【正文】 井下嚴(yán)禁煙火，所用的照明以鎢絲礦燈為主，其發(fā)光的光譜波段從300 nm開始，不在紫外探測器的探測范圍之內(nèi)，紫外探。 圖114 紫外線火焰探測器電路原理方框圖 紫外光電管的光譜響應(yīng)為185～260nm，在遠(yuǎn)紫外光的范圍。 圖113聯(lián)實(shí)時產(chǎn)氣式自動抑爆器原理 1探測器 2控制器 3抑爆器 4火焰面 5沖擊波陣面 （1）紫外火焰探測器 紫外線火焰探測器的敏感元件為紫外光電管，電路方框圖如圖114所示。 自動式隔爆裝備 1） 實(shí)時產(chǎn)氣式自動抑爆裝置 其抑爆原理是將探測器布置在潛在爆源處，當(dāng)發(fā)生瓦斯(煤塵)點(diǎn)燃時，探測器將燃燒與爆炸火焰轉(zhuǎn)變成電信號傳送到控制器，控制器便發(fā)出指令，控制抑爆器內(nèi)的氣體發(fā)生劑迅速進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，釋放出大量氣體，驅(qū)動抑爆器內(nèi)的消焰劑，從噴撒機(jī)構(gòu)噴出，快速形成高濃度的消焰劑云霧，與火焰面充分接觸，吸收火焰的能量、終止燃燒鏈，使火焰熄滅，從而終止火焰面在瓦斯、煤塵云中的繼續(xù)傳播（見圖113）。噴灑裝置的作用是將抑制劑(巖粉、干粉或水)擴(kuò)散于巷道空間形成粉塵云或水霧帶。 控制器是向噴灑抑制劑的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動作指令的儀器。將探測器探測到的燃燒與爆炸火焰轉(zhuǎn)化為電信號傳送到控制器，控制器便發(fā)出指令，噴灑裝置噴灑出抑爆劑，撲滅爆炸火焰，從而終止火焰在瓦斯、煤塵云中的繼續(xù)傳播。在未來煤礦安全防治技術(shù)中，自動抑爆裝置必將占據(jù)主導(dǎo)地位。自動抑爆裝置的反應(yīng)快，能在瓦斯、煤塵爆炸（燃燒）初期抑制爆炸火焰的蔓延，從而將爆炸限制在很小的范圍內(nèi)，防止重大瓦斯煤塵爆炸事故的發(fā)生。大大提高了其適用性能，廣義地說，能夠抑制各種爆炸強(qiáng)度的瓦斯煤塵爆炸。我國從“六五”攻關(guān)以來，先后研究成功了ZGBY型自動隔爆裝置，YBWI型無電源自動抑爆裝置，ZHY12型實(shí)時產(chǎn)氣式自動抑爆裝置。 美國在1985年研制了以爆破拋撒為原理的Cardox型抑爆裝置，形成粉霧時間: 180~490ms。英國研制了以壓縮空氣推動活塞噴水的MKⅡ型抑爆裝置，它能在180ms內(nèi)將水?dāng)U散到巷道空間。 用 途：適用于煤礦井下輔助隔爆棚和主要隔爆棚，是目前我國煤礦防止瓦斯、煤塵爆炸傳播的主要措施之一。隔爆水袋及安裝掛鉤如圖112所示。 適用于煤礦井下輔助隔爆棚和主要隔爆棚，是目前我國煤礦防止瓦斯、煤塵爆炸傳播的主要措施之一。 被動式隔爆裝備 1） 隔爆水槽 依靠爆炸時的壓力擊碎水槽，形成水霧體，以水的吸熱作用，撲滅爆炸火焰，阻斷火焰?zhèn)鞑?，達(dá)到隔爆的目的。如果隔爆裝置距爆源太近，因爆炸壓力太小不足以使其有效動作，同時爆炸壓力波和火焰?zhèn)鞑r間間隔太小，使得爆炸火焰到達(dá)時隔爆裝置來不及動作，影響其隔爆的有效性；如隔爆裝置距爆源太遠(yuǎn)，則爆炸壓力波和火焰?zhèn)鞑r間間隔過大，使得爆炸火焰到達(dá)隔爆裝置位置時，消焰劑已沉降到巷道底板，同樣影響其隔爆效果。首先，隔爆裝置的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)需在較低的爆炸壓力下動作且有利于消焰劑的飛散（MT157標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隔爆水槽的動作壓力不大于16kPa、隔爆水袋不大于12kPa）。