防止摩擦火花引发瓦斯煤尘事故的研究

防止摩擦火花引发瓦斯煤尘事故的防止摩擦火花引发瓦斯煤尘事故的 研究研究 瓦斯煤尘爆炸事故具有突发性和严重破坏性 一旦发生就 会造成重大的人员伤亡和财产 损失 我国 46 的国有重点煤 矿为高瓦斯矿和瓦斯突出矿井 有煤尘爆炸危险的矿井 59 5 处 占 84 9 据统计 2000 年全国煤矿生产事故死亡 5798 人 其中 瓦斯事故造成的死 亡人数高达 3311 人 占死亡人数的 57 1 死亡 10 人以上的事故 75 起 死亡 1398 人 其中瓦 斯 事故多达 69 起 死亡 1323 人 分别占 92 0 和 94 6 1 引发瓦斯煤尘爆炸事故的因素分析引发瓦斯煤尘爆炸事故的因素分析 引燃瓦斯 酿成瓦斯爆炸事故必须具备 3 个基本条件 一 是瓦斯浓度达 5 16 二是存在高 温热源 三是空气 瓦斯 混合气体中的氧气含量在 12 以上 煤矿中除盲巷 火区等不 通风的 地点氧浓度达不到 12 外 其它地方的氧浓度都在 12 以上 因此 防止瓦斯爆炸的重点在于 采取各种措施防止爆炸 条件中的前 2 个条件 引起煤尘爆炸的 3 个基本条件是 煤尘本身具有爆炸性 煤尘必须悬浮在空气中 并达到一 定浓度 有一个能点燃煤尘 爆炸的热源 影响煤尘爆炸的影响主要有煤的物理化学性质 煤 尘的粒度 瓦斯与岩粉的混入等 所以 要防止煤尘和瓦斯爆炸必须从引燃瓦斯爆炸和煤尘 爆炸的 3 个基本条件着手 想尽一 切办法控制煤尘和瓦斯形成 爆炸所具有的条件 据对 361 次一次死亡 3 人以上的瓦斯事故引爆火源的分析 结果表明 电气火花引燃的为 150 次 占总次数的 41 55 放炮火源引燃的 108 次 占 29 92 摩擦撞击引次 占 8 59 吸 烟明火 7 次 占 1 94 其它火源 65 次 占 18 0 从上述事故调查分析资料 引发瓦斯煤尘爆炸事故最直接 原因中 居首位的因素是电火花 其次是放炮引起的 但由矿 井机械或金属 岩石因摩擦撞击产生火花引起的瓦斯 煤尘爆 炸 事故也占相当比例 目前 对矿井电气火花和放炮会引起瓦 斯煤尘爆炸事故 全国煤矿的各 级领导和工程技术人员比较了 解 并引起相高度重视 采取了相应的防治措施 而对矿井机 械或金属 岩石因摩擦撞击产生火花引起的瓦斯 煤尘爆炸事 故 常常缺乏足够的认识 为 此 本文对摩擦火花引发瓦斯和 煤尘爆炸事故的预防进行一些分析与探讨 2 摩擦火花产生的种类摩擦火花产生的种类 2 1 机械摩擦撞击火花 为增强机械设备 器具的性能 减轻其重量 煤矿井下普 遍采用了轻铝合金材料 硅铝明合 金 通过对有关科研部门和 具体的试验证明 采用射钉枪和以压缩空气为动力枪械进行高 速 发 射 并冲击硅铝合金试样 可产生火花 明确验证了硅 铝明合金产生火花引燃瓦斯的情况 结果表明 即使是在能量 仅为 26 5j 那样小的情况下 也有点燃瓦斯的危险 早在 1989 年初 原中国煤炭总公司在分析全国煤矿发生的 瓦斯重大事故确认 煤矿井下使用 硅铝明合金摩擦撞击产生火 花是引起瓦斯爆炸事故的点火源之一 另外 在摩擦撞击火花 中 不但旋转或撞击摩擦能产生火花 而且自由落体打击摩擦 对铝合金也会产生火花 试验证 明 具有 1766j 冲击能量的硅 铝明合金 在自由落体下产生的火花 其对瓦 斯的引燃率高达 40 因此 在煤矿井下 尤其救护人员在排放瓦斯或在高瓦 斯区工作时 一定要做到科学地选用和操作轻铝合金设备及用 具 以确保安全救护工作的顺利进行 2 2 岩石摩擦撞击火花 煤矿井下有不少岩层为石英质砂岩 在煤层里有不少黄铁 矿集合体 试验证明 两者都具有 摩擦着火的潜在因素 而且 石英质砂岩的摩擦着火强度是随岩石中的石英含量的增加而增 加 且与它的粒径大小有关 当石英粒径在大于 70mm 时 就 能产生摩擦着火 