煤尘爆炸的预防措施

煤尘爆炸的预防措施（通用8篇）

煤尘爆炸的预防措施 篇1

一、煤尘爆炸的特征

1、形成高温、高压、冲击波煤尘

爆炸火焰温度为1600-1900℃, 爆源的温度达到2000℃以上, 这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。

在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736KPa, 但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物, 压力将进一步增加, 尤其是连续爆炸时, 后一欠爆炸的理论压力将是前一次的5-7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/s, 冲击波速度为2340m/s。

2、煤尘爆炸具有连续性。

由于煤尘爆炸具有很高的冲击波速, 能将巷道中落尘扬起, 甚至使煤体破碎形成新的煤尘, 导致新的爆炸, 有时可如此反复多次, 形成连续爆炸, 这是煤尘爆炸的重要特征。

3、煤尘爆炸的感应期。

煤尘爆炸有一个感应期, 即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验, 煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量, 一般为40%-280ms, 挥发分越高, 感应期越短。

4、挥发分减少或形成“粘焦”煤

尘爆炸时, 参与反应的挥发分约占煤尘挥分含量的40%-70%, 致使煤尘挥发分减少, 根据这一特征, 可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。对于气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤的煤尘, 一旦发生爆炸, 一部分煤尘会被焦化, 粘结在一起, 沉积于支架的巷道壁上, 形成煤尘爆炸所特有的产物——焦炭皮渣或粘块, 统称“粘焦”“粘焦”也是判断井下发生爆炸事故时是否有煤尘参与的重要标志。

4、产生大量的CO煤尘爆炸时产生的CO, 在灾区气体中浓度可达2%-3%, 甚至高达到8%左右, 爆炸事故中受害者的大多数 (70%-80%) 是由于CO中毒造成的。

二、预防煤尘爆炸的措施

根据《煤矿安全规程》中预防煤尘爆炸的有关规定, 预防煤尘爆炸可采取防尘、防止煤尘引燃和限制爆炸范围等措施。

1、防尘措施

减少煤尘发生量和浮尘量是防尘措施中最积极的办法, 具体措施有通风除尘;消除落尘;湿式作业;密闭抽尘;喷雾洒水;个体防护;净化风流;煤层及采空区注水湿润煤体等。

2、防止煤尘引燃和爆炸措施

放炮产生的火源、电气火花、局部地点的火灾或沼气爆炸、金属摩擦热或碰撞火花等, 都可以引起煤尘爆炸事故。引起煤尘爆炸的常见原因有:

(1) 使用非煤矿安全炸药在煤层中放炮, 放炮的火焰把爆破后扬起的煤尘点燃引爆。

(2) 放炮时违章操作 (如不掏净炮眼内的煤粉、不填或少填炮泥、用炮纸和煤粉代替炮泥、放炮前不洒水等) , 出现明火, 将煤尘引爆。

(3) 不适当地使用毫秒雷管, 或在煤层中使用段发雷管, 使后起爆的炸药产生的火焰点燃先前起爆形成的高浓度煤尘和沼气。

(4) 在煤层中放连珠炮, 用多根放炮导线连续放炮。

(5) 在有煤尘沉积的地方放明炮, 或在煤仓中放炮处理堵仓。

(6) 倾斜井巷中跑车, 矿车和轨道的摩擦热或碰撞火花点燃被扬起的煤尘。

(7) 局部火灾或沼气爆炸点燃被扬起的煤尘等。

3、限制煤尘爆炸的技术措施

限制煤尘爆炸的主要技术措施是使已沉落在巷道周壁和支架上的煤尘失去爆炸性, 以及当局部发生煤尘爆炸后, 用事先准备好的手段, 将煤尘爆炸局限在较小的范围内, 阻止其继续传播和发展, 减少其造成的损失。

(1) 岩粉棚隔爆:岩粉棚是由安装在巷道中靠近顶板处的若干块木制岩粉台板组成, 每块台板上放置一定数量的不燃性岩粉。当出现煤尘爆炸时, 冲击波将岩粉台板震翻, 板上的岩粉弥漫巷道。由于岩粉大量吸热而隔断火焰, 阻止爆炸的传播。但岩粉必须是, 可燃物含量不超过5%;游离二氧化硅含量不超过5%;不含有毒有害物质;吸湿性差;色淡鲜明易辨认, 粒度小。我国常用粘土面岩、石灰石、石膏或白云石等加工破碎制成岩粉。岩粉粒度全部通过50号筛孔, 且其中至少有70%能通过200号筛孔。

岩粉棚上的岩粉量根据巷道净断面积计算, 主要巷道不低于400千克/平方米, 其它巷道不低于200千克/平方米。

(2) 岩粉带隔爆:在巷道撒布岩粉的作用是增加煤尘中的不燃性成分, 使通过岩粉带的爆炸性气体温度降低, 热量消失, 火焰熄灭而失去继续爆炸的能力, 但撒布岩粉的巷道总长度不得小于300米。撒布岩粉后, 应使煤尘与岩粉混合物中不燃物质的最低含量不低于80%。在巷道撒布岩粉时, 所有的顶、帮、底及背板后侧暴露处都应用岩粉覆盖。对巷道中煤尘和岩粉的混合粉尘, 每三个月至少化验1次。

(3) 水槽棚隔爆:水槽棚子是用具有一定强度的硬质易碎聚氯乙稀和聚氨脂泡沫制成。水槽内盛满水置于距顶板100~150毫米处。当井下发生爆炸时, 爆风压力将水槽崩翻并破碎, 水瞬间分散于巷道空间内, 形成水雾。水的比热较岩粉大5倍, 吸热效果好, 有利于消灭火焰, 而阻止煤尘爆炸火焰的传播。

水槽的形状为倒梯形, 容积规格有40升、70升、80升三种。

水槽棚应安设在巷道的直线段, 布置成列。水槽棚总水量应按巷道断面每平方米400升计算。水槽棚中心间距为500~1000毫米。水槽棚的总长度不得小于30米。水槽棚距巷道轨面不得低于1.8米, 距工作面不应小于40米, 也不应大于150米。水槽棚内混入5%的煤尘后即应换水。

煤尘爆炸的预防措施 篇2

一、矿井概况

晴隆县中营镇仁禾煤矿为“三证一照”齐全的生产矿井，设计生产能力30万吨／a，为瓦斯矿井（M04在+1110M水平以上无突出危险性）。井田面积1.357km2,可采煤层11层（M04、M04、M7、M8、M10、M14、M23、M24、M25、M28、M29），平硐、暗斜井开拓，并列式通风。

矿井划分为上、下煤组进行开采，上煤组为4、5、7、8、10、14号煤层，下煤组为23、24、25、28、29号煤层。先采上煤组，后采下煤组。上、下煤组之间采用石门联络，各煤层之间采用正、反石门联络，联合布置，分煤层开采。上煤组划分为一个水平，两个采区进行开采。水平标高+1099m。+1099m标高以上为一采区，+1099m标高以下为二采区；下煤组划分为两个水平，三个采区进行开采。水平标高+1099m、+883m。下煤组+1099m标高以上为三采区，+1099-＋883m标高为四采区，+883m标高以下为五采区；采区分界线以水平标高为界；开采顺序为先采上煤组，后采下煤组；上煤组先采一采区，后采二采区，区段下行式开采。同一区段内先采4号煤层，后采5、7、8、10、14号煤层。

晴隆县中营镇仁禾煤矿构造复杂程度属中等型。晴隆县中营镇仁禾煤矿水文地质条件为中等型。

根据2012年～2014年《矿井瓦斯等级鉴定报告》的批复，晴隆县中营镇仁禾煤矿为瓦斯矿井。

根据煤炭科学研究总院沈阳研究院2012年提供的《晴隆县中营镇仁禾煤矿C4煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》，仁禾煤矿4号煤层在+1110米标高以上无突出危险性。

根据2012年六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2012

年提供的4号煤层自燃倾向性、爆炸性鉴定报告，仁禾煤矿4号煤层自燃倾向性为二类（自燃），4号煤层具有爆炸性。

矿区无冲击地压现象。

本矿属地温正常型矿井。

目前，矿井在设计的一采区进行采掘作业（煤层编号：M04、M05），采掘标高均以+1110ｍ以上。

二、防尘、降尘措施 1．防止煤尘瓦斯爆炸的措施

煤尘瓦斯爆炸主要是指当煤尘、瓦斯达到一定的浓度时，若遇上火源，即可能发生爆炸，因此，防止煤尘、瓦斯爆炸措施，实际上就是降低风流中煤尘、瓦斯浓度，使其达不到爆炸浓度，再一方面就是消除火源。

