煤塵爆炸同瓦斯爆炸一樣都屬于礦井中的重大災害事故。我國歷史上最嚴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、煤塵爆炸的機理及特征
1.煤塵爆炸的機理
煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下,空乞中氧氣與煤塵急劇氧氣的反應過程,是一種非常復雜的鏈式反應,一般認為其爆炸機理及過程如下:
(1)煤本身是可燃物質(zhì),當它以粉末狀態(tài)存在時,總表面積顯著增加,吸氧和被氧人化的能力大大增可,一旦遇見火源,氧化過程迅速展開;
?。?)當溫度達到300~400℃時,煤的干餾現(xiàn)象急劇增強,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%左右的其他碳氫化合物;
?。?)形成的可燃氣體與空氣混合的高溫作用下吸收能量,在塵粒周圍形成氣體外殼,即活化中心,當活化中心的能量達到一定程度后,鏈反應過程開始,游離基迅速增加,發(fā)生了塵粒的閃燃;
?。?)閃燃所形成的熱量的傳遞給周圍的塵粒,并使之參與鏈反應,導致燃過程急劇地循環(huán)進生,當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數(shù)百米后,煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變?yōu)楸ā?br>
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(xù)爆炸時,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1120m/s,沖擊波速度為2340m/s。
?。?)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,有時可如此反復多次,形成連續(xù)爆炸,這是煤塵爆炸的重要特征。
?。?)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(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據(jù)試驗,煤塵爆炸的感應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,感應期越短。
?。?)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時,參與反應的揮發(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。對于氣煤、肥煤、焦煤等粘結性煤的煤塵,一旦發(fā)生爆炸,一部分煤塵會被焦化,粘結在一起,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“粘焦”“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標志。
?。?)產(chǎn)生大量的CO 煤塵爆炸時產(chǎn)生的CO,在災區(qū)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(shù)(70%~80%)是由于CO中毒造成的。
二、煤塵爆炸的條件
煤塵爆炸必須同時具備三個條件,煤塵本身具有爆炸性;煤塵必須懸浮于空氣中,并達到一下的濃度;存在能引燃煤法爆炸的高溫熱源。
1.煤塵的爆炸性
煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險性必須經(jīng)過試驗確定。
2.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(fā)生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱為下限和上限濃度。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范圍為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、爆炸和其他震動沖擊都能使大量落塵飛揚,在短時間內(nèi)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。
3.引燃煤塵爆炸的高溫熱源
煤塵的引燃溫度變化范圍較大,它隨著煤塵性持、濃度及試驗條件的不同而變化。我國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(jù)20世紀80年代的統(tǒng)計資料,由于放炮和機電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數(shù)的45%和35%。
建筑消防設施消防安全評估(消防檢測)會被一直執(zhí)行下去。