井下靜電

在煤礦井下以電荷形式存在的，相對於觀察者是靜止的電荷。它一般存在於用高分子材料製造的設備及對地絕緣電阻較高的物體上。

基本介紹

• 中文名：井下靜電
• 外文名：underground electrostatic 
• 預防措施：靜電接地、增加環境相對濕度
• 學科：採礦工程
• 危害：引發瓦斯爆炸
• 領域：煤礦井下

簡史

20世紀50年代中期開始，西方主要採煤國及日本等國的煤礦井下曾多次發生靜電引爆瓦斯的災害事故。中國煤礦井下在80年代初也曾發生過數次 靜電引爆或燃燒瓦斯及電擊操作人員等災害事故。所 以國外在50年代後期開始研究“井下靜電”問題。中國從70年代中期也著手研究這一課題，設法採取各種 靜電防護措施來杜絕或減少靜電災害事故的發生。

靜電的形成

不僅摩擦產生靜電，而且當兩種物 質緊密接觸後再分離時就可能產生靜電。因各種物質 的一個外層電子脫離物質表面所需要的最小能量 (亦 稱逸出功)不同，當兩種物質接觸時，電子從逸出功小 的一方向逸出功大的一方轉移，在接觸面上出現了接 觸電位差。這時逸出功小的一方失去電子出現正電荷 層，逸出功大的一方獲得電子出現負電荷層，在接觸面 上形成了雙電荷層。當這兩種物質再分離時，則一種物 質在原先的接觸面上帶上了正電荷而另一種物質就帶 上了負電荷，即產生了靜電荷。兩種固體物質相距不超 過25×10mm時，可認為是緊密接觸，分離時就可能 產生靜電。金屬材料也同樣可以產生靜電，但它是良導 體，產生的靜電荷往往沿著某一通道迅速流動而泄漏。 然而，處在對地絕緣狀態較好的金屬其產生的靜電沒 有泄漏通道就會積聚在金屬的表面，使金屬帶上了靜 電荷。所以材料的電阻率，特別是固體材料的表面電阻 率對於靜電的泄漏有很大影響，當電阻率不大於10Ω·mm時就容易泄漏。

有時同一物質相互摩擦時，由於摩擦的方向或摩 擦物件的溫度不同會產生靜電。當物質在強電場的感 應或極化作用下同樣會產生靜電。有些帶有結晶組織 的物質在增加壓力或溫度變化時也會產生靜電。

靜電危害

靜電產生的電火花會引起井下瓦斯燃燒、爆炸的嚴重災害。如使用於井下的塑膠瓦斯抽放 管、噴漿管及橡膠-塑膠輸送帶等高分子物體和一些 處於對地絕緣狀態的金屬機械設備，在使用過程中由 於摩擦而產生較高的靜電電位，由此引起的靜電火花 放電，就有可能引燃或引爆瓦斯。

觸及帶有較高電位靜電的物體時還會產生人體電擊、跌倒撞傷。如碰到開關操作機構時還會引起誤操作 等事故。操作人員穿化纖工作服及膠靴、塑膠安全帽等 物件工作時，人體會產生靜電。此時如接近和接觸電氣 設備中的電子元器件，由於靜電放電，有時會損壞電子 元器件而引起電氣設備誤動作等事故。帶有靜電的人 體接觸火藥雷管時，還有可能引起火藥雷管爆炸。

高電壓旋轉電機產生的靜電可能使其定子線圈端 部絕緣層被擊穿。

因靜電放電或靜電力作用，導致發生危險或損害 的現象稱靜電事故。因靜電放電而導致的比較大或人 力無法抵禦的危害，如火災、爆炸、人體靜電電擊和二 次事故等稱靜電災害。

