煤礦爆炸、火災(zāi)及其防治技術(shù)

煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院

張延松（博士，教授，博導(dǎo),所長）

個(gè)人簡介

張延松，煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院工業(yè)防爆研究所所長，重慶科林安全生產(chǎn)咨詢事務(wù)所所長，博士，教授，博導(dǎo)，重慶市二屆、三屆人大代表，重慶市科技顧問團(tuán)成員，煤科總院重慶研究院和山東科技大學(xué)碩士、博士生導(dǎo)師，南京理工大學(xué)兼職教授、博士生導(dǎo)師、重慶科技學(xué)院特聘教授、國家百千萬人才、煤炭行業(yè)跨世紀(jì)青年科技拔尖人才

享受國務(wù)院政府津貼

國家和重慶市安全生產(chǎn)專家，國務(wù)院能源專家組成員

國家安全評(píng)價(jià)協(xié)會(huì)副主任，安全評(píng)價(jià)專家委員會(huì)主席

國家653工程火災(zāi)、爆炸專業(yè)首席專家、國家氣體粉塵爆炸、粉塵防治的學(xué)科帶頭人、國家和重慶市安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)年度審核專家

國家中長遠(yuǎn)科技發(fā)展規(guī)劃骨干專家，國務(wù)院安全事故調(diào)查專家

國務(wù)院煤礦安全技術(shù)會(huì)診專家組組長，重慶市就開縣天然氣井噴和泄漏搬遷重慶方專家組組長、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)和國家安全標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員

國家和重慶市安全評(píng)價(jià)專家，國家和重慶市安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)證專家、國家安全評(píng)價(jià)重大項(xiàng)目評(píng)審專家、國家期刊評(píng)估專家

國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審專家，國家檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)證專家

國家安全科技和煤炭行業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審專家

國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目評(píng)審專家，國家自然基金項(xiàng)目評(píng)審專家

國家和重慶市化工、非煤礦山、石油天然氣、煤礦等重大項(xiàng)目安全評(píng)審專家

擔(dān)任6個(gè)全國性學(xué)會(huì)的主任、副主任委員，6個(gè)學(xué)會(huì)的理事委員

擔(dān)任重慶市6個(gè)學(xué)會(huì)的理事長、副理事長

聯(lián)系方式

 Tel：（0）13708386963

 Fax：023-65239382

 E-mail：zys6407@163.com

目     錄

煤礦瓦斯、煤塵爆炸及其防治技術(shù)

礦井外因火災(zāi)

礦井內(nèi)因火災(zāi)

前  言

煤礦安全形勢(shì)

 國有重點(diǎn)煤礦安全生產(chǎn)狀況總體穩(wěn)定，并趨于好轉(zhuǎn)

 安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻

 百萬噸死亡率仍居高不下，職業(yè)危害嚴(yán)重

 煤礦事故造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大

事故基本情況

  2003年全國煤礦共發(fā)生傷亡事故4143起，死亡6434人，同比下降7.9%和8%。重大事故中，國有重點(diǎn)煤礦占13.9%，國有地方煤礦占13.5%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦占72.6%．特別重大事故中，國有重點(diǎn)煤礦占29.1%，國有地方礦占14.4%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦占56.5%．

  2004年，全國煤礦各類事故死亡6027人，減少6.8%。全國煤炭百萬噸死亡率2003年為3.71，同比下降26.2%， 2004年，這一數(shù)字為3.1，同比下降19.6%。

  2005年，全國煤礦事故3306起，下降9.2%；死亡5986人，減少0.7%，煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率降至2.836，下降7.9%。但一次遇難10人以上特大事故抬頭，遇難人數(shù)同比上升66.6％。

   2006年全國煤礦共發(fā)生事故2945起、死亡4746人，同比分別減少361起、1192人，下降10.9%和20.1%。百萬噸死亡人數(shù)2.04人，下降27.4%。

  2007年，全國煤礦事故死亡3786人，下降20.2％，煤炭百萬噸煤死亡率1.485。其中重特大事故起數(shù)和死亡人數(shù)，同比分別下降28.2%和23.0%。

瓦斯事故仍然嚴(yán)重

  2002年全國煤礦共發(fā)生瓦斯事故743起，死亡2407人，分別占事故總數(shù)的17.1%和死亡人數(shù)的34.4%．其中，瓦斯煤塵爆炸事故28起，死亡304人；煤與瓦斯突出事故16起，死亡130人．

  2003年，瓦斯事故584起，死亡2061人，同期分別下降8.9％和10.3％．

  2004年下半年來，發(fā)生幾起大的瓦斯事故,如河南鄭煤集團(tuán)大平煤礦10·20特大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡。銅川礦務(wù)局陳家山煤礦11·28特大瓦斯爆炸事故,造成166人死亡。遼寧省阜新集團(tuán)公司孫家灣煤礦海州立井2·14特大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。

   2006年發(fā)生瓦斯事故327起、1319人，分別減少87起、852人，下降21%和39.2%。

  2007年瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)，同比分別下降16.8%和17.8%，其中重特大瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)，同比分別下降15.4%和6.1%。

我國煤礦安全狀況

  我國煤礦死亡人數(shù)多的是瓦斯和頂板事故

  一次死亡人數(shù)多、損失嚴(yán)重、對(duì)生產(chǎn)和社會(huì)影響惡劣的是瓦斯事故

  我國煤礦發(fā)生的特別重大事故主要是瓦斯事故

  實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的重點(diǎn)是：瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故

第一章 煤礦瓦斯、煤塵爆炸及其防治技術(shù)

第一節(jié) 瓦斯爆炸

  瓦斯爆炸是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。近年來，我國連續(xù)發(fā)生了幾起特別重大瓦斯爆炸事故，造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，帶來嚴(yán)重的社會(huì)影響。

一、 瓦斯爆炸基礎(chǔ)知識(shí)

 1、礦井瓦斯

  1） 瓦斯的形成

  古代植物在成煤過程中，經(jīng)厭氧菌的作用，植物的纖維質(zhì)分解產(chǎn)生大量瓦斯；此后，在煤的碳化變質(zhì)過程中，隨著煤的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化，繼續(xù)有瓦斯不斷生成。在全部成煤過程中，每形成一噸煙煤，大約可以伴生600m3以上的瓦斯。而在由長焰煤變質(zhì)為無煙煤時(shí)，每噸煤又可以產(chǎn)生約240m3的瓦斯。在長期的地質(zhì)年代里，由于瓦斯的比重小，擴(kuò)散能力強(qiáng)，地層又具有一定的透氣性，以及地層的隆起、侵蝕，大部分瓦斯都已逸散到大氣中去，只有一小部分至今還被保存在煤體和圍巖內(nèi)。

  煤體之所以能保存一定數(shù)量的瓦斯，與煤的結(jié)構(gòu)狀態(tài)密切相關(guān)。煤是一種復(fù)雜的孔隙介質(zhì)，有著十分發(fā)達(dá)的、各種不同直徑的孔隙和裂隙，形成了巨大的自由空間和孔隙表面。因此,成煤過程中產(chǎn)生的瓦斯就能以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在于這些孔隙與裂隙內(nèi)。

  游離狀態(tài)也叫自由狀態(tài)，這種狀態(tài)的瓦斯按照自由氣體定律存在于煤體或圍巖的裂縫和孔裂隙內(nèi)。煤體內(nèi)游離狀態(tài)瓦斯量的大小，決定于貯存空間的體積和瓦斯的壓力與溫度。

  煤礦井下的瓦斯來自煤層和煤系地層，它主要是腐植型有機(jī)物質(zhì)在成煤過程中生成的。在遠(yuǎn)古時(shí)代，由于成煤植物殘骸被泥沙和海水淹沒，與空氣隔絕，在高溫高壓環(huán)境中，在微生物的分解發(fā)酵作用下，成煤植物的殘骸逐漸轉(zhuǎn)化成泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤。與此同時(shí)，生成了大量以甲烷為主的烴類氣體就是瓦斯。另一種吸附在煤的微孔表面和煤的微粒內(nèi)部，稱為吸附瓦斯。煤層瓦斯含量是指煤層或圍巖在自然條件下所含有的瓦斯，單位是m3/t。煤層的煤化過程越高，存貯瓦斯能力越強(qiáng)，即高變質(zhì)煤比低變質(zhì)煤瓦斯含量大；有煤層露頭時(shí)該帶內(nèi)瓦斯含量低，而無煤層露頭時(shí)瓦斯含量大；煤層隨著埋藏深度增大瓦斯含量增大；煤系透氣低的巖層（泥巖、細(xì)碎屑巖、裂隙不發(fā)育的石灰?guī)r等）越厚，占的比重越大煤層瓦斯含量越高；反之，圍巖由厚中粗砂巖，甚至是礫巖等組成，其瓦斯含量少；煤層地質(zhì)構(gòu)造也影響煤層瓦斯含量。

