当前世界环境

介绍

采石场采矿作业中的粉尘主要来自于钻孔、爆破、凿凿、凿凿、破碎和磨矿过程中母岩的机械破坏。采石场粉尘的其他来源包括:抛光、筛选、称重、混合、装载和运输操作。较大的灰尘颗粒通常会沉降下来，而非常细小的灰尘则悬浮在空气中。这种类型的粉尘被称为初级空气粉尘。在大多数情况下，矿物粉尘的成分与母岩不同，这取决于粉尘产生活动的类型和粉尘排放的速度¹。灰尘和暴露的浓度可以在10到100毫克/米之间^3.取决于采矿作业的类型。时间加权平均值(TWA)指的是工人在8小时轮班中在空气中的平均暴露量。这一标准通常用于确定暴露水平。

迄今为止，在巴西的采石场采矿作业中记录了几起职业性粉尘接触的案例²,英国^3.,中国⁴、印度⁵和美国⁶。在印度哈里亚纳邦Mahendragarh的一个采石场进行的一项研究表明，钻探、爆破、破碎和运输开采材料是产生大量粉尘的原因⁷。在英国，采石活动对PM10排放量的贡献不到5%，对PM2.5排放量的贡献仅为1%⁸。导致英国采石场粉尘排放的主要活动有:覆盖层处理、钻孔和爆破;破碎筛分;在场址储存矿物;覆盖层和土壤的运输、装载和储存⁸。在美国，许多采石场在钻孔或爆破作业中产生粉尘。的所产生的颗粒大小从较大的颗粒到较小的颗粒不等⁹。土耳其的采石场通常与粉尘排放和沉积对周围地区住区的负面影响以及视觉障碍有关¹⁰。粉尘颗粒的矿物学和化学成分对个人健康有直接影响¹¹。自然界的采矿和采石活动有可能排放不同浓度的粉尘，最终导致对健康的影响¹²。

在大多数情况下，工人不知道在采石场接触粉尘的程度和程度，直到他们患上致命的与呼吸有关的疾病。然而，采取适当的控制措施可以降低暴露水平^13日,9。可呼吸性粉尘颗粒由于体积小，吸入时可能到达肺泡。

在赞比亚卢萨卡的Misisi大院，经常可以看到男人、女人和孩子们在采石场碾压白云石和石灰石¹⁴。尽管碎石是一种地质商品，几乎所有的建筑都是用它建造的，但它会产生广泛的职业健康暴露和安全危害¹⁵。这是因为在采石场工作的工人通常在没有遵循安全程序和标准的情况下提取岩石。其中最明显的是缺乏口罩等个人防护装备。使用粗糙的工具，如凿子、铁锤、撬棍和铲子是很常见的¹⁴。不符合安全标准，加上繁重和劳动密集的工作，必然会造成滑倒和绊倒的危险¹⁶。来自采石场的粉尘可能是空气污染的主要来源，尽管其严重程度取决于当地小气候和粉尘粒径等因素。粉尘可在采石场工人中引起各种呼吸道疾病，如矽肺病和尘肺病^17,18,19。研究区域的位置如图1所示。该地区总体上是平坦的，散布着许多矿坑，其中一些已被废弃。主要有五个活跃的采石场，如图1所示。在这些采石场进行的主要活动有:挖石、凿石、装载/运输、破碎/筛分。岩石挖掘是在岩石受到强烈加热后用锤子进行的，而凿子则是在凿子的帮助下进行的。岩石破碎和筛分分别借助锤和筛网进行。采石场的主要粉尘来源是岩石破碎和筛分。在一个采石场工作的人数可由10人至30人不等。

图1:研究区域的位置(卢萨卡Misisi大院)。 点击此处查看图

本研究评估了米西西大院选定的手工采石场岩石样品的可吸入粉尘和矿物组成。这项研究的意义在于，它将使政府能够制定关于小型采石场手工采石场矿工工作场所职业健康和安全方案的具体指导方针。

