第4章--煤尘爆炸及其预防.ppt

第四章煤尘爆炸及其预防,中国矿业大学CUMT,第一节粉尘爆炸基础知识,第二节煤尘燃烧与爆炸,第三节煤尘爆炸的预防,第四节煤尘爆炸的抑制与隔绝,中国矿业大学CUMT,第一节粉尘爆炸基础知识,一、概述,二、粉尘的基础知识,三、可燃粉尘爆炸,四、粉尘爆炸基本参数的实验研究,五、粉尘爆炸和气体爆炸的比较,六、影响粉尘爆炸的因素,中国矿业大学CUMT,第一节粉尘爆炸基础知识,一、概述,说起粉尘爆炸，大多数人们可能常常想到炸药、煤尘、硫磺等粉尘的爆炸。烟花爆竹的爆炸是一种典型的粉尘爆炸。当前，我国烟花爆竹爆炸事故屡有发生，民爆器材行业已成为我国五大高危行业。其实，能够引起爆炸的粉尘种类很多。粉尘爆炸危险性几乎涉及到所有的工业部门，常见可爆炸粉尘材料包括,1农林粮食、饲料、食品、农药、肥料、木材、糖、咖啡等。,2矿冶煤炭、钢铁、金属、硫磺等。,3纺织棉、麻、丝绸、化纤等。,4轻工塑料、纸张、橡胶、染料、药物等。,5化工多种化合物粉体。,中国矿业大学CUMT,常见粉尘爆炸场所是,⑴室内通道、地沟、厂房、仓库等。,⑵设备内部集尘器、除尘器、混合机、输送机、筛选机、料斗、高炉、,打包机等。,二、爆炸粉尘的基础知识,爆炸粉尘分类,按状态，可分成粉尘层（又称层状粉尘，是指堆积在物体表面上的静止,状态的粉尘）和粉尘云（又称云状粉尘，指悬浮在空间的运动状态的粉尘）,两类。,中国矿业大学CUMT,在粉尘爆炸研究中，把粉尘分为可燃粉尘（指与空气中氧反应能放热的,粉尘，如大多数的有机物、部分金属等）和不可燃粉尘又称惰性粉尘，指与氧不发生反应或不发生放热反应的粉尘两类。,在美国，通常把通过40美国标准筛的细颗粒固体物质叫做粉尘。若为球形颗粒，则粒子直径应为425μm以下。一般认为，只有粒径低于此值的粉尘才能参与爆炸快速反应。,在煤矿中，把粉尘定义为通过2O标准筛粒径小于850μm的固体粒子。煤矿中的实际研究表明，粒径850μm的煤粒子还可参与爆炸快速反应。,粉尘的粒度一般用筛号来衡量。各筛号相应的线性尺寸如表4.1.1所示。,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,粉尘粒度是一个统计的概念，因为粉尘是无数个粒子的集合体，是由不同尺寸的粒子级配而成。若不考虑粒子的形状，也无法确定粒子尺寸。对不规则形状粒子的粒度，需通过试验来确定粒度数据。先测定单位体积中的粉尘粒子数，再称量其质量，就可以确定平均粒子尺寸。粉尘粒度是粉尘爆炸中一个很重要的参数。,悬浮在空间的粉尘云是一个不断运动的集合体。粉尘受重力的影响，会发生沉降，沉降的速度与粒度有一定关系。粒度小于1μm的粒子的沉降速度低于1cm／s，而粒子间相互碰撞的布朗运动又阻止它们向下沉降，即抵消粒子的沉降。这种粉尘云的行为与气体一样，所以1μm以下的粉尘可以近似用气体来处理。对粒度为1～120μm的粉尘，可以相当精确地预估其沉降速度，其上限速度可达30cm／s。对425μm以上的粒子，由于比表面很小，加上沉降速度很快，一般对粉尘爆炸没有什么贡献。,中国矿业大学CUMT,粉尘爆炸的条件归结起来有以下5个方面的因素,一、要有一定的粉尘浓度。粉尘爆炸所采用的化学计量浓度单位与气体爆炸不同，气体爆炸采用体积百分数表示，而粉尘浓度采用单位体积所含粉尘粒子的质量来表示，单位是g/m3或mg/L，如果浓度太低，粉尘粒子间距过大，火焰难以传播。,二、要有一定的氧含量。一定的氧含量是粉尘得以燃烧的基础。,三、要有足够的点火源。粉尘爆炸所需的最小点火能量比气体爆炸大1～2个数量级，大多数粉尘云最小点火能量在5～50mJ量级范围。,中国矿业大学CUMT,四、粉尘必须处于悬浮状态，即粉尘云状态。这样可以增加气固接触面积，加快反应速度。五、粉尘云要处在相对封闭的空间，压力和温度才能急剧升高，继而发生爆炸。上述条件中，前三个条件是必要条件，即所谓的粉尘爆炸“三要素”，后两个条件是充分条件。2.可燃粉尘爆炸机理研究粉尘爆炸机理可简单以图4.1.1来描述,图4.1.1粉尘爆炸机理,中国矿业大学CUMT,一般认为，粉尘爆炸过程如下,1供给粒子表面以热能，使其温度上升；,2粒子表面的分子由于热分解或干馏作用，变为气体分布在粒子周围；,3气体与空气混合生成爆炸性混合气体，进而发火产生火焰；,4火焰产生热能，加速粉尘分解，循环往复放出气相的可燃性物质与空气混合，进一步发火传播。,因此，粉尘爆炸时的氧化反应主要是在气相内进行的，实质上是气体爆炸，并且氧化放热速率要受到质量传递的制约，即颗粒表面氧化物气体要向外界扩散，外界氧也要向颗粒表面扩散，这个速度比颗粒表面氧化速度小得多，就形成控制环节。所以，实际氧化反应放热消耗颗粒的速率，最大等于传质速率。