  2） 礦井瓦斯的涌出

  礦井瓦斯的涌出方式可分為均衡涌出和瓦斯的噴出與突出，礦井瓦斯涌出為均衡涌出的瓦斯。

  （1）瓦斯涌出量：絕對(duì)瓦斯涌出量為單位時(shí)間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位是m3/min，m3/d；相對(duì)（噸煤）瓦斯涌出量為每采一噸煤平均涌出的瓦斯量，單位是m3/t。

      q絕=Q×C×60×24    m3/min

      q相= q絕/A         m3/t

式中：q絕—絕對(duì)瓦斯涌出量, m3；

     Q—礦井總回風(fēng)巷風(fēng)量, m3；

     C—礦井總回風(fēng)巷的平均瓦斯?jié)舛?%；

     q相—相對(duì)瓦斯涌出量，m3；

              A—礦井平均日產(chǎn)量,噸。

  （2）礦井瓦斯等級(jí)劃分。一個(gè)礦井中只要有一個(gè)煤（巖）層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即定為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級(jí)進(jìn)行管理。

  礦井瓦斯等級(jí)，根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量、礦井絕對(duì)瓦斯涌出量劃分為：

  低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。

  高瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。

  煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井。

  每年必須對(duì)礦井進(jìn)行瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量的鑒定工作，報(bào)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤炭管理部門審批，并報(bào)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。

  新礦井設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)有各煤層的瓦斯含量資料。

 2、瓦斯爆炸的反應(yīng)過程

  瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

 CH4+2O2       CO2+2H2O+198.4kCal                （1）

  或 CH4+2（O2 +4N2）     CO2+2H2O+8N2+198.4kCal    （2）

  瓦斯爆炸是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，上式只是反應(yīng)的最終結(jié)果。

  近年來的研究確定，礦井瓦斯爆炸是一種熱—鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的能量）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個(gè)游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基愈來愈多，化學(xué)反應(yīng)速度也愈來愈快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。對(duì)于甲烷爆炸的中間反應(yīng)過程，已經(jīng)提出了幾種不同的反應(yīng)方式。其中之一認(rèn)為，CH4吸收能量后分解成[CH3]和[H]兩個(gè)游離基。[CH3]、[H]又分別與O2反應(yīng)，各自生成新的游離基[CH2O]、[OH]和[OH]、[O]：

[CH3]+O2       [CH2O]+[OH]                 （3）

[H]+O2         [OH]+[O]                           （4）

這些游離基又能進(jìn)一步反應(yīng)：

[OH]+CH4       [CH3]+H2O                    （5）

[O]+CH4        [OH]+[CH3]                     （6）

[CH2O]+O2        CO+[O]+H2O               （7）

CO+O2        CO2+[O]                              （8）

  這樣迅速發(fā)展下去，反應(yīng)就會(huì)以極其猛烈的爆炸形式表現(xiàn)出來，它的最終產(chǎn)物則是CO2和H2O（見(1)式）。如果氧氣不足，反應(yīng)不完全，也能產(chǎn)生CO。采用現(xiàn)代的檢查方法，在甲烷的爆焰內(nèi)檢查到了[O]、[OH]、[CH3]、[CH2O]等游離基的大量存在，從而證實(shí)了熱—鏈?zhǔn)嚼碚摰恼_。

  在下列條件下，鏈反應(yīng)中斷，就不會(huì)發(fā)展為瓦斯的燃燒或爆炸；

  1） 混合物中的氧氣濃度不夠，反應(yīng)不能按（3）與（4）式進(jìn)行； 

  2） [OH]游離基不與CH4起反應(yīng)（如（5）式）而是與[H]游離基結(jié)合生成H2O（[OH]+[H]   H2O）；

  3） 活化中心與固體表面（或粒子）碰撞，失去其活化能；

  4） 混合物中加入足夠能量的能與活化中心起反應(yīng)的某些元素（如鹵族元素），這類元素很容易與活化中心結(jié)合生成活性很小的根或分子。

  由（2）式可知，要使一個(gè)體積的甲烷完全反應(yīng)，必須具有10個(gè)體積的（氧濃度為20%）空氣，所以在礦井條件下瓦斯爆炸的最完全反應(yīng)是在甲烷濃度為9.1%時(shí)

 [1/(1+2×100/20) ]×100=9.1%

  如果是在新鮮空氣（氧濃度21%）中，則應(yīng)為9.5%。

  [1/（1+2×100/21）]×100=9.5%，但是，根據(jù)實(shí)驗(yàn)瓦斯最易引火的濃度則為7～8%。

  爆炸溫度——研究人員在瓦斯?jié)舛葹?.5%條件下測(cè)定過爆炸時(shí)的瞬時(shí)溫度，在自由空間內(nèi)可達(dá)1850℃；在封閉空間內(nèi)最高可達(dá)2650℃。井下巷道呈半封閉狀態(tài)，其爆溫將在1850℃與2650℃之間。

  爆炸壓力——由于爆炸時(shí)氣體溫度驟然升高，必然引起氣體壓力的突然增大。在容積固定的條件下，爆炸后的氣體壓力可用下式計(jì)算：

 P1=P0（273+t1）/（273+t0），大氣壓                   （9）

  式中：P0、t0——爆炸前混合氣體的壓力（大氣壓）與溫度（℃）；

     P1、t1——爆炸后混合氣體的壓力（大氣壓）與溫度（℃）。

  假使爆炸前P0=1大氣壓，t0=15℃，爆炸后的溫度t1封閉=2650℃和t1自由=1850℃。分別代入上式，則可求出爆炸后的氣體壓力分別為10.2和7.4大氣壓，其平均值約為9大氣壓，即在理想的條件下爆炸后的壓力約為爆炸前的9倍。事實(shí)上，不可能這樣高。但當(dāng)發(fā)生瓦斯連續(xù)爆炸時(shí)，其第二次爆炸的初始?jí)毫τ袝r(shí)會(huì)高出正常大氣壓，這就會(huì)越爆越猛，出現(xiàn)很高的沖擊壓力。

3、瓦斯爆炸的條件及其影響因素

  瓦斯爆炸必須具備三個(gè)條件：

  一定濃度的甲烷

  一定溫度的引火源

  足夠的氧

  1） 瓦斯?jié)舛?br />
  根據(jù)上述熱—鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的理論，一定濃度的瓦斯吸收足夠的熱能后，就將分解出大量的活化中心，完成整個(gè)氧化反應(yīng)過程，并放出一定的熱量（每摩爾甲烷完全氧化時(shí)，能放出12.4千卡的熱量）。如果生成的熱量超過周圍介質(zhì)的吸熱和散熱能力，而混合物又有足夠的CH4和O2存在，那么在此條件下，就會(huì)生成更多的活化中心，使氧化過程迅猛發(fā)展成為爆炸；若參與反應(yīng)的瓦斯?jié)舛炔粔?，氧化生成的熱量與分解的活化中心都不足，則這一反應(yīng)不能發(fā)展成為爆炸；又若瓦斯的濃度過高，相對(duì)來說氧的濃度就不夠，不但不能生成足夠的活化中心，而且因?yàn)榧淄榈臒崛萘枯^大（約為空氣的2.5倍），氧化生成的熱量為周圍介質(zhì)所吸收，當(dāng)然也不會(huì)發(fā)展成為爆炸。因此，瓦斯爆炸具有一定的濃度范圍，其臨界值即為瓦斯爆炸界限。其最低濃度界限叫爆炸下限，最高濃度界限叫爆炸上限。在新鮮空氣中瓦斯爆炸界限一般為5～16%，5%為下限，16%為上限。

  由（2）式可知，在新鮮空氣中含有甲烷9.5%時(shí)，遇有火源，混合氣體中的全部氧和瓦斯都參與反應(yīng)，這是形成瓦斯爆炸的最適宜條件。

  2） 著火源

  瓦斯爆炸的第二個(gè)條件是高溫火源的存在。點(diǎn)燃瓦斯所需的最低溫度叫引火溫度。瓦斯的引火溫度一般認(rèn)為是650～750℃。明火、煤炭自燃、電氣火花、赤熱的金屬表面、吸煙、甚至撞擊或摩擦產(chǎn)生的火花等煤礦井下所能遇到的絕大多數(shù)火源都足以引燃瓦斯。

 煤礦井下可能存在的著火源及溫度如下：

  沖擊波的速度大于1250～1350m/s，其前沿后面的溫度大于500℃。

     瓦斯和煤塵爆炸火焰前沿的溫度2000～2500 ℃。

     炸藥爆炸產(chǎn)物的溫度4500 ℃。

  電弧、電火花的平均溫度4000℃（放電主通道的溫度10000 ℃ ）。

     火柴的明火溫度1200 ℃。

    點(diǎn)燃香煙溫度600～800℃。

表1-1 瓦斯爆炸的感應(yīng)期

  由于瓦斯爆炸熱—鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時(shí)，大量活化中心的產(chǎn)生與形成需要一定的時(shí)間過程，達(dá)到爆炸濃度的瓦斯遇到高溫火源時(shí)并不能立即發(fā)生爆炸。這種需要遲延一個(gè)很短時(shí)間才爆炸的現(xiàn)象稱為引火延遲現(xiàn)象，其引火延遲時(shí)間稱為感應(yīng)期（或誘導(dǎo)期）。感應(yīng)期的長短與瓦斯?jié)舛群鸵饻囟扰c壓力有關(guān)。表1-1為實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)得的感應(yīng)期。

