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煤塵爆炸及預防——煤塵的抑制與隔絕

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1
第四章    煤塵爆炸及預防
主講教師：王亞軍

黑龍江科技學院
2009.3
2
4.2 煤塵爆炸的抑制與隔絕
一、我國關于隔絕煤塵爆炸的規定
           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。
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：主要為巖粉棚和水棚兩種。
按隔爆棚的保護范圍又可分為主要隔爆棚和輔助隔爆棚。

4
主要隔爆棚設置在下列地點：
（1）礦井兩翼與井筒連通的主要運輸大巷和回風大巷；
（2）相鄰采區之間的集中運輸巷道和回風巷道；
（3）相鄰煤層之間的運輸石門和回風石門。
輔助隔爆棚設置在下列地點：
（1）采區工作面進風、回風巷道；
（2）采區內的煤層掘進巷道；
（3）采用獨立通風，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。

7
分散式隔爆棚的優點
1、如爆源在分散式隔爆棚范圍內，則需較少的消火劑就能熄滅爆炸火焰，而且產生的有毒氣體較少。
2、在目前開采技術條件下，集中式隔爆棚已不能阻止強烈爆炸的傳播（火焰速度1000m/s，壓力達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。
水槽棚的作用及優點
1 降低煤塵的飛揚能力，使浮塵變為落塵。
2吸收大量熱量，降低火焰問題。
3水被汽化后產生大量水蒸汽，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；
        B——水棚迎風斷面寬度；
        L——水棚所在水平巷道寬度。

12
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n=G/Gn

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

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相關巷道水棚長度及水棚架數
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序號	設置地點	需水量（kg/m2）	巷道
斷面
（m2）	水棚架數
（架）	棚區長度（m）	水棚間距
（m）	每組水量（kg）
1	工作面運輸巷	200	14.8	19	30	1.5	2960
2	工作面膠帶輸送機巷	200	12.8	16	25	1.5	2560
3	工作面回風巷	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	井底車場運輸石門	400	21.2	30	43	1.4	8480
7	井下爆炸材料發放硐室回風通道	400	5.6	15	23	1.5	2240
水棚在巷道設置位置：
a)水棚應設置在直線巷道內；
b)水棚與巷道交叉口、轉彎處的距離須保持50m～75m，與風門的距離大于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)在應設輔助隔爆棚的巷道應設多組水棚，每組距離不大于200m。
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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間長度不小于30m,集中式輔助棚的棚區長度不得小于20m，分散式水棚的棚區長度不得小于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）
結構示意圖（巷道縱向視圖）
1一 單軌吊環；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，水棚應保持同一高度，需要挑頂時，水棚區內的巷道斷面應與其前后各20m長的巷道斷面一致。
g)當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
煤塵爆炸強度
（50~350m/s）
動作時間
（0.06~6.23s）
安設位置

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水棚的管理及注意事項
⑴生產期間，礦井通風圖上須表明準確位置，注明棚區長度，水棚裝置形式、總水量。
⑵水棚區布置有上水管接頭，備有上水軟管。損壞的水棚必須及時更換，隨時補充水槽內的水，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定時，要及時移動，移動水棚時必須按規定進行，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水棚應進行周期性檢查，采區內不超過一個月，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構及其參數
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構及其參數
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，每月至少進行一次檢查，如果巖粉受到潮濕、變硬則應立即更換，如果巖粉量減少，則應立即補充，如果在巖粉表面沉積有煤塵則應加以清除。

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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
       抑爆技術的有效性和可靠性主要取決于粉塵的物理化學性質、爆炸特性系數、抑爆空間的幾何參數及初始流動狀態、抑爆系統的爆炸探測方式、抑爆劑的選擇及抑爆器的各種技術參數。
爆炸探測方式
抑爆劑及數量
抑爆器噴灑技術參數

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爆炸探測方式
    抑爆系統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傳感器或紫外火焰傳感器。
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抑爆劑種類和數量
      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境的適應性
常用的抑爆劑：
halon系列、
水、
磷酸鹽、
碳酸鹽、
29
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氣噴灑方式，通過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：高壓氮氣長期存儲困難，抑爆器維護費用高等不足。
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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
實時產氣噴灑技術：利用產氣劑快速燃燒產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 型自動產氣式
抑爆裝置的抑爆原理示意圖
1 一火焰陣面；2 一火焰傳感器；
3 一控制單元；4 一噴灑器

ZYB-S 型自動產氣式抑爆裝置
       當瓦斯或煤塵爆炸或著 火時，火焰傳感器接收到火焰信號，并傳輸到抑爆裝置控制盒中，控制盒給出觸發信號，實時氣體發生器快速產生并迅速釋放大量氣體，高壓氣體經緩沖器調整后，在抑爆劑存儲器中形成粉氣混合物，最后經噴射頭噴出形成抑爆粉霧，達到撲滅爆炸火焰阻止爆炸傳播的目的。
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ZYB-S 型自動產氣式抑爆裝置
       該裝置適宜安裝在掘進機上使用，采用的抑爆裝置型號、數量應根據巷道斷面確定：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。噴灑器安裝在掘進機懸臂根部兩側。

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YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置
YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置由HWD-I 火焰傳感器、CQB 傳爆器、ST 連接器、WDY 噴灑器與JC -I 檢測器組成。
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YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置
       當HWD -I 火焰傳感器感受到火焰信號，可將其輻射能轉化為電能，觸發CQB 傳爆器中的礦用安全電雷管，通過ST 連接器觸發相聯的WDY 噴灑器中的導爆管雷管，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 型無電源觸發式抑爆裝置
  噴灑器：
        柱形阻燃聚胺脂泡沫為儲水介質，沿泡沫柱體軸線為導爆索，泡沫柱體外側被塑料膜密封，并用鋼絲網配合角鋼加以固定。?
       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，使導爆索觸發時形成水霧分布狀態良好，同時具有較高的噴灑效率；另一方面，阻燃聚胺脂泡沫對導爆索火焰能起到殲滅的作用，使火焰不致外泄。  
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圖3-3-8 WDY 噴灑器結構示意圖
1 一墻蓋；2 一外殼；
3 一儲水泡沫；
4 一接線盒；5 一導爆索
YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置
        YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置適用于煤巷掘進工作面，在距離工作面20 ～ 45m 范圍內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。

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YBW -I 型無電源觸發式抑爆裝置
優點：
1在距工作面20～45m范圍內可有效撲滅瓦斯煤塵爆炸火焰，具有抑爆距離小的優點。
2采用內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。
3無需外供電源，現場維修方便。
4采用導爆管信號傳輸方式，動作靈敏可靠。
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主要技術指標：
噴灑器滯后時間：＜10ms水霧形成狀態：10m2/150ms水霧存在時間：＞300ms
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本章小結
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