煤礦井下非金屬風(fēng)筒靜電安全性綜合防治技術(shù)

孔令剛

(1.中煤科工集團重慶研究院,重慶市沙坪壩區(qū),400037; 2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室,重慶市沙坪壩區(qū),400037)

煤礦井下非金屬風(fēng)筒靜電安全性綜合防治技術(shù)

孔令剛1,2

(1.中煤科工集團重慶研究院,重慶市沙坪壩區(qū),400037; 2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室,重慶市沙坪壩區(qū),400037)

為了保障煤礦井下非金屬風(fēng)筒靜電的安全性,分析了風(fēng)筒靜電事故發(fā)生的原因。提出了控制掘進巷道內(nèi)瓦斯的濃度;降低局部通風(fēng)速度、巷道內(nèi)粉塵濃度和環(huán)境溫度,以減少靜電荷的產(chǎn)生;選用阻燃抗靜電風(fēng)筒,風(fēng)筒須接地,增加巷道內(nèi)空氣的濕度,必要時安裝專用管道靜電消除器,促使靜電荷泄漏;監(jiān)測風(fēng)筒的靜電表面電位,防止其靜電電位超過安全界限;安設(shè)隔、抑爆裝置等綜合防治技術(shù)。

非金屬風(fēng)筒 靜電安全性 靜電防治 瓦斯?jié)舛?爆炸界限

非金屬風(fēng)筒因具有質(zhì)輕、耐腐蝕、高強度、易加工等優(yōu)點,在煤礦井下局部通風(fēng)中已得到廣泛使用。目前,煤礦井下使用的非金屬風(fēng)筒按材料分有橡膠涂覆布風(fēng)筒、塑料涂覆布風(fēng)筒、橡塑涂覆布風(fēng)筒、環(huán)氧塑料風(fēng)筒、聚氨酯復(fù)合材料風(fēng)筒等。同時,非金屬風(fēng)筒具有易燃燒、易產(chǎn)生靜電的特點,在煤礦井下使用存在著引起瓦斯煤塵爆炸的不安全隱患。

自非金屬風(fēng)筒用作煤礦掘進通風(fēng)設(shè)備以來,鶴崗礦務(wù)局新一礦、四川省綦江縣一鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦、北票礦務(wù)局、豐城礦務(wù)局、雞西礦務(wù)局、淮南礦務(wù)局、華蓉山礦務(wù)局等發(fā)生了多起因使用非阻燃抗靜電風(fēng)筒而引起的瓦斯爆炸事故,給煤礦生產(chǎn)造成了嚴重損失和影響。

因此,有必要分析煤礦井下非金屬風(fēng)筒發(fā)生靜電事故的原因,并采取可靠的防治技術(shù),確保煤礦井下局部通風(fēng)的安全。

1 風(fēng)筒靜電事故發(fā)生的原因

1.1 風(fēng)筒使用環(huán)境瓦斯?jié)舛忍幱诒ń缦迌?nèi)

風(fēng)筒主要應(yīng)用在煤礦井下掘進巷道,由于選用風(fēng)筒規(guī)格不科學(xué)、安裝不規(guī)范或管理不善,經(jīng)常使掘進巷道中瓦斯?jié)舛忍幱诒ń缦迌?nèi)。另外,在長距離單巷掘進通風(fēng)中還存在超長距離局部供風(fēng)、通風(fēng)距離長、風(fēng)筒漏風(fēng)量大,致使掘進工作面有效風(fēng)量經(jīng)常不足;通風(fēng)距離長,風(fēng)筒通風(fēng)阻力大,通風(fēng)機出口風(fēng)量不能保證;通風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓較高,存在風(fēng)筒脫節(jié)甚至被撕裂的危險問題。

1.2 風(fēng)筒表面存在產(chǎn)生、積聚靜電的條件

煤礦井下使用非金屬風(fēng)筒進行掘進通風(fēng)過程中,巷道及風(fēng)筒內(nèi)均形成高速風(fēng)流,風(fēng)流中含有粉塵或煤塵,含塵高速風(fēng)流與風(fēng)筒壁摩擦,使風(fēng)筒表面產(chǎn)生大量的靜電電荷。目前煤礦井下使用的風(fēng)筒均未很好地接地,風(fēng)筒表面產(chǎn)生的靜電荷由于風(fēng)筒與地面絕緣導(dǎo)致靜電荷不容易釋放而積聚。

