煤矿许用药对煤尘—甲烷混合物的安全度.pdf

矿湘 ⋯卧雄 ◎试验研究◎ 菇 蚋烷 蜮 全 度 摘要 煤尘一甲烷混 关键词 广西柳州第二化工厂 覃小雄 一 在分析煤尘一 甲烷混台物爆炸危险性的基础上，通过试验确定出最容易引火的 l 引言 煤矿 许用炸药对 甲烷 的安全度是我国 目 前检验煤矿 许用炸药 安全性 能 的最重 要指 标。对煤尘 安全度尽管 过去 曾做过 一些工 作，但由于煤尘的最小点火能要远大于甲烷 的最小点火能，即只要炸药能通过甲烷安全 度检验即可，因此，炸药对煤尘的安全度未 能引起人们足够的重 视。然 而．不断发生的 煤尘瓦斯爆炸事故使人们重新注意到煤尘的 爆炸危险性，并对此进行 了专门的研究。 本文通过试验，对 煤尘一 甲烷混合物 条 件下的煤矿炸药安全度进行了研究，取得了 初步成果。 2 煤尘一甲烷混合物的爆炸危险性 众所周知，煤尘在空气中达到一定浓度 后遇到点火源即会发生爆炸。煤尘引燃温度 的变化范围较大，一般为 7 0 0 ℃～8 0 0 ℃， 有时可达到 I 1 0 0 ℃。而甲烷的引燃温度处于 5 0 0 ℃～6 5 0 ℃之间，因此 ，能够引燃 甲烷的 点火源均能引燃煤尘，甲烷的爆炸也能引起 煤尘的爆炸 甲烷比煤尘更容易引燃，通过甲烷安全 一 k 一 度检验的煤矿许用炸药．一般都能通过煤尘 安全度检验 鉴于此．国内煤矿炸药界曾认 为，只要通过甲烷安全度检验即可，无需再 做煤尘检验。实际上，甲烷的最小点火能为 0 ．2 8 m J ，而煤尘最小点火能为 1 ～l 0 J ．相差 3 ～4个数量级，故单纯做煤尘安全度检验 意义不大。然而．在煤矿井下爆破作业中， 甲 烷和煤尘是共存的。甲烷爆炸范围通常为 5 ％～l 5 ％。我国煤尘爆炸下限浓度，褐煤 一 般为 4 5 ～5 5 g ／ m ，烟煤为 1 1 0 3 3 5 g ／ m ，爆炸上限一般为 1 5 0 0 2 0 0 0 g／ n l ，爆 炸威力最大时煤尘浓度为 3 0 0 4 0 0 g／ m 。 煤尘 和 甲烷 混合 后，降低 了彼此 的爆 炸下 限。理论上 ，甲烷浓度增加 1 ％，煤尘爆炸 下限下降 1 2 g ／ m 。煤尘和少量甲烷混合后， 最小点火能可降低到甲烷一空气混合物时的 最小点火能。 试验中发现，当煤尘中存在着甲烷时． 炸药的半数引火量与炸药在甲烷一空气混合 物半数引火量接近。因此，低瓦新矿井由于 煤尘的作用，仍会发生爆炸．这说明研究煤 尘一 甲烷混合物与炸药安全度之 间的关系 具 有实际意义 维普资讯 煤 矿 爆 破 I 9 9 8 年第 4期 总第 4 3期 3 试验材料 3 ． 1 煤 尘 煤尘之所 以能够发生爆炸与煤中含有挥 发分有关 ，此外煤的灰分、水分、粒度等对 煤尘的爆炸性都有很大影响。 3 ． 1 _ 】 挥发分的选择 一 般来说，煤尘的挥发分越 高，其爆炸 性越强。通常认为挥发分小 于 l O ％基本上 没有爆炸危险。作为检验标准，应选用挥发 分高的煤尘，这样可使检验 结果在较低的半 数引火量条件下得出。国外对试验用煤尘的 挥发分都规定了下 限，一般大于 3 0 ％【 ” 。在 本试验中采用抚顺西露天矿坑下原煤作试验 用煤尘，挥发分大于3 5 。 3 ． 1 2 灰分的限制 灰分对煤尘爆炸性影响较大。灰分大， 爆炸性相 应降低 。当灰分达到 3 0 ～4 0 ％ 时，爆炸性显著降低。为保证试验用煤尘具 有较强的爆炸性，应对灰分加以限制，根据 分析结果确定煤尘灰分不大于 1 2 ％。 3 ． 1 ． 3 水分的限制 水分对煤尘爆炸性的影响比较复杂。水 有吸热、粘结煤尘的作用。水分低时，能在 高温下分解成氢和氧 ，起助燃作用，增加煤 尘爆炸性。只有当水分达到一定程度．煤尘 能用手捏成团时，才能抑制爆炸的发生。为 了保证试验条件的稳定 ，规定煤尘 中水分不 大 于 3 ％。 3 ． 1 ． 4 粒度的选择 煤尘粒度越小，爆炸性越强，也越容易 引燃。