不同煤质游离SiO2的含量与尘肺发病关系研究

顾飞飞，郑玉桥，袁晓雨

(1. 华北科技学院安全工程学院，北京 东燕郊 101601；2.国家安全生产监督管理总局职业安全卫生研究中心，北京 102308)



不同煤质游离SiO2的含量与尘肺发病关系研究

顾飞飞1，郑玉桥2，袁晓雨1

(1. 华北科技学院安全工程学院，北京 东燕郊 101601；2.国家安全生产监督管理总局职业安全卫生研究中心，北京 102308)

采用红外分光法测定煤矿粉尘中游离SiO2含量。用回顾性流行病学方法对不同地区不同煤质的15个煤矿的尘肺患病率进行调查，探索不同煤质煤尘中游离SiO2的含量与相应尘肺患病率之间的关系。结果显示无烟煤游离SiO2含量(%)均值为3.54±0.65；烟煤游离SiO2含量(%)均值为3.46±0.31；褐煤游离SiO2含量(%)均值为2.55±0.29。无烟煤、烟煤、褐煤煤矿工人尘肺患病率(%)均值分别为4.46，2.16,0.91。无烟煤煤矿接尘工人尘肺患病率明显高于烟煤、褐煤煤矿工人(P<0.001)。煤工尘肺患病率以无烟煤矿最高，烟煤矿次之，褐煤矿最低。研究结果对预防煤矿尘肺病具有重要意义。在今后修订煤尘卫生标准时，建议根据不同的煤质制订相应的卫生标准。

红外分光法；游离SiO2；尘肺病

2.NationalResearchCenterforOccupationalSafetyandHealth，Beijing，102308，China)

0 引言

尘肺病是工人在生产过程中由于长期吸入高浓度的粉尘而导致的以肺组织纤维化为主的一种疾病[1,2]，是我国影响工人健康最严重的职业病，占职业病的75%，该病是不可逆的。据有关数据报道，至2013年底，全国累计报告职业病833662例，其中累计报告尘肺病750300例。2013年新发职业病26393例，其中尘肺病23152例[3]。煤炭行业尘肺病危害尤为严重，占尘肺病病例总数的49%，而且新发尘肺病病人以每年1万多人的速度不断上升，发病形势非常严峻。更为严重的是我国还有近100万的0+无尘肺人员，构成了庞大的尘肺病后备军。严重的尘肺病危害，不仅给劳动者健康造成损害，也给劳动者、用人单位和国家造成严重的经济损失。减少尘肺病发生、降低尘肺病危害是一项十分紧迫而艰巨的任务，对促进国民经济和社会协调可持续发展具有重要和深远的意义。

许多流行病学研究表明，尘肺发病率与煤的品位显著相关，高品位煤的粉尘引起尘肺的发病率大大高于低品位煤的粉尘导致的尘肺发病率[4～6]。一般认为矿物粉尘致肺纤维化能力的强弱主要取决于粉尘中游离SiO2的含量、粉尘的浓度及接触时间，煤尘中游离SiO2是影响煤尘致病能力和引起煤工尘肺发生发展的重要因素[7～9]。目前，世界各国制定的煤尘卫生标准均未考虑到煤种的差异，在职业卫生实际工作中通常使用一个煤尘卫生标准来评价不同煤种煤尘的危害程度。如我国现行的煤尘卫生标准统一规定为10 mg/m3。因此，分析不同煤种游离SiO2的含量及引起煤工尘肺发病的情况，为加大个体防护、煤工尘肺防治和制定粉尘标准提供科学依据，是有效实施粉尘危害程度分级管理的前提和技术保证，对尘肺病发病机理的研究、降尘剂的研制以及预防和降低尘肺病的发生具有重要意义。

1 实验室分析

1.1 研究对象

实验煤尘分别取自陕西省及重庆市的无烟煤矿、烟煤矿与褐煤矿，A1-A5矿所产煤煤种均为无烟煤；B1-B5矿所产煤煤种均为烟煤；C1-C5矿所产煤煤种均为褐煤。并收集采样煤矿的尘肺病例。尘肺病诊断需是严格按照GBZ70-2009尘肺病诊断标准，具有诊断资质医院给出的诊断证明。

