【正文】 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(lái)：～ g/m3 D=D0e(Va1)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(guó)） 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?6％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 19 所示。瓦斯對(duì)煤塵爆炸上限的影響見(jiàn)圖 110。 圖 19 煤塵和瓦斯 共存時(shí)其爆炸下限相互影響 圖 110 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(guò)一個(gè)極短促的時(shí)間后形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓約為 。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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(guò) 10～ 20m/s，且隨著外界壓力的提高而顯著地增加。國(guó)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(kāi)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(zhǎng)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差，因此在火焰陣面前面的混合氣體的壓力 便逐漸增大，從而引起了傳播過(guò)程的自動(dòng)加速。這樣，對(duì)于混合氣體從燃燒到爆炸的機(jī)理可歸納如下：燃燒導(dǎo)致氣體運(yùn)動(dòng)并在火焰前面形成沖擊波。因此傳播是在壓縮的運(yùn)動(dòng)氣體中實(shí)現(xiàn)的。隨著火焰的加速，沖擊波的強(qiáng)度也隨之增大，這又進(jìn)一步促使火焰加速，通過(guò)每秒數(shù)百米的中間速度，在沖擊波強(qiáng)度達(dá)到某臨界值的瞬間即轉(zhuǎn)為爆轟。 煤塵懸浮在空氣中雖是一種由固體分散相與氣體分散介質(zhì)所組成的分散體系，而與混合氣體的狀態(tài)有所不同，但可以把煤塵的燃燒到爆炸看做與混合氣體的燃燒到爆炸具有相似的過(guò)程。 從燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸ǖ谋匾獥l件是由化學(xué)反 應(yīng)而產(chǎn)生的熱，必須超過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射所造成的損失，否則，燃燒便不能持續(xù)和發(fā)展，也不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。在礦井內(nèi)無(wú)防﹑隔爆措施的條件下所發(fā)生的煤塵爆炸事故中，煤塵只形成燃燒而未轉(zhuǎn)變?yōu)楸ǖ那闆r也是有的。其主要原因是繼續(xù)形成的懸浮煤塵的濃度還不夠，因而煤塵在燃燒過(guò)程中所發(fā)出的熱量與散失的熱量保持相對(duì)的均衡，所以只能維持燃燒的狀態(tài)而不足以轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā? 2） 煤塵爆炸 煤塵的燃燒在一定的臨界條件下會(huì)跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸āV義地來(lái)說(shuō)，爆炸是一種系統(tǒng)的﹑非常迅速的物理和化學(xué)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)?機(jī)械功。爆炸的轉(zhuǎn)化能力主要取決于過(guò)程的放熱性和過(guò)程的巨大傳播速度。煤塵爆炸時(shí)會(huì)放出很大的熱量，如果將煤塵看做無(wú)定形碳，則燃燒 1kg 煤塵時(shí)所放出的熱量如下： 燃燒完全時(shí)： C + O2=CO2 + 氧氣不足，燃燒不完全時(shí)： 2C + O2=2CO + CO 轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2 時(shí)： 2CO + O2=2CO2 + MJ/kg 碳 根據(jù)國(guó)外的測(cè)定，在煤塵爆炸后的空氣中存在著 2%～ 3%的一氧化碳。 