礦井瓦斯、煤塵災害救災技術3-魏平儒

礦塵防治魏平儒2007年6月礦塵防治一、礦塵概述二、礦塵的粒度、分散度和濃度三、影響礦塵量的因素四、礦塵的主要性質(zhì)及其危害五、煤塵爆炸六、塵肺病七、防塵措施八、防爆措施九、隔爆措施十、煤塵爆炸事故的處理

一、礦塵概述礦塵----指礦井建設和生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各種巖礦微粒的總稱。煤礦井下作業(yè)產(chǎn)生的礦塵主要是巖塵和煤塵。煤塵----從采礦工程學的爆炸角度來命名,一般指0.75~1mm以下的煤炭微粒。巖塵----從環(huán)境衛(wèi)生學的保健角度來命名,一般指10~45μm以下的巖粉塵粒。呼吸性粉塵----一般指5~7μm以下的，可以進入人體呼吸系統(tǒng)和肺部并導致塵肺病的粉塵。爆炸性粉塵----一般指直徑小于1mm呈懸浮狀態(tài)的煤塵，當達到一定條件能單獨爆炸、傳播爆炸或參與爆炸的煤塵。惰性粉塵----能減弱或阻止煤塵爆炸，或隔絕火焰?zhèn)鞑サ姆蹓m。矽塵----一般指含游離二氧化硅在10%以上的巖石粉塵。浮塵、落塵（積塵）、全塵1942年本溪煤礦發(fā)生了世界上最大的一次煤塵爆炸事故，犧牲1549人，致殘246人。多為co中毒。這是日本帝國主義對中國人民犯下的滔天罪行。2005年11月27日七臺河東風煤礦煤塵爆炸，死亡171人。塵肺病是一種很難治愈的職業(yè)病。塵肺病的死亡率20.7%。平均每年死于塵肺病的人數(shù)達2000人。我國某局塵肺病的死亡人數(shù)是工傷事故死亡人數(shù)的6倍，河南某局達11倍。塵肺病每年給國家造成的經(jīng)濟損失達60億元以上。隨著采掘機械化程度的日益提高,煤礦開采強度愈來愈大，加之生產(chǎn)高度集中，導致粉塵產(chǎn)生量也愈來愈大。如機采工作面工作點的煤塵濃度一般為3600~4500mg/m3,最高達8900mg/m3,一般炮采工作面的煤塵濃度為400~600mg/m3,風鎬落煤時的煤塵濃度為800mg/m3,這些給工人身心健康和安全生產(chǎn)帶來了難以估量的危害和災難。在礦山生產(chǎn)過程中，如鉆眼作業(yè)、炸藥爆破、掘進機及采煤機作業(yè)、頂板管理、礦物的裝載及運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的礦塵。在同一礦井里，產(chǎn)塵的多少也因地因時發(fā)生著變化。一般來說，在現(xiàn)有防塵技術措施的條件下，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的浮游礦塵比例大致為：采煤工作面產(chǎn)塵量占45％～80％；掘進工作面產(chǎn)塵量占20％～38％，錨噴作業(yè)點產(chǎn)塵量占10％～15％；運輸通風巷道產(chǎn)塵量占5％～10％，其他作業(yè)點占2％～5％。各作業(yè)點隨機械化程度的提高，礦塵的生成量也將增大，因此防塵工作也就更加重要。二、礦塵的粒度、分散度和濃度

(一)礦塵粒度塵粒的大?。剑?。單一直徑：投影徑（長徑、短徑、定向經(jīng)）幾何當量徑（等投影面積徑、等體積徑）物理當量徑（阻力徑、空氣動力徑、斯托克斯徑）平均直徑（二)礦塵分散度所謂礦塵分散度是指礦塵中不同粒徑范圍內(nèi)的塵粒數(shù)占總塵粒數(shù)或塵粒重量占總重量的百分比。習慣上說，分散度高，表示礦塵中細微塵粒占的比例大；分散度低，表示礦塵粗大顆粒占的比例大。﹤2微米,2~5微米,5~10微米,﹥10微米，四個范圍呼吸性粉塵的80%能進入肺部，危害極大。分散度測定顯微鏡法細孔通過法（篩子）氣體介質(zhì)沉降法(三)礦塵濃度

單位體積礦井空氣所含浮塵的重量稱為礦塵濃度。毫克/m3

規(guī)定：作業(yè)場所的總粉塵的濃度，井下每月測定2次，地面及露天煤礦每月測定1次；呼吸性粉塵的濃度工班個體呼吸性粉塵監(jiān)測，采、掘(剝)工作面每3個月測定1次，其他工作面或作業(yè)場所每6個月測定1次。每個采樣工種分2個班次連續(xù)采樣，1個班次內(nèi)至少采集2個有效樣品，先后采集的有效樣品不少于4個。定點呼吸性粉塵監(jiān)測每月測定一次。

粉塵測定的目的，對煤礦而言總的來說有三：1.定期測定作業(yè)場所環(huán)境粉塵濃度，確定該作業(yè)場所被粉塵污染的程度，以評價作業(yè)環(huán)境質(zhì)量；2.測定生產(chǎn)設備附近的環(huán)境粉塵濃度，以評價防塵技術或設備的防塵效果；3.測定工人實際接觸粉塵濃度或長周期環(huán)境濃度、以確定粉塵對人體的危害程度，為判斷工人肺部蓄積粉塵量及患塵肺病的可能程度提供科學依據(jù)。

粉塵濃度檢測技術水平與檢測手段密切相關。有了先進的檢測儀器及科學的測定方法，才能提高檢測技術。我國煤礦在近十幾年中對粉塵濃度的檢測水平有了很大提高。開發(fā)了很多檢測儀器，由只測定總粉塵濃度發(fā)展到兼測呼吸性粉塵濃度的階段。采樣效率曲線

