首届国家矿山安全演示

真实矿井爆炸研究


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政府为减少采矿危险所做的工作,在首届国家矿山安全演示会上得到了显著展现。该演示会于10月30日和31日在宾夕法尼亚州匹兹堡举行,由美国矿务局主办,美国国家红十字会和匹兹堡煤炭运营商协会协助举办。爆炸物测试部分的成果在一个壮观的方式中得到了展示,地点是一个气体和粉尘巷道,它是一个长100英尺、直径6½英尺的钢管,一端开口,另一端封闭,只有一个小孔,通过这个小孔,用一个装有被测爆炸物的小炮发出的火焰点燃。巷道顶部设有泄爆门,爆炸力会将泄爆门顶起,侧面有厚玻璃窗,当产生气体或粉尘爆炸时,火焰可以通过玻璃窗看到。管子的一部分用厚纸隔开,形成一个腔室,气体和空气在其中混合,使混合物含有百分之七的甲烷和乙烷,这两种都是爆炸性气体。将相当于半磅百分之四十硝化甘油炸药威力的黑火药装药射入巷道,点燃气体,产生了剧烈的爆炸。再次,将相当于黑火药威力的许可炸药在相同成分的气体混合物中点燃。由于气体没有发生爆炸,黑火药和许可炸药的相对安全性显而易见。这种爆炸物测试在瓦斯矿井中尤其有价值,在瓦斯矿井中,爆炸物的火焰可能会点燃煤层附近可能存在的瓦斯囊。在另一栋建筑物中,白炽灯在爆炸性气体和空气混合物中被打破,以此说明不同烛光功率的灯在不同电压下工作时的相对安全性。在另一栋建筑物中,一座铸造冲天炉正在运行,以展示在焦炭床的不同区域采集气体样本和温度的方法,目的是研究该工艺的基本原理,以便可能进行改进。一台煤气发生炉正在运行,在高温和高负荷下燃烧燃料,其中的灰渣通过在规定的时间间隔排出液态熔渣来清除。在燃料压块工厂,两种类型的压块机正在运行,其中一台在每平方英寸20,000磅的压力下,不使用人工粘合剂,用加利福尼亚褐煤生产煤球,而另一台机器则使用百分之六的水煤气沥青作为粘合剂,用普通烟煤末生产煤球。这些煤球实验的目的是更好地利用燃料废料和低品位燃料。该局的长燃烧室也引起了许多参观者的兴趣。这本质上是一个墨菲加煤机,位于一个长砖砌腔室的一端,腔室的另一端衬有耐火砖,另一端是一个水管锅炉。在该腔室的几个点上,有用于插入热电偶和抽出烟道气样本的开口。同时从各个点采集大量气体样本,对这些样本的分析研究使得确定炉膛与冷锅炉管之间的适当距离成为可能,以便完全燃烧能够发生。这个距离随不同类型的燃料而变化,这些研究的结果无疑将为锅炉和炉膛的设计者提供有价值的数据。演示的另一个特点是安全灯测试。单层和双层纱网安全灯被放置在一个测试装置中,在那里它们受到已知速度的气流的冲击,气流中含有百分之八的甲烷和乙烷。安全的灯不会引起这种气体和空气混合物的爆炸;其他灯则会,从而证明了它们的相对安全性。一些人穿着各种类型的呼吸器在一个充满有害气体的房间里进行锻炼,一个玻璃隔断让参观者能够形象地看到救援队在类似于矿井爆炸后存在的条件下是如何开展行动的。此外,还展出了用于爆炸物物理测试的设备,包括一个弹道摆,通过它可以确定爆炸物的相对破坏力;一个用于确定已知重量爆炸物产生的压力的压力表;一个用于确定爆炸物燃烧热量的量热计;一个用于确定爆炸物火焰长度和持续时间的火焰测试装置;一个用于确定爆炸物爆速的装置;一个大型和一个小型冲击机,用于确定引爆爆炸物所需的力;Trauzl 和铅块,它们也被用于确定爆炸物的相对威力;以及一个锥形和摆锤摩擦装置,用于确定爆炸物在摩擦下的行为。煤尘的爆炸性通过一个实验室煤尘点燃装置展示,该装置由一个厚玻璃容器组成,煤尘通过空气吹入容器底部的一个被电流加热到红热的金属丝上。煤爆炸的威力通过与点火装置顶部相连的一个薄玻璃烧瓶的爆裂形象地显示出来。在2号气体和粉尘巷道中,一台封闭式电动矿用电机在爆炸性气体和空气混合物中运行,没有产生爆炸。后来,从这台电机上移除了保护装置,导致了气体混合物的爆炸。因此,证明了电机在开放和保护两种条件下用于采矿目的的相对安全性。矿务局的两辆矿山救援车停在工厂的侧线上,供参观者参观。在第一天的下午,大约两千人参观了该局的实验矿井,并为此提供了一辆专列。前往实验矿井的目的是观看真实矿井中煤尘爆炸性的演示。该矿井位于宾夕法尼亚州布鲁塞顿,在匹兹堡煤层中,该煤层在该地点露头于一座小山的一侧,高出铁路约 100 英尺。该矿井的开辟主要是为了研究粉尘和瓦斯爆炸所涉及的原理,并测试在实际矿井条件下预防和控制正在发生的爆炸的各种方法。当专列到达车站时,正下着连绵不断的雨,但这并没有浇灭包括几位女士在内的热情参观者的热情。