煤尘爆炸事故防治

煤尘爆炸事故防治
（一）煤尘爆炸条件及危害
1.煤尘爆炸的原因
（1）煤是可燃物质，煤被粉碎成细小颗粒后，增大了表面积。

当它悬浮在空气中时，扩大了与氧气的接触面积，加速了氧化过程。

（2）煤尘（主要是烟煤煤尘）受热后，能放出大量可燃气体。

例如1kg挥发分为20%～26%的焦煤，受热后能放出290～350L的可燃气体。

这些可燃气体遇高温时，容易燃烧或爆炸。

2.煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时具备以下3个条件：煤尘本身具有爆炸性，且煤尘必须浮游在空气中，并达到一定浓度;有能引起爆炸热源的存在;氧浓度不低于18%;缺少任何一个条件都不可能造成煤尘爆炸。

（1）煤尘爆炸是煤尘氧化、热化过程中产生可燃气体遇高温后发生的剧烈反应。

但是有的煤尘受热后，产生很少的可燃气体，不能使煤尘爆炸。

所以煤尘分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。

煤尘有无爆炸性要经过爆炸性鉴定后才能确定。

（2）浮游煤尘的浓度。

煤尘浮游在空气中后，它的全部表面积才能与空气中的氧接触，氧化后产生大量可燃气体，创造了爆炸的条件。

然而煤尘在热化与氧化过程中，只有反应产生的热量大于散失热量才能形成爆炸。

如果空气中煤尘浓度很低，尘粒间的距离就大，燃烧生成的热量很快被周围的介质吸收，无法形成爆炸。

所以能够爆炸
的浮游煤尘浓度是有一定范围的。

我们把单位体积空气中能够发生煤尘爆炸的最低煤尘浓度叫做煤尘爆炸下限浓度其数值为 45g/m³，而将单位体积空气中能够发生爆炸的最高煤尘浓度叫做煤尘爆炸的上限浓度其数值为 1500～ 2000g/m³。

（3）存在爆炸热源。

煤尘爆炸的引燃温度变化范围较大，我国煤尘爆炸的引爆温度为 610～1050℃。

此外，空气中氧浓度对煤尘爆炸也有很大影响。

氧浓度高时，点燃温度降低，反之要高一些。

当空气中氧气浓度低于18%时，单独的煤尘不再爆炸。

3.煤尘爆炸的危害
煤尘爆炸具有同瓦斯爆炸相类似的特点。

煤尘爆炸后可产生高温、高压、形成冲击波并产生大量有害气体等。

（1）产生高温
据实验测定，煤尘爆炸火焰温度达1600～1900℃。

煤尘爆炸时释放出的热量，按理论计算可使爆炸时产生的气体产物加热到2300～2500℃。

（2）产生高压
煤尘爆炸的理论压力为750kPa，但在大量沉积煤尘的巷道中，爆炸压力将随着距爆炸源距离的增加而跳跃式增加。

（3）产生冲击波
煤尘开始被点燃时，产生冲击波的传播速度与火焰的传播速度几乎是相同的;随着时间的延长，冲击波的速度加速。

据计算，爆炸冲
击波的传播速度可达 2340m/s。

（4）生成有害气体
煤尘爆炸后产生 2%～4%的一氧化碳，有时甚至高达8%～10%，这是矿工大量中毒伤亡的原因。

4.影响煤尘爆炸的因素
煤尘爆炸受很多因素的影响，如挥发分、灰分、水分、粒度等。

其主要的影响因素如下：
（1）挥发分。

煤的可燃挥发分含量越高，煤尘爆炸性越强;挥发分含量越低，爆炸性越弱。

（2）煤的灰分。

灰分是不燃物质，它吸收大量的热起着降温阻燃作用。

实验表明，当灰分在 20%以下时，对煤尘爆炸性影响较小，只有超过30%～40%时，才会显著减弱煤尘爆炸性。

（3）煤的水分。

煤中水分对尘粒起粘结作用，水分高时，能增大颗粒粒径而降低飞扬能力，同时又起着吸热降温、阻燃作用，所以煤中水分有减弱和阻碍爆炸的性质。

（4）煤尘粒度。

煤尘粒度组成，对它的爆炸性有极大影响。

粒径 lmm 以下的煤尘都能参与爆炸。

爆炸的主体煤尘是0.075mm 以下的煤尘。

但煤尘粒度小于 0.01mm后爆炸性反而因粒度减小而变弱。

这是由于过细的尘粒在空气中很快氧化成灰烬所致。

（5）甲烷的影响。

当空气中存在甲烷时，煤尘爆炸下限浓度降低，甲烷浓度越高，煤尘爆炸下限浓度越低。

（6）引爆热源温度。

引爆热源的温度越高，能量越大，越容易
点燃煤尘，煤尘初始爆炸强度也越大;温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘，即使能引起爆炸，初始强度也小。

