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4煤尘爆炸事故危险源评价 4.1矿尘概述 煤矿生产过程中所产生的各种矿物的微细颗粒,叫矿尘。矿尘又称为粉尘,一般分为煤尘和岩尘两种。矿尘的分类方法很多。最重要的是有的矿尘具有爆炸性。 矿尘有两种存在状态浮游状态和沉积状态。危害主要表现在以下3个方面 1矿尘污染劳动环境,降低了生产场所的可见度,影响劳动效率和操作安全; 2工人长期在矿尘环境中工作,吸入大量矿尘后,轻者能引起呼吸道炎症,重者可导致尘肺病,严重影响人体健康和寿命; 3矿尘中的煤尘具有可燃性,遇有外界火源,很容易引起火灾,而有的煤尘还能导致爆炸事故,造成巨大损失。 4.2煤尘爆炸原因及其危害 煤尘之所以能爆炸,主要有两个原因煤变成颗粒的粉尘后,其表面积较原来有显著增大,吸附空气中氧分子的数量也增大,因而其氧化能力有显著提高,受热面积和可燃气体的释放速度也有很大增加;二是煤尘受热后能放出大量的可燃气体,而这种气体中含有大量的爆炸性炭氢化合物气体。 同瓦斯爆炸相似,煤尘爆炸后可产生高温、高压,形成冲击波和火焰,并产生大量有害气体等。 1爆炸产生高温。煤尘爆炸时要释放出大量的热能。据理论计算,爆炸瞬时的温度可达23002500℃,高温能够引起矿井火灾、烧毁设备、烧伤人员,也是可能发生连续爆炸的主要热源; 2爆炸产生高压。煤尘爆炸的理论压力为735.5k P a,在有大量沉积煤尘的巷道中,爆炸压力随着距离开爆源距离的增加会跳跃式的增大;遇到障碍物或巷道断面突然变化及巷道拐弯时,爆炸压力也会有很大增高。爆炸压力可损坏设备、推倒支架、造成 冒顶和人员伤亡,使矿井遭受严重破坏; 3爆炸产生冲击波。煤尘爆炸时产生的高温火焰的传播速度为6101800m /s ,同时,伴随着火焰的传播,还将产生强大的冲击波,速度为2340m /s 。冲击波不仅能使设备、支架、人员等遭受损害,还能够将途经巷道内的积尘扬起,被随之而来的火焰点燃,造成二次、三次等连续爆炸事故。隔爆设施便是根据冲击波与火焰的速度差这一特点而研制和安设的。 4爆炸产生有害气体。煤尘爆炸能够产生大量的具有强烈毒性的一氧化碳C O ,其浓度一般为23,最高可达810,这是煤尘爆炸或煤尘参与爆炸造成大量人员伤亡的主要原因。 4.3 煤尘爆炸的基本条件 煤尘爆炸必须具备以下3个条件,缺一不可 1煤尘本身具有爆炸性。煤尘本身有无爆炸性,须通过鉴定。鉴定方法有两种,一是采用“大管状煤尘爆炸鉴定仪”的装置进行鉴定;二是根据煤的工业分析结果,计算挥发分指数煤尘爆炸指数-煤的挥发分同煤中可燃物质之比来初步判断。一般来说,煤尘爆炸指数10 daf V 的煤尘属于爆炸性煤尘,daf V 越大则爆炸性越强;10≺daf V 属于无爆炸性危险的煤尘。 2煤尘呈浮游状态,并达到一定浓度。只有当煤尘在空气中呈浮游状态并达到一定浓度时才能发生爆炸。能够形成爆炸的浮游煤尘浓度范围,叫煤尘下限浓度。单位体积空气中,能够发生爆炸的最低煤尘浓度称为煤尘爆炸下限浓度;单位体积空气中,能够发生爆炸的最高煤尘浓度称为煤尘爆炸上限浓度。我国试验 表明,煤尘爆炸下限浓度为45g /m 3、上限浓度为15002000g /m 3 。 爆炸威力最强的煤尘浓度为300400g /m 3。 3有足以点燃煤尘的热源。能够引起煤尘爆炸的热源温度变化范围是比较大的,它与煤尘本身的性质和试验条件有关。我国试验的煤尘爆炸引燃温度在6101050℃之间,一般为700800℃。 4.4 煤尘爆炸事故危险源评价 根据危险源辨识理论,煤尘爆炸危险源可以分为纯煤尘爆炸和煤尘与瓦斯爆炸,由于第二章已对瓦斯爆炸进行了危险源评价,本章只对煤尘爆炸事故危险源进行评价,确定煤矿煤尘爆炸性处于何种危险等级,对预防煤尘爆炸、指导煤矿进行安全生产具有重大意义。 4.4.1 煤尘爆炸影响因素 煤尘爆炸影响因素很多,以某一个矿井采煤工作面为例说明。其主要因素归纳如图4-1。 从事故层 到,如果图中的任何环节出现了问题,都将可能引起煤尘爆炸事故的发生。因此,采用模糊综合评判法,对影响煤尘爆炸性的因素进行二次综合评判,最终确定煤尘爆炸性危险等级。 4.4.2 模糊综合评价方法及其在煤尘爆炸危险源评价中的应用 4.4.2.1 模糊综合评价方法 该模型已经在第二章详细叙述,这里不再赘述。 4.4.2.2 模糊评判理论在煤尘爆炸危险源评价中的应用 煤尘爆炸主要考虑两大方面的因素,即煤尘聚集和引爆火源。而各大因素又包含有其子因素。