五十年代初，英國醫(yī)學界通過流行病學對塵肺病的研究認識到塵肺病的緣由，它不僅與吸入的粉塵質(zhì)量、暴露時間、粉塵成分有關，而且在很大程度上與塵粒的大小有關。此后英國醫(yī)學研究協(xié)會在1952年提出呼吸性粉塵的定義：即進入肺泡的粉塵。同時給出BMRC采樣標準曲線，后來美國衛(wèi)生家協(xié)會給出ACGIH采樣標準曲線，這一定義和兩種呼吸性粉塵采樣標準曲線于1959年在南非召開的國際塵肺會議上得到承認，同時確定了以計重法表示粉塵濃度。采樣方式亦逐漸由瞬時、短周期漸漸偏向長周期定點監(jiān)測。采樣效率曲線

η—沉積率（塵粒通過淘析器被濾膜捕集的百分率），%

dα—粉塵的空氣動力徑，μm。

5255050%查圖

要理解采樣效率曲線的意義，可以假想一個具有呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵分級采樣功能的沖擊式粉塵采樣器。

鋼片上采集到的非呼吸性粉塵質(zhì)量占通過采樣器總粉塵質(zhì)量的百分比稱為采樣器對大顆粒粉塵的截留率，對應采樣效率曲線上的坐標點；未被一級采樣裝置截留、到達二級采樣裝置而被濾膜采集到的呼吸性粉塵占通過采樣器總粉塵質(zhì)量的百分比稱為采樣器小顆粒粉塵的透過率。

世界各國廣泛采用BMRC、ACGIH曲線作為呼吸性粉塵采樣器的標準采樣效率曲線。我國煤礦應用的呼吸性粉塵采樣器對粉塵的分級性能被要求符合BMRC采樣效率曲線。

采樣器種類1.全塵濃度采樣器2.呼吸性粉塵采樣器

呼吸性粉塵采樣器的設計，按照分離過濾原理，在采樣頭部加設前置裝置，對進入含塵氣流中的大顆粒塵粒進行淘析，所以前置裝置亦稱淘析器。按淘析器分離原理，有三種類型：⑴平板淘析器按重力沉降原理設計；⑵離心淘析器按離心分離原理設計；⑶沖擊分離器按慣性沖擊原理設計。測塵儀器的種類按檢測原理分：1.光電法：按光線通過含塵氣流使光強變化；2.濾膜增重法；3.β射線吸收法。按測塵濃度類型分：1.全塵粉塵測定儀；2.呼吸性粉塵測塵儀；3.兩段分級計重粉塵測定儀。按測塵儀工作方式分：1.長周期、定點、連續(xù)測塵儀；2.短周期、定點、連續(xù)測塵儀；3.便攜式測塵儀。測塵儀種類繁多，除上述分類外，還有按不同行業(yè)的粉塵性質(zhì)，測量的濃度范圍、精度要求、環(huán)境條件的要求，有大量程、小量程；防爆型(或本質(zhì)安全型)、非防爆型等區(qū)別。

作業(yè)場所的呼吸性粉塵濃度呼吸性粉塵濃度{

作業(yè)人員吸入的呼吸性粉塵濃度（呼吸性粉塵接觸濃度）前者是將呼吸性粉塵采樣器置于作業(yè)場中某一固定地點測得的呼吸性粉塵濃度；后者則是測量人員將個體呼吸性粉塵采樣器掛置于其身體的呼吸范圍內(nèi)測得一個工班作業(yè)時間內(nèi)呼吸性粉塵的平均濃度。

粉塵濃度控制標準

粉塵濃度控制標準即采取控制措施使粉塵濃度不超標的粉塵濃度值。其表示方法有，在作業(yè)場所進行的有代表性采樣測得的濃度值、個體采樣所得的工班內(nèi)粉塵濃度平均值、個體采樣粉塵濃度時間加權平均值等，我國采取前兩種表示方法。相對于美國、澳大利亞、英國等國家的粉塵濃度標準，我國關于粉塵濃度標準的規(guī)定內(nèi)容更多一些。上述國家一般只有呼吸性粉塵接觸濃度控制標準或只有作業(yè)場所粉塵濃度控制標準，而我國兩種標推都有。采樣器及其原理：

1、濾膜過濾測塵儀AQC-45浮游礦塵測定儀KBC型礦塵測定儀ACX-1型攜帶式粉塵采樣器AFCC-1型粉塵采樣器P-5型數(shù)字式粉塵計2、礦用安全光散射式測塵儀

采用光散射法，可連續(xù)測一個班的呼吸性粉塵濃度，結(jié)果顯示在圖表記錄儀上，也可顯示某段時間內(nèi)呼吸性粉塵總量的累計數(shù)。工作原理是通過儀器的總光通量被塵云散射成沿光束前進方向呈半角為20°的錐形，總光通量與阻隔光束的塵粒的表面積成正比。德國生產(chǎn)的丁道爾測塵儀即是應用光散射式原理。3、光吸收法測塵儀利用光通過含塵空氣所引起的光通量的變化來測定粉塵濃度。測定時應避免煙霧的影響。根據(jù)這種原理研制的有ACH—40型呼吸性礦塵測定儀。用薄膜泵抽取一定體積的含塵空氣經(jīng)旋風器，粒徑大于10μm的礦塵被旋風器除掉，小于10μm的礦塵被收集在濾紙上。透光鏡照射濾紙，通過濾紙吸塵前后照度的變化來測定礦塵濃度。測量范圍0一10mg／m3及0—50mg／m3兩檔，精度±20％。4、LD-1E型礦用防爆式激光測塵器

該粉塵器是日本柴田科學器械工業(yè)株式會社以煤礦為對象生產(chǎn)的本質(zhì)安全型防爆式粉塵器，它不僅能記錄粉塵濃度在時間、空間上的變化，而且還可以在短時間內(nèi)對測試值的算術平均值、標準偏差、幾何平均值、幾何標準值、時間負荷平均濃度以及濃度圖象等進行計算分析。5、β射線測塵儀