①通风方面：合理的通风系统，适中的风速。通风既能将涌出的瓦斯稀释排走，又能及时地将空气中的浮尘带走，但需同时保证不会将落尘重新扬起。

②防尘洒水方面：在井下各主要产尘点，设置风流净化水幕、洒水装置、洒水管路等，使煤尘湿润，减少煤尘的飞扬，降低风流中煤尘浓度。

③除尘方面：在掘进工作面采用湿式除尘设备，减少煤尘的产生。④检测方面：本矿配备了适当的粉尘检测设备，应加强对粉尘浓度的检测和采样，一旦发现空气风流中粉尘浓度高时，必须采取相应的降尘措施。

2．对于井巷中积聚的煤尘的防爆措施

1）对煤尘沉积程度较大的巷道，可采取水冲洗的方法，冲洗周期应根据煤尘的沉积强度及煤尘爆炸下限浓度确定：在距离尘源30m的范围内，沉积强度大的地点（如煤仓上下口、转载点、采掘巷道等），应每班或每日冲洗一次；距离尘源较远或沉积强度小的巷道（如主平硐、副平硐、回风平硐，可几天或一天冲洗一次；运输石门、材料石门可半月或一月冲

洗一次；工作面巷道必须每天清扫或清洗，并清除堆积的浮煤。

2）放炮前应对工作面30m范围内的巷道周边进行冲洗。

3）放炮时必须在距离工作面10-15m地点安装气压喷雾器或高压喷雾降尘系统实行放炮喷雾。雾幕应覆盖全断面并在放炮后连续喷雾5min以上，当采用高压喷雾降尘时，喷雾压力不得小于8.0Mpa。

4)巷壁刷浆，用石灰水或水泥石灰水喷洒在巷道周壁，使煤尘固结起来不能飞扬到空气中参与爆炸，巷壁刷浆后，还能改善井下环境，并有利于冲洗煤尘。刷浆用石灰水为生石灰与水按1：1.5（体积比）配制，或以水泥：石灰：水＝1：2：10（体积比）配制成水泥石灰水。刷浆工作一般每半年进行一次。

3.防止浮游煤尘的措施

(1)工作面回采前采取煤壁洒水增加煤层湿润性，减少爆破落煤产尘量；采掘工作面爆破前、后冲洗煤壁，爆破时应喷雾洒水，攉煤时洒水。

(2)井下爆破必须使用水炮泥，并用封泥封堵炮眼，当炮眼深度小于0.6m时严禁装药爆破作业，如有特殊要求需进行浅眼爆破时，必须编制安全措施，并采取相关安全措施后，用封泥封好炮眼进行爆破作业。

(3)井下装卸点、转载点、采面等主要产尘点应采取相应降尘、捕尘措施，避免扬起过量煤尘，形成煤尘雾。

(4)井下所有在用巷道和作业点悬浮煤尘含量必须满足安全要求。4.防止沉积煤尘参与爆炸的措施

(1)对于沉积在巷道中的煤尘，应定期对井巷进行清扫、冲洗和刷浆，并及时清扫运出以减少落尘量。

(2)矿井采掘工作面主要设备应保持无积尘。5．消除爆炸火源的措施

防止出现点火源的原则是：禁止一切非生产火源，对生产中可能产生的火源要严格管理和控制。

（1）防止明火。禁止在井口房、主要通风机房和瓦斯泵房站周围20m内使用明火、吸烟；严禁携带烟草和点火物品下井；井下禁止使用电炉和灯泡取暖；防止煤炭自燃；防止火区复燃等。

（2）防止出现电火花。矿井必须采用矿用防爆型的电气设备；井口和井下设备必须设有防雷电和防短路保护装置；所有电缆接头不准有“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头；不准带电作业；严禁在井下拆开、敲打、撞击矿灯的灯头和灯盒等。

（3）防止出现放炮火花。不准使用变质或不合格的炸药，而必须使用与该矿等级相适应的安全炸药；放炮作业要符合《煤矿安全规程》要求，要使用水炮泥，炮眼封泥要装满填实，防止打筒；禁止裸露爆破；禁止使用明接头或裸露的放炮母线等。

（4）防止撞击摩擦火花。随着机械化程度的提高，机械设备之间的撞击、坚硬顶板冒落时的撞击、金属表面的摩擦等，都有可能产生火花点爆瓦斯。因此要采取各种措施，如利用合金工具、喷水降温等，防止撞击火花产生瓦斯爆炸事故。

（5）防止出现静电火花：高分子聚合材料制品，如风筒、运输胶带等，容易因摩擦而积聚静电，当其静电放电时，可能引燃瓦斯、煤尘或发生火灾。因此井下应采用无静电、难燃的聚合材料制品，其内、外两层表面电阻都必须不大于3×108Ω，并应在使用过程中保持此值。

（6）防止切割摩擦火花。

井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊接等工作。如果必须在主要进风井巷和井口房内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作，每次必须制定安全措施，并遵守下列规定：

①指定专人在场检查和监督。

②电焊、气焊和喷灯焊接等工作地点的前后两端各10m的井巷范围内，应是不燃性材料支护，并应有供水管路，有专人负责喷水。上述工作

地点应至少备有2个灭火器。

③在井口房、井筒和倾斜巷道内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作时，必须在工作地点的下方用不燃性材料设施接受火星。

④电焊、气焊和喷灯焊接等工作地点的风流中，瓦斯浓度不得超过0.5％，只有在检查证明作业地点附近20m范围内巷道顶部和支护背板后无瓦斯积存时，方可进行作业。

⑤电焊、气焊和喷灯焊接等工作完毕后，工作地点应再次用水喷洒，并应有专人在工作地点检查1h，发现异状，立即处理。

⑥在有煤（岩）与瓦斯突出危险的矿井中进行电焊、气焊和喷灯焊接时，必须停止突出危险区内的一切工作。

煤层中未采用砌碹或喷浆封闭的主要硐室和主要进风大巷中，不得进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作。

（7）防止其他火源出现。要防止地面的闪电或其他突发的电流可能通过管道传到井下而引爆瓦斯。

（8）防止自燃发火，在井下建立防火观测站、采掘工作面安装监测监控系统并配备CO、温度传感器，根据本矿实际情况，因采用灌浆防灭火经济上不合理，技术上不可行，所以，本矿以喷洒阻化剂为主的防灭火措施。回采工作面开采完毕后及时封闭等技术措施。

（9）防止自燃发火的措施

1）本矿采用走向长壁采煤法，工作面进回风巷沿煤层走向布置，回采率高，巷道布置简单，有较好的防火性。

2)回采巷道巷采用不燃性的锚网支护，每个工作面必须随时提高警惕，开采时，要注意观察，加强自燃征兆的早期识别工作，发现可疑时及时采取措施，每个工作面回采结束后45天内进行采空区及巷道密闭。

容易自燃煤层必须采用不燃性材料支护，在煤层暴露地点进行喷浆，使之隔绝空气，防止氧化。

3)本矿采空区处理采用全部陷落法。4)控制矿山压力，减少煤柱破裂。

5）采掘工作面作业规程中应有防止自燃发火的措施，并按措施执行。6）按作业规程要求向采煤工作面供风，定期进行测定和调节工作面风量，防止因风量过大造成采空区漏风。

7）提高回采工作面煤炭回采率，减少采空区的可燃物。

8）采煤工作面初采、收尾时，必须采取措施，使开采线、停采线的顶板冒落严实。

9）减少向采空区的供氧量，及时封闭通向采空区的巷道。6）通风设施的位置选择必须合理，防止出现漏风，有利于预防自燃发火。

10）为了提高防火墙、密闭墙的严密性，必须进行掏槽和用不燃性材料构筑，使其起到有效的作用。

11）施工防火墙时，必须留有观测孔和措施孔，以便于观测密闭内的气体成份和气温，了解其变化情况。

12）按照监测制度每七天检查一次封闭区，每天检查回采工作面上隅角、下隅角的气温、水温、气体浓度，若发现CO、水温增加，氧气浓度降低或出现其它异常现象，立即向矿总工程师汇报，进行处理

13）在自燃煤层中布置煤巷要按煤层厚度、巷道用途、服务期限、顶底板岩石性质合理确定。煤巷间的煤柱尺寸应合理选择（中厚煤层8～10m）。

14）皮带运输巷和回风巷必须进行喷浆封闭巷壁，杜绝因煤壁裂隙漏风而发火。

15）对工作面上隅角和其它温度变化异常的地点要建立自然发火观测站，加强预测预报工作，并将结果报矿总工程师审阅。

16）不得任意留设设计外煤柱。若采煤工作面留顶煤开采时，必须制

定专项防灭火措施，并严格执行。

17）建立并完善束管监测系统。18）加强外因火灾的防止措施。

三、井下电气设备及保护 1.井下电气设备的选择

根据矿井开采技术条件及《煤矿安全规程》第444条规定，高低压电机和电气设备、照明灯具、通信、自动化装置和仪表、仪器均选用矿用防爆型，并且矿井井下所有电气设备“两证一标志”（产品合格证、防爆合格证、安全标志）必须齐全。