 雖然瓦斯爆炸的感應(yīng)期很短，但對(duì)煤礦安全生產(chǎn)卻有著重要的作用。例如使用安全炸藥進(jìn)行爆破時(shí)，雖然炸藥爆炸的初溫能達(dá)2000℃左右，但是在絕大多數(shù)情況下，這一高溫存在的時(shí)間極短（通常僅為千分之幾秒），小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，所以不會(huì)引起瓦斯爆炸事故的發(fā)生。但若炸藥質(zhì)量不合格或炮泥充填不當(dāng)，則爆炸后的高溫氣體存在時(shí)間就能延長，并且可以分解產(chǎn)生NO2等氣體，促進(jìn)鏈反應(yīng)的發(fā)展，使感應(yīng)期縮短，造成瓦斯爆炸事故。又如礦用安全電氣設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)能夠迅速斷電，其斷電的時(shí)間小于感應(yīng)期，也不會(huì)導(dǎo)致瓦斯爆炸。

  如果瓦斯—空氣混合氣體的壓力增高或混入某些能促使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加速的氣體，感應(yīng)期就會(huì)縮短，甚至消失。例如在瓦斯中加入0.5%的CH2O（甲醛）或0.32%的NO2，感應(yīng)期就接近于消失。NO2是炸藥爆炸后的產(chǎn)物，再加上爆破沖擊波對(duì)氣體的沖擊壓縮作用，井下放炮時(shí)，瓦斯的感應(yīng)期將比表2所列時(shí)間為短。因此，遵守《規(guī)程》中有關(guān)瓦斯礦的爆破規(guī)定非常重要。

煤礦井下可能存在的著火源的作用時(shí)間：

  沖擊波的作用持續(xù)時(shí)間最短——10-7～10-3s。

  炸藥爆炸后產(chǎn)物、電火花作用時(shí)間—10-6～10-2s。

  電弧及瓦斯煤塵爆炸的火焰前沿作用時(shí)間—10-4～1s。

  明火和灼熱體作用時(shí)間最長。

  3） 氧濃度

  大量實(shí)驗(yàn)表明，瓦斯爆炸界限隨混合氣體中氧濃度的降低而縮小。當(dāng)氧濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸下限緩慢地增高，如圖1-1的BE線所示，爆炸上限則迅速下降，如圖1-1的CE線所示。氧濃度降低到12%時(shí)，瓦斯混合氣體即失去爆炸性，遇火也不會(huì)爆炸。

  《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下工作地點(diǎn)的氧濃度不得低于20%，上述關(guān)系似乎沒有什么實(shí)際意義，但在密封區(qū)特別是火區(qū)內(nèi)情況卻不同，其中往往積聚大量瓦斯，且有火源存在，只有氧濃度很低時(shí)，才不會(huì)發(fā)生爆炸；一旦重開火區(qū)或火區(qū)封閉不嚴(yán)而大量漏風(fēng)，新鮮空氣不斷流入，氧濃度達(dá)到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。

          綜上所述，在新鮮空氣中，瓦斯?jié)舛葹?～16%，在遇到650～750℃以上的火源才會(huì)爆炸。但是這些數(shù)值受很多因素的影響，而在較大范圍內(nèi)變化，加上礦井通風(fēng)和瓦斯涌出的不穩(wěn)定性，所以《規(guī)程》中對(duì)井下各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛扰c可能產(chǎn)生的火源都作了嚴(yán)格限制，以防爆炸事故的發(fā)生。這是十分必要的，必須認(rèn)真執(zhí)行。

  從試驗(yàn)中得到了瓦斯－空氣混合氣體爆炸極限與氧濃度的關(guān)系，如圖1-1所示。

圖1-1 瓦斯-空氣混合氣體爆炸極限與氧濃度的關(guān)系

  BEC所構(gòu)成的三角區(qū)域就是瓦斯爆炸三角形，當(dāng)瓦斯?jié)舛群脱鯘舛忍幱谌切螀^(qū)域，在點(diǎn)火源作用下，就會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸；同樣，瓦斯?jié)舛群脱鯘舛炔辉诖巳切螀^(qū)域，就不會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸。這就為防止瓦斯爆炸發(fā)生提供了途徑。這是如前所述，采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不低于20%。氧氣作為作業(yè)人員必備的生存條件，在煤礦井下必須予以保證，也就是說，在煤礦井下工作環(huán)境下，氧濃度都必須維持在20%以上，通過控制氧氣濃度來控制瓦斯爆炸事故是不現(xiàn)實(shí)的。然而，在密封區(qū)特別是火區(qū)，其中往往積聚大量瓦斯，且有火源存在，只有將氧濃度控制在很低時(shí)（12%以下），才能確保不會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸事故；重開火區(qū)或火區(qū)封閉不嚴(yán)而大量漏風(fēng)，新鮮空氣不斷流入，氧濃度達(dá)到12%以上時(shí)，同樣可能發(fā)生爆炸。這也是在采空區(qū)內(nèi)為防止瓦斯爆炸或燃燒，把氧濃度降低到12%以下，以控制爆炸或熄滅燃燒火焰的原因所在。

  4） 瓦斯爆炸易發(fā)區(qū)域和原因

  從國內(nèi)外煤礦發(fā)生的瓦斯爆炸資料統(tǒng)計(jì),可以得出如下結(jié)論:

  煤礦內(nèi)的任何地點(diǎn)都有發(fā)生瓦斯爆炸的可能性。諸如電氣設(shè)備附近，放炮地點(diǎn)，火區(qū)周圍，產(chǎn)生摩擦火花以及可能出現(xiàn)明火的地點(diǎn)，甚至進(jìn)、回風(fēng)的井口房和選煤廠內(nèi)也有瓦斯爆炸事故的發(fā)生。但大部分發(fā)生在瓦斯煤層的采掘工作面，其中又以掘進(jìn)工作面占多數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，瓦斯燃燒或爆炸事故發(fā)生在掘進(jìn)工作面的約占三分之一左右。

  掘進(jìn)工作面較易發(fā)生瓦斯爆炸的原因，一方面是這些地點(diǎn)采用局扇供風(fēng)，如果局扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)筒末端距工作面較遠(yuǎn)，風(fēng)筒漏風(fēng)太大或局扇供風(fēng)能力不夠，到達(dá)掘進(jìn)工作面的有效風(fēng)量不足，或巷道內(nèi)風(fēng)速過低，不能將掘進(jìn)工作面附近及巷道內(nèi)的瓦斯沖淡排出，導(dǎo)致瓦斯積聚而達(dá)爆炸濃度；另一方面是煤巷掘進(jìn)工作面多用電鉆打眼，電動(dòng)局扇通風(fēng)，經(jīng)常放炮（煤巷掘進(jìn)工作面附近，放炮后短時(shí)間內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤蛇_(dá)爆炸濃度），如果電氣設(shè)備防爆性能不良，局扇不按《規(guī)程》要求啟閉，或放炮不合規(guī)定，就很容易產(chǎn)生引火源——電火花或爆破火焰。

  回采工作面容易發(fā)生瓦斯爆炸的地點(diǎn)是工作面的上隅角。因?yàn)椴煽諈^(qū)內(nèi)常積聚高濃度的瓦斯，瓦斯的密度?。?.554），能沿傾斜向上移動(dòng)，部分瓦斯就從上隅角附近逸散出來；上隅角往往又是采空區(qū)漏風(fēng)的主要出口，漏風(fēng)將高濃度瓦斯從采空區(qū)帶出；工作面出口風(fēng)流直角轉(zhuǎn)彎，上隅角形成渦流區(qū)，瓦斯難于被風(fēng)流帶走排出；上隅角附近往往設(shè)置回柱絞車等機(jī)電設(shè)備；這一帶的采煤工作面煤體在集中應(yīng)力作用下變得疏松，自由面較多，放炮時(shí)容易發(fā)生虛炮，因此產(chǎn)生火源的機(jī)會(huì)也較多。

  回采工作面另一容易發(fā)生瓦斯爆炸的地點(diǎn)，是采煤機(jī)工作時(shí)在切割機(jī)構(gòu)的附近。據(jù)英國一個(gè)綜合采煤工作面測(cè)定，截槽后的瓦斯?jié)舛扔袝r(shí)高達(dá)75%。機(jī)械化采煤，特別是綜合機(jī)械化采煤工作面產(chǎn)量大，進(jìn)度快，煤的破碎程度增加，大量瓦斯迅速地從新暴露面和采落的煤塊內(nèi)涌出，工作面的平均絕對(duì)瓦斯涌出量可達(dá)十幾～幾十米3/分。采煤機(jī)械的切割機(jī)構(gòu)附近，更是大量瓦斯涌出的地點(diǎn)，而且這些地點(diǎn)的風(fēng)流容易形成渦流區(qū)，造成瓦斯積聚的條件。采煤機(jī)械電氣設(shè)備防爆性能不好，截齒與堅(jiān)硬的夾石（如黃鐵礦）摩擦產(chǎn)生的火花，都是點(diǎn)燃瓦斯的火源。

  井下瓦斯爆炸的引火原因多種多樣。隨著井下機(jī)械化程度的提高，因機(jī)電設(shè)備不符合要求和摩擦火花引燃的事故逐漸增多。

  最后，必須著重指出，國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料表明，瓦斯涌出量小的礦井，瓦斯燃燒與爆炸事故往往多于瓦斯涌出量大的礦井。其原因主要是由于放松管理，失去警覺，違章操作現(xiàn)象等所造成。

