انفجار غباري

الانفجار الغباري هو احتراق سريع لجزيئات دقيقة عالقة في الهواء داخل مكان مغلق. يمكن أن تحدث الانفجارات الغبارية عندما تتواجد أي مادة قابلة للاحتراق مسحوقة منتشرة بتركيزات عالية كافية في الغلاف الجوي أو وسط غازي مؤكسد آخر ، مثل الأكسجين النقي . في الحالات التي يلعب فيها الوقود دور المادة القابلة للاحتراق، يُعرف الانفجار باسم انفجار الوقود والهواء.

تُعدّ انفجارات الغبار خطراً متكرراً في مناجم الفحم ، ومصاعد الحبوب، والصوامع ، وغيرها من البيئات الصناعية. كما أنها شائعة الاستخدام من قبل فناني المؤثرات الخاصة ، وصانعي الأفلام ، وفنيي الألعاب النارية ، نظراً لمظهرها المذهل وإمكانية احتواءها بأمان في ظل ظروف معينة تخضع لرقابة دقيقة.

تستغل الأسلحة الحرارية الضغطية هذا المبدأ من خلال تشبيع منطقة ما بسرعة بمادة قابلة للاشتعال بسهولة، ثم إشعالها لتوليد قوة انفجارية. وتُعد هذه الأسلحة أقوى المتفجرات غير النووية الموجودة. ^{[ 1 ]}

إذا حدث احتراق سريع في مكان مغلق ، فقد تتراكم ضغوط هائلة ، مما يُسبب أضرارًا هيكلية جسيمة وتطايرًا للحطام. يُمكن أن يُؤدي الانطلاق المفاجئ للطاقة من " الانفجار " إلى توليد موجة صدمية ، سواء في الهواء الطلق أو في مكان مغلق. إذا كان انتشار اللهب دون سرعة الصوت ، تُسمى هذه الظاهرة أحيانًا " احتراقًا سريعًا "، على الرغم من أن الاستخدام الشائع يُطلق على كلتا الظاهرتين " انفجارات ".

يمكن تصنيف انفجارات الغبار إلى نوعين: "ابتدائية" و"ثانوية". تحدث الانفجارات الابتدائية داخل معدات العمليات أو ما شابهها من حاويات، ويتم التحكم بها عادةً عن طريق تخفيف الضغط عبر قنوات مصممة خصيصًا لهذا الغرض إلى الغلاف الجوي الخارجي. أما الانفجارات الثانوية، فتنتج عن تراكم الغبار داخل المبنى، والذي يشتعل بفعل الانفجار الابتدائي، مما يؤدي إلى انفجار خارج عن السيطرة أكثر خطورة، وقد يؤثر على المبنى بأكمله. تاريخيًا، كانت معظم الوفيات الناجمة عن انفجارات الغبار من النوع الثانوي. ^{[ 2 ]}

هناك خمسة شروط ضرورية لحدوث انفجار غبار: ^{[ 3 ]}

1. غبار قابل للاشتعال
2. ينتشر الغبار في الهواء ضمن حدود معينة للاشتعال
3. يوجد عامل مؤكسد (عادةً ما يكون الأكسجين الجوي)
4. يوجد مصدر اشتعال
5. المنطقة محصورة – يمكن أن يكون المبنى بمثابة سور. 

مصادر الغبار

يمكن أن تتسبب العديد من المواد الشائعة القابلة للاشتعال في حدوث انفجار غباري، مثل غبار الفحم ونشارة الخشب . إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تنتشر العديد من المواد العضوية العادية لتشكل سحابة غبار خطيرة، مثل الحبوب والدقيق والنشا والسكر والحليب المجفف والكاكاو والقهوة وحبوب اللقاح . كما يمكن أن تشكل المعادن المسحوقة ( مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم ) معلقات متفجرة في الهواء إذا تم تفتيتها إلى جزيئات دقيقة.

في الثاني من مايو عام 1878، دمر انفجار هائل لغبار الدقيق مطحنة في مينيسوتا، مما أسفر عن مقتل 14 عاملاً في مطحنة واشبورن أ، وأربعة آخرين في المباني المجاورة. ^{[ 4 ]} وتحدث مشكلة مماثلة في مناشر الأخشاب وغيرها من الأماكن المخصصة لأعمال النجارة .