,中国矿业大学CUMT,归纳起来，粉尘爆炸有如下特点,1燃烧速度或爆炸压力上升速度比气体爆炸要小，但燃烧时间长，产生的能量大，所以破坏和焚烧程度大。,2发生爆炸时，有燃烧粒子飞出，如果飞到可燃物或人体上，会使可燃物局部严重炭化和人体严重烧伤。,3如图4.1.2所示，静止堆积的粉尘被风吹起悬浮在空气中时，如果有点燃源就会发生第一次爆炸。爆炸产生的冲击波又使其它堆积的粉尘扬起，而飞散的火花和辐射热可提供点火源又引起第二次爆炸，最后使整个粉尘存在场所受到爆炸破坏。,4即使参与爆炸的粉尘量很小，但由于伴随有不完全燃烧，故燃烧气体中含有大量的CO，所以会引起中毒。在煤矿中因煤粉爆炸而身亡的人员中，有一大半是由于CO中毒所致。,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,四、粉尘爆炸基本参数的实验研究,为了进一步了解粉尘爆炸发生及发展的过程、机制和影响因素，,进行危险性评价，必须研究有关的基本参数及测定它们的试验方法。,粉尘爆炸参数的实验测定往往与所用仪器设备、试验条件、判据,及定义密切相关。粉尘爆炸的所有参数，如点火温度、最低爆炸浓度,爆炸下限、最小点火能、爆炸压力和压力上升速度等都不是物质的基,本性质，它们与环境条件、测试方法和实验者设计确立的判据有关。例,如，最小点火温度一般是在模拟工业实际条件的试验条件下测定的，而,理论最小点火温度则定义为无限长延迟期下的值。这在实验中是不可能,测到的。,中国矿业大学CUMT,由于粉尘爆炸参数依赖于测试系统，对同一特性参数而言，不像气体爆炸那样具有普遍意义。很显然，真实的工业场所不能按比例缩小到实验室容器尺寸，而真实条件的爆炸参数对防爆设计来说又是必需的，因此将来的实尺实验不可避免。,下面简要介绍几种主要的粉尘爆炸参数的实验室测定方法。,1．点火温度,粉尘云和粉尘层的点火温度都是在GodbertGreenwald炉中测定的，该装置如图4.1.3所示。,2．点火能量,粉尘云的最小点火能量是用已知能量的电容器放电来测定的。以放电火花击穿Hartmanm哈特曼管中的粉尘云，而粉尘点火与否，则根据火焰是否能自行传播来判定，一般要求火焰传播至少10cm以上。,中国矿业大学CUMT,确定最小点火能量的方法是依次降低火花能量，如在连续10次相同实验中无一次发火，则此时的火花能量定为该粉尘云的最小点火能量。Hartmanm管测试装置示于图4.1.4。,图4.1.3GG炉示意图,中国矿业大学CUMT,图4.1.4Hartmanm管试验装置示意图,中国矿业大学CUMT,在最小点火能量测试中应确定一组最佳参数，以使粉尘浓度、粉尘粒度、喷粉压力和喷粉与电火花产生之间的延迟时间有一个合理的匹配关系。最小点火能量常用的计算方法有两种，一是比较粗糙的方法,式中E电火花能量，J；C电容量，F；U充电电容器的电压，V。当火花能量大于100mJ时，可采用下式计算,此法忽略了电路中某些因素所造成的能量损失。另一种比较精确的方法是直接测出电极两端的电压和电流波形，然后以功率曲线对时间积分，求得放电火花的能量为,中国矿业大学CUMT,式中,Ic放电时，实际测得的电火花电流，A；,Ut放电时，实际测得的电火花电压，V。,此法忽略了电路中某些因素所造成的能量损失。另一种比较精确的方法,是直接测出电极两端的电压和电流波形，然后以功率曲线对时间积分，求得,放电火花的能量为,式中,EUIIRdt,2,0,t,UI电极两端的电压和电流；,I2R放电回路电阻引起的功耗。,中国矿业大学CUMT,3．最低爆炸浓度粉尘爆炸下限,所谓最低爆炸浓度是指低于这个浓度，粉尘云就不能爆炸，即粉尘爆炸下限。爆炸下限浓度也是在Hartmanm管中进行测定的。,电火花放电点火，往往会干扰测量结果。一些研究试验表明，火花放电往往会出现无尘区Eckhoff1976对火花放电对粉尘云的干扰进行了详细的研究，因此在爆炸下限测量中要注意点火装置的设计合理性。,4．爆炸压力和压力上升速率,粉尘云的最大爆炸压力及压力上升速率也可用Hartmanm管测量，即在管顶部装一个压力传感器，记录爆炸压力随时间变化的过程，而最大压力上升速率则以最大压力除以从点火到出现最大压力的时间得到。,不同的空气压力，有不同的氧浓度，形成的爆炸压力和压力上升速率也不同。当湍流度不同时，燃烧速度不同，压力和压力上升速率特点是压力上升速率也不同。,中国矿业大学CUMT,因此，测量中应当保持完全一致的条件，结果才能互相比,较。,爆炸压力上升速率与容器的体积有很大的关系。大量试验表明，当容器体积V≥0.04m3时，粉尘爆炸压力上升速率和容器体积间存在“三次方定律”1dP3mVKstdt,因此，相互比较压力上升速率数据时，必须说明试验容器的体积。