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摘要：煤粉属于爆炸性危险品，如果悬浮在空气中，并达到一定的浓度，便形成爆炸性混合物。分布高浓度煤粉的工作环境，一旦遇到明火或者火星，就可能引起燃烧，而煤粉的燃烧与煤粉粒子的大小、浓度和燃烧时所释放出的热量等因素有关，当煤粉燃烧时，气压和气压上升率越高，其爆炸率也就越大。基于此，本文对输煤系统煤粉爆炸分析及防范措施进行分析。
关键词：输煤系统；煤粉爆炸；防范措施
1国内外研究现状
煤粉爆炸的研究主要包括煤粉挥发分、水分、灰分等因素，影响爆炸的基本参数包括：最小点火能（爆炸发生的难易程度）、爆炸极限、极限氧浓度、最大爆炸压力、最大压力上升速度等。
煤粉爆炸效应方面主要从煤粉的浓度、粒度、点火能量对煤粉爆炸猛烈程度的影响以及不同尺度管道、管道布置形式、是否存在障碍物、壁面粗糙程度，研究煤粉爆炸在不同的介质中传播或者在密闭、开放空间内的爆炸程度，分析上述因素对煤粉爆炸的影响规律。
粉尘爆炸一直被作为危害人身和财产安全的灾害，最早可以追溯到1795年都灵一个面粉仓库的爆炸事故。1844年研究发现在煤矿爆炸事故中，煤粉的存在显著增加了瓦斯爆炸强度，随后煤粉爆炸开始进入人们的研究范围。
2煤粉爆炸反应机理研究
根据煤的化学元素组成，煤是由碳、氢、氧、氮、硫等化学因素组合而成，在温度条件下煤粉能够与空气反应，生成CO2、NO2、H2O和SO2等成分，煤粉爆炸燃烧，主要是挥发分的释放和燃烧，当所处环境温度升高到300-400℃时，煤粉颗粒开始热解释放出挥发分，当达到一定浓度并有点火源存在时开始燃烧，释放出的热量通过热辐射、热传导等作用传给周围的颗粒，进一步释放更多的可燃性气体，温度升高，反应速度加快，最终在一定的条件下由煤粉的燃烧转变为爆燃。
关于煤粉爆炸上下限的研究一般采用质量浓度表示，即g/m3，其爆炸的极限从最低30g/m3到最高的2000g/m3。采用这种表示方式一是比较直观，二是粉尘爆炸预防的工作中比较容易测定和量化，便于后续的粉尘抑爆的开展。
3煤尘爆炸指数分析
煤尘爆炸指数：煤中含有的挥发分占可燃物质的百分数，是确定煤尘爆炸危险性的重要参数，煤粉爆炸指数计算公式为：
式中：Vr—煤尘爆炸指数/%；Vf—分析煤样的挥发份/%；Ag—分析煤样的灰分/%；Wf—分析煤样的水分/%。
一般情况下，Vr<10%，基本无爆炸性。Vr=10%~15%，爆炸性弱。Vr=15%~28%，爆炸性较强。Vr>28%，爆炸性很强。
4煤粉爆炸分析
（1）煤粉为可燃物质，乙类火灾危险品。煤粉具燃爆性，着火点在300~500℃之间，爆炸下限浓度34~47g/m3（粉尘平均粒径：5~10μm）；高温表面堆积粉尘（5mm厚）的引燃温度：225~285℃。
（2）煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。当煤粉在空气中达到一定浓度，在外界高温、碰撞、摩擦、振动、明火、电火花的作用下会引起爆炸，爆炸后产生的气浪会使沉积的粉尘飞扬，造成二次爆炸事故。煤尘爆炸与其在空气中的含量及含氧浓度有关，煤粉在110~2000mg/m3，能形成爆炸性混合物，空气中煤尘含量在300~400mg/m3爆炸威力最大。
（3）煤粉爆炸的实质是一个强烈的燃烧过程，在0.01~0.15s的瞬间大量煤粉忽然燃烧产生大量高温烟气，因急速膨胀而形成的压力波以及高速向外传播产生了很大的冲击力。
5输煤系统火灾爆炸指数安全评价
5.1输煤系统火灾爆炸指数的确定