以一个矿井为例,见图41所示,有如下分析 煤尘爆炸事故U 采面煤尘聚集U 1 采面生产煤层U 11 除尘U 12粉尘浓度U 111 煤体含水率U 112 通风U 121 喷雾装置U 122 煤尘检测U 123 除尘措施U 124 火工操作因素U 223 火器因素U 221 矿灯使用U 212 吸烟U 213 电源火花U 211 爆破火焰U 22明火U 21 引爆火源U 2 1设评判因素所组成的论域U U {采面煤尘聚集1U ,引爆火源2U }。 采面煤尘聚集1U {采面产生煤尘11U ,除尘12U } 11U {粉尘浓度111U ,煤体含水率112U }, 12U {通风121U ,喷雾装置122U ,煤尘检测123U , 除尘措施124U } 引爆火源2U {明火21U ,爆破火焰22U } 21U {电源火花211U ,矿灯使用212U ,吸烟213U ,} 22U {火器因素221U ,火工操作因素222U }。 2评价等级论域V V {危险,警惕,正常} 权重通过专家对矿井进行广泛的调查讨论而得到,也可以根据地域、自然条件、人员素质等的不同,选用层次分析法来确定各个影响因素的权重,见表4-1所示,对该矿调查得到的评审数据如表4-2。 表4-2 影响煤尘爆炸因素及权重 因素 权重 因素 权重 因素 权重 粉尘浓度 0.5 电源火花 0.6484爆破火焰 0.8772煤体含水率 0.5 矿灯使用 0.2997采面产生煤尘 0.5 通风 0.0913 吸烟 0.0159除尘 0.5 喷雾装置 0.4315 火器因素 0.6667采面煤尘聚集 0.8333煤尘检测 0.3860 火工操作因素 0.3333引爆火源 0.1667 除尘措施 0.0913 明火 0.1228 3对二级影响因素进行综合评判 1采面生产煤尘综合评判 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡3.05.02.01.06.03.011R , 5.05.011A 则3.05.03.03.05.02.01.06.03.05.05.0111111⎥⎦ ⎤ ⎢⎣⎡ R A B 归一化得2727.04546.02727.011B 表4-2各因素评审结果 因素 危险 警惕 正常 粉尘浓度 0.3 0.6 0.1 煤体含水率 0.2 0.5 0.3 通风 0.6 0.3 0.1 喷雾装置 0.7 0.3 0 煤尘检测 0.4 0.4 0.2 除尘措施 0.1 0.5 0.4 电源火花 0.2 0.3 0.5 矿灯使用 0.1 0.2 0.7 吸烟 0.1 0.3 0.6 火器因素 0.5 0.4 0.1 火工操作因素 0.3 0.3 0.4 2除尘综合评判 ⎥ ⎥ ⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎢ ⎢⎣⎡4.05.01 .02.04.04.003.07 .01.03.06.012R , 0913.03860.04315.00913.012A 则2.03860.04315.0121212R A B 归一化得1965.03784.04241.012B 3明火综合评判 ⎥⎥ ⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎢⎣⎡6.03.01.07.02.01.05.03.02.021R , 0519.02997.06864.021A 则5.03.02.0212121R A B 4爆破火焰综合评判 ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣⎡4.03.03.01.04.05.022R , 3333.06667.022A 则 B22 A22 R22 0.5 0.4 0.3333 归 一 化 得 B22 0.4054 0.3243 0.2703 5采 面 煤 尘 聚 集 综 合 评 判 ⎡ B ⎤ ⎡0.2727 0.4546 0.2727 ⎤ R1 ⎢ 11 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ B12 ⎦ ⎣ 0.4241 0.3794 0.1965⎦ , A1 0.5 0.5 则 B1 A1 B1 0.4241 0.3794 0.1965 6引 爆 火 源 综 合 评 判 0.3 0.5 ⎤ ⎡ B ⎤ ⎡ 0.2 R2 ⎢ 21 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ B22 ⎦ ⎣0.4054 0.3243 0.2703⎦ , A2 0.1228 0.8772 则 B2 A2 B2 