煤尘爆炸特性测试技术及其应用研究

【摘 要】一直以来，我国都是一个煤矿开采大国，但是随着近年来我国的在煤矿开采事业中出现的爆炸导致矿工死亡事件不断发生，对于煤尘爆炸问题的研究也逐渐引起了国内专家学者的研究。本文就煤尘爆炸的特性测试技术以及该技术后期的应用着手，对于煤尘爆炸的问题进行研究和分析。

【关键词】煤尘爆炸；煤矿开采；应用研究

前言

在煤矿中，常常因为煤尘爆炸或者是有煤尘参与的瓦斯爆炸而对地下进行煤矿开采工作的人员们造成生命的危险，同时也对于煤矿的开采工作造成了十分大的不便，所以，近年来我国相关领域不断在研究如何防止煤尘出现爆炸的措施，以期对于当下的状况有一定的改进，至今为止，该领域内的研究已经有了一定成果。

1研究方法

近年来，在对于煤尘爆炸方面的研究中，我国通过对于IEC以及ISO的相关标准来对于煤尘爆炸的测试进行了研究，通过这些研究累计的数据以及经验来建立起一个健全的20L煤尘爆炸的特性定量分析实验系统。通过该系统，可以对于我国主要的煤矿中的系列数据进行分析，从而对其进行监控。

2煤尘爆炸的作用原理及其特点

2.1作用原理

在高温或者有明火高温热源的情况下，在一定空间内如果富集大量煤尘，在此条件下，会与氧气产生剧烈化学反应，在短时释放出大量的热能。这便是在矿层中容易发生的爆炸原理。其发生的原理为：当物质是粉状存在时，其表面积和体积在一定程度上加大，和空气中的各种气体接触的部分也就更大，而煤作为一种可燃物质，它的表面吸附氧气的能力较为高，所以当其作为粉质出现，即煤尘状态出现的时候，其吸附氧的能力就变得更大。实验表明，煤在300―400度高温的情况下会出现干馏现象并且放出大量的烷基气体，这个反应的时间极短，并且该气体与氧气之间会有化学反应，放出大量的热，在狭小空间内，会造成煤尘粒子的瞬间燃烧，在该空间之内这种燃烧产生的热量大量富集并且传递，在到达临界值时，煤尘的燃烧通过爆炸来呈现。

2.2特点

2.2.1释放大量压力

在煤尘进行了爆炸之后会在短时间之内造成温度和压力迅速增大，并且伴随着爆炸带来的巨大冲击波，在这样爆炸情况中，很容易造成一种高温高压的环境，爆炸产生的将近1600摄氏度的高温会引发周围连续的爆炸。这对于某些还在运行开采的煤矿，尤其是事发时间有大量施工开采人员在场的煤矿而言，无疑是一场巨大的灾难，如果是在地下区域较为狭隘并且空间具有间断性，那么很容易因为冲击波无法扩散而产坍塌等问题。

2.2.2连续性

煤尘爆炸在空间中不断的传递，在煤矿中，有着得天独厚的煤尘形成条件，在一次爆炸之后，会造成二次爆炸甚至更多的爆炸，在第一次爆炸中，已经瓦解的粒子又会在这样的环境中再次结合，所以往往在第一次爆炸之后，还有剧烈的第二次爆炸，对于人员的伤亡也很大。

2.2.3释放有毒有害气体

在煤矿爆炸中，除去了因为爆炸而身亡的人，还有一部分人是因为吸入大量有毒气体而身亡。不完全燃烧的煤炭会释放出一氧化碳，并且消耗大量的氧气，所以那些在爆炸中幸存但是因为短时间内无法救援的人，常常会因为吸入了大量的有毒气体而导致死亡。

3影响煤尘爆炸程度的因素

作为一个煤矿生产和使用的大国，我国有大量的煤矿，很多煤矿在生产开采的过程中其实都存在有爆炸隐患。因为煤尘漂浮在空气中，所以其具有流动性的特点，所以很多的作业区内都有聚集着浓度极密的煤尘，尤其是在煤层中放炮的时候，由于煤层的炭块剧烈爆炸震动，会造成煤层周围堆积的煤灰飞扬，所以在这个时候会造成浓度迅速的增大，有时候甚至已经超过了安全值。同时，在煤矿之外某些地方，例如煤仓外或者运煤机器周围，都会因为浮游煤尘聚集过多，遇到明火而导致爆炸事件。