當(dāng)瓦斯煤塵爆炸時，沖擊波擊碎水槽（或使水袋脫鉤），水被揚(yáng)起形成水霧抑制帶，撲滅爆炸火焰。 被動式隔爆技術(shù)原理 被動式隔爆技術(shù)指依賴瓦斯煤塵爆炸沖擊波的動力使隔爆裝置動作（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，以阻止爆炸傳播的技術(shù)。防爆性能遭受破壞的電氣設(shè)備，立即處理或更換，嚴(yán)禁繼續(xù)使用。⑦井下防爆型的通信、信號和控制等裝置，應(yīng)優(yōu)先采用本質(zhì)安全型。高瓦斯礦井應(yīng)裝有短路保護(hù)器。④井上、下裝設(shè)防雷電裝置。③井下低壓饋電線上，裝設(shè)檢漏保護(hù)裝置或有選擇性的漏電保護(hù)裝置，保證自動切斷漏電的饋電線路。②井下配電網(wǎng)路（變壓器饋出線路、電動機(jī)等）均應(yīng)裝設(shè)過流、短路保護(hù)裝置；用該配電網(wǎng)路的最大三相短路電流校驗(yàn)開關(guān)設(shè)備的分?jǐn)嗄芰蛣印岱€(wěn)定性以及電纜的熱穩(wěn)定性。井下由采區(qū)變電所、移動變電站或配電點(diǎn)引出的饋電線上，裝設(shè)短路、過負(fù)荷和漏電保護(hù)裝置。如：對煤層實(shí)施煤體注水，堅持濕式鑿巖，灑水滅塵；堅持使用采煤機(jī)滾筒內(nèi)外噴霧灑水，努力使采掘工作面現(xiàn)場保持一定的濕度，防止產(chǎn)生高溫火花，引起瓦斯事故。③井下工作人員，特別是救護(hù)人員在排放瓦斯或在瓦斯超限區(qū)工作，一定要小心謹(jǐn)慎地使用、操作金屬及鋁合金裝備、器具，嚴(yán)禁搬運(yùn)拆遷大件機(jī)電設(shè)備；對小件工具物品也要做到輕拿輕放，以免發(fā)生碰撞，產(chǎn)生火花。①對井下普遍推廣使用的金屬及鋁合金設(shè)備、儀器、儀表、燈具、支架及電鉆、插銷等，熟悉其性能，嚴(yán)禁使用未經(jīng)鑒定合格的機(jī)電產(chǎn)品和器具。④%時，礦總工程師必須查明原因，進(jìn)行處理，并報告礦務(wù)局總工程師。②放炮地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，禁止放炮。 (6) 為防止機(jī)電設(shè)備防爆性能失效或工作時出現(xiàn)火花以及放炮產(chǎn)生火焰等引燃瓦斯，《煤礦安全規(guī)程》還就以下幾種情況作了瓦斯?jié)舛冉缦薜囊?guī)定：①采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，必須停止用電鉆打眼；%時，必須停止工作，切斷電源，進(jìn)行處理；采掘工作面?zhèn)€別地點(diǎn)積聚瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%時，要立即進(jìn)行處理，附近20m內(nèi)，必須停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，并切斷電源。 (5) 嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度。掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)與其他電氣設(shè)備間的閉鎖裝置。要注意金屬支柱在礦山壓力作用下產(chǎn)生的摩擦火花。在使用中應(yīng)保持良好的防爆、防火花性能。如果必須使用，則須制定安全措施，并報上級批準(zhǔn)。 煤礦各種點(diǎn)火源特性及其防治措施 煤礦引火源有明火、放炮和電火花、摩擦火花、沖擊火花等，必須做到： (1) 禁止攜帶煙草及點(diǎn)火工具下井。