2.电缆的选择

（1）在进风井、井底车场及其附近、采区变电所至井底车场之间及其他地点必须采用铜芯电缆。

（2）固定敷设的低压电缆，应采用MVV铠装或非铠装电缆或对应电压等级的移动橡套软电缆。

（3）非固定敷设的高低压电缆，必须采用符合MT818标准的橡套软电缆。移动式和手持式电气设备应使用专用橡套电缆。

（4）照明、通信、信号和控制用的电缆，应采用铠装或非铠装通信电缆、橡套电缆或MVV型塑力缆。

3.井下电气保护的选择

1）井下所用电气设备必须符合《煤矿安全规程》规定的要求。井下防爆电气设备的安装、运行、维护和修理工作，要符合防爆性能的各项技术要求。井下供电做到: 无鸡爪子、无羊尾巴，无明接头；有过电流和漏电保护，有接地装置；电缆悬挂整齐，设备硐室清洁整齐。

2）井下馈电线上应装设短路、过负荷和漏电保护装置，以防止井下电气着火事故的发生。电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单向断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。

3）井下配电网均设短路、过流装置，采用该配电网的最大三相短路电流校验开关的分断能力和动、热稳定性及电缆的热稳定性。

4）保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够起动，采用两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。

5）定期对井下使用中的防爆电气设备的防爆性检查、配电系统继电保护装置检查与调整、对井下电缆的发热情况检查与调整、固定敷设电缆的绝缘和外部检查、接地电网接地电阻测定、新安装的电气设备绝缘电阻和接地电阻的测定。若发现有不符合要求的应及时进行更换或调整。

6）对容易碰到的、裸露的带电体及机械外露的转动和传动部分必须加装护罩或遮栏等防护设施。

7）井下设有完整的接地系统，电气设备的金属外壳和构架必须进行保护接地，接地网任一保护接地点测得的接地电阻值不超过2Ω，每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的接地线的电阻值，不得超过1Ω。局部接地极、辅助接地极及其连接母线，均按规程规范要求和设计文件要求安装敷设和运行管理。

在井下主、副水仓内各埋设一块主接地极，井下机电硐室、运输巷、掘进头等配电点各设一块局部接地极，所有电气设备的金属外壳均采用电力电缆的铠装层及橡套电缆的接地芯线作为系统接地线，将所有电气设备与接地极作可靠的电气联结，接地网上任一保护点测得的接地电阻不得大于2Ω。

4.井下电气设备和测量仪器仪表检修、操作要求

1）井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯，在其巷道风流中瓦斯浓度低于0.8%时，再用与电源电压相适应的验电笔检验；检验无电后，方可进行导体对地放电。控制设备内部安有放电装置的，不受此限。所有开关的闭锁装置必须能可

靠地防止擅自送电，防止擅自开盖操作，开关把手在切断电源时必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电。

2）操作井下电气设备应遵守下列规定

(1)非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备。

(2)操作高压电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套，并穿电工绝缘靴或站在绝缘台上。

(3)手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分必须有良好绝缘。

四、撒布岩粉

巷道内设置了隔爆棚，也应按下列规定撒布岩粉：

1、巷道的所有表面，包括顶、帮、底以及背板后暴露处都应用岩粉覆盖；

2、巷道内煤尘和岩粉的混合粉尘中不燃物质组分不得低于60%，如果巷道中含有0.5%以上的甲烷，则混合粉尘中不燃物质组分不得低于90%；

3、撒布岩粉巷道长度，不得小于300m，如果巷道长度低于300m时，全部巷道都应撒布岩粉；

4、岩粉撒布周期按下式计算：

TW30/1.005=30（d）P式中：

T—岩粉撒布周期，d； W—煤尘爆炸下限浓度，g/m²； P—煤尘的沉降速度，g/m³d；

5、岩粉（包括岩粉棚的岩粉）的质量，应符合以下规定：

①可燃物的含不度不超过5%； ②游离二氧化硅的含量不超过10%； ③不含任何有害或有毒的混合物；

④岩粉的颗粒度必须全部通过50目筛（小于0.3mm），其中70%通过200目筛（小于0.075mm），一般采用石灰石岩粉；

6、撒布岩粉的巷道，应遵守下列规定定期进行检查：

①在离采、掘工作面300m以内的巷道每月取样一次，300m以外的巷道每两个月取样一次；

②每隔300m为一个采样段，每段内设5个采样带，间隔约50m，每个采样带在巷道两帮顶底板周边采样，取样带宽0.2m；

③将每个取样带内的全部粉尘分别收集起来，除去大于1mm粒径的粉尘；

④化验室应及时将分析结果报矿总工程师，如果不燃组分低于规定，则巷道应重新撒布岩粉。

7、撒布岩粉的具体巷道

岩粉撒布范围主要有：容易积尘的巷道（采掘回风巷、运输巷、回风平硐暗斜井、副平硐暗斜井、回风石门、运输下山、主平硐）、硐室（采区变电所、绞车房）、密闭（包括回采巷道临时密）前后5m范围内，煤仓口、溜煤眼口附近。

8、撒布岩粉的安全措施

（1）定期向巷道周边撒布惰性岩粉，用它覆盖沉积在巷道周边上的沉积煤尘。岩粉层在巷道风速很低时，它的粘滞性起到了阻碍沉积煤尘重新飞扬的作用。但是，岩粉的防爆作用只有在煤尘中达到一定比例时，才能有效地发挥。随着煤尘产生量和煤尘沉积强度的增大，需频繁重复洒布。

（2）在矿井的两翼，相邻采区和相邻的煤层都必须用岩粉棚隔开。岩粉受潮不易飞扬时需更换，落入的煤尘要经常检查和清除。

（3）撒布岩粉前，应先编制安全措施，明确撒布岩粉的时间，地点和人员。

（4）撒布岩粉前，需撤离下风向人员或采取人员、设备防尘措施，并关闭设备电源。

（5）撒布岩粉前，需检查撒布岩粉地点支护是否完好，是否有淋水，并采取防倒、防人员误入撒布区的措施。

（6）撒布岩粉时，人员必须站在风流上方。

（7）撒布岩粉时，人员必须戴好防尘口罩、眼镜和手套。

四、隔爆水棚

隔爆措施是防止爆炸由局部扩大为全矿性的灾难所采取的措施，使灾害损失减至最小。隔绝煤尘和煤尘爆炸传播可采用喷雾洒水、撒布岩粉、隔爆棚(水棚、岩粉棚)等措施。

根据六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2012年4月提供的《晴隆县仁禾煤矿煤尘爆炸危险性鉴定报告》，4#煤层有煤尘爆炸危险性。仁禾煤矿按煤尘有爆炸危险性的矿井设计管理。

采用喷雾洒水和设置隔爆水棚的措施作为预防和隔绝煤尘爆炸和瓦斯爆炸的措施。

每周至少检查1次煤尘隔爆设施的安装地点、数量、水量或岩粉量及安装质量是否符合要求。

1、喷雾洒水

喷雾洒水作为隔绝煤尘爆炸传播措施时，必须遵守下列规定： 1）喷雾洒水巷道的总长度不得小于200m。如果巷道长度小于200m时，全部巷道都应喷雾洒水；

本矿井工作面运输、回风巷均大于200m，故本矿在工作面的运输及回风巷喷雾洒水巷道的总长度不得小于200m。另外其他巷道以及掘进巷道如果低于200m时，则需全长洒水。

2）在喷雾洒水的巷道内，必须随时保证煤尘中水分大于33%（水分大于12%时，可防止煤尘起爆）。

按保护的范围隔爆水棚分为：主要隔爆棚（水槽棚）和辅助隔爆棚（水袋棚）两类。

水槽由改性聚氯乙烯制成呈倒梯形形状，外型为半透明的槽体。质硬、易碎。井下一旦发生爆炸，爆风将水槽击碎崩翻，水雾沿巷道方向形成一道屏障，起到阻隔、熄灭火焰，防止爆炸传播。因水的比热比岩粉大5倍，消焰效果好。半透明槽体能直接观察槽内水位，便于维护管理。