0.4054 0.3243 0.2703 4对 整 个 煤 矿 煤 尘 爆 炸 事 故 危 险 源 进 行 综 合 评 判 ⎡ B ⎤ ⎡ 0.4241 0.3794 0.1965⎤ R ⎢ 1⎥ ⎢ ⎥ ⎣ B2 ⎦ ⎣0.4054 0.3243 0.2703⎦ , A 0.8333 0.1667 则 B A R 0.4241 0.3794 0.1965 5煤 尘 爆 炸 危 险 源 严 重 等 级 的 确 定 由 于 评 价 矩 阵 B 不 用 进 行 归 一 化 处 理 否 则 要 进 行 归 一 化 处 理 ， 因 此 f B ⋅ sT 式中 f －严重度等级； B－ 评 价 矩 阵 ； ST － 评 价 语 集 分 。 ST 按 百 分 制 给 分 ， 见 表 4－ 3， 根 据 得 分 f ， 按 表 4－ 4 的 等 级划分即可得到煤尘爆炸的严重性等级。 表 4-3 评价语 ST 百 分 制 给 分 表 警惕 80 正常 60 危险 95 ST 44 表 4-4 严 重 性 等 级 划 分 严重度得分 r 80 危险 65～ 79 警惕 50～ 64 正常 ST 根 据 上 述 公 式 可 计 算 f ≈ 82 ，因 此 可 以 确 定 此 工 作 面 的 煤 尘 爆 炸严重性等级为危险。 4.4.3 评 价 结 论 及 其 探 讨 对整个煤矿煤尘爆炸各影响因素的综合考虑，经过模糊综合 评价可知，该工作面煤尘爆炸的可能性极大，处于危险的状态之 中，因此必须采取措施，及时消除隐患。 本论文对煤尘爆炸危险源的综合评价比较完整，前人得到综 合 评 价 矩 阵 B以 后 就 草 草 得 出 结 论 ， 根 据 评 价 语 集 各 个 危 险 程 度 所占的权值大小来确定危险性大小，这样的结论是含糊的。此工 作 面 的 危 险 程 度 占 了 42.41％ ， 警 惕 程 度 也 占 了 很 大 的 比 重 ， 为 37.94％ ， 这 两 个 数 值 很 接 近 ， 难 以 准 确 的 判 定 此 工 作 面 的 煤 尘 爆炸性的安全程度。因此，要根据现今一致认同的行业标准来进 一步确定危险等级。 另 外 ，运 用 模 糊 综 合 评 判 ，还 可 以 知 道 各 个 环 节 的 危 险 情 况 ， 从而可以更好地做到有问题早发现，早预防，及进消除隐患，避 免爆炸事故的发生。 45 5 煤矿火灾事故危险源评价 煤矿火灾是煤矿生产中经常发生的主要危害之一。火灾产生 的大量有毒有害气体能严重危及井下工人的生命安全，大火能烧 毁井下的设备、材料，煤炭的燃烧及防火煤柱的损失使资源受到 严重损失，回采煤量长期封闭在火灾隔绝区中不能开采，不仅影 响了正常的生产秩序，而且使煤炭资源受到破坏，在有瓦斯、煤 尘突出危险的矿井中发生火灾，往往会引燃瓦斯爆炸、扩大灾害 范围，引起更为惨重的损失。因此，在煤矿生产中，一定要严防 火灾的发生，做好火灾危险源的评价具有重要意义。 5.1 煤 矿 火 灾 危 险 源 的 分 类 煤矿火灾是一个极其复杂的物理化学过程。根据煤矿火灾发 火 的 原 因 ， 可 以 将 煤 矿 火 灾 危 险 源 分 为 两 类 内 因 自 燃 火 灾 和 外 因 外 源 火 灾 。 煤 矿 内 因 火 灾 大 都 是 发 生 在 空 气 极 其 有 限 的 条 件下，即便是发生在风流比较畅通的地点，也是在有限的空间和 有限的供氧条件下燃烧的，一般其发生、发展的过程比较缓慢。 井下发生的火灾不像其它火灾那样容易被发现，最初阶段只能凭 矿内空气成分的微小变化、矿内空气的温度和湿度逐渐增高而觉 察到。当燃烧过程上升到明火阶段，其进程趋向剧烈，从发火地 点涌出大量烟气和煤炭干馏产物，出现光和热时，才易被人们所 觉察。而一旦达到这种阶段，则又会出现一些伴生现象，给灭火 救灾带来预计不到的困难。煤矿外因火灾则常有突发性，其火灾 发生的时间极短，来势凶猛，火势发展较快。 5.2 煤 炭 自 燃 的 基 本 条 件 及 其 危 害 5.2.1 煤 炭 自 燃 的 基 本 条 件 一般认为，煤炭自燃必须具备以下 3 个基本条件 1具 有 自 燃 倾 向 性 的 煤 呈 碎 裂 状 态 堆 积 存 在 ； 2有 连 续 的 通 风 供 养 维 持 煤 的 氧 化 过 程 不 断 发 展 ； 3煤 氧 化 过 程 中 生 成 的 热 量 由 煤 蓄 积 ， 难 以 及 时 放 散 。 此外，隐含的条件是上述 3 个条件维持足够长的时间，才能 46
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