粉尘的危害性

国际标准化组织将灰尘定义为直径小于75米的小固体颗粒，这些颗粒在空气中悬浮一段时间或在自身重量的作用下沉降^20.。

相应地，粉尘的分类可按以下几类进行²¹。可吸入粉尘分数- - - - - -这部分灰尘指的是当人们呼吸时被困在嘴巴或鼻子里的灰尘颗粒。胸部粉尘分数-这部分灰尘可以穿过空气通道进入肺部。呼吸性粉尘分数-这是空气中颗粒的一部分，被吸入并传递到肺的小口袋，称为肺泡。根据澳大利亚职业健康服务²²在美国，小于5微米的灰尘颗粒可以进入肺部。健康与安全²³可吸入颗粒通常比可吸入粉尘更危险。据报道，在含有游离结晶二氧化硅的高浓度可吸入粉尘的采石场，有矽肺病和支气管炎等呼吸道疾病¹²。这些疾病的严重程度取决于粉尘的粒度、矿物学、吸入的质量浓度、接触时间以及在某种程度上颗粒的形状。

粉尘取样技术

有许多方法用于粉尘取样，如重力取样、光学取样、电学取样和热取样。据杰伊说²⁴在金属和非金属矿山中，主要的粉尘取样方法有重量取样器、个人数据存储器(pDR)和个人粉尘监测仪(PDM)。

重量采样器根据时间加权平均值测量可吸入和可吸入粉尘浓度。采样器包括一个泵和旋风组件，分离呼吸性和总粉尘。旋风进一步连接到磁带上。据贝尔说²⁵，所用旋流器的类型、流量和流量的变化影响取样的粒度分数。在评估各种重量采样器时，他进一步指出，虽然增加流量会导致更大的体积，但吸入的粉尘的平均粒径较小。然而，就可用性而言，如果考虑湿度、样品处理和温度等其他变量，基于重量的方法并不复杂²⁶。

美国职业安全与健康(OSHA)全面描述了测量粉尘和其他气溶胶的重量取样程序。²⁷。个人数据存储器是基于光散射作为测量技术。该装置测量与时间相关的瞬时读数，并存储在内部存储器中。

个人粉尘监测(PDM)应用基于质量的测量方法来量化粉尘浓度水平。测量结果是实时的，并显示在屏幕上供以后分析。

方法与材料

抽样程序和设计

称重取样泵的内置电池使用主充电器充电16小时，然后带到现场使用。使用BUK校准器对泵进行校准，流量为1.5 - 2.5L/min。使用前对滤料和参比滤料分别称重并记录质量。

在选定指定采石场的雇员，并与他们讨论抽样的目的后，便开始进行实地抽样。强调了不移走或篡改采样设备的重要性。采石场的每个员工都分配了一个粉尘采样器，然后用皮带将其钩在他/她的腰上。采样设备的放置方式不影响员工的工作表现。泵停止，最后用秒表记录采样周期后的时间。尘埃的测量是在顺风方向进行的。采样时间定为120分钟(120分钟)。

观察泵的运行约15分钟，以确保流量稳定，并且员工和粉尘取样器都不会干扰对方的操作。过滤盒等收集装置安装在员工肩半球前靠近口鼻的衬衫领子上，半径为15.24 ~ 22.86 cm。2小时后从员工身上采集样本。在员工无法携带采样器的情况下，采样器放置在离地面1米以上的高度，以避免从地面采样灰尘，如图2所示。

图2:米西西大院4号采石场破碎现场的粉尘取样。 点击此处查看图

在采样时间结束时关闭泵之前，再次检查流量是否稳定。为了防止非呼吸性粉尘颗粒从旋风分离器的砂罐进入过滤器，采样头必须保持直立。从磁带中收集的过滤器被放置在小的培养皿中，并保持部分打开24小时以排出水分。此时，参考过滤器也暴露在类似的条件下，然后再次称重。24小时后，对含尘过滤器和干净参比进行称重并记录质量。过滤器的所有读数都被制成表格，并计算了尘埃质量。