水袋棚是一种经济可行的辅助性隔爆设施，对水袋作为盛水容器的材料，必须能经受水的长期浸泡，材质不腐烂和机械强度不下降，且具有阻燃和抗静电性能。其原理和水槽棚相同，水袋外形呈园弧形，通过四个金属吊环用挂勾吊挂，吊勾角度600左右。

本矿只设置隔爆水袋棚。

2、水棚的结构与选型

隔爆水棚由水袋棚组成，选用60L和40L两种塑料水袋。60L塑料水袋型号为GBSD-60，水袋长×宽×高＝900×400×250mm；40L塑料水袋型号为GBSD-40，水袋长×宽×高＝600×400×250mm。

3、水棚的布置 1）布置原则

水棚按隔绝煤尘爆炸的保护范围，可分为主要隔爆棚和辅助隔爆棚，由40L及小于40L的水袋所组成的水袋棚不得作主要隔爆棚。

A、主要隔爆水棚应在下列地点布置

①矿井与井筒相连通的主要运输巷和回风巷； ②相邻两采区之间的运输巷和回风巷； B、辅助隔爆水棚应在下列地点布置 ①采煤工作面进风巷和回风巷；

②采区内的煤及半煤岩掘进巷；

③采用独立回风，并有煤尘爆炸危险的其它巷道。2）布置方式

本矿采用集中式布置方式，集中式水袋棚位于一段巷道里，两排水袋架之间的净距离不大于3m。对隔爆水棚架设，要求水棚应设置在直线巷道段，水棚安设前后各20m的巷道断面应一致。

(1)水袋棚应设置在直线巷道内；

(2)水袋棚与巷道叉交口，转弯处的距离应保持50-75m，与风门的距离须大于25m；

(3)第一排集中水棚与工作面的距离必须保持60-200m，第一排分散式水棚与工作面的距离必须保持30-60m；

(4)在应设辅助隔爆水棚的巷道应设多组水棚，每组间距不大于200m；

(5)集中式水棚排间距离为1.2-3.0m，分散式分棚沿巷道分散布置，两个水袋组的间距为10-30m；

(6)集中式主要水棚的棚区长度不小于30m，集中式辅助棚区长度不小于20m，辅助棚的棚区长度不小于20m。

（7）水棚距巷道轨面不应小于1.8m，应操持统一高度，需要挑顶时，水棚区内巷道断面与其前后各20m长的巷道断面一致。

（8）吊挂水袋，挂勾位置要对正，每对挂钩方向要相向布置，挂钩为直径4—8mm的圆钢，挂钩角度为60±5度，弯钩长度25mm。

3）布置地点的确定

根据以上布置原则，主要水棚设置地点：各区段运输石门、材料斜巷、回风平硐暗斜井。

辅助水袋棚设置地点：10403运输巷、10403回风巷、10404回风巷掘进工作面回风流、10501运输巷掘进工作面回风流、+1098回风平巷掘

煤尘爆炸的预防措施 篇3

郑州矿区位于河南省中西部, 是我国重要的产煤基地之一, 主采煤层均是山西组二1煤, 属三软不稳定煤层。受构造运动的影响, 二1煤煤体结构遭到严重破坏, 属于Ⅳ—Ⅴ构造煤, 同时, 变质程度也有一定的差别, 以致于矿区各煤田煤尘爆炸危险性系数不同。通过研究荥巩、登封、新密3个煤田的煤尘爆炸性, 可为矿区煤尘爆炸防治工作奠定基础。

1 煤尘爆炸的机理分析

研究表明:煤尘爆炸是由煤尘粒子表面与氧发生反应所引起的, 煤尘爆炸是介于气体爆炸和炸药爆炸二者中间的一种状态, 煤尘爆炸实质上是气体爆炸。煤是可燃物质, 由于煤尘的表面积增加, 受热时会吸收更多热量, 在较低温度时, 就能放出大量可燃气体聚集在煤尘的周围。如果这时氧化反应放出的热量能够有效地传播给附近的煤尘, 这些煤尘也就会迅速受热分解, 跟着燃烧起来。如果氧化生成的热量很快被周围的介质所吸收, 氧化反应就不能扩大, 也就不能发展成为爆炸。反之, 氧化反应就会越来越快, 温度也越来越高, 活化中心越来越多, 达到一定程度时, 便能发展成为剧烈的爆炸[4]。

2 郑州矿区煤尘爆炸性鉴定分析

勘探阶段对煤尘的爆炸性已有鉴定结果, 为了进一步掌握煤尘爆炸性特点, 生产中对矿区内3个煤田又进行了多次鉴定, 鉴定结果见表1。

为便于对比分析, 表1中列举了煤田中部分矿井数据进行比较。根据分析, 有以下特点: (1) 荥巩煤田水分和灰分在3个煤田中最高, 挥发分最低, 变质程度最高, 火焰长度为零, 煤尘无爆炸危险性。 (2) 登封煤田和新密煤田煤尘都有爆炸性, 其中, 新密煤田爆炸性较弱。煤质特点是新密煤田水分、灰分和挥发分均较低, 变质程度较高。

3 影响煤尘爆炸性因素分析

影响煤尘爆炸性因素较多, 包括内因和外因。其中, 外因有瓦斯浓度、空气含氧浓度及引爆热源温度等, 内因有煤的变质程度、煤质以及煤体结构等。以下主要阐述内因对煤尘爆炸性的影响。

3.1 煤尘爆炸性与煤种、灰分的关系

(1) 煤尘爆炸性与煤种的关系。煤尘爆炸性与煤种的关系, 实际上是爆炸性与煤的变质程度关系。荥巩煤田二1煤变质阶段为Ⅶ, 属高变质无烟煤 (WY-2) ;新密煤田以贫煤为主, 无烟煤次之, 变质阶段为Ⅵ、Ⅶ[5];登封煤田变质阶段为Ⅵ, 属贫煤 (PM) [6]。一般说来, 煤尘的可燃挥发分含量越高, 爆炸性越强, 即煤化作用程度低的煤, 其煤尘爆炸性强, 随煤化作用程度的增高爆炸性减弱。郑州矿区煤尘爆炸性也符合这一规律。

(2) 煤尘爆炸性与灰分的关系。研究表明, 灰分对煤尘爆炸性具有抑制作用, 灰分越大, 煤尘爆炸性越弱。另外, 煤的灰分对爆炸性的影响还与挥发分有关。挥发分小于15%的煤尘, 灰分的影响比较显著, 如登封矿区新兴矿和金鑫矿, 两对矿井煤的挥发分相差不多, 灰分相差1倍, 灰分高的火焰长度明显小得多;当挥发分大于15%时, 灰分对煤尘的爆炸性几乎没有影响。

3.2 煤尘爆炸性与煤体结构的关系

煤体结构对煤尘爆炸的影响主要是:煤体破坏程度越严重, 煤的强度就越小, 开采时就越易碎裂产生煤尘, 极易引起爆炸。郑州矿区地处豫西, 二1煤为全层构造煤, 煤的坚固性系数一般小于0.2[7]。二1煤层均受到滑动构造的影响, 煤体结构遭到严重破坏。因此, 在其他条件相同或相似时, 破坏类型高的煤具有较强的爆炸性。煤的破坏程度也表现在煤的自然粒级, 自然粒级的大小又与产生的煤尘粒度有很大关系。煤尘粒度不同, 爆炸性也不同, 一般来说, 粒径1 mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸, 且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加, 75μm以下煤尘特别是30~75μm的煤尘爆炸性最强。

表2为郑州矿区登封、荥巩和新密3个煤田细粒级煤所占比例, 在小于0.5 mm粒级的煤中, 荥巩煤田最小, 其次是新密煤田, 登封煤田最大, 而且都远大于另外2个其他矿区煤的粒级, 说明研究区生产中更易产生细小煤尘, 增大了煤尘爆炸危险系数。事实上, 矿区内煤粒级分布特点也与煤尘爆炸性相一致。

注:据苏现波等, 1999年。

4 煤尘爆炸的防治措施

到目前为止, 郑煤集团公司生产中并未发生过煤尘爆炸事故。但根据测试结果分析知, 矿区内除荥巩煤田所属矿井无煤尘爆炸性外, 其他煤田均有爆炸性。为防范于未然, 生产中现对有煤尘爆炸矿井提出了明确要求, 取得了较好的效果。具体防治措施有: (1) 综合防尘安全措施。如洒水喷雾、湿式钻进、水炮泥爆破、个体防尘、积尘清运等。 (2) 防止火源引燃煤尘措施。如放炮火源、擦碰火源、电气火源和静电火源等。 (3) 隔爆安全技术措施。

5 结论

(1) 郑州矿区荥巩煤田无煤尘爆炸性, 登封煤田和新密煤田有煤尘爆炸性。

(2) 煤尘爆炸性主要受煤变质程度和破坏程度的影响, 变质程度越高, 爆炸性越小;破坏程度越高, 爆炸性越大。

(3) 煤矿生产中, 煤尘的产生难以避免, 但煤尘爆炸是可以控制的。通过采取综合防尘、阻燃、隔爆等技术措施, 可有效保障矿井安全生产。

摘要：为查明矿区煤尘爆炸危险性, 保障矿区的安全生产, 利用大管状煤尘爆炸性鉴定系统, 对郑州矿区煤尘爆炸性进行了试验研究。结果表明, 郑州矿区荥巩煤田无煤尘爆炸性, 登封、新密煤田有煤尘爆炸性。根据分析, 影响煤尘爆炸的主要原因是煤的变质程度、煤质以及煤体结构等因素。采取防尘隔爆等防治措施, 可以提高矿井的安全生产系数, 将煤尘爆炸的危险性降至最低。

关键词：煤尘爆炸,煤种,灰分,煤体结构

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[5]崔金池, 李占明, 赵定有.河南省新密煤田东部二1煤层煤质探析[J].价值工程, 2011, 30 (23) :37.

