【采矿课件】煤质分析、煤层爆炸及其预防措施

煤质分析煤尘爆炸的机理及预防措施煤质分析1、煤质分析术语序号术语名称定义符号又称1工业分析水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目分析的总称2外在水分在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所保持的水分Mf3内在水分在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分Minh4全水分煤的外在水分和内在水分的总和Mt5一般分析煤样水分在一定条件下，一般分析煤样在实验室中与周围空气湿度达到大致平衡时所含有的水分Mad空气干燥煤样水分6灰分煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物A7挥发分煤样在规定条件下隔绝空气加热，并进行水分校正后的质量损失V8固定碳从测定煤样的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物，通常用100减去水分、灰分和挥发分得出FC9全硫煤中有机硫和无机硫的总和St煤质分析序号术语名称定义符号又称10真相对密度在20℃时煤（不包括煤的孔隙）的质量与同体积水的质量之比TRD真比重11视相对密度在20℃时煤（包括煤的孔隙）的质量与同体积水的质量之比ARD假比重12孔隙率煤的毛细孔体积与煤的视体积（包括煤的孔隙）的百分率孔隙度13弹筒发热量在氧弹中，在有过剩氧的情况下，燃烧单位质量试样所产生的热量14恒容高位发热量煤样在氧弹内燃烧时产生的热量减去硫和氮的校正植后的热量Qgr,v15恒容低位发热量煤的恒容高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热植Qnet,v16元素分析碳、氢、氧、氮、硫五个项目煤质分析的总称17灰成分分析灰的元素组成（通常以氧化物表示）分析煤质分析序号术语名称定义符号曾称1褐煤煤化程度低的煤，外观多呈褐色，光泽暗淡，含有较高的水分和不同数量的腐植酸HM2次烟煤国际煤层煤分类中，含水无灰基高位发热量为等于、大于20到小于24MJ/kg的低煤阶煤CIY3烟煤煤化程度高于褐煤而低于无烟煤的煤，其特点是挥发分产率范围宽，单独炼焦时从不结焦到强结焦均有，燃烧时有烟YM4无烟煤煤化程度高的煤，挥发分低、密度大，燃点高，无粘结性，燃烧时多不冒烟WY白煤5长焰煤变质程度最低，挥发分最高的烟煤，一般不结焦，燃烧时火焰长CY6不粘煤变质程度较低的、挥发分范围较宽，无粘结性的烟煤BN7弱粘煤变质程度较低，挥发分范围较宽，无粘结性的烟煤。粘结性介于不粘煤和1/2中粘煤之间RN81/2中粘煤粘结性介于气煤和弱粘煤之间的、挥发分范围较宽的烟煤1/2ZN9气煤变质程度较低、挥发分较高的烟煤。单独炼焦时，焦炭多细长、易碎，并有较多的纵裂纹QM101/3焦煤介于焦煤、肥煤与气煤之间的含中等或较高挥发分的强粘结性煤。单独炼焦时，能生成强度较高的焦炭1/3JM11气肥煤挥发分高、粘结性强的烟煤。单独炼焦时，能产生大量的煤气和胶质体，但不能生成强度高的焦炭QF12肥煤变质程度中等的烟煤。单独炼焦时，能生成熔融性良好的焦炭，但有较多的横裂纹，焦根部分有蜂焦FM13焦煤变质程度较高的烟煤。单独炼焦时，生成的胶质体热稳定性好，所得焦炭的块度大、裂纹少、强度高JM主焦煤14瘦煤变质程度较高的烟煤。单独炼焦时，大部分能结焦。焦炭的块度大、裂纹少，但熔融较差，耐磨强度低SM2煤质分析结果的表示方法序号术语名称定义符号曾称1收到基以收到状态的煤为基准ar应用基2空气干燥基与空气湿度达到平衡状态的煤为基准ad分析基3干燥基以假想无水状态的煤为基准d干基4干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准daf可燃基煤质分析煤质分析3煤类的划分和编码表1煤炭分类总表类别符号数码分类指标Vdaf%Pm,%无烟煤WY01,02,03≤10.0—烟煤YM11,12,13,14,15,16＞10.0—21,22,23,24,25,2631,32,33,34,35,3641,42,43,44,45,46褐煤HM51,52＜37．