基于煤质分析的煤尘爆炸特性分析及抑爆措施研究

马祯 刘佳

摘 要：在煤尘抑爆中，需要煤尘爆炸抑制机理和煤尘爆炸特性理论分析，因为两者是相互联系的。所以，本文将会针对煤尘爆炸特性进行分析，探讨出现煤尘爆炸的条件和因素，分析抑爆剂的作用和性质，从而提出新型抑爆剂研发原理，并对抑爆剂的物理、化学、混合类型进行分析。

关键词：煤尘爆炸；抑爆剂；爆炸特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.083

近几年，我国出现煤尘爆炸事件不断增多，也加强了人们对矿井煤尘安全问题的重视。煤矿煤尘出现爆炸，不仅造成大量的经济损失，也会造成严重的人员伤亡，所以，加强煤尘防治和综合治理非常重要。加强煤尘的抑制技术研究，采取合理的降尘和除尘措施非常有必要，所以，本文针对煤尘爆炸特性，提出煤尘抑爆措施。

1 煤尘爆炸特性和抑制方法分析

1.1 煤尘爆炸特性分析

煤尘爆炸是比较复杂的反应过程，它会受到多种物理因素影响。关于其爆炸的机理至今没有人明确指出。有日本学者提出：煤尘出现爆炸多是因为煤尘表面粉尘粒子出现氧化反应造成的，它不会像气体爆炸一样，是在氧化剂和可燃物混合反应造成的，煤尘爆炸是介于炸药爆炸和气体爆炸之间的一种状态反应，这种爆炸会释放较多的能量，如果进行最大值比较分析，会发现煤尘爆炸达到了气体爆炸的数倍。而且煤尘爆炸和气体爆炸不同，煤尘需要较大的发火能，才能出现爆炸，爆炸过程分析如下：

（1）煤尘粒子表面供给热能，造成表面温度升高；

（2）因为表面粒子出现热分解，或是出现干馏作用，使其变成气体在粒子周围；

（3）因为这些火焰会释放大量热，促进了煤尘粒子分解。

在这个环境中，不断释放气相，造成空气和可燃性物体混合，从而产生了发火传播情况。也就是说煤尘爆炸其实质属于气体爆炸，也可以将粉尘作为可燃性气体。根据上述分析，煤尘粒子表面温度逐渐身高是因为热传导，在热辐射作用下产生爆炸，这也是和气体爆炸不同之处。因此煤尘爆炸具备以下几点：

（1）固态分解；

（2）经过热传导、辐射和对流进行能量传递；

（3）加热惰性：热辐射加强了深层的吸收，对于煤尘内部材料产生热传导；

（4）在凝聚相和气态组之间产生多种反应。

1.2 煤尘抑爆技术

（1）无机阻燃剂抑爆。无机阻燃剂需要具有一定的隔绝、冷却作用，同时能够产生自由基吸收作用，从而达到煤尘表面抑爆的效果。目前，关于无机阻燃剂的研发不断增多，西安科技大学有学者提出无机阻燃材料可以控制瓦斯爆炸效能，同时也提出了利用氢氧化铝、氢氧化镁可以加快自由基的吸收，达到爆炸抑制的作用。

（2）抑爆剂表面改性。改变煤尘粉体表面性质，就是利用机械、化学、物理方法对粉体表面材料进行处理，根据目的要求对煤尘表面的物理化学性质进行改变。比如：官能团和结构、电性、表面润湿性、反应特性、表面能、光性、吸附特性等，使其达到抑爆的目的。有研究通过微胶囊红磷对煤尘表面性能进行阻燃抑制，因为微胶表面具有很好的稳定性，煤尘粒径细、白度高，具有安全无毒性，囊材的选择可以是多种阻燃元素结合，抑爆效果比较好。

（3）抑爆剂复配技术。根据生产加工一定混合比例的新混合物，从而形成复配技术。这种混合物需要具有不同的抑爆原理性质，它是将不同物质的作用机理和性质进行搭配，达到协同反应的效果。有研究利用复配技術，研发了一种PSE抑爆剂，这种抑爆剂粉体具有很高的抑爆效果，它是有20%氯化钾、78%的尿素构成，采取气相改性方法进行抑制。

2 煤尘爆炸抑爆措施和原理

2.1 抑爆剂概述

对于煤尘爆炸抑爆问题，使用抑爆剂是最好的方法。关于煤尘爆炸抑制剂的形态包括：固相、气相和液相等。目前，常用的抑爆剂有：无机盐粉末类抑制剂、水加卤代烷和卤代烷等抑制剂。其中无机盐粉末类包括：NAHCO3、NACl、SiO2、CO（NH2）2。关于各项抑爆剂指标见表1。