[6]刁良勋.荥巩煤田与登封煤田二1煤层瓦斯地质特征对比研究[J].煤炭工程, 2007 (7) :71-73.

煤矿瓦斯煤尘爆炸原因和防治对策 篇4

瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要，当发现瓦斯异常或有火源产生，立即采取措施可防止爆炸事故的发生。我国在矿井安全(包括瓦斯、co、氧气、风速、温度、烟雾等)监测技术及装备方面，开发了kj90.kj54,kj66,kj95,kj92等型号的矿井综合监控系统，以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。我国已有300多个矿井安装了矿井安全综合监控系统，这

些监控系统具有以下功能：1.矿井环境和工况参数实时监控；2.瓦斯、煤尘爆炸或燃烧实时监测；3.煤与瓦斯突出实时监测；4.瓦斯抽放实时监控；5.煤层自然发火实时监测；6.大巷火灾实时监测；7.冲击地压实时监测；8.主通风机在线监测；9.电网监测等多项功能。监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平，防止了许多事故的发生。

2.1.3火源防治

煤矿井下的爆破火焰、电气火花、摩擦火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施，除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外，还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现，如放炮时检测瓦斯浓度，采用风-电闭锁、瓦斯-电闭锁等措施。

2.1.4煤尘的治理

《煤矿安全规程》中规定了应清扫或冲洗沉积煤尘，定期撒布岩粉，而实际上许多煤矿未严格按规定执行，特别是岩粉在我国几乎没有使用。煤尘不仅造成环境污染，有爆炸性煤尘还能传爆。喷雾洒水是治理煤尘的有效措施，但对喷雾洒水的区段长度、水量和周期等技术参数还应进一步研究，使其既起到防爆作用，又节省安全投入和便于管理

2.2.1隔抑爆装置现状及特点

隔抑爆装置是控制瓦斯煤尘爆炸的最后一道屏障，在“六·五”至“九·五”期间，煤炭科学研究总院重庆分院先后研制了多种隔抑爆装置，主要包括6种被动式隔爆棚和3种自动抑爆装置，见表2所示.(1)被动式隔爆棚

隔爆水槽棚和隔爆水袋棚的研究成功使煤矿隔爆措施从无到有，这两种隔爆棚因成本低、安全方便而得到广泛推广使用，其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。防潮岩粉棚解决了原普通岩粉棚的岩粉易受潮的缺点，其岩粉的有效期能达16个月，安装方式与隔爆水槽棚类似；XGS型隔爆棚解决了隔爆水袋槽棚在斜巷、不规则巷道、变形严重巷道中安装困难的问题，且突破了被动式隔爆棚安装距爆源不得小于60m的界限，可安装在距爆源40m处；KYG型快速移动式隔爆棚采用组合式吊挂棚架，棚架中安装放水型泡沫隔爆水槽，拆卸、移动和安装快速方便。

(2)自动抑爆装置

煤尘爆炸特征参数影响因素研究 篇5

在采矿业中, 煤尘爆炸事故频出。1949年以来, 中国共发生24起死亡人数超过100人的煤矿事故, 其中12起爆炸事故有煤尘参与, 9起爆炸事故有瓦斯和煤尘共同参与。

煤尘爆炸的发生必须满足3个条件:煤尘本身具有可燃烧性;煤尘粒径大小和空间分布满足一定要求;有点火源。张奇等对煤尘爆炸的相关研究方法、装置、点火系统、压力发展过程以及爆炸的预防和控制做了详细介绍[1]。Chapman和Wheeler进行了管道内火焰传播试验, 发现火焰不断加速的现象及存在障碍物情况下管道内火焰传播速度和爆炸压力增大的现象[2]。司荣军在大型实验巷道内研究了瓦斯-煤尘混合爆炸时火焰及冲击波的传播特性[3]。杨书召利用爆炸实验管道进行了管道和巷道内煤尘爆炸传播特性的物理对比实验, 得出不同尺寸巷道内煤尘爆炸存在尺度效应的结论[4]。蔡周全等在大型模拟实验巷道内对瓦斯-煤尘爆炸过程中冲击波的能量、传播速度、衰减规律及其灾害波及范围进行了研究[5]。曹卫国等对煤尘爆炸的最低引燃温度进行了研究, 获得了不同条件下煤尘的最低引燃温度[6]。李庆钊等对不同煤质煤尘及煤尘-瓦斯混合物的爆炸特性进行了研究, 获得了不同条件下的煤尘爆炸特征参数[7]。周同龄利用长12m、截面为80mm×80mm的方管对瓦斯-煤尘混合爆炸火焰流场进行了实验观测, 通过理论分析验证了气-粒两相爆炸火焰高内聚力的存在[8]。李元等对瓦斯-煤尘混合物爆炸初始压力进行了研究, 得出不同煤质和点火能量对初始压力的影响[9]。刘贞堂对瓦斯-煤尘混合爆炸后的气固残留物进行了研究, 得出了不同煤尘含量下残留物成分的变化趋势[10]。

目前针对煤尘爆炸机理及爆炸特征参数的研究较多, 但对爆炸特征参数影响因素的研究不足。本文采用20L球形爆炸装置研究了煤尘浓度、粒径、点火能量等对煤尘爆炸特征参数的影响。

1 实验系统

实验系统采用标准20L球形爆炸装置, 由装置本体、喷粉装置、点火系统、爆炸控制系统、数据采集系统组成, 如图1所示。该装置可用于测试煤尘的爆炸极限 (下限) 、爆炸最大压力、爆炸最大压力上升速率和极限氧体积分数, 也可用于测试煤尘是否具有爆炸性。

2 实验样品

根据MT/T 934—2005《煤矿许用炸药煤尘———可燃气安全度试验方法及判定》, 实验所选用的煤尘粒径分别为>150, 48~75, 38~48, <25μm。煤尘均在实验前置于50℃恒温干燥箱中干燥24h以上, 实验室环境湿度<0.001%。

实验主要通过改变煤尘浓度、粒径以及点火能量, 分析爆炸最大压力及其上升速率的变化规律, 研究煤尘浓度、粒径以及点火能量对煤尘爆炸特征参数的影响。点火能量分别为5, 8, 10, 15kJ。

3 实验结果及分析

3.1 煤尘浓度对爆炸特征参数的影响

为了研究不同煤尘浓度对爆炸特征参数的影响, 在点火能量为10kJ条件下, 分别加入浓度为100, 300, 400, 450, 480, 600, 800g/m3的煤尘进行爆炸实验, 结果如图2所示。

从图2可看出, 随着煤尘浓度的增加, 爆炸最大压力及其上升速率的变化趋势是一致的, 均为先增大后减小。以煤尘粒径<25μm的情况为例, 煤尘浓度为100g/m3时测得爆炸最大压力为0.6MPa, 爆炸最大压力上升速率为13.67 MPa/s;煤尘浓度增大到480g/m3时, 测得爆炸最大压力上升为0.94 MPa, 爆炸最大压力上升速率为28.79MPa/s;煤尘浓度增大到800g/m3时, 测得爆炸最大压力下降为0.76 MPa, 爆炸最大压力上升速率为27.33 MPa/s。在煤尘粒径<25μm情况下, 爆炸最大压力及其上升速率在煤尘浓度为480g/m3时测得最大值。在煤尘粒径>150μm情况下, 爆炸最大压力在煤尘浓度为400g/m3时测得最大值, 为0.78 MPa, 爆炸最大压力上升速率在煤尘浓度为450g/m3时测得最大值, 为21.43 MPa/s。