0≤50煤质分析表2无烟煤的分类类别符号数码分类指标Vdaf,%Hdaf,%无烟煤一号WY110~3.50~2.0无烟煤二号WY22＞3.5~6.5＞2.0~3.0无烟煤三号WY33＞6.5~10.0＞3.0煤质分析表3烟煤的分类类别符号数码贫煤PM11贫瘦煤PS12瘦煤SM13,14焦煤JM15,24,25肥煤FM16,26,361/3焦煤1/3JM35气肥煤QF46气煤QM34,43,44,451/2中粘煤1/2ZN23,33弱粘煤RN22,32不粘煤BN21,31长焰煤CY41,42煤尘爆炸的机理及预防措施★煤尘爆炸是煤矿重大灾害之一一旦发生了煤尘爆炸事故，后果极其惨重，会造成矿井遭到破坏，众多人员伤亡，经济损失十分巨大的后果。一、国外历史上几次大的煤尘爆炸事故世界各国煤矿历史上遭受煤尘爆炸的损失十分惨重，1906年法国古利耶尔矿发生煤尘爆炸事故，死亡人数达到1099人；1962年联邦德国路易任塔尔矿发生煤尘爆炸，死亡299人；1963年日本三池煤矿因煤尘爆炸死亡458人。所以一旦发生煤尘爆炸，造成的后果极其惨重，不但伤亡人数多，而且给矿井造成严重的破坏，古利耶尔矿发生的煤尘爆炸波及的巷道长度达100Km，井下设施和构筑物被爆风摧毁，用了两年的时间才恢复生产。煤尘爆炸事故不但在煤矿，而且也在使用微粉炭（实质上就是煤尘）的发电厂、煤铁厂等行业常有发生。据美国发表的资料，截止1956年12月为止发生了1120次粉尘爆炸事故。其中煤尘爆炸55次。1959～1979年20年间美国煤矿的地面设施即煤仓、皮带走廊、烘干机、洗煤厂等共发生煤尘爆炸66次。我国建国以来也经常发生煤尘爆炸事故。l981年11月召开的全国首届煤矿粉尘学术会议，代表们公认煤矿发生爆炸，一般都是瓦斯和煤尘共同爆炸的结果，个别代表把瓦斯比做导火线和雷管，把煤尘比做炸药，并认为煤尘的爆炸威力大于瓦斯。煤尘的危害性大于瓦斯．煤尘将引起井下矿工得矽肺病(具有不逆性，难以治愈)。煤尘爆炸的后果比瓦斯更严重，前者将产生大量的窒息性气体二氧化碳和有毒性气体一氧化碳，造成矿工中毒或死亡；后者主要产生水蒸气和二氧化碳气体。东北某亚麻厂，曾因亚麻粉尘超限发生爆炸，炸毁了厂房和设备，死伤数十人。在生产过程中，易产生有机粉尘的企业，如木材加工、纺织和其他，当粉尘度浓度超过爆炸下限时，都可能发生爆炸。因此，了解煤尘爆炸的危险性，对煤尘爆炸事故的预防具有重要意义。二、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备以下三个条件，即：1）煤尘本身具有爆炸性；2）煤尘悬浮在空气中（即形成煤尘云）并达到一定的浓度；3)存在具有足够的能量、能引起煤尘爆炸的着火源。缺少其中任何一个条件时，就不会发生煤尘爆炸。煤尘的爆炸性1、煤尘的爆炸性从煤尘爆炸的角度而言，煤尘的爆炸性是指在着火源的作用下能着火爆炸并在煤尘云中可自行传播爆炸的细微煤粒。我国把0.75～1mm以下（或1mm以下）的煤粒称为煤尘。实验研究表明，有的煤尘有爆炸性，有的煤尘没有爆炸性，决定有无爆炸性的主要因素是煤尘的挥发分含量。我国的大多数煤矿和煤尘在可燃挥发分含量超过10％后即具有爆炸性。前苏联也把可燃挥发分含量为10％作为界限值，日本将挥发分含量超过11％，粒径小于0.64mm的煤尘作为有爆炸性煤尘，前联邦德国把挥发分含量超过14％、美国把挥发分含量超过10％、英国将挥发分含量超过15％的煤尘作为有爆炸性的煤尘。在各类煤种中，无烟煤的煤尘一般没有爆炸危险性，其挥发分指数Ｖdaf10%。在实际操作过程中，确定—种煤尘是否有爆炸性，更重要的方法是通过实验进行鉴别。除可以利用煤尘爆炸实验巷道进行鉴定外，一般都是在实验室利用煤尘爆炸性试验装置进行鉴定。煤尘的爆炸性2、煤尘云的爆炸浓度范围研究表明，具有爆炸性的煤尘只在一定的浓度范围内才会发生爆炸。单位体积空气中能够引发爆炸的最小煤尘量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量则称为煤尘爆炸上限浓度；煤尘爆炸只在爆炸下限和上限浓度之间的浓度范围内才会发生爆炸。