將每個取樣帶內(nèi)的全部粉塵分別收集起來，除去大于1mm粒徑的粉塵。在距采、掘工作面300米以內(nèi)的巷道每月取樣一次，300m 以外的巷道每兩月取樣一次。 巷道中煤塵和巖粉混合粉塵中，不燃物質(zhì)組份不得低于80％，%以上的甲烷則不燃物質(zhì)組份不低于90％。呈現(xiàn)淺色，一般用石灰石制備巖粉。 巖粉應(yīng)具有：比熱容大、密度小、不溶或難溶于水、吸濕性小、無毒無嗅，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不燃燒、飛揚(yáng)性好，反射能力強(qiáng)（即顏色淺）等特點(diǎn)。風(fēng)速較低時，巖粉層的粘滯性阻礙沉積煤塵重新飛揚(yáng)。 撒布巖粉法 礦井自然條件復(fù)雜，發(fā)生煤塵爆炸的隨機(jī)性很大，各國都研究了防止煤塵爆炸的專門技術(shù)—撒布巖粉。這種通風(fēng)除塵技術(shù)降低內(nèi)粉塵濃度的效果取決于兩個因素：一是通風(fēng)除塵系統(tǒng)吸塵(收集含塵風(fēng)流)是除塵器的除塵效率。實(shí)抽塵凈化技術(shù)是降低機(jī)掘工作面粉塵濃度的有效途徑。 3） 通風(fēng)除塵技術(shù) 20世紀(jì)80年代以來，隨著煤礦機(jī)掘技術(shù)的高速發(fā)展，大功率掘進(jìn)機(jī)的廣泛采用，機(jī)掘(綜掘)工作面的產(chǎn)塵量劇增，作業(yè)環(huán)境惡化，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)和康。此外，對移架、放煤、運(yùn)煤及轉(zhuǎn)載點(diǎn)等塵源，也迫切需要解決自動噴霧控制技術(shù)。但是，由于采煤機(jī)的內(nèi)噴霧經(jīng)常發(fā)生噴嘴堵塞和供水系統(tǒng)密封漏水故障而不能正常發(fā)揮其應(yīng)有的作用；采煤機(jī)原有的外噴霧也常常不能適應(yīng)大功率采煤機(jī)的降塵要求。 采煤機(jī)滾筒割煤及向刮板輸送機(jī)裝煤時產(chǎn)生大量煤塵，是綜采或綜采放頂煤工作面的主要塵源。隨著綜采放頂煤開采工藝的廣泛采用，長鉆孔煤層注水的鉆孔布置方式、封孔工藝、注水方法及裝備也有了新進(jìn)展。 1） 煤層注水防塵技術(shù) 煤層注水濕潤煤體是采煤工作面防塵的基本措施。減少煤塵產(chǎn)生量的措施 減少采掘過程中煤塵的產(chǎn)生量是防止煤塵爆炸的重要措施，尤其要防止煤塵在井巷沉積形成沉積煤塵。1960年5月9日大同老白洞礦發(fā)生的煤塵爆炸事故死亡682人，全井被毀。事故前由于井下停電而引起瓦斯積聚，恢復(fù)供電時，電氣火花引起積聚的瓦斯爆炸，后又引燃了被揚(yáng)起的沉積煤塵，發(fā)生大規(guī)模煤塵爆炸，死亡1549，傷殘246人。事故后經(jīng)過兩年才恢復(fù)生產(chǎn)。 表116 煤塵爆炸、瓦斯煤塵爆炸后礦井大氣在成分上的變化 1906年在法國古利耶爾煤礦由于藥包爆炸引燃附近飛揚(yáng)起來的煤塵并發(fā)生爆炸。 由于煤塵為重?zé)N組分，爆炸需要氧氣量大，爆炸生成的氣體中有毒有害氣體生成量最多，除CO和CO2氣體外，還存在各種碳?xì)浠衔餁怏w，并使氧氣消耗殆盡，造成人員中毒、窒息死亡比瓦斯爆炸更甚。美國在更長一些巷道中實(shí)驗(yàn)時。 在煤礦生產(chǎn)過程中，懸浮煤塵濃度不易達(dá)到爆炸濃度，加之煤塵點(diǎn)火能量較大（30mJ）,發(fā)生的煤塵爆炸事故相對較少，往往是由于瓦斯爆炸揚(yáng)起沉積煤塵，從而引起煤塵爆炸傳播，造成災(zāi)難性的后果。