根据煤尘爆炸相关理论[11,12], 分布在密闭空间的煤尘吸收一定的热量后分解、挥发, 挥发出的气体和空气形成可燃混合气体, 在此基础上才会发生燃烧和爆炸。当爆炸空间一定时, 改变煤尘浓度首先会引起单个煤尘粒子吸收的点火能量发生变化, 煤尘粒子的热分解反应速率也会不同;其次在氧含量一定的情况下, 每个粒子所得到的氧含量也会不同。因此存在一个最佳的煤尘浓度, 在该煤尘浓度下, 单位空间内粒子数和点火能量以及空间内氧含量达到最佳匹配, 从而产生最大的爆炸强度。

煤尘浓度的增加会造成剩余的未反应的煤尘颗粒大量增加。在爆炸过程中, 这些煤尘颗粒通过吸热、碰撞以及气固两相间能量交换等方式, 大量损耗爆炸反应产生的能量, 导致爆炸最大压力及其上升速率随煤尘浓度的增加而逐渐下降。

3.2 煤尘粒径对爆炸特征参数的影响

为了研究不同煤尘粒径对爆炸特征参数的影响, 在点火能量为10kJ, 煤尘浓度分别为100, 450, 600g/m3条件下, 分别加入粒径>150, 48~75, 38~48, <25μm的煤尘进行爆炸实验, 结果如图3所示。

从图3可看出, 在确定的煤尘浓度条件下, 煤尘粒径对爆炸最大压力的影响较为明显。在煤尘浓度为450g/m3情况下, 爆炸最大压力由煤尘粒径>150μm时的0.76 MPa增大到煤尘粒径<25μm时的0.91MPa;在煤尘浓度为600g/m3情况下, 煤尘粒径<25μm时的爆炸最大压力比煤尘粒径>150μm时大0.13MPa;煤尘浓度为100g/m3情况下, 爆炸最大压力并没有随煤尘粒径的减小而单调增加, 煤尘粒径<25μm时的爆炸最大压力较煤尘粒径为38~48μm时减小了0.01 MPa。

在煤尘浓度一定的条件下, 爆炸压力上升速率随煤尘粒径的减小明显增大。煤尘浓度为100g/m3时, 爆炸最大压力上升速率由煤尘粒径>150μm时的7.32 MPa/s增大到煤尘粒径<25μm时的13.67 MPa/s。煤尘浓度为600g/m3时, 爆炸最大压力上升速率由粒径>150μm时的25.4 MPa/s增大到煤尘粒径<25μm时的41.32 MPa/s。

随着煤尘粒径的减小, 同质量条件下煤尘的比表面积呈指数增加。一定浓度的煤尘分布在腔体内, 可以充分利用点火能量加速粒子的分解, 挥发出可燃气体, 而较大的比表面积与氧气接触更充分, 所以当煤尘粒径减小时爆炸最大压力会增大, 爆炸最大压力上升速率也逐渐升高。由煤尘爆炸机理[13]可知, 粒径越小的煤尘越容易挥发出可燃气体, 但当粒径小到一定程度时, 由于爆炸前煤尘的处理过程 (煤尘的保存、过筛、恒温干燥处理等) 造成煤尘氧化、挥发分大量逸散等, 煤尘中残留了大量的可抑制爆炸传播的灰分, 导致煤尘浓度较低时, 粒径小的煤尘其爆炸最大压力反而降低。

3.3 点火能量对爆炸特征参数的影响

采用浓度为450g/m3, 粒径分别为38~48, 48~75μm的煤尘, 用不同能量的点火头引爆煤尘, 实验结果如图4所示。

从图4可看出, 随着点火能量的增大, 煤尘爆炸最大压力及其上升速率都呈现逐渐增大的趋势。在煤尘粒径及浓度一定的情况下, 增大点火能量即增大了每个煤尘粒子吸收的热量, 加速了煤尘粒子的分解、挥发。释放出的大量可燃气体与空气形成可燃混合气体并发生气相反应, 反应热引燃混合气体。点火能量越大, 挥发出的可燃气体越多, 气相反应越剧烈, 测得的爆炸最大压力及其上升速率越大。

4 结论

(1) 在煤尘粒径一定的条件下, 随着煤尘浓度的增大, 爆炸最大压力及其上升速率先增大后减小。煤尘浓度在400~480g/m3范围内可测得爆炸最大压力及其上升速率的最大值。

(2) 在煤尘浓度一定的情况下, 随着煤尘粒径的减小, 爆炸最大压力上升速率逐渐升高。煤尘浓度为100g/m3时, 随着煤尘粒径的减小, 爆炸最大压力先逐渐增大, 当煤尘粒径<25μm时, 爆炸最大压力比煤尘粒径为38~48μm时低, 表明存在一个最佳粒径范围, 该范围内爆炸最大压力及其上升速率达到最大值。

煤尘爆炸的预防措施 篇6

1.1 由瓦斯引发爆炸事故的可能性

根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定, 各工作面和各回风巷的瓦斯浓度均不能超过。根据附表2中的监测数据统计各工作面和各回风巷瓦斯浓度超标次数, 为25次, 即由瓦斯引起的出现不安全事件的频数为25, 该频数与总监测次数 (540) 之比为。

1.2 由煤尘引发爆炸事故的可能性

一般情况下煤尘的爆炸浓度为, 而当矿井空气中瓦斯浓度增加时, 会使煤尘爆炸下限降低。瓦斯浓度低于时, 煤尘爆炸下限浓度见表1:

利用表1及Matlab插值, 可得瓦斯浓度从0开始每增大0.01所对应的煤尘爆炸下限浓度的值。筛选各观测点瓦斯浓度的上限和下限, 利用插值求出相应的煤尘爆炸下限浓度, 见表2:

对比表2各观测点的煤尘浓度与相应的煤尘爆炸下限浓度可得, 煤尘浓度远远小于其爆炸下限浓度, 故该矿井的煤尘不会引发爆炸事故。

2 确定煤矿所需要的最佳通风量

根据煤矿开采工作中的实际情况以及《煤矿安全规程》的实际要求, 确定煤矿所需要的最佳 (总) 通风量, 以及两个采煤工作面所需要的风量和局部通风机的额定风量 (所谓最佳通风量是指在保证各工作面和回风巷瓦斯浓度与煤尘浓度都不超标的情况下, 寻求矿井的最小通风量, 形成一个优化问题, 目标是总的通风量最小) 。具体实现过程如下:

设为总进风巷的风速, 为采煤工作面Ⅱ进风巷的风速, 为通往采煤工作面Ⅰ进风巷及掘进巷的风速, 为采煤工作面Ⅰ进风巷的风速, 为掘进巷 (的一个分支) 的风速, 为局部通风机的风速。主巷道断面大约为, 其他各采煤区的进风巷、回风巷和掘进巷的断面大约为, 掘进巷道中的风筒直径为。针对上述变量建立非线性规划模型, 具体建立过程如下:

(1) 设定函数:要想求出最佳总进风量, 只需要在满足各项限制条件的前提下, 求出总进风量的最小值即可。

(2) 风量守恒原则:煤矿利用两个可控风门调节各采煤工作面的风量, 通过一个局部通风机和风筒实现掘进巷的通风。

(3) 局部通风机的额定风量范围:掘进巷需要安装局部通风机, 其额定风量一般为。由此可得局部通风机的额定风速为。

(4) 各工作面的瓦斯浓度不超过第一问已鉴别出该矿属于“高瓦斯矿井”, 再根据《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定, 该矿各矿井的瓦斯体积百分比均应小于。设分别为采煤工作面Ⅱ、采煤工作面Ⅰ和掘进工作面的瓦斯绝对涌出量。

3 优化与改进

本文运用插值、拟合等数学方法成功地建立了煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制的数学模型。该模型可以通过观测风速的变化, 得到煤矿瓦斯和煤尘的浓度变化, 从而对煤矿的安全情况做出合理的监控和预测, 确保煤矿生产的安全进行, 对于煤矿的管理工作具有重大的现实意义。

3.1 但由于题中所给数据有限, 易使模型出现以下缺点

(1) 当温度, 压强, 含氧量波动范围较大时, 该模型不再适用。导致该模型在更大范围内适用性较差。

(2) 在本文建立的模型中风速是影响瓦斯和煤尘浓度的主要因素, 本文在处理风速时在一定范围视其为定值, 而在实际生产中风速是不断变化的。

(3) 实际中, 井巷可能会出现漏风现象, 本文为了便于建模, 忽略了这一点。

3.2 模型改进

(1) 在本文模型的基础上, 建立除瓦斯和煤尘浓度之外的其它因素对矿井安全影响的模型, 实现煤矿安全综合分析, 从而在实际生产中具有更强的指导性和预测性。

(2) 考虑到巷道可能出现漏风的情况, 实际通风量应比模型求出的通风量要大, 提高安全性。

摘要：煤矿安全生产是我国目前亟待解决的问题之一, 做好井下瓦斯和煤尘的监测与控制是实现安全生产的关键环节。做好煤矿井下瓦斯和煤尘的监测与控制是保证煤矿安全生产的关键所在。

关键词：瓦斯,煤尘,爆炸事故,浓度

参考文献

[1]孔令标, 侯运炳.基于Arc/Info的矿井风网解算方法研究[J].矿冶工程, 2003, (3) .

