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煤塵爆炸及預(yù)防——煤塵的抑制與隔絕

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上一篇：防范粉塵爆炸安全檢查要求

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1
第四章    煤塵爆炸及預(yù)防
主講教師：王亞軍

黑龍江科技學(xué)院
2009.3
2
4.2 煤塵爆炸的抑制與隔絕
一、我國關(guān)于隔絕煤塵爆炸的規(guī)定
           第一百五十五條 開采有煤塵爆炸危險煤層的礦井，必須有預(yù)防和隔絕煤塵爆炸的措施。礦井的兩翼、相鄰的采區(qū)、相鄰的煤層、相鄰的采煤工作面間，煤層掘進(jìn)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(dú)立通風(fēng)并有煤塵爆炸危險的其他地點(diǎn)同與其相連通的巷道間，必須用水棚或巖粉棚隔開。
隔爆裝置隔爆原理
      在瓦斯煤塵爆炸時隔爆裝置將會動作（水槽、巖粉槽破碎，水袋脫鉤），并拋撒消焰劑形成抑制帶，撲滅滯后于沖擊波傳播的爆炸火焰，以阻止爆炸傳播。隔爆裝置根據(jù)其動作方式的不同可分為被動式隔爆裝置和自動抑爆裝置。

3
隔爆技術(shù)：主要為巖粉棚和水棚兩種。
按隔爆棚的保護(hù)范圍又可分為主要隔爆棚和輔助隔爆棚。

4
主要隔爆棚設(shè)置在下列地點(diǎn)：
（1）礦井兩翼與井筒連通的主要運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷；
（2）相鄰采區(qū)之間的集中運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道；
（3）相鄰煤層之間的運(yùn)輸石門和回風(fēng)石門。
輔助隔爆棚設(shè)置在下列地點(diǎn)：
（1）采區(qū)工作面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷道；
（2）采區(qū)內(nèi)的煤層掘進(jìn)巷道；
（3）采用獨(dú)立通風(fēng)，并有煤塵爆炸危險的其他巷道。
水棚
水棚包括水槽和水袋，水袋宜作為輔助隔爆水棚。
水槽的規(guī)格：40L;80L
水棚分為主要隔爆棚和輔助隔爆棚，按布置方式又分為集中式和分散式，分散式水棚只能作為輔助水棚。

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分散式隔爆棚的優(yōu)點(diǎn)
1、如爆源在分散式隔爆棚范圍內(nèi)，則需較少的消火劑就能熄滅爆炸火焰，而且產(chǎn)生的有毒氣體較少。
2、在目前開采技術(shù)條件下，集中式隔爆棚已不能阻止強(qiáng)烈爆炸的傳播（火焰速度1000m/s，壓力達(dá)1000kpa）
8
水槽棚水力分布特性（MT157）
9
水槽破碎所需爆炸壓力不得大于16kpa；水袋動作所需爆炸壓力不得大于12kpa。
行成最佳水霧的動作時間不得大于150ms
最佳水霧持續(xù)時間：對水槽不得小于250ms；對水袋不得小于160ms
最佳水霧分散長度不得小于5m
最佳水霧分散寬度不得小于3.5m
最佳水霧分散高度不得小于3m
隔爆性能：爆炸火源不得超過140m。
水槽棚的作用及優(yōu)點(diǎn)
1 降低煤塵的飛揚(yáng)能力，使浮塵變?yōu)槁鋲m。
2吸收大量熱量，降低火焰問題。
3水被汽化后產(chǎn)生大量水蒸汽，降低空氣中的氧氣濃度。
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水棚用水量
       集中式水棚的用水量按巷道斷面計算:主要隔爆棚的水量不得少于400L／m2，輔助隔爆水棚的水量不得少于200L／m2;分散式水棚的水量按棚區(qū)所占巷道的空間體積計算，不小于1.2 L／m3。

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水棚布置的要求
1)   斷面S＜10 m2時，nB/L×100≥35%；
2）斷面S＜12 m2時，nB/L×100≥60%；
3）斷面S＞12 m2時，nB/L×100≥65%；
式中：
        n——排棚上的水槽（袋）個數(shù)；
        B——水棚迎風(fēng)斷面寬度；
        L——水棚所在水平巷道寬度。