煤尘抑爆剂与一般的高聚物不同，它能在特殊的煤矿井下进行作业，也比较符合煤矿生产工艺，符合安全煤矿规程要求。新型的煤尘抑爆剂需要具有以下几点技术要求：

（1）以粉体固态应用形式存在的抑爆剂可以溶于水，不会受潮失效；

（2）不会给人体健康造成伤害，无毒无害，也不会给环境造成污染；

在潮湿的井下环境中，不管是在分棚内放置抑爆剂，还是在抑爆器中放置，在其作用前都不会出现受潮失效情况。因为粉末抑爆剂在受潮后，会结成块，会失去悬浮性，还会给粉末抑爆性能造成影响，从而失去抑爆能力。

（3）粉体抑爆剂能够在水中均匀分散，以水为分散介质形成分散质，这样才不会失去抑爆效果。从工艺生产角度分析，在煤矿采取喷雾洒水是基本的工艺方式，在煤尘上喷洒抑爆剂，也不会增加额外的工艺，进行均匀喷洒，可以有效进行用量控制。

（4）化学和物理的稳定性要好，这样才能保证较长的作用时间。一般有效期在3个月以上，属于作用时间较长，否则表示较短，会增加抑爆剂生产成本和工作量。

（5）方便购置，具有较好的性能，使用方便，价格比较便宜。

2.2 抑爆剂研发原理措施

（1）能够在燃烧区稀释该区域的氧气浓度，可以对不活泼气体进行分解，这样才能达到冷却和窒息的效果。另外，需要隔开煤尘这样可以达到热传导、热辐射的效果，同时能够阻止爆炸情况的传播，达到扑灭目的。

（2）参与化学反应，在每一次反应中都能吸收爆炸燃烧范围中释放的热量。如果在很短的时间内将爆源释放的热量吸收，那么就可以减小火焰温度，同时辐射到周围，从而抑制爆炸燃烧反应。在高温环境下，如果抑爆剂出现吸热反应强烈，可以大大降低煤尘表面的燃烧温度，从而阻止燃烧。

（3）具有抗氧化作用。产生抗氧化作用属于有机化学机理，是一种自由基抑制剂。对于抗氧化剂来说，将其放在爆炸燃烧的煤尘中，可以将过氧自由基HO2更好的转化掉，生成稳定的物质，从而阻止爆炸连锁反应。

（4）纳米化材料。纳米物质具有扩散、吸附、活化等物理化学特性，它可以和煤尘表面产生反应，从而达到抑爆的效果。纳米是颗粒比较细微的粒子，因为表面粒子在不断的扩大中，会产生较大的表面能，加快粒子原子表面化，从而增加其占据表面面积，导致原子配位不足，出现多个悬空键情况。这种不饱和纳米粒子性质会使其化学活性增强，从而方便吸附其他原子或是和该原子产生化学反应，从而补偿该物质表面不饱和力场。这样在抑爆操作中，会不断增大粉体分布面积，使表面分子吸附气体量增大，促进颗粒和外界的接触，从而增强自由基吸附能力和选择性能，达到更好的煤尘爆炸阻隔效果。

3 结语

对于煤尘爆炸抑制情况，使用粉体抑爆剂具有很大的优势。传统的煤矿井下抑爆粉体比较简单，多是岩粉，或是以岩粉混合粉体。这种抑爆剂可以有效阻止爆炸情况蔓延，但是如果岩粉在潮湿空气中过度暴露，很容易因为受潮失去抑爆作用，从而影响煤尘爆炸的控制。而采取复配技术、无机阻燃抑爆剂、改变煤尘表面等方式，可以达到很好的抑爆效果，所以，研究可以增加这些抑爆方法的研究，提高煤尘爆炸抑制效率。

参考文献：

[1]李雨成，刘天奇，周西华等.小尺度水平玻璃管中煤尘爆炸火焰传播特性影响因素研究[J].安全与环境学报，2017（06）：2176-2179.

[2]李雨成，刘天奇，赵晓涛.烟煤煤尘爆炸性影响因素试验研究[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2017（04）：354-358.

科研项目：本文系甘肃省高等学校科研项目“基于煤质分析的煤尘爆炸特性分析及抑爆措施研究”（编号：2016B-148）

作者简介：马祯（1985-），男，甘肃武威人，本科，讲师，主要研究方向：矿业工程。