安徽各地區(qū)煤塵爆炸特征及對其預(yù)測的實驗研究

摘 要：該文結(jié)合煤塵爆炸影響因素，對安徽各區(qū)域已開發(fā)的煤炭資源委托樣品進(jìn)行了系列的煤塵爆炸性實驗研究；依據(jù)大量實驗結(jié)果，給出了相關(guān)區(qū)域煤礦煤塵是否具有爆炸性，以及該區(qū)域內(nèi)尚未開采的煤炭資源，其有無煤塵爆炸性和煤塵爆炸性強(qiáng)弱進(jìn)行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：煤塵爆炸性 揮發(fā)分指數(shù) 影響因數(shù)預(yù)測

中圖分類號：X932 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0026-02

安徽煤炭資源豐富，煤類及煤質(zhì)特征有明顯差異，煤類較為齊全，煤類從低變質(zhì)的氣煤到高變質(zhì)的無煙煤和天然焦都有。煤炭資源分布在淮北、淮南、沿江及江南各煤田。其中，99%以上的煤炭資源分布在淮南和淮北煤田。

煤礦在生產(chǎn)過程中采掘裝運(yùn)作業(yè)均可產(chǎn)生大量煤塵，其中采掘作業(yè)產(chǎn)生的煤塵量占80%，裝運(yùn)過程產(chǎn)生的煤塵量占20%。我國80%以上煤礦都有煤塵爆炸性。煤塵爆炸危害極大，其爆炸所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的沖擊波為爆炸的延續(xù)與擴(kuò)大提供了新的煤塵源，從而造成連續(xù)爆炸，嚴(yán)重時波及整個礦井，造成礦毀人亡。因此，分析煤塵爆炸的影響因素，摸清安徽各地區(qū)煤炭資源煤塵爆炸性特點(diǎn)，為安徽煤礦生產(chǎn)企業(yè)預(yù)防和減少煤塵爆炸事故，制定合理的防爆、隔爆措施，提供重要的實驗及理論依據(jù)，對于保證安全生產(chǎn)和人員生命安全，以及保護(hù)國家煤炭自然資源，具有重要現(xiàn)實意義。

1 安徽煤質(zhì)總體特種及煤類

淮南煤田煤類有（66.77%）氣煤，其次為1/3焦煤（26.26%），無煙煤（0.27%），還有其他煤種占比很小；淮北煤田煤類以1/3焦煤（26.97%）為主，其次為氣煤（13.44%），無煙煤（0.27%），其他煤種齊全；沿江及江南各煤田煤類以無煙煤為主（82.54%），其次為貧煤（8.25%）及氣肥煤（6.13%），有少量肥煤（2.05%）及焦煤（0.52%），未分類煤（0.51%）。淮南淮北煤田以中灰分煤為主，局部為中高灰分和低中灰分煤；揮發(fā)分含量在17.08%～39.12%之間。沿江及江南各煤田，灰分含量以中回-中高灰分為主，揮發(fā)分含量在9.02%～27.33%[1]。

2 影響煤塵爆炸的因素

為了更加準(zhǔn)確摸清安徽各區(qū)域煤塵是否具有爆炸性、其爆炸性強(qiáng)弱及趨勢，減少煤塵危害性，首先要科學(xué)地了解分析煤塵爆炸性的影響因素。在綜合分析煤塵爆炸性的影響因素基礎(chǔ)上，必須進(jìn)行相關(guān)的實驗，才能準(zhǔn)確得出安徽各地煤礦煤塵爆炸性狀況及趨勢。

2.1 煤中揮發(fā)分含量及揮發(fā)分指數(shù)

煤塵爆炸主要是在熱源的作用下氧化，釋放出大量的可燃?xì)怏w即揮發(fā)分中進(jìn)行的。因此，煤中揮發(fā)分含量多少是影響煤塵爆炸最為主要的因數(shù)。總體而言，煤中的揮發(fā)分含量越高，煤塵的爆炸下限越低，煤塵爆炸性越強(qiáng)。也就是隨著煤化作用程度的增高，煤的爆炸性減弱。煤中揮發(fā)分含有煤灰及水分的影響因素，扣除其影響因素，采用煤揮發(fā)分指數(shù)考慮煤塵爆炸性更為合理。判斷煤塵中可燃揮發(fā)分（干燥無灰基daf）含量的指標(biāo)稱為揮發(fā)分指數(shù)（V′），也就是煤塵爆炸指數(shù)。煤的揮發(fā)分指數(shù)含量小于10%，一般沒有爆炸性。由于煤的成分復(fù)雜，同類煤的揮發(fā)分指數(shù)及其含量也不一樣。因此，煤的揮發(fā)指數(shù)量只能作為煤塵有無爆炸性初步判定，不能作為確定煤塵有無爆炸性的終極判定。必須再通過煤塵爆炸性實驗，才能最終確定該煤塵有無爆炸性及其強(qiáng)弱。煤塵爆炸性與揮發(fā)分指數(shù)含量關(guān)系如表1。