此外，煤塵爆炸還將產(chǎn)生大量的一氧化碳。 通過實(shí)驗(yàn)和理論計算使我們知道：煤塵爆炸的反應(yīng)熱和傳播速度都是很大的，反應(yīng)熱和傳播速度越大，爆炸壓力和爆炸的破壞作用也就越大。 表113 英國烏依拉博士在實(shí)驗(yàn)巷道煤塵爆炸傳播壓力 表114美國喬治伊斯在實(shí)驗(yàn)巷道煤塵爆炸傳播壓力 美國在更長一些巷道中實(shí)驗(yàn)時。 ；英國烏依拉博士在實(shí)驗(yàn)巷道中得到了如表113所示的結(jié)果。國外的研究人員用化學(xué)計算的方法，求得煤塵云在一端封閉﹑一端開口的無限長巷道內(nèi)爆炸時，發(fā)生最大火焰的瞬時燃燒速度為1120m/s，而沖擊波速度則為2340m/s。例如英國為610m/s，法國為990m/s，美國為1200～1500m/s，日本為1800m/s。 煤塵爆炸時火焰和沖擊波的傳播速度是非常大的，當(dāng)煤塵剛剛被引爆時，兩者的速度幾乎是相同的，而隨著時間的延長，沖擊波便沖到火焰的前面，發(fā)展到某一程度后，兩者的間隔增大。煤塵爆炸時會放出很大的熱量，如果將煤塵看做無定形碳，則燃燒1kg煤塵時所放出的熱量如下： 燃燒完全時：C + O2=CO2 + 氧氣不足，燃燒不完全時：2C + O2=2CO + CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2時：2CO + O2=2CO2 + MJ/kg碳 根據(jù)國外的測定，在煤塵爆炸后的空氣中存在著2%～3%的一氧化碳。廣義地來說，爆炸是一種系統(tǒng)的﹑非常迅速的物理和化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程，在這個過程中，系統(tǒng)的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。其主要原因是繼續(xù)形成的懸浮煤塵的濃度還不夠，因而煤塵在燃燒過程中所發(fā)出的熱量與散失的熱量保持相對的均衡，所以只能維持燃燒的狀態(tài)而不足以轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā? 從燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸ǖ谋匾獥l件是由化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱，必須超過熱傳導(dǎo)和熱輻射所造成的損失，否則，燃燒便不能持續(xù)和發(fā)展，也不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。隨著火焰的加速，沖擊波的強(qiáng)度也隨之增大，這又進(jìn)一步促使火焰加速，通過每秒數(shù)百米的中間速度，在沖擊波強(qiáng)度達(dá)到某臨界值的瞬間即轉(zhuǎn)為爆轟。這樣，對于混合氣體從燃燒到爆炸的機(jī)理可歸納如下：燃燒導(dǎo)致氣體運(yùn)動并在火焰前面形成沖擊波。國外有人在進(jìn)行混合氣體的爆炸實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：只有在裝有混合氣體的管子的開口端點(diǎn)火時，火焰才能作等速傳播；而混合氣體在密封管子中燃燒時，火焰便以不斷增長的速度進(jìn)行傳播。 1） 煤塵燃燒 煤塵的燃燒過程進(jìn)行的比較緩慢，并且不伴有顯著的聲效應(yīng)。按其傳播的性質(zhì)和速度，可分為兩種根本不同的形式—燃燒和爆炸。若該區(qū)內(nèi)仍存在著可以爆炸之煤塵和熱源，當(dāng)補(bǔ)給新鮮空氣時，便可以發(fā)生第二次爆炸。