1.2 研究方法

收集15个煤矿不同煤种的煤尘样品，用红外分光光度法测定煤尘中游离Si02含量。用spss和excel统计软件分析实验数据，比较不同煤矿煤种中煤尘的游离Si02含量，分析我国不同煤种游离SiO2含量百分含量分布。综合分析比较不同煤质游离SiO2含量与尘肺发病率的关系。用回顾性流行病学方法对不同地区不同煤质的15个煤矿的尘肺患病率进行调查，探索不同煤质煤尘中游离二氧化硅的含量与相应尘肺患病率之间的关系。

1.3 实验原理

α-石英在红外光谱中于12.5 μm(800 cm-1)、12.8 μm(780 cm-1)及14.4 μm(694 cm-1)处出现特异性强的吸收带，在一定范围内，其吸光度值与α-石英质量成线性关系。通过测吸光度，进行定量测定。

仪器试剂：瓷坩埚和坩埚钳、箱式电阻炉或低温灰化炉、分析天平，感量为0.01 mg、干燥箱及干燥器、玛瑙乳钵、压片机及锭片模具、红外分光光度计。溴化钾，优越纯或光谱纯，过200目筛后，用湿式法研磨，于150℃干燥后，贮于干燥器中备用。无水乙醇，分析纯。标准α-石英尘，纯度在99%以上，粒度<5 μm。

根据测定目的，样品的采集方法参见GBZ159和GBZ/T192.2或GBZ/T192.1。

1.4 实验步骤

(1) 样品处理

准确称量粉尘的质量(m)。放在瓷坩埚内，置于低温灰化炉或电阻炉(小于600℃)内灰化，冷却后，放入干燥器内待用。称取250 mg溴化钾和灰化后的粉尘样品一起放入玛瑙乳钵中研磨均匀后，连同压片模具一起放入干燥箱(110℃±5℃)中10 min。将干燥后的混合样品置于压片模具中，加压25 MPa，持续3 min，制备出的锭片作为测定样品。同时，取空白滤膜一张，同样处理，作为空白对照样品。

(2) 石英标准曲线的绘制

精确称取不同质量的标准α-石英尘(0.01 mg～1.00 mg),分别加入250 mg溴化钾，置于玛瑙乳钵中充分研磨均匀，按上述样品制备方法做出透明的锭片。将不同质量的标准石英锭片置于样品室光路中进行扫描，以800 cm-1、780 cm-1及694 cm-1三处的吸光度值为纵坐标，以石英质量(mg)为横坐标，绘制三条不同波长的α-石英标准曲线，并求出标准曲线的回归方程式。在无干扰的情况下，一般选用800 cm-1标准曲线进行定量分析。

(3) 样品测定

分别将样品锭片与空白对照样品锭片置于样品室光路中进行扫描，记录800 cm-1(或694 cm-1)处的吸光度值，重复扫描测定3次，测定样品的吸光度均值减去空白对照样品的吸光度均值后，由α-石英标准曲线得样品中游离二氧化硅的质量(m1)。

(4) 计算

粉尘中游离二氧化硅的含量：

(1)

式中：W——粉尘中游离二氧化硅(α-石英)的含量%；

m1——测得的粉尘中游离二氧化硅的质量g；

m——粉尘样品质量g。

2 实验测定结果及分析

在梯度10 ug-50 ug-200 ug-400 ug-600 ug-800 ug-1000 ug之间取20个点， 根据选取的梯度，精确称取不同质量的标准α-石英尘(采用美国标准石英1%：100 ug里含有1 ug石英),分别加入250 mg溴化钾混合，置于玛瑙乳钵中充分研磨均匀，按上述红外分光法实验步骤中样品制备方法做出透明的锭片。并用红外分光光度计进行扫描，记录800 cm-1、780 cm-1及694 cm-1三处的吸光度值为纵坐标，以石英质量(mg)为横坐标，绘制三条不同波长的α-石英标准曲线，并求出标准曲线的回归方程式。在无干扰的情况下，一般选用800 cm-1标准曲线进行定量分析。称取的标准样品中石英含量与红外分光法测定的结果对应峰值如表1所示。