由上面的反應(yīng)方程式可以看出，煤塵爆炸時(shí)要釋放出大量的熱量 ，依靠這些反應(yīng)熱量可使氣體產(chǎn)物加熱到 2300～ 2500℃，這是煤塵爆炸得以自發(fā)地進(jìn)行和自動(dòng)傳播的條件之一。 煤塵爆炸時(shí)火焰和沖擊波的傳播速度是非常大的，當(dāng)煤塵剛剛被引爆時(shí)，兩者的速度幾乎是相同的，而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，沖擊波便沖到火焰的前面，發(fā)展到某一程度后，兩者的間隔增大。一些國(guó)家曾利用實(shí)驗(yàn)巷道對(duì)煤塵爆炸的火焰速度進(jìn)行了測(cè)定，但由于各自的實(shí)驗(yàn)條件 互不相同，致使所得的結(jié)果有很大的差異。例如英國(guó)為 610m/s，法國(guó)為 990m/s，美國(guó)為 1200～1500m/s，日本為 1800m/s?？上攵瑳_擊波的速度一定 更大。國(guó)外的研究人員用化學(xué)計(jì)算的方法，求得煤塵云在一端封閉﹑一端開(kāi)口的無(wú)限長(zhǎng)巷道內(nèi)爆炸時(shí)，發(fā)生最大火焰的瞬時(shí)燃燒速度為 1120m/s，而沖擊波速度則為 2340m/s。 關(guān)于煤塵的爆炸壓力，許多國(guó)家曾分別在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)巷道中進(jìn)行過(guò)測(cè)定，測(cè)定的結(jié)果表明，煤塵性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件不同，測(cè)得壓力也不同。日本在 容器中測(cè)得的最大壓力為，日本九州支所在 191L 容器中測(cè)得的壓力為 ；英國(guó)烏依拉博士在實(shí)驗(yàn)巷道中得到了如表 113 所示的結(jié)果。美國(guó)喬治伊斯在實(shí)驗(yàn)巷道中得到的結(jié)果如表 114 所示。 表 113 英國(guó)烏依拉博士在實(shí)驗(yàn)巷道煤塵爆炸傳播壓力 表 114 美國(guó)喬治伊斯在實(shí)驗(yàn)巷道煤塵爆炸傳播壓力 美國(guó)在更長(zhǎng)一些巷道中實(shí)驗(yàn)時(shí)，煤塵爆炸的壓力曾到達(dá) 。法國(guó)在利耶文實(shí)驗(yàn)巷道中得到的結(jié)果是：巷道入口處的壓力為 Mpa，到距引火源約 200m 的出口處便達(dá)到～ Mpa，甚至高到將這條抗壓強(qiáng)度為 的鋼板巷道爆壞，其鋼板被拋出 150m遠(yuǎn)。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算使我們知道：煤塵爆炸的反應(yīng)熱和傳播速度都是很大的，反應(yīng)熱和傳播速度越大，爆炸壓力和 爆炸的破壞作用也就越大。爆炸壓力隨離開(kāi)引爆源的距離的延長(zhǎng)而跳躍式的不斷增大；爆炸在擴(kuò)展過(guò)程中，如遇到障礙物﹑巷道斷面突然變化以及巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)，則爆炸壓力將會(huì)極大的增高。此外，煤塵爆炸還將產(chǎn)生大量的一氧化碳。這些就是煤塵爆炸能夠造成礦井嚴(yán)重破壞和人員大量傷亡的根本原因。 在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，懸浮煤塵濃度不易達(dá)到爆炸濃度，加之煤塵點(diǎn)火能量較大（ 30mJ） ,發(fā)生的煤塵爆炸事故相對(duì)較少，往往是由于瓦斯爆炸揚(yáng)起沉積煤塵，從而引起煤塵爆炸傳播，造成災(zāi)難性的后果。表 115 和圖 111 為煤炭科學(xué)研究總院重慶分院在斷面 巷道中進(jìn)行的瓦斯煤塵爆炸試驗(yàn)所獲得的結(jié)果。 表 115 巷道 200m3 瓦斯（ %） +煤塵（ 200g/m3）的爆炸實(shí)驗(yàn) 圖 111 巷道 200m3 瓦斯（ %） +煤塵（ 200g/m3）的爆炸實(shí)驗(yàn) 六、煤塵爆炸危害 煤塵爆炸時(shí)要釋放出大量的熱量，依靠這些反應(yīng)熱量可使氣體產(chǎn)物加熱到 2300～ 2500℃，在一端開(kāi)口的無(wú)限長(zhǎng)巷道內(nèi)爆炸時(shí)，煤塵爆炸最大火焰的瞬時(shí)燃燒速度可達(dá) 1120m/s，而沖擊波速度則為 2340m/s。