??? (2)煤塵爆炸性鑒定。雖然用煤塵爆炸指數(shù)可以判定其爆炸性,但鑒于煤種和煤質(zhì)的復(fù)雜性,爆炸指數(shù)只是一個初步判斷。還必須按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定進行煤塵爆炸性鑒定試驗。我國標準中規(guī)定,采用大管狀煤塵爆炸鑒定裝置進行試驗,并由國家授權(quán)單位承擔鑒定試驗。
??? 2.防止煤塵爆炸的技術(shù)措施
??? 如前所述,煤塵爆炸必須在三個條件同時具備時才可能發(fā)生,如果不讓這些條件同時存在,或者破壞已經(jīng)形成的這些條件在,就可以防止煤塵爆炸的發(fā)生和發(fā)展。這是制定各種防止煤塵爆炸措施的出發(fā)點和基本原則。
??? (1)防止煤積聚的措施。一般情況下,生產(chǎn)場所的浮游煤塵濃度是遠低于煤塵爆炸下限濃度的。但是,因空氣震蕩(爆破的沖擊波)等原因使沉積煤塵重新飛揚起來,這時的煤塵濃度大大超過爆炸下限濃度。據(jù)估算4m2斷面的小巷道的周邊上,只要沉積0.04 mm厚的一層煤塵,當它全部飛揚起來,就達到了爆炸下限。實際上,井下的沉積煤塵都超過了這個厚度,所以,減少巷道內(nèi)的沉積煤塵量并清除出井,是最簡有效的防爆措施。
??? 各生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用有效的防塵、降塵措施,減少了煤塵的產(chǎn)生,降低了空氣中的煤塵濃度,也就降低了沉積煤塵量。因此,綜合防塵措施既是減少粉塵危害工人健康的措施。也是防止煤塵爆炸的治本措施。
??? (2)杜絕著火源。井下能引起煤塵爆炸的著火源有電氣火花、摩擦火花、摩擦熱,煤自燃而形成的高溫點、爆破作出現(xiàn)的爆燃以及瓦斯爆炸所產(chǎn)生的高溫產(chǎn)物等。消除這類著火源的主要技術(shù)措施有:保持礦用電氣設(shè)備完好的防爆性能,加強管理防止出現(xiàn)電器設(shè)備失爆現(xiàn)象,選用非著火性輕合金材料避免產(chǎn)生危險的摩擦火花,輸送帶、風筒、電纜等常用的非金屬材料必須具有阻燃、抗靜電性能,采用阻化劑、凝膠或氮氣防止煤柱、采空區(qū)殘留煤發(fā)生自燃。除采取上述技術(shù)措施外,同時還要加強瓦斯管理防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生。
??? 由于煤礦自然條件十分復(fù)雜,發(fā)生煤塵爆炸的隨機性很大,除了上述一般性的安全技術(shù)措施外,針對煤塵爆炸的特點,各國還研究了防止煤塵爆炸的專門技術(shù)。其中使用歷史最長、應(yīng)用面廣、簡單易行的防止煤塵爆炸技術(shù)措施是撒布巖粉法。
??? (3)撒布巖粉法。這種方法是定期向巷道周邊撒布惰性巖粉,用它覆蓋沉積在巷道周邊上的沉積煤塵。巖粉層在巷道風速很低時,它的粘滯性起到了阻礙沉積煤塵重新飛揚的作用。
??? 當發(fā)生瓦斯爆炸等異常情況時,巨大的空氣震蕩風流把巖粉和沉積煤塵都吹揚起來形成巖粉一煤塵混合塵云。當爆炸火場進入混合塵云區(qū)域時,巖粉吸收火焰的熱量使系統(tǒng)冷卻,同時巖粉粒子還會起到屏蔽作用,阻止火焰或燃燒的煤粒向未燒著的煤塵粒子傳遞熱量,最終達到阻止煤塵著火的目的。這一方法在英、美、俄等主要產(chǎn)煤國家大量應(yīng)用,而且效果顯著。
??? 3.防止煤塵爆炸傳播技術(shù)
