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一、煤塵爆炸的機(jī)理及特征
1.煤塵爆炸的機(jī)理
煤塵爆炸是在高溫或一定點(diǎn)火能的熱源作用下,空乞中氧氣與煤塵急劇氧氣的反應(yīng)過程,是一種非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),一般認(rèn)為其爆炸機(jī)理及過程如下:
(1)煤本身是可燃物質(zhì),當(dāng)它以粉末狀態(tài)存在時(shí),總表面積顯著增加,吸氧和被氧人化的能力大大增可,一旦遇見火源,氧化過程迅速展開;
(2)當(dāng)溫度達(dá)到300~400℃時(shí),煤的干餾現(xiàn)象急劇增強(qiáng),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%左右的其他碳?xì)浠衔铮?/span>
(3)形成的可燃?xì)怏w與空氣混合的高溫作用下吸收能量,在塵粒周圍形成氣體外殼,即活化中心,當(dāng)活化中心的能量達(dá)到一定程度后,鏈反應(yīng)過程開始,游離基迅速增加,發(fā)生了塵粒的閃燃;
(4)閃燃所形成的熱量的傳遞給周圍的塵粒,并使之參與鏈反應(yīng),導(dǎo)致燃過程急劇地循環(huán)進(jìn)生,當(dāng)燃燒不斷加劇使火焰速度達(dá)到每秒數(shù)百米后,煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā?/span>
2.煤塵爆炸的特征
(1)形成高溫、高壓、沖擊波 煤塵爆炸火焰溫度為1600~1900℃,爆源的溫度達(dá)到2000℃以上,這是煤塵爆炸得以自動(dòng)傳播的條件之一。
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(zhǎng)而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物,壓力將進(jìn)一步增加,尤其是連續(xù)爆炸時(shí),后一欠爆炸的理論壓力將是前一次的5~7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達(dá)1120m/s,沖擊波速度為2340m/s。
(2)煤塵爆炸具有連續(xù)性 由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速,能將巷道中落塵揚(yáng)起,甚至使煤體破碎形成新的煤塵,導(dǎo)致新的爆炸,有時(shí)可如此反復(fù)多次,形成連續(xù)爆炸,這是煤塵爆炸的重要特征。
(3)煤塵爆炸的感應(yīng)期 煤塵爆炸也有一個(gè)感應(yīng)期,即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn),煤塵爆炸的感應(yīng)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(yīng)期越短。
(4)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時(shí),參與反應(yīng)的揮發(fā)分約占煤塵揮分含量的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。對(duì)于氣煤、肥煤、焦煤等粘結(jié)性煤的煤塵,一旦發(fā)生爆炸,一部分煤塵會(huì)被焦化,粘結(jié)在一起,沉積于支架的巷道壁上,形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物——焦炭皮渣或粘塊,統(tǒng)稱“粘焦”“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時(shí)是否有煤塵參與的重要標(biāo)志。
(5)產(chǎn)生大量的CO 煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的CO,在災(zāi)區(qū)氣體中濃度可達(dá)2%~3%,甚至高達(dá)到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