开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井,必须有预防和隔绝煤尘爆炸的措施。矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层、相邻的采煤工作面间,煤层掘进巷道同与其相连的巷道间,煤仓同与其相连通的巷道间,采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其他地点同与其相连通的巷道间,必须用水棚或岩粉棚隔开。
必须及时清除巷道中的浮煤,清扫或冲洗沉积煤尘,定期撒布岩粉;应定期对主要大巷刷浆。
【解读】本条是关于采取隔爆措施和安设隔爆设施的规定。
1.隔爆设施的重要意义及原理
在瓦斯煤尘爆炸的类型中有一种连续爆炸的形式,大大增加了事故灾难程度。1960年5月9日,大同老白洞煤矿14号井井底车场的翻笼在连续翻煤时煤尘飞扬(3m内看不见人、附近棚梁上积尘达3~5㎝),电机车运行产生电火花引爆飞扬的煤尘,由于其他巷道积尘严重(1寸多厚)导致煤尘连续爆炸,致使井下912人中死亡684人,整个矿井惨遭破坏,这是建国以来最严重的一次矿难事故。1968年10月24日,山东新汶矿务局华丰煤矿一掘面爆破引起煤尘爆炸,又在2040m的巷道内发生煤尘连续爆炸,死亡108人。1969年4月4日,新汶局潘西矿电机车弓子的启动火花引起煤尘爆炸,波及矿井东翼两个水平4个地点的煤尘连续爆炸,造成115人死亡等。
为防止发生连续爆炸事故,该条规定了开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井,必须在相关地点安设隔绝煤尘爆炸的设施。发生连续爆炸的原因和安设隔爆设施的原理如下。瓦斯或煤尘爆炸产生的冲击波的传播速度(2340m/s)远大于火焰的传播速度(112~1800m/s),随着时间的延长,两者差距愈来愈大,当走在前面的冲击波将巷道积尘(如果存在沉积煤尘)再次扬起呈浮游状态且达到爆炸下限浓度时,而高温火源又接踵而至,就会把扬起的煤尘引爆,发生第二次连续爆炸。同理,如果巷道积尘严重,可能发生第三次、第四次……连续爆炸。
隔爆设施(主要是指隔爆水幕、隔爆水棚或岩粉棚、自动式隔爆棚等设施,不含巷道撒布岩粉、洒水、清洗积尘等隔爆措施)的原理就是利用冲击波与火焰的速度差而设置的:借助于已经形成的爆炸冲击波或爆风的冲击力,使隔爆设施动作(倾倒或击碎),将消焰剂(岩粉、水等)弥撒于巷道空间,阻隔(或熄灭)爆炸火焰的传播,实现隔绝煤尘连续爆炸的目的。
发生煤尘爆炸或煤尘连续爆炸的主要危险来源于沉积煤尘。1976年11月2日,山西大同矿务局挖金湾煤矿挖金湾井三O一盘区第六部皮带的134开关短路引起火灾,因无水管和灭火器材,正在等待封闭材料时,矿组织人员携带灭火器赶到现场,这些人员进入巷道时踏起的积尘顺风飘入火区爆炸,造成现场10名救护队员和矿参加灭火的13名人员死亡,如图2-2-26所示。所以《规程》规定"必须及时清扫或冲洗沉积煤尘"。
2.隔爆措施
所谓隔爆措施,是指把已经发生的爆炸截住,不使其传播开来,以限制在最小的范围内,使爆炸不至于由局部扩大为全矿性的重大灾难而所采取的措施。隔爆措施主要包括:巷道撒布岩粉、冲洗或清扫巷道积尘、隔爆水幕、隔爆水棚和岩粉棚等。其中,水棚与岩粉棚比较具有以下优点:
①水的比热较岩粉高5倍,因而吸热量大,隔爆效果好;
②水在接触高温火焰时形成的水蒸气,更有利于扑灭火焰;