β射線測塵儀，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它是利用測塵儀本身所具有的采樣功能，以濾膜采集粉塵試樣、然后旋轉(zhuǎn)濾膜以提供空白濾膜。其原理是：當β射線源發(fā)出的β射線穿過粉塵時，一部分β射線被粉塵吸收，未被吸收的β射線由β射線測定儀測出，由此可算出被吸收的β射線強度。根據(jù)β射線強度的變化而得出粉塵質(zhì)量，以數(shù)字直接顯示呼吸性粉塵或總粉塵濃度。該測塵儀的采樣流量為5L／min，測量范圍為0.1—300mg／m3。6、高濃度測塵儀煤炭科學研究總院重慶分院于2000年研制成功檢測煤塵及可爆性粉塵爆炸危險程度的便攜式高濃度測塵儀，用于檢測塵源區(qū)域的爆炸性煤塵濃度。該測塵儀是運用比爾---朗白定律的光電原理研制而成。其傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。由發(fā)光管3發(fā)出的光,通過煤塵云(凹形槽處)時光強度減弱,剩余光被光電二極管接收并轉(zhuǎn)為電壓輸出，經(jīng)放大輸入到單片機，從而將透過煤塵云的光強轉(zhuǎn)化為煤塵濃度。為了防止污染，在發(fā)光管和光電二極管前面安裝保護窗。測塵儀的主要技術參數(shù)：測塵濃度為8—150g／m3；誤差為±5％;顯示(LED)3位數(shù)字；工作時間為8h。該測塵儀已投入使用。作業(yè)場所空氣中粉塵濃度標準粉塵中游離SiO2含量（%）最高允許濃度/（mg/m3)總粉塵呼吸性粉塵<1010~<5050~<80≧80102223.510.50.3三、影響礦塵量的因素粉塵產(chǎn)生量是礦井煤炭產(chǎn)量的3%。（一）自然因素地質(zhì)構(gòu)造煤層賦存條件煤巖的物理性質(zhì)（二）生產(chǎn)技術因素采煤方法機械化程度生產(chǎn)集中化程度通風狀況四、礦塵的主要性質(zhì)及其危害（一）礦塵的主要性質(zhì)礦塵中游離二氧化硅含量是引起并促進塵肺病發(fā)展的主要因素，含量越高，對人體危害越大。煤礦巖塵中游離二氧化硅含量18~80%不等，通常30~50%。煤中也含有，一般1~5%，很少超過5%。但無煙煤稍高，一般為7~10%。懸浮性

在采煤工作面，一般情況下100微米的煤塵可隨風流飄出10米以外；10微米的煤塵可隨風流飄出數(shù)百米以外，然后才能沉降到底板，再小的煤塵基本上不沉降。凝聚性

礦塵的體積小，重量輕，總表面積大，增強了塵粒間的結(jié)合力。當間距非常小時，由于分子引力作用，塵粒相互結(jié)合而形成較大的塵粒，礦塵的這種性質(zhì)叫做凝聚性。

濕潤性

不同性質(zhì)的粉塵對同一性質(zhì)液體的親和程度是不相同的，這種不同的親和程度稱為粉塵的濕潤性。粉塵的濕潤性還與粉塵的形狀和大小有關，球形粒子的濕潤性比不規(guī)則的形狀的粒子要小，粉塵越細，親水能力越差。評價濕潤性的指標用濕潤角θ。親水性粉塵θ≤60°，濕潤性差的粉塵60°＜θ＞85°

，疏水性粉塵θ≥85°

。在除塵技術中，粉塵的濕潤性是選用除塵設備的主要依據(jù)之一。對于濕潤性好的粉塵可選用濕式除塵器，對濕潤性差的粉塵要在水中加入某些濕潤劑，以減少粉塵的表面張力，提高除塵效率。荷電性

一般而言，非金屬粉塵與酸性氧化物常帶正電荷，金屬粉塵和堿性氧化物則帶負電荷。異性荷電塵粒相互吸引、凝結(jié)而加速沉降；同性荷電塵粒由于排斥作用增加飄浮的相對穩(wěn)定性。美國亞利桑那大學研究結(jié)果表明，呼吸性粉塵一般帶負電，大顆拉粉塵帶正電或呈中性。研究粉塵電性質(zhì)一方面可利用其特性研制電除塵設備，另一方面，某些學者認為帶電塵粒吸入肺組織，較易沉積于支氣管、肺泡管中，增加對人體的危害。自燃性和爆炸性（二）礦塵的危害煤礦井下礦塵危害性極大,能污染工作場所，危害人體健康，甚至引起塵肺病和皮膚??；加速機械的磨損,縮短精密儀表的使用時間，降低工作場所的可見度，使工傷事故增多；煤塵在一定的條件下還可以發(fā)生爆炸，釀成嚴重的災難。五、煤塵爆炸煤礦在生產(chǎn)過程中，采掘裝運作業(yè)均可產(chǎn)生大量煤塵。其中，采掘作業(yè)產(chǎn)生的煤塵量占80%，裝運產(chǎn)生的煤塵量占20%。具有煤塵爆炸危險的煤礦都有發(fā)生特別重大煤塵爆炸事故的可能。其災害程度可造成礦毀人亡，國內(nèi)外煤礦曾多次發(fā)生煤塵爆炸事故。典型案例如下：1906年，法國古利耶爾煤礦發(fā)生煤塵爆炸死亡1099人，煤礦經(jīng)兩年重建才恢復生產(chǎn)。這是一個無瓦斯煤礦，也是世界上第一次發(fā)生煤塵爆炸。從此，世界上各主要產(chǎn)煤國家對煤塵爆炸開始進行廣泛研究，重視預防煤塵爆炸事故工作。1907年，美國孟諾加煤礦發(fā)生煤塵爆炸，死亡362人，占入井人數(shù)的97%。1910年，英國黑里頓煤礦發(fā)生煤塵爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。1913～1933年，法國和英國還多次發(fā)生煤塵、瓦斯煤塵爆炸事故，每次事故都造成一、二百人死亡。1942年，日本侵占東北時期，采取不顧工人死活的掠奪式生產(chǎn)方式，致使本溪煤礦發(fā)生了世界史上最大的一次瓦斯煤塵爆炸事故，死亡1549人，傷殘246人，死亡者中多為CO中毒。事故前巷道內(nèi)沉積了大量煤塵，電火花點燃局部聚存瓦斯而引起煤塵爆炸。為掩人耳目，日本侵略者將礦井封閉。1962年，山西大同老白洞煤礦在高產(chǎn)日發(fā)生了電火花引燃局部瓦斯導致煤塵爆炸，死亡629人。1963年，日本三池煤礦發(fā)生煤塵爆炸，死亡458人，傷832人，死亡者多為CO中毒。這次事故是發(fā)生在該煤礦的主提煤斜井，絞車提升裝滿煤的串車，由于礦車脫鉤順斜井翻滾滑下，將沉積的大量煤塵和礦車內(nèi)的煤沖擊飛揚形成煤塵云，加之礦車與軌道摩擦產(chǎn)生火花，引起煤塵大爆炸。此事故后經(jīng)還原實驗證實。2005年，黑龍江七臺河東風煤礦主要提煤皮帶斜井發(fā)生煤塵爆炸，死亡171人。