当队伍从铁路爬上通往矿井的陡峭山坡后,他们被邀请穿过矿井,据实际统计,有 1,131 人利用了这个机会。当所有人员再次离开矿井后,他们被要求在矿井上方约 25 码的山坡上就位,等待爆炸。大约 600 至 700 磅的煤尘被撒在主巷道 600 英尺的范围内,主巷道长 750 英尺,两磅黑火药被放置在主巷道最里面的末端的一个钻孔中,放置方式使得条件类似于实际采矿中的爆破。电线将这包炸药与矿井外的仪器室连接起来。电线与电源连接,随后的火药爆炸点燃了矿井中的煤尘,导致了剧烈的爆炸。爆炸发生时天色已晚,烟雾和火焰高高地升到矿井入口上方的空中。空气中充满了石头碎片、破碎的混凝土和木头,人们不由自主地躲在树下。“然而,没有真正的危险,因为人们在矿井入口的上方和后方。爆炸的威力在矿井附近通过造成的破坏表现出来。在主巷道附近,一辆装满矿石的矿车被炸退了大约五十英尺,而另一辆部分装载的矿车被炸飞了一百多码,翻过堤岸,坠入山谷。距离巷道 130 英尺的挡风墙中使用的装满沙子的大袋子被炸到了空地上。临时风机房被摧毁,办公楼部分被毁。如果现场的任何矿工对没有瓦斯存在的情况下煤尘的爆炸性有任何疑问,那么这个问题就一劳永逸地解决了。原本计划在爆炸后立即让配备氧气头盔的人员进入矿井采集气体样本,扑灭初期火灾并检查顶板状况,但由于时间太晚,所有人不得不匆匆赶往等候在车站的火车,以便将他们送回匹兹堡。每个看到这次演示的人都对测试的重要性印象深刻,许多人向霍姆斯局长和实验负责人表示赞扬。31 日上午,在福布斯球场举行了盛大的急救会和矿山安全演示。节目中的第一项是急救表演。参加的四十支队伍排成一排,面向座位。“虽然许多参赛队伍来自宾夕法尼亚州和邻近州,但也有其他队伍来自较远的地方,特别是来自华盛顿州塔科马、道森和新墨西哥州的队伍。各队轮流在两个部分进行表演,偶数编号的队伍处理相同的问题,而奇数编号的队伍则处理其他问题。进行的急救问题包括头部和身体撕裂伤的处理、骨折和关节脱位的治疗、将人从电线中移开以及气体和电烧伤的治疗。在急救演示之后:在临时钢制巷道或圆筒中,在煤尘存在的情况下,对许可炸药的行为进行了演示,该巷道或圆筒长 133 英尺,直径 6 英尺 4 英寸。使用的炸药量等于半磅百分之四十硝化甘油炸药的破坏力。炸药从炮筒中射入巷道,炮筒通过前者钢制端部的一个小开口。另一端向大气开放。一百三十三磅煤尘均匀地分布在整个爆炸巷道中,二十磅煤尘被放置在炮筒口附近二十英尺长的木凳上,总共 153 磅煤尘。当一切准备就绪后,通过电线从远处用蓄电池点燃了装药。这次测试没有产生煤尘爆炸,这证明了在粉尘存在的情况下使用许可炸药的安全性。在同一个巷道中进行了第二次演示,煤尘量相同,使用的是 FFF 黑火药装药,其破坏力与上次测试中使用的许可炸药相当。当这种黑火药从远处被点燃时,发生了巨大的爆炸,火焰从圆筒顶部的泄爆门中逸出,大量的灰尘和烟雾被吹出巷道的末端。紧随这次爆炸之后,当巷道内的气体仍然令人窒息时,由矿务局的工长矿工组成的救援队在一些来访的急救队的协助下,全部配备了各种类型的呼吸器,进入巷道,救出了几名假定的矿井爆炸受害者,将他们从爆炸巷道中带出,并将他们交给工长矿工和矿务局急救矿工组成的小队照顾,他们演示了各种急救问题,仅使用口袋急救包和爆炸后矿井中可能随手可得的东西。展览的另一个有趣之处是矿井瓦斯测试,该测试使用鸟类在爆炸或矿井火灾后探测矿井,在爆炸或矿井火灾中,一氧化碳会导致大量人员死亡。鸟类对这种有毒气体(一氧化碳)的影响比人类敏感得多,当带入矿井的救援队中的鸟类表现出痛苦迹象时,该队(当然应该没有氧气头盔)通常会有时间撤退到安全地带。在福布斯球场,该局的一位气体化学家演示了这项测试的可行性,他带着装有金丝雀的笼子进入一个宽约 2 英尺、长 5 英尺、高 6 英尺的玻璃箱。箱子中的大气含有千分之零点二五的一氧化碳气体(矿工的白瓦斯)。八分钟后,三只鸟被击倒,完全倒下。

大众科学 Magazine Vol 105 Issue 23This article was originally published with the title “The First National Mine-Safety Demonstration” in 大众科学 Magazine Vol. 105 No. 23 (), p. 498
doi:10.1038/scientificamerican12021911-498
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