  5） 影響瓦斯爆炸界限的因素

   瓦斯的爆炸界限并不是固定不變的，它受到許多因素的影響，例如：

  （1）可燃?xì)怏w的混入  

  瓦斯—空氣混合氣體中混入其它可燃?xì)怏w時(shí)，不僅增加了爆炸性氣體的總濃度，而且會(huì)使瓦斯爆炸界限發(fā)生變化。幾種可燃性氣體同時(shí)存在時(shí)，可根據(jù)下式求得混合氣體的爆炸上、下限：

式中：N、N1、N2、N3……——分別為混合氣體和各個(gè)可燃?xì)怏w

                                                        的爆炸上下限，%；

C1、C2、C3……——分別為各個(gè)可燃性氣體占可燃性氣體總和的百分比（按體積計(jì)）%；

C1+C2+C3……=100。

  表1-2為煤礦內(nèi)常見的幾種可燃性氣體的爆炸界限。由（10）式計(jì)算表明，這些可燃性氣體的混入都能使爆炸界限擴(kuò)大。所以井下發(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生其他可燃性氣體時(shí)，即使平時(shí)瓦斯涌出量不大的礦井，也有發(fā)生爆炸的可能性，同樣應(yīng)該提高警惕。

表1-2  幾種可燃性氣體的爆炸界限

  （2）煤塵的混入 

  煙煤煤塵具有爆炸性，300～400℃時(shí)就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出可燃性氣體，從而使瓦斯的爆炸下限降低，爆炸的危險(xiǎn)性增加。

  （3）惰性氣體 

  惰性氣體的混入，使氧濃度降低，并阻礙活化中心的形成，可以降低瓦斯爆炸的危險(xiǎn)性。

  （4）混合氣體的初溫（爆炸前混合氣體的溫度） 

  根據(jù)試驗(yàn)，初溫越高，爆炸界限就越擴(kuò)大。當(dāng)初溫20℃時(shí)，爆炸界限為6.0%～13.4%，100℃時(shí)為5.45%～13.5%，700℃時(shí)為3.25%～18.75%。所以井下發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)，高溫會(huì)使原來未達(dá)到爆炸濃度的瓦斯發(fā)生爆炸。

二、瓦斯爆炸傳播特性及主要危害

1、瓦斯爆炸的傳播特性

  礦井巷道中瓦斯爆炸傳播是以沖擊波方式傳播的，隨著傳播時(shí)間和空間的推移，沖擊波結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在起始階段，以爆燃波方式傳播，隨著甲烷氣體燃燒完畢，則演變?yōu)閱渭兛諝獠▊鞑ァ? 爆燃是一種帶有壓力波的燃燒。當(dāng)火焰陣面后邊界有約束或障礙，燃燒產(chǎn)物就可以建立起一定的壓力，波陣面兩側(cè)就建立起一個(gè)壓力差，這個(gè)壓力波以當(dāng)?shù)芈曀傧蚯皞鞑ィ@就是壓力波。由于這個(gè)壓力波傳播速度比火焰陣面要快，行進(jìn)在燃燒陣面前，因此也叫前驅(qū)沖擊波。

  瓦斯爆炸發(fā)生時(shí)，爆源附近氣體高速向外沖擊，加之爆炸后生成的一部分水蒸汽很快凝聚，在爆源附近形成氣體稀薄的低壓區(qū)。瓦斯爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度（可達(dá)每秒幾百米甚至上千米）向外沖擊，于是被爆炸沖出的氣體連同爆源外圍的氣體，又以高速反向沖回爆源地。這種反向沖擊的力量雖較正向沖擊的力量小，但它是沿著已遭破壞的區(qū)域反沖，其破壞性往往更大。如果反向沖擊的空氣中含有足夠的瓦斯和氧，而爆源附近的火源尚未消失，或有因爆炸而產(chǎn)生的新火源存在，就可以造成第二次爆炸。

  此外，在瓦斯涌出量較大的礦井，如果空氣中的瓦斯?jié)舛?，在火源熄滅前又達(dá)到爆炸濃度，還能引起瓦斯的再次爆炸。瓦斯爆炸往往造成人員傷亡，破壞巷道和器材設(shè)施，揚(yáng)起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力，還可能點(diǎn)燃坑木等可燃物而引起火災(zāi)。圖1-2為煤炭科學(xué)研究總院重慶分院在斷面7.2m2巷道進(jìn)行100m3瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)的超壓曲線。

圖1-2  地下巷道100m3瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  爆炸過程中，瓦斯爆炸會(huì)形成沖擊波，沖擊波在傳播過程中存在疊加、反射以及衰減等過程。壓力波衰減慢，傳播距離遠(yuǎn)。沖擊波是爆炸破壞力的主要來源，而且造成的各種力學(xué)破壞也是實(shí)際事故調(diào)查中最明顯、最易獲得的證據(jù)，因此分析具體條件下爆炸沖擊波的傳播軌跡是事故調(diào)查的一個(gè)重要手段。

  實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：瓦斯爆炸過程中的火焰灼燒作用明顯，懸掛的各種可燃物均留下明顯的灼燒痕跡；此外，瓦斯爆炸火焰波及范圍20～120m，因此，可以根據(jù)坑道中的過火痕跡判斷爆源區(qū)域的位置。

  火焰溫度高對(duì)可燃物灼燒明顯，這是爆源點(diǎn)確認(rèn)的一個(gè)判據(jù)；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x隨瓦斯帶長度增加而增加，一般為其長度的5～7倍。

2、瓦斯爆炸的主要危害

  瓦斯爆炸發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的高溫火焰、沖擊波及使礦井空氣成分發(fā)生變化是造成災(zāi)害的途徑。對(duì)人的傷害包括：呼吸系統(tǒng)及皮膚高溫?zé)齻瑳_擊波傷害，中毒和窒息。對(duì)物的高溫引起火災(zāi)和沖擊波破壞。

  1）、火焰

  火焰是在瓦斯爆炸過程中，瓦斯劇烈氧化的產(chǎn)物?；鹧娴膫鞑ニ俣葹?～2.5m/s（正常燃燒）至2500m/s（爆轟速度），一般為500～700m/s?；鹧骊嚸媸侨紵a(chǎn)物與未燃燒產(chǎn)物之間的分界面?；鹧骊嚸嫦?ldquo;活塞”那樣沿巷道運(yùn)動(dòng)，帶進(jìn)越來越多的空氣和可燃成分，“活塞”長度為0～幾十米?；鹧骊嚸嫱ㄟ^時(shí)，人員被燒傷，不但皮膚就連呼吸器官和消化器官的粘膜也會(huì)燒傷。電氣設(shè)備遭到毀壞，尤其是電纜，這時(shí)能形成危險(xiǎn)的第二次火源。還會(huì)引起火災(zāi)。

  2）、沖擊波

  在瓦斯爆炸過程中，由于能力突然釋放即會(huì)產(chǎn)生沖擊波，它是由壓力波發(fā)展而成的。正向沖擊波傳播時(shí)，其壓力一般為10kPa～2MPa，但其遇疊加或反射時(shí)，常?？尚纬筛哌_(dá)10MPa的壓力。沖擊波的傳播速度高于音速（340m/s）。

  沖擊波通過時(shí)會(huì)對(duì)人體造成危害，多數(shù)情況下，這些創(chuàng)傷具有綜合（創(chuàng)傷、燒傷等）多樣的特點(diǎn)。

沖擊波前沿剩余壓力對(duì)人的作用特點(diǎn)如下：

  0.003～0.01MPa: 無創(chuàng)傷

  0.011～0.02MPa: 頭昏、輕傷

  0.04MPa: 中度創(chuàng)傷：震傷、失去知覺、骨折

  0.06MPa: 重傷：內(nèi)臟受傷，嚴(yán)重腦震蕩、骨折

  0.3 MPa: 有較大死亡可能性（75%）

  0.4 MPa: 死亡率為100%

沖擊波前沿剩余壓力對(duì)物體或巷道的作用特點(diǎn)如下：

  移動(dòng)和破壞設(shè)備，可能發(fā)生二次著火; 破壞支架、頂板冒落、垮塌巖石堆積物導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)破壞，使救災(zāi)復(fù)雜化。

  0.011～0.02MPa: 支架部分破壞，密閉被破壞（密閉不穩(wěn)定時(shí)）.