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水槽棚的計算
（1）總水量
G=g·s
式中：G—總水量，kg 
             g—每m2巷道需水量kg/m2 。
             S—巷道斷面積m2。
（2）每架水棚水量Gn
（3）水棚架數(shù)n=G/Gn

13
水槽棚的計算
（4）水棚區(qū)長度
L=n·c
式中：L—水棚區(qū)長度，m
            n—水棚架數(shù)，架
            c—水棚間距，m，取c=1.4～1.6m。

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相關(guān)巷道水棚長度及水棚架數(shù)
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序號	設(shè)置地點(diǎn)	需水量（kg/m2）	巷道
斷面
（m2）	水棚架數(shù)
（架）	棚區(qū)長度（m）	水棚間距
（m）	每組水量（kg）
1	工作面運(yùn)輸巷	200	14.8	19	30	1.5	2960
2	工作面膠帶輸送機(jī)巷	200	12.8	16	25	1.5	2560
3	工作面回風(fēng)巷	200	14.8	19	30	1.5	2960
4	中部車場巷道	400	21.8	31	45	1.4	8720
5	井底車場巷道	400	21.2	30	43	1.4	8480
6	井底車場運(yùn)輸石門	400	21.2	30	43	1.4	8480
7	井下爆炸材料發(fā)放硐室回風(fēng)通道	400	5.6	15	23	1.5	2240
水棚在巷道設(shè)置位置：
a)水棚應(yīng)設(shè)置在直線巷道內(nèi)；
b)水棚與巷道交叉口、轉(zhuǎn)彎處的距離須保持50m～75m，與風(fēng)門的距離大于25m；
c)第一排集中水棚與工作面的距離必須保持60m～200m，第一排分散式水棚與工作面的距離必須保持30m～60m
d)在應(yīng)設(shè)輔助隔爆棚的巷道應(yīng)設(shè)多組水棚，每組距離不大于200m。
16
水棚排間距離與水棚的棚間長度：
a)集中式水棚排間距離為1.2m～3.0m,分散式水棚沿巷道分散布置，兩個槽（袋）組的間距為10m～30m。
b)集中式主要水棚的棚區(qū)間長度不小于30m,集中式輔助棚的棚區(qū)長度不得小于20m，分散式水棚的棚區(qū)長度不得小于200m。

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水棚的安裝方式：
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圖3-3-1  KYG 型快速移動式隔爆棚（l 架）
結(jié)構(gòu)示意圖（巷道縱向視圖）
1一 單軌吊環(huán)；2一 單軌；3一 移動裝里；
4 一支撐桿，5 一水槽架，6 一 水槽；7 一 鋼絲繩
水棚排間距離與水棚的棚間長度：
d)水槽（袋）之間的間隙與水槽（袋）同支架或巷道壁之間的間隙之和不大于1.5m，特殊情況下不超過1.8m，兩個水槽（袋）之間的間隙不得大于1.2m；
e)水槽（袋）邊與巷道、支架、頂板、構(gòu)物架之間的距離不得小于0.1m，水槽（袋）底部到頂梁（頂板）的距離不得大于1.6m，如頂梁大于1.6m，則必須在該水槽（袋）上方增設(shè)一個水槽（袋）；

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水棚排間距離與水棚的棚間長度：
f)水棚距離軌道面的高度不小于1.8m，水棚應(yīng)保持同一高度，需要挑頂時，水棚區(qū)內(nèi)的巷道斷面應(yīng)與其前后各20m長的巷道斷面一致。
g)當(dāng)水袋采用易脫鉤的布置方式時，掛鉤位置要對正，每對掛鉤的方向要相向布置（鉤尖與鉤尖相對），掛鉤為直徑4mm～8mm的圓鋼，掛鉤角度為60°±5°，彎鉤長度為25mm。

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水槽棚隔爆效果的影響因素
煤塵爆炸強(qiáng)度
（50~350m/s）
動作時間
（0.06~6.23s）
安設(shè)位置

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水棚的管理及注意事項
⑴生產(chǎn)期間，礦井通風(fēng)圖上須表明準(zhǔn)確位置，注明棚區(qū)長度，水棚裝置形式、總水量。
⑵水棚區(qū)布置有上水管接頭，備有上水軟管。損壞的水棚必須及時更換，隨時補(bǔ)充水槽內(nèi)的水，40L水槽的實際盛水量不得小于35L。
⑶水棚與工作面距離超過規(guī)定時，要及時移動，移動水棚時必須按規(guī)定進(jìn)行，先將一半水棚移到指定位置安裝好，盛滿水后，再移動另一半水棚到新指定的地點(diǎn)安裝好并盛滿水。
⑷水棚蓋或水面有沉積的煤塵及時清除。（5％）
⑸水棚應(yīng)進(jìn)行周期性檢查，采區(qū)內(nèi)不超過一個月，其它巷道不超過兩個月。