输煤系统属于封闭或者半封闭单元。火灾爆炸指数可以根据已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾爆炸和反应危险性进行分析评价。
5.2煤粉燃烧和爆炸的因素
煤粉因表面积很大，与空气接触后比煤块更易氧化和自燃。煤粉燃烧和爆炸通常要具备3个条件：即可燃物浓度、氧气浓度及引燃（爆）能量。
（1）在煤粉的制作过程中是否产生爆炸，主要和煤粉的浓度、细度、挥发分含量有关。煤粉最危险浓度范围在1200~2000g/m3之间，在这一浓度范围内，当遇到火花或明火条件时，煤粉会着火，由于瞬间产生温度很高的燃烧产物，压力急剧增加，就可能产生爆炸。煤粉细度越细，爆炸危险性越大；当煤粉粒径大于100μm时，几乎不会发生爆炸；但在输煤设备运行过程中，落煤管、皮带输煤栈桥廊道内、除尘器等积聚的煤粉粒，其粒径小于100μm，处于燃爆范围。挥发分含量高，产生爆炸的可能性大。但当挥发分>25%时，爆炸危险性增大；挥发分愈高，爆炸危险性越大。
（2）氧气。通常若氧气的浓度<14%，由于燃料燃烧时供氧不足，煤粉不能继续燃烧；但若氧气的浓度在16%以上，就易引起燃爆事故。
（3）输煤系统中，引燃（爆）能量就是火花或明火。火源隐患主要有：系统某些地方长期如设备卫生死角或设备上积煤等堆积的煤粉氧化后使局部温度升高而自燃起火；系统因静电积累引起的火花；其它外部火源，如煤粉料层堆积较厚，煤粉会在较低的温度下发生自燃；人为携带明火，如打火机、吸烟等；输煤皮带支撑滚筒或者托辊卡涩、不转，长时间摩擦，温度升高，引发皮带着火；电气线路老化或者破损未及时发现，引发火灾；皮带长期超负荷运行，摩擦产生火花；当达到煤粉的着火温度时，会急剧燃烧，若热量不能及时散发，会产生爆炸。
6防止输煤系统着火爆炸的保障措施
为了防止输煤系统着火爆炸，确保输煤系统安全卸煤、可靠供煤，建议采取以下措施。
6.1火源控制措施
6.1.1输煤系统设备应保持健康正常运行、禁止过载运行、带病运行，杜绝电缆超温，机械摩擦超温而引起火灾现象的发生。输煤系统电气设备的外壳防护等级均要求达到IP54及以上。输煤系统电缆开关接头应连接牢固，防止开关接头积尘，电气设备应符合防爆要求；严禁在输煤栈桥内私自乱接电源。
6.1.2严密监视输煤系统转动设备的温度，杜绝超温现象。巡检过程中要注意观察主、从动滚筒以及改向滚筒的转动是否正常；检查支撑托辊有无损坏或者脱落不转的情况；检查皮带运行中有无摩擦冒烟起火等情况；如发现类似情况，拉停拉线开关或者按急停按钮。
6.1.3输煤栈桥廊道内严禁存放易燃易爆危险品。在输煤系统进行动火作业时，必须将此设备的煤粉清理干净，动火作业应采取可靠的安全隔离措施，需将设备断开电源，确保灭火器可以正常使用并摆放到动火指定位置，并加强断电和动火工作票的执行与现场的监护工作；输煤系统运行时，停止在设备运行区域进行动火工作；动火工作前应对动火区域的粉尘浓度进行监测，当粉尘浓度大于20g/m3时不许可动火工作。作业结束后，加强动火现场遗留火种的检查。
6.2可燃物控制措施
6.2.1在煤场或者储煤筒仓存放煤，应按煤种的不同分区堆放，按先进先出的原则取用煤炭，并控制好库存量，避免煤炭因存放时间长发生自燃现象，应严密监视煤场或筒仓煤炭的温度，如果超过60℃，应采取必要措施进行降温，如浇水等；定期完成储煤筒仓的温度以及甲烷、烟雾报警等可燃气体的测点的检验，确保正常好用，
6.2.2在输送煤炭过程中，根据煤炭粉尘的状况以及煤炭干湿情况，开动输煤系统喷淋或喷雾抑尘装置，避免粉尘飞扬，造成输煤系统积粉，；煤粉太大的情况，可以开启输煤地面冲洗水系统，地面浇水吸收部分煤粉；保证输煤栈挢廊道的粉尘浓度符合国家的规定（10mg/m3），输煤系统地面、设备、电缆及廊道内的油污油垢及时清理，避免着火危险，保证清洁卫生。