منذ ظهور تقنية التصنيع الإضافي القائمة على مسحوق المعادن على نطاق الإنتاج الصناعي في العقد الثاني من الألفية الثانية، تزايدت الحاجة إلى مزيد من المعلومات والخبرات حول كيفية منع انفجارات الغبار والحرائق الناجمة عن آثار مسحوق المعادن الزائد التي قد تتبقى بعد عمليات التلبيد بالليزر أو غيرها من طرق الصهر. ^{[ 5 ]} على سبيل المثال، في عمليات التشغيل الآلي اللاحقة لعملية التصنيع الإضافي، قد يتعرض المسحوق الزائد المنطلق من مسام الهياكل الداعمة لشرارات من سطح القطع. ^{[ 5 ]} تُبذل جهود حثيثة ليس فقط لبناء قاعدة المعرفة هذه داخل الصناعة، بل أيضًا لمشاركتها مع إدارات الإطفاء المحلية، التي تُجري عمليات تفتيش دورية لسلامة الحرائق في الشركات ضمن نطاق اختصاصها، والتي يُتوقع منها الاستجابة لإنذارات الحريق في الورش أو المصانع التي أصبحت فيها تقنية التصنيع الإضافي جزءًا من عمليات الإنتاج. ^{[ 5 ]}

على الرغم من أنها ليست غبارًا بالمعنى الدقيق، إلا أن جزيئات الورق المنبعثة أثناء عمليات التصنيع - وخاصةً أثناء اللف والفرد والتشكيل والتقطيع - تُعرف أيضًا بأنها تُشكل خطرًا للانفجار. ولذلك، تحافظ مصانع الورق المغلقة المعرضة لمثل هذه المخاطر عادةً على مستويات رطوبة عالية جدًا في الهواء للحد من احتمالية حدوث انفجارات ناتجة عن غبار الورق المتطاير.

في مجال الألعاب النارية ذات المؤثرات الخاصة ، يعتبر مسحوق الليكوبوديوم ^{[ 2 ]} ومبيض القهوة غير الألباني ^{[ 6 ]} وسيلتين شائعتين لإنتاج تأثيرات حريق آمنة ومتحكم بها.

لضمان الاحتراق السريع، يجب أن يتكون الغبار من جزيئات صغيرة جدًا ذات نسبة مساحة سطح عالية إلى حجمها ، مما يجعل المساحة السطحية الإجمالية لجميع الجزيئات كبيرة جدًا مقارنةً بغبار الجزيئات الأكبر حجمًا. يُعرَّف الغبار بأنه مسحوق ذو جزيئات يقل قطرها عن 500 ميكرومتر تقريبًا، ولكن الغبار الناعم يُشكِّل خطرًا أكبر بكثير من الجزيئات الخشنة نظرًا لكبر مساحة سطحه الإجمالية.

يتميز الغبار بمساحة سطحية كبيرة جدًا مقارنة بكتلته. ولأن الاحتراق لا يحدث إلا على سطح المواد الصلبة أو السائلة، حيث يتفاعل مع الأكسجين، فإن هذا يجعل الغبار أكثر قابلية للاشتعال من المواد الصلبة. على سبيل المثال، كرة من مادة قابلة للاحتراق كتلتها 1 كجم (2.2 رطل) وكثافتها 1 جم/سم³ ^يبلغ قطرها حوالي 12.4 سم (4.9 بوصة) ، ومساحة سطحها 0.048 م² (0.52 قدم مربع ) . أما إذا قُسّمت إلى جزيئات غبار كروية قطرها 50 ^{ميكرومتر} ( بحجم جزيئات الدقيق تقريبًا) ^، فإن مساحة سطحها ستصل إلى 120 م² (1300 قدم مربع ) . هذه المساحة السطحية المتزايدة بشكل كبير تسمح للمادة بالاحتراق بسرعة أكبر، كما أن الكتلة الصغيرة جدًا لكل جزيء تسمح لها بالاشتعال بطاقة أقل بكثير من المادة الصلبة، لعدم وجود فقدان للحرارة بالتوصيل داخل المادة.          

عند اشتعال هذا المزيج من الوقود والهواء، وخاصة في مكان مغلق كالمستودعات أو الصوامع، يتولد ضغط هائل، غالباً ما يكون كافياً لهدم المبنى. حتى المواد التي يُعتقد تقليدياً أنها غير قابلة للاشتعال (كالألومنيوم ) ، أو بطيئة الاحتراق (كالخشب)، يمكن أن تُحدث انفجاراً هائلاً عند تفتيتها إلى جزيئات دقيقة