泵以2.5 l/min的流速抽气通过采样头。在此流速下，洗脱器具有由可吸入气溶胶穿透曲线定义的保留特性。

在下一次取样之前，用温和的肥皂水清洗旋风器的所有部件，包括砂砾罐。然后用干净的无尘纸巾擦拭旋风。图3显示了研究中使用的重力泵及其组件。

图3:粉尘取样套件。 点击此处查看图

控制方程

滤纸的初始重量W_1，和采样后滤纸的重量，W₂给出了采样期间累积的粉尘的重量。

在那里;

W₁-取样前滤纸的初始重量

W₂-滤纸取样后的重量

积尘的重量。

注:所有重量单位均为毫克(mg)

采样时间由起始时间t₁结束的时间，

在那里;

t₁-开始时间

t_{2 -}结束时间

t -采样时间

注:所有时间均以分钟(min)为单位

流量被记录在泵的流量计上。经常检查，以确保它在整个采样期间保持不变。流速，Q单位为升/分钟，(l/min)。在整个采样时间内流动的空气体积V由采样时间t与流速Q的乘积给出。

在升。

每次采样时间的粉尘浓度DC由体积V除以累积粉尘重量W得到。

粉尘浓度(mg/I)，即每升毫克数。

对于一些采样次数，n对一个对象进行的实验，平均值，DC_avg计算了。平均粉尘浓度，其中n是调查对象的次数，DC_我为个体粉尘浓度。

因此，对于整个班次，可以考虑并确定TWA的时间加权平均值为

在那里,t₀= (E_{“透明国际”})/n，为个体受试者的平均采样时间。

但是轮班时间是8小时，因此，

或

矿物学的考试

对采石场的固体岩石样本进行了二氧化硅和颗粒物质含量的分析岩石显微薄片方法。岩石样品中二氧化硅和其他颗粒物质的浓度由点计数法这是基于在岩石薄片滑动片上通常在150到500个点之间识别大量存在的矿物或颗粒。

结果

测量五(5)个选定采石场的可吸入粉尘浓度。

表2显示了五(5)个采石场的平均呼吸性粉尘浓度测量结果，图4显示了基于TWA的呼吸性粉尘产生活动的比较。

表2:五(5)个采石场的平均测量粉尘浓度

网站	活动	滤纸初始质量(mg)	过滤器最终质量	呼吸性粉尘(毫克)	粉尘浓度(毫克/米3.)	8小时轮班制(最少)	TWA@ 8小时
1	挖掘	44.45	47.01	2.56	8.51	480	2.13
	凿切		55.21	10.76	35.75		8.94
	破碎		59.80	15.35	51		12.75
	加载		48.00	3.55	11.8		2.95
2	挖掘	45.6	47.12	1.52	5.05	480	1.26
	凿切		49.20	3.6	11.96		2.99
	破碎		53.22	7.62	25		6.25
	加载		49.24	3.64	12		3.0
3.	挖掘	44.3	46.8	2．5	8.31	480	2.08
	凿切		51.64	7.34	24.39		6.10
	破碎		55.5	11.2	37.21		9.25
	加载		52.7	8.4	27.91		6.98
4	挖掘	46.5	48.03	1.53	5.08	480	1.27
	凿切		53.55	7.05	23.45		5.86
	破碎		56.5	10	33.22		8.31
	加载		53.41	6.91	22		5.5
5	挖掘	44.6	47.29	2.69	8.94	480	2.23
	凿切		53.24	8.64	28.71		7.18
	破碎		56.7	12.1	40.20		10.05
	加载		54.8	10.2	33.89		8.40

表2中测量粉尘的结果表明，所有五个采石场的可呼吸粉尘浓度都很高。1号采石场的呼吸性粉尘浓度最高，为12.75 mg/m^3.(TWA)，最大允许浓度为5 mg/m^3.。