,Hartmanm管不适于用来测量爆炸威力参数最大压力和最大,压力上升速率，在球形试验装置中进行的系统性粉尘爆炸试验,表明，随着容器,中国矿业大学CUMT,体积的增加，测得的爆炸特性值Kst也越接近于大型容器的数值见图,4.1.5，,因而还存在一个与极限值相应的容器体积，超过此体积时，爆炸,强度不再增加。从试验数据外推估算可知，测定粉尘爆炸特性值所需要,的最小容积为16L。目前国际上普遍使用20L容器来测定粉尘爆炸基本参,数。大量试验证实，以20L容器所测得的爆炸特性值与用1m3容器所测得,的结果基本相同见图4.1.6。,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,大多数试验都是用压缩空气来分散粉尘的。这种分散粉尘引入了空气，并产生湍流，增加压力和压力上升速率，增加燃烧所需氧量。而空气压力越高，最大压力和压力上升速率也越高。所以对同一种材料，不同的分散系统可导致不同的压力和压力上升速率。,从试验结果来看，点火温度和爆炸下限浓度的测量比较稳定，重复性较好。但最小点火能量、最大爆炸压力及压力上升速率测定的重复性不很理想，其中以压力上升速率值的偏差最大这是因为设备中很难得到均匀和很重复的粉尘分布。,五、粉尘爆炸和气体爆炸的比较,粉尘爆炸与气体爆炸的基本数学方程、影响因素等几乎都是相同的，从数学的观点看，它们是两种类似的现象。两者的最大区别在燃料上,中国矿业大学CUMT,20L粉尘爆炸试验设备见图4.1.7，其主体为一球形试验腔，腔体由两层不锈钢板加工而成，夹层可以通冷却水冷却。底部有粉尘入口，侧向有压缩空气或氧入口。球顶部为点火用的电极，侧向还有一个观察窗口。仪器有一个控制单元，可控制球内压力、真空度，以及从吹尘到点火的时间，以使点火发生在粉尘最佳分散状态。,压力传感器的信号输入到数字示波仪或数字波形存储仪，也可输入微机，记录并处理信号。,中国矿业大学CUMT,一.气体爆炸的燃料是气态，燃料在爆炸混合物中占有的体积部分是必须考,虑的。而粉尘爆炸的燃料是固态，燃料所占的体积极小，基本上可以忽略不计；,二.粉尘粒子比气体分子大得多；,三.粉尘粒子与大气中的氧结合的反应是一种表面反应，其反应速度与粒子的粒度密切相关，而气体爆炸反应是气相反应，属于分子反应，不象固体反应那样受众多物理因素的影响。,下面分几个方面来比较粉尘爆炸与气体爆炸,1混合物的均匀性,2颗粒度Dp,3燃料对大气的稀释,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,4初始湍流和初始压力,5爆炸浓度,6爆炸后大气组分,7点火温度,六、影响粉尘爆炸的因素,影响粉尘爆炸的因素有粉尘自身形成的和外部条件形成的两方面因素。就粉尘自身因素来说，又有化学因素和物理因素两类。化学因素主要指燃烧热和燃烧速度，此外还有水汽及二氧化碳的反应性等。物理因素主要指粉尘浓度和粒度分布，还有粒子形状、粒子比热、热传导率、表面状态、带电性和粒子凝聚特性等也是要考虑的。外部因素有气流运动状态、氧气浓度、可燃气浓度、湿度、窒息气浓度、阻燃性粉尘浓度和灰分、点火源状态等。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,煤尘是一种特殊的可燃粉尘，我国大多数煤矿的煤尘还具有爆炸性，其中90以上的国有煤矿的煤尘具有爆炸性。我国历史上最严重的一次煤尘爆炸发生在1942年日本侵略者统治下的本溪煤矿，事故导致死亡1549人，残246人。建国后发生的一起最严重的煤尘爆炸事故是1960年5月9日发生在大同矿务局老白洞矿死亡682人的煤尘爆炸事故。,根据资料统计，近几年全国煤矿重大、特大事故中瓦斯煤尘事故占半数以上。近年发生的最大的煤尘爆炸事故是2005年11月27日龙煤矿业集团有限责任公司七台河分公司东风煤矿发生的一起特别重大煤尘爆炸事故，死亡171人，伤48人，直接经济损失4293.1万元。瓦斯、煤尘事故依然是当前煤矿安全生产的最大威胁。因此，掌握煤尘爆炸的条件及规律，采取行之有效的防范措施，对预防煤尘爆炸，减少爆炸所引起的损失，保障煤炭工业持续稳定发展，都具有十分重要的意义。,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,一、煤尘燃烧与爆炸的原因和过程,1.煤尘的燃烧,实质上，煤尘的燃烧是一种常见的剧烈氧化反应，并伴随着光和热。,按井下煤尘包括积尘发生燃烧的起始过程，煤尘的燃烧形式可分为以下三种形式,1堆积自燃,2加热自燃,3明火引燃,2.煤尘的爆炸燃烧转化为爆炸的充分必要条件是化学反应产生的热量必须超过热传导和热辐射等所造成的热损失，否则燃烧既不能持续发展，也不会转为爆炸。