靜電測量

靜電測量包括靜電電位值、電荷量、電 場強度等基本物理參數的測量，以及影響介質材料起 電、帶電及電荷轉移變化規律的介質材料絕緣性(電阻 值)、電容量、介電常數和放電時間常數的測量。測量 時要注意對試樣、測試電極的清潔處理及對測試電壓、 頻率的選擇。靜電受環境的溫度、濕度影響較大，尤其 是環境的相對濕度，因此除了生產現場的實地測量外， 靜電測量時要恆溫、恆濕。通常在溫度為25±5℃，相 對濕度為65±5%的環境中進行。靜電電位值、靜電電 荷量的測量最好使環境中的相對濕度控制在50%以 下。

靜電電位值測量 導體靜電電位值一般採用輸入 阻抗為10Ω以上的靜電電壓表直接測量。高分子等 非導體靜電電位值只可採用非接觸式間接測量，一是 採用基於靜電感應原理的直流放大式靜電電位計或交 流放大旋轉扇形片式和振動電容式靜電電位計測量， 二是採用基於放射性同位素電離空氣原理的集電式靜 電位計測量。

靜電電荷量測量 靜電電荷量(庫侖)通常採用法 拉第筒法。把帶電物體扔入法拉第筒中，測出內筒的電 位值V。而每台法拉第筒均可在測量前測出其固定的 電容值C，則可計算靜電電荷值Q (Q=CV)。

防靜電危害措施

防靜電方法很多，主要有靜電 接地、增加環境相對濕度、增大材料的體電導及表面電 導，中和或消除靜電等。

靜電接地 僅適用於表面電阻率在10Ω以下的 物體。即使物體與大地之間構成電氣上的泄漏電路使 物體處於接地狀態，這樣物體上產生的靜電泄漏到大 地不會積聚，靜電電位就不會上升，避免了靜電火花放 電現象，同時又可防止帶電物體附近的物體受到靜電 感應而帶電。在標準環境條件下，接地電阻應≤100Ω。 所以煤礦井下所有金屬物體及抗靜電橡膠塑膠製品均 要使其接地或使其處於接地狀態。為了保證整個金屬 管路處於接地狀態，管路全線應有電氣連線。對於抗靜 電橡膠，塑膠軟硬管道和風筒也應如此連線。支撐、夾 緊這些管道、風管的金屬管撐、夾頭和管接頭、風筒接 頭也應接地。

增濕 增加環境中的相對濕度使帶電體表面形成 薄的水膜，利用水膜中的雜質與溶解物使帶電體表面 電阻降低，加速靜電的逸散和泄漏。環境相對濕度宜保 持在70%以上。但增濕對一些不易被水潤濕的非極性 物質和聚氯乙烯、聚四氟乙烯、純滌綸等是無效的，另 外由於增濕而影響產品質量的也不宜採用。滾筒採煤 機、運輸機容易揚起煤塵的地方使用了水噴霧裝置，減 少煤塵飛揚也就減少了這些帶電的小顆粒。同樣掘進 作業採用濕鑽頭也可減少岩塵的飛揚，增加了環境相 對濕度，可以加速靜電荷的逸散和泄漏。

增大物質的電導 將金屬粉、導電碳黑或抗靜電 添加劑摻入橡膠、塑膠等非導體物質中，用金屬絲、導 電性纖維、抗靜電纖維編織進化纖織物中或用金屬網、 導電碳黑複合到橡膠製品的表面可大大增加該物體的 電導即可降低電阻率。一般情況下，表面電阻不超過 10Ω，惡劣的工作條件下，不超過10Ω就可有效地防 止靜電危害的出現，故煤礦工人戴的安全帽、穿的工作 服、工作靴均應採用抗靜電製品，以避免人體帶靜電。 井下使用的輸送帶、導風筒、風帘布、噴漿管、壓風管、 瓦斯抽放管等橡塑製品，也均應採用抗靜電製品。

中和法消除靜電 可用自感應、高電壓、同位素或 離子流等方式的各種靜電消除器產生的電子或離子 流，使帶電物體上的靜電荷得到相反符號電荷中和，從 而消除靜電的危害。但上述靜電消除器除同位素方式 外，均要考慮消除器本身的防爆問題故一般難以採用。