2005年11月27日，黑龍江七臺河礦難事故(煤塵爆炸)，確認在事故中遇難人數(shù)為171人，其中包括169名井下遇難礦工和井上2名地面遇難人員.（一）煤塵爆炸機理

煤塵的燃燒和爆炸實際上是煤塵及其釋放的可燃性氣體的燃燒和爆炸，它的氧化反應主要是在氣相內(nèi)進行的。因此煤塵爆炸與瓦斯爆炸具有相似之處。但因在固體煤粒表面也有氧化燃燒作用發(fā)生，所以煤塵爆炸又有其獨特之處。一般認為其爆炸機理及過程如圖所示。

煤塵爆炸機理示意圖

煤本身是可燃物質(zhì)，當它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開。當溫度達到300～400℃時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1%左右的其它碳氫化合物（如揮發(fā)分含量在20%-26%的1kg的焦煤受熱后可產(chǎn)生290-350L的可燃氣體）。這些可燃性氣體積聚于塵粒周圍，形成氣體外殼，當這個外殼內(nèi)的氣體達到一定濃度并吸收一定能量后，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，就發(fā)生了塵粒的閃燃；閃燃的塵粒被氧化放出的熱量，以分子傳導和火焰輻射的方式傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應，反應速度急劇增加，燃燒循環(huán)地繼續(xù)下去；由于燃燒產(chǎn)物的迅速膨脹而在火焰波波陣面前方形成壓縮波，壓縮波在不斷壓縮的介質(zhì)中傳播時，后波可以趕上前波；這些單波疊加的結(jié)果，使火焰面前方氣體的壓力逐漸增高，因而引起了火焰?zhèn)鞑サ淖詣蛹铀?；當火焰速度達到每秒數(shù)百米以后，煤塵的燃燒便在一定的臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。這個過程是瞬間的，在煤塵爆炸地點發(fā)生激烈的化學反應，空氣受熱膨脹形成負壓區(qū)，其負壓值可達49KPa，造成逆向沖擊波，如爆炸地點仍有煤塵瓦斯時可發(fā)生第二次爆炸。該地點爆炸力正反向交錯，支架和物料設備移動方向紊亂，這是判明二次爆炸的重要依據(jù)。上圖展示了煤塵爆炸的鏈式反應過程，下圖則形象地展示了一起煤塵爆炸事故的形成過程。從這兩個圖中可以發(fā)現(xiàn)兩個基本事實：第一，煤塵爆炸有一個啟動過程，客觀上為撲滅煤塵爆炸提供了時間；第二，煤塵爆炸除了煤塵的因素以外，環(huán)境條件對爆炸事故的形成、破壞特征與后果有很大的作用。煤塵爆炸事故形成過程

（二）煤塵爆炸的特征1.產(chǎn)生高溫煤塵爆炸火焰溫度為1600～1900℃，爆源的溫度達到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。2.形成高壓在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736ＫPa，但爆炸壓力隨著離開爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物、巷道拐彎、巷道斷面突然縮小，壓力將進一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的5～7倍。只要巷道中有煤塵，這種爆炸就會不停地向前發(fā)展，一直傳播到?jīng)]有煤塵的地點為止。

對發(fā)生煤塵爆炸事故的礦井調(diào)查表明，一般距爆源10m--30m以內(nèi)的地點，破壞較輕，爾后離爆源越遠，破壞越嚴重。美國喬治拉伊斯的巷道實驗結(jié)果是：在有大量煤塵沉積的巷道內(nèi)發(fā)生煤塵爆炸后，距爆源106米時壓力為434KPa，距爆源167米時壓力為513KPa，距228米時壓力為821KPa。因此煤塵爆炸呈離爆源越遠破壞越嚴重的特點。國外實驗測得爆炸壓力高達1863KPa，甚至將抗壓強度為3924KPa鋼板巷道爆壞，并把鋼板拋出150米。(1個大氣壓=101kpa)3.產(chǎn)生高速

煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達1120m/ｓ，沖擊波速度為2340m/ｓ。（前、后）4.煤塵爆炸具有連續(xù)性

進程（正向）沖擊，回程（反向）沖擊1942年，日本占領時，撫順龍鳳礦一晝夜煤塵爆炸43次，空氣中氧濃度只有6~8%，二氧化碳和一氧化碳濃度分別達到4~8%和2~4%。5.煤塵爆炸的感應期。

煤塵爆炸也有一個感應期。根據(jù)試驗，煤塵爆炸的感應期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40～280ms，揮發(fā)分越高，感應期越短。