图4:基于TWA的五个采石场的可呼吸性粉尘产生活动。 点击此处查看图

从图2可以看出，五个采石场的所有破碎活动都记录了高水平的可呼吸性粉尘，而所有挖掘活动的可呼吸性粉尘都是最低的。

矿物学的考试

矿物学测试和分析结果显示，大理石(图5)是研究区域大部分ASM开采的常见岩石类型。根据定义，大理石是一种由碳酸钙(CaCO)组成的变质岩_3.)中加入少量的二氧化硅(SiO)₂)的内容。根据点计数数据分析，所有5个采石场的大理石平均含有约98%的碳酸钙_3.和2%二氧化硅₂(图5 b)。尽管来自大理石岩石的灰尘显示出较低的SiO浓度₂，这些浓度可能因地而异，这取决于岩石形成过程中存在的化学过程³¹。不管低SiO₂由于ASM在采石场长时间工作，使他们容易患上矽肺病和癌症疾病。这些结果与Pelucchi等人进行的类似研究一致。³²揭示了长时间暴露在低氧环境下₂高浓度的颗粒物会导致人类患上严重的癌症疾病。

图5 (A)含方解石大理岩手样;(B)大理石的显微照片显示主要矿物颗粒组成。 点击此处查看图

控制采石场采矿作业粉尘的解决方案

采石场产生的粉尘不能完全消除，因为采矿和破碎活动都与粉尘有关。然而，有几种方法可以用来控制采石场的粉尘。这些措施包括水抑制方法、工程控制、管理控制和使用个人防护设备(PPE)，如防尘口罩。湿抑制包括用水喷洒和湿润悬浮在空气中的细颗粒。为了实现这些颗粒的润湿，最好使用细雾化喷雾或雾滴直径约为60 μ m的喷雾³³。采石场粉尘的工程控制可以包括用封闭的现代破碎机代替手持锤。使用这样的破碎机是一个遥不可及的梦想，大多数手工和小型矿工在米西西化合物由于高成本的破碎机。易于应用的粉尘控制类型是管理控制。这需要在工作场所实施工作时间表和轮换，以减少接触灰尘的小时数，特别是在粉碎现场。应鼓励在所有作业场所使用防尘呼吸器。

讨论

来自Misisi复合采石场的结果表明，根据粉尘的化学成分，可吸入粉尘的浓度非常高，这对工人的健康可能非常危险。大部分采样点的粉尘浓度(TWA)均在3 mg/m以上^3.。美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)建议的指导方针是每立方米3毫克^3.在8小时的时间加权平均(TWA)暴露中，不溶性或难溶性颗粒是可呼吸的²⁸。在粉碎点记录的可吸入粉尘浓度最高，与在坦桑尼亚进行的研究相反，在那里爆破表明粉尘浓度最高。²⁹所有采样点与破碎相关的TWA呼吸性粉尘浓度均超过ACGIH OEL设定的3mg/m标准^3.并且与坦桑尼亚记录的呼吸性粉尘样本没有显着差异²⁹。然而，与对印度年轻人接触矿物粉尘进行的一项研究有显著差异，该研究记录了37.9 mg/m^3.8小时环球飞行^30.。在米西西大院的破碎点发现的大多数参与者是女性，主要是老年人。

结论

米西西大院的手工小型采石场采矿活动继续增加，这主要是由于卢萨卡建筑部门的增长。本研究旨在评估手工采石场的矿物学粉尘组成和粉尘浓度。

研究结果如下:

1. Misisi的ASM受到高呼吸性粉尘浓度的影响。1、2、3和5号采石场的可呼吸性粉尘浓度(TWA)最高，为破碎活动(8.31-12.75)毫克/米^3.)。这样的可呼吸性粉尘浓度水平会危及矿工的健康，并导致慢性呼吸道疾病。
2. 所有采样点与破碎相关的TWA呼吸性粉尘浓度均超过ACGIH OEL设定的3mg/m标准^3.。这意味着，在米西西大院的采石场中，接触最多的人是从事破碎活动的人。根据ACGIH OEL，所有挖掘地点的TWA呼吸性粉尘均低于设定标准。
3. PM 2.5和PM 10的XRD微观结构分析表明，粉尘样品平均含有2%的二氧化硅(SiO)元素₂)和98%碳酸钙(CaCo3)在所有5个采石场。

确认

我们要感谢赞比亚大学、矿业学院和非洲可持续发展教育方案提供的后勤支持。

利益冲突

作者在此声明，本研究的发表或传播不存在潜在的利益冲突。

资金来源

这项研究没有得到任何来源的资助。

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