煤矿环境人体动态静电放电理论建模的研究

静电是煤矿瓦斯爆燃事故根源之一。在有瓦斯的环境中人体动态静电放电危险性更大，人体可视为导体，瞬间将会把储存的能量释放，形成火花放电引爆瓦斯。实验表明，矿工着装做脱衣、跌倒等突变动作时，人体静电电位峰值会比通常增大十多倍；矿工进入干燥采煤区狭窄坑道时，人体电容也会增大十余倍；当矿工走出狭窄坑道进入宽敞坑道时，人体电容又会迅速减小，由于电荷量相对稳定，人体电压会突然升高，从而形成人体更大的放电能量。因此，研究人体动态静电放电理论模型具有重要意义。.项目研究内容：（1）研究采煤区狭窄坑道含有瓦斯的环境中，矿工实际工作时的人体电压、人体电容变化规律及安全阈值，掌握有关测试技术；（2）掌握采煤区瓦斯梯度分布及最易引爆的瓦斯浓度、氧气浓度、混合气体温度等敏感度值；（3）完成矿工实际工作时人体动态静电放电理论建模。为矿工着装防静电标准提供科学理论依据，为煤矿安全生产管理及创建和谐矿区提供技术支持。

静电是煤矿瓦斯爆燃的事故源之一，在有瓦斯的环境中，人体动态静电放电危险性更大。人体可视为导体，瞬间将会把储存的能量释放，形成火花放电引爆瓦斯。实验表明矿工做脱衣、跌倒等突变动作时，人体静电电位峰值会突然增大许多；矿工进入干燥采煤区狭窄坑道时，人体电容也会迅速增加，当矿工从狭窄坑道进入宽敞坑道时，人体电容又会迅速减少，由于人体电荷量相对稳定，电压会突然升高，从而形成人体更大的放电能量。因此研究人体动态静电放电理论模型具有重要意义。. 项目研究内容如下：1. 研究有瓦斯的煤矿环境中，矿工实际工作时的人体电压、人体电容的变化规律及安全阈值。2. 掌握采煤区坑道瓦斯梯度分布及最易引爆的瓦斯浓度、氧气浓度、混合气体温度等敏感度值。3. 完成矿工实际工作时人体动态静电放电理论建模。确定人体电位及人体静电能量的安全值和对应的矿工着装防静电标准的关联，为矿工着装防静电标准提供科学理论依据，为煤矿安全生产管理提供技术支持。. 本项目通过大量实验和理论探讨，不仅建立了人体动态静电放电理论模型，掌握了采煤区狭窄坑道中运动的矿工人体电容、电压及放电能量的变化规律、瓦斯梯度分布、瓦斯浓度的敏感度，而且完成了矿工着装的电阻率与人体带电电压、带电电量变化关系的研究。建立了运动矿工着装电阻率与矿工带电电压、带电电量变化关系的方程。总结出：采煤处狭窄坑道为瓦斯源，此处瓦斯浓度最大，人体电容也最大（2000pF～3000pF），是一般人体正常电容（100pF～150pF）的十余倍；人体静电最易引爆瓦斯位置，应该为狭窄坑道突然变宽处。人体从狭窄坑道走到宽敞坑道的瞬间，由于人体电容的突然减小，导致人体电压升高十几倍，致使人体放电能量突然增大，该处最易成为人体静电放电引爆瓦斯源。实验证明，人体电压只要上升到500V以上，足以得到大于0.28mJ的瓦斯最小点火能量和大于22kV/cm的瓦斯击穿场强，使瓦斯爆燃，实验得出，最易爆炸的瓦斯浓度为8.5%附近。