1.3 風(fēng)筒系統(tǒng)存在靜電放電的條件

(1)在帶電電位較高的靜電非導(dǎo)體與導(dǎo)體間較易發(fā)生刷形放電。煤礦井下是采用金屬掛鉤將風(fēng)筒吊掛于巷道壁的金屬支架上,由于金屬掛鉤與風(fēng)筒及金屬支架間連接固定不好,在通風(fēng)過程中經(jīng)常產(chǎn)生晃動,在此處易產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

(2)電荷的運動趨向于管線尖端,達到一定時間,特別是尖端周圍有連接大地的導(dǎo)體材料,尖端與物體之間形成很高的電壓,電壓達到一定值,即可在尖端形成急劇放電和電弧現(xiàn)象。掘進通風(fēng)管路彎頭處相當(dāng)于風(fēng)筒的尖端,同時介質(zhì)在此處形成渦流,電荷更易在此集中,造成放電現(xiàn)象。

2 風(fēng)筒靜電安全性綜合防治技術(shù)

發(fā)生靜電引起燃燒或爆炸事故必須具備存在爆炸性混合物,靜電荷的產(chǎn)生、積聚、發(fā)生放電現(xiàn)象并達到爆炸性混合物的最小引燃能量這3個條件。理論上,如果消除這3個條件中的1個就可以防止災(zāi)害的發(fā)生,但在煤礦井下掘進通風(fēng)過程中,很難做到絕對消除這3個條件中的1個,因此,應(yīng)采取綜合性的靜電防治技術(shù),以確保煤礦井下風(fēng)筒系統(tǒng)的安全性。

2.1 嚴格控制掘進巷道內(nèi)瓦斯的濃度

將掘進巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?%以下,可消除其爆炸的危險性。風(fēng)筒出口風(fēng)量的大小直接關(guān)系到工作面瓦斯?jié)舛鹊母叩?因此,煤礦應(yīng)采用大直徑、通風(fēng)性能良好的風(fēng)筒和通風(fēng)機組成局部通風(fēng)系統(tǒng);改進風(fēng)筒接頭的連接方式,提高局部通風(fēng)的有效風(fēng)量率;提高風(fēng)筒懸掛質(zhì)量,對拐彎地段采用鋼圈風(fēng)筒,避免拐死彎以降低通風(fēng)阻力;加強局部通風(fēng)系統(tǒng)的管理,經(jīng)常檢查風(fēng)筒和局部通風(fēng)機,保障風(fēng)筒接頭連接良好,無刮破、漏風(fēng)情況,保障局部通風(fēng)機不停機;對于瓦斯涌出量大、用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的掘進工作面應(yīng)先采取瓦斯抽放措施,并連續(xù)監(jiān)測工作面瓦斯?jié)舛?使巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊陀?%。

2.2 減少靜電荷的產(chǎn)生

(1)降低局部通風(fēng)的速度。由于靜電的發(fā)生源是物體之間的摩擦或分離作用,因此要盡可能抑制這些作用。日本對非抗靜電塑料風(fēng)筒的風(fēng)速、粉塵含量與產(chǎn)生靜電的關(guān)系的試驗研究表明,風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速越大,其風(fēng)筒表面產(chǎn)生的靜電電壓和靜電能量越大。因此,采用控制流速的方法可以實現(xiàn)減少靜電荷產(chǎn)生的目的。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》,掘進中的煤巷和半煤巷中風(fēng)流速度應(yīng)控制在0.25～4 m/s,掘進中的巖巷中風(fēng)流速度應(yīng)控制在0.15～4 m/s。

(2)安設(shè)除、降塵裝置,降低巷道內(nèi)粉塵濃度。日本對非抗靜電塑料風(fēng)筒的風(fēng)速、粉塵含量與產(chǎn)生靜電的關(guān)系的試驗研究表明,風(fēng)筒內(nèi)含塵量越高,其風(fēng)筒表面產(chǎn)生的靜電電壓和靜電能量越大。因此,安設(shè)除、降塵裝置,防止粉塵進入風(fēng)筒內(nèi)或存積在風(fēng)筒表面可以減少粉塵與風(fēng)筒壁的摩擦而產(chǎn)生靜電荷。

(3)降低環(huán)境溫度。環(huán)境溫度越高越容易放電。因為溫度越高,電子和離子的動能越大,就更容易發(fā)生電離,使物體產(chǎn)生靜電。因此,應(yīng)盡量降低風(fēng)筒所處巷道內(nèi)的溫度。