（7）空气中的氧含量。

氧气的含量变化将改变煤尘的点燃温度。

实验证明，空气中氧含量增加，煤尘点燃温度下降;氧含量降低;煤尘点燃温度升高;当氧含量低于 18%时，单独的煤尘就不能爆炸。

（二）煤尘爆炸事故的防治
1.防止煤尘沉积和飞扬的技术措施
减少工作面与巷道中的浮尘和落尘是防止煤尘爆炸的关键。

其主要措施有：
（1）煤层注水。

煤层注水就是利用钻孔将压力水注入即将回采的煤层中，增加煤体内部的水分，从而可以预先湿润煤体，减少开采时产生的煤尘，降尘率可达 60%～90%;
（2）湿式打眼。

在工作面使用电钻或风钻打眼时，将压力水经过钎杆中央的水孔送到炮眼底部，将煤粉湿润后从炮眼中冲洗出来，从而达到降尘的目的。

（3）水炮泥。

采掘工作面放炮时，炮眼中必须装填特制的装满水的水炮泥。

放炮后，因水受高温雾化而起到降尘、降温、净化空气等综合作用，降尘率可达 80%，减少炮烟70%。

（4）通风除尘。

给工作空间供给足够的风量，用清洁的风流不断稀释和排出空气中的粉尘以保证作业场所的清洁。

通风除尘效果与风速的大小有关，若风速小（小于0.15m/s）不能把粉尘及时排出，风速过大（大于4m/s）可能造成粉尘的二次飞扬，这两种情况可造
成工作面的粉尘浓度增加。

一般认为最优排尘风速为 2～ 3m/s。

（5）喷雾洒水。

喷雾洒水是将压力水通过特制的喷嘴喷出，使水流雾化成细小的水滴散布在空气中，与浮尘的尘粒相碰撞，使其湿润下沉，防止飞扬。

（6）冲洗煤尘。

沿容易沉积煤尘的工作面、回风巷道等，由里向外逐步冲洗巷道两帮、顶部、底部直到整个工作面，使煤尘充分湿润，无法扬起。

并将冲洗下来的粉尘集中排出，从而彻底清除引起煤尘爆炸的物质基础。

2. 防止煤尘引燃的措施
引燃煤尘的火源有明火、爆破、电火及机械摩擦火花四种，针对这四种火源应采取如下措施：
（1）严禁携带烟草和点火工具下井;井口房、瓦斯抽放站及通风机房周围20m内禁止烟火和用电炉取暖;井下禁止使用电炉，禁止打开矿灯;需进行焊接，应严格审批手续，并遵守《规程》有关规定。

（2）在有煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用安全炸药;不合格或变质的炸药不许使用;爆破时必须遵守有关规定。

（3）井下使用的机械和电气设备，必须符合《规程》的要求;电气设备的防爆性能处于完好状态，并经常检查与维护。

机械摩擦火花引燃煤尘的问题，将随着机械化程度的提高日益显得重要，经研究并提出在摩擦部件金属表面溶敷一层活性小的金属如铬，能降低摩擦火花的点燃性能，以防引燃煤尘。

3. 防止灾害扩大的措施
限制煤尘爆炸范围扩大就是将已经发生的煤尘爆炸局限于较小范围内，防止其继续蔓延扩大的措施，称为隔爆措施。

隔爆措施有如下几种：
（1）岩粉棚
岩粉棚就是将岩粉装在岩粉棚上，设置于巷道之中。

煤尘爆炸时，冲击波吹翻岩粉棚，造成粉尘飞扬，形成一段浓厚的岩粉云，截住爆炸火焰，以达防止爆炸蔓延扩大的目的。

岩粉棚原料为石灰岩、白云石、页岩和石膏等。

岩粉中的可燃物含量应小于 5%，游离二氧化硅的含量不超过 10%，并不含有毒性物质。

岩粉棚上所需岩粉量与巷道断面大小有关，主要巷道不低于400kg/m²，其他巷道不低于 200kg/m²。

在矿井中的两翼，相邻采区和相邻的煤层都必须用岩粉棚隔开。

岩粉受潮不易飞扬时需更换，落入的煤尘要经常检查和清除。

（2）水棚
近些年来利用水棚代替岩粉棚来隔绝煤尘爆炸。

水棚是用水槽组成。

其动作与岩粉棚相似，爆炸冲击波使水棚翻转或破碎，将水于瞬间洒布在巷道空间，形成一段水雾，阻止火源的传播。

水棚与岩粉棚比较，水的比热较岩粉高5倍，水接触高温火焰时形成水蒸气，有利于熄灭火焰，且成本低，因而得到广泛应用。