表1 标准品中石英量与对应峰值

样品中含有的石英量(ug)峰值(cm-1)样品中含有的石英量(ug)峰值(cm-1)22 10 02983280 4544 80 0276334 90 4454 50 0593505 10 692791 50 11945180 7232113 70 1503686 50 9306113 20 1565711 90 9679126 90 1344714 10 9639271 50 3567891 31 1937285 40 3665896 21 2235302 60 3972914 41 2211

R平方值是趋势线拟合程度的指标，它的数值大小可以反映趋势线的估计值与对应的实际数据之间的拟合程度，拟合程度越高，趋势线的可靠性越高。其取值范围在0～1之间，当趋势线的R平方值等于或接近于1时，其趋势线拟合程度较高，可靠性最高，反之，则可靠性较低。红外分光法标准曲线拟合如图1，其中R2=0.999，接近于1，说明趋势线拟合程度较高，可靠性较高。标准曲线回归方程为：y=0.0014x-0.0123。

图1 红外分光法标准曲线

按红外分光法实验步骤，将采集的不同煤矿的煤尘样品进行分组，共计3组，每组5个矿煤尘均为同一煤种，每个矿样品做2个平行样，不同煤种游离SiO2百分含量结果如表2所示。

表2 三种不同煤质煤矿游离SiO2含量%

煤矿煤种样本数红外分光法法测游离SiO2含量(%)A1-A5无烟煤103 54±0 65B1-B5烟煤103 46±0 31C1-C5褐煤102 55±0 29

对照标准曲线，经实验分析，无烟煤游离SiO2含量最高为4.34%，最低为2.60%，平均3.54%；烟煤游离SiO2含量最高为4.00%，最低为3.12%，平均3.46%；褐煤游离SiO2含量最高为2.87%，最低为2.06%，平均2.55%。A1-A5的无烟煤煤矿游离SiO2含量测定结果为3.54±0.65，B1-B5的烟煤矿测定结果为3.46±0.31，C1-C5的褐煤矿测定结果为2.55±0.29。可见所产煤煤种为无烟煤的煤矿游离SiO2含量测定结果高于烟煤矿和褐煤矿。游离SiO2含量结果：无烟煤>烟煤>褐煤。

3 不同煤质尘肺患病分析

(1)各煤矿尘肺情况

收集所采样煤矿具有诊断资质医院给出的诊断证明的尘肺病例及该矿接尘总人数。录入excel统计分析其患病率如表3所示。

表3 各个煤矿尘肺患病情况

煤矿煤种接尘人数尘肺人数尘肺患病率(%)A1无烟煤16584 85A2无烟煤356174 78A3无烟煤1334544 05A4无烟煤317185 68A5无烟煤20794 35B1烟煤38430 78B2烟煤397164 03B3烟煤256124 69B4烟煤1174282 39B5烟煤71140 56C1褐煤36071 94C2褐煤20910 48C3褐煤18310 55C4褐煤27910 36C5褐煤39030 77

图2 不同煤种煤矿尘肺患病率

所采煤样煤矿有小煤窑也有比较大的煤矿，其接尘人数、尘肺人数及尘肺患病率差异显著。从上图明显看出无烟煤矿患病率普遍高于烟煤矿高于褐煤矿，尘肺患病率最高煤矿为A4无烟煤，患病率为5.68%，尘肺患病率最低煤矿为C4褐煤，患病率为0.36%。与实验结果对比可得，游离SiO2含量高的煤种患病率大于游离SiO2含量低的煤种，与实验结果及前人研究结果一致。

