何為煤塵爆炸?與瓦斯爆炸有何不同,那個(gè)厲害?

【專(zhuān)家解說(shuō)】：煤塵爆炸是一種復(fù)雜的、異常迅速的物理和化學(xué)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，其主要特征如下： （1）高溫。由于煤塵被急劇氧化并燃燒，在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，使空氣溫度迅速升高，瞬間溫度可達(dá)2300～2500℃。 （2）高壓。煤塵爆炸時(shí),氣溫驟升,壓力增大。一般爆炸壓力可達(dá)0．7～0．8兆帕。實(shí)驗(yàn)證明：煤塵爆炸時(shí)反應(yīng)熱和傳播速度越大,爆炸壓力也越大，因而其破壞性也越大。實(shí)驗(yàn)和事故案例均表明，爆炸壓力隨著離開(kāi)爆源的距離的增大 而呈跳躍式增大。如遇障礙物或巷道斷面的突然變化,爆炸壓力則更加增強(qiáng)。這是造成距爆源較遠(yuǎn)的巷道破壞較大的重要原因。 （3）強(qiáng)烈的沖擊波和火焰。煤塵爆炸時(shí)由于高溫、高壓,可產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和火焰。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，火焰的傳播速度可達(dá)610～1800米／秒，而擊波和傳遞速度可達(dá)2400米／秒。當(dāng)爆塵剛剛被引爆時(shí)，沖擊波和火焰的速度幾乎一樣，但是，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，沖擊波的速度將超過(guò)火焰速度。 （4）產(chǎn)生大量的有害氣體。煤塵爆炸時(shí)，可生成大量的一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳含量可達(dá)2%～3％，甚至高達(dá)8%，而二氧化碳可達(dá)10％以上,這是造成人員大量傷亡的重要原因。因此，《煤礦安全規(guī)程｝）規(guī)定，每一入井人員必須隨身攜帶自救器。 （5）爆炸產(chǎn)生“皮渣”和“粘塊”。煤塵爆炸時(shí)，一部分煤塵被局部焦化，粘結(jié)在一起，沉積在支架和巷道壁上，形成煤塵爆炸的特有產(chǎn)物——“皮渣”和“粘塊”。這是煤塵爆炸區(qū)別于瓦斯爆炸的特有標(biāo)志。 ========================== 煤塵爆炸及預(yù)防 煤塵爆炸同瓦斯爆炸一樣都屬于礦井中的重大災(zāi)害事故。我國(guó)歷史上最嚴(yán)重的一次煤塵爆炸發(fā)生在1942年日本侵略者統(tǒng)治下的本溪煤礦，死亡1549人，殘246人，死亡的人員中大多為CO中毒，事故發(fā)生前，巷道內(nèi)沉積了大量煤塵，是由于電火花點(diǎn)燃局部聚積的瓦斯而引起的重大煤塵爆炸事故。 一、煤塵爆炸的機(jī)理及特征 1．煤塵爆炸的機(jī)理 煤塵爆炸是在高溫或一定點(diǎn)火能的熱源作用下，空乞中氧氣與煤塵急劇氧氣的反應(yīng)過(guò)程，是一種非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一般認(rèn)為其爆炸機(jī)理及過(guò)程如下： （1）煤本身是可燃物質(zhì)，當(dāng)它以粉末狀態(tài)存在時(shí)，總表面積顯著增加，吸氧和被氧人化的能力大大增可，一旦遇見(jiàn)火源，氧化過(guò)程迅速展開(kāi)； （2）當(dāng)溫度達(dá)到300~400℃時(shí)，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強(qiáng)，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1%左右的其他碳?xì)浠衔铮? （3）形成的可燃?xì)怏w與空氣混合的高溫作用下吸收能量，在塵粒周?chē)纬蓺怏w外殼，即活化中心，當(dāng)活化中心的能量達(dá)到一定程度后，鏈反應(yīng)過(guò)程開(kāi)始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃； （4）閃燃所形成的熱量的傳遞給周?chē)膲m粒，并使之參與鏈反應(yīng)，導(dǎo)致燃過(guò)程急劇地循環(huán)進(jìn)生，當(dāng)燃燒不斷加劇使火焰速度達(dá)到每秒數(shù)百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā? 2．煤塵爆炸的特征 （1）形成高溫、高壓、沖擊波 煤塵爆炸火焰溫度為1600~1900℃，爆源的溫度達(dá)到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動(dòng)傳播的條件之一。 在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736KPa，但爆炸壓力隨著離開(kāi)爆源距離的延長(zhǎng)而跳躍式增大。爆炸過(guò)程中如遇障礙物，壓力將進(jìn)一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時(shí)，后一欠爆炸的理論壓力將是前一次的5~7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達(dá)1120m/s，沖擊波速度為2340m/s。 （2）煤塵爆炸具有連續(xù)性 由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚(yáng)起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導(dǎo)致新的爆炸，有時(shí)可如此反復(fù)多次，形成連續(xù)爆炸，這是煤塵爆炸的重要特征。 （3）煤塵爆炸的感應(yīng)期 煤塵爆炸也有一個(gè)感應(yīng)期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)，煤塵爆炸的感應(yīng)期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40%~280ms，揮發(fā)分越高，感應(yīng)期越短。 （4）揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時(shí)，參與反應(yīng)的揮發(fā)分約占煤塵揮分含量的40%~70%，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。對(duì)于氣煤、肥煤、焦煤等粘結(jié)性煤的煤塵，一旦發(fā)生爆炸，一部分煤塵會(huì)被焦化，粘結(jié)在一起，沉積于支架的巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物——焦炭皮渣或粘塊，統(tǒng)稱(chēng)“粘焦”“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時(shí)是否有煤塵參與的重要標(biāo)志。 （5）產(chǎn)生大量的CO 煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的CO，在災(zāi)區(qū)氣體中濃度可達(dá)2%~3%，甚至高達(dá)到8%左右，爆炸事故中受害者的大多數(shù)（70%~80%）是由于CO中毒造成的。 二、煤塵爆炸的條件 煤塵爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件，煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮于空氣中，并達(dá)到一下的濃度；存在能引燃煤法爆炸的高溫?zé)嵩础? 1．煤塵的爆炸性 煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險(xiǎn)性必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。 2．懸浮煤塵的濃度 井下空氣中只有懸浮的煤塵達(dá)到一定濃度時(shí)，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱(chēng)為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會(huì)發(fā)生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類(lèi)和溫度及度試驗(yàn)條件等有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，煤塵爆炸的下限濃度為30~50g/m3，上限濃度為1000~2000g/m3。其中爆炸力最強(qiáng)的濃度范圍為300~500g/m3。 一般情況下，浮游煤塵達(dá)到爆炸下限濃度的情況是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震動(dòng)沖擊都能使大量落塵飛揚(yáng)，在短時(shí)間內(nèi)使浮塵量增加，達(dá)到爆炸濃度。因此，確定煤塵爆炸濃度時(shí)，必須考慮落塵這一因素。 3．引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩? 煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性持、濃度及試驗(yàn)條件的不同而變化。我國(guó)煤塵爆炸的引燃溫度在610~1050℃之間，一般為700~800℃。煤塵爆炸的最小點(diǎn)火能為4.5~40mJ。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達(dá)到，如爆破火焰、電氣火花、機(jī)械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災(zāi)等。根據(jù)20世紀(jì)80年代的統(tǒng)計(jì)資料，由于放炮和機(jī)電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數(shù)的45%和35%。 三、影響煤塵爆炸的因素 1．煤的揮發(fā)分 煤塵爆炸的主要是在塵粒分解的可燃?xì)怏w（揮發(fā)分）中進(jìn)行的，因此煤的揮發(fā)分?jǐn)?shù)量的和質(zhì)量是影響塵爆炸的最重要因素。