40 mm滤膜与更换1次、2次40 mm滤膜时的检测结果，探讨高湿度环境下不同采样方法对检测结果的影响及相应的控制措施。

1.2.3 统计学分析

研究结果使用Excel软件建立数据库，使用SPSS 25.0软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（±s）表示，对不同滤膜更换时机后的两组计量资料使用配对t检验，三组及以上组间差异采用单因素方差分析，进一步的两两比较采用q检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1 换滤膜时机对结果的影响

工作面换滤膜组与提前换滤膜组总尘、呼尘检测结果均为正态分布。经配对t检验，工作面换滤膜组较提前换滤膜组总尘检测结果高，差异有统计学意义（P<0.01），工作面换滤膜组较提前换滤膜组呼尘检测结果高，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

表1 不同换滤膜时机的粉尘检测情况（mg/m3)

2.2 换滤膜次数对结果的影响

经正态性检验，换1次滤膜、换2次滤膜、换3次滤膜的总尘、呼尘检测结果均为正态分布。方差分析显示，不同换膜次数组别对总尘、呼尘检测结果均有影响，差异有统计学意义（均P<0.05）。经两两比较发现：（1）换1次滤膜与换2次滤膜的总尘检测结果差异有统计学意义（q=2.899,P<0.05），换1次滤膜与换3次滤膜检测结果差异有统计学意义（q=3.415,P<0.05);(2）不更换滤膜与换2次滤膜的呼尘检测结果差异有统计学意义（q=4.378,P<0.01）；其他组间比较差异均无统计学意义（均P>0.05）。见表2。

表2 不同换滤膜次数对粉尘检测结果的影响（mg/m3)

3、讨论

本研究发现，工作面更换滤膜组检测结果高于提前更换滤膜组（P<0.05），说明在高浓度粉尘环境中现场更换滤膜会使检测结果偏大。分析原因可能是，煤矿井下粉尘浓度较高，喷雾降尘措施也会使粉尘沉降速率加快，在现场更换滤膜有可能会由于大颗粒粉尘的飞溅或粉尘沉降污染滤膜，使得测量结果变大。另外，煤矿井下作业环境照度较低，进行滤膜更换时存在一些挑战。在寻找滤膜接尘面和采样后的现场叠加滤膜时，需反复对比。由于环境光线较弱，这可能增加沉降到滤膜上的粉尘量，提高了滤膜被污染的可能性，从而引起结果偏大。

在研究不同滤膜更换次数对检测结果的影响时发现，采集总尘时，更换1次滤膜与更换2次滤膜、更换3次滤膜的检测结果均有差异（均P<0.05）；采集呼尘时，不更换滤膜与更换2次滤膜的检测结果有差异（P<0.01）。据此，在相对湿度75.1%～90.3%、总尘浓度19.58～41.78 mg/m3的环境中采样，采集总尘时需要至少更换2次滤膜，采集呼尘时也需要至少更换2次滤膜。在实际工作过程中，大气中的湿度和粉尘浓度较大时，随着采样时间的增加，滤膜在吸附大量粉尘后，滤膜通过性降低，滤膜的采集性能会随之下降，从而使采样结果变小。分析原因，如果空气中的湿度过大，空气中的饱和水蒸气就会在粉尘粒子周围形成一层很薄的水膜，使滤膜的通过性能明显降低，从而影响测试结果的准确性[6]。另外，煤矿井下高湿度环境中，粉尘荷电力降低，粉尘浓度较大时，随着采样时间的增加，因外力强行吸附的粉尘会在采样器停机时脱落，也会造成结果偏低。

虽然影响检测结果的原因众多，但相对来说，采样过程造成的偏差要大于准备阶段和实验室测量阶段的偏差，因此要着重做好采样时的质量控制：（1）对煤矿井下粉尘浓度较高的作业场所进行采样时，应提前将滤膜装入采样头，在密封情况下带到采样现场，采样完成后迅速将采样头取下并密封，携带至相对清洁的环境中收取滤膜，此时应注意在采样头的转运过程中要避免震动、倾倒而造成粉尘脱落。（2）在粉尘浓度较高、相对湿度大的环境中使用40 mm过氯乙烯滤膜采样时，即便达不到滤膜10 mg的最大增量，也需要更换滤膜，并在采样过程中尽量避免在离喷雾较近的地方采样，如果无法避开，则考虑增加滤膜的更换次数。（3）采样时采样点应位于劳动者的下风向，采样头迎着风流方向并与风流方向成45°夹角（防止大颗粒粉尘直接飞溅到滤膜上）。经调查，综采工作面采煤机正常开采时移动速度约为1～3 m/min，采煤机司机工作位置也会随之移动，而粉尘定点采样时长一般为15 min，为了真实反映采煤机司机的粉尘接触水平，建议在确保采样方向不变及不影响劳动者正常工作的情况下，采样设备根据需要随劳动者移动，或采用个体采样法。（4）有研究[7]表明，冲击式粉尘采样器采集呼尘时，在高浓度下也可出现粒子的反弹，造成呼尘和总尘混级。因此在煤矿井下呼尘采样过程中（尤其是更换滤膜时）应注意查看冲击板硅油黏附情况，当发现冲击板硅油被粉尘覆盖时应更换冲击板或重新涂抹硅油。（5）认真做好样品空白。虽有相关研究[8]提出，除了采集粉尘样品，对于其他样品都要进行化学毒物的样品空白分析，但对于煤矿井下这种容易污染或产生误差的场所，应按照要求同一批次样品至少采集3个空白对照样品[9]。（6）在样品运输过程中，应该结合样品的性质，做好运输防护工作，避免粉尘脱落，保证样品的完整性。在样品保存时，也应该将采集的样品及时送入到实验室，将样品放在清洁、干燥的位置[10]。

总之，煤矿井下采样的现场情况十分复杂，在实际工作中需时刻注意并总结采样过程中遇到的各种问题。只有各方面都得到有效的质量控制，才能采集到合格的粉尘样品，真实地反映出煤矿井下工作环境的粉尘水平。

参考文献:

[1]王雪涛.我国煤矿粉尘危害防治现状[J].中国安全生产,2016,11(3):36-37.

[2]陈全胜.煤矿井下采掘作业地点气象条件调查[J].安徽预防医学杂志,2004,10(4):201-202.

[3]中华人民共和国卫生部.工作场所空气中有毒物质监测的采样规范:GBZ 159—2004[S].北京:中国标准出版社,2004.

[4]中华人民共和国卫生部.工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度:GBZ/T 192.1—2007[S].北京:人民卫生出版社,2007.

[5]中华人民共和国卫生部.工作场所空气中粉尘测定第2部分:呼吸性粉尘浓度:GBZ/T 192.2—2007[S].北京:人民卫生出版社,2007.

[6]吴义龙,吴国贤.环境条件对粉尘浓度测试的影响[J].农机试验与推广,1999(3):21-22.

[7]时延申,侯传之,韩增毅,等.粉尘采样过程中应注意的问题[J].职业与健康,2009,25(5):477-479.

[8]李岩.职业卫生现场工作的质量控制研究现状[J].中国城乡企业卫生,2019,34(9):49-52.

[9]中华人民共和国国家安全监管总局办公厅.国家安全监管总局办公厅关于印发《职业卫生技术服务机构检测工作规范》的通知:安监总厅安健[2016]9号[A]. 2016-02-06.

[10]李强.职业卫生检测现场工作及质控方式研究[J].继续医学教育,2019,33(6):61-62.