2.2 煤中灰分及水分含量

灰分和水分是煤中不燃物質(zhì)。當(dāng)煤塵引燃時，它們吸收煤在氧化過程中釋放出的熱量。水分對塵粒起粘結(jié)作用，降低了塵粒的飛揚(yáng)能力。灰分煤塵的比重增加，加速塵粒的沉降，從而降低煤塵爆炸性。一般煤的揮發(fā)分含量越高，煤塵爆炸性越強(qiáng)，但同時也要注意煤樣中水分灰分對煤塵爆炸性的影響。當(dāng)煤的揮發(fā)分含量小于15%時，隨著煤中灰分及水分的增加，煤塵爆炸性降低。但當(dāng)煤的揮發(fā)分含量大于15%時，煤中灰分及水分對煤塵爆炸性幾乎沒有影響[3]。

2.3 煤塵粒度的影響

目前，根據(jù)煤塵爆炸性試驗依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：AQ1045-2007進(jìn)行煤塵爆炸性檢定規(guī)范時，要求煤塵粒度為小于75 μm，但實際上粒度小于1000 μm都有可能參與煤塵爆炸，其中30～75μm粒度是參與爆炸的主體。這個粒度的煤塵對煤塵爆炸影響最大。這是因為隨著煤塵顆粒粒度減小，其總表面面積增大，煤塵爆炸可能性迅速增加，所需引燃的溫度也越低，火苗傳播速度越快。需要指出的的是：粒度小于10 μm的煤粒，由于粒度極其小，在空氣中很快被氧化，不會發(fā)生爆炸。

2.4 煤塵濃度

巷道中懸浮在空氣的煤塵中必須達(dá)到一定濃度，才能發(fā)生煤塵爆炸。煤塵爆炸范圍和成分、粒度、引燃物種類、溫度及試驗設(shè)備條件有關(guān)。因此，由于實驗樣本和實驗條件不同，測得的爆炸濃度的上限和下限不同。我國做的試驗下限為45 g/m3，爆炸上限最強(qiáng)的濃度為300～400 g/m3，最高可達(dá)2000 g/m3[4]，但這種情況能見度極低，無法進(jìn)行正常工作。爆破、爆炸和其他震動沖擊都能使大量落塵飛揚(yáng)，短時間內(nèi)使浮塵驟增，達(dá)到爆炸濃度。另外，空氣中還有瓦斯時，能使煤塵爆炸下限降低，增加了爆炸的危險性。我國煤塵爆炸的引燃溫度一般為700～800 ℃，煤塵爆炸的最小點(diǎn)火能量為4.5 mJ～40 mJ，如此低的溫度要求，幾乎所有火源都可達(dá)到。比如電氣火花、機(jī)械摩擦火花、爆破火焰、瓦斯燃燒爆炸等等。由于煤塵爆炸是在瞬間發(fā)生和進(jìn)行的，因此，具有非常高的溫度（2300 ℃～2500 ℃）和壓力（幾個到十幾個大氣壓），煤塵爆炸波的傳播速度可達(dá)每秒數(shù)百米至上千米。為此，必須嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》，進(jìn)行采煤工作，嚴(yán)格管控煤礦巷道火險情況，保證安全生產(chǎn)。

3 煤塵爆炸鑒定方法

通過煤塵爆炸影響因素分析得出，在進(jìn)行煤塵爆炸性實驗之前，應(yīng)當(dāng)先做煤的工業(yè)分析，給出揮發(fā)分指數(shù)。在綜合分析煤塵爆炸性影響因素的基礎(chǔ)上，通過煤塵爆炸性鑒定實驗，最終才能做出相應(yīng)評價結(jié)論。

