在煤礦的生產(chǎn)過程中,瓦斯和煤塵是伴隨著煤層開采而產(chǎn)生的兩大災(zāi)害性物質(zhì),煤塵和瓦斯就破壞力來講,煤塵的破壞力尤甚。對于瓦斯和煤塵的防治是煤礦安全生產(chǎn)的核心任務(wù),對于高瓦斯礦井更是顯得尤為重要。
1 煤塵的成因
在煤礦的建設(shè)以及煤層的開掘過程中所產(chǎn)生的各種巖礦微粒統(tǒng)稱為煤礦粉塵,主要是巖塵和煤塵,它是在礦井生產(chǎn)如打孔、爆破、切割、裝載、落煤及運輸和提升過程中,因煤巖被破碎而產(chǎn)生的。由于物理性質(zhì)和地質(zhì)條件的不同以及采掘方式的不同粉塵的生成量有很大的差異;即使在同一礦井里,產(chǎn)塵的多少也因地因時發(fā)生著不同的變化。一般來說,在現(xiàn)有防塵技術(shù)措施的條件下,采煤工作面產(chǎn)塵量占45%—80%;掘進(jìn)工作面產(chǎn)塵量占20%—38%;錨噴作業(yè)點產(chǎn)塵量占5%—10%;其他作業(yè)點占2%—5%,各作業(yè)點隨機(jī)械化程度的提高,礦塵的生成量也將增大。
2 煤塵的危害
2.1 煤塵爆炸的危害
2.1.1 爆炸原因
(1)煤被破碎成粉塵狀時,與空氣中的氧氣接觸面增大,加速了氧化,一旦接觸到高溫,氧化過程尤甚。
(2)煤塵在高溫狀態(tài)下,會有大量的可燃?xì)怏w釋放(如:甲烷,乙烷等)
2.1.2 爆炸條件
煤塵爆炸必須同時具備一下幾個個條件:
(1)煤塵的濃度
(2)空氣中的瓦斯與氧氣
(3)煤塵的粒度
(4)引燃源和引爆環(huán)境
這四個條件缺少任何一個都不可能造成煤塵爆炸
2.2 煤塵的濃度
并非是有煤塵就會發(fā)生爆炸,只有煤塵的濃度在爆炸界限之內(nèi)才有可能發(fā)生爆炸,煤塵爆炸下限為(43mg/m33),濃度達(dá)到(300—400mg/m33),爆炸威力最強(qiáng)。當(dāng)煤塵濃度超強(qiáng)度變大過(1500—2000mg/m33)時,就不會再發(fā)生爆炸??梢?,隨著煤塵濃度的增加,煤塵爆炸的強(qiáng)度也在增強(qiáng)。但當(dāng)濃度一旦超過發(fā)生爆炸的濃度上限時,煤塵就不會再爆炸。
2.3 空氣中的瓦斯與氧氣
瓦斯本身具有爆炸性,當(dāng)它混入含煤塵空氣中,便增加了煤塵揮發(fā)含量與瓦斯?jié)舛???諝庵醒鹾康臐舛葘γ簤m爆炸也有很大的影響。氧氣的濃度高時,點燃煤塵的溫度可以降低;反之就要高一些。但若空氣中氧含量低于17%時,煤塵就不會再爆炸。
2.4 煤塵的粒度
煤塵爆炸的主體是75μm以下的煤塵,含量越高,其爆炸性越強(qiáng),含量達(dá)到70%—80%時,爆炸力最強(qiáng)。 粒度在0.75—1.0μm以下的煤塵都能參與爆炸但顆粒過小,小于10μm時,其爆炸性反而減弱。這是由于過細(xì)塵粒在空氣中很快氧化成為灰燼所致,以及過小的煤塵會分裂成為許多化學(xué)成分不同的小粒子而減弱了爆炸性。
2.5 引燃源和引爆環(huán)境
煤塵爆炸必須有足夠引燃煤塵的熱源,溫度越高,初始爆炸的強(qiáng)度就越大。另外,爆炸的空間狀況,對煤塵爆炸的強(qiáng)烈程度和發(fā)展都有很大影響。(如:空間大小,斷面大小等)
煤塵爆炸會產(chǎn)生破壞性很強(qiáng)的高溫,釋放大量的熱量,煤塵爆炸氣體中含有大量co和co2爆炸區(qū)空氣中co的含量可高達(dá)8%,,相比之下,距離爆源10至30米內(nèi)的破壞程度要小于30米以外的的破壞程度,這是因為離爆源較遠(yuǎn)處爆炸壓力較高,煤塵爆炸傳播時,沖擊波傳播的速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?。這樣,巷道中沉積的煤塵先被沖擊波揚起,隨即被到達(dá)的火焰點燃發(fā)生爆炸,這也就形成了煤塵的二次爆炸。
煤塵發(fā)生連續(xù)爆炸主要有以下二個原因:
(1)煤塵爆炸產(chǎn)生的反向沖擊造成的。
煤塵爆炸時的正向沖擊是在高溫作用下爆炸地點的空氣急劇向外擴(kuò)張,而反向沖擊是在爆源附近空氣受熱膨脹,密度減小,火焰過后溫度降低,瞬時形成負(fù)壓區(qū),空氣迅速向爆源附近返回。在反向沖擊發(fā)生時,如果該爆源附近仍然存在煤塵,在熱源和氧氣的參與下導(dǎo)致第二次煤塵爆炸。