(2)不同煤种尘肺情况

三种不同类型煤种煤矿尘肺患病率如表4所示，经卡方检验，卡方值为26.237，P<0．001，三种不同煤质煤矿尘肺患病率相互比较差异有高度显著性。

表4显示，无烟煤矿平均患病率最高，为4.46%，烟煤矿次之，为2.16%，褐煤矿患病率最低，为0.91%。即无烟煤矿的尘肺患病率最高，其次是烟煤矿，褐煤矿最低。对比上述结论得，游离SiO2含量高的煤种患病率大于游离SiO2含量低的煤种。经卡方检验，三种不同煤质煤矿尘肺患病率相互比较差异有高度显著性(P<0.001)。煤尘中游离SiO2含量高低，与其尘肺患病率的高低成正比，是影响尘肺病发病的一个重要因素。

表4 三种不同煤质煤矿尘肺患病情况

煤种接尘人数尘肺人数尘肺患病率(%)褐煤1421130 91烟煤2922632 16无烟煤23791064 46

注3)：χ2=26.237，P<0.001。

4 结论

红外分光法测定的无烟煤游离SiO2含量(%)均值为3.54±0.65；烟煤游离SiO2含量(%)均值为3.46±0.31；褐煤游离SiO2含量(%)均值为2.55±0.29。对应无烟煤、烟煤、褐煤煤矿工人尘肺患病率(%)均值分别为4.46，2.16,0.91。无烟煤矿接尘工人尘肺患病率明显高于烟煤、褐煤煤矿工人(P<0.001)，即游离SiO2含量高的煤种尘肺病患病率大于游离SiO2含量低的煤种。三种不同煤质煤矿中，无烟煤矿作业场所游离SiO2浓度最高，其尘肺患病率也高于烟煤、褐煤约2～5倍，有显著性差异(P<0.001)。不同煤种尘肺患病率的这种差异与文献报道的基本一致。

尘肺病目前尚无有效治愈方法，降低尘肺病发病最根本的方法在于预防，从工人接触最多最密切的工作场所来说，控制工作场所中煤尘量，即控制游离SiO2百分含量，是尘肺预防最根本方法。而这一方法如何实施，就需考虑不能煤矿煤种存在的差异，其煤尘中游离SiO2百分含量存在差异，就可能需要制定针对不同煤种的卫生标准，进一步降低尘肺病的发病率。

[1] 王雪涛,刘丽华. 不同煤种中游离二氧化硅的含量分析[A]. 中国职业安全健康协会.中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C].中国职业安全健康协会,2009:4.

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Research on the relation between pneumoconiosis incidence and the content of free silica in different coal qualities

GU Fei-fei1，ZHENG Yu-qiao2, YUAN Xiao-yu1

((1.SafetyEngineeringCollege,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao, 101601,China;

Infrared spectrophotometric method is used to determinate the free silica content in coal dust. By means of retrospective epidemiological methods, the pneumoconiosis prevalence rate in different parts of 15 different coal mines is investigated, in order to explore the causal relationship between the free silica content in different coal dust of different coal quality and the corresponding pneumoconiosis prevalence rate. The results show that firstly anthracite free silica content (% ) is average for 3.54±0.65, bituminous coal free silica content (%) for 3.46±0.31, lignite free silica content (%) for 2.55±0.29. Secondly, the pneumoconiosis prevalence rates (%) of anthracite, bituminous and lignite coal mine workers are respectively 4.46, 2.16 and 0.91. Thirdly, anthracite coal mine workers are exposed to dust pneumoconiosis prevalence rate significantly higher than bituminous and lignite coal mine workers(P<0.001), the pneumoconiosis prevalence rate of anthracite coal mine workers is the highest, followed by bituminous coal mine workers and lignite coal mine workers. The result has great significance to prevent the occurrence of pneumoconiosis. In the next revision of coal dust hygiene standard, corresponding health standard is suggested to formulate according to different coal qualities.

infrared spectrometry; free silica; pneumoconiosis

2016-03-01

中央高校基本科研业务费资助(3142015060)

顾飞飞(1991-)，女，安徽宿州人，华北科技学院安全工程学院在读硕士研究生，研究方向：安全工程。E-mail：2315731867@qq.com

R135.2

A

1672-7169(2016)02-0056-05