一般說(shuō)來(lái)，煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強(qiáng)，即煤化作用程度低的煤，其煤塵爆炸性強(qiáng)，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。 2．煤的灰分和水分 煤內(nèi)有灰分是不燃性物質(zhì)，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應(yīng)，降低煤塵的爆炸性。煤的灰分對(duì)爆炸性的影響還與揮分含量的多少有關(guān)，揮發(fā)分小于15%的煤塵，灰分的影響比較顯著，大于15%時(shí)，天然灰分對(duì)為塵的爆炸幾乎沒(méi)有影響。水分能降低煤塵的爆炸性，因?yàn)樗奈鼰崮芰Υ?，能促使?xì)微塵粒聚結(jié)為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時(shí)還能降低落塵的飛揚(yáng)能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤塵爆炸性的作用不顯著，只有人為地?fù)饺牖曳郑ㄈ鰩r粉）或水分（灑水）才能防止煤塵的爆炸。 3．煤塵粒度 粒度對(duì)爆炸性的影響極大。粒徑1mm以下我煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險(xiǎn)性隨粒度的減小而迅速增加，75μm以下的煤塵特別是30~75μm的煤塵爆炸性最強(qiáng)，因?yàn)閱挝毁|(zhì)量煤塵位質(zhì)量煤塵的粒度越小，總表面積及表面能越大，粒徑小于10μm后，煤塵爆炸性增強(qiáng)的趨勢(shì)變得平緩。煤塵粒度對(duì)爆炸壓力也有明顯的影響。煤炭科學(xué)研究院重慶分院的試驗(yàn)。結(jié)果表明：在同一煤種不同粒度條件下，爆炸壓力隨粒度的減小而增高，爆炸范圍也隨之?dāng)U大，即爆炸性增強(qiáng)，粒度不同的煤塵引燃溫度煤塵燃溫度也不相同。煤塵粒度越小，所需引燃溫度越低，且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇臁? 4．空氣中的瓦斯?jié)舛? 瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，煤塵的爆炸下限可用下式計(jì)算： 式中: ——空氣中有瓦斯時(shí)的煤塵爆炸下限，g/m3 ——爆塵的爆炸下限，g/m3 k——系數(shù)，見(jiàn)下表1。 表1 瓦斯?jié)舛葘?duì)煤塵爆炸下限的影響系數(shù) 空氣中的瓦斯深度% 0 0.50 0.75 1.0 1.50 2.0 3.0 4.0 k 1 0.75 0.60 0.50 0.35 0.25 0.1 0.05 隨著瓦斯?jié)舛鹊脑龈撸簤m爆炸濃度下限急劇下降，這一點(diǎn)在有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井應(yīng)引起高度重視。一方面，煤塵爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的；另一方面，有煤塵參與時(shí)，小規(guī)模的瓦斯爆炸可能演變?yōu)榇笠?guī)模的爆塵瓦斯爆炸事故，造成嚴(yán)重的后果。 5．空氣中氧的含量 空氣中氧的含量高時(shí)，點(diǎn)燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時(shí)，點(diǎn)燃煤塵云困難，當(dāng)氧含量低于17%時(shí)，煤塵就不再爆炸。煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力低。 6．引爆熱源 點(diǎn)燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個(gè)達(dá)到或超過(guò)最低點(diǎn)燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點(diǎn)燃?jí)m云。而且爆塵初爆的強(qiáng)度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點(diǎn)燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強(qiáng)度也越小。 四、煤塵爆炸性鑒定 《規(guī)程》規(guī)定：新礦井的地質(zhì)精查報(bào)告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸性鑒定材料。生產(chǎn)礦井每延深一個(gè)新水平，由礦務(wù)局組織一次煤塵爆炸性試驗(yàn)工作。 煤塵爆炸性的鑒定方法有兩種：一種是在大型煤塵爆炸試驗(yàn)巷道中進(jìn)行，這種方法比較準(zhǔn)確可靠，但工作繁重復(fù)雜，所以一般作為標(biāo)準(zhǔn)鑒定用；另一種是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用大管狀煤塵爆炸性鑒定儀進(jìn)行，方法簡(jiǎn)便，目前多采用這種方法。 五、預(yù)防煤塵爆炸的措施 （一）減、降措施 （煤層注水） （二）防止煤塵引燃的措施 （三）隔絕煤塵爆炸的措施 ★小松博客原創(chuàng)整理.轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明★