由于实验装置的限制，难以形成高浓度的均匀煤尘云，因此各国发表的煤尘爆炸上限浓度较少，但是，一般认为煤尘爆炸上限浓度为2000g／m3左右（有些认为是1500g／m3～2000g／m3）。各国对煤尘的爆炸下限浓度研究得较多，根据有关试验结果，我国煤尘爆炸下限浓度：褐煤为45～55ｇ/ｍ3，烟煤为110～335ｇ/ｍ3。煤尘的爆炸性3、着火源高温热源的存在是煤尘爆炸的另一重要条件，煤矿井下能够引起煤尘爆炸的着火源很多，例如，爆破作业时发生的火馅、电器设备产生的电火花、电弧、摩擦火花、摩擦热、火区高温、沼气燃烧或爆炸等。煤尘爆炸性表3为英国于1936～1970年间引起炸爆事故的火源种类。火源所占百分数1936年～1960年1961年～1970年明火电器火花爆破采掘机械工作时产生的火花和热其它摩擦火花和热吸烟火焰灯电灯火灾其它总计31.19.614.517.02.510.22.00.92.49.81000.510.322.556.8-1.50.9-0.96.6100三、影响煤尘爆炸的因素煤尘的性质、化学组成、粒度以及外界条件等因素都对煤尘爆炸性有影响。众多的影响因素中有些对煤尘云的着火性有很大影响，有的则对爆炸的猛烈程度有直接影响。1、煤尘成分的影响（1）煤尘的挥发分(Vd)煤尘挥发分含量是决定煤尘有无爆炸性的主要因素，而且对煤尘爆炸强度也有影响。我国是把可燃性挥发分含量Vdaf作为衡量煤尘爆炸性及其强弱的指标，称Vdaf为煤尘爆炸指数。计算公式为：Vdaf＝挥发分/（100－水分－灰分）×100%。根据上式可知,挥发分指数就是煤中所含挥发分与可燃物质的百分比。表5煤尘爆炸性试验鉴定结果挥发分指数Vdaf/%爆炸性煤种10不爆炸无烟煤10～15较弱贫煤15～28爆炸时火焰较短焦煤、肥煤28爆炸时火焰较长气煤、长焰煤、褐煤（2）煤尘的灰分灰分为煤尘中不燃物质。煤尘中灰分增加,其爆炸性随之降低,灰分能吸收热量,爆炸过程中灰分能阻挡辐射热,阻止爆炸传播。（3）煤尘的水分煤尘的水分能降低煤尘爆炸性,爆炸时,水分受热蒸发吸收热量,同时水分使煤尘失去悬浮性结成难爆炸的尘块，因此，煤尘所含的水分会减弱和阻碍煤尘云着火和爆炸的性质。水分对煤尘云着火能量的影响十分显著。2、煤尘云浓度影响根据煤尘在空气中完全燃烧的反应式：Ｃ+Ｏ2＝ＣＯ2煤尘爆炸的发生，即为12ｇ的碳与32ｇ的氧为完全反应,1ｍ3空气含氧量为：1293ｇ/ｍ3×23%＝297.39ｇ/ｍ3所以煤尘在空气中爆炸反应最强含量为：32：297.39=12∶x，则x＝112ｇ/ｍ3。据实验测定空气中煤尘含量为300～400ｇ/ｍ3时,爆炸威力最强。3、煤尘粒度的影响从极细微的煤尘到粒径1ｍｍ以下的煤粒都参与爆炸,但粒度越小，表面积越大，受热及氧化作用越快,加速了释放可燃性气体,所以越易爆炸,而且爆炸性强。煤尘爆炸主体是0.075ｍｍ以下的尘粒,但粒度小于10μｍ时,爆炸性降低,这是由于过细小的尘粒在空气中很快被氧化成为灰烬。4、沼气含量的影响当井下空气中存在瓦斯时，煤尘爆炸下限浓度降低,瓦斯浓度越高,煤尘爆炸下限越低。根据有关试验结果，瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系如表2。表2瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系空气中瓦斯浓度/%煤尘爆炸下限浓度/ｇ.ｍ-30.534.51.426.42.515.53.56.15、氧气含量的影响空气中的氧气含量的变化，将改变煤尘云的着火温度，在富氧条件下，煤尘的着火温度要大大降低。煤尘云在纯氧中着火温度降到430～600℃；反之，空气中的氧气浓度降低，煤尘云着火变得困难，井下空气中氧气含量小于18%时,煤尘就不能引爆,而失去了爆炸性。但是，煤尘中有沼气共存时，空气中的氧气浓度即使降至17％，亦不能完全防止沼气、煤尘、空气混合物的爆炸。四、防止煤尘爆炸的措施1防止煤尘生成和飞扬（1）减少采掘过程中煤尘的产生量，是减尘措施中的重点。煤层注水是一项最积极、有效的限制尘源措施。煤层注水的灭尘作用有三个方面：①湿润了煤体内的原生煤尘；②有效地包裹了煤体的每一个部分；③改变了煤体的物理、力学性质。(2)湿式打眼。在打眼