指煤矿煤尘爆炸或伴随瓦斯爆炸的瓦斯与煤尘联合爆炸事故。
1.煤尘的爆炸性
煤是可燃物质,当它被粉碎成细小颗粒后,其表面积增加,因而其氧化能显著增强。煤尘受热时单位时间内吸收更多的热量,氧化发热、吸热,在300~400℃较低温度时,就有大量挥发分放出聚集于尘粒周围。这类可燃性气体一经与空气混合便在高温作用下再吸收能量,形成一定数量的活化中心。如此时氧化热有效地传给附近的煤尘,这些煤尘就迅速受热分解,燃烧起来。此种过程连续不断地进行,氧化反应越来越快,温度越来越高,而活化中心也越来越多,达到一定程度时,剧烈的氧化燃烧便能发展成更为剧烈的爆炸。
煤尘爆炸的氧化反应主要是在气相内进行的,具有与瓦斯爆炸同样的特点。
2.煤尘爆炸的必要条件
煤尘爆炸必须具备以下3个条件,缺一则不会发生爆炸:
(1)煤尘本身具有爆炸性
不是所有煤尘都具有爆炸性。因此,对矿井的煤尘利用煤尘爆炸性鉴定仪器来确定煤尘有无爆炸性是《煤矿安全规程》规定的主要依据。虽然可以用样品煤的工业分析计算出挥发分指数,粗略地判断该煤尘有无爆炸性,但是这不能作为准确依据。一般而言,无烟煤很少有爆炸危险。
(2)煤尘悬浮在空气中达到一定浓度
煤尘浓度,一般用单位体积空气中所含煤尘的重量来表示:g/m3。
煤尘和空气混合物,即悬浮状态下的煤尘有爆炸界限。
煤尘的爆炸界限和空气混合物中有无沼气、火源的性质及其强弱程度等因素有关。
试验证明,我国煤尘的爆炸界限在下述范围:褐煤爆炸下限为45~55g/m3;烟煤为110~335g/m3;上限一般为1500~2000g/m3。
(3)存在有引爆的热源,即必须具有足以引燃煤尘的温度——最低着火温度
我国煤尘爆炸试验表明,煤尘引燃温度,一般在700~800℃,少数为1100℃。
煤尘爆炸和瓦斯引燃一样也有一个延迟时间,叫“着火感应期”,即煤尘受热分解并形成足够数量活化中心所需要的时间。这一时间主要取决于煤的挥发分含量,挥发分越高,感应期越短,一般为40~250ms。
3.预防煤尘爆炸的措施
(1)煤层预先注水
在回采前预先在煤层中打若干钻孔,通过钻孔注入压力水,使水渗入煤体节理裂隙之中,增加煤层的含水量,以减少采煤时粉尘生成。
注水分深孔注水和浅孔注水两种;
1)深孔注水。回采前预先在工作面前方回风道或进风道安设钻机,在煤层中沿倾斜平行于工作面打钻孔。孔深为工作面长度的2/3;孔径75~100mm。注水钻孔间距:阳泉煤矿12m;宁夏石嘴山煤矿10~20m;本溪彩屯煤矿8m。
封孔是保证顺利注水的关键。一般用水泥灰浆封孔,也可用塑性胶筒封孔。
注水的水压较高,一般用20~40kg/cm2;有条件的水压可更高。
注水超前于回采的时间,至少需15天。
开滦煤矿等矿采用深孔注水法,开采时工作面煤尘浓度降低了65%~90%。
2)浅孔注水。在采准班内用普通电钻打孔深为2.5~3.5m,直径43m的注水孔,孔距1.5~2.0m,打好眼后,插入特制的注水器封孔注水。注水压力不能太高,注水后10~15min,便可出现煤壁“出汗”现象,表明注水范围内煤层已经湿润。
浅孔注水效果,赵各庄矿达到降低粉尘生成量70%;彩屯矿达到80%。
注水水源可用地面静压水,亦可用防尘用水管道直接接到注水孔。
深孔注水预湿范围大,适用于中厚及厚煤层。
(2)水封爆破和水炮泥
即借爆破压力将水注入煤层的一种降低煤尘生成量的措施。
水封爆破是在装药后,先放一段隔水炮泥,然后从孔口再放炮泥不塞到底,在两段炮泥之间,插入注水管低压注水,以此当炮泥用。
阜新矿务局试验水炮泥降尘率达57%~72%。
(3)喷雾洒水
在尘源发生地点喷雾洒水是捕尘降尘的最简易的有效措施。
在机组采煤、联合掘进机组掘进、装煤、翻煤车、转载、爆破等生产环节中采取高压水喷雾措施,将大大减少煤尘的飞扬;爆破时洒水喷雾既降尘又消烟,缩短通风排烟时间。
(4)合理风速
必须严格控制井下风速,增大风量或改变通风系统时,同时相应地调节风速,防止煤尘飞扬。
风速与空气中含尘量的关系比较密切。风速过小,不能将悬浮的煤尘及时带出工作地点(机组割煤时煤尘逆风扩散),使空气中含尘量增多;风速过大,虽可将浮尘吹走,但同时也把已沉降于巷道四周的沉尘重新扬起,增加了工作面和巷道的粉尘浓度。
工作面的风速应控制在1.2~1.6m/s间为宜。
(5)清扫积尘
沉积在巷道四壁的煤尘,一旦受到冲击再度飞扬,形成初爆的尘云,会为煤尘爆炸创造致灾条件。所以,矿长必须定期组织人员按计划对井巷进行清扫、冲洗煤尘。巷道中的沉积煤尘清扫后要及时运出矿井。
(6)防止煤尘引燃
1)预防瓦斯引燃而扩展为煤尘爆炸,措施与防止瓦斯的火源相同。
2)管理好火区,防止因煤自燃而引爆。
3)杜绝明火、明电;禁止井下电焊。
4)加强电气防爆的管理。
5)正确组织爆破作业,防止过装药、早爆、糊炮炸大块。爆破前必须洒水。有不少煤尘爆炸事故是由放炮引燃的,所以必须遵守爆破作业的一切安全要求。
(7)局限煤尘爆炸
这一措施的目的是将煤尘爆炸局限于较小的范围内。
开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井,在矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层要用岩粉棚或水棚隔开。
岩粉棚是由架设在巷道顶方的多块放置不燃岩粉的板子所组成。每块岩粉板上堆放一定量的岩粉,当爆炸波传来时,将岩粉棚推翻,使板上岩粉均匀地散落下来,在巷道中造成浓厚的不燃岩粉雾,爆炸火焰传来时因被粉雾吸热冷却、熄灭而不能向前传播。
岩粉棚上岩粉易于受潮而丧失其飞扬性,所以需要定期更换。为解决这个问题,除采用抗湿性岩粉外,可把岩粉装入塑料大袋里,挂在巷道顶部,其作用与岩粉棚相同。
用盛穿水的水槽、水袋代替岩粉棚。水槽棚与岩粉棚的结构与作用相似。
使用水槽棚时,用水量约为每平方米棚面200kg。
——摘自《安全科学技术百科全书》(中国劳动社会保障出版社,2003年6月出版)