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,煤尘爆炸悬浮在空气中的煤尘，在一定条件下，遇高温热源而发生的剧烈,氧化反应，并伴有高温和压力上升的现象。,浮游于空气中的高密度煤尘，主要是烟煤煤尘，受热后能够迅速释放出大量的,可燃气体。例如，1kg挥发分为20～30的焦煤，受热后能放出290～350L可燃气体。,而这种可燃气体质量小、燃点低，一经同空气混合，遇到高温容易燃烧。燃烧时所,产生的热量，又传给已悬浮的其它煤尘，其它煤尘受热燃烧后又产生热量，这样依,次又迅速地传播给附近的煤尘，促使氧化反应的速度越来越快，温度愈来愈高，范,围越来越大，随即导致气体急剧膨胀运动并在火焰前方形成冲击波，且伴有响声。,当冲击波强度达到300m/s时，便由燃烧转化为爆炸。,二、煤尘爆炸的必要条件,煤尘爆炸必须同时具备下述几个条件,1.煤尘本身具有爆炸性；,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,2.煤尘必须浮游在空气中，并达到一定浓度；,3.要有足以点燃煤尘的热源；,4.空气中保持一定浓度的氧含量。,三、煤尘爆炸的主要特征及效应,煤尘爆炸具有同瓦斯爆炸相类似的特点。,1.产生高温高压实验中测出火焰速度为6101800m/s,火焰温度为16002000℃，计算出的压力波速度2340m/s，爆炸压力为735.5kPa。在有大量沉积煤尘的巷道中，爆炸压力将随离爆炸距离增加跳跃式增大，破坏力增加；在传播途中，有障碍物、断面突然变化或拐弯，爆炸压力还将上升。,中国矿业大学CUMT,2.爆炸的冲击波及火焰火焰速度为6101800m/s,火焰温度为16002000℃，计算出的压力波速度2340m/s，爆炸压力为735.5kPa。3.生成有毒有害气体由于不完全燃烧产生大量CO引起死亡的主要原因。4.产生焦皮渣和粘块爆炸后残余煤尘的挥发分减少或形成“粘焦”判断是否煤尘爆炸的依据。（1）弱爆炸慢速传播，粘焦附在支柱两侧，迎风侧较密，椭圆型；（2）中等速度较快，粘焦主要附在柱迎风侧，三角型；（3）强速度极快，粘焦主要附在柱背风侧，迎风侧有烧痕；,中国矿业大学CUMT,（4）较远处大量焦碳颗粒，附着在支柱迎风侧和周壁上，或柱背风侧的下边，灯光反亮。5.煤尘爆炸具有传播效应伴随着两种冲击进程冲击向外传播，压力波扬起煤尘，随后火焰波引起连续爆炸；回程冲击爆炸点气体受热膨胀，密度减少，形成负压区，引起反程风，若该区内具备爆炸条件，反程风的新鲜空气补充将导致第二次爆炸。由于连续爆炸是在前一次基础上进行，其破坏力更大。6.煤尘爆炸的感应期受热分解产生足够可燃气体的时间。取决于挥发份含量，挥发份含量越高，感应期越短，一般为40280ms。7.爆炸后气体C/H比，也是判断是否为煤尘爆炸的依据瓦斯爆炸2.32.8，煤尘爆炸316。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,四、影响煤尘爆炸的主要因素,煤尘爆炸受到诸多因素的影响。有些因素能提高其爆炸危险性，而有,些因素则能抑制和减弱其爆炸危险性。认识并掌握这些影响因素，对于预,防和避免煤尘爆炸事故的发生，有着很重要的作用。,1.煤尘的可燃挥发分,煤尘的可燃挥发分是煤尘爆炸性的重要影响因素。一般情况下，挥发,分越高，煤尘越易发生爆炸，爆炸的强度也越高。煤尘中的挥发分主要取,决于煤的变质程度。变质程度越低，挥发分含量越高，变质程度越高，挥,发分含量就越低。我国各种牌号的煤尘挥发分含量依次增高的顺序为无烟,煤、贫煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤和褐煤，具体参见表4.2.4。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,还常用可燃挥发分指数（Vdaf，又称为煤尘爆炸指数，作为判断煤尘爆,炸强弱的一个指标。其计算式如下,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,可燃挥发分指数越高，煤尘的爆炸性越强，煤尘的爆炸下限也越低，其,变化规律如表4.2.5所示。,应该注意，此方法仅仅用来判断煤尘爆炸的强弱，不能以此作为判断煤,尘是否爆炸的根据。有的煤尘可燃挥发分指数虽高于10，却无爆炸危险。,例如，四川松澡二井煤尘可燃挥发分指数为12.92，但该井煤尘经实验确定,为无爆炸危险的煤尘。有的煤尘可燃挥发分指数虽低于10，却具有爆炸危,险。例如，萍乡矿务局青山煤矿煤尘可燃挥发分指数为9.05，但该矿煤尘,经实验定为有爆炸危险的煤尘。