煤塵云最低著火溫度及影響因素實驗研究

常 婕

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

0 引言

在煤炭資源開采過程中，會產生大量的煤塵，由于這些煤塵屬于易燃易爆成分，因此存在著較高的起火爆炸風險，其對于煤礦領域的安全威脅不容忽視[1]。為最大程度上避免煤塵出現爆燃事故，對其著火溫度和影響因素進行研究則是一項至關重要的內容，有必要對這方面的內容進行深入研究，確保將煤塵安全事故的發生概率壓縮至最低水平。

1 實驗基本方案

1.1 實驗材料和設備

本次實驗材料為標準煤樣，該材料通過破碎、縮分和篩分等步驟進行制備，首先使用二分器對煤樣進行縮分；而后使用粉碎機對其進行粉碎，并使用振篩機進行篩分；最后使用鼓風干燥箱對煤樣進行除水作業，以確保實驗結果的準確度。

另一方面，在本次研究中，使用全自動工業分析儀（型號為YX-GYFX7702）對煤樣中的揮發性成分含量進行測定；同時采用FCY-II 型粉塵云最低著火溫度測試儀，測定煤塵云的最低著火溫度。

1.2 主要實驗流程

在煤樣制備完成后，首先，分別對每一個煤樣的四種粒徑情況進行工業分析測試，四種粒徑的等級分別為38～50、51～75、76～88、89～150 μm。為盡可能降低測試誤差，每個樣品平行測定兩次，取平均值。其次，對四種粒徑的煤樣分別測定最低著火溫度，再對其添加惰性粉體[2]，對著火溫度重新進行測試，以提高本次研究的有效性。

2 煤塵最低著火溫度及影響因素分析

2.1 噴塵壓力的影響

噴塵壓力指的是礦井下空氣儲存器中的壓力，在這種壓力的作用下，粉塵將被送入加熱爐中形成粉塵云。在實際工作中，壓力值通常設置在10～80 kPa，過高或過低均不利于煤塵燃燒，而且會導致其最低著火溫度發生較大變化[3]。據此，研究人員首先研究噴塵壓力對煤塵最低著火溫度的影響，為方便進行研究，本次取三種粒徑范圍的中間值，分別為119、81.5、62.5 μm，并對噴塵壓力進行調整，實驗測定數據如表1 所示。

表1 不同噴塵壓力下的煤塵最低著火溫度

從表1 中的數據可知，在噴塵壓力不斷增大的過程中，煤塵的最低著火溫度均呈現出先降后升的趨勢，三種粒徑下，煤塵著火溫度最小值分別位于50、60 和60 kPa 的壓力值上。由于在最低著火溫度下，煤塵有著相對更優的燃燒效果，因此，針對以上3 種粒徑的煤塵，其最為適宜的噴塵壓力則分別為50、60 和60 kPa，在后續的實際工作中可沿用這一結論。

2.2 煤塵粒徑的影響

從以往的研究經驗可知，煤塵的粒徑對其爆炸性的影響較為突出，這主要是由于煤塵粒徑減小時，其表面積大幅度增加，導致其與空氣接觸面積更大，出現爆燃時的速度也就更快[4]。在本環節的研究中，為方便進行研究，仍取各種粒徑范圍的中間值，分別確定為119、81.5、62.5 和44 μm，并分別取四種煤樣，分別編號為1 號～4 號樣品，根據測定后，得出實測數據如表2 所示。

表2 相同噴塵壓力下四種樣品的煤塵最低著火溫度

從表2 中的數據不難看出，煤塵最低著火溫度與煤塵粒徑呈現較為明顯的正相關，無論何種煤樣均表現出這一趨勢，當煤塵粒徑減小時，最低著火溫度也相應降低，因此，在實際工作中，為提升煤塵燃燒效果，應當對粒徑進行控制。

由于實際情況下煤塵的各種粒徑經常混合存在，因此研究人員對混合粒徑條件做進一步探究，查閱資料發現，在以往煤炭開采中，較為常見的兩類煤塵則是51～75 μm 和89～150 μm 兩類，因此取平均值進行分析，分析結果如表3 所示。

表3 混合粒徑下煤塵最低著火溫度

從表3 中的數據可見，在混合粒徑條件下，煤塵最低著火溫度與煤塵粒徑之間仍呈現較為明顯的正相關，這也表明粒徑因素對于最低著火溫度的影響較為突出。

2.3 揮發成分的影響

在煤塵燃燒過程中，其初始階段是煤粉中析出部分易燃物質，這類析出的易燃物質通常稱之為“揮發分”，這些成分通常環繞在煤塵分子周圍并被引燃，進而引起整體煤塵的迅速燃燒[5]。為探尋揮發成分的影響，研究人員選用119、81.5、62.5 和44 μm 的煤塵樣品，分別編號為1 號～4 號樣品，在幾個不同的揮發成分等級下，進行測試，測試結果如表4 所示。

表4 不同揮發成分等級下的煤塵最低著火溫度 單位：℃

從表4 中的數據可知，在所有煤樣中，隨著揮發成分占比的增加，煤塵最低著火溫度都呈現下降的趨勢，同時，粒徑小的煤塵有著更低的著火溫度。當然，以上數據只可用來描述整體趨勢，尚無法以此嚴格判斷揮發組分與最低著火溫度的大小關系。

2.4 引入惰性粉體的影響

當前，在煤炭資源開采工作中，為降低煤塵爆燃的概率，通常會在巷道中撒惰性粉體，這其中較具代表性的則當屬巖粉，其主要原理是，巖粉本身不具備燃燒爆炸特點，且具有較強的吸熱能力，從而抑制煤塵燃燒的過程。

在本環節的研究中，選用混合煤樣（51～75μm和89～150μm 兩類煤塵各占50%）進行研究，并將噴塵壓力設置為60 kPa 的最優值，對煤塵最低著火溫度進行測定，測定結果如表5 所示。

表5 不同巖粉添加比例下最低著火溫度的變化

從表5 中的數據可知，巖粉的加入并非簡單等同于升高煤塵最低著火溫度，特別是在初始階段，巖粉添加量較少時，煤塵最低著火溫度反而出現下降，直至其添加量達到50%時，這種趨勢才得到扭轉。究其原因，主要是由于少量巖粉的混合，導致煤粉的比例位于最佳引爆質量濃度區間內，顯然，在實際應用過程中，需要適當增加巖粉的用量。

3 結語

整體來看，在本次研究中，通過多次的對比實驗，對煤塵云最低著火溫度的各種影響因素均進行了較為詳盡的分析，明確了幾種主要影響因素可能帶來的具體影響，對于今后煤炭開采工藝的優化提供了更多的理論內容。當然，由于本次研究局限于實驗室層面，尚不能完全模擬實際情況，因此，仍需要在具體現場做進一步研究，并引入數值模擬等方式，進一步提升研究準確性。