煤尘爆炸的预防措施 篇7

关键词：区间层次分析法,煤尘爆炸,引火源,风险评估

0 引言

煤矿生产的各个环节都能产生大量的悬浮煤尘,而井下各处几乎都存在着沉积煤尘,当它受到空气波的震动或气流的吹动时,可形成悬浮状态,一旦遇到足够能量的引火源很容易发生煤尘燃烧爆炸事故[1]。近年来我国煤矿煤尘爆炸事故仍时有发生,是当前我国煤矿开采过程中发生率较高的重大灾害之一,对煤矿安全生产造成极大危害。

引火源是导致煤尘爆炸事故发生的直接原因。随着现代化矿井的建设,有可能诱导煤矿井下煤尘燃烧爆炸的主要引火源可分为爆破火焰、机械作业火花、电气火源3大类。因此,控制这3类引火源的出现频率,是防止煤尘爆炸事故发生的根本途径。

为准确判定煤尘爆炸引火源的出现频率,有针对性地加强矿井建设与整改,必须对煤尘爆炸引火源的出现频率进行评估。区间层次分析法是一种定性与定量相结合的评价方法,通过层层比较各种关联因素,从而为分析和决策提供定量依据[2]。应用区间层次分析法对煤矿井下诱导煤尘爆炸的引火源进行风险评估,可以克服专家构造判断矩阵时的决策不确定性所产生的偏差[3],更加适用于引火源安全评价中各因素的不确定性特点。通过评估,拟找出煤尘爆炸引火源中安全性最薄弱的环节,为决策者正确判断当前安全状况及制订相应的对策提供科学依据,进而提高煤矿安全管理水平,避免或减少煤尘爆炸事故的发生。

1 区间层次分析法

区间层次分析法(IAHP)是将复杂问题分解为多个组成要素,通过两两比较的方式用标度法逐层建立区间数判断矩阵,然后利用判断矩阵求解权重向量;通过区间判断矩阵和区间权重向量的计算得到区间综合权重,最后对其进行总排序[4,5]。

区间层次分析法考虑到了实际指标的不同取值对评价结果的影响,使权重取值更加灵活客观,能够有效地表达判断的不确定性[6]。因此,运用该评价方法可较客观地对诱发煤矿井下煤尘爆炸的引火源中的诸多不确定影响因素进行两两比较,结合专家检查评分标准,使整个煤矿爆炸引火源评价过程清晰、简单易行,得到更加科学准确的评估结果。

2 煤尘爆炸引火源的IAHP风险评估

2.1 引火源的层次结构划分

在煤矿井下实际生产过程中,煤尘爆炸引火源的产生途径及影响因素较多,且各因素间关联性比较复杂。要科学合理地对煤尘爆炸引火源进行风险评估,必须要选择能够反映生产系统实际状况的指标参数,建立一个科学合理的评价指标体系。

通过对煤矿生产系统的综合分析,结合目前我国煤矿井下的实际情况,应用区间层次分析法构建起3级煤尘爆炸引火源区间层次结构体系(图1)。其中,中间层指标分为爆破火焰、机械作业火花及电气火源(U1—U3)3项二级指标,二级指标下包含U11—U37共13项三级指标。

2.2 判断矩阵及权重计算

根据煤尘爆炸引火源的层次结构体系,邀请相关专家组成专家组,对引火源评估指标层因素Un={Un1,Un2,…,Unm}进行两两比较。采用1~9标度法(表1)将专家两两比较的定性结果描述为标量化的区间数[7,8],从而得出煤尘爆炸引火源评估指标层的区间判断矩阵(表2)。

依据表2建立的区间判断矩阵,应用区间特征根法对表2中各因子的权重区间进行计算。由此得出总目标下的左侧区间U-:

由方根法可求出U-的最大特征根所对应的正分量归一化特征向量x-:x-=(0.346 90.151 20.501 9)T;同理可得,U+的最大特征根所对应的正分量归一化特征向量x+:x+=(0.360 80.137 30.501 9)T。

然后,应用区间数与特征根运算的基本定理[9,10]可通过U-、U+求得k、m,得出:k=0.942 5,m=1.057。进而由x-、x+、k、m求出总目标下区间判断矩阵的区间权重向量W:

根据上述步骤,同理可以由各区间的判断矩阵依次求出各区间权重向量,见表3—表5。最后,将总目标中心区间形式的区间权重向量和各准则下的中心区间形式的区间权重向量进行归一化处理,结合煤矿井下煤尘爆炸引火源风险评估层次结构体系图,可以得到各因素相对于总目标的权重总排序,排序结果见表6。

2.3 评估结果

根据表6中权重总排序结果可知:U14>U31>U21>U35>U12>U13>U34>U32>U11>U33>U36>U22>U37。总排序的权重值大小反映的是各影响因素对于最上层总目标的影响程度,其值越大则表明该因素对总目标的影响越大。

分析表明,在煤矿井下引发煤尘爆炸的引火源各因素中,出现频率最大的4个引火源因素主要为:炸药未按规定使用(U14)、设备短路(U31)、机械设备摩擦火花(U21)与漏电(U35),各自所占权重比例分别为0.142 6、0.122 2、0.101 1、0.100 7,这与煤矿井下实际导致煤尘爆炸发生的引火源频率[12]基本相符。

影响因素总排序合理地反映了造成煤矿井下煤尘爆炸的主要引火源因素,因此,各矿山在安全生产中应根据实际情况采取相应的对策和措施,加强对电气设备的防爆管理,井下所有电气设备的选择、安装与使用都必须符合安全防爆规定,以消除井下电气火源;同时在组织爆破作业时,要求正确使用炸药,消除放炮时产生的爆破火焰,严禁在井下放明炮[13];另外,在日常作业过程中应当加强对机械设备的管理力度,防止因设备损坏或人员误操作等原因导致摩擦、碰撞等因素产生的机械作业火花[14,15],有效控制、杜绝引火源,从而在根本上防止煤尘爆炸事故的发生,提高矿井安全生产水平。

3 结论

(1)针对煤矿井下煤尘爆炸事故引火源的特点,构建了3个因素13个指标的3级煤尘爆炸引火源风险评估指标体系。

(2)通过应用区间层次分析法对煤尘爆炸引火源进行了恰当的评估,得出出现频率最大的4个主要引火源因素分别是:炸药未按规定使用、设备短路、机械设备摩擦火花与漏电。

煤尘爆炸的预防措施 篇8

FLUENT是专门用于计算流体流动和传热问题的软件,笔者借助FLUENT流场模拟软件对瓦斯爆炸诱导不同量沉积煤尘爆炸的过程进行数值模拟,分析瓦斯爆炸在到达煤尘铺设位置之前的瓦斯爆炸火焰、压力波传播情况,以及在传播至沉积煤尘区时的诱导扬尘、点火的作用机理。

1 爆炸模型

以中煤科工集团重庆研究院大型试验巷道为基础建立物理模型,该巷道全长896 m,可供爆炸试验的主巷道长710 m,断面面积7.2 m2。该试验巷道在爆炸起始端可以利用塑料薄膜封闭不同体积的瓦斯气体,瓦斯气体被引爆后通过爆炸压力冲破塑料薄膜沿巷道传播,卷扬起沉积煤尘参与爆炸[3]。数学模型中连续相模型采用基于总能的RNG湍流模型,燃烧模型采用多步燃烧反应模型,采用颗粒相模型对煤尘进行直接模拟,相关工作参阅文献[7]。

根据瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸已有的研究成果,对瓦斯爆炸诱导不同量沉积煤尘参与爆炸的情况进行数值模拟,分析瓦斯爆炸对不同量沉积煤尘的作用机理。数值模拟工况如表1所示。