2.3 促使靜電荷的泄漏

(1)選用阻燃抗靜電風(fēng)筒及部件。物體表面電阻的大小,決定了物體表面泄漏電荷的能力。當(dāng)表面電阻小于109Ω時,在接地良好的情況下,其消失速度與積累速度相近,這樣就不會有大量電荷的積累。阻燃抗靜電風(fēng)筒在絕緣材料中添加石墨、乙炔炭黑、鋅粉或鋁粉、抗靜電劑等導(dǎo)電率較高的物質(zhì),具有較低的電阻率,表面電阻小于等于3× 108Ω能防止電荷在風(fēng)筒表面大量積聚。因此,應(yīng)選用阻燃抗靜電風(fēng)筒、阻燃抗靜電連接部件及阻燃抗靜電輔助風(fēng)筒組成風(fēng)筒系統(tǒng)。

(2)接地。將風(fēng)筒表面積累的靜電荷迅速地泄放入地,其靜電電位很快下降到零,靜電危險即消除。因此,采用接地是達到消除靜電危險的主要方法。具體做法為風(fēng)筒出口端圈處接入地底線;風(fēng)筒主管路每隔200 m接入一根地底線;必要時可在風(fēng)筒的中央順其走向加設(shè)兩端接地的金屬線,以降低風(fēng)筒內(nèi)靜電電位。

(3)增加巷道內(nèi)空氣的濕度。增加巷道內(nèi)空氣的濕度到50%以上,一方面,氣流中水分子增多,使氣流與風(fēng)筒壁的摩擦減弱,可以減少靜電荷的產(chǎn)生;另一方面,風(fēng)筒表面會形成薄薄的水膜,其表面電阻會降低,風(fēng)筒表面導(dǎo)電性增強。另外,根據(jù)材料的性質(zhì),還會產(chǎn)生內(nèi)部吸濕,使材料整體的導(dǎo)電性能升高,加速靜電荷的泄漏。

(4)必要時,安裝專用的管道靜電消除器。

2.4 監(jiān)測靜電表面電位的安全性

采用儀器對靜電事故前兆參數(shù)進行監(jiān)測,可以及時預(yù)警并排除靜電事故隱患。對靜電安全性可以監(jiān)測的主要參數(shù)包括表面電位、靜電電量、靜電非導(dǎo)體絕緣電阻等。根據(jù)GB 12158－2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》規(guī)定的靜電危害的安全界限,固體靜電非導(dǎo)體的不引燃放電安全電位對于最小點燃能量大于0.2 mJ的可燃氣是15 k V。煤礦井下風(fēng)筒采用監(jiān)測靜電表面電位最便于操作。因此,可以對風(fēng)筒的靜電表面電位進行監(jiān)測,以防止其靜電電位超過安全界限。

2.5 安設(shè)隔、抑爆裝置

在巷道內(nèi)安設(shè)隔、抑爆裝置,當(dāng)風(fēng)筒因靜電預(yù)防失效發(fā)生靜電放電引起巷道內(nèi)瓦斯爆炸時,隔、抑爆裝置可以迅速將爆炸過程中的火焰阻斷或撲滅,抑制爆炸火焰的傳播,將巷道內(nèi)瓦斯爆炸控制在一定范圍內(nèi),防止事故的擴大。

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(責(zé)任編輯 張艷華)

Comprehensive control on electrostatic safety of underground nonmetallic air duct

Kong Linggang1,2
(1．China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Shapingba,Chongqing 400037,China; 2．National Key Laboratory of Gas Disaster Detecting,Preventing and Emergency Controlling, Shapingba,Chongqing 400037,China)

In order to guarantee the electrostatic safety in underground nonmetallic air duct, the reasons for electrostatic accidents related with air duct were analyzed and the control on the gas concentration in the driving roadway was put forward．To slow down the local ventilation,to decrease the dust concentration in the roadway and to lower the environmental temperature can reduce the generation of static charges．In order to promote the leakage of static charges,the flame retardant and antistatic air duct should be chosen and be connected with ground,the air humidity should be increased,and a dedicated pipeline static eliminator should be installed when it is necessary．Moreover,the superficial electrostatic potential of air duct should be monitored in order to prevent the electrostatic potential exceeding safety limits．At the set,explosion suppression device,a comprehensive prevention and control technology．

nonmetallic air duct,electrostatic safety,electrostatic prevention,gas concentration,explosion limit

TD724

A

孔令剛(1969－),男,四川大竹人,學(xué)士,高級工程師,主要從事煤礦安全檢測技術(shù)的研究工作。