??? 防止煤塵爆炸傳播技術(shù)也稱為隔絕煤塵爆炸傳播技術(shù)(以下簡稱隔爆技術(shù)),是指把已經(jīng)發(fā)生的爆炸控制在一定范圍內(nèi)并撲滅以防止爆炸向外傳播的技術(shù)措施。該技術(shù)不僅適于對煤塵爆炸的控制,也適用于對瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸的控制。該技術(shù)分為兩大類:被動式隔爆技術(shù)和自動式隔爆技術(shù)。
??? (1)被動式隔爆技術(shù)(也稱隔爆措施)。發(fā)生爆炸的初期,爆炸火焰峰面是超前于爆炸壓力波向前傳播的,隨著爆炸反應(yīng)的繼續(xù)和加強,壓力波逐漸趕上并超前于火焰峰面?zhèn)鞑ィ瑑烧咧g有一時間差。被動式隔爆技術(shù)就是利用這一規(guī)律,利用壓力波的能量使隔爆措施動作,在巷道內(nèi)形成撲滅火焰的消焰抑制劑塵云,后續(xù)到達到的火焰進入抑制劑塵云時被撲滅,阻止了爆炸繼續(xù)向前傳播。被動式隔爆技術(shù)主要有:巖粉棚、水槽棚和水袋棚,統(tǒng)稱為被動式隔爆棚。
??? 被動式隔爆棚的設(shè)置方式有3種形式:集中式布置、分散式布置和集中分散式混合布置。根據(jù)隔爆棚在井巷系統(tǒng)中限制煤塵爆炸的作用和保護范圍,可將它們分為主要隔爆棚(重型棚)和輔助隔爆棚(輕型棚)。重型棚的作用是保護全礦性的安全,在礦井兩翼與井筒相通的主要運輸大巷和回風大巷、相鄰煤層之間的運輸和回風石門、相鄰采區(qū)之間的集中運輸巷和回風巷內(nèi)設(shè)置。輕型棚的作用是保護一個采區(qū)的安全,在采煤工作面的進風、回風巷和采區(qū)內(nèi)的煤及半煤巖掘進巷道以及采用獨立通風并有煤塵爆炸危險的其他巷道內(nèi)設(shè)置。
??? (2)自動隔爆技術(shù)。被動式隔爆技術(shù)的作用原理決定了該技術(shù)措施只能在距爆炸源60~200m(巖粉棚300m)范圍內(nèi)發(fā)揮抑制爆炸的作用。因此,在爆炸發(fā)生的初期該技術(shù)是無效的。此外,在低矮、狹窄和拐彎多的巷道中使用也極其不利,不能發(fā)揮抑爆效果。針對這些缺點各國研究并使用了自動隔爆技術(shù)。
??? 傳感器、控制器和噴灑裝置是自動隔爆裝置三大組成部分,由若干臺自動隔爆裝置組成的隔爆系統(tǒng)即為自動式隔爆措施。傳感器主要有3類:接受瓦斯煤塵爆炸動力效應(yīng)的壓力傳感器、利用爆炸熱效應(yīng)的熱電傳感器和利用爆炸火焰發(fā)出的光效應(yīng)的光電傳感器;控制器是向噴灑抑制劑的執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出動作指令的儀器;噴灑裝置一般由執(zhí)行機構(gòu)、噴撒器和抑制劑儲存容器組成。它的作用是將抑制劑(巖粉、干粉或水)擴散于巷道空間形成粉塵云或水霧帶,其動作應(yīng)迅速、可靠、能適應(yīng)爆炸的快速發(fā)展。
??? 抑制劑的選擇原則是抑制火焰用量少、效果好、價格便宜。雖然巖粉在煤礦應(yīng)用最廣,但是在弱的瓦斯煤塵爆炸條件下,以及在劇烈的強爆炸時,它的抑制效果并不理想。適用于自動隔裝置的抑制劑主要有液體抑制劑水、水加鹵代烷、粉末無機鹽類抑制劑和鹵代烷。粉末無機鹽類有(NH4)H2PO4、NaCl、KCl、KHCO3、NaHCO3、CaCO3等粉劑。鹵代烷有二氟一氯一溴甲烷等,雖然滅火效果好,但它有破壞臭氧層的缺點,已禁用。
??? (五)粉塵檢測技術(shù)
??? 粉塵檢測是以科學的方法對生產(chǎn)環(huán)境空氣中粉塵的含量及其物理化學性狀進行測定、分析和檢查的工作。從安全和衛(wèi)生學的角度出發(fā),日常的粉塵檢測項目主要是粉塵濃度、粉塵中游離二氧化硅含量和粉塵分散度(也稱為粒度分布)的檢測。