2 瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸过程分析

2.1 瓦斯爆炸传播两波三区结构分析

冲击波和火焰是巷道内瓦斯煤尘爆炸的基本特征,在瓦斯被点爆后,其点火源高温区火焰阵面先以圆状形式向外扩展,在接触到巷道壁面后发生壁面反射、叠加,经过壁面区一连串的作用过程后火焰阵面最终以平面的形式向巷道出口端传播。

在瓦斯起爆之后某时刻其爆炸压力和爆炸温度发展变化情况如图1所示。在这一时刻,瓦斯爆炸所产生的冲击波及火焰还没有到达煤尘铺设区,冲击波阵面和火焰阵面以不同的传播速度向出口段传播。

从图1中可以看出,在传播过程中,前导冲击波阵面明显快于火焰阵面,造成两波(冲击波阵面和火焰阵面)三区(冲击波前无扰区、火焰后区和波后预热中间区)结构[8],其中,冲击波前无扰区内气体处于无扰动状态,压力和温度均处于初始状态;在波后预热区,前导冲击波已通过该区域,但后续火焰面并未到达,可燃气体处于波后“预热”状态;火焰后区为后续火焰阵面已经通过的区域,该区域内气体的温度和压力均已经达到燃烧后状态,并随着传播过程的不断进行,波后预热中间区会逐渐变大。

瓦斯爆炸在未到达煤尘铺设段间某时刻爆炸压力和温度沿巷道变化曲线见图2,可以看出,压力曲线扰动前端在空间上是一个强间断的冲击波阵面;而温度升至最高端的区域为火焰阵面。前导冲击波通过后,致使可燃气体温度升高(约为700 K),最前部分高温区为火焰阵面经过区域(该处温度约为2 588 K);而压力峰值可在冲击波前端获得(最大压力约为0.9 MPa),冲击波过后区域的燃烧产物气压约为0.35 MPa。

2.2 瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸过程分析

瓦斯爆炸后形成了两波三区结构,当前导冲击波传播至沉积煤尘铺设区域时,由于近壁区流体有较大的速度梯度,一旦沉积煤尘颗粒受到的扬升动力大于所需的最小动力,则煤尘颗粒被飞扬起来。飞扬的煤尘颗粒在冲击波及波后气体的作用下沿各自不同的轨迹运动,并在飞扬过程中会相互碰撞,使得煤尘颗粒在爆炸压力作用下处于紊流状态,逐步形成煤尘云。

爆炸冲击波过后,其波后气体的温度和压力会迅速升高,使达到爆炸浓度煤尘云的煤尘颗粒迅速受热氧化并释放出可燃气体,当温度升高到能够点燃煤尘云时,就会使煤尘云参与爆炸。当紧随前导冲击波之后传播过来的瓦斯爆炸火焰遇到受热氧化的煤尘云时,也会点燃煤尘云,形成瓦斯煤尘混合爆炸[9]。

3 不同煤尘量条件下瓦斯爆炸诱导规律分析

3.1 瓦斯爆炸诱导沉积煤尘方式

数值模拟结果显示,当煤尘量较少时,火焰沿铺有煤尘的巷道向前迅速传播,并且分区段形成高温燃烧团,后面紧紧跟着预混火焰燃烧,如图3(a)所示;当煤尘量进一步增多时,火焰前沿从沿煤尘区的“长线型”逐渐收缩、熄灭,与煤尘量较少时的燃烧情况相比出现沉积煤尘燃烧的滞后性,如图3(b)所示。

文献[10]据模拟结果提出了2种不同瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸的作用模式:沉积煤尘扬尘爆炸模式和沉积煤尘火焰燃烧模式,并且指出这种模式成因也正在于煤尘云不同的点燃机理(瓦斯爆炸预混火焰致使煤尘点火和沉积煤尘扬起的颗粒自发点火)所起主导作用所致。

不同煤尘量的温度沿巷道分布见图4,可以看出,当煤尘量较少时(如图4(a)所示),在巷道 65～140 m 内的温度离散分布于500～2 200 K,即该段巷道燃烧不均匀,对应于图3(a)中的火焰形式。当放置煤尘量逐渐增多时(如图4(d)所示),燃烧区域长度逐渐缩短(62～80 m),对应于图3(b)的燃烧形式。

冲击波通过煤尘区后,单颗粒在气流边界层的湍流等因素作用下扬起,而当颗粒发生燃烧后,其释放的热量能够迅速地改变当前外部气流的运动形态,湍流作用更强。考虑到具有适当颗粒群粒度的粉尘云才具有宏观燃烧的可能性,在煤尘量较少时,煤尘颗粒在冲击波及波后暴风作用下上扬,煤尘颗粒在受热后迅速氧化分解,达到一定温度后开始燃烧,火焰形状在高湍流作用下进一步扭曲、变形,未完全燃烧的颗粒也在湍流的迁移作用下继续飞扬,燃烧进一步发展,即颗粒燃烧从沉积煤尘区向外扩展,直至充满整个巷道。而在煤尘量较多时,在冲击波及波后暴风的作用下,更多的沉积煤尘被扬起,扬起的煤尘也存在氧化分解,但由于煤尘量较大,没有使温度迅速升高至煤尘燃烧温度,仅在扬起后的后续边界层的作用下继续飞扬。当后续火焰阵面到达后,点燃扬起的煤尘并使其参与爆炸。

3.2 瓦斯煤尘爆炸传播规律

通过数值模拟得到51.2 kg和132.0 kg沉积煤尘爆炸冲击波传播速度和火焰传播速度沿爆炸作用时间的变化规律见图5～6,并与无煤尘分布的纯瓦斯爆炸传播规律进行了对比。

1) 冲击波传播规律分析。

从图5可以看出,不同总量沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸,其冲击波传播速度有很大区别。其中,在未铺设沉积煤尘仅是纯瓦斯爆炸的情况下,随着爆炸反应的进行,瓦斯气体逐渐反应殆尽,冲击波传播速度逐渐降低;沉积煤尘总量较多时,由于扬尘后不间断的煤尘参与爆炸,冲击波传播速度有逐渐增大的趋势;而沉积煤尘总量较少时,在通过煤尘区时剧烈加速,沉积煤尘被扬起,充分参与爆炸反应,在通过后又缓慢下降至瓦斯爆炸水平。

2) 火焰面传播规律分析。

从图6可以看出,沉积煤尘总量较少时,在煤尘分布区火焰传播速度较大,约为750 m/s,在通过煤尘铺设区域后又迅速下降,约为200 m/s,比此时纯瓦斯爆炸火焰传播速度略大;而在沉积煤尘总量较多时,火焰传播速度变化规律与纯瓦斯爆炸火焰传播速度变化规律基本一致,即随着爆炸反应的进行,火焰传播速度逐渐减小。

由图5～6可以看出,煤尘量的多少对爆炸后的冲击波和火焰的传播规律有明显影响。在铺设煤尘总量较少时,前导冲击波能够充分地将沉积煤尘扬起形成煤尘云,煤尘云能够迅速氧化甚至被点燃参与爆炸过程,此时,认为火焰已传播至煤尘云扬起的位置,瓦斯爆炸火焰相对滞后;而在铺设煤尘总量较多时,前导冲击波扬起大量煤尘,虽然煤尘在悬浮状态下受热也要进行氧化,但由于煤尘量较多,吸收了大量的热量,没有能够诱发燃烧,只有当瓦斯爆炸火焰传播到此处时,点燃悬浮的煤尘云,才会形成混合爆炸的状态,并一同向前传播。

4 结论

1) 由于瓦斯爆炸以两波三区的结构沿巷道方向传播,在传播至煤尘区的过程中,前导冲击波会发生诱导煤尘扬起的现象。在煤尘量较少时,扬起的煤尘云颗粒受热氧化后会直接被点燃,形成煤尘云爆炸;而在煤尘量较多时,则是因为后续高温瓦斯爆炸火焰点燃煤尘云,发生瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸。

2) 随着煤尘参与爆炸的量的递增,火焰形状前沿从沿煤尘区的“长线型”逐渐收缩、熄灭,与煤尘量较少时的燃烧情况相比出现沉积煤尘燃烧的滞后性。根据铺设煤尘量的不同,可将瓦斯爆炸诱导沉积煤尘参与爆炸归纳为扬尘爆炸模式和火焰燃烧模式,两者在冲击波与火焰传播规律方面具有明显的差异。

参考文献

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[2]费国云.独头巷道中瓦斯爆炸引爆沉积煤尘的试验[J].矿业安全与环保,1997,24(4):16-19.

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[7]李润之.瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸的数值模拟[J].爆炸与冲击,2010,30(5):529-534.

[8]赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[M].北京:北京理工大学出版社,1996.

[9]李润之.瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸研究[D].重庆:煤炭科学研究总院重庆研究院,2007.