開采有煤塵爆炸危險煤層的礦井,必須有預防和隔絕煤塵爆炸的措施。礦井的兩翼、相鄰的采區、相鄰的煤層、相鄰的采煤工作面間,煤層掘進巷道同與其相連的巷道間,煤倉同與其相連通的巷道間,采用獨立通風并有煤塵爆炸危險的其他地點同與其相連通的巷道間,必須用水棚或巖粉棚隔開。
必須及時清除巷道中的浮煤,清掃或沖洗沉積煤塵,定期撒布巖粉;應定期對主要大巷刷漿。
【解讀】本條是關于采取隔爆措施和安設隔爆設施的規定。
1.隔爆設施的重要意義及原理
在瓦斯煤塵爆炸的類型中有一種連續爆炸的形式,大大增加了事故災難程度。1960年5月9日,大同老白洞煤礦14號井井底車場的翻籠在連續翻煤時煤塵飛揚(3m內看不見人、附近棚梁上積塵達3~5㎝),電機車運行產生電火花引爆飛揚的煤塵,由于其他巷道積塵嚴重(1寸多厚)導致煤塵連續爆炸,致使井下912人中死亡684人,整個礦井慘遭破壞,這是建國以來最嚴重的一次礦難事故。1968年10月24日,山東新汶礦務局華豐煤礦一掘面爆破引起煤塵爆炸,又在2040m的巷道內發生煤塵連續爆炸,死亡108人。1969年4月4日,新汶局潘西礦電機車弓子的啟動火花引起煤塵爆炸,波及礦井東翼兩個水平4個地點的煤塵連續爆炸,造成115人死亡等。
為防止發生連續爆炸事故,該條規定了開采有煤塵爆炸危險煤層的礦井,必須在相關地點安設隔絕煤塵爆炸的設施。發生連續爆炸的原因和安設隔爆設施的原理如下。瓦斯或煤塵爆炸產生的沖擊波的傳播速度(2340m/s)遠大于火焰的傳播速度(112~1800m/s),隨著時間的延長,兩者差距愈來愈大,當走在前面的沖擊波將巷道積塵(如果存在沉積煤塵)再次揚起呈浮游狀態且達到爆炸下限濃度時,而高溫火源又接踵而至,就會把揚起的煤塵引爆,發生第二次連續爆炸。同理,如果巷道積塵嚴重,可能發生第三次、第四次……連續爆炸。
隔爆設施(主要是指隔爆水幕、隔爆水棚或巖粉棚、自動式隔爆棚等設施,不含巷道撒布巖粉、灑水、清洗積塵等隔爆措施)的原理就是利用沖擊波與火焰的速度差而設置的:借助于已經形成的爆炸沖擊波或爆風的沖擊力,使隔爆設施動作(傾倒或擊碎),將消焰劑(巖粉、水等)彌撒于巷道空間,阻隔(或熄滅)爆炸火焰的傳播,實現隔絕煤塵連續爆炸的目的。
發生煤塵爆炸或煤塵連續爆炸的主要危險來源于沉積煤塵。1976年11月2日,山西大同礦務局挖金灣煤礦挖金灣井三O一盤區第六部皮帶的134開關短路引起火災,因無水管和滅火器材,正在等待封閉材料時,礦組織人員攜帶滅火器趕到現場,這些人員進入巷道時踏起的積塵順風飄入火區爆炸,造成現場10名救護隊員和礦參加滅火的13名人員死亡,如圖2-2-26所示。所以《規程》規定"必須及時清掃或沖洗沉積煤塵"。
2.隔爆措施
所謂隔爆措施,是指把已經發生的爆炸截住,不使其傳播開來,以限制在最小的范圍內,使爆炸不至于由局部擴大為全礦性的重大災難而所采取的措施。隔爆措施主要包括:巷道撒布巖粉、沖洗或清掃巷道積塵、隔爆水幕、隔爆水棚和巖粉棚等。其中,水棚與巖粉棚比較具有以下優點:
①水的比熱較巖粉高5倍,因而吸熱量大,隔爆效果好;
②水在接觸高溫火焰時形成的水蒸氣,更有利于撲滅火焰;
③在沖擊波的作用下,水飛灑的時間比巖粉更短;
④水的供給比巖粉更為方便,可長期使用不必更換,而巖粉必須經過加工和定期更換。因此,近年來水棚已逐漸取代巖粉棚,我國將水棚作為隔爆的主要形式。
1)巷道撒布巖粉隔爆措施
在巷道內撒布巖粉,增加了煤塵中的灰分,削弱和抑制煤塵的爆炸性。巷道撒布巖粉作為隔爆措施時,必須按下列規定執行:
(1)對巖粉的要求:
①可燃物含量<5%;
②游離SiO2含量<5%;
③不含有毒、有害的混合物;
④色淡白、鮮明,通常用石灰石制作;
⑤潮濕巷道應使用抗濕性巖粉;
⑥巖粉必須全部通過50號篩(篩徑<0.2mm),其中70%以上應通過200號篩(篩徑<0.074mm)。
(2)巖粉量計算:
對巖粉用量的要求可用下列指標計算:在開采瓦斯煤層時,巖粉與沉積煤塵混合后的粉塵中,不燃物質的含量不應小于80%;在開采低瓦斯煤層時,應不小于70%。
(3)巖粉撒布要求:
①巷道的所有表面,包括頂、底、幫以及背板后面的暴露處,都應撒布巖粉覆蓋;而巖粉撒布長度不得小于300m,長度不足300m的巷道則要全部撤布:
②當有爆炸危險性煤層與無爆炸危險煤層同時開采時,應在兩種煤層的連接處撒布巖粉;
③在有爆炸性煤塵經常積聚的地點,須經常撒布巖粉;
④工作面的上、下口,須經常撒布巖粉;但設有噴霧灑水地點或巷道潮濕,且煤塵中水分大于12%的地區,可以不撒布巖粉。
(4)巖粉撒布方法:
人工撒布或壓氣撒布均可,撒布時人員必須站在風流上方。
2)沖洗或清掃巷道積塵隔爆措施
定期對巷道積塵進行沖洗,并要及時運出,從而杜絕積塵飛揚和參與爆炸的可能性。沖洗或清掃巷道積塵作為隔爆措施時,必須按下列規定執行:
(1)沖洗或清掃的巷道長度不得少于300m,而長度不足300m的巷道則必須全巷進行沖洗或清掃。
(2)沖洗順序由頂板至兩幫和底板,并應將包括背板后面的所有積塵沖洗干凈;沖洗巷壁的耗水量按巷壁面積2L/㎡計算。
(3)凡有煤塵沉積的巷道,均需根據情況定期清掃,并必須將積塵運出。
3)水幕隔爆措施
隔爆水幕是利用爆炸時的高溫將水汽化為水幕帶并吸收大量熱量,致使爆炸火焰熄滅而不能擴展蔓延。采取隔爆水幕措施時,必須遵守下列規定:
(1)隔爆水幕的用水總流量、前后兩排水幕之間的間距和水幕區段的長度等,應據巷道斷面積而定,且必須符合表2-2-33要求。
(2)水幕的供水壓力不小于0.4MPa。
(3)每排水幕中噴嘴的安裝數量和安裝角度,應使每排水幕的噴霧能夠封閉該處巷道的全斷面,尤其是巷道的頂部,不得出現無水噴霧的死角。
(4)水幕中各個噴嘴的噴出霧粒的數量,其中應有50%的粒徑必須小于140μm。
(5)必須保證水幕在發生爆炸時正常供水,應采取水幕系統單獨供水;水幕供水管路應采用耐爆炸的鋼管,并采取相應的保護措施。
(6)必須保持所有噴嘴良好的噴霧狀態,噴嘴損壞或堵賽時必須及時更換和處理。
(7)每月檢查與測定一次噴嘴的噴霧狀態和水壓,每季檢測一次水的流量和霧粒粒徑,并做好記錄。
3.隔爆設施
在采取隔絕爆炸的措施時,需要安設的相關設施,稱為隔爆措施。主要包括隔爆水幕、隔爆水棚(巖粉棚)、自動式隔爆棚等。
1)隔爆水幕
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2)隔爆水棚
(1)水棚結構。隔爆水棚是由架設于巷道頂部充滿水的水槽或水袋組成。水槽有木制(內鋪塑料布)、鐵制及塑料制品,其中以塑料制品為主要形式。塑料水槽的規格主要有40L、80L兩種。水袋主要為塑料制品,主要規格有40L、60L、80L三種。
水槽和水袋都必須符合《煤礦用隔爆水槽、隔爆水袋通用技術條件》的規定,經國家質檢部門檢驗合格。
(2)水棚分類及設置地點。隔爆水棚按其隔絕煤塵爆炸的保護范圍,可分為主要隔爆棚和輔助隔爆棚。但由40L及小于40L的水袋所組成的水袋棚,不得作為主要隔爆棚。
