首屆國家礦山安全演示

真實礦井爆炸研究


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政府為減少採礦危險所做的工作,在首屆國家礦山安全演示會上得到了顯著展現。該演示會於10月30日和31日在賓夕法尼亞州匹茲堡舉行,由美國礦務局主辦,美國國家紅十字會和匹茲堡煤炭運營商協會協助舉辦。爆炸物測試部分的成果在一個壯觀的方式中得到了展示,地點是一個氣體和粉塵巷道,它是一個長100英尺、直徑6½英尺的鋼管,一端開口,另一端封閉,只有一個小孔,透過這個小孔,用一個裝有被測爆炸物的小炮發出的火焰點燃。巷道頂部設有洩爆門,爆炸力會將洩爆門頂起,側面有厚玻璃窗,當產生氣體或粉塵爆炸時,火焰可以透過玻璃窗看到。管子的一部分用厚紙隔開,形成一個腔室,氣體和空氣在其中混合,使混合物含有百分之七的甲烷和乙烷,這兩種都是爆炸性氣體。將相當於半磅百分之四十硝化甘油炸藥威力的黑火藥裝藥射入巷道,點燃氣體,產生了劇烈的爆炸。再次,將相當於黑火藥威力的許可炸藥在相同成分的氣體混合物中點燃。由於氣體沒有發生爆炸,黑火藥和許可炸藥的相對安全性顯而易見。這種爆炸物測試在瓦斯礦井中尤其有價值,在瓦斯礦井中,爆炸物的火焰可能會點燃煤層附近可能存在的瓦斯囊。在另一棟建築物中,白熾燈在爆炸性氣體和空氣混合物中被打破,以此說明不同燭光功率的燈在不同電壓下工作時的相對安全性。在另一棟建築物中,一座鑄造沖天爐正在執行,以展示在焦炭床的不同區域採集氣體樣本和溫度的方法,目的是研究該工藝的基本原理,以便可能進行改進。一臺煤氣發生爐正在執行,在高溫和高負荷下燃燒燃料,其中的灰渣透過在規定的時間間隔排出液態熔渣來清除。在燃料壓塊工廠,兩種型別的壓塊機正在執行,其中一臺在每平方英寸20,000磅的壓力下,不使用人工粘合劑,用加利福尼亞褐煤生產煤球,而另一臺機器則使用百分之六的水煤氣瀝青作為粘合劑,用普通煙煤末生產煤球。這些煤球實驗的目的是更好地利用燃料廢料和低品位燃料。該局的長燃燒室也引起了許多參觀者的興趣。這本質上是一個墨菲加煤機,位於一個長磚砌腔室的一端,腔室的另一端襯有耐火磚,另一端是一個水管鍋爐。在該腔室的幾個點上,有用於插入熱電偶和抽出煙道氣樣本的開口。同時從各個點採集大量氣體樣本,對這些樣本的分析研究使得確定爐膛與冷鍋爐管之間的適當距離成為可能,以便完全燃燒能夠發生。這個距離隨不同型別的燃料而變化,這些研究的結果無疑將為鍋爐和爐膛的設計者提供有價值的資料。演示的另一個特點是安全燈測試。單層和雙層紗網安全燈被放置在一個測試裝置中,在那裡它們受到已知速度的氣流的衝擊,氣流中含有百分之八的甲烷和乙烷。安全的燈不會引起這種氣體和空氣混合物的爆炸;其他燈則會,從而證明了它們的相對安全性。一些人穿著各種型別的呼吸器在一個充滿有害氣體的房間裡進行鍛鍊,一個玻璃隔斷讓參觀者能夠形象地看到救援隊在類似於礦井爆炸後存在的條件下是如何開展行動的。此外,還展出了用於爆炸物物理測試的裝置,包括一個彈道擺,透過它可以確定爆炸物的相對破壞力;一個用於確定已知重量爆炸物產生的壓力的壓力錶;一個用於確定爆炸物燃燒熱量的量熱計;一個用於確定爆炸物火焰長度和持續時間的火焰測試裝置;一個用於確定爆炸物爆速的裝置;一個大型和一個小型衝擊機,用於確定引爆爆炸物所需的力;Trauzl 和鉛塊,它們也被用於確定爆炸物的相對威力;以及一個錐形和擺錘摩擦裝置,用於確定爆炸物在摩擦下的行為。煤塵的爆炸性透過一個實驗室煤塵點燃裝置展示,該裝置由一個厚玻璃容器組成,煤塵透過空氣吹入容器底部的一個被電流加熱到紅熱的金屬絲上。煤爆炸的威力透過與點火裝置頂部相連的一個薄玻璃燒瓶的爆裂形象地顯示出來。在2號氣體和粉塵巷道中,一臺封閉式電動礦用電機在爆炸性氣體和空氣混合物中執行,沒有產生爆炸。後來,從這臺電機上移除了保護裝置,導致了氣體混合物的爆炸。因此,證明了電機在開放和保護兩種條件下用於採礦目的的相對安全性。礦務局的兩輛礦山救援車停在工廠的側線上,供參觀者參觀。在第一天的下午,大約兩千人參觀了該局的實驗礦井,併為此提供了一輛專列。前往實驗礦井的目的是觀看真實礦井中煤塵爆炸性的演示。該礦井位於賓夕法尼亞州布魯塞頓,在匹茲堡煤層中,該煤層在該地點露頭於一座小山的一側,高出鐵路約 100 英尺。