国内外实验结果表明，从极微细的煤 尘到直径 0 ． 7 5 ～l m m 的煤尘都能参与爆炸， 但爆炸的主体是 O ． 7 5 m m 以下的煤尘粒子。 这种粒子含量越 高，煤尘的爆炸性就越强 ， 但并不完全是线性关系，而是当 O ． 0 7 5 ra m 以下的粒子含量达到 7 0 ％～8 O 以后，爆 炸性就不再增强 了 国外标准大都规定 6 0 ％～8 5 煤尘通 过 2 0 0目标准筛，煤尘全部通过 1 5 0目标准 筛就是基于这个道理。为此，在试验中规定 煤尘全部通过 1 0 0 p t n l 的标准筛，其中 7 5 ％ 的煤尘通过 7 4 u n l 的标准筛。 3 2甲烷 试验 中采用的 甲烷为煤矿井下抽取的瓦 斯 ，甲烷浓度规定为 9 ． 0 ％。此外对 甲烷 以 外的其它气体合成分也作了相应规定 这样 做与煤矿井下实际情况相符 ，煤尘正是与煤 矿井下瓦斯混合后方更容易爆炸 4 试验条件及方法 4 1 试验巷道 煤尘试验巷道 由钢板卷制的圆筒和水泥 砌筑 的圆形巷道 两部分组成。钢板卷制 的部 分有一段作为爆炸室 ，长度 为 6 m，直径 为 1 ． 5 m ，容积 l 0 ． 8 m 3 。其余部分用于卸减爆炸 压力。巷道总长度为 3 0 m。爆炸室有进出气 孔，用于混合 甲烷和空气 。 4 ． 2 堞尘分散方式 煤尘分散有两种方式，一种是将煤尘撒 在巷道底板或侧面搁板上 ，称为堆积煤尘 ； 另一种是将煤尘通过一定方法飞扬起来 ，形 成浮游煤尘。显然后者更容易者火，试验条 件更严格，许多国家都采用这种方式，本试 验也采用浮游煤尘方式。具体方法是将埋有 少量炸药的煤尘包悬 吊在巷道中间，用炸 药 使煤尘飞扬，这种方法简单易行，能使受试 炸药周 围形成足够浓度 的煤 尘云 ，保证了受 试炸药处于最容易爆炸煤尘浓度范围内。 4 ． 3试验 方法 试验采用小样本升降法测定炸药 的半数 引火量，以 6次试验为一个样本，虚拟第 7 次试验 ，以 7次试验平均值作为半数 引火 量。一般地，只要初始试验水平选择合适， 当试验梯距为 5 o g时，基本上可控制在 3 ～ 4个水平内。 受试炸药悬 吊在煤尘包 上方 0 5 m 处 ， 通过 调整煤尘量和甲烷浓度 ，使受试炸药 半 数引火量最小，从而达到确定最佳煤尘量和 维普资讯 煤矿许用炸药对 煤尘一 甲烷 混台物 的安全度 郑福 良董春海覃小雄 3 甲烷浓度的试验 目的 5 试验结果分析 5 ． 1 飞扬煤尘药量 b 扬煤尘采用 3号煤矿许用炸药，主要 是考虑到在保证形成较均匀 的浮游煤尘的条 件下，用药量最小。 国外试验中炸药用量一般为 2 O ～3 O g 。 在试验 中分别采用单发雷管】 O g 、2 0 g 、3 0 g 炸药分散 】 k g 煤尘．从试验结果上看．除单 发雷管和 l O g炸药分散范 围较 小外 ，2 0 g和 3 0 g炸药均能形成较大范围的煤尘云．故最 终确定适宜的飞扬煤尘炸药量为 2 0 g 。 5 2 受试炸药延期起爆 时间 煤尘包起爆后 ，需要经过一定时间，煤 尘才能扩散并充满整个爆炸 空问 。由于巷道 规格及分散方式的不同 ，各 国对延期时间的 规定有所不同，前苏 规定为 6 ～8 s ，国内 研究认为延期 0 5 ～0 6 s较 为合适口 I 。试验 中．起爆 不同药量和煤尘量的煤尘包，延期 时间为 0 3 ～0 ．5 S ，剥得煤尘云体积为 l O ～ I 5 ，完全能够充满容积为 l 0 _ 8 的爆炸 室．故确定延期时间为 0 ． 5 s 。 5 ． 3 煤 尘浓度 煤尘的浓度对试验结果影响较大。单独 用煤尘做试验，煤尘浓度在 3 0 0 4 0 O g／ 时昂容易被引燃 当煤尘 中混入 甲烷后，爆 炸浓度大大降低 试验中对不周煤尘量与浓 度为 4 的 甲烷混合物半数 引火量进行 了考 察，结果见表 I 。 表 1 不同煤尘半数引火量 从表 I 中可 看出煤尘量为 0 ． 