??? 1)粉塵濃度測定
??? 礦的粉塵濃度測定主要有濾膜測塵法和快速直讀測塵儀測定法。
??? (1)濾膜測塵法。測塵原理是用粉塵采樣器(或呼吸性粉塵采樣器)抽取采集一定體積的含塵空氣,含塵空氣通過濾膜時,粉塵被捕集在濾膜上,根據(jù)濾膜的增重計算出粉塵濃度。
??? (2)快速直讀測塵儀測塵法。用濾膜采樣器測塵是一種間接測量粉塵濃度的方法,由于準備工作,粉塵采樣和樣品處理時間比較長,不能立即得到結(jié)果,在衛(wèi)生監(jiān)督和評價防塵措施效果時顯得不方便。為了滿足這方面工作特點的需要,各國研制開發(fā)了可以立即獲得粉塵濃度的快速測定儀。
??? 2)粉塵游離二氧化硅的測定
??? 國家標準中規(guī)定的測定方法是焦磷酸質(zhì)量法,也有用紅外分光光度計測定法進行測定。
??? (1)焦磷酸質(zhì)量法。在245~250 ℃的溫度下,焦磷酸能溶解硅酸鹽及金屬氧化物,對游離二氧化硅幾乎不溶。因此,用焦磷酸處理粉塵試樣后,所得殘渣的質(zhì)量即為游離二氧化硅的量,以百分比表示。為了求得更精確的結(jié)果,可將殘渣再用氫氟酸處理,經(jīng)過這一過程所減輕的質(zhì)量則為游離二氧化硅的含量。
??? (2)紅外分光分析法。當紅外光與物質(zhì)相互作用時,其能量與物質(zhì)分子的振動或轉(zhuǎn)動能級相當時會發(fā)生能級的躍遷,即分子電低能級過渡到高能級。其結(jié)果是某些波長的紅外光被物質(zhì)分子吸收產(chǎn)生紅外吸收光譜。游離二氧化硅的吸收光譜的波數(shù)為800cm-1、780cm-1、694cm-1(相當于波長為12.5μm、12.8μm、14.4μm)。
??? (3)粉塵分散度的測定。粉塵分散度分為數(shù)量分散度和質(zhì)量分散度。前者是針對具有代表性的一定數(shù)量的樣品逐個測定其粒徑的方法。其測定方法主要有顯微鏡法、光散射法等。測得的是各級粒子的顆粒百分數(shù)。后者是以某種手段把粉塵按一定粒徑范圍分級,然后稱取各部分的質(zhì)量,求其粒徑分布,常采用離心、沉降或沖擊原理將粉塵按粒徑分級,測出的是各級粒子的質(zhì)量百分數(shù)。
??? 四、礦山火災(zāi)
??? (一)煤礦火災(zāi)的定義、分類及危害
??? 1.煤礦火災(zāi)
??? 煤礦火災(zāi)是指發(fā)生在煤礦企業(yè)生產(chǎn)范圍之內(nèi),并造成人員傷亡、資源損失、環(huán)境破壞、設(shè)備或工程設(shè)施毀壞以及嚴重威脅正常生產(chǎn)的非控制性燃燒。煤礦火災(zāi)的三要素:可燃物、熱源、氧氣。
??? 2.煤礦火災(zāi)的分類
??? 根據(jù)引燃源的不同煤礦火災(zāi)可分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)。
??? 煤礦火災(zāi)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的性質(zhì)也可分為原生火災(zāi)和再生火災(zāi)。
??? 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的地點及其所在巷道的風流流動方向的不同,煤礦火災(zāi)為又可分為上行風流火災(zāi)、下行風流火災(zāi)和進風流火災(zāi)。
??? 3.煤礦火災(zāi)的危害
??? 煤礦火災(zāi)的發(fā)生具有嚴重的危害性,主要表現(xiàn)以下幾個方面:人員傷亡、礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張、巨大的經(jīng)濟損失、嚴重的環(huán)境污染。
