[科普中国]-井下静电

在煤矿井下以电荷形式存在的，相对于观察者是静止的电荷。它一般存在于用高分子材料制造的设备及对地绝缘电阻较高的物体上。

简史20世纪50年代中期开始，西方主要采煤国及日本等国的煤矿井下曾多次发生静电引爆瓦斯的灾害事故。中国煤矿井下在80年代初也曾发生过数次 静电引爆或燃烧瓦斯及电击操作人员等灾害事故。所 以国外在50年代后期开始研究“井下静电”问题。中国从70年代中期也着手研究这一课题，设法采取各种 静电防护措施来杜绝或减少静电灾害事故的发生。

静电的形成不仅摩擦产生静电，而且当两种物 质紧密接触后再分离时就可能产生静电。因各种物质 的一个外层电子脱离物质表面所需要的最小能量 (亦 称逸出功)不同，当两种物质接触时，电子从逸出功小 的一方向逸出功大的一方转移，在接触面上出现了接 触电位差。这时逸出功小的一方失去电子出现正电荷 层，逸出功大的一方获得电子出现负电荷层，在接触面 上形成了双电荷层。当这两种物质再分离时，则一种物 质在原先的接触面上带上了正电荷而另一种物质就带 上了负电荷，即产生了静电荷。两种固体物质相距不超 过25×10mm时，可认为是紧密接触，分离时就可能 产生静电。金属材料也同样可以产生静电，但它是良导 体，产生的静电荷往往沿着某一通道迅速流动而泄漏。 然而，处在对地绝缘状态较好的金属其产生的静电没 有泄漏通道就会积聚在金属的表面，使金属带上了静 电荷。所以材料的电阻率，特别是固体材料的表面电阻 率对于静电的泄漏有很大影响，当电阻率不大于10Ω·mm时就容易泄漏。

有时同一物质相互摩擦时，由于摩擦的方向或摩 擦物件的温度不同会产生静电。当物质在强电场的感 应或极化作用下同样会产生静电。有些带有结晶组织 的物质在增加压力或温度变化时也会产生静电。

静电危害静电产生的电火花会引起井下瓦斯燃烧、爆炸的严重灾害。如使用于井下的塑料瓦斯抽放 管、喷浆管及橡胶-塑料输送带等高分子物体和一些 处于对地绝缘状态的金属机械设备，在使用过程中由 于摩擦而产生较高的静电电位，由此引起的静电火花 放电，就有可能引燃或引爆瓦斯。

触及带有较高电位静电的物体时还会产生人体电击、跌倒撞伤。如碰到开关操作机构时还会引起误操作 等事故。操作人员穿化纤工作服及胶靴、塑料安全帽等 物件工作时，人体会产生静电。此时如接近和接触电气 设备中的电子元器件，由于静电放电，有时会损坏电子 元器件而引起电气设备误动作等事故。带有静电的人 体接触火药雷管时，还有可能引起火药雷管爆炸。

高电压旋转电机产生的静电可能使其定子线圈端 部绝缘层被击穿。

因静电放电或静电力作用，导致发生危险或损害 的现象称静电事故。因静电放电而导致的比较大或人 力无法抵御的危害，如火灾、爆炸、人体静电电击和二 次事故等称静电灾害。1

静电测量静电测量包括静电电位值、电荷量、电 场强度等基本物理参数的测量，以及影响介质材料起 电、带电及电荷转移变化规律的介质材料绝缘性(电阻 值)、电容量、介电常数和放电时间常数的测量。测量 时要注意对试样、测试电极的清洁处理及对测试电压、 频率的选择。静电受环境的温度、湿度影响较大，尤其 是环境的相对湿度，因此除了生产现场的实地测量外， 静电测量时要恒温、恒湿。通常在温度为25±5℃，相 对湿度为65±5%的环境中进行。静电电位值、静电电 荷量的测量最好使环境中的相对湿度控制在50%以 下。

静电电位值测量 导体静电电位值一般采用输入 阻抗为10Ω以上的静电电压表直接测量。高分子等 非导体静电电位值只可采用非接触式间接测量，一是 采用基于静电感应原理的直流放大式静电电位计或交 流放大旋转扇形片式和振动电容式静电电位计测量， 二是采用基于放射性同位素电离空气原理的集电式静 电位计测量。

静电电荷量测量 静电电荷量(库仑)通常采用法 拉第筒法。把带电物体扔入法拉第筒中，测出内筒的电 位值V。而每台法拉第筒均可在测量前测出其固定的 电容值C，则可计算静电电荷值Q (Q=CV)。

防静电危害措施防静电方法很多，主要有静电 接地、增加环境相对湿度、增大材料的体电导及表面电 导，中和或消除静电等。

静电接地 仅适用于表面电阻率在10Ω以下的 物体。即使物体与大地之间构成电气上的泄漏电路使 物体处于接地状态，这样物体上产生的静电泄漏到大 地不会积聚，静电电位就不会上升，避免了静电火花放 电现象，同时又可防止带电物体附近的物体受到静电 感应而带电。在标准环境条件下，接地电阻应≤100Ω。 所以煤矿井下所有金属物体及抗静电橡胶塑料制品均 要使其接地或使其处于接地状态。为了保证整个金属 管路处于接地状态，管路全线应有电气连接。对于抗静 电橡胶，塑料软硬管道和风筒也应如此连接。支撑、夹 紧这些管道、风管的金属管撑、夹头和管接头、风筒接 头也应接地。

增湿 增加环境中的相对湿度使带电体表面形成 薄的水膜，利用水膜中的杂质与溶解物使带电体表面 电阻降低，加速静电的逸散和泄漏。环境相对湿度宜保 持在70%以上。但增湿对一些不易被水润湿的非极性 物质和聚氯乙烯、聚四氟乙烯、纯涤纶等是无效的，另 外由于增湿而影响产品质量的也不宜采用。滚筒采煤 机、运输机容易扬起煤尘的地方使用了水喷雾装置，减 少煤尘飞扬也就减少了这些带电的小颗粒。同样掘进 作业采用湿钻头也可减少岩尘的飞扬，增加了环境相 对湿度，可以加速静电荷的逸散和泄漏。

增大物质的电导 将金属粉、导电碳黑或抗静电 添加剂掺入橡胶、塑料等非导体物质中，用金属丝、导 电性纤维、抗静电纤维编织进化纤织物中或用金属网、 导电碳黑复合到橡胶制品的表面可大大增加该物体的 电导即可降低电阻率。一般情况下，表面电阻不超过 10Ω，恶劣的工作条件下，不超过10Ω就可有效地防 止静电危害的出现，故煤矿工人戴的安全帽、穿的工作 服、工作靴均应采用抗静电制品，以避免人体带静电。 井下使用的输送带、导风筒、风帘布、喷浆管、压风管、 瓦斯抽放管等橡塑制品，也均应采用抗静电制品。

中和法消除静电 可用自感应、高电压、同位素或 离子流等方式的各种静电消除器产生的电子或离子 流，使带电物体上的静电荷得到相反符号电荷中和，从 而消除静电的危害。但上述静电消除器除同位素方式 外，均要考虑消除器本身的防爆问题故一般难以采用。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学