安徽各地區煤塵爆炸特征及對其預測的實驗研究

摘 要：該文結合煤塵爆炸影響因素，對安徽各區域已開發的煤炭資源委托樣品進行了系列的煤塵爆炸性實驗研究；依據大量實驗結果，給出了相關區域煤礦煤塵是否具有爆炸性，以及該區域內尚未開采的煤炭資源，其有無煤塵爆炸性和煤塵爆炸性強弱進行了預測。

關鍵詞：煤塵爆炸性 揮發分指數 影響因數預測

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

安徽煤炭資源豐富，煤類及煤質特征有明顯差異，煤類較為齊全，煤類從低變質的氣煤到高變質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。

煤礦在生產過程中采掘裝運作業均可產生大量煤塵，其中采掘作業產生的煤塵量占80%，裝運過程產生的煤塵量占20%。我國80%以上煤礦都有煤塵爆炸性。煤塵爆炸危害極大，其爆炸所產生的強烈的沖擊波為爆炸的延續與擴大提供了新的煤塵源，從而造成連續爆炸，嚴重時波及整個礦井，造成礦毀人亡。因此，分析煤塵爆炸的影響因素，摸清安徽各地區煤炭資源煤塵爆炸性特點，為安徽煤礦生產企業預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，對于保證安全生產和人員生命安全，以及保護國家煤炭自然資源，具有重要現實意義。

1 安徽煤質總體特種及煤類

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，揮發分含量在9.02%～27.33%[1]。

2 影響煤塵爆炸的因素

為了更加準確摸清安徽各區域煤塵是否具有爆炸性、其爆炸性強弱及趨勢，減少煤塵危害性，首先要科學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上，必須進行相關的實驗，才能準確得出安徽各地煤礦煤塵爆炸性狀況及趨勢。

2.1 煤中揮發分含量及揮發分指數

煤塵爆炸主要是在熱源的作用下氧化，釋放出大量的可燃氣體即揮發分中進行的。因此，煤中揮發分含量多少是影響煤塵爆炸最為主要的因數。總體而言，煤中的揮發分含量越高，煤塵的爆炸下限越低，煤塵爆炸性越強。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，采用煤揮發分指數考慮煤塵爆炸性更為合理。判斷煤塵中可燃揮發分（干燥無灰基daf）含量的指標稱為揮發分指數（V′），也就是煤塵爆炸指數。煤的揮發分指數含量小于10%，一般沒有爆炸性。由于煤的成分復雜，同類煤的揮發分指數及其含量也不一樣。因此，煤的揮發指數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弱。煤塵爆炸性與揮發分指數含量關系如表1。

2.2 煤中灰分及水分含量

灰分和水分是煤中不燃物質。當煤塵引燃時，它們吸收煤在氧化過程中釋放出的熱量。水分對塵粒起粘結作用，降低了塵粒的飛揚能力。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。一般煤的揮發分含量越高，煤塵爆炸性越強，但同時也要注意煤樣中水分灰分對煤塵爆炸性的影響。當煤的揮發分含量小于15%時，隨著煤中灰分及水分的增加，煤塵爆炸性降低。但當煤的揮發分含量大于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，根據煤塵爆炸性試驗依據標準：AQ1045-2007進行煤塵爆炸性檢定規范時，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，不會發生爆炸。

2.4 煤塵濃度

巷道中懸浮在空氣的煤塵中必須達到一定濃度，才能發生煤塵爆炸。煤塵爆炸范圍和成分、粒度、引燃物種類、溫度及試驗設備條件有關。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，爆炸上限最強的濃度為300～400 g/m3，最高可達2000 g/m3[4]，但這種情況能見度極低，無法進行正常工作。爆破、爆炸和其他震動沖擊都能使大量落塵飛揚，短時間內使浮塵驟增，達到爆炸濃度。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到。比如電氣火花、機械摩擦火花、爆破火焰、瓦斯燃燒爆炸等等。由于煤塵爆炸是在瞬間發生和進行的，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每秒數百米至上千米。為此，必須嚴格按照《煤礦安全規程》，進行采煤工作，嚴格管控煤礦巷道火險情況，保證安全生產。

3 煤塵爆炸鑒定方法

通過煤塵爆炸影響因素分析得出，在進行煤塵爆炸性實驗之前，應當先做煤的工業分析，給出揮發分指數。在綜合分析煤塵爆炸性影響因素的基礎上，通過煤塵爆炸性鑒定實驗，最終才能做出相應評價結論。

煤塵爆炸性鑒定試驗具體程序是：將符合標準AQ1045-2007的煤塵試樣1 g，放到測試儀器的實驗管內。當溫度升溫升到1100 ℃時，將煤樣呈霧狀噴入加熱器。根據有無火苗，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各主要煤礦煤塵做了大量的實驗，結果見表2。筆者給出了不同地區煤樣的揮發分指數、火焰程度及巖粉量，并給出有無爆炸性評價結論。

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

5 結語

根據上述實驗結果，結合煤塵爆炸影響因素，特別是各地區的揮發分指數，僅對所做的實驗情況，筆者得出以下結論。

（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，且爆炸程度強烈；淮北煤礦委托樣品除少數沒有煤塵爆炸性外，大多都有煤塵爆炸危險，爆炸程度從較強到強烈；沿江和江南地區煤礦委托樣品，大多數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，結合各地區的揮發分指數，對于未開采的煤炭，如果其揮發分指數大于10%，初步能夠預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，其爆炸程度從較強到強烈。對于沿江及江南未開采的煤炭，若其揮發分指數小于10%，基本沒有煤塵爆炸危險。但需要強調指出，只要開采新煤層，無論其煤礦煤塵之前有無爆炸性，其揮發分指數是多少，都必須進行煤塵爆炸性實驗，才能最終做出準確結論。

（2）揮發分含量或揮發分指數是可初步判定煤塵有無爆炸性危險的重要指標。揮發分指數越高煤塵越容易爆炸，但不是終極指標。需在此基礎上，仍必須依據標準AQ1045-2007煤塵爆炸性檢定規范，采用大管狀煤塵爆炸鑒定裝置進行實驗，最終判定煤塵是否有爆炸性及其強弱。

（3）該文實驗數據和結論，對于安徽各地區煤礦采取行之有效的防范措施、預防和減少煤塵爆炸、保障煤礦安全生產和持續發展，都具有十分重要參考價值。

（4）建議構建安徽各地區煤礦煤塵有無煤塵爆炸性及其強弱的數據庫，以方便所有相關人員開展工作。

參考文獻

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

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

[3]崔悅.煤塵爆炸及預防[J].大眾標準化，2008（S2）：51-53.

[3]AQ1045-2007，煤塵爆炸性檢定規范[S].中國標準出版社，2007.

[4]《煤礦通風與安全》編寫組.煤礦通風與安全[M].煤炭工業出版社，1979：256.