6.揮發(fā)分減少或形成“粘焦”。

煤塵爆炸時，參與反應的揮發(fā)分約占煤塵揮發(fā)分含量的40％～70％，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。粘結(jié)性煤塵（氣煤、肥煤及焦煤的煤塵）可產(chǎn)生焦炭皮渣與粘塊（統(tǒng)稱“粘焦”），粘附在支架和巷道壁上，這一點是區(qū)別瓦斯爆炸還是煤塵爆炸或是否有煤塵參與爆炸的重要標志。見圖

a—焦炭皮渣；b—粘塊

皮渣是一種燒焦到某種程度的煤塵集合體，其形狀通常為橢圓形；而粘塊是屬于完全未受到焦化作用的煤塵的集合體，其斷面形狀通常為三角形?！罢辰埂币彩桥袛嗑掳l(fā)生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標志，同時還是尋找爆源及判斷煤塵爆炸強弱程度的依據(jù)，因此是鑒定煤塵爆炸事故的一個重要依據(jù)。粘焦的形狀與爆炸特征密切相關。皮渣和粘塊粘在支柱兩側(cè)，而迎風側(cè)較密，且多呈橢圓形，表明火焰與爆風傳播速度較慢，為弱爆炸；皮渣和粘塊粘在支柱迎風側(cè)，且多呈三角形，表明火焰與爆風傳播速度較快，為中等強度爆炸；皮渣與粘塊粘在支柱背風側(cè)，而在迎風側(cè)有燃燒的痕跡，則表明火焰與爆風傳播速度極快，為強爆炸。7.產(chǎn)生大量的CO

煤塵爆炸時產(chǎn)生的CO，在災區(qū)氣體中的濃度可達2％～3％，甚至高達8％左右。爆炸事故中受害者的大多數(shù)（70%～80％）是由于CO中毒造成的。例如1910年，英國黑里頓煤礦發(fā)生煤塵爆炸，并引起瓦斯爆炸事故，死亡346人，其中287人死于CO中毒。根據(jù)對爆炸后氣體的分析，計算出C/H比，就可以確定爆炸物質(zhì)是氣體還是煤塵。瓦斯爆炸時的C/H比值為2.3—2.8，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CO、CO2(富氧時)、CH4和H2以外，還產(chǎn)生干餾氣體，并含有毒氣體，如氫氰酸(HCN)。（三）煤塵爆炸的條件1.煤塵本身具有爆炸性（必須經(jīng)過有資質(zhì)的鑒定單位鑒定）煤塵爆炸指數(shù)vГ﹤10%，沒有爆炸危險性；10~15%，弱爆炸危險性；﹥15%，有爆炸危險性。

過去認為，揮發(fā)份含量小于l0%，煤塵失去爆炸性。但必須指出，作為煤的組成成份非常復雜，同類煤的揮發(fā)份成份及其含量也不一樣，所以揮發(fā)份含量不能作為判斷煤塵有無爆炸危險的唯一依據(jù)。例如四川松藻二井Vг＝15.92％，但無煤塵爆炸危險，而萍鄉(xiāng)青山礦Vг小于10％，卻有爆炸危險。因此《規(guī)程》規(guī)定，煤層有無爆炸危險，必須通過煤塵爆炸性試驗鑒定?！兑?guī)程》規(guī)定：新礦井的地質(zhì)精查報告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸性鑒定材料。生產(chǎn)礦井每延深一個新水平，應進行1次煤塵爆炸性試驗工作。煤塵的爆炸性應由國家授權單位進行鑒定，鑒定結(jié)果必須報煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)備案。煤礦企業(yè)應根據(jù)鑒定結(jié)果采取相應的安全措施。2.空氣中的煤塵達到一定濃度上下限45g/m3~2000g/m3，最強300g/m3~400g/m3（實驗條件、揮發(fā)分含量）國外測得的煤塵爆炸上限濃度目前為1000-2000g/m3，爆炸上限濃度在實際應用中是沒有意義的，在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中也是沒有的。在井下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，一般情況下，很難形成大于45g/m3的懸浮煤塵濃度，就是在綜合機械化采煤工作面煤塵的濃度也很難會有1g／m3的情況。如果煤塵的濃度達到2g/m3，就會感到嗆人；如果3一5g/m3將會使人感到呼吸因難；如果煤塵濃度達到10g/m3時，會使人伸手難辨五指。但當巷道周圍的沉積煤塵受到?jīng)_擊波的震動，氣流的吹揚或其他原因再次揚起后，就足以達到爆炸濃度。例如上底寬2m、下底寬3m、高2m的梯形斷面巷道，底板沉積0.075mm的煤塵（假設不考慮巷道頂和兩側(cè)的沉積煤塵）全部揚起均勻彌漫于巷道空間，就能達到煤塵爆炸下限濃度，因此，沉積煤塵是最大約隱患。3.引燃煤塵爆炸的高溫熱源

煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性質(zhì)、濃度、粒度及粒度分布、試驗條件等不同因素而變化，610~1050℃，一般700~800℃最小點燃能量4.5—40mj,幾乎一切火花均能達到之能量例如：放炮火焰（這是大量存在的）、電氣設備產(chǎn)生的火花、電纜接頭不良或電纜損壞產(chǎn)生的短路或撞擊產(chǎn)生電弧、斜井跑車產(chǎn)生的摩擦火花、皮帶摩擦著火、礦井內(nèi)外因火災、瓦斯燃燒或爆炸以及炸藥爆炸等。（四）影響煤塵爆炸的因素1、煤的物理化學性質(zhì)煤的揮發(fā)份含量煤的水分和灰分2、煤塵濃度3、煤塵粒度10微米~1毫米，75微米最強，小于10微米失去爆炸性4、礦井瓦斯和氧氣的含量5、引爆熱源和爆炸環(huán)境（五）煤塵爆炸性鑒定