黄铁矿集合体摩 擦着火的机理与石英不同 它是黄铁矿的矿粒散放在空气中被氧化燃烧而引燃瓦斯引起爆 炸 吉林省某矿 煤层中含有黄铁矿 顶板为石英质砂岩 由 于通风混乱 造成瓦斯积聚 顶板来压发生冒顶 其冒落的岩 石相互撞击产生火花引起瓦斯爆炸 死亡多人 因此 在 高瓦 斯或瓦斯突出区工作 要时刻注意检查瓦斯的变化情况 还要 随时注意检查工作现场顶 板和岩石性质的变化情况 采取果断 措施以防事故发生 2 3 机械和岩石摩擦撞击火花 机械和岩石摩擦撞击火花的种类很多 如采掘工作面的采 掘机械截齿截入岩石产生的火花 掘进迎头风镐 钢钎旋转与 岩石摩擦撞击产生的火花 井下工人用镐 钎 铁锹掏挖孔槽 和装卸岩石等撞击产生的火花以及岩石自由落下与金属器具碰 撞产生的火花等 这类火花极 为容易 但能量一般较小 不足 以引燃瓦斯 但它是随其相互间摩擦撞击剧烈程度而变化的 本文作者对摩擦机械能产生着火源的物理机理研究和有关研究 人员在对金属与岩石摩擦撞 击产生火花的机理过程研究结果均 表明 在金属与岩石撞击或相互剧烈摩擦出的部分灼热导 致 熔化的颗粒沿着旋转或飞散的轨迹飞溅 颗粒在离切削表面 10 30cm 处最先产生火花 这 时其切削 面的表面温度往往 能达到或超过 1400 致使瓦斯被点燃或引爆 据报道 国外加 拿大某矿 采煤工作面采用滚筒式机组采煤 其滚筒截齿截入岩 石发生摩擦撞击产生火花引起瓦斯爆炸 造成多人亡事故 3 防范摩擦撞击火花引燃瓦斯的措施防范摩擦撞击火花引燃瓦斯的措施 由前面的分析 可以明确知道 摩擦撞击火花的种类和形 式很多 产生也较频繁 而且对我 们煤矿安全已构成严重的威 胁 从各类火花产生机理分析 摩擦撞击火花也较难控制 但 若 针对现场实际 采取相应的措施和对策 有效的控制 甚至 杜绝该类火花引发事故 还是可 能的 为此可采用如下几种措 施和方法 3 1 完善通风系统 加强通风 稀释瓦斯 这是煤矿井下减少或防止瓦斯事故最根本的措施和途径 大家知道井下某一地点或区域发生 瓦斯燃烧或爆炸事故 瓦斯 浓度必须要达到爆炸界限 同时有足够能量的点火源 从前面 分 析看出 煤矿井下点火源繁多 且难以控制 因此 要想有 效地防止甚至杜绝瓦斯事故 最 主要的就是从控制瓦斯含量入 手 使之控制在 煤矿安全规程 规定范围之内 为此 要求 矿井必须建有完善地通风系统 强化通风管理 使井下每一工 作地点都有足够的风量 确保 矿井瓦斯能稀释到 规程 规定 的数值以下 尤其在一些特定的作业过程中 如在密闭采区 启 封 石门贯穿揭煤 事故抢救等情况下排放瓦斯时 必须在强 化通风的同时 要严格控制 送进瓦斯积存区的进风量 使其回 风流的瓦斯含量始终保持在 1 以下 则可有效地避免瓦斯 事 故的发生 确保安全生产 3 2 合理选用和操作机械设备及器具 合理选用和操作机械设备及器具 努力减少金属及铝合金 摩擦撞击火花 一是对目前井下普 遍推广使用的金属及铝合金 设备 仪器 仪表 灯具 支架及电钻 插销等 各工种工人 都 要熟悉其性能 熟练地应用和操作 严禁使用未经鉴定合格 的机电产品和器具 二是井下使 用的轻铝合金电机风扇 为防 止电机在正常工作状态时活动部件与静止部件相互产生摩擦撞 击 要使风扇与风扇罩 盖板及紧固件之间的距离不小于风扇 直径的 1 其最小间距也不能 小于 1mm 三是井下工作人员 特别是救护人员在排放瓦斯或在瓦斯超限区工作 一定要小 心 谨慎地使用 操作金属及铝合金装备 器具 严禁搬运拆迁大 件机电设备 对小件工具物 品也要做到轻拿轻放 以免发生碰 撞 产生火花 3 3 改进采掘工艺 减少产生摩擦火花的概率 改进采掘方式 努力减少长壁式采煤工作面摩擦着火的参 数 如 对煤层实施煤体注水 坚 持湿式凿岩 洒水灭尘 坚 持使用采煤机滚筒内外喷雾洒水 努力使采掘工作面现场保持 一 