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,2.煤尘的水分,煤尘中的水分的作用,1对尘粒起着粘结作用,2水分起着吸热降温的作用,因此，煤尘的水分只是在煤尘起爆时有抑制作用。,3.煤尘的灰分,煤尘中的灰分是不可燃物质。,灰分作用,1能吸收热量起到降温阻燃的作用,2能阻止煤尘飞扬，,煤尘中的灰分对煤尘爆炸性的影响见表4.2.6。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,4.煤尘的粒度,煤尘粒度越小，爆炸性越强。试验表明粒径小于100μm的煤尘都能参,与爆炸，粒径小于75μm的煤尘是爆炸的主体。但是，粒径小于30μm的煤尘，,其爆炸性增强的趋势较平缓，当粒径小于10μm时，煤尘爆炸趋于减弱。这,是由于过细的煤尘，极易在空气中迅速被氧化成灰烬所致。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,5.煤尘的浓度,煤尘的浓度是决定煤尘由燃烧能否转为爆炸以及爆炸性强弱的重要,条件。其规律如下超过30～45g/m3（煤尘爆炸的下限浓度），则随着,煤尘浓度增加，爆炸强度也增大；而当浓度达300～400g/m3（煤尘爆炸,威力最强的浓度）后，则随着煤尘浓度增加，爆炸强度将减弱；当煤尘,浓度超过1500～2000g/m3（爆炸的上限浓度）时，就不会发生爆炸。,6.井下空气中的瓦斯含量,井下空气中的瓦斯的存在，会降低煤尘爆炸的下限浓度，瓦斯浓度,越高，煤尘爆炸的下限浓度就越低。瓦斯浓度与煤尘爆炸下限的关系见,表4.2.7。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,辽宁省煤矿研究所曾对不同挥发分含量的煤尘试祥分别在不同瓦斯,浓度下进行爆炸实验，其结果如图4.2.3所示。图中表明曲线1、2、3、,4指的是挥发分较高的煤尘，在没有瓦斯存在的条件下，也能够单独爆炸。,而对曲线5、6、7、8指的是中等挥发分含量的煤尘，单独不易爆炸，只,有在瓦斯浓度达到一定数值时，才能爆炸。由此可以看出，尽管煤尘的,挥发分含量不同，但瓦斯的存在都可使煤尘爆炸下限降低。,7.引爆热源和爆炸环境,对于任何一种有爆炸性煤尘，能够发生爆炸，环境温度必须达到或,超过最低点燃温度。,煤尘爆炸的空间状况对煤尘爆炸的强烈程度也有很大的影响。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,五、煤尘爆炸事故案例分析,1、江苏徐州市贾汪区贾汪镇“7.22”瓦斯煤尘爆炸事故,1）概况,2001年7月22日，江苏省徐州市贾汪区岗子村五副井发生特大瓦斯煤尘爆炸事故，造成92人死亡，直接经济损失538.22万元。,岗子村五副井于2000年2月投入生产，生产能力3万吨/年，实际年产量约4万吨。现有职工350人左右。,该井采用立井单水平开拓，共有12个采掘工作面。采煤方法为巷道式，人工装煤，人力推车运煤，立井双罐笼提升。矿井为独眼井，在井筒内安设了硬质风筒，抽出式通风，主扇排风量178m3/min，向韩桥矿采空区漏风量180m3/min。矿井绝对瓦斯涌出量2.95m3/min，相对瓦斯涌出量4.84m3/td，属低瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为46。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,五副井在未取得地方主管部门批准擅自以建五井风井的名义按主提升井建设，从开工到投产直至事故发生，从未取得任何有效合法证件。据此可以认定，五副井是一个未取得有效合法证件并得到地方政府及有关部门默许认可的非法生产的独眼井。,2）事故直接原因分析,（1）爆源点分析根据事故现场勘察分析，认定这起事故发生在1701回采工作面。,（2）事故类别的分析认定,根据现场勘察、样品检验和技术分析，认定这起事故是一起瓦斯煤尘爆炸事故。,从现场的破坏状况看，爆炸的威力很大。在巷道支架上发现有明显的煤尘爆炸结焦物，调查组委托中国矿业大学安全技术及工程实验室对井下结焦物的样品进行化验，化验结果证实煤尘参与了爆炸。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,3）瓦斯积聚原因,该矿井为独眼井，在井筒内安设直径为0.7米的铁风筒，主扇抽出式通风，风量只178m3/min。事故发生前，主扇一直未开，因该矿井下巷道与相邻的徐州矿务集团公司韩桥煤矿的采空区连通，矿井通风主要靠徐州矿务集团公司韩桥矿采空区漏风，据韩桥矿测定，实际漏风量为180m3/min左右。