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巖粉棚
巖粉棚分為重型巖粉棚和輕型巖粉棚，重型巖粉棚作為主要巖粉棚，輕型巖粉棚作為輔助巖粉棚。
?巖粉棚的巖粉用量按巷道斷面積計算，主要巖粉棚為400kg/ m2,輔助巖粉棚為200 kg/ m2。

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巖粉棚及巖粉棚架的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)
a)巖粉棚的寬度為100mm～150mm；巖粉棚長度：重型棚為350mm～500mm，輕型棚為≤350mm；
b) 堆積巖粉的板與兩側(cè)支柱（或兩幫）之間的間隙不得小于50mm；
c)巖粉板面距頂梁（或頂板）之間的距離為250mm～300mm，使堆積巖粉的頂部與頂梁（或頂板）之間的距離不得小于100mm；

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巖粉棚及巖粉棚架的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)
d)巖粉棚的排間距離：重型棚1.2m～3.0m，輕型棚為1.0m～2.0m；
e)巖粉棚與工作面之間的距離，必須保持在60m～300m之間；
f)巖粉棚不得用鐵釘或鐵絲固定；
g)巖粉棚上的巖粉，每月至少進(jìn)行一次檢查，如果巖粉受到潮濕、變硬則應(yīng)立即更換，如果巖粉量減少，則應(yīng)立即補(bǔ)充，如果在巖粉表面沉積有煤塵則應(yīng)加以清除。

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自動隔爆裝置
     自動抑爆裝置是利用傳感器探測爆炸信號，觸發(fā)自帶的動力源噴灑消焰劑，形成抑制帶。自動抑爆裝置主要由傳感器、控制儀、噴灑器組成。

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爆炸抑制技術(shù)
       抑爆技術(shù)的有效性和可靠性主要取決于粉塵的物理化學(xué)性質(zhì)、爆炸特性系數(shù)、抑爆空間的幾何參數(shù)及初始流動狀態(tài)、抑爆系統(tǒng)的爆炸探測方式、抑爆劑的選擇及抑爆器的各種技術(shù)參數(shù)。
爆炸探測方式
抑爆劑及數(shù)量
抑爆器噴灑技術(shù)參數(shù)

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爆炸探測方式
    抑爆系統(tǒng)廣泛采用爆炸壓力探測方式
在大型容器、車間抑爆時，多采用爆炸壓力閾值來判斷；
在小型容器中，采用爆炸壓力上升速度來探測；
在煤礦中，多采用對瓦斯或煤塵火焰敏感的紅外火焰?zhèn)鞲衅骰蜃贤饣鹧鎮(zhèn)鞲衅鳌?
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抑爆劑種類和數(shù)量
      主要考慮對各種可燃性粉塵的適用性、抑爆效率和對工藝環(huán)境的適應(yīng)性
常用的抑爆劑：
halon系列、
水、
磷酸鹽、
碳酸鹽、
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抑爆器能否快速噴灑并維持抑爆帶
儲壓式：英國Graviner公司研制的HRD系列采用爆炸切割閥瞬間釋放高壓存儲氮?dú)鈬姙⒎绞剑ㄟ^短管和噴嘴噴灑液體或粉狀抑爆劑。噴灑范圍4~10m，動作延遲時間小于10ms。
缺點(diǎn)：高壓氮?dú)忾L期存儲困難，抑爆器維護(hù)費(fèi)用高等不足。
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抑爆器能否快速噴灑并維持抑爆帶
爆破拋散式：采用導(dǎo)爆索爆破噴灑液體或粉狀抑爆劑。
美國研制的Cardox型抑爆器，成霧時間為180～490ms。
YBW型抑爆裝置：斷面為10平米，最佳水霧行成時間小于150ms，水霧存在時間超過500ms。

