煤矿井下非金属风筒静电安全性综合防治技术

孔令刚

(1.中煤科工集团重庆研究院,重庆市沙坪坝区,400037; 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市沙坪坝区,400037)

煤矿井下非金属风筒静电安全性综合防治技术

孔令刚1,2

(1.中煤科工集团重庆研究院,重庆市沙坪坝区,400037; 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市沙坪坝区,400037)

为了保障煤矿井下非金属风筒静电的安全性,分析了风筒静电事故发生的原因。提出了控制掘进巷道内瓦斯的浓度;降低局部通风速度、巷道内粉尘浓度和环境温度,以减少静电荷的产生;选用阻燃抗静电风筒,风筒须接地,增加巷道内空气的湿度,必要时安装专用管道静电消除器,促使静电荷泄漏;监测风筒的静电表面电位,防止其静电电位超过安全界限;安设隔、抑爆装置等综合防治技术。

非金属风筒 静电安全性 静电防治 瓦斯浓度 爆炸界限

非金属风筒因具有质轻、耐腐蚀、高强度、易加工等优点,在煤矿井下局部通风中已得到广泛使用。目前,煤矿井下使用的非金属风筒按材料分有橡胶涂覆布风筒、塑料涂覆布风筒、橡塑涂覆布风筒、环氧塑料风筒、聚氨酯复合材料风筒等。同时,非金属风筒具有易燃烧、易产生静电的特点,在煤矿井下使用存在着引起瓦斯煤尘爆炸的不安全隐患。

自非金属风筒用作煤矿掘进通风设备以来,鹤岗矿务局新一矿、四川省綦江县一乡镇煤矿、北票矿务局、丰城矿务局、鸡西矿务局、淮南矿务局、华蓉山矿务局等发生了多起因使用非阻燃抗静电风筒而引起的瓦斯爆炸事故,给煤矿生产造成了严重损失和影响。

因此,有必要分析煤矿井下非金属风筒发生静电事故的原因,并采取可靠的防治技术,确保煤矿井下局部通风的安全。

1 风筒静电事故发生的原因

1.1 风筒使用环境瓦斯浓度处于爆炸界限内

风筒主要应用在煤矿井下掘进巷道,由于选用风筒规格不科学、安装不规范或管理不善,经常使掘进巷道中瓦斯浓度处于爆炸界限内。另外,在长距离单巷掘进通风中还存在超长距离局部供风、通风距离长、风筒漏风量大,致使掘进工作面有效风量经常不足;通风距离长,风筒通风阻力大,通风机出口风量不能保证;通风机产生的风压较高,存在风筒脱节甚至被撕裂的危险问题。

1.2 风筒表面存在产生、积聚静电的条件

煤矿井下使用非金属风筒进行掘进通风过程中,巷道及风筒内均形成高速风流,风流中含有粉尘或煤尘,含尘高速风流与风筒壁摩擦,使风筒表面产生大量的静电电荷。目前煤矿井下使用的风筒均未很好地接地,风筒表面产生的静电荷由于风筒与地面绝缘导致静电荷不容易释放而积聚。

1.3 风筒系统存在静电放电的条件

(1)在带电电位较高的静电非导体与导体间较易发生刷形放电。煤矿井下是采用金属挂钩将风筒吊挂于巷道壁的金属支架上,由于金属挂钩与风筒及金属支架间连接固定不好,在通风过程中经常产生晃动,在此处易产生放电现象。

(2)电荷的运动趋向于管线尖端,达到一定时间,特别是尖端周围有连接大地的导体材料,尖端与物体之间形成很高的电压,电压达到一定值,即可在尖端形成急剧放电和电弧现象。掘进通风管路弯头处相当于风筒的尖端,同时介质在此处形成涡流,电荷更易在此集中,造成放电现象。

2 风筒静电安全性综合防治技术

发生静电引起燃烧或爆炸事故必须具备存在爆炸性混合物,静电荷的产生、积聚、发生放电现象并达到爆炸性混合物的最小引燃能量这3个条件。理论上,如果消除这3个条件中的1个就可以防止灾害的发生,但在煤矿井下掘进通风过程中,很难做到绝对消除这3个条件中的1个,因此,应采取综合性的静电防治技术,以确保煤矿井下风筒系统的安全性。