韩桥矿韩桥井为低瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为2.95m3/min。,发生事故的矿井井共有12个采掘工作面，井下又有多处盲巷，通风系统复杂。因此，该井采掘工作面基本处于微风甚至无风状态。,1701工作面虽然与东巷和280回风巷相通，但由于该工作面是巷道式采煤，巷深10～12米，局扇经常停开，造成瓦斯积聚；新开采的巷道又经常与采空区贯通，造成采空区瓦斯涌向回采工作面。因此，1701工作面具备瓦斯积聚的条件。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,4）爆炸火源的认定,从1701工作面现场的情况分析，工作面在放炮。且当班没有使用放,炮器放炮，采用明火放炮。这次爆炸的火源是工人违章放炮产生的火焰。,5）事故的直接原因,综上所述，这起事故发生的直接原因是由于该矿采用独眼井开采，,主扇未开，井下采掘工作面处于微风甚至无风状态，造成工作面瓦斯积,聚；不按规定洒水防尘，工作面和巷道煤尘很大，煤尘又具有很强的爆,炸性；放炮产生的火源引起瓦斯爆炸，煤尘参与爆炸。,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,一、预防煤尘爆炸技术措施,预防煤尘爆炸的措施，概括起来有三个方面即防止浮游煤尘飞扬；,防止沉积煤尘重新飞扬并参与爆炸；防止产生引爆火源。,1.防止浮游煤尘飞扬,发生煤尘爆炸，必须存在高浓度煤尘云，因而采取湿式作业、喷雾,洒水、煤层注水预湿煤体等降尘措施，可预防煤尘爆炸事故的发生。此,外，合理的巷道风速有利于浮游粉尘沉降到巷道底板，不同颗粒直径的,粉尘，都存在一个最优排尘风速。,2.防止沉积煤尘重新飞扬参与爆炸,1清扫和冲洗,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,（1）对输送机巷道、运煤转载点附近、翻罐笼附近及装车站附近等地,点的沉积煤尘定期进行清扫;,（2对沉积强度较大的巷道，可采取水冲洗的方法.,2撒布岩粉,撒播岩粉对防止煤尘爆炸的作用是处于落尘层面上的岩粉，能阻,止煤尘飞扬；随同煤尘一起飞扬的岩粉能吸热并使爆炸的反映链断裂。,（1撒布岩粉应符合煤矿安全规程和煤矿井下粉尘防治规范,的有关规定。,2岩粉撒布周期，按下式计算,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,（3岩粉（包括岩粉棚的岩粉）的质量，应符合下列要求A.可燃物的含有率不超过5；B.游离二氧化硅含有率不超过10；C.不含有任何有害或有毒的混合物如磷、砷等；D.岩粉的粒度必须全部通过50目筛（小于0.3mm），其中70以上通过200目筛（小于0.075mm）。一般采用石灰石（CaCO3）岩粉。,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,撒布岩粉用量一般以岩粉和煤尘的混合物中不燃物质的含量而定，对,于瓦斯煤层不得低于80，非瓦斯煤层不得低于70。国外实验表明，不同类,型巷道的岩粉撒布量并不是一个定值，而应以沉积煤尘的挥发分含量为标准,确定岩粉的撒布量（表4.3.1）。,（4撒布岩粉的巷道，应遵守规范有关规定，定期进行取样检查。,中国矿业大学CUMT,NaCl,第三节煤尘爆炸的预防,3巷道刷浆运输大巷刷石灰浆，一般每年应组织1次。巷道刷浆有利于巷道附着煤尘时及时发现和处理，同时，利用浆液的粘结作用，使沉积煤尘粘结，失去飞扬能力。国外广泛应用粘结法作为防止煤尘爆炸的补充措施。能用于刷浆的材料除了石灰水外，也可用吸水物质NaCl2、CaCl2、MgCl2等制成粉状或加湿润剂做成糊状，撒在或喷洒在沉积煤尘的巷道中。如前西德在20世纪70年代开始用浓度为32的CaCl2溶液粘结巷道积尘，取得良好效果。由于CaCl2具有潮解性和吸湿性，当CaCl2用量达到228g/m2时，使用160天后，其粘结性依然良好。前苏联也在CaCl2溶液中加入非离子性湿润剂，或在NaCl溶液中加入27的CaCl2，均匀喷洒在巷道壁面上，也能使巷道保持长期潮湿。,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,3.防止产生引爆火源,1消除井下明火,2消除瓦斯引燃,3消除放炮火焰,4消除电器失爆,5消除其它火源,二、预防煤尘爆炸组织措施,1.矿井的各级领导都必须坚持“安全第一，预防为主”的安全生产方针，切实把这一方针贯穿到生产的全过程中去，摆正安全与生产的关系，坚决杜绝在条件不成熟、措施不落实、安全监察不到位的情况下，盲目赶产量、抢任务而组织生产。