《規(guī)程》第151條規(guī)定，新礦井的地質(zhì)精查報告中，必須有所有煤層的煤塵爆炸鑒定資料。生產(chǎn)礦井每延伸一個新水平，應進行1次煤塵爆炸性試驗工作。經(jīng)鑒定全國88%以上為有煤塵爆炸危險的礦井。試驗程序：將煤樣經(jīng)粉碎后全部通過75μm篩孔，并在105℃溫度烘干2小時，取1g塵樣放在試料管內(nèi)，同時將加熱器升溫，當溫度升到1100℃以后，開動電磁打氣筒，活塞動作使煤塵試樣呈云霧狀噴入燃燒管內(nèi)，同時觀察大管內(nèi)煤塵燃燒狀態(tài)，最后開動小風機排除煙塵。煤塵通過燃燒管內(nèi)的加熱器時，可能出現(xiàn)下列現(xiàn)象：①只出現(xiàn)稀少的火星或根本沒有火星；②火焰向加熱器兩側(cè)以連續(xù)或不連續(xù)的形式在塵霧中緩慢地蔓延；③火焰極快地蔓延，甚至沖出燃燒管外，有時還會聽到爆炸聲。同一試樣應重復進行5次試驗，其中只要有一次出現(xiàn)燃燒火焰，就定為爆炸危險煤塵。在5次試驗中都沒有出現(xiàn)火焰或只出現(xiàn)稀少火星，必須重作5次試驗，如果仍然如此，定為無爆炸危險煤塵，在重作的試驗中，只要有一次出現(xiàn)燃燒火焰，仍應定為爆炸危險煤塵。礦井中只要有一個煤層的煤塵有爆炸危險，該礦井就應定為有煤塵爆炸危險的礦井。對有爆炸危險的煤塵，還可進行預防煤塵爆炸所需巖粉量的測定。具體做法是將巖粉按比例和煤塵均勻混合，用上述方法測定它的爆炸性，直到混合粉塵由出現(xiàn)火焰剛轉(zhuǎn)入不再出現(xiàn)火焰，此時的巖粉比例，即為最低巖粉用量的百分比。巷道模擬試驗只用以標定其他試驗(六)煤塵爆炸事故的勘察煤塵爆炸事故勘察的主要目的是為了確定事故發(fā)生的真正原因，從而為預防類似事故提供技術指導。由于爆炸現(xiàn)場的巷道或工作面受到爆炸燃燒及沖擊波的破壞，氣體的成分、支護狀況、失穩(wěn)的巖石等都會對勘察人員的安全構(gòu)成威脅，因此，事故勘察首先應注意安全問題。事故勘察人員應注意保護爆炸現(xiàn)場原有狀況，以便進行多次勘察(一次勘察往往不能得出確切的結(jié)論，必須進行多次更詳細的考察)。

事故勘察時應對事故現(xiàn)場的巷道狀況、支護狀況、設備位置及狀態(tài)、傷亡人員位置及狀況進行詳細記錄和描繪，這對事故原因的分析和推理十分重要。若需改變某些物品的位置和狀況，應進行標記和記錄。入井勘察前應做好詳細的計劃和分工，檢查需要攜帶的取樣儀器、器皿等；上井后應及時進行資料的整理和情況交流、討論，以驗證、對比各自考察的結(jié)果，并提出勘察報告。

事故現(xiàn)場勘察的主要任務是收集爆炸后的遺跡，發(fā)現(xiàn)或?qū)ふ铱赡艿狞c火源。確定爆炸中心煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體以很高的速度向外傳播，造成人員傷亡和巷道、設備的破壞。這些現(xiàn)象留下的痕跡為判斷爆炸源的位置提供了依據(jù)。⑴遇難人員的遺跡瞬間發(fā)生的爆炸沖擊使遇難人員大部分都保持爆炸時的狀態(tài)，從遇難人員的倒向、燒傷部位、遺留物品的去向等可以判斷爆源的方向和大致的位置。⑵支架傾倒的方向由于受爆炸沖擊波的作用，爆源兩側(cè)的支架向爆炸波前進的方向傾斜或傾倒；當爆炸強度較大時，甚至被摧垮。據(jù)此可以判斷爆源的方向及爆炸的強度。⑶風筒布碎片飛入的方向當爆炸沖擊波的壓力達到0.78MPa—0.98MPa時，膠布風筒，尤其是透風的膠布風筒破壞最為嚴重，許多被炸成碎片的風筒布隨爆炸波向爆源兩側(cè)飛出，并牢固地夾入木棚、煤巖的縫隙中，這也是判斷爆源的明顯標記。⑷設備、器材的位移井下巷道中的設備相當多，在沖擊波的作用下這些設備的位置發(fā)生移動，有的拋向很遠，這是發(fā)生事故的普遍現(xiàn)象。對設備、器材比較熟悉的人到事故現(xiàn)場，立刻就能判斷器材、設備移動的距離和方向，由此判斷爆源的方向和位置。⑸煤塵的皮渣和粘塊粘附在巷道支架上的煤塵粘焦可以判斷爆炸時燃燒傳播的方向，但煤塵爆炸的強度、燃燒的速度等都會影響粘焦，應根據(jù)實際情況進行判斷。(6)巷道破壞程度瓦斯、煤塵爆炸破壞程度最大的地方往往不是爆源附近，而是在其外圍。爆炸沖擊波吹起沉積的煤塵可能引發(fā)二次爆炸的發(fā)生，而燃燒波傳播途徑上若有燃料的補充，則會加強沖擊波的壓力，從而使破壞力增大。當爆炸波在傳播過程中遇到障礙物或巷道斷面突然縮小時，爆炸波的傳播速度就會增大，而燃燒鋒面的紊流度增大也使反應更為劇烈，從而升高沖擊波的壓力。因此，在巷道拐彎、有障礙物或斷面突然變化的地方，巷道受到的破壞更大。2．分析、尋找煤塵源正常生產(chǎn)時期很難形成煤塵爆炸的濃度，因此，煤塵爆炸的最初原因往往有瓦斯的參與。沉積的煤塵是誘導爆炸擴大的根本，調(diào)查事故前該區(qū)域內(nèi)煤塵沉積、除塵工作、風流速度及風量變化的情況，是煤塵爆炸事故中塵源分析的重點。3．尋找火源煤礦井下點燃瓦斯煤塵爆炸的潛在火源很多。在分析爆炸的點燃原因時，通過現(xiàn)場勘察和人員匯報采取比較排除法是十分有效的。例如：某一地點發(fā)生了瓦斯爆炸，該地點沒有自然發(fā)火，沒有人員作業(yè)，那么可以排除自然發(fā)火、放炮引燃、煙火、打開礦燈、電火花、電焊的原因。最后點燃原因集中在電氣失爆、機械摩擦、雜散電流、地面閃電導致的電火花等方面。雜散電流和閃電引燃一般是最可能的原因。

