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抑制煤塵爆炸最低巖粉量檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-29 03:59:25 更新時(shí)間：2025-07-28 03:59:25

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

抑制煤塵爆炸最低巖粉量檢測：保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵防線

在煤礦開采過程中，煤塵爆炸是極具破壞性的重大安全隱患之一。巖粉（通常指石灰石粉、白云石粉等惰性巖粉）作為一種有效的抑爆介質(zhì)，其核心作用在于覆蓋煤塵顆粒、吸收熱量、稀釋氧氣濃度并中斷爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。因此，科學(xué)測定并確保在煤礦巷道中撒布足量的巖粉，特別是達(dá)到抑制煤塵爆炸所需的最低巖粉量，是預(yù)防煤塵爆炸事故、保障礦工生命安全和生產(chǎn)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)措施。這項(xiàng)檢測工作是煤礦安全規(guī)程強(qiáng)制執(zhí)行的重要環(huán)節(jié)，旨在量化驗(yàn)證巖粉在特定煤塵環(huán)境下阻止爆炸傳播的最小有效濃度。

核心檢測項(xiàng)目

圍繞抑制煤塵爆炸最低巖粉量的核心目標(biāo)，主要檢測項(xiàng)目包括：

1. 巖粉惰性成分含量及純度檢測： 確保巖粉主要成分為惰性物質(zhì)（如碳酸鈣、碳酸鎂等），對(duì)可燃物質(zhì)含量（如可燃硫、可燃碳）有嚴(yán)格上限要求。

2. 巖粉粒度分布與分散度檢測： 巖粉的粒度（特別是細(xì)顆粒比例）直接影響其在空氣中的懸浮能力和覆蓋煤塵的效果。通常要求大部分顆粒粒徑小于75微米(目)。

3. 抑制煤塵爆炸最低巖粉量測定： 這是最核心的項(xiàng)目。在標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測定特定種類、特定粒度煤塵在混入不同比例巖粉后，從能被點(diǎn)燃傳播爆炸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o法傳播爆炸的臨界巖粉添加量（通常以巖粉質(zhì)量占煤塵+巖粉總質(zhì)量的百分比表示）。

4. 環(huán)境參數(shù)影響分析： 考察濕度、溫度等環(huán)境因素對(duì)最低巖粉量的潛在影響。

關(guān)鍵檢測儀器

進(jìn)行最低巖粉量檢測需要專門的儀器設(shè)備模擬爆炸環(huán)境并精確測量：

1. 標(biāo)準(zhǔn)巖粉噴撒裝置： 用于在實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)均勻、定量地噴撒巖粉與煤塵的混合物，模擬井下撒布狀態(tài)。

2. 大型爆炸測試管道或20L球形爆炸測試裝置： 這是國際通用的核心設(shè)備。提供可控的密閉或半密閉空間，模擬巷道環(huán)境。20L球形容器因其良好的湍流混合特性和標(biāo)準(zhǔn)化程度而被廣泛采用（如符合ASTM E1226, ISO 6184/1等標(biāo)準(zhǔn)）。

3. 高能點(diǎn)火裝置： 提供標(biāo)準(zhǔn)化的點(diǎn)火能量（通常使用化學(xué)點(diǎn)火頭或電火花），引燃試驗(yàn)混合物。

4. 壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)容器內(nèi)的壓力變化，爆炸發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的壓力陡升，以此判斷是否發(fā)生傳播性爆炸。

5. 火焰?zhèn)鞑ヌ綔y器/高速攝影系統(tǒng)： 用于觀察和記錄火焰是否傳播通過整個(gè)測試段或到達(dá)指定位置。

6. 激光粒度分析儀： 精確測定煤塵和巖粉樣品的粒度分布。

7. 化學(xué)分析設(shè)備（如XRF, XRD, 灼燒減量測定儀）： 用于分析巖粉的化學(xué)成分、純度及可燃物含量。

標(biāo)準(zhǔn)檢測方法

最低巖粉量的測定通常遵循以下核心步驟（以20L球測試為主流方法）：

1. 樣品制備： 按照標(biāo)準(zhǔn)方法干燥、篩分煤塵和巖粉樣品，測定其基礎(chǔ)理化特性（水分、灰分、揮發(fā)分、粒度、成分）。

2. 確定基準(zhǔn)煤塵爆炸性： 在無巖粉情況下，測試純煤塵在測試裝置中的爆炸性（最大爆炸壓力Pmax, 最大壓力上升速率(dP/dt)max, 爆炸下限LEL），確認(rèn)其具有爆炸危險(xiǎn)性。