③在冲击波的作用下,水飞洒的时间比岩粉更短;
④水的供给比岩粉更为方便,可长期使用不必更换,而岩粉必须经过加工和定期更换。因此,近年来水棚已逐渐取代岩粉棚,我国将水棚作为隔爆的主要形式。
1)巷道撒布岩粉隔爆措施
在巷道内撒布岩粉,增加了煤尘中的灰分,削弱和抑制煤尘的爆炸性。巷道撒布岩粉作为隔爆措施时,必须按下列规定执行:
(1)对岩粉的要求:
①可燃物含量<5%;
②游离SiO2含量<5%;
③不含有毒、有害的混合物;
④色淡白、鲜明,通常用石灰石制作;
⑤潮湿巷道应使用抗湿性岩粉;
⑥岩粉必须全部通过50号筛(筛径<0.2mm),其中70%以上应通过200号筛(筛径<0.074mm)。
(2)岩粉量计算:
对岩粉用量的要求可用下列指标计算:在开采瓦斯煤层时,岩粉与沉积煤尘混合后的粉尘中,不燃物质的含量不应小于80%;在开采低瓦斯煤层时,应不小于70%。
(3)岩粉撒布要求:
①巷道的所有表面,包括顶、底、帮以及背板后面的暴露处,都应撒布岩粉覆盖;而岩粉撒布长度不得小于300m,长度不足300m的巷道则要全部撤布:
②当有爆炸危险性煤层与无爆炸危险煤层同时开采时,应在两种煤层的连接处撒布岩粉;
③在有爆炸性煤尘经常积聚的地点,须经常撒布岩粉;
④工作面的上、下口,须经常撒布岩粉;但设有喷雾洒水地点或巷道潮湿,且煤尘中水分大于12%的地区,可以不撒布岩粉。
(4)岩粉撒布方法:
人工撒布或压气撒布均可,撒布时人员必须站在风流上方。
2)冲洗或清扫巷道积尘隔爆措施
定期对巷道积尘进行冲洗,并要及时运出,从而杜绝积尘飞扬和参与爆炸的可能性。冲洗或清扫巷道积尘作为隔爆措施时,必须按下列规定执行:
(1)冲洗或清扫的巷道长度不得少于300m,而长度不足300m的巷道则必须全巷进行冲洗或清扫。
(2)冲洗顺序由顶板至两帮和底板,并应将包括背板后面的所有积尘冲洗干净;冲洗巷壁的耗水量按巷壁面积2L/㎡计算。
(3)凡有煤尘沉积的巷道,均需根据情况定期清扫,并必须将积尘运出。
3)水幕隔爆措施
隔爆水幕是利用爆炸时的高温将水汽化为水幕带并吸收大量热量,致使爆炸火焰熄灭而不能扩展蔓延。采取隔爆水幕措施时,必须遵守下列规定:
(1)隔爆水幕的用水总流量、前后两排水幕之间的间距和水幕区段的长度等,应据巷道断面积而定,且必须符合表2-2-33要求。
(2)水幕的供水压力不小于0.4MPa。
(3)每排水幕中喷嘴的安装数量和安装角度,应使每排水幕的喷雾能够封闭该处巷道的全断面,尤其是巷道的顶部,不得出现无水喷雾的死角。
(4)水幕中各个喷嘴的喷出雾粒的数量,其中应有50%的粒径必须小于140μm。
(5)必须保证水幕在发生爆炸时正常供水,应采取水幕系统单独供水;水幕供水管路应采用耐爆炸的钢管,并采取相应的保护措施。
(6)必须保持所有喷嘴良好的喷雾状态,喷嘴损坏或堵赛时必须及时更换和处理。
(7)每月检查与测定一次喷嘴的喷雾状态和水压,每季检测一次水的流量和雾粒粒径,并做好记录。
3.隔爆设施
在采取隔绝爆炸的措施时,需要安设的相关设施,称为隔爆措施。主要包括隔爆水幕、隔爆水棚(岩粉棚)、自动式隔爆棚等。
1)隔爆水幕
见本条解读相关内容。
2)隔爆水棚
(1)水棚结构。隔爆水棚是由架设于巷道顶部充满水的水槽或水袋组成。水槽有木制(内铺塑料布)、铁制及塑料制品,其中以塑料制品为主要形式。塑料水槽的规格主要有40L、80L两种。水袋主要为塑料制品,主要规格有40L、60L、80L三种。
水槽和水袋都必须符合《煤矿用隔爆水槽、隔爆水袋通用技术条件》的规定,经国家质检部门检验合格。