6.2.3在输煤系统皮带落差大的位置，如皮带的头部或者尾部，以及在主要设备，如破碎机、滚轴筛等设备处加装除尘器，收集粉尘；在落煤管处加装锁气器，缓解煤粉下落过程中的冲击力，减少粉尘上扬；皮带尾部加装导料槽和挡煤帘等，有效降低粉尘浓度。
6.2.4加装筒仓惰性气体保护装置，利用传感器对筒仓进行监测，根据监测信号启动惰化装置，利用惰性气体置换筒仓内的易燃、易爆气体，使筒仓内的可燃源降到最低。定期对甲烷、一氧化碳、氧气、烟雾监测、温度等测点检查校验以及对管道以及设备进行打压试验或者气密性试验，避免泄漏。
6.3消防防护保障措施
6.3.1输煤系统配备有消防设施和专用灭火器材。应保证消防水源充足、水压符合要求，消防灭火设施完好，保证移动消防器材的配备到位、好用；定期对系统内部的消防系统进行试验，确保温度感应器灵敏好用、管道压力正常，管道和喷淋无漏点、无堵塞。
6.3.2定期检查消防系统的各种设备，使之始终处于良好状态；救火逃生应急通道应畅通无阻，严禁在通道处堆放杂物；监盘人员应加强对输煤系统各位置的视频监控，对消防报警应及时确认。
6.3.3将灭火器和空气呼吸器的检查纳入定期工作范畴，检查灭火器的压力、罐体、管道以及喷嘴有无不正常的情况，检查空气呼吸器的气瓶压力及气密性等完好可用，确保在备用状态，在火灾或者爆炸事故状态下紧急使用。
6.4人员保障措施
6.4.1输煤专业巡捡人员的每班定期巡检是很重要的一个环节，应认真负责，发现异常应及时处理汇报，并做好记录；在巡检过程中发现积煤或者打扫不干净的情况，及时清理干净；划分卫生专区，将每班卫生情况纳入考核内容，杜绝推诿扯皮情况的发生。
6.4.2输煤监盘应做好工业电视监视；主值应督促巡检人员按要求进行巡检，每班按照巡检时间点和频次对输煤系统沿线巡回检查，对巡检人员检查出的重要异常，应到现场确认，采取相应的应对措施并及时汇报；
6.4.3定期对输煤系统全面安全大检查，查看相关缺陷记录，对存在的安全隐患应组织处理；做好缺陷的登记上报以及消缺工作，避免不及时处理造成事故扩大化。
6.4.4做好上岗前的培训工作，不允许出现上岗带明火的情况发生，更不容许吸烟，随时抽查，如有发现严肃处理。
6.5管理保障措施
6.5.1从源头开始对采购煤炭的煤种煤质进行严格控制，在采购最优价格比条件下优先采购颗粒度好，粉末少含水份合理的煤种；
6.5.2及时对系统出现煤粉扬尘较大的设备设施进行优化改进，对输煤系统其他抑尘设备进行改造；同时对现有输煤系统喷淋除尘系统改造成自动联锁投入运行方式。
6.5.3加大对输煤系统保洁队伍的要求，增加人数，注重人员素质与工作质量，确保输煤系统积煤积粉得到及时清理；
6.5.4加强运行检修人员的煤粉知识培训，强化煤粉火灾爆炸防范意识，制定应急处置预案，定期进行输煤系统火灾应急预案的实战式演练，对存在的问题立即进行整改，对应急预案演练结果进行准确客观的评价，总结经验教训，并及时修定完善应急预案。
结语：
通过各项保障措施的严格执行，最大限度地控制了输煤现场可能出现的可燃源或者爆炸因素，使各种危险因素始终处于受控制状态，确保输煤系统设备设施得到良好的治理，有效地防止了煤粉爆炸事故的发生；但输煤系统安全生产形势依然十分严峻，以上措施应常抓不懈，并应加强人员安全意识培训，认真开展自查自纠，进一步提高输煤系统安全管理水平。
参考文献：
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