,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,2.加强放炮管理，严禁打浅眼、放糊炮、明炮以及封泥不足、不用水炮泥等不符合有关规定的放炮作业，放炮作业必须执行“一炮三检”和“三人联锁放炮”制度。放炮员还要加强火药管理，禁止火药的乱拿乱放。,3.各矿井必须长期坚持“一通三防”齐抓共管责任制，做到量化细化，通风安监部门要对责任制度执行情况定期进行考核，做到有奖有罚，以真正发挥“齐抓共管”安全保障网络的作用。,4.各矿井必须将煤矿安全质量标准化工作当作一项重要的基础工作来抓。一个综合防尘达标的矿井可以从根本上防止煤尘爆炸事故的发生。,5.采取多种培训形式，切实加强对特殊工种的工人和通防专业管理干部、,专业技术人员的培训和教育，使他们不仅懂得瓦斯、煤尘爆炸的危害，,中国矿业大学CUMT,第三节煤尘爆炸的预防,而且还要掌握发生瓦斯、煤尘爆炸的原因及其规律。同时要求各矿把职工,的冒险蛮干行为以及造成的危害收集汇编作为教训加以解剖分析，使职工,得到借鉴和警戒，从而防止类似事故的发生。,6.建立奖罚制度。对防尘、放炮工作做得好的集体和个人，要进行奖励，,对那些不遵守防尘制度，违章放炮者，给以必要的处分和经济制裁，以利,于此项工作的开展，保证矿井的安全生产。,徐州矿务集团某矿在某年的12月8日发生一起煤尘爆炸事故，为吸取,教训，防止煤尘爆炸事故的发生，该集团决定，除作好正常的防尘工作外，,将每月的8日定为“防尘日”，并出台相应的奖惩制度。要求各矿由矿长,带头，矿井各单位在“防尘日”对矿井进行一次全面的防尘工作。该制度,坚持20年来，徐州矿务集团杜绝了煤尘爆炸事故的发生。,中国矿业大学CUMT,第四节煤尘爆炸的抑制与隔绝,一、概述,工业粉尘爆炸灾害往往是由局部粉尘云或其它爆炸物爆炸即“初,始爆炸”产生的冲击波使大量的沉积粉尘飞扬并与空气混合，形成燃,烧爆炸传播即“二次爆炸”造成的，其波及的范围往往是整个车间、,巷道甚至整个系统。因此，爆炸抑制技术的目的就是把爆炸事故控制在,其发生的初始阶段或局部区域，降低灾害损失的程度和范围。为此，工,业粉尘爆炸事故严重的国家都投入了大量的人力物力对粉尘爆炸抑制技,术进行了大量的理论和试验研究工作，研制开发了抑爆、隔爆等爆炸抑,制系统，并运用于工业实际。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,二、我国关于隔绝煤尘爆炸的规定,我国煤矿安全规程第155条规定开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，,相邻的采煤工作面间，煤层掘进巷道同与其相连的巷道间，煤仓同与其相连,必须有预防和隔绝煤尘爆炸的措施。矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层、,通的巷道间，采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其他地点同与其相连通的巷,道间，必须用水棚或岩粉棚隔开。,我国煤矿井下粉尘防治规范中，针对隔绝煤尘爆炸作了如下详细的,规定,1.采用被动式隔爆棚（水棚或岩粉棚），也可采用自动隔爆装置，隔绝煤尘,爆炸的传播。隔爆棚分为主要隔爆棚及辅助隔爆棚，分别设置在以下地点,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,（1）主要隔爆棚，应在下列地点设置1矿井两翼与井筒相连通的主要运输大巷和回风大巷；2相邻采区之间的集中运输巷道和回风巷道；3相邻煤层之间的运输石门和回风石门。（2）辅助隔爆棚，应在下列地点设置1采煤工作面进风、回风巷道；2采区内的煤和半煤岩掘进巷道；3采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其它巷道。2.水棚1水棚包括硬质水槽棚与软质水槽棚。水槽必须符合检验标准的要求。2硬质水槽棚的安装方式，既可采用吊挂式或上托式，也可采用混合式。如图4.4.1所示。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,（1水槽的布置必须符合以下规定,nB10035L,nB10050L,2断面S≤10m,断面S≤12m2,2断面S＞12m,式中,nB10065L,L巷道断面宽度，m；,B水槽的宽度，m；,n排棚上的水槽个数。