煤尘爆炸（矿井灾害事故）

煤尘爆炸

矿井灾害事故

煤尘爆炸同瓦斯爆炸一样都属于矿井中的重大灾害事故。我国历史上最严重的一次煤尘爆炸发生在1942年日本侵略者统治下的本溪煤矿，死亡1549人，残246人，死亡的人员中大多为CO中毒，事故发生前，巷道内沉积了大量煤尘，是由于电火花点燃局部聚积的瓦斯而引起的重大煤尘爆炸事故。

爆炸

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，总表面积显着增加，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。

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。

在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736KPa，但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。

（3）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。

爆炸因素

煤的挥发分

煤尘爆炸的主要是在尘粒分解的可燃气体（挥发分）中进行的，因此煤的挥发分数量的和质量是影响尘爆炸的最重要因素。一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤，其煤尘爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。

煤的灰分和水分

煤内有灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。煤的灰分对爆炸性的影响还与挥分含量的多少有关，挥发分小于15%的煤尘，灰分的影响比较显着，大于15%时，天然灰分对为尘的爆炸几乎没有影响。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤尘爆炸性的作用不显着，只有人为地掺入灰分（撒岩粉）或水分（洒水）才能防止煤尘的爆炸。

煤尘粒度

粒度对爆炸性的影响极大。粒径1mm以下我煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加，75μm以下的煤尘特别是30~75μm的煤尘爆炸性最强，因为单位质量煤尘位质量煤尘的粒度越小，总表面积及表面能越大，粒径小于10μm后，煤尘爆炸性增强的趋势变得平缓。煤尘粒度对爆炸压力也有明显的影响。煤炭科学研究院重庆分院的试验。结果表明：在同一煤种不同粒度条件下，爆炸压力随粒度的减小而增高，爆炸范围也随之扩大，即爆炸性增强，粒度不同的煤尘引燃温度煤尘燃温度也不相同。煤尘粒度越小，所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。

空气中的瓦斯浓度

随着瓦斯浓度的增高，煤尘爆炸浓度下限急剧下降，这一点在有瓦斯煤尘爆炸危险的矿井应引起高度重视。一方面，煤尘爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的；另一方面，有煤尘参与时，小规模的瓦斯爆炸可能演变为大规模的爆尘瓦斯爆炸事故，造成严重的后果。

空气中氧的含量

空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。煤尘的爆炸压力也随空气中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。

引爆热源

点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个达到或超过最低点燃温度和能量的引爆热源。引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃尘云。而且爆尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘云，且即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越小。

预防措施

（一）防尘措施

1、煤层注水

2、湿式打眼和水炮泥

3、采掘机械喷雾降尘

4、运输巷道和转载巷道喷雾

5、水幕净化

6、对井下巷道清扫、冲刷

7、通风除尘

8、个体防护

（二）防止煤尘引燃的措施

（三）隔绝煤尘爆炸的措施

全新技术

一项全新的、能有效遏制煤矿粉尘产生，同时防止煤尘爆炸和降低煤肺病发生几率的新技术于2010年底，全面在全国各大煤矿企业全面投入使用，并在实际工况环境应用中深受广大工矿企业的欢迎和赞誉。

技术概述

矿用泡沫抑尘技术是利用井下的除尘水管和压风管路，在水管中加入一定量的添加剂，通过专用的发泡装置，引入压风，产生高倍数泡沫，通过喷嘴喷洒至尘源。泡沫通过良好的复盖、湿润和黏附等方式作用于粉尘，从根本上防止粉尘的扩散，有效的降低空气中粉尘浓度。该技术与其它湿式抑尘相比，用水量可减少30～80%，抑尘效率比喷雾洒水高3～5倍。本技术主要包含矿用泡沫抑尘设备和矿用泡沫抑尘专用液两种产品，二者配合使用。

抑尘设备

该产品主要由箱体及泡沫产生设备、泡沫分配器、泡沫喷头及支架三部件组成。

矿用泡沫抑尘设备

箱体及泡沫产生设备

泡沫分配器

抑尘专用液

该产品是为泡沫抑尘技术专门研发的添加剂，具有发泡能力强，迅速改变粉尘的湿润性两个方面的功能。专用液有两个方面的作用：

1、产生高倍数泡沫复盖产尘点，从根本上阻止粉尘的扩散；

2、即使有粉尘扩散至空气中，泡沫中所含的泡沫液能够迅速改变粉尘的表面结构，把粉尘由疏水性变为亲水性，使粉尘快速湿润而被捕获，增加降尘效率。

技术特点

（1）泡沫能够无空隙的复盖综掘机切割滚筒，使切割在泡沫体内完成，从根本上阻止粉尘向外扩散；

（2）液体形成泡沫后，总体积和总表面积大幅度增大，增加了与粉尘的碰撞机率，增大了降尘效率；

（3）泡沫的液膜中含有特制的添加剂，能大幅度降低水的表面张力，迅速增加粉尘被湿润的速度；

（4）泡沫具有很好的粘性，粉尘和泡沫接触后会迅速被泡沫黏附。

（5）对于高瓦斯矿井，泡沫复盖切割滚筒能有效抑制由于切割产生的火花，防止瓦斯和煤尘爆炸。

（6）耗水量小，避免了水雾除尘耗水量大而引起的综掘机沉陷，提高了工作效率。

（7）主要设备采用强力磁铁固定，安装、拆卸、维护方便。

参考资料

1.煤尘爆炸及预防·煤炭安全网

2.安全工程师：煤尘爆炸的特征·建设工程教育网