煤尘爆炸分析与防范措施

李卫军

摘要：煤尘是煤矿中的五大自然灾害之一，若管理不严，处理不当，将会酿成重大恶性事故，给煤矿企业造成重大损失。文章主要分析了煤尘爆炸的原因，并提出了防范措施。

关键词：煤尘爆炸；原因；措施

煤矿在生产过程中，采掘装运作业均可产生大量煤尘。其中，采掘作业产生的煤尘量占80%，装运产生的煤尘量占20%。具有煤尘爆炸危险的煤矿都有发生特别重大煤尘爆炸事故的可能。其灾害程度可造成矿毁人亡，国内外煤矿曾多次发生煤尘爆炸事故。

1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化的反应过程，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。

2煤尘爆炸条件

煤尘爆炸必须同时具备以下三个条件：

2.1煤尘本身具有爆炸性

具有爆炸危险性是煤尘发生爆炸的基本条件，煤尘是否具有爆炸性，主要取决于它的挥发分含量，挥发分含量大于10%的煤尘，一般都具有爆炸危险性。据煤尘爆炸性鉴定结果统计，我国90%以上的煤矿所产生的煤尘都具有爆炸危险性。

2.2煤尘必须悬浮于空气中并达到一定的浓度

具有爆炸危险性的煤尘只有呈浮游状态并达到一定浓度范围，才可能发生爆炸。试验表明，我国煤尘爆炸的下限浓度为45g/m3,上限浓度为1500～2000 g/m3，爆炸威力最强的煤尘浓度为300-400 g/m3。

2.3有一个能引燃煤尘爆炸的热源

煤尘爆炸还必须有足够能量的热源，其着火温度因其自燃挥发分含量、粒度、浓度等的差异而不同，引燃温度在610OC～1050 OC之间，一般为700 OC～800 OC。在井下能引燃煤尘的高温热源有：违章爆破产生的火焰，电气设备产生的电火花，架线电机车及电缆破坏时产生的电弧，各种机械强烈摩擦产生的火花，瓦斯燃烧或爆炸，煤炭自燃和明火等。

此三个条件缺少任何一个都不可能造成煤尘爆炸。

此外，空气中氧气浓度不仅决定煤尘是否能爆炸，而且对引爆温度也有影响。氧气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，煤尘就不能爆炸。

    3煤尘爆炸的过程

（1）煤尘在热源的作用下氧化释放大量可燃气体；

（2）可燃气体和空气混合后促使强烈氧化燃烧；

（3）热分子传导和火焰辐射在介质中迅速传播，使附近煤尘扬起，受热燃烧，之后，燃烧产物迅速膨胀而形成火焰，前面的压缩波、冲击波使火焰前方气体压力增高，引起火焰自动加速，继续循环下去，因煤尘的存在可持续发生剧烈的化学反应，使火焰跳跃或发生爆炸。这个过程是瞬间的，在煤尘爆炸地点发生激烈的化学反应，空气受热膨胀形成负压区，其负压值可达0.5kg/cm[15]，造成逆向冲击波，如爆炸地点仍有煤尘瓦斯时可发生第二次爆炸。该地点爆炸力正反向交错，支架和物料设备移动方向紊乱，这是判明二次爆炸的重要依据。

4煤尘爆炸的特征

煤尘爆炸可呈现“三高一多”的特点，即高温、高压、高速，产生大量一氧化碳。产生高温：煤尘爆炸按理论计算，产生温度高达2300℃～2500℃。产生高压：理论压力为7.5kg/cm，且距爆源越远压力越大。呈现离爆炸源越远破坏越严重的特点。形成高速：化学方法计算爆炸波速度高达1120m/s。按理论计算最大速度为2340m/s。煤尘爆炸可产生大量的CO。在一般情况下爆炸后的巷道空气中的CO是造成矿工大量死亡的主要原因。