定的湿度 防止产生高温火花 引起瓦斯事故 4 撞击摩擦火花引发的瓦斯煤尘爆炸事故案例撞击摩擦火花引发的瓦斯煤尘爆炸事故案例 根据事故调查分析的结果 因撞击摩擦火花引起的重大瓦 斯煤尘爆炸事故造成人员伤亡比例 却越来越大 4 1 机械摩擦撞击火花事故案例 1985 年 2 月 10 日西山矿务局杜儿坪矿在移动设备时 电 机壳撞击产生火花引起瓦斯爆炸死亡 4 8 人 1987 年 9 月 28 日徐州矿务局庞庄矿掘进工作面纲丝绳与 扒斗机摩擦造成瓦斯爆炸死亡 26 人 1988 年 2 月 6 日 鹤岗矿务局南山矿带式输松机巷 因局部 通风不好造成瓦斯积聚 发生瓦斯 爆炸 造成 5 人死亡 9 人受 伤 事故经现场调查后认为输送机电动机风扇与风扇罩摩擦撞 击产 生的火花是造成该事故的点火源 1988 年 11 月 26 日鸡西矿务局平岗矿用绞车拖电机时 机 壳与轨道摩擦产生火花引爆瓦斯 造 成 45 人死亡 23 人受伤 4 2 岩石摩擦撞击火花事故案例 1995 年 11 月 1 日 陕西省崔家沟煤矿 在采区换输送带 时 因顶板冒落发生碰撞而产生火 花 引发瓦斯爆炸事故 造 成 12 人死亡 1999 年 2 月 14 日 黑龙江省七台河新建煤矿 由于报废 的机道巷与高瓦斯煤层相通 形成瓦 斯积聚 在石英砂岩顶板 冒落的过程中 岩石碰撞摩擦产生火花 引发瓦斯爆炸事故 造成 48 人死亡 1999 年 11 月 5 日 河北省邯郸市磁县翼南煤矿 由于采 区空顶面积过大 造成瓦斯积聚 在 顶板冒落时 因岩石碰撞 产生火花 引起瓦斯爆炸事故 导致 33 人死亡 4 3 机械与金属或岩石摩擦撞击火花事故案例 1994 年 9 月 17 日 黑龙江鹤岗矿务局南山煤矿四采区 235 采煤工作面 因后部采空区顶板移 动 挤压采空区使瓦斯 涌入工作面 采煤工用手锤敲打铰接顶梁联接销子时产生火花 引燃 瓦斯 导致瓦斯爆炸事故 造成 56 人死亡 10 人受重伤 1994 年吉林省辽源矿务局泰信煤矿 200m 水平 暗副井 绞车道 因煤尘堆积 且粉尘细小 干燥 超载提拉矿车致使矿 车鸭嘴断脱跑车 造成机械与机械 机械与岩石撞击产生火花 引起煤尘爆炸 导致 79 人死亡 矿 129 人受伤 1997 年 5 月 28 日 辽宁省抚顺龙凤矿西部综采区 7403 西 入风顺槽回风流中瓦斯经常处于临界 状态 瓦斯超限时有发生 而且在 540m 带式输松机巷与西入风顺槽联络道平斜交岔处 三 岔口 因应力集中 隐形断层 冲击地压等综合因素 造成冒顶 瓦斯异常涌出 使局部 瓦 斯浓度达到爆炸界限 在巷道支护棚子倒塌 金属梁互相撞击时 摩擦产生火花 引 起瓦斯 爆炸 造成 69 人死亡 18 人重伤 直接经济损失 345 62 万元 1997 年 11 月 8 日 重庆市南川高寿桥煤矿 由于采空区 未及时放顶 造成瓦斯积聚 在采空 区顶板冒落时 因碰撞摩 擦产生火花 引发瓦斯爆炸事故 造成 40 人死亡 1998 年 10 月 15 日 黑龙江省鹤岗市东兴煤矿 由于风筒 不到位 遇断层瓦斯积聚 接刮板输 送时 因撞击产生火花 引发瓦斯爆炸事故 造成 6 人死亡 综上所述 摩擦和撞击火花引燃引爆的重大瓦斯事故的比 例比较大 而在我国对摩擦撞击火 花引燃引爆问题的治理和研 究几乎是一项空白 并且被人所忽视 随着机械化水平的提高 和 科学技术的发展 这一问题潜在的危险会越来越大 目前还 没有被人们所认识 比较典型情况是 人们的在分析瓦斯煤尘爆炸的事故原因 时 只要在爆炸区域内存在电器设 备 大家几乎很少考虑摩擦 撞击火花的因素 只有在爆炸前切断一切电源 找不着其他火 源 的情况下 才不得不考虑摩擦撞击火花的原因 而实际工作 中 机械设备 电器设备 金属 材料 工具的撞击摩擦产生火 花可能性要比电火花大的多