美國(guó)在更長(zhǎng)一些巷道中實(shí)驗(yàn)時(shí)，煤塵爆炸的壓力曾到達(dá) 。而爆炸時(shí)的高溫及沖擊波是造成災(zāi)害的根源，由于煤塵爆炸具有連續(xù)傳播爆炸的特點(diǎn)，一次比一次劇烈，呈跳躍式發(fā)展，使得災(zāi)害范圍大大擴(kuò)展，可能導(dǎo)致全礦井被毀。 由于煤塵為重?zé)N組分，爆炸需要氧氣量大，爆炸生成的氣體中有毒有害氣體生成量最多，除 CO 和 CO2 氣體外，還存在各種碳?xì)浠衔餁怏w，并使氧氣消耗殆盡，造成人員中毒、窒息死亡比瓦斯爆炸更甚。見(jiàn)表 116。 表 116 煤塵爆炸、瓦斯煤塵爆炸后礦井大氣在成分上的變化 1906 年在法國(guó)古利耶爾煤礦由于藥包爆炸引燃附近飛揚(yáng)起來(lái)的煤塵并發(fā)生爆 炸。后又因沉積的煤塵不斷被沖擊波吹起而傳播了爆炸，使事故擴(kuò)展到全礦，蔓延井巷長(zhǎng)度達(dá) 100 公里，死亡 1099 人。事故后經(jīng)過(guò)兩年才恢復(fù)生產(chǎn)。 1942 年 4 月 26 日我國(guó)本溪煤礦發(fā)生了歷史上最大的煤塵爆炸。事故前由于井下停電而引起瓦斯積聚，恢復(fù)供電時(shí)，電氣火花引起積聚的 瓦斯爆炸，后又引燃了被揚(yáng)起的沉積煤塵，發(fā)生大規(guī)模煤塵爆炸，死亡 1549，傷殘 246 人。1963 年日本三池煤礦發(fā)生跑車事故，井筒內(nèi)沉積的煤塵揚(yáng)起，被礦車和軌道的高速摩擦熱點(diǎn)燃發(fā)生爆炸，死傷 1290 人。 1960 年 5 月 9 日大同老白洞礦發(fā)生的煤塵爆炸事故死亡 682人，全井被毀。 2022 年前 17 起死亡 100 人以上的特別重大事故中瓦斯煤塵爆炸事故 14 起，占 ％。 減少煤塵產(chǎn)生量的措施 減少采掘過(guò)程中煤塵的產(chǎn)生量是防止煤塵爆炸的重要措施，尤其要防止煤塵在井巷沉積形成沉積煤塵。我國(guó)煤礦常用的措施有煤層注水防塵、噴霧降塵和通風(fēng)除塵等技術(shù)措施。 1） 煤層注水防塵技術(shù) 煤層注水濕潤(rùn)煤體是采煤工作面防塵的基本措施。長(zhǎng)鉆孔煤層注水已被廣泛采用，其降塵效果與煤層的裂隙和孔隙的發(fā)育程度、注水參數(shù)等因素有關(guān)，一般的降塵率可達(dá)到 50％～85％以上。隨著綜采放頂煤開(kāi) 采工藝的廣泛采用，長(zhǎng)鉆孔煤層注水的鉆孔布置方式、封孔工藝、注水方法及裝備也有了新進(jìn)展。 2） 噴霧降塵技術(shù) 依靠霧化成微小粒徑的水通過(guò)吸浮、碰撞、凝結(jié)等作用捕獲空間煤塵，達(dá)到降塵的目的。 采煤機(jī)滾筒割煤及向刮板輸送機(jī)裝煤時(shí)產(chǎn)生大量煤塵，是綜采或綜采放頂煤工作面的主要塵源。采煤機(jī)都有針對(duì)該塵源而設(shè)置的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，在截齒的產(chǎn)塵區(qū)噴射水霧實(shí)施濕式割煤，抑制煤塵產(chǎn)生，減少煤也飛揚(yáng)。但是，由于采煤機(jī)的內(nèi)噴霧經(jīng)常發(fā)生噴嘴堵塞和供水系統(tǒng)密封漏水故障而不能正常發(fā)揮其應(yīng)有的作用；采煤機(jī)原有的外噴霧也常常不能 適應(yīng)大功率采煤機(jī)的降塵要求。掘進(jìn)機(jī)也存在類似情況。此外，對(duì)移架、放煤、運(yùn)煤及轉(zhuǎn)載點(diǎn)等塵源，也迫切需要解決自動(dòng)噴霧控制技術(shù)。本節(jié)所介紹的內(nèi)容就是近年來(lái)很多煤礦針對(duì)上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的較為有效的噴霧降塵技術(shù)。 3） 通風(fēng)除塵技術(shù) 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，隨著煤礦機(jī)掘技術(shù)的高速發(fā)展，大功率掘進(jìn)機(jī)的廣泛采用，機(jī)掘 (綜掘 )工作面的產(chǎn)塵量劇增，作業(yè)環(huán)境惡化，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)和康。為解決機(jī)掘工作面的防塵問(wèn)題，開(kāi)展了大量的研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。