3.1煤炭含水分

含水分的程度等对于爆炸程度都有影响。水分具有不可燃烧、吸附热量的热性，并且，通过水对于煤尘进行吸附，可以致使漂浮在空中的煤尘聚集成极大的煤尘颗粒，在质量增加之后，无法漂浮在空中，自然起到了降低煤尘浓度的作用，很大程度上改善抑制爆炸。但是自然状态下，很难有足够的水分对于煤尘进行吸附，所以这种情况下需要进行人工洒水。

3.2瓦斯浓度

瓦斯作为一种容易引发爆炸的易燃气体，容易与氧气发生剧烈的化学反应从而发生燃烧爆炸。其伴随着煤矿的开采而出现，在煤矿开采中，研究表明，在瓦斯浓度降低的时候，煤尘爆炸的可能性也较低，而相对的，如果在爆炸过程中有瓦斯的参与，那么爆炸将变得更加剧烈。

3.3空气中氧气的浓度

燃烧需要三个要素，足够的温度，可供燃烧的气体和可供燃烧的物质。在矿井中，氧气也是参与燃烧爆炸的一个重要因素，所以氧气的浓度对于爆炸程度也有着一定的影响，通过研究表明，在氧气低于六分之一的时候，煤尘将不会发生爆炸。

4煤尘爆炸的测试方法和应用

基于以上研究，对于如今的煤尘爆炸主要是通过以下两种方法进行测试。

4.1通过爆炸鉴定试验仪

在实验室中主要通过对于煤尘进行采样，放入在大试管中，通过在其中进行引爆而后将其放入在爆炸鉴定试验仪中进行分析和数据采集，而后可以很快地得到相关的数据材料。这种测试方法相比要更加简单易行，并且在整体过程中的危险性比较小，通过对于不同浓度的煤尘爆炸造成的压力、温度进行统计，进行采样并且分析后可以储存入数据库中，而后在后期某些实地煤矿煤尘浓度采样中，可以较为明确的知道在什么温度、情况下会发生爆炸，及时对其进行监控，并且在发现有爆炸预警的时候及时将施工人员疏散出来，进行空气的疏散和人工洒水，可以很大程度上减小伤害。

4.2通过计算机进行分析

如今，随着计算机产业不断发展，涉入了各行各业中，通过计算机进行煤尘爆炸的数据分析，在实验室数据的基础上，计算出该煤矿的爆炸可能性，以此来对于煤尘的爆炸进行预测。但是通过这种方法来计算出来的可能性存在一定的理想化，所以还是需要实地探究分析再得出结论，这里只是作为一种参考而使用。

4.3建立数据库对其进行分析

上文提及到，近年来，在对于煤尘爆炸方面的研究中，我国已经逐渐建立健全了一个相关的煤尘爆炸数据库，通过对于IEC以及ISO的相关标准来对于煤尘爆炸的测试进行了研究，在试验中不断完善数据，通过这些研究累计的数据以及经验来建立起一个健全的20L煤尘爆炸的特性定量分析实验系统。通过该系统，可以对于我国主要的煤矿中的系列数据进行分析，从而对其进行监控，可以通过将煤矿区的空气进行成分分析，输入数据库中进行分析，得出爆炸的可能性，对其进行监控。

5应用

以上三种技术在煤矿的管理中已经逐步使用，通过对于煤矿内部空气成分，包括含氧度、煤尘含量以及瓦斯浓度进行分析，输入在计算机中进行数据的分析，可以一定程度上得出该矿井内发生爆炸的可能性，如果可能性较高，应疏散矿井内施工人员，进行矿井内的空气疏通，降低其中容易爆炸的物质浓度，减少爆炸对于人员的伤害，防患于未然。

6结语

随着不断的煤矿爆炸事件被新闻媒体曝光，对于该领域的关注度也将逐渐升入另外一个高度，在科学技术不断进步的如今，将煤尘爆炸的研究带入各个领域中进行分析，更快地研究出对于煤矿进行科学化管理的方法，只有这样，才能最大程度上减少煤尘爆炸对于我国煤炭资源的伤害，以及对于开采煤矿资源的人员的伤害。■

参考文献

[1]姜海鹏. 煤尘浓度对瓦斯爆炸极限的影响研究[D].煤炭科学研究总院，2014（3）：78―79

[2]左前明. 煤尘爆炸特性及抑爆技术实验研究[D].山东科技大学，2010）（5）：23―25

[3]侯万兵. 煤尘―瓦斯混合物爆炸压力研究[D].中北大学，2010（56）：34―36