  0.021～0.06MPa: 木支架相當(dāng)程度被破壞，金屬支架移動(dòng)，混凝土整體支護(hù)發(fā)生片狀脫落。

  0.061～0.3MPa: 木支架完全破壞，金屬支架部分破壞，發(fā)碹巷道出現(xiàn)裂隙，片況脫落，鐵軌變形，枕木脫開，小于1噸的設(shè)備整體破壞、變形、位移，大于1噸設(shè)備翻倒、位移、部分變形。

    0.31～0.65MPa: 金屬支架巷道全長全面破壞，形成密實(shí)堆積物，整體鋼筋混凝土支架部分破壞，混凝土整體遭破壞，設(shè)備和設(shè)施完全破壞。

  0.66～1.17MPa: 混凝土支架完全破壞，形成密實(shí)堆積物，整體鋼筋混凝土支架相當(dāng)大破壞，可能形成冒落拱。

  3） 高溫灼熱

  在瓦斯?jié)舛葹?.5%條件下，爆炸時(shí)的瞬時(shí)溫度在自由空間內(nèi)可達(dá)1850℃；在封閉空間內(nèi)最高可達(dá)2650℃。井下巷道呈半封閉狀態(tài)，其爆溫將在1850℃與2650℃之間。這樣高的火焰溫度，很短時(shí)間內(nèi)足以灼傷人的皮膚和肌肉、損傷人的器官，點(diǎn)爆煤塵，點(diǎn)燃坑木。

  在煤炭科學(xué)研究總院重慶分院爆炸試驗(yàn)基地進(jìn)行的瓦斯爆炸損傷試驗(yàn)研究表明，瓦斯爆炸的高溫灼熱嚴(yán)重?fù)p傷呼吸系統(tǒng)，可造成10%試驗(yàn)大白鼠死亡（48小時(shí)內(nèi)）。

  4） 有毒氣體

      由瓦斯爆炸反應(yīng)，我們知道，由于瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛鹊牟煌?，使得爆炸產(chǎn)生的有毒氣體CO和CO2的濃度差異很大，特別是由于瓦斯爆炸破壞了通風(fēng)系統(tǒng)，使爆炸后的有毒氣體CO和CO2不易擴(kuò)散和稀釋。從以往事故分析看：爆炸后的有毒有害氣體的中毒是造成人死亡的主要原因，占死亡總數(shù)的70～80%。

  瓦斯爆炸最終氣體產(chǎn)物如表1-3所示。

表1-3  瓦斯爆炸最終氣體產(chǎn)物

表4  各國CO允許濃度值

  從人身安全考慮，各國對(duì)工作場(chǎng)所的CO允許濃度都有明確的規(guī)定，表1-4為各國CO允許濃度。

  CO對(duì)人的危害是由于人體內(nèi)的血紅蛋白（Hb）通過肺與CO結(jié)合生成碳氧血紅蛋白（ CO— Hb），妨礙了Hb向體內(nèi)運(yùn)送氧的功能，因而使人的體內(nèi)缺氧。CO與Hb的結(jié)合力比O2與Hb的結(jié)合力強(qiáng)210～300倍。 CO—Hb的濃度達(dá)到50～60%時(shí)，人就會(huì)產(chǎn)生痙攣、昏睡、假死。

  人對(duì)CO的耐受程度是隨濃度增加和隨時(shí)間的延長而減弱，具體如表1-5所示。

表1-5  人對(duì)CO的耐受程度

表1-6  各國CO2允許濃度值

  同樣，各國對(duì)工作場(chǎng)所的CO2允許濃度都有明確的規(guī)定，表1-6為各國CO2允許濃度。

       CO2對(duì)人的傷害機(jī)理與CO相仿。人對(duì)CO2的耐受程度如下：

當(dāng)CO2濃度達(dá)2.5%（45mg/L）時(shí)，在1h內(nèi)不呈現(xiàn)任何中毒癥狀；

達(dá)到3%時(shí)才加深呼吸；

          達(dá)到4%（72mg/L）時(shí)，才略呈局部刺激，有頭痛感、耳鳴、心悸、血壓升高、眩暈等；

  達(dá)到6%時(shí)，癥狀更加明顯；

  達(dá)到8%時(shí)，呼吸變得十分困難；

  達(dá)到8～10%時(shí)，立即發(fā)生意志昏沉、痙攣、虛脫，進(jìn)而停止呼吸，以致死亡；

  達(dá)到20%時(shí)，數(shù)秒內(nèi)立即引起中樞神經(jīng)障礙，生命陷于危險(xiǎn)狀態(tài)。

三、瓦斯爆炸的事故案例分析

1、×局×礦特大瓦斯爆炸事故

  1）、礦井概況

  ×局×礦屬國有企業(yè)。2002年產(chǎn)量為66萬t/a。采用膠帶斜井為主提升，中央分列與兩翼對(duì)角混合式通風(fēng)，采煤方法采用走向長壁式，全部冒落法管理頂板，開采單一煤層B4,一次采全高，現(xiàn)開采標(biāo)高-480m~-530m。

  ×礦是煤與瓦斯突出礦井，根據(jù)2003年礦井瓦斯等級(jí)鑒定資料，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量52m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量38.7 m3/t, CO2絕對(duì)涌出量40 m3/min, CO2相對(duì)涌出量29.75 m3/t。2003年在1010運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間發(fā)生兩次突出：2003年6月14日突出煤37t,瓦斯3168m3；2003年7月27日突出煤127t，瓦斯7830 m3。B4煤層煤塵爆炸性試驗(yàn)火焰長度25~30mm，有爆炸性。煤的自燃傾向性為（Ⅱ）“自燃”級(jí)，自然發(fā)火期為2~4個(gè)月。

  爆炸事故發(fā)生在該礦1010工作面地區(qū)，它位于礦井-600m水平東采區(qū)東2總回以東，東為1#軌道下山，西為1010順槽措施下山，南為深部原生煤體，北為已采1008東采空區(qū)。工作面運(yùn)輸順槽標(biāo)高-523m～-536m，回風(fēng)順槽標(biāo)高-497m～-513m，走向長620m，傾向長144 m。地表標(biāo)高+25~28m。

  2） 事故概況

  2003年11月14日11時(shí)44分，1010工作面運(yùn)輸順槽發(fā)生瓦斯爆炸事故，爆炸由2#突出孔硐向東沿運(yùn)輸順槽順風(fēng)傳播——到1010采煤工作面——1010回風(fēng)順槽；爆炸向西沿運(yùn)輸順槽逆風(fēng)傳播——進(jìn)風(fēng)連絡(luò)繞道——2#新底板進(jìn)風(fēng)上山風(fēng)門3以外的一段巷道。造成50人死亡， 6人受傷。

  3） 爆炸直接原因

  （1）爆源點(diǎn)

  1010運(yùn)輸順槽2#突出孔洞（今年7月27日掘進(jìn)發(fā)生突出形成的孔洞）密閉內(nèi)。

  （2）瓦斯源

  2#突出孔硐積存有濃度超過10%瓦斯，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)量，密閉內(nèi)空硐體積約180m3，分析純瓦斯量30余m3。

  （3）點(diǎn)火源

  2#突出孔硐內(nèi)殘留碎煤自然發(fā)火產(chǎn)生的火源。

  （4）直接原因

  1010運(yùn)輸順槽2#突出孔硐密閉內(nèi)聚集的瓦斯被突出殘煤自燃火引燃發(fā)生瓦斯爆炸。

  4） 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

 （1） 突出孔硐的余煤未及時(shí)清理。爆炸發(fā)生前110天，運(yùn)輸順槽內(nèi)發(fā)生煤與瓦斯突出事故，但礦山未將突出孔硐內(nèi)的余煤清理完畢，即對(duì)孔硐進(jìn)行了封閉。由于煤的自然發(fā)火期是2～4個(gè)月，而且由于余煤與空氣的接觸面積加大，因此，突出孔硐內(nèi)的余煤自燃為瓦斯爆炸提供了火源。

 （2） 密閉墻的設(shè)計(jì)、修建（厚度、結(jié)構(gòu)等）不符合要求。按照設(shè)計(jì)，密閉墻的厚度應(yīng)為600mm，但井下施工時(shí)，密閉墻的厚度只有240mm；而且，由于密閉墻的修建質(zhì)量較差，形成了多處漏風(fēng)，為孔硐內(nèi)煤的燃燒提供了氧氣。

 （3） 密閉內(nèi)的滅火效果差。瓦檢員檢查到密閉內(nèi)煤自燃（溫度、CO濃度明顯升高）后，雖然采取了灌黃泥漿等措施，但由于灌漿的數(shù)量和質(zhì)量太差，滅火效果不明顯。

 （4） 密閉檢查的匯報(bào)及處理不及時(shí)。瓦檢員檢查到密閉內(nèi)CO濃度最高已達(dá)0.36％（超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)0.0024％150倍），但只在檢查記錄上進(jìn)行了標(biāo)記，并未向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，以致沒有及時(shí)采取有效措施對(duì)自燃煤層進(jìn)行處理。

 （5） 礦井購買的自救器不滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，造成事故發(fā)生后，工人不能進(jìn)行自救，不能有效的減小傷亡。

  （6） 建立健全各項(xiàng)制度和措施，強(qiáng)化制度的落實(shí)和所執(zhí)行措施的效果檢驗(yàn)。礦井有對(duì)孔硐自然發(fā)火的處理制度和措施，但瓦檢員檢查發(fā)現(xiàn)孔硐內(nèi)出現(xiàn)CO濃度和溫度異常時(shí)，沒有及時(shí)按制度規(guī)定的流程對(duì)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行匯報(bào)，而礦上采取的滅火措施執(zhí)行效果差，且對(duì)滅火效果的檢驗(yàn)十分馬虎，以致雖然采取了防滅火措施，但仍然發(fā)生了由余煤自然發(fā)火引起瓦斯爆炸，導(dǎo)致50人死亡，6人受傷的慘劇。

  （7）從業(yè)人員安全意識(shí)淡薄，僥幸心理、習(xí)慣性違章較嚴(yán)重。密閉內(nèi)的余煤未清理干凈，而且工人在修建密閉墻時(shí)厚度只有設(shè)計(jì)的40％，密閉墻修建質(zhì)量差多處漏風(fēng)，給密閉內(nèi)提供了瓦斯爆炸爆炸和余煤自燃所必需的氧氣。由此可見，強(qiáng)化職工安全意識(shí)，加強(qiáng)安全培訓(xùn)工作刻不容緩。