(2)水棚分类及设置地点。隔爆水棚按其隔绝煤尘爆炸的保护范围,可分为主要隔爆棚和辅助隔爆棚。但由40L及小于40L的水袋所组成的水袋棚,不得作为主要隔爆棚。
①主要隔爆棚设置地点:
矿井两翼与井筒相连通的主要运输大巷和回风大巷;相邻采区之间的集中运输巷和回风巷;
相邻煤层之间的运输石门和回风石门。
②辅助隔爆棚设置地点:
采煤工作面进风巷和回风巷;
采区内的煤或半煤巷掘进巷道;采用独立通风,并有煤尘爆炸危险的其他巷道(含与煤仓、装载点相通的巷道)。
(3)水棚设置方式及位置。水棚设置方式可分为集中式和分散式两种。但分散式水槽棚或水袋棚,都不得作为主要隔爆棚。
隔爆水棚设置的位置及要求,详见表2-2-34和图2-2-27。
表2-2-34 隔爆水棚的设置位置及要求
水棚名称 | 设置方式 | 水棚设置位置 | |||
巷道直线段 | 前列(排)水棚位置 | 与巷道交叉口拐弯处距离/m | 与风门、风窗距离/m | ||
水槽棚 | 集中式 | 水棚安设前后20m的断面一致 | 与工作面、转载点距离为60~200m | 50~75 | >25 |
水袋棚 | 集中式 | 水棚安设前后20m的断面一致 | 距掘进头、回采面上下口、转载点为60~160m,但≯200 | 50~75 | >25 |
分散式 | 水棚安设前后20m的断面一致 | 首列棚组距掘进头、回采面上下口为30~35m,但≯60m | ≮30 |
(4)水棚设置的规定与要求。隔爆水棚设置必须遵守以下规定:
①隔爆水棚的排间距为1.2~3.0m,主要隔爆水棚的棚区长度不小于30m,辅助隔爆水棚的棚区长度不小于20m,分散式水袋棚棚区长度不小于120m。
②隔爆水棚的用水量按巷道的断面积计算:主要隔爆棚不得少于400L/m2,辅助隔爆棚不得少于200L/m2,分散式隔爆棚按棚区所占巷道空间1.2L/m3计算。
③水槽或水袋在井下巷道的安装方式采用吊挂式,并呈横向布置(即长边垂直于巷道轴线)。
④水槽(或水袋)外边缘距巷壁(两帮)、顶梁(无支架时为顶板)之间的垂直距离≮100mm;水槽(或水袋)底部至顶板(梁)的垂直距离≯1.6m(水袋为≯1.0m),否则,必须在其上方增设1个水槽(水袋);水槽(或水袋)底部至巷道轨面的垂直距离,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,应设置双层棚子。上层水槽(或水袋)的总水量,按巷道全面积每平方米30L单独计算,下层水槽棚用水量,仍按前述水槽棚用水量计算。
⑥棚区内的各排水棚的安设高度应保持一致;棚区处的巷道需要挑顶时,其断面和形状应与其前后各20m长度的巷道保持一致。
⑦同一排水棚内两个水槽之间的间隙≯1.2m(水袋为≮l00m,也≯1.2m);水槽之间的间隙与水槽同巷道之间的间隙之和≯1.5m,特殊情况≯1.8m。每排水棚中的水槽,所占据巷道宽度之和与巷道最大宽度的比例:巷道净断面<10m2,至少为35%;巷道净断面10~12m2,至少为50%;净断面>12m2,至少为65%。
⑧首排水棚距工作面的距离,必须保持60~200m范围内。
⑨水棚应设置在巷道的直线段内;水棚与巷道的交叉口、转弯处、变坡处之间的距离,不得小于50m。
⑩悬挂隔爆水袋的挂钩,其角度要大于75°,如图2-2-28所示,以便受爆炸冲击波作用时能够顺利脱钩,使水倾洒弥漫于巷道中。
在倾斜巷道中安设水袋棚时,棚子与棚子之间应用铅丝拉紧,以免棚子晃动;并应调整水袋架与金属支架的连接构件,使袋面保持水平。