①主要隔爆棚設置地點:
礦井兩翼與井筒相連通的主要運輸大巷和回風大巷;相鄰采區之間的集中運輸巷和回風巷;
相鄰煤層之間的運輸石門和回風石門。
②輔助隔爆棚設置地點:
采煤工作面進風巷和回風巷;
采區內的煤或半煤巷掘進巷道;采用獨立通風,并有煤塵爆炸危險的其他巷道(含與煤倉、裝載點相通的巷道)。
(3)水棚設置方式及位置。水棚設置方式可分為集中式和分散式兩種。但分散式水槽棚或水袋棚,都不得作為主要隔爆棚。
隔爆水棚設置的位置及要求,詳見表2-2-34和圖2-2-27。
表2-2-34 隔爆水棚的設置位置及要求
水棚名稱 | 設置方式 | 水棚設置位置 | |||
巷道直線段 | 前列(排)水棚位置 | 與巷道交叉口拐彎處距離/m | 與風門、風窗距離/m | ||
水槽棚 | 集中式 | 水棚安設前后20m的斷面一致 | 與工作面、轉載點距離為60~200m | 50~75 | >25 |
水袋棚 | 集中式 | 水棚安設前后20m的斷面一致 | 距掘進頭、回采面上下口、轉載點為60~160m,但≯200 | 50~75 | >25 |
分散式 | 水棚安設前后20m的斷面一致 | 首列棚組距掘進頭、回采面上下口為30~35m,但≯60m | ≮30 |
(4)水棚設置的規定與要求。隔爆水棚設置必須遵守以下規定:
①隔爆水棚的排間距為1.2~3.0m,主要隔爆水棚的棚區長度不小于30m,輔助隔爆水棚的棚區長度不小于20m,分散式水袋棚棚區長度不小于120m。
②隔爆水棚的用水量按巷道的斷面積計算:主要隔爆棚不得少于400L/m2,輔助隔爆棚不得少于200L/m2,分散式隔爆棚按棚區所占巷道空間1.2L/m3計算。
③水槽或水袋在井下巷道的安裝方式采用吊掛式,并呈橫向布置(即長邊垂直于巷道軸線)。
④水槽(或水袋)外邊緣距巷壁(兩幫)、頂梁(無支架時為頂板)之間的垂直距離≮100mm;水槽(或水袋)底部至頂板(梁)的垂直距離≯1.6m(水袋為≯1.0m),否則,必須在其上方增設1個水槽(水袋);水槽(或水袋)底部至巷道軌面的垂直距離,不得低于巷道高度的1/2,且不得小于1.8m。
⑤高度大于4m的巷道,應設置雙層棚子。上層水槽(或水袋)的總水量,按巷道全面積每平方米30L單獨計算,下層水槽棚用水量,仍按前述水槽棚用水量計算。
⑥棚區內的各排水棚的安設高度應保持一致;棚區處的巷道需要挑頂時,其斷面和形狀應與其前后各20m長度的巷道保持一致。
⑦同一排水棚內兩個水槽之間的間隙≯1.2m(水袋為≮l00m,也≯1.2m);水槽之間的間隙與水槽同巷道之間的間隙之和≯1.5m,特殊情況≯1.8m。每排水棚中的水槽,所占據巷道寬度之和與巷道最大寬度的比例:巷道凈斷面<10m2,至少為35%;巷道凈斷面10~12m2,至少為50%;凈斷面>12m2,至少為65%。
⑧首排水棚距工作面的距離,必須保持60~200m范圍內。
⑨水棚應設置在巷道的直線段內;水棚與巷道的交叉口、轉彎處、變坡處之間的距離,不得小于50m。
⑩懸掛隔爆水袋的掛鉤,其角度要大于75°,如圖2-2-28所示,以便受爆炸沖擊波作用時能夠順利脫鉤,使水傾灑彌漫于巷道中。
在傾斜巷道中安設水袋棚時,棚子與棚子之間應用鉛絲拉緊,以免棚子晃動;并應調整水袋架與金屬支架的連接構件,使袋面保持水平。
3)隔爆巖粉棚