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抑爆器能否快速噴灑并維持抑爆帶
實時產(chǎn)氣噴灑技術(shù)：利用產(chǎn)氣劑快速燃燒產(chǎn)生大量的高壓氣體噴灑抑爆劑
ZYB-S抑爆器：在10平米的巷道中，成霧時間小于90ms，粉霧存在時間超過1000ms。
前蘇聯(lián)研制的ВПУ系列抑爆器成霧時間為100ms。
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圖3-3-6  ZYB-S 型自動產(chǎn)氣式
抑爆裝置的抑爆原理示意圖
1 一火焰陣面；2 一火焰?zhèn)鞲衅鳎?
3 一控制單元；4 一噴灑器

ZYB-S 型自動產(chǎn)氣式抑爆裝置
       當(dāng)瓦斯或煤塵爆炸或著 火時，火焰?zhèn)鞲衅鹘邮盏交鹧嫘盘?，并傳輸?shù)揭直b置控制盒中，控制盒給出觸發(fā)信號，實時氣體發(fā)生器快速產(chǎn)生并迅速釋放大量氣體，高壓氣體經(jīng)緩沖器調(diào)整后，在抑爆劑存儲器中形成粉氣混合物，最后經(jīng)噴射頭噴出形成抑爆粉霧，達(dá)到撲滅爆炸火焰阻止爆炸傳播的目的。
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ZYB-S 型自動產(chǎn)氣式抑爆裝置
       該裝置適宜安裝在掘進(jìn)機(jī)上使用，采用的抑爆裝置型號、數(shù)量應(yīng)根據(jù)巷道斷面確定：10m2及其以上，安裝2個ZYB -SI 型噴灑器；10m2 以下，安裝2個ZYB -SⅡ 型噴灑器。噴灑器安裝在掘進(jìn)機(jī)懸臂根部兩側(cè)。

35
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YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置
YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置由HWD-I 火焰?zhèn)鞲衅鳌QB 傳爆器、ST 連接器、WDY 噴灑器與JC -I 檢測器組成。
37
YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置
       當(dāng)HWD -I 火焰?zhèn)鞲衅鞲惺艿交鹧嫘盘?，可將其輻射能轉(zhuǎn)化為電能，觸發(fā)CQB 傳爆器中的礦用安全電雷管，通過ST 連接器觸發(fā)相聯(lián)的WDY 噴灑器中的導(dǎo)爆管雷管，形成水霧抑制帶，撲滅爆炸火焰，控制爆炸的傳播。
       YBW-I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置以水為抑爆劑，采用爆破拋散抑爆劑成霧方式。
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YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置
  噴灑器：
        柱形阻燃聚胺脂泡沫為儲水介質(zhì)，沿泡沫柱體軸線為導(dǎo)爆索，泡沫柱體外側(cè)被塑料膜密封，并用鋼絲網(wǎng)配合角鋼加以固定。?
       采用吸水性能良好的阻燃聚胺脂泡沫可使抑爆劑徑向初始分布均勻，使導(dǎo)爆索觸發(fā)時形成水霧分布狀態(tài)良好，同時具有較高的噴灑效率；另一方面，阻燃聚胺脂泡沫對導(dǎo)爆索火焰能起到殲滅的作用，使火焰不致外泄。  
39
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圖3-3-8 WDY 噴灑器結(jié)構(gòu)示意圖
1 一墻蓋；2 一外殼；
3 一儲水泡沫；
4 一接線盒；5 一導(dǎo)爆索
YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置
        YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置適用于煤巷掘進(jìn)工作面，在距離工作面20 ～ 45m 范圍內(nèi)可有效撲滅瓦斯煤塵爆炸火焰，阻止爆炸傳播，具有抑爆距離小的特點(diǎn)。

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YBW -I 型無電源觸發(fā)式抑爆裝置
優(yōu)點(diǎn)：
1在距工作面20～45m范圍內(nèi)可有效撲滅瓦斯煤塵爆炸火焰，具有抑爆距離小的優(yōu)點(diǎn)。
2采用內(nèi)儲能抑爆劑噴灑方式，具有水霧行成時間短，霧粒分布均勻，霧體范圍大，存在時間長的特點(diǎn)。
3無需外供電源，現(xiàn)場維修方便。
4采用導(dǎo)爆管信號傳輸方式，動作靈敏可靠。
42
主要技術(shù)指標(biāo)：
噴灑器滯后時間：＜10ms水霧形成狀態(tài)：10m2/150ms水霧存在時間：＞300ms
43
44
本章小結(jié)
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