3)隔爆岩粉棚
在缺水、湿度小的矿井可选用岩粉棚。岩粉棚架设在巷道的顶部,在瓦斯煤尘爆炸产生的冲击波作用下,堆放在木板上的岩粉分散开来,形成岩粉云带,当滞后于冲击波传播的火焰到达这一区域时被扑灭,实现隔绝连续爆炸的目的。
(1)岩粉棚的结构。岩粉棚的结构应保证其动作的可靠性。即在发生弱爆炸的情况下也容易动作,而且岩粉分散状态良好;同时,还必须保证在正常作业条件下,如爆破或其他振动作用下不发生误动作。根据这一原则,各国研制了多种形式的岩粉棚和岩粉箱,如图2-2-29所示。试验表明,波兰研制的巴尔巴拉型岩粉棚(如图2-2-30所示)较为合理,包括我国在内的不少国家已推广应用。巳尔巴拉型岩粉棚分为轻型和重型两种形式(只是尺寸、装载量不同,而结构完全一样),其规格尺寸见表2-2-35。
(2)岩粉棚安设原则。岩粉棚必须架设在距可能发生爆炸地点60~300m范围内,超
表2-2-35 巴尔巴拉型岩粉棚规格表
棚架构件 | 轻型棚 | 重型棚 |
岩粉板平台宽/mm | ≤350 | 350~550 |
岩粉板宽/mm | 100~150 | 100~150 |
岩粉板长/mm | ≤350 | 350~550 |
台板高/mm | 150 | 550 |
中间距/mm | 最大200 | 最大200 |
岩粉板平台载岩粉量/㎏·m-1 | 30 | 60 |
出这个范围后岩分的可靠性就会降低。另外,还应遵循以下基本原则:
①应安设在直线巷道内,巷道断面无大变化。如果受条件限制不能满足这一要求时,棚区应设在巷道拐角或断面变化段后方50~60m。
②岩粉棚应垂直于巷道轴线方向,靠顶板横向布置。岩粉棚的长度不能小于设置地点巷道宽度的70%,达不到这一要求时,可将岩粉棚布置成相互错开的锯齿形,或者在巷道两帮设置顺帮棚子,予以补齐。
③必须有足够的抑制火焰的岩粉量。我国规定,应按安设岩粉棚地点的巷道断面计算,对于集中式布置的主要岩粉棚(重型棚)按400kgm2计算,辅助岩粉棚(轻型棚)按200kgm2计算。
④岩粉棚之间的间距,轻型棚为1.0~2.0m,重型棚为1.2~3.0m;棚区长度,集中式布置时不应小于30m,轻型棚的棚区长度应不小于20m。
⑤堆放岩粉的岩粉板与两侧的支柱(或两帮)之间的间隙不得小于50mm;岩粉板板面距顶梁(或顶板)之间的距离为250~300mm,使堆放的岩粉顶部距顶梁(或顶板)之间的距离不小于100mm;岩粉板距轨面不小于1.8m。
⑥严禁用铁钉或铁丝将岩粉板与台木和支撑木固定死。
⑦至少每月进行一次检查,岩粉受潮、变硬等应立即更换;岩粉量减少应立即补充;岩粉表面有沉积煤尘时应予以清除。
4)自动式隔爆棚
近些年来,许多国家先后研制和使用了各种形式的自动式隔爆棚,对抑制爆炸具有很好效果。
自动式隔爆棚是利用各种传感器测量爆炸所产生的各种物理参数并迅速转换成电信号,指令机构的演算器根据这些信息准确地计算出火焰传播的速度,并在最恰当的时候发出动作信号,让抑制装置强制喷撒出消火剂而阻隔爆炸。自动式隔爆设施的原理如图2-2-31所示。
自动式隔爆棚采用的传感器主要有:红外线传感器、紫外线传感器、温度传感器、压力传感器等;隔灭火材料可采用:水、岩粉、重碳酸钙、重碳酸锅、重碳酸饵、氮气、二氧化碳等'惰'性气体和磷酸钱等;使隔灭火材料飞散的动力有:雷管、导爆索、压缩气体(惰性气体)以及它们的组合。
研制出的自动式隔爆棚,其相关设备与器材,必须符合国家和行业标准的相关规定。