實(shí)抽塵凈化技術(shù)是降低機(jī)掘工作面粉塵濃度的有效途徑。國(guó)內(nèi)外都是采用長(zhǎng)壓 通風(fēng)，將掘進(jìn)頭的含塵風(fēng)流吸入除塵器中加以凈化。這種通風(fēng)除塵技術(shù)降低內(nèi)粉塵濃度的效果取決于兩個(gè)因素：一是通風(fēng)除塵系統(tǒng)吸塵 (收集含塵風(fēng)流 )是除塵器的除塵效率。我國(guó)在這兩個(gè)方面的研究與試驗(yàn)都取得了重要成果。 撒布巖粉法 礦井自然條件復(fù)雜，發(fā)生煤塵爆炸的隨機(jī)性很大，各國(guó)都研究了防止煤塵爆炸的專門技術(shù)— 撒布巖粉。 定期向巷道周邊撒布惰性巖粉，將沉積煤塵覆蓋住。風(fēng)速較低時(shí)，巖粉層的粘滯性阻礙沉積煤塵重新飛揚(yáng)。當(dāng)瓦斯爆炸或空氣震蕩等異常情況出現(xiàn)時(shí)，空氣流把巖粉和沉積煤塵同時(shí)揚(yáng)起，形成巖粉 — 煤塵混合塵云 ．若有爆炸火焰?zhèn)魅牖旌蠅m云區(qū)，巖粉起到吸收爆焰熱量，遮擋輻射熱的作用，使系統(tǒng)冷卻，阻止煤塵著火爆炸。 巖粉應(yīng)具有：比熱容大、密度小、不溶或難溶于水、吸濕性小、無(wú)毒無(wú)嗅，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不燃燒、飛揚(yáng)性好，反射能力強(qiáng)（即顏色淺）等特點(diǎn)。 巖粉可燃物的含有率不得超過(guò) 5％，游離二氧化硅含量不得超過(guò) 10％，不含砷，五氧化二磷不超過(guò) ％，巖粉粒度會(huì)部小于 ，其中 70％以上小于 。呈現(xiàn)淺色，一 般用石灰石制備巖粉。 巖粉撒布量由實(shí)驗(yàn)室專用試驗(yàn)裝置試驗(yàn)確定，大型試驗(yàn)巷道試驗(yàn)驗(yàn)證。 巷道中煤塵和巖粉混合粉塵中，不燃物質(zhì)組份不得低于 80％，如果巷道風(fēng)流中含有%以上的甲烷則不燃物質(zhì)組份不低于 90％。 撒布巖粉的巷道長(zhǎng)度不得小于 300m，如果巷道長(zhǎng)度小于 300m，全部巷道都應(yīng)撒布巖粉。在距采、掘工作面 300 米以內(nèi)的巷道每月取樣一次， 300m 以外的巷道每?jī)稍氯右淮?。每?300 米為一采樣段，每段內(nèi)設(shè) 5 個(gè)采樣帶，帶間約 50 米．每個(gè)采樣帶在巷道兩幫，頂?shù)装逯苓呉踩?，取樣? 米。將每個(gè)取樣帶內(nèi)的全部粉塵分別收集起來(lái)，除去大于 1mm粒徑的粉塵?；?yàn)分析后不燃物組份低于 規(guī)定，重新撒布巖粉。 煤礦各種點(diǎn)火源特性及其防治措施 煤礦引火源有明火、放炮和電火花、摩擦火花、沖擊火花等，必須做到： (1) 禁止攜帶煙草及點(diǎn)火工具下井。 (2) 井下禁止使用電爐，井下和井口房?jī)?nèi)不準(zhǔn)從事電焊、氣焊和使用噴燈接焊等工作。如果必須使用，則須制定安全措施，并報(bào)上級(jí)批準(zhǔn)。 (3) 對(duì)電弧、火花也要進(jìn)行嚴(yán)格的管理，在瓦斯礦井應(yīng)選用礦用安全型、礦用防爆型或礦用安全火花型電氣設(shè)備。在使用中應(yīng)保持良好的防爆、防火花性能。電纜接頭不準(zhǔn)有“羊尾巴”、“雞爪子”、明接頭。要注意金屬支 柱在礦山壓力作用下產(chǎn)生的摩擦火花。對(duì)電氣設(shè)備的防爆措施，除廣泛采用的防爆外殼外，采用低電流、低電壓技術(shù)來(lái)限制火花強(qiáng)度。掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)與其他電氣設(shè)備間的閉鎖裝置。 (4) 停電、停風(fēng)時(shí)，要通知瓦斯檢查人員檢查瓦斯；恢復(fù)送電時(shí)，要經(jīng)過(guò)瓦斯檢查人員檢查后，才準(zhǔn)許恢復(fù)送電工作。 (5) 嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度。同時(shí)還必須加強(qiáng)對(duì)放炮工作的管理，封泥量一定要達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求，決不允許在炮泥充填不夠或混有可燃物及炸藥變質(zhì)的情況下放炮。 (6) 為防止機(jī)電設(shè)備防爆性能失效或工作 時(shí)出現(xiàn)火