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,（2水槽之间的间隙与水槽同支架或巷壁之间的间隙之和不得大于1.5m；特,殊情况下不得超过1.8m；两个水槽之间的问隙不得大于1.2m。,（3水槽边与巷壁、文架、顶板、构筑物之间的距离不得小于0.1m；水槽底,部至顶梁顶板的距离不得大于1.6m，如果大于1.6m，则必须在该水槽的上,方增设一个水糟。,3）水棚底部距顶梁（无支架时为顶板）、两帮的空隙不得小于0.1m；水棚距巷,道轨面不应小于1.8m；水棚应保持同一高度，需要挑顶时，水棚区内的巷道,断面应与其前后各20m长的巷道断面一致。,4水棚排间距离为1.2～3.0m；主要水棚的棚区长度不小于30m；辅助棚的棚区,长度不小于2Om。,5第一排水棚与工作面的距离必须保持60～200m。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,6水棚应设置在直线段巷道内。,7水棚与巷道交叉口、转弯处的距离，必须保持50～75m；与风门的距离必须大于25m。,8一列水棚的总用水量按巷道断面积计算主要水棚为400L/m2；辅助水棚为200L/m2。,3.岩粉棚,1岩粉棚分为重型岩粉棚及轻型岩粉棚，重型岩粉棚作为主要岩粉棚，轻型岩粉棚作为辅助岩粉棚。,2一列岩粉棚的岩粉总用量按巷道面积计算主要岩粉棚为400kg/m2，辅助岩粉棚为200kg/m2。,3岩粉棚及岩粉棚架的结构及其参数如图4.4.2所示。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,（1岩粉板的宽度为100～150mm；长度重型棚为350～500mm；轻型棚为≤350mm。,（2堆积岩粉的板与两侧的支柱（或两帮之间的间隙不得小于50mm。,（3岩粉板面距顶梁（或顶板）之间的距离为250～300mm，使堆积岩粉的顶部与顶梁（或顶板）之间的间隙不小于100mm。,4岩粉棚的排间距离，重型棚为1.2～3.0m；轻型棚为1.0～2.Om。,5岩粉棚与工作面之间的距离.必须保持在60～300m之间。,6岩粉棚不得用铁钉或钢丝固定。,7岩粉棚上的岩粉，每周至少进行一次检查，如果岩粉受潮湿、变硬，则应立即更换；如果岩粉量减少，则应立即补充；如果在岩粉表面沉积有煤尘，则应加以清除。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,三、抑爆和隔爆原理,抑爆是利用爆炸探测器感应初始爆炸，中心控制单元触发抑爆器动,作，扑灭爆炸火焰，防止容器设备或巷道空间产生过高的压力，抑爆系,统的组成结构如图4.4.3所示。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,隔爆技术主要用于巷道或容器、车间的连接管道，防止爆炸火焰和炽热,的爆炸产物向其它容器、车间或单元传播。根据其工作原理可分为自动隔爆,系统和被动式隔爆系统。自动隔爆系统由爆炸探测器、监控单元和各种物理,或化学隔爆装置组成，其原理是利用爆炸探测器探测爆炸，通过监控单元计,算火焰速度并启动隔爆装置，隔绝沿巷道或管道传播的爆炸火焰及炽热爆炸,产物.,四、爆炸抑制技术研究现状,1.抑爆技术,抑爆技术的有效性和可靠性取决于粉尘的物理化学性质、爆炸特性参数,如最大爆炸压力Pmax、爆炸指数Kmax等、抑爆空间的几何参数及初始流动,状态、抑爆系统的爆炸探测方式、抑爆剂的选择及抑爆器的各,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,种技术参数等。因此，抑爆技术研究主要涉及3个方面的问题，即爆炸探测方式、抑爆剂及数量、抑爆器喷撒技术参数。,工业粉尘爆炸初始阶段火焰速度较低，同时火焰辐射探测方式可能因粉尘沉积或粉尘云等遮挡而降低了其可靠性，因此抑爆系统广泛采用爆炸压力探测方式。,实验研究表明在大型容器、车间抑爆时，由于抑爆空间大，爆炸压力上升速度低，多采用爆炸压力阈值来判断爆炸，阈值范围为0.015～0.306bar；对小容积的容器或设备空间抑爆，则采用爆炸压力上升速度探测方法。在某些特殊场所也采用组合探测方式。对矿井瓦斯煤尘爆炸，则通常采用对瓦斯或煤尘火焰敏感的红外火焰传感器或紫外火焰传感器与压力传感器组合探测方式，为确保探测的可靠性，要求压力和火焰传感器同时工作才启动抑爆器工作。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,抑爆剂种类和数量的确定主要考虑对各种可燃粉尘的适用性、抑爆效率和对工艺环境的适应性。常用的抑爆剂有Halon系列、水、磷酸盐或碳酸盐等,粉体抑爆剂。,中国矿业大学CUMT,煤尘爆炸及其预防,抑爆器