4．必要的實驗檢驗和模擬計算對現(xiàn)場勘察采集的煤塵樣本、擊穿的電纜、結(jié)焦的煤塊及燒毀的支架、衣物等需要進行科學檢驗和試驗分析，才能作為事故定量、定性分析的依據(jù)。分析考察獲得的數(shù)據(jù)，可以得出僅靠人為推斷難以確定的一些可靠的結(jié)論。但是，這應該是建立在試樣的可靠性上的，進行多個試樣的對比分析有助于減少井下復雜因素的干擾。六、塵肺病矽肺、矽煤肺、煤肺。世界公認：粉塵對人類的危害居各種職業(yè)病首位。當前還不能治愈塵肺病，現(xiàn)有的醫(yī)療水平只能起到緩解癥狀、減輕痛苦、增強體質(zhì)、預防合并癥的作用，改變不了塵肺病的病期。新的塵肺病診斷標準中規(guī)定的塵肺病的定義是：“塵肺病是由于在職業(yè)活動中長期吸入生產(chǎn)性粉塵并在肺內(nèi)滯留而引起的以肺組織彌漫性纖維化為主的全身性疾病。”它是一種嚴重的礦工職業(yè)病，一旦患病，目前還很難治愈，且因發(fā)病緩慢病程較長，不同于煤塵、瓦斯爆炸事故一次傷害嚴重，常不易被人們所重視。實際上塵肺病引起的致殘和死亡人數(shù)，在國內(nèi)外都十分驚人。從衛(wèi)生部召開的第十屆職業(yè)性呼吸系統(tǒng)疾病國際會議上（2005.4）獲悉：我國的職業(yè)病危害形勢十分嚴峻，職業(yè)病防治工作與我國快速發(fā)展的經(jīng)濟形勢極不適應。我國有毒有害企業(yè)超過1600萬家，受到職業(yè)危害的人數(shù)超過2億。2003年全國報告各類職業(yè)病發(fā)病數(shù)為10467例，其中塵肺病發(fā)病數(shù)占了80%。上世紀50年代以來我國報告累計塵肺病例58萬多人，已死亡14萬多人，現(xiàn)患者44萬多人。由于目前廠礦企業(yè)勞動者的體檢率低，報告不全，專家估計實際發(fā)病要比報告的例數(shù)多10倍，塵肺實際發(fā)生的病例數(shù)不少于100萬例。

有關塵肺的危害在國內(nèi)外的很早的史料都有記載，如北宋（960-1127）孫平仲在所著《談苑》中指出，“后苑銀作鍍金，為水銀所熏，頭首俱顫；賣餅家窺爐，目皆早昏；賈谷山采石人，石末傷肺，肺焦多死”；歐洲文藝復興后期工業(yè)迅速發(fā)展后西方礦冶書籍中也有礦工“癆病”之詞；17世紀早期解剖學著作中有“切石之死于哮喘，解刀入肺似入沙石”之說。塵肺病的發(fā)病癥狀塵肺病分為三期：

第一期：重體力勞動時呼吸困難、胸痛、輕度干咳。

第二期：中等體力勞動或正常工作時，感覺呼吸困難，胸痛、干咳或帶痰咳嗽。

第三期：做一般工作甚至休息時，也感到呼吸困難、胸痛、連續(xù)帶痰咳嗽，甚至咯血和行動困難。影響塵肺發(fā)生發(fā)展的主要因素：礦塵中游離二氧化硅含量（煤小于6%，石灰?guī)r小于10%，頁巖3~30%，砂巖45~50%)礦塵的粒度1~2微米的粉塵危害性最高。礦塵的濃度（呼吸性粉塵）接塵時間矽肺病一般10年（最短3年），煤肺病20~30年，煤矽肺居中。個體防護及身體素質(zhì)七、防塵措施（一）煤層注水防塵我國上世紀50年代中期開始試驗煤層注水降塵，60年代一些礦井用于實踐，70年代推廣使用。綜采工作面必須采取煤層注水，逢采必注，不注不采。《規(guī)程》第154條規(guī)定，采煤工作面應采取煤層注水防塵措施。長鉆孔煤層注水（30~100m）煤層注水方式aba

短孔注水b深孔注水cc長孔注水偽傾斜孔八字形與傾斜聯(lián)合鉆孔鉆孔節(jié)理巷道鉆孔注水煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：①煤體內(nèi)的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結(jié)，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除塵源；②水進入煤體內(nèi)部，并使之均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產(chǎn)生；③水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質(zhì)，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產(chǎn)生量。注意：注水壓力（高壓﹥80kg/cm2、中壓25~80kg/cm2、低壓﹤25kg/cm2）注水方式（動(泵)壓、靜壓）注水流量（靜壓注水流量0.001-0.027m3/h.m）（動壓注水流量0.002-0.24m3/h.m）注水量（注水后的煤層含水量不超過8%為宜，水分純增不低于1%為宜）注水時間封孔方法防跑水措施孔深、孔徑、孔間距一般中低壓長時間注水最好（二）采空區(qū)灌水防塵（三）各工序灑水捕塵和巷道凈化水幕（四）濕潤劑除塵以水為主體的濕式綜合防塵，因粉塵具有一定的疏水性,水的表面張力又較大,對2μm粒徑粉塵捕獲率只有1％~28％左右，2μm粒徑以下的粉塵捕獲率更低。為了提高水對呼吸性粉塵的捕獲率，國內(nèi)外很重視濕潤劑除塵的研究，取得了一定進展，且應用日益廣泛，如前蘇聯(lián)廣泛使用ДБ、環(huán)亞胺等濕潤劑，前西德使用的非離子型、波蘭使用卡波、日本使用[P]、[Q]；英、美使用Dustallay等濕潤劑,我國應用CHj—l型、快滲T、JFC“配方”1、“配方”2、洗衣粉等濕潤劑，都進行了不同程度的工業(yè)性試驗。