該礦井的開闢主要是為了研究粉塵和瓦斯爆炸所涉及的原理,並測試在實際礦井條件下預防和控制正在發生的爆炸的各種方法。當專列到達車站時,正下著連綿不斷的雨,但這並沒有澆滅包括幾位女士在內的熱情參觀者的熱情。當隊伍從鐵路爬上通往礦井的陡峭山坡後,他們被邀請穿過礦井,據實際統計,有 1,131 人利用了這個機會。當所有人員再次離開礦井後,他們被要求在礦井上方約 25 碼的山坡上就位,等待爆炸。大約 600 至 700 磅的煤塵被撒在主巷道 600 英尺的範圍內,主巷道長 750 英尺,兩磅黑火藥被放置在主巷道最裡面的末端的一個鑽孔中,放置方式使得條件類似於實際採礦中的爆破。電線將這包炸藥與礦井外的儀器室連線起來。電線與電源連線,隨後的火藥爆炸點燃了礦井中的煤塵,導致了劇烈的爆炸。爆炸發生時天色已晚,煙霧和火焰高高地升到礦井入口上方的空中。空氣中充滿了石頭碎片、破碎的混凝土和木頭,人們不由自主地躲在樹下。“然而,沒有真正的危險,因為人們在礦井入口的上方和後方。爆炸的威力在礦井附近透過造成的破壞表現出來。在主巷道附近,一輛裝滿礦石的礦車被炸退了大約五十英尺,而另一輛部分裝載的礦車被炸飛了一百多碼,翻過堤岸,墜入山谷。距離巷道 130 英尺的擋風牆中使用的裝滿沙子的大袋子被炸到了空地上。臨時風機房被摧毀,辦公樓部分被毀。如果現場的任何礦工對沒有瓦斯存在的情況下煤塵的爆炸性有任何疑問,那麼這個問題就一勞永逸地解決了。原本計劃在爆炸後立即讓配備氧氣頭盔的人員進入礦井採集氣體樣本,撲滅初期火災並檢查頂板狀況,但由於時間太晚,所有人不得不匆匆趕往等候在車站的火車,以便將他們送回匹茲堡。每個看到這次演示的人都對測試的重要性印象深刻,許多人向霍姆斯局長和實驗負責人表示讚揚。31 日上午,在福布斯球場舉行了盛大的急救會和礦山安全演示。節目中的第一項是急救表演。參加的四十支隊伍排成一排,面向座位。“雖然許多參賽隊伍來自賓夕法尼亞州和鄰近州,但也有其他隊伍來自較遠的地方,特別是來自華盛頓州塔科馬、道森和新墨西哥州的隊伍。各隊輪流在兩個部分進行表演,偶數編號的隊伍處理相同的問題,而奇數編號的隊伍則處理其他問題。進行的急救問題包括頭部和身體撕裂傷的處理、骨折和關節脫位的治療、將人從電線中移開以及氣體和電燒傷的治療。在急救演示之後:在臨時鋼製巷道或圓筒中,在煤塵存在的情況下,對許可炸藥的行為進行了演示,該巷道或圓筒長 133 英尺,直徑 6 英尺 4 英寸。使用的炸藥量等於半磅百分之四十硝化甘油炸藥的破壞力。炸藥從炮筒中射入巷道,炮筒透過前者鋼製端部的一個小開口。另一端向大氣開放。一百三十三磅煤塵均勻地分佈在整個爆炸巷道中,二十磅煤塵被放置在炮筒口附近二十英尺長的木凳上,總共 153 磅煤塵。當一切準備就緒後,透過電線從遠處用蓄電池點燃了裝藥。這次測試沒有產生煤塵爆炸,這證明了在粉塵存在的情況下使用許可炸藥的安全性。在同一個巷道中進行了第二次演示,煤塵量相同,使用的是 FFF 黑火藥裝藥,其破壞力與上次測試中使用的許可炸藥相當。當這種黑火藥從遠處被點燃時,發生了巨大的爆炸,火焰從圓筒頂部的洩爆門中逸出,大量的灰塵和煙霧被吹出巷道的末端。緊隨這次爆炸之後,當巷道內的氣體仍然令人窒息時,由礦務局的工長礦工組成的救援隊在一些來訪的急救隊的協助下,全部配備了各種型別的呼吸器,進入巷道,救出了幾名假定的礦井爆炸受害者,將他們從爆炸巷道中帶出,並將他們交給工長礦工和礦務局急救礦工組成的小隊照顧,他們演示了各種急救問題,僅使用口袋急救包和爆炸後礦井中可能隨手可得的東西。展覽的另一個有趣之處是礦井瓦斯測試,該測試使用鳥類在爆炸或礦井火災後探測礦井,在爆炸或礦井火災中,一氧化碳會導致大量人員死亡。鳥類對這種有毒氣體(一氧化碳)的影響比人類敏感得多,當帶入礦井的救援隊中的鳥類表現出痛苦跡象時,該隊(當然應該沒有氧氣頭盔)通常會有時間撤退到安全地帶。在福布斯球場,該局的一位氣體化學家演示了這項測試的可行性,他帶著裝有金絲雀的籠子進入一個寬約 2 英尺、長 5 英尺、高 6 英尺的玻璃箱。箱子中的大氣含有千分之零點二五的一氧化碳氣體(礦工的白瓦斯)。八分鐘後,三隻鳥被擊倒,完全倒下。

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