??? (三)煤自然發(fā)火危險性評價及早期預(yù)測預(yù)報
??? 1.煤自然發(fā)火危險性評價
??? 煤自然發(fā)火危險性評價技術(shù)是在煤層尚未出現(xiàn)自然發(fā)火征兆之前,根據(jù)煤層的賦存條件、開拓開采條件以及煤本身的氧化放熱升溫特性等因素,采取不同的方法對煤層自然發(fā)火的危險程度、自然發(fā)火期、易自燃危險區(qū)域等重要火災(zāi)參數(shù)指標做出超前判識的一種技術(shù)。主要內(nèi)容有自燃傾向性預(yù)測法、因素綜合評判預(yù)測法、經(jīng)驗統(tǒng)計預(yù)測法和數(shù)學模型預(yù)測法。
??? 2.煤炭自然發(fā)火的早期預(yù)測預(yù)報
??? 井下發(fā)生自然發(fā)火時,往往會出現(xiàn)一些征兆,如溫度升高、濕度增加、出現(xiàn)煤焦油味、人體不適、出現(xiàn)煙霧或明火等。
??? (1)煤自然發(fā)火氣體產(chǎn)物及其組成。煤自燃氣體產(chǎn)物是指煤由于自燃而釋放出來的氣體。這其中包括兩部分,一部分由于煤自身氧化產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物,叫煤自燃氧化氣體;另一部分是成煤過程中吸附在其孔隙內(nèi)的氣體,由于煤體溫度升高而解吸出來的,叫煤自燃吸附氣體。
??? (2)煤自然發(fā)火的標志氣體及其指標。一氧化碳指標、一氧化碳的派生指標、烯烴及烯烷比、炔烴。
??? (3)煤自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報方法。預(yù)報方法主要有氣體分析法、測溫法、氣味檢測法。
??? (四)內(nèi)因火災(zāi)防治基本知識
??? 1.煤自燃傾向性
??? 煤炭自燃傾向性的鑒定方法很多,國內(nèi)外較為成熟的方法主要有奧氏法、靜態(tài)吸氧法、量熱法以及動態(tài)吸氧法、交叉點溫度法等。
??? 2.煤炭自然發(fā)火期
??? 煤炭自然發(fā)火是一漸變過程,要經(jīng)過潛伏期、自熱期等多個階段,因此,具有自燃傾向性的煤層被開采破碎后,要經(jīng)過一定的時間才會自然發(fā)火,這一時間間隔叫做煤層的自然發(fā)火期。自然發(fā)火期是煤層自燃危險在時間上的量度,自然發(fā)火期愈短的煤層,其自燃危險性愈大。目前,我國通常采用統(tǒng)計比較法和類比法確定煤層的最短自然發(fā)火期。
??? 3.內(nèi)因火災(zāi)防治方法及適用條件
??? 現(xiàn)階段,煤礦所采用的內(nèi)因火災(zāi)的滅火技術(shù)主要有灌漿滅火、均壓滅火、阻化滅火、惰氣壓注滅火以及新型的凝膠滅火、泡沫滅火等技術(shù)手段。
??? (五)外因火災(zāi)防治基本知識
??? 外因火災(zāi)是由外部火源引起的火災(zāi),其發(fā)生和發(fā)展都比較突然和迅猛,并伴有大量煙霧和有害氣體。
??? 外因火災(zāi)主要包括電氣火災(zāi)和帶式輸送機火災(zāi)。電氣火災(zāi)是指發(fā)生在各種電氣設(shè)備上的火災(zāi),常因供電過負荷、電氣元件接觸不良、操作失誤產(chǎn)生電弧火花引發(fā)。帶式輸送機火災(zāi)是指因輸送帶由于跑偏、安裝不當?shù)?,與托輥等摩擦生熱引起的火災(zāi)。
??? (六)火區(qū)封閉、管理與啟封基本技術(shù)
??? 1.火區(qū)密封技術(shù)
