煤塵爆炸，煤是可燃性物質，如其粉塵浮游在空氣中且達到一定濃度、有足夠點燃煤塵的熱源就可產生煤塵爆炸。是煤礦井下重大災害之一。煤塵爆炸產生的爆炸波可以揚起巷道中沉積的煤塵，發生連續爆炸，甚至波及全礦井。煤塵爆炸時，爆溫可達2300〜2500℃，火焰傳播速度可達1120m/s以上，衝擊波速度可達2340m/s，破壞力極強。煤塵爆炸產生大量一氧化碳，其濃度可達2%〜3%，能使人員中毒身亡。
基本介紹
- 中文名：煤塵爆炸
- 外文名：coal dust explosion
- 類型：礦井中的重大災害事故
爆炸,機理,特徵,條件,爆炸案例,影響因素,鑑定方法,預防措施,相關區別,防治措施,技術概述,抑塵設備,抑塵專用液,技術特點,
爆炸
機理
煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應過程，是一種非常複雜的鏈式反應，一般認為其爆炸機理及過程如下：
瓦斯煤塵爆炸模型
瓦斯煤塵爆炸模型（1）煤本身是可燃物質，當它以粉末狀態存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增可，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；
（4）閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，並使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地循環進行，當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數百米後，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變為爆炸。
特徵
（1）形成高溫、高壓、衝擊波 煤塵爆炸火焰溫度為1600~1900℃，爆源的溫度達到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。
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爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續爆炸時，後一次爆炸的理論壓力將是前一次的5~7倍。煤塵爆炸產生的火焰速度可達1120m/s，衝擊波速度為2340m/s。
（2）煤塵爆炸具有連續性 由於煤塵爆炸具有很高的衝擊波速，能將巷道中落塵揚起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導致新的爆炸，有時可如此反覆多次，形成連續爆炸，這是煤塵爆炸的重要特徵。
（3）煤塵爆炸的感應期 煤塵爆炸也有一個感應期，即煤塵受熱分解產生足夠數量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據試驗，煤塵爆炸的感應期主要決定於煤的揮發分含量，一般為40%~280ms，揮發分越高，感應期越短。
（4）揮發分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時，參與反應的揮發分約占煤塵揮分含量的40%~70%，致使煤塵揮發分減少，根據這一特徵，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。對於氣煤、肥煤、焦煤等粘結性煤的煤塵，一旦發生爆炸，一部分煤塵會被焦化，粘結在一起，沉積於支架的巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產物——焦炭皮渣或粘塊，統稱“粘焦”，“粘焦”也是判斷井下發生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標誌。
（5）產生大量的CO 煤塵爆炸時產生的CO，在災區氣體中濃度可達2%~3%，甚至高達到8%左右，爆炸事故中受害者的大多數（70%~80%）是由於CO中毒造成的。
條件
煤塵爆炸必須同時具備四個條件，煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮於空氣中，並達到一定的濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源；一定濃度的氧氣。
煤塵的爆炸性：煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險性必須經過試驗確定。
懸浮煤塵的濃度：井下空氣中只有懸浮的煤塵達到一定濃度時，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低於下限濃度或高於上限濃度的煤塵都不會發生爆炸。煤塵爆炸的濃度範圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及度試驗條件等有關。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30~50g/m3，上限濃度為1000~2000g/m3。其中爆炸力最強的濃度範圍為300~500g/m3。一般情況下，浮游煤塵達到爆炸下限濃度的情況是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震動衝擊都能使大量落塵飛揚，在短時間內使浮塵量增加，達到爆炸濃度。因此，確定煤塵爆炸濃度時，必須考慮落塵這一因素。
引燃煤塵爆炸的高溫熱源：煤塵的引燃溫度變化範圍較大，它隨著煤塵性狀、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在650~1050℃之間，一般為700~800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5~40mJ。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達到，如爆破火焰、電氣火花、機械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災等。根據20世紀80年代的統計資料，由於放炮和機電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數的45%和35%。