3. 系列比例混合與測試： * 將煤塵與巖粉按照預(yù)先設(shè)計(jì)的多個(gè)質(zhì)量比例（如煤塵:巖粉 = 100:0, 80:20, 70:30, 60:40...）進(jìn)行充分混合。 * 將一定質(zhì)量的混合粉塵（通常對(duì)應(yīng)達(dá)到煤塵爆炸下限濃度）均勻分散在20L球內(nèi)。 * 啟動(dòng)湍流裝置使粉塵充分懸浮。 * 在設(shè)定的延遲時(shí)間后，觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)火源。 * 通過壓力傳感器和/或火焰探測器記錄是否發(fā)生爆炸（壓力顯著超過點(diǎn)火能量產(chǎn)生的壓力峰值且觀察到火焰?zhèn)鞑ィ?/p>

4. 臨界點(diǎn)判定： 逐漸增加巖粉比例，重復(fù)步驟3。當(dāng)連續(xù)若干次（通常為3-5次）試驗(yàn)中均未觀測到爆炸傳播（即壓力上升值低于設(shè)定閾值，火焰未傳播到指定位置或熄滅）時(shí)，該比例下的巖粉量即被認(rèn)定為該煤塵的抑制爆炸最低巖粉量。記錄此時(shí)巖粉占混合粉塵總質(zhì)量的百分比。

5. 重復(fù)性與報(bào)告： 進(jìn)行必要的重復(fù)試驗(yàn)以確保結(jié)果的可靠性，最終出具檢測報(bào)告，明確最低巖粉量及測試條件。

主要檢測標(biāo)準(zhǔn)

該領(lǐng)域的檢測工作嚴(yán)格遵循國家、行業(yè)或國際標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的可比性和權(quán)威性：

1. 中國標(biāo)準(zhǔn)： * GB/T 16425 - 《粉塵云爆炸下限濃度測定方法》 (提供基礎(chǔ)爆炸性測試參考) * GB/T 16426 - 《粉塵云最大爆炸壓力和最大壓力上升速率測定方法》 (常用20L球法) * MT 78-1984 《煤塵爆炸性鑒定規(guī)范》 (雖較舊，但其中巖粉抑制試驗(yàn)部分是重要參考。新版或更具體標(biāo)準(zhǔn)可能存在于行業(yè)規(guī)范中，需關(guān)注更新)。 * AQ 1020-2006 《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》 (對(duì)井下巖粉棚設(shè)置、巖粉質(zhì)量及撒布量有明確規(guī)定，其技術(shù)依據(jù)即最低巖粉量)。

2. 國際/國外標(biāo)準(zhǔn)： * ISO 6184-1:1985 Explosion protection systems - Part 1: Determination of explosion indices of combustible dusts in air (規(guī)定了20L球測定粉塵爆炸參數(shù)的方法)。 * ASTM E1226 - Standard Test Method for Explosibility of Dust Clouds (美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛使用20L球法)。 * EN 14034-1:2004+A1:2011 Determination of explosion characteristics of dust clouds - Part 1: Determination of the maximum explosion pressure Pmax of dust clouds (歐洲標(biāo)準(zhǔn))。 * EN 14034-2:2006+A1:2011 ... Part 2: Determination of the maximum rate of explosion pressure rise (dp/dt)max of dust clouds。 * 美國礦山安全健康管理局 (MSHA) 30 CFR § 75.403 及其相關(guān)技術(shù)指南 對(duì)煤礦巖粉的使用（惰性程度、撒布量、間隔）有強(qiáng)制性規(guī)定，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通常依據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)測試。

3. 核心要求： 大多數(shù)安全規(guī)程要求，巷道中撒布的巖粉量必須足以使巷道中所有沉積煤塵（包括頂板、底板和兩幫）中的不燃物組分（主要是巖粉）含量達(dá)到或超過通過標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)測定的該煤塵最低巖粉量（通常要求70%-80%以上），并定期檢測維護(hù)。

綜上所述，抑制煤塵爆炸最低巖粉量檢測是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、要求精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室測試。它依賴于標(biāo)準(zhǔn)化的儀器（主要是20L球爆炸測試裝置）、嚴(yán)格的方法步驟和權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過科學(xué)測定這一關(guān)鍵數(shù)值，為煤礦井下巖粉防隔爆措施的制定、執(zhí)行和監(jiān)督提供了直接、量化的技術(shù)依據(jù)，是構(gòu)筑煤礦安全生產(chǎn)防線的基石之一。隨著測試技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，該檢測工作將持續(xù)為預(yù)防煤塵爆炸事故提供更可靠的保障。