2.1 严格控制掘进巷道内瓦斯的浓度

将掘进巷道内瓦斯浓度控制在1%以下,可消除其爆炸的危险性。风筒出口风量的大小直接关系到工作面瓦斯浓度的高低,因此,煤矿应采用大直径、通风性能良好的风筒和通风机组成局部通风系统;改进风筒接头的连接方式,提高局部通风的有效风量率;提高风筒悬挂质量,对拐弯地段采用钢圈风筒,避免拐死弯以降低通风阻力;加强局部通风系统的管理,经常检查风筒和局部通风机,保障风筒接头连接良好,无刮破、漏风情况,保障局部通风机不停机;对于瓦斯涌出量大、用通风方法解决瓦斯问题不合理的掘进工作面应先采取瓦斯抽放措施,并连续监测工作面瓦斯浓度,使巷道内瓦斯浓度低于1%。

2.2 减少静电荷的产生

(1)降低局部通风的速度。由于静电的发生源是物体之间的摩擦或分离作用,因此要尽可能抑制这些作用。日本对非抗静电塑料风筒的风速、粉尘含量与产生静电的关系的试验研究表明,风筒内风速越大,其风筒表面产生的静电电压和静电能量越大。因此,采用控制流速的方法可以实现减少静电荷产生的目的。根据《煤矿安全规程》,掘进中的煤巷和半煤巷中风流速度应控制在0.25～4 m/s,掘进中的岩巷中风流速度应控制在0.15～4 m/s。

(2)安设除、降尘装置,降低巷道内粉尘浓度。日本对非抗静电塑料风筒的风速、粉尘含量与产生静电的关系的试验研究表明,风筒内含尘量越高,其风筒表面产生的静电电压和静电能量越大。因此,安设除、降尘装置,防止粉尘进入风筒内或存积在风筒表面可以减少粉尘与风筒壁的摩擦而产生静电荷。

(3)降低环境温度。环境温度越高越容易放电。因为温度越高,电子和离子的动能越大,就更容易发生电离,使物体产生静电。因此,应尽量降低风筒所处巷道内的温度。

2.3 促使静电荷的泄漏

(1)选用阻燃抗静电风筒及部件。物体表面电阻的大小,决定了物体表面泄漏电荷的能力。当表面电阻小于109Ω时,在接地良好的情况下,其消失速度与积累速度相近,这样就不会有大量电荷的积累。阻燃抗静电风筒在绝缘材料中添加石墨、乙炔炭黑、锌粉或铝粉、抗静电剂等导电率较高的物质,具有较低的电阻率,表面电阻小于等于3× 108Ω能防止电荷在风筒表面大量积聚。因此,应选用阻燃抗静电风筒、阻燃抗静电连接部件及阻燃抗静电辅助风筒组成风筒系统。

(2)接地。将风筒表面积累的静电荷迅速地泄放入地,其静电电位很快下降到零,静电危险即消除。因此,采用接地是达到消除静电危险的主要方法。具体做法为风筒出口端圈处接入地底线;风筒主管路每隔200 m接入一根地底线;必要时可在风筒的中央顺其走向加设两端接地的金属线,以降低风筒内静电电位。

(3)增加巷道内空气的湿度。增加巷道内空气的湿度到50%以上,一方面,气流中水分子增多,使气流与风筒壁的摩擦减弱,可以减少静电荷的产生;另一方面,风筒表面会形成薄薄的水膜,其表面电阻会降低,风筒表面导电性增强。另外,根据材料的性质,还会产生内部吸湿,使材料整体的导电性能升高,加速静电荷的泄漏。

(4)必要时,安装专用的管道静电消除器。

2.4 监测静电表面电位的安全性

采用仪器对静电事故前兆参数进行监测,可以及时预警并排除静电事故隐患。对静电安全性可以监测的主要参数包括表面电位、静电电量、静电非导体绝缘电阻等。根据GB 12158－2006《防止静电事故通用导则》规定的静电危害的安全界限,固体静电非导体的不引燃放电安全电位对于最小点燃能量大于0.2 mJ的可燃气是15 k V。煤矿井下风筒采用监测静电表面电位最便于操作。因此,可以对风筒的静电表面电位进行监测,以防止其静电电位超过安全界限。

2.5 安设隔、抑爆装置

在巷道内安设隔、抑爆装置,当风筒因静电预防失效发生静电放电引起巷道内瓦斯爆炸时,隔、抑爆装置可以迅速将爆炸过程中的火焰阻断或扑灭,抑制爆炸火焰的传播,将巷道内瓦斯爆炸控制在一定范围内,防止事故的扩大。

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(责任编辑 张艳华)

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

孔令刚(1969－),男,四川大竹人,学士,高级工程师,主要从事煤矿安全检测技术的研究工作。