濕潤劑是由親水基和疏水基兩種不同性質(zhì)基因組成的化合物，濕潤劑溶于水中時，其分子完全被水分子包圍，親水基一端被水分子吸引，硫水基一端被水分子排斥，親水基一端被水分子引入水中，疏水基一端則被排斥伸向空氣中，于是濕潤劑物質(zhì)的分子會在水溶液表面形成緊密的定向排列層，即界面吸附層，由于存在界面吸附層，使水的表層分子與空氣的接觸狀態(tài)發(fā)生變化，接觸面積大大縮小，導致水的表面張力降低，同時朝向空氣的疏水基與粉塵粒子之間的吸附作用，而把塵粒帶入水中，得到充分濕潤。

若把添加有濕潤劑的水溶液用于煤層注水，提高其毛細管滲透能力，可提高降塵率，持別是提高呼吸性粉塵降塵率，濕式打眼、濕式除塵器及其它濕式作業(yè)的用水中添加濕潤劑均能提高除塵效率。

（五）泡沫除塵劑泡沫除塵劑與水按一定比例混合在一起,通過發(fā)泡器產(chǎn)生大量高倍數(shù)泡沫狀的液滴，噴灑到塵源或空氣中。噴灑在礦石等物體上的無空隙的泡沫液體覆蓋和隔斷了塵源，使粉塵得以濕潤和抑制；而噴射到含塵空氣中的泡沫液中則形成大量總體積和總面積很大的泡沫粒子群，大大增加了霧液與塵粒的接觸面積和附著力，提高了水霧的除塵效果。泡沫劑起到攔截、濕潤、粘附、沉降粉塵的作用,可以捕集所有與泡沫相接觸的粉塵,尤其對呼吸性粉塵有很強的凝聚能力。（六）磁化水防塵磁化水是指經(jīng)過磁化器處理過的水，其物理化學性質(zhì)發(fā)生了暫時的變化，這種暫時改變水性質(zhì)的過程叫磁化。其變化的大小與磁化器磁場強度、水中雜質(zhì)性質(zhì)、水溫及水在磁化器內(nèi)流動速度有關。磁化處理后，水的電導率、粘度降低，水的晶體結(jié)構(gòu)改變，因而使水的表面張力、吸附能力、溶解能力、滲透能力以及濕潤性增加。使水珠變細變小，提高了霧化程度，因此與粉塵的接觸機遇增加，持別是對呼吸性粉塵的捕捉能力加強。因為磁化水濕潤性強，吸附能力大，使粉塵降落速度加快，所以降塵效果好。（七）通風防塵

決定通風防塵效果的因素主要是風速、風量和風向。風速過低，懸浮在空氣中的細微礦塵不易排出,過高則容易吹起落塵，增大空氣中的礦塵濃度。實踐證明，掘進工作面的最優(yōu)排塵風速為0.4~0.7米／秒，采煤工作面的最優(yōu)排塵風速為1.2~1.6米／秒。

（八）采掘工作面綜合防塵

炮采工作面使用水封爆破、水炮泥綜采工作面割煤、移架等各工序高壓噴霧灑水掘進工作面水封聯(lián)動濕式鑿巖、水幕凈化、沖洗巖幫、裝巖灑水、泡沫除塵（九）個體防護防塵口罩送風頭盔送風防塵口罩壓風呼吸器八、防爆措施（一）落塵的處理清掃巷道沖洗巷道巷道刷漿粘結(jié)煤塵（濕潤劑和吸水鹽類物質(zhì)）撒布巖粉（80%，300米）（二）防治煤塵引燃防止放炮時產(chǎn)生火焰消除電器火源消除明火預防瓦斯爆炸消除摩擦和碰撞火花九、隔爆措施十、煤塵爆炸事故的處理煤塵爆炸是三爆（瓦斯爆炸、煤塵爆炸、瓦斯煤塵爆炸）事故之一，處理三爆事故應遵循以下原則：1、迅速組織撤退災區(qū)和受事故威脅區(qū)域的人員煤塵爆炸后，產(chǎn)生大量有毒有害氣體，嚴重威脅災區(qū)和回風側(cè)人員的生命安全，為了保證撤退和搶救人員的安全，可以采取區(qū)域性或局部反風措施；在無法恢復通風系統(tǒng)時，應供給撤退人員自救器或小型呼吸器。

2、搶救遇難人員在撤離人員的同時，應組織救護隊偵查災區(qū)情況（爆源地點、波及范圍、氣體成分以及破壞嚴重程度）,查明遇難人員,設法將其引運到安全地點。3、切斷通向災區(qū)的電源,撲滅爆炸引起的火災，防止發(fā)生連續(xù)爆炸。4、恢復通風系統(tǒng),排除爆炸產(chǎn)生的有毒有害氣體。5、處理煤塵爆炸事故時,要掌握連續(xù)爆炸的規(guī)律。煤塵爆炸事故處理案例

1985年4月7日16時50分，某礦1712工作面，放炮員在制作引爆藥包時，發(fā)生了引爆藥包爆炸，引起旁側(cè)的30個炸藥卷和8發(fā)雷管爆炸，爆炸的沖擊氣浪將煤塵揚氣，爆炸產(chǎn)生的火焰點燃了飛揚的煤塵，最終導致煤塵爆炸。這是一場純煤塵爆炸事故。爆炸產(chǎn)生的co竄入鄰近一個礦井，造成了嚴重后果。1)礦井概況該礦以一對立井開拓，主井深128米，雙罐籠提升，副井深68米，安設4-72-11NO.10主扇一臺，抽出式通風，通風系統(tǒng)為中央并列式，反風和保護裝置齊全，主副井均有梯子間直通地面。該礦為低沼氣礦井，煤塵有強烈爆炸危險，爆炸指數(shù)為29.27~32.15%,開采第17號煤層。事故發(fā)生前，兩翼正在生產(chǎn)的工作面有1702和170