一定濃度的氧氣：煤塵爆炸還必須要具備一定濃度的氧氣，要求氧氣的濃度不低於18%（體積百分比）。由於礦井的氧氣濃度一定大於18%，所以我們在防止煤塵爆炸過程中一般不會考慮這一條件。
爆炸案例
我國歷史上最嚴重的一次煤塵爆炸發生在1942年日本侵略者統治下的本溪煤礦，死亡1549人，殘246人，死亡的人員中大多為CO中毒，事故發生前，巷道內沉積了大量煤塵，是由於電火花點燃局部聚積的瓦斯而引起的重大煤塵爆炸事故。
影響因素
煤的揮發分
煤塵爆炸的主要是在塵粒分解的可燃氣體（揮發分）中進行的，因此煤的揮發分數量的和質量是影響塵爆炸的最重要因素。一般說來，煤塵的可燃揮發分含量越高，爆炸性越強，即煤化作用程度低的煤，其煤塵爆炸性強，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。
煤的灰分和水分
煤內有灰分是不燃性物質，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應，降低煤塵的爆炸性。煤的灰分對爆炸性的影響還與揮分含量的多少有關，揮發分小於15%的煤塵，灰分的影響比較顯著，大於15%時，天然灰分對微塵的爆炸幾乎沒有影響。水分能降低煤塵的爆炸性，因為水的吸熱能力大，能促使細微塵粒聚結為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時還能降低落塵的飛揚能力。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，只有人為地摻入灰分（撒岩粉）或水分（灑水）才能防止煤塵的爆炸。
煤塵粒度
粒度對爆炸性的影響極大。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，因為單位質量煤塵的粒度越小，總表面積及表面能越大，粒徑小於10μm後，煤塵爆炸性增強的趨勢變得平緩。煤塵粒度對爆炸壓力也有明顯的影響。煤炭科學研究院重慶分院的試驗。結果表明：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，爆炸範圍也隨之擴大，即爆炸性增強，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，且火焰傳播速度也越快。
空氣中的瓦斯濃度
瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。隨著瓦斯濃度的增高，煤塵爆炸濃度下限急劇下降，這一點在有瓦斯煤塵爆炸危險的礦井應引起高度重視。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，小規模的瓦斯爆炸可能演變為大規模的爆塵瓦斯爆炸事故，造成嚴重的後果。
模擬瓦斯爆炸場景
模擬瓦斯爆炸場景空氣中氧的含量
空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時，點燃煤塵雲困難，當氧含量低於17%時，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。
引爆熱源
點燃煤塵雲造成煤塵爆炸，就必須有一個達到或超過最低點燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃塵雲。而且爆塵初爆的強度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點燃煤塵雲，且即使引起爆炸，初始爆炸的強度也越小。
鑑定方法
《規程》規定：新礦井的地質精查報告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸性鑑定材料。生產礦井每延深一個新水平，由礦務局組織一次煤塵爆炸性試驗工作。
煤塵爆炸性的鑑定方法有兩種：一種是在大型煤塵爆炸試驗巷道中進行，這種方法比較準確可靠，但工作繁重複雜，所以一般作為標準鑑定用；另一種是在實驗室內使用大管狀煤塵爆炸性鑑定儀進行，方法簡便，目前多採用這種方法。
預防措施
（一）防塵措施
1、煤層注水
2、濕式打眼和水炮泥
3、採掘機械噴霧降塵
4、運輸巷道和轉載巷道噴霧
煤塵爆炸患者
煤塵爆炸患者5、水幕淨化
6、對井下巷道清掃、沖刷
7、通風除塵
8、個體防護
（二）防止煤塵引燃的措施
（三）隔絕煤塵爆炸的措施
相關區別
煤塵爆炸區別於瓦斯爆炸的特有標誌
煤塵爆炸時，一部分煤塵被局部焦化，粘結在一起，沉積在支架和巷道壁上，形成煤塵爆炸的特有產物——“皮渣”和“粘塊”。這是煤塵爆炸區別於瓦斯爆炸的特有標誌。
防治措施
一項全新的、能有效遏制煤礦粉塵產生，同時防止煤塵爆炸和降低煤肺病發生幾率的新技術於2010年底，全面在全國各大煤礦企業全面投入使用，並在實際工況環境套用中深受廣大工礦企業的歡迎和讚譽。
技術概述
礦用泡沫抑塵技術是利用井下的除塵水管和壓風管路，在水管中加入一定量的添加劑，通過專用的發泡裝置，引入壓風，產生高倍數泡沫，通過噴嘴噴灑至塵源。泡沫通過良好的覆蓋、濕潤和黏附等方式作用於粉塵，從根本上防止粉塵的擴散，有效的降低空氣中粉塵濃度。該技術與其它濕式抑塵相比，用水量可減少30～80%，抑塵效率比噴霧灑水高3～5倍。本技術主要包含礦用泡沫抑塵設備和礦用泡沫抑塵專用液兩種產品，二者配合使用。
抑塵設備
該產品主要由箱體及泡沫產生設備、泡沫分配器、泡沫噴頭及支架三部件組成。
抑塵專用液
該產品是為泡沫抑塵技術專門研發的添加劑，具有發泡能力強，迅速改變粉塵的濕潤性兩個方面的功能。專用液有兩個方面的作用：
產生高倍數泡沫覆蓋產塵點，從根本上阻止粉塵的擴散；
即使有粉塵擴散至空氣中，泡沫中所含的泡沫液能夠迅速改變粉塵的表面結構，把粉塵由疏水性變為親水性，使粉塵快速濕潤而被捕獲，增加降塵效率。
技術特點
（1）泡沫能夠無空隙的覆蓋綜掘機切割滾筒，使切割在泡沫體內完成，從根本上阻止粉塵向外擴散；
（2）液體形成泡沫後，總體積和總表面積大幅度增大，增加了與粉塵的碰撞機率，增大了降塵效率；
（3）泡沫的液膜中含有特製的添加劑，能大幅度降低水的表面張力，迅速增加粉塵被濕潤的速度；
（4）泡沫具有很好的粘性，粉塵和泡沫接觸後會迅速被泡沫黏附。
（5）對於高瓦斯礦井，泡沫覆蓋切割滾筒能有效抑制由於切割產生的火花，防止瓦斯和煤塵爆炸。
（6）耗水量小，避免了水霧除塵耗水量大而引起的綜掘機沉陷，提高了工作效率。
（7）主要設備採用強力磁鐵固定，安裝、拆卸、維護方便。