煤塵爆炸性鑒定試驗具體程序是：將符合標(biāo)準(zhǔn)AQ1045-2007的煤塵試樣1 g，放到測試儀器的實驗管內(nèi)。當(dāng)溫度升溫升到1100 ℃時，將煤樣呈霧狀噴入加熱器。根據(jù)有無火苗，確定煤塵有無爆炸性。衡量煤塵爆炸性的危險程度，主要根據(jù)火苗的長度和撲滅火焰所需最低巖分量。

4 安徽已開采出煤炭煤塵爆炸性情況

到目前為此，針對安徽煤礦已開采出的煤炭，筆者對淮南、淮北及沿江江南地區(qū)各主要煤礦煤塵做了大量的實驗，結(jié)果見表2。筆者給出了不同地區(qū)煤樣的揮發(fā)分指數(shù)、火焰程度及巖粉量，并給出有無爆炸性評價結(jié)論。

從所做的實驗結(jié)果可以看出，煤的揮發(fā)分指數(shù)是影響煤塵有無爆炸性及強(qiáng)弱重要因素。在實驗范圍內(nèi)，煤的揮發(fā)分指小于10%，都沒有煤塵爆炸性。隨著煤的揮發(fā)分指數(shù)變大，煤塵爆炸性程度越強(qiáng)。

5 結(jié)語

根據(jù)上述實驗結(jié)果，結(jié)合煤塵爆炸影響因素，特別是各地區(qū)的揮發(fā)分指數(shù)，僅對所做的實驗情況，筆者得出以下結(jié)論。

（1）在筆者所做的實驗中，淮南煤礦委托樣品都有煤塵爆炸性危險，且爆炸程度強(qiáng)烈；淮北煤礦委托樣品除少數(shù)沒有煤塵爆炸性外，大多都有煤塵爆炸危險，爆炸程度從較強(qiáng)到強(qiáng)烈；沿江和江南地區(qū)煤礦委托樣品，大多數(shù)沒有煤塵爆炸性危險，有很少部分有煤塵爆炸性危險，但爆炸性程度較弱。因此，結(jié)合各地區(qū)的揮發(fā)分指數(shù)，對于未開采的煤炭，如果其揮發(fā)分指數(shù)大于10%，初步能夠預(yù)測出淮南煤礦煤塵可能都存在煤塵爆炸性的危險，且爆炸程度一般都很強(qiáng)烈；淮北煤礦要考慮煤塵具有爆炸性的危險，其爆炸程度從較強(qiáng)到強(qiáng)烈。對于沿江及江南未開采的煤炭，若其揮發(fā)分指數(shù)小于10%，基本沒有煤塵爆炸危險。但需要強(qiáng)調(diào)指出，只要開采新煤層，無論其煤礦煤塵之前有無爆炸性，其揮發(fā)分指數(shù)是多少，都必須進(jìn)行煤塵爆炸性實驗，才能最終做出準(zhǔn)確結(jié)論。

（2）揮發(fā)分含量或揮發(fā)分指數(shù)是可初步判定煤塵有無爆炸性危險的重要指標(biāo)。揮發(fā)分指數(shù)越高煤塵越容易爆炸，但不是終極指標(biāo)。需在此基礎(chǔ)上，仍必須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AQ1045-2007煤塵爆炸性檢定規(guī)范，采用大管狀煤塵爆炸鑒定裝置進(jìn)行實驗，最終判定煤塵是否有爆炸性及其強(qiáng)弱。

（3）該文實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論，對于安徽各地區(qū)煤礦采取行之有效的防范措施、預(yù)防和減少煤塵爆炸、保障煤礦安全生產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展，都具有十分重要參考價值。

（4）建議構(gòu)建安徽各地區(qū)煤礦煤塵有無煤塵爆炸性及其強(qiáng)弱的數(shù)據(jù)庫，以方便所有相關(guān)人員開展工作。

參考文獻(xiàn)

[1]安徽省地方志編篆委員會辦公室.安徽省志煤炭工業(yè)志[M].方志出版社，2014.

[2]艾存慧.煤塵爆炸特征及預(yù)防措施[J].煤炭技術(shù)，2005（7）：57-58.

[3]崔悅.煤塵爆炸及預(yù)防[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2008（S2）：51-53.

[3]AQ1045-2007，煤塵爆炸性檢定規(guī)范[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4]《煤礦通風(fēng)與安全》編寫組.煤礦通風(fēng)與安全[M].煤炭工業(yè)出版社，1979：256.