在缺水、濕度小的礦井可選用巖粉棚。巖粉棚架設在巷道的頂部,在瓦斯煤塵爆炸產生的沖擊波作用下,堆放在木板上的巖粉分散開來,形成巖粉云帶,當滯后于沖擊波傳播的火焰到達這一區域時被撲滅,實現隔絕連續爆炸的目的。
(1)巖粉棚的結構。巖粉棚的結構應保證其動作的可靠性。即在發生弱爆炸的情況下也容易動作,而且巖粉分散狀態良好;同時,還必須保證在正常作業條件下,如爆破或其他振動作用下不發生誤動作。根據這一原則,各國研制了多種形式的巖粉棚和巖粉箱,如圖2-2-29所示。試驗表明,波蘭研制的巴爾巴拉型巖粉棚(如圖2-2-30所示)較為合理,包括我國在內的不少國家已推廣應用。巳爾巴拉型巖粉棚分為輕型和重型兩種形式(只是尺寸、裝載量不同,而結構完全一樣),其規格尺寸見表2-2-35。
(2)巖粉棚安設原則。巖粉棚必須架設在距可能發生爆炸地點60~300m范圍內,超
表2-2-35 巴爾巴拉型巖粉棚規格表
棚架構件 | 輕型棚 | 重型棚 |
巖粉板平臺寬/mm | ≤350 | 350~550 |
巖粉板寬/mm | 100~150 | 100~150 |
巖粉板長/mm | ≤350 | 350~550 |
臺板高/mm | 150 | 550 |
中間距/mm | 最大200 | 最大200 |
巖粉板平臺載巖粉量/㎏·m-1 | 30 | 60 |
出這個范圍后巖分的可靠性就會降低。另外,還應遵循以下基本原則:
①應安設在直線巷道內,巷道斷面無大變化。如果受條件限制不能滿足這一要求時,棚區應設在巷道拐角或斷面變化段后方50~60m。
②巖粉棚應垂直于巷道軸線方向,靠頂板橫向布置。巖粉棚的長度不能小于設置地點巷道寬度的70%,達不到這一要求時,可將巖粉棚布置成相互錯開的鋸齒形,或者在巷道兩幫設置順幫棚子,予以補齊。
③必須有足夠的抑制火焰的巖粉量。我國規定,應按安設巖粉棚地點的巷道斷面計算,對于集中式布置的主要巖粉棚(重型棚)按400kgm2計算,輔助巖粉棚(輕型棚)按200kgm2計算。
④巖粉棚之間的間距,輕型棚為1.0~2.0m,重型棚為1.2~3.0m;棚區長度,集中式布置時不應小于30m,輕型棚的棚區長度應不小于20m。
⑤堆放巖粉的巖粉板與兩側的支柱(或兩幫)之間的間隙不得小于50mm;巖粉板板面距頂梁(或頂板)之間的距離為250~300mm,使堆放的巖粉頂部距頂梁(或頂板)之間的距離不小于100mm;巖粉板距軌面不小于1.8m。
⑥嚴禁用鐵釘或鐵絲將巖粉板與臺木和支撐木固定死。
⑦至少每月進行一次檢查,巖粉受潮、變硬等應立即更換;巖粉量減少應立即補充;巖粉表面有沉積煤塵時應予以清除。
4)自動式隔爆棚
近些年來,許多國家先后研制和使用了各種形式的自動式隔爆棚,對抑制爆炸具有很好效果。
自動式隔爆棚是利用各種傳感器測量爆炸所產生的各種物理參數并迅速轉換成電信號,指令機構的演算器根據這些信息準確地計算出火焰傳播的速度,并在最恰當的時候發出動作信號,讓抑制裝置強制噴撒出消火劑而阻隔爆炸。自動式隔爆設施的原理如圖2-2-31所示。
自動式隔爆棚采用的傳感器主要有:紅外線傳感器、紫外線傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等;隔滅火材料可采用:水、巖粉、重碳酸鈣、重碳酸鍋、重碳酸餌、氮氣、二氧化碳等'惰'性氣體和磷酸錢等;使隔滅火材料飛散的動力有:雷管、導爆索、壓縮氣體(惰性氣體)以及它們的組合。
研制出的自動式隔爆棚,其相關設備與器材,必須符合國家和行業標準的相關規定。