??? 當防治火災(zāi)的措施失敗或因火勢迅猛來不及采取直接滅火措施時,就需要及時封閉火區(qū),防止火災(zāi)勢態(tài)擴大?;饏^(qū)封閉的范圍越小,維持燃燒的氧氣越少,火區(qū)熄滅也就越快。因此火區(qū)封閉要盡可能地縮小范圍,并盡可能地減少防火墻的數(shù)量。
??? (1)防火墻及其位置的選擇應(yīng)遵循的原則。這些原則有:防火墻要選用不燃性材料構(gòu)筑;低瓦斯火區(qū)的防火墻位置應(yīng)盡可能地接近火區(qū),以縮小火區(qū)封閉范圍;高瓦斯火區(qū)應(yīng)根據(jù)具體情況而定,具有瓦斯爆炸危險時,可適當擴大火區(qū)封閉范圍;構(gòu)筑防火墻的位置應(yīng)盡可能地設(shè)在堅實的巖石巷道內(nèi),當巖石巷道離火區(qū)較遠時,可將防火墻設(shè)在煤巷或無裂隙的礦體上,但是要把防火墻周圍巷道壁加固、噴涂加以嚴密的封閉;防火墻應(yīng)構(gòu)筑在新鮮風流能夠到達的地方,便于日后火區(qū)觀測,以免形成“盲巷”,防火墻距新鮮風流的距離應(yīng)在5~10 m;防火墻要設(shè)立在運輸巷附近,便于運料施工,以免引起運輸不便而延誤時間,使火勢擴大。
??? (2)防火墻的布置及封閉順序。用隔絕法撲滅火災(zāi)時,要求封閉的空間盡量縮小,防火墻的數(shù)量盡量少,構(gòu)筑密閉的時間則盡可能地快。
??? 為了便于隔離火區(qū),應(yīng)首先封閉或關(guān)閉進風側(cè)的防火墻,然后再封閉回風側(cè)的防火墻,同時,還應(yīng)優(yōu)先封閉向火區(qū)供風的主要通道(或主干風流),然后再封閉那些向火區(qū)供風的旁側(cè)風道(或旁側(cè)風流)。在高瓦斯區(qū)密閉和火源之間有瓦斯源存在時,封閉進風側(cè)的防火墻更危險一些。這種情況下,首先封閉回風側(cè)防火墻更好一些。因為它能夠在火區(qū)內(nèi)造成正壓,對采空區(qū)瓦斯的涌出具有一定的抑制作用。
??? 2.火區(qū)快速封閉技術(shù)
??? 輕質(zhì)膨脹型封閉堵漏材料--聚氨酯是一種新型的具有獨特性能和多方面用途的快速封閉材料,聚氨酯材料以多元醇和異氰酸酯為基料加聚而成,具有氣密性好、粘結(jié)力強、可發(fā)泡膨脹、耐高溫、防滲水隔潮等特點,已廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),煤礦井下主要用于建立快速密閉時的噴涂密封、煤壁噴涂堵漏風等。
??? 3.火區(qū)管理技術(shù)
??? 火區(qū)封閉以后,雖然可以認為火勢已經(jīng)得到了控制,但是對礦井防滅火工作來說,這僅僅是個開始,在火區(qū)沒有徹底熄滅之前,應(yīng)加強火區(qū)的管理?;饏^(qū)管理技術(shù)工作包括對火區(qū)所進行的資料分析、整理以及對火區(qū)的觀測檢查等工作。
??? 繪制火區(qū)位置關(guān)系圖應(yīng)標明所有火區(qū)和曾經(jīng)發(fā)火的地點,并注明火區(qū)編號、發(fā)火時間、地點、主要監(jiān)測氣體成分、濃度等。并針對每一個火區(qū),都必須建立火區(qū)管理卡片,包括火區(qū)登記表、火區(qū)灌注滅火材料記錄表和防火墻觀測記錄表等。
??? 4.火區(qū)啟封技術(shù)
??? 1)判別火區(qū)熄滅程度的標志氣體
??? 關(guān)于火區(qū)啟封的條件,其主導(dǎo)思想是建立在以一氧化碳為主要氣體指標的基礎(chǔ)之上的。建議采用一氧化碳、乙烯和乙炔作為標志氣體用于判斷自然發(fā)火熄滅程度。