5防范措施

预防煤尘爆炸的技术措施主要包括减、降尘措施，防止煤尘引燃措施及限制煤尘爆炸范围扩大等三个方面。。

5.1减少生产中煤尘发生量和浮尘量

（1）喷雾洒水，在采掘工作面、井下煤仓、溜煤眼、翻笼处、输送机头、装车站等井下凡能产生煤尘的地点，均应设置喷雾洒水装置。机采工作面的采煤机配有专门洒水装置。同时，对井下巷道，还要定期清扫，冲洗巷帮、井壁的煤尘。因为这些地方沉积的煤尘如果重新飞扬在空气中，可以迅速达到爆炸下限的浓度，也是许多局部性事故迅速扩大的主要原因。

(2)煤层注水。煤层注水是在尚未采动的煤体中，利用钻孔注入压力水，使水渗入煤体的层里、节理等微小空隙中，将煤体预先湿润，从而减少或消除在开采、运输过程中煤尘的生成和飞扬。

(3)水炮泥。在炮眼内(炸药和炮泥之间)空隙充人盛水的塑料袋，爆破时水被汽化结成雾滴，可使尘粒湿润，结团而起到降尘作用。

(4)加强通风管理，严格控制采、掘工作面的风速，防止煤尘的飞扬。

5.2防止煤尘引燃

（1）为防止电火花和其它明火引燃煤尘，井下电气设备一定要选用防爆型，电缆接头不许有鸡爪子、羊尾巴和明接头，防止产生电火花。井下禁止使用电炉子、职工禁止携带烟草、点火工具等，严格井下火险管理。

（2）为防止放炮时引燃煤尘，井下要使用安全炸药，打眼，装药、封泥必须按规程要求进行，禁止放糊炮。

5.3消除井下火源，防止煤尘引燃

严格执行规程中消除明火的规定；防止瓦斯积聚和燃烧爆炸；消除放炮时产生的火焰；消除电气火源；使用装有防止斜巷运输跑车的保险装置，避免摩擦火花；防止金属强烈碰撞产生引燃热源。这些措施都是避免产生导致煤尘爆炸的高温热源。

5.4抓好隐患排查治理

煤矿企业要坚持安全第一，预防为主，综合治理，总体推进的原则，落实党和国家有关安全生产的方针政策、法律法规和企业安全规章制度，抓好安全现场管理，及时排查事故隐患，把事故消除在萌芽状态。对违反安全法律法规和规章制度的单位和责任人，要认真调查、严肃处理责任人，可以起到警示教育，防止事故的发生，保护广大矿工人身安全的作用。

5.5 采取降低爆炸范围的措施

除采取防尘措施外，还应采取降低爆炸威力，限制爆炸范围扩大的措施。定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增加沉积煤尘的灰分，抑制煤尘爆炸的传播。设置隔爆水棚和岩粉棚、设置自动隔爆棚等都能够阻止煤尘爆炸的蔓延。

5.6 综合防尘措施

随着工艺设备和工艺操作方法的革新，综合防尘技术从技术措施和组织措施两个方面，进行管理。其基本内容为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流及一些特殊的除、降尘措施，加之科学管理，从源头抓起，控制煤尘源并减少煤尘源的产生以及实行生产的全过程控制，从而而根本上杜绝和减少有害物的产生以消除或控制尘源，在此基础上再采用合理的通风除尘措施，建立严格的检查管理制度，有效的防止煤尘爆炸的发生。

结束语

综上所述，煤矿粉尘灾害具有较高的危险度，其致因因素较多，产生粉尘灾害的几率较高。只有采取通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护等综合防尘技术措施，才能真正做到防患于未然，从源头上遏制粉尘灾害事故的发生。

参考文献：

[1] 左前明.大采高综采工作面煤尘扩散规律及防治技术研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2014.

[2] 杨光友.综采工作面除尘工艺优化研究[J].内蒙古煤炭经济,2014(4):211-212.