圖19 煤塵和瓦斯共存時其爆炸下限相互影響 圖110瓦斯存在對煤塵爆炸上限的影響 五、煤塵爆炸傳播規(guī)律 在發(fā)生煤塵爆炸的地點(diǎn)，空氣受熱膨脹，密度減小，經(jīng)過一個極短促的時間后形成負(fù)壓區(qū)。瓦斯與煤塵爆炸下限相互影響曲線如圖19所示。爆炸濃度最高達(dá)3500g/m3。 D0——不含有瓦斯時純煤塵的爆炸下限濃度，g/m3； G ——煤塵云中瓦斯的濃度，體積% ； Va——煤中的揮發(fā)分（以小數(shù)表示）； e——自然對數(shù)系數(shù)。我國的研究得出了如表112所示的關(guān)系。因此煤塵在瓦斯與空氣混合介質(zhì)中就能在較低的濃度下發(fā)生爆炸。 煤塵灰分含量對最小點(diǎn)火能量影響見圖18。這在降低煤塵爆炸方面是有一定意義的。但是實(shí)驗(yàn)表明，20%以下的灰分對煤塵的爆炸性沒有很大的影響，只有達(dá)到30%—40%時爆炸性才急劇下降，灰分含量超過45%后，著火極其困難。 隨著煤塵灰分的增加，煤塵云著火能量增高，見圖18。由圖17可見水分對煤塵著火能量的影響。美國在巷道中的實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)微煤塵的水分即使增到25%仍然參與了強(qiáng)烈的爆炸。 水在煤塵中還有阻礙生成煤塵云的粘結(jié)作用。圖15 煤塵比表面積與煤塵云爆炸下限濃度之間關(guān)系 圖16 煤塵粒度對爆炸壓力的影響 水分的影響 煤塵中含有的水有減弱和阻礙爆炸的性質(zhì)，水被蒸發(fā)要吸收大量的熱量，起了附加不燃物質(zhì)的作用。 煤塵比表面積與爆炸濃度之間關(guān)系見圖15。爆炸性反而會隨著粒度的變細(xì)而降低。 從爆炸性與表面積的關(guān)系也可以得到同樣的結(jié)果。這種粒子的含量越高，煤塵爆炸性越強(qiáng)，但并不是直接關(guān)系，%～80%后，爆炸性就基本上不再增強(qiáng)了?？偟膩碚f，煤塵粒度越小，爆炸性越強(qiáng)。 煤塵粒度 一般細(xì)微的塵粒容易燃燒或爆炸，其原因之一是塵粒具有較大的表面積，由表110可以看出物體的表面積的增加情況。氧氣濃度增加，煤塵云容易著火、爆炸，反之變得困難。 四、煤塵爆炸影響因素 影響煤塵爆炸性的因素很多，包括煤的性質(zhì)，化學(xué)組成，煤塵粒度，以及外界條件等。 煤塵的引燃溫度，同樣是隨煤塵的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件的不同而有很大的差異，最低610℃，最高達(dá)1000℃。根據(jù)試驗(yàn)可測出在距爆源200m的巷道出口壓力可達(dá)到50～100kPa。因此，煤塵爆炸不僅表現(xiàn)出有連續(xù)性的特點(diǎn)，而且在連續(xù)爆炸的條件下，還可能有離開爆源越遠(yuǎn)其破壞力越大的特征。與此同時，一部分煤塵被局部焦化，粘接在一起，沉集于支架和巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物——“粘焦”，它也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時是否有煤塵參與爆炸的重要標(biāo)志。 因此，煤塵爆炸時的氧化反應(yīng)主要是在氣相內(nèi)進(jìn)行的，具有瓦斯爆炸的同樣特點(diǎn)。對爆炸后氣體的分析發(fā)現(xiàn)，瓦斯爆炸的C、～，而煤塵爆炸為3～16。這是因?yàn)閱挝豢臻g的氧與燃料比，與氣體爆炸相比較，燃料顯得充裕，因而發(fā)生不完全燃燒。這是煤塵爆炸災(zāi)害的一大特點(diǎn)，在煤礦井下，這種爆炸有時沿巷道