煤尘爆炸及预防2015

1煤尘爆炸及预防一、煤尘爆炸的机理煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧气的反应过程，是一种非常复杂的链式反应，一般认为其爆炸机理及过程如下：1.煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧人化的能力大大增可，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；2.当温度达到300~400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1%左右的其他碳氢化合物；3.形成的可燃气体与空气混合的高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；4.闪燃所形成的热量的传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进生，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。二、煤尘爆炸的特征1.形成高温、高压、冲击波煤尘爆炸火焰温度为1600~1900℃，爆源的温度达到2000℃以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一欠爆炸的理论压力将是前一次的5~7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/s，冲击波速度为2340m/s。2.煤尘爆炸具有连续性由于煤尘爆炸具有很高的冲击波速，能将巷道中落尘扬起，甚至使煤体破碎形成新的煤尘，导致新的爆炸，有时可如此反复多次，形成连续爆炸，这是煤尘爆炸的重要特征。23煤尘爆炸的感应期煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40%~280ms，挥发分越高，感应期越短。4．挥发分减少或形成“粘焦”煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤尘挥分含量的40%~70%，致使煤尘挥发分减少，根据这一特征，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。对于气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤的煤尘，一旦发生爆炸，一部分煤尘会被焦化，粘结在一起，沉积于支架的巷道壁上，形成煤尘爆炸所特有的产物——焦炭皮渣或粘块，统称“粘焦”。“粘焦”也是判断井下发生爆炸事故时是否有煤尘参与的重要标志。5.产生大量的CO煤尘爆炸时产生的CO，在灾区气体中浓度可达2%~3%，甚至高达到8%左右，爆炸事故中受害者的大多数（70%~80%）是由于CO中毒造成的。三、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备三个条件，煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一下的浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。1．煤尘的爆炸性煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸的危险性必须经过试验确定。2．悬浮煤尘的浓度空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低或最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及度试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30~50g/m3，上限浓度为1000~2000g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300~500g/m3。3一般情况下，浮游煤尘达到爆炸下限浓度的情况是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震动冲击都能使大量落尘飞扬，在短时间内使浮尘量增加，达到爆炸浓度。因此，确定煤尘爆炸浓度时，必须考虑落尘这一因素。3．引燃煤尘爆炸的高温热源煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘性持、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610~1050℃之间，一般为700~800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5~40mJ。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧或爆炸、井下火灾等。根据20世纪80年代的统计资料，由于放炮和机电火花引起的煤尘爆炸事故分别占总数的45%和35%。四、煤尘爆炸的危害煤尘爆炸是煤矿最严重的灾害事故之一。建国后，我国煤矿最大死亡人数最多的事故就是煤尘爆炸引起的。煤尘土爆炸主要危害表现如下：1.产生高温。煤尘爆炸要释放大量的热能，其瞬时温度可达2300~2500℃，可引起矿井火灾、烧毁设备、烧伤人员，也是引发连续爆炸的主要热源。2.产生高压。煤尘爆炸的理论压力可达735kPa,但实际发生爆炸时往往超过此值，而且爆炸压力会随着离开爆源距离一定范围内呈跳跃式增大。可损坏设备，推倒机架，造成冒顶，人员伤亡。3.产生冲击波。冲击波的传播速度可达2340m/s，使设备、支架、人员遭受损害，扬起落尘，被随之而来的火焰点燃，造成煤尘的连续爆炸。4.气体成分发生变化。煤尘爆炸后要产生大量有害气体，尤其CO浓度一般为2%~3%，最高可达8%~10%，造成人员中毒。同时爆炸时大量耗氧，痒浓度迅速降低。4煤尘爆炸与瓦斯爆炸相比，具有产生能量大，燃烧时间长，产生CO多等特点，因此煤尘爆炸产生的后果也最严重。结焦类的煤（气煤、肥煤、焦煤）的煤尘爆炸时要产生结焦附在巷道壁面及支架上。五、预防措施预防煤尘爆炸的措施，从原理上讲，可归结为防止悬浮煤尘飞扬的措施（如煤层注水预湿煤体、喷雾洒水、湿式作业等）、防止沉积煤尘重新飞扬参与爆炸的措施（如清除井巷中的沉积煤尘、撒布岩粉等）和防止产生引爆火源的措施（如加强明火管理、防止爆破火源、电气火源及静电火源、防止摩擦和撞击火花等）。防治煤尘爆炸灾害，除采取防爆措施外，还应采取降低爆炸威力、隔绝爆炸传播的隔爆措施，即把已经发生的爆炸限制在一定范围内，不让爆炸火焰继续蔓延，避免爆炸范围扩大。隔爆措施从原理上可分为被动式和主动式两种。对于被动式隔爆技术，比较有效的主要有岩粉棚、水棚、水袋及水幕等几种，其中最常用的是岩粉棚和水棚，其原理是利用高浓度弥漫飞扬状态的惰性岩粉或密集水雾的吸热、降温和阻燃作用，隔绝爆炸火焰的传播，控制灾变破坏范围，把爆炸区域限制在最小的范围之内。主动隔爆措施是指采用自动隔爆装置进行隔爆，它是利用各种传感器，将瞬间测量的煤尘爆炸时的各种物理参量迅速转换成电信号，指令机构的演算器根据这些信号准确计算出火焰传播速度后选择恰当时机发出动作信号，使隔爆装置主动喷撒出固体或液体抑爆剂并在巷道中形成雾化带，扑灭刚好达到的爆炸火焰，阻止煤尘爆炸蔓延。自动隔爆装置具有主动、超前、反应灵敏等明显优点，代表着煤矿隔爆技术的发展方向，只要其传感器、探测系统及释放装置的可靠性得到进一步提高，必将在煤矿隔爆技术体系中占据重要地位。