5 k g时． 半数引火量比 1 ． 0 k g 时高 2 3 g ，即混台物敏 感程度较低。国内试验表明，当煤尘浓度为 5 0 g／m 、1 0 0 g／m 、2 0 0 g／m 相 当于煤 尘量 0 5 k g 、l O k g 、2 ． O k g 叫，半数 引火量 分别为 9 7 g 、】 0 3 g 、9 0 g ，千 f I 羞最大为 1 3 g 。 考虑到加工煤尘比较困难，在满足试验要求 条件下，应尽量减少煤尘用量，最终确定煤 尘浓度为 l g／m 3 5 ． 4 甲炕浓度 关于甲烷浓度和煤坐量之问的关系及对 晟 小点火 能的 影响 ，国内外进 行过广 泛研 究 ．甲烷和煤尘混台后 ，降低 了彼此的爆炸 下限。我国的研究结果见表 2 。 表 2 甲烷浓度和煤尘爆炸下限之间关系 从表 2中可看出， 当甲烷浓度为 3 ． 5 ％～ 4 5 时，煤尘爆炸下阳最低 。根据理论计 算，当甲烷浓度为 4 ．5 时．煤尘的爆炸下 限可降至 1 0 ～】 5 g／ 。甲烷爆炸下限通常 为 5 ．园此 3 ． 5 ～4 ． 5 的 甲烷浓度应当 是较为安全的，但混入少量甲烷后，却成为 具有爆炸性的混合物 。在试验中通过固定煤 尘 量 0 , 5 k g ，考察了不同 甲烷浓度对半数 引火量的影响，结果见表 3 。 表 3 甲烷浓度对半数引火量的影响 从表 3中可以看出．甲烷浓度与半数引 火量之间基本呈线性关系．考虑到 甲烷浓度 为 6 ％．本身已具有爆炸性，故在试验中确 定甲烷浓度为 4 ，这与煤矿井下实际情况 相近 。 6 结束语 在给定的试验条件和试验方法基础上 维普资讯 煤 矿 爆 破 I 9 9 8年第4 删 总第4 3 期 被筒炸药消焰机理的研究 ， 淮 南工 业学 院堡 -丝鏖童 垄 安徽省淮南市2 3 2 0 0 1 ≥ ‘ 摘要 通过对瓦斯引燃帆理的分析，详细地论述了被筒炸药的消焰机理及其特点 研 究认为，被简炸药的效消效果不仅 与消焰剂的物理化学性质有关．还与艘筒的类型及其爆炸产 物 的动 力因嚣有关 关键词 瓦斯爆炸被筒炸药消焰机理 一 f- l 引言 2 瓦斯爆炸的机理 日前因炸药引起的煤矿瓦斯爆炸仍频繁 众所周知，瓦斯爆炸反应属于支链反 发生，其原因仍是炸药的安全级别不高。．为 应，支链反应一般可表示为； r 提高煤矿安全炸药的安全性，可以采用提 链的引发 商炸药中食盐含量和细度 的方法．但是这 同 且 R 1 唰办会降低炸药爆炸性 能和爆轰稳定性 ，容 链的增长 易使煤矿许用炸药发生爆燃反而又从另一 RA Ⅸ RP 2 个角度降低了炸药的安全性。当量炸药和离 辟的姆I r交换炸药也存在类似的情况。正因为此， R 旦 销毁 3 被筒炸药以高能、高威力的特点lfli 越来越受 到人们的重视。 其中 A、P和 R分别为反应物、生成物 奉文从瓦斯燃烧机理分析入手．从理 论 分忻了被简炸药的消焰机理。由分析知， 被简炸药∞效消效果不仅与消焰剂 的物理化 } 质有关，还与被筒的类型及其爆炸产物 舶动 力 因素有关。 和链载 俸， 。为链载体支链数 。 按照链锁反应 的舰点⋯，认为使反应 自 动加速并不一定要依靠热量的逐渐积累使 分 f} 舌 化，而通过链锁反应积 豢活性 中心的方 式也能使反应 自动 加速。 通过试验确定f l j 最容易引火 的 I j l 尘 甲烷 混合物中各自浓度，以浚浓度为基准 ，可以 卜 分m4 同安全度的炸药，肪止不安 炸药 进入煤矿井下 研究结果表 明，即使低瓦斯 矿J l 符凇入 一定浓度 的煤尘 。 【 i l 会 J 起 爆 炸。 选择炸药足 一 定要选用 高安 度炸 药 ，以确保安全生产。 参考文献 1 征本蜜．国外煤矿炸药煤尘安仝性试验综进．煤 矿爆破，I 9 9 5年第4期． 2 划贻段，刘明喜．煤 许用炸珂哼 l 燃浮游煤坐 的试验研究，煤矿爆破，I 9 9 4 } ，第2期． 维普资讯