2、×局×礦“4.6”瓦斯爆炸事故

  1） 礦井概況

  （1） 基本概況

 ×局×礦屬國有企業(yè)。設(shè)計(jì)能力：1.50Mt，2004年申報(bào)核定生產(chǎn)能力：2.41Mt。

  （2） 采掘基本情況

 開拓方式：平硐與斜井開拓

 開采方法：走向長壁綜合機(jī)械化低位放頂煤

 頂板管理：全部垮落法

 開采采區(qū)：四采區(qū)，一礦一面的集約化開采模式

 采掘布置：415綜采隊(duì)；三個(gè)綜掘隊(duì)、兩個(gè)炮掘隊(duì)，采掘機(jī)械化程度分別達(dá)到100%和75.7%。

  （3） 通風(fēng)基本情況

 全礦通風(fēng)：8進(jìn)1回、采區(qū)分區(qū)抽出式通風(fēng)方式

 415工作面系統(tǒng)：

運(yùn)順進(jìn)風(fēng)量：920 m3/min，CH4  0.1%

灌漿巷進(jìn)風(fēng)量：1400 m3/min

1號(hào)聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)量：120 m3/min

回順風(fēng)量：860 m3/min，CH40.68%，排瓦斯量5.85 m3/min；

  高位巷風(fēng)量：1350 m3/min，CH4 1.8%，排瓦斯量23.67 m3/min

  （4） 瓦斯治理基本情況

  2004年礦井瓦斯申報(bào)鑒定結(jié)果：屬高瓦斯礦井

  礦井絕對(duì)涌出量：107.61 m3/min

  礦井相對(duì)涌出量：20.44 m3/t.d

  415工作面系統(tǒng)

  風(fēng)排瓦斯量：29.52 m3/min

  瓦斯抽放量：20.25 m3/min

  總  涌 出 量：49.77 m3/min

  瓦斯抽放率：40.69%

  瓦斯抽放系統(tǒng)：3套獨(dú)立

  瓦斯抽放方法：走向長鉆孔煤層瓦斯預(yù)抽、傾斜順煤層鉆孔預(yù)抽、掘進(jìn)工作面邊掘邊抽、灌漿巷采空區(qū)高冒帶鉆孔卸壓抽放等綜合抽放方法。

  （5） 礦井防滅火情況

  煤層自燃狀況：易自燃煤層，發(fā)火期3-6個(gè)月，最短發(fā)火期24天；

  防滅火措施：灌漿、汽霧阻化、堵漏風(fēng)、注氮?dú)狻⒆⒛z等綜合防滅火措施

  防滅火系統(tǒng)：灌漿、阻化劑、注氮和注凝膠系統(tǒng)。

  2） 事故概況

  （1） 事故發(fā)生經(jīng)過

  2004年11月23日10:20～10:30 ：415上隅角起爆松動(dòng)頂煤，上隅角采空區(qū)發(fā)生瓦斯爆燃，83#～89#架后溜槽處發(fā)現(xiàn)明火，并有大量青煙。

  2004年11月24日：79#～80#支架間有少量煙；決定只割煤不放頂煤，加快推進(jìn)速度 。

  2004年11月28日07時(shí)10分：井下四泵房安檢員韓朝云匯報(bào)聽到爆炸聲、巷道煙霧大，安子溝抽放泵站電話匯報(bào)，安子溝風(fēng)井防爆門被摧毀，有黑煙冒出；事故死亡166人，受傷45人

  2004年12月2日：3:25、6:15、7:45、10:53相繼發(fā)生4次爆炸，沒有造成人員傷亡。

  （2） 災(zāi)害波及范圍

  災(zāi)害波涉及大巷平臺(tái)以下的四采區(qū)全部區(qū)域，包括:415、416工作面系統(tǒng)，417回順掘進(jìn)工作面，四軌下延伸、四皮下延伸、四總回延伸及其相鄰聯(lián)絡(luò)巷、鉆場(chǎng)和硐室，安子溝風(fēng)井等；受威脅人員293人，死亡166人，受傷45人。

  （3） 直接經(jīng)濟(jì)損失

  直接經(jīng)濟(jì)損失為4165.9萬元 。

  3） 事故直接原因

  （1） 爆源點(diǎn)

  爆源位于415綜放工作面下隅角。

  （2） 瓦斯源

  爆源點(diǎn)瓦斯來源：415工作面下隅角靠采空區(qū)頂部及1#聯(lián)絡(luò)巷。1#聯(lián)絡(luò)巷、采空區(qū)、高位巷、爆炸破壞的抽放管內(nèi)瓦斯參與爆炸，加大爆炸強(qiáng)度。

  （3） 點(diǎn)火源

  放炮是引爆瓦斯火源。

  （4） 直接原因

  工作面下隅角支架尾梁后側(cè)強(qiáng)制放頂放炮引爆瓦斯。

  4） 教訓(xùn)及建議

  （1） 在工作面上、下隅角爆破落頂極易引燃、引爆采空區(qū)瓦斯，建議嚴(yán)禁在上、下隅角爆破落頂。

  （2） 實(shí)現(xiàn)一礦一面集約化生產(chǎn)的礦井，生產(chǎn)、人員非常集中，發(fā)生事故造成重大傷亡。建議礦井實(shí)行安全合理集中生產(chǎn)。

  （3） 專用排瓦斯巷是在通風(fēng)、瓦斯抽放等措施全力實(shí)施前提下所采取的避免回風(fēng)巷瓦斯超限的輔助措施，而易自燃煤層不得采用專用排瓦斯巷。專用排瓦斯巷分段摻入新風(fēng)，降低瓦斯?jié)舛戎?.5%以內(nèi)，但專用排瓦斯巷與采空區(qū)相聯(lián)，未摻新風(fēng)段瓦斯仍可能處于爆炸限內(nèi)，致使專用排瓦斯巷成為重要危險(xiǎn)源，巷道內(nèi)盡管要求瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以內(nèi)，但實(shí)際上出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸蕃F(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，控制難度較大，且一旦發(fā)生事故，2.5%以內(nèi)的瓦斯在強(qiáng)點(diǎn)火能量條件下也可能引起爆炸，尤其在有油氣和高濃度煤塵混入的條件下，尤其要注意。

          （4） 玻璃鋼抽放管抗沖擊能力差，不能抵抗爆炸波的沖擊，致使爆炸時(shí)抽放管炸碎，管內(nèi)大量高濃度瓦斯涌出，加劇了爆炸威力。建議盡可能不采用玻璃鋼抽放管。

  （5） 采用預(yù)裂爆破措施有利于頂煤和頂板及時(shí)垮落，但作為煤、氣、油共生的高瓦斯礦井應(yīng)特別注意防止預(yù)裂爆破、特別是采空區(qū)附近預(yù)裂爆破誘發(fā)瓦斯與煤塵爆炸。

  （6） 采煤工作面中部布置聯(lián)絡(luò)巷不利于通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定和瓦斯管理。

第二節(jié)  煤塵爆炸

一、煤塵的產(chǎn)生及存在狀態(tài)

  煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能產(chǎn)生大量的懸浮煤塵，這是直接發(fā)生爆炸的原因之一。此外，在煤礦井下幾乎到處都存在著大量沉積煤塵，當(dāng)它受到空氣波的震動(dòng)或氣流的吹揚(yáng)時(shí)，便能再次形成懸浮狀態(tài)，以具備爆炸的起碼條件。所以說沉積煤塵是造成井下嚴(yán)重災(zāi)害（連續(xù)大爆炸）的隱患。煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵總體小于100μm，其中95%小于80μm。綜采工作面0~0.5mm的煤塵占9.03%（山東某礦）。綜放工作面0~0.5mm的煤塵占7.23%。

二、煤塵爆炸條件

  煤塵爆炸必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件： 一是煤塵本身具有爆炸性。煤塵本身有無爆炸性，要通過由井下采取煤樣，經(jīng)煤塵爆炸性鑒定后確定；二是煤塵在空氣中呈懸浮狀態(tài)，并達(dá)到一定的濃度（在爆炸下限至上限濃度范圍內(nèi)）；三是引爆的高溫?zé)嵩?，煤塵爆炸的引爆溫度一般為700～800℃，溫度越高越容易引起爆炸。

 1、煤塵爆炸性的判別

  煤塵懸浮在空氣中，其與氧接觸的面積增大，吸附氧分子的數(shù)量大大增加，加速了煤塵的氧化過程。同時(shí)還因粉塵增大受熱面積，而加速了熱化過程，加之煤塵受熱后放出揮發(fā)性可燃?xì)怏w放出的速度也隨之增大。1kg揮發(fā)分為20%—26%的焦煤，高溫下可以放出290～350L的氣體。

  煤塵爆炸是由于煤塵含有并釋放出的可燃性揮發(fā)分聚集于塵粒的周圍，在一定溫度下放出大量的可燃性氣體，在點(diǎn)火能的作用下發(fā)生爆炸。煤塵的爆炸性由其所含可燃性揮發(fā)分的大小而決定，如無煙煤不含可燃性揮發(fā)分，其沒有爆炸性，不會(huì)發(fā)生爆炸。

  爆炸指數(shù)VΓ是指煤塵中可燃性揮發(fā)分，是判斷煤塵有無爆炸性和爆炸性強(qiáng)弱的依據(jù)之一。

         VΓ= Vad/（Vad+C）=Vad/（100-Mad-Aad）×100%       （11）

  Vad—空氣干噪煤樣的揮發(fā)分產(chǎn)率，%

  C—空氣干噪煤樣的固定碳產(chǎn)率，%

  Mad—空氣干噪煤樣的水分產(chǎn)率，%

  Aad—空氣干噪煤樣的灰分產(chǎn)率，%

  揮發(fā)分對(duì)煤塵爆炸的發(fā)生、發(fā)展起著關(guān)鍵作用。試驗(yàn)表明，揮發(fā)分越高的煤，其煤塵越易爆炸。揮發(fā)分含量決定于煤的種類，貧煤、焦煤、肥煤、氣肥煤、長焰煤、褐煤，它們的揮發(fā)分是依次增高的，在煤塵爆炸性試驗(yàn)中證實(shí)，它們的爆炸性也是依次增強(qiáng)的。無煙煤在各類煤中的揮發(fā)分含量最低，其煤塵基本上無爆炸危險(xiǎn)。一般情況下，當(dāng)揮發(fā)分低于10%時(shí)，煤塵無爆炸危險(xiǎn)。

  一般般情況下，VΓ＞10%，有爆炸性；VΓ=10～15%，弱爆炸性，巖粉用量20～40%；VΓ=15～28%，強(qiáng)爆炸性，火焰短（20～80mm），巖粉用量50～80% ，焦煤；VΓ＞28%，強(qiáng)爆炸性，火焰長（100～400mm），巖粉用量50～80%，氣煤。

      我國用大管狀煤塵爆炸性鑒定儀對(duì)煤塵有無爆炸性作最終判定。

  一些產(chǎn)煤國家也把可燃性揮發(fā)性作為煤塵有無爆炸性的判斷依據(jù)。如表1-7所示。

表1-7一些產(chǎn)煤國家煤塵爆炸性判斷依據(jù)

  煤塵揮發(fā)分與不爆率關(guān)系如圖1-3所示。當(dāng)煤塵揮發(fā)分低于6.21%時(shí)，煤塵不具有爆炸性，這個(gè)值稱為煤塵不爆臨界值。此后，隨著煤塵揮發(fā)分增加，煤塵不爆炸率隨之下降，即煤塵爆炸可靠性增大，當(dāng)煤塵揮發(fā)分大于14%時(shí)，煤塵爆炸可能性就達(dá)到100%，即煤塵肯定具有爆炸性。

圖1-3 煤塵揮發(fā)分與不爆炸率的關(guān)系曲線

2、煤塵爆炸的濃度范圍

  我們通常從爆炸角度而言的煤塵，是指在熱源作用下能單獨(dú)爆炸和傳播的細(xì)粒煤粉。關(guān)于煤塵定義中所包括的粒度范圍，各個(gè)國家都不相同，沒有統(tǒng)一的嚴(yán)格規(guī)定。例如英國規(guī)定為0.59mm以下的煤粒；美國規(guī)定為0.64mm以下的煤粒；日本通產(chǎn)省規(guī)定，揮發(fā)份11%以上者，為20網(wǎng)孔以下的煤粒；蘇聯(lián)規(guī)定為0.75～1mm以下的煤粒。我國通常把0.75～1mm以下的煤粒。

  能夠爆炸的懸浮煤塵濃度是有一定的范圍的，就是說，在爆炸的下限濃度至上限濃度這個(gè)范圍內(nèi)才能發(fā)生爆炸。所謂爆炸下限濃度，是指單位體積空氣中能夠發(fā)生爆炸的最低煤塵含量。許多國家實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，煤塵爆炸的最小下限濃度主要與煤塵的成分，特別是可燃揮發(fā)分含量﹑粒度﹑引火源種類和實(shí)驗(yàn)規(guī)模（實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)或巷道實(shí)驗(yàn)）等有關(guān)。表1-8是一些國家的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1-8 一些產(chǎn)煤國家的煤塵爆炸下限濃度值（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）

表1-9 一些產(chǎn)煤國家的煤塵爆炸上限濃度值（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）

  所謂爆炸上限濃度，是指單位體積空氣中能夠發(fā)生爆炸的最高煤塵含量，即在此含量以上的濃度不在發(fā)生爆炸。許多國家研究認(rèn)為，爆炸上限跟隨煤質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件不同而有所變化。表1-9為一些產(chǎn)煤國家的煤塵爆炸上限濃度值。蘇聯(lián)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是1450～2000 g/m3；波蘭的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是900～1800 g/m3；美國的試驗(yàn)結(jié)果是2100g/m3；而日本的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是1800～2750g/ m3.但是，在井下生產(chǎn)過程的實(shí)際條件下，懸浮煤塵量要達(dá)到上限值是十分困難的，只有沉積煤塵才能達(dá)到，即沉積煤塵在沖擊波等的作用下才能形成如此高的懸浮煤塵濃度。

  應(yīng)該指出，在上下限濃度之間這個(gè)范圍內(nèi)，某一區(qū)段的濃度爆炸能力最強(qiáng)。國外實(shí)驗(yàn)表明，爆炸力最強(qiáng)的煤塵濃度為300～400g/m3。 

三、煤塵爆炸機(jī)理（特性）及爆炸過程

  煤塵爆炸也是嚴(yán)重威脅礦井生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。這種事故雖然發(fā)生次數(shù)較少，但一旦發(fā)生則往往造成很大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

   煤炭為有機(jī)生物巖，當(dāng)它破碎成細(xì)小的顆粒后，表面積大大增加，系統(tǒng)的表面能也隨著增加，從而提高了煤塵的表面化學(xué)活性，氧化能力顯著增強(qiáng)。受熱時(shí)單位時(shí)間內(nèi)能夠吸收更多的熱量，在較低的溫度（300～400℃）時(shí)，就能放出大量的可燃性氣體（揮發(fā)份）聚集于塵粒的周圍，形成一定數(shù)量的活化中心，如圖1-4所示。這類可燃性氣體一經(jīng)與空氣混合并在高溫作用下吸收能量發(fā)生氧化反應(yīng)放出熱量，這些熱量如果能夠有效地傳播給附近的煤塵，這些煤塵也就迅速受熱而分解，跟著燃燒起來。這種過程連續(xù)不斷地進(jìn)行，氧化反應(yīng)越來越快，溫度越來越高，活化中心越來越多，達(dá)到一定程度時(shí)，便發(fā)展為劇烈的爆炸。如果氧化生成的熱量很快被周圍介質(zhì)所吸收，氧化反應(yīng)就不能擴(kuò)大，不會(huì)發(fā)展為爆炸。

圖1-4 煤塵粒子的氣相燃燒模型

  煤塵爆炸的氧化反應(yīng)和瓦斯爆炸一樣，主要在氣相條件內(nèi)進(jìn)行。煤塵的燃燒速度和爆炸壓力比瓦斯的要小，但燃燒帶的長度較長，產(chǎn)生的能量大，表現(xiàn)出顯著的破壞能力。一般來說，爆炸開始于局部，產(chǎn)生的沖擊波較小，但可擾動(dòng)周圍沉積的煤塵，并使之飛揚(yáng)，由于熱的傳遞與輻射，進(jìn)而發(fā)生再次爆炸，這就是所謂的二次爆炸，二次爆炸擴(kuò)大了最初爆炸的規(guī)模，不斷誘發(fā)附近煤塵爆炸，直至沉積煤塵全部燃燒完畢。這是煤塵爆炸災(zāi)害的一大特點(diǎn)，在煤礦井下，這種爆炸有時(shí)沿巷道傳播數(shù)千米以外。

  另外，在煤塵爆炸中，爆炸產(chǎn)生的氣體成分與瓦斯爆炸比較，一氧化碳明顯增多。這是因?yàn)閱挝豢臻g的氧與燃料比，與氣體爆炸相比較，燃料顯得充裕，因而發(fā)生不完全燃燒。所以煤礦在有限的閉塞區(qū)間發(fā)生煤塵爆炸 ，受害者大多數(shù)是一氧化碳中毒。對(duì)爆炸后氣體的分析發(fā)現(xiàn)，瓦斯爆炸的C、H比為2.3～2.8，而煤塵爆炸為3～16。煤塵爆炸傳播過程中，由于煤塵粒子的熱變質(zhì)和干餾作用，除產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氫以外，還產(chǎn)生干餾氣體，并含有氫氰酸（HCN）等劇毒氣體。

  因此，煤塵爆炸時(shí)的氧化反應(yīng)主要是在氣相內(nèi)進(jìn)行的，具有瓦斯爆炸的同樣特點(diǎn)。但在固體塵粒表面也有氧化作用發(fā)生，即碳元素與氧結(jié)合生成CO，氧氣充足時(shí)生成CO2。與此同時(shí)，一部分煤塵被局部焦化，粘接在一起，沉集于支架和巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物——“粘焦”，它也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時(shí)是否有煤塵參與爆炸的重要標(biāo)志。

  煤塵爆炸產(chǎn)生的沖擊波可將巷道中的落塵揚(yáng)起而為爆炸的延續(xù)和擴(kuò)大補(bǔ)充塵源。因此，煤塵爆炸不僅表現(xiàn)出有連續(xù)性的特點(diǎn)，而且在連續(xù)爆炸的條件下，還可能有離開爆源越遠(yuǎn)其破壞力越大的特征。

  煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的熱量可使爆炸地點(diǎn)空氣溫度達(dá)到2000℃以上。根據(jù)試驗(yàn)可測(cè)出在距爆源200m的巷道出口壓力可達(dá)到50～100kPa。如在通路中遇有障礙物及斷面突然變化或拐彎處，爆炸壓力還將升高。

  煤塵的引燃溫度，同樣是隨煤塵的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件的不同而有很大的差異，最低610℃，最高達(dá)1000℃。點(diǎn)火能為2.8mJ。煤礦井下的放炮火焰、電氣設(shè)備火花、采掘機(jī)械的沖擊火花、井下火災(zāi)及瓦斯爆炸等均可引起煤塵爆炸。

 四、煤塵爆炸影響因素

         影響煤塵爆炸性的因素很多，包括煤的性質(zhì)，化學(xué)組成，煤塵粒度，以及外界條件等。

 1、氧氣濃度

          氧氣濃度直接影響煤塵爆炸反應(yīng)的生熱速度，反應(yīng)能否進(jìn)行。氧氣濃度增加，煤塵云容易著火、爆炸，反之變得困難。C、H、（O）為主要構(gòu)成元素的有機(jī)粉塵（包括煤塵），不發(fā)生爆炸的氧氣界限濃度為13％～16%。

 2、煤塵粒度

  一般細(xì)微的塵粒容易燃燒或爆炸，其原因之一是塵粒具有較大的表面積，由表1-10可以看出物體的表面積的增加情況。

表1-10 不同粒徑的表面積

  表面積急劇增加的結(jié)果，大大增加了塵粒和氧的接觸面積，促進(jìn)了氧化，同時(shí)也增大了受熱面積，加速了可燃?xì)怏w的釋放，所以，煤塵的粒度對(duì)爆炸性的影響極大?？偟膩碚f，煤塵粒度越小，爆炸性越強(qiáng)。

  國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從極微細(xì)的煤塵到直徑為0.75～1mm的煤塵都能參與爆炸。但是煤塵爆炸的主體是0.075mm以下的煤塵粒子。這種粒子的含量越高，煤塵爆炸性越強(qiáng)，但并不是直接關(guān)系，而是當(dāng)0.075mm以下的煤塵粒子含量達(dá)70%～80%后，爆炸性就基本上不再增強(qiáng)了。

  我國的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：小于0.75mm的煤塵，其爆炸性與粒度的關(guān)系，總的趨勢(shì)是隨著粒度的變細(xì)爆炸性逐漸增強(qiáng)，但0.03mm以下的粒子，其爆炸性增強(qiáng)的局勢(shì)就比較平緩了。

  從爆炸性與表面積的關(guān)系也可以得到同樣的結(jié)果。煤塵粒子比表面積從2000cm2/g增加到5000 cm2/g時(shí)爆炸性有很大的增強(qiáng)，而粒度再細(xì)，如比表面積從5000 cm2/g增到15000cm2/g時(shí)（即相當(dāng)于0.03mm以下的粒子），煤塵爆炸性的變化便不顯著了。國外認(rèn)為粒度小于0.01mm時(shí)，爆炸性反而會(huì)隨著粒度的變細(xì)而降低。其原因是：（1）煤塵太細(xì)時(shí)，就會(huì)分裂成化學(xué)成分不同的小分子；（2）很細(xì)的煤塵有凝結(jié)成屑片的趨勢(shì)；（3）煤塵太細(xì)時(shí)，很快就被氧化，反而減弱了爆炸力。

  煤塵比表面積與爆炸濃度之間關(guān)系見圖1-5。煤塵粒度對(duì)爆炸壓力的影響見圖1-6。

圖1-5 煤塵比表面積與煤塵云爆炸下限濃度之間關(guān)系

  

圖1-6 煤塵粒度對(duì)爆炸壓力的影響

      3、水分的影響

  煤塵中含有的水有減弱和阻礙爆炸的性質(zhì)，水被蒸發(fā)要吸收大量的熱量，起了附加不燃物質(zhì)的作用。水分越大，對(duì)爆炸的影響越大，水分>5～6%后，煤塵云著火能量增高，著火困難。

  水在煤塵中還有阻礙生成煤塵云的粘結(jié)作用。煤塵的水只是在爆炸前對(duì)起爆有抑制作用，能阻礙煤塵的燃燒，但是當(dāng)爆炸發(fā)生后，煤塵本身含有的水所起的作用就微不足道了。美國在巷道中的實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)微煤塵的水分即使增到25%仍然參與了強(qiáng)烈的爆炸。此時(shí)的煤塵濕潤程度已是稠泥狀，用手捏即成煤泥球。由圖1-7可見水分對(duì)煤塵著火能量的影響。

圖1-7 煤塵水分對(duì)著火能量的影響

 4、灰分的影響

  煤塵中含有的灰為煤塵中的不燃物質(zhì)，它能吸收煤塵燃燒時(shí)放出的熱量，起到冷卻和阻止熱量擴(kuò)散的作用。

  隨著煤塵灰分的增加，煤塵云著火能量增高，見圖1-8。煤塵隨其灰分的增加，其爆炸性隨之降低。但是實(shí)驗(yàn)表明，20%以下的灰分對(duì)煤塵的爆炸性沒有很大的影響，只有達(dá)到30%—40%時(shí)爆炸性才急劇下降，灰分含量超過45%后，著火極其困難。此外，灰分大增加了煤塵的比重，這就加快了煤塵的沉降速度，灰分的含量越大，沉降速度就越大。這在降低煤塵爆炸方面是有一定意義的。目前國外煤礦所采用的煤粉和撒布巖粉措施，就是利用上述原理來削弱和制止煤塵爆炸的。

      煤塵灰分含量對(duì)最小點(diǎn)火能量影響見圖1-8。

圖1-8 煤塵灰分對(duì)最小點(diǎn)火能量影響

 5、瓦斯的影響

  當(dāng)空氣中含有可燃?xì)怏w時(shí)，煤塵的爆炸下限濃度將降低。因此煤塵在瓦斯與空氣混合介質(zhì)中就能在較低的濃度下發(fā)生爆炸。蘇聯(lián)馬凱耶夫煤礦安全研究所得出了如表1-11所列的關(guān)系。我國的研究得出了如表1-12所示的關(guān)系。

  上述的關(guān)系還可以用如下的指數(shù)方程近似地表達(dá)出來：～ g/m3

               D=D0e(Va-1)G

 式中   D——含有瓦斯時(shí)煤塵的爆炸下限濃度，g/m3;

            D0——不含有瓦斯時(shí)純煤塵的爆炸下限濃度，g/m3；

          G ——煤塵云中瓦斯的濃度，體積% ；

   Va——煤中的揮發(fā)分（以小數(shù)表示）；

     e——自然對(duì)數(shù)系數(shù)。

表11 瓦斯含量對(duì)煤塵爆炸下限影響（蘇聯(lián)馬凱耶夫煤礦安全研究所）

表12瓦斯含量對(duì)煤塵爆炸下限影響（中國）

  瓦斯與煤塵共存時(shí)，煤塵爆炸下限濃度下降，爆炸上限濃度提高。爆炸濃度最高達(dá)3500g/m3。瓦斯?jié)舛却笥?％時(shí)，不同煤種的煤塵爆炸上限濃度之差不大．小于6％時(shí)，它們之間差別較大。瓦斯與煤塵爆炸下限相互影響曲線如圖1-9所示。瓦斯對(duì)煤塵爆炸上限的影響見圖1-10。

圖1-9 煤塵和瓦斯共存時(shí)其爆炸下限相互影響

圖1-10瓦斯存在對(duì)煤塵爆炸上限的影響

 五、煤塵爆炸傳播規(guī)律

  在發(fā)生煤塵爆炸的地點(diǎn)，空氣受熱膨脹，密度減小，經(jīng)過一個(gè)極短促的時(shí)間后形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓約為0.05MPa。由于空氣差的作用，空氣向爆炸點(diǎn)逆流，促成空氣的二次沖擊，簡稱“返回風(fēng)”。若該區(qū)內(nèi)仍存在著可以爆炸之煤塵和熱源，當(dāng)補(bǔ)給新鮮空氣時(shí)，便可以發(fā)生第二次爆炸。

  煤塵的燃燒或爆炸是一種化學(xué)與物理作用的過程。按其傳播的性質(zhì)和速度，可分為兩種根本不同的形式—燃燒和爆炸。這種形式具有重大的本質(zhì)區(qū)別。

  1） 煤塵燃燒

   煤塵的燃燒過程進(jìn)行的比較緩慢，并且不伴有顯著的聲效應(yīng)。燃燒的火焰速度是變化的，在正常燃燒條件下，一般不超過10～20m/s，且隨著外界壓力的提高而顯著地增加。國外有人在進(jìn)行混合氣體的爆炸實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：只有在裝有混合氣體的管子的開口端點(diǎn)火時(shí)，火焰才能作等速傳播；而混合氣體在密封管子中燃燒時(shí)，火焰便以不斷增長的速度進(jìn)行傳播。這是由于燃燒產(chǎn)物的膨脹而形成壓縮波，壓縮波在不斷壓縮的介質(zhì)中傳播時(shí)，后波可以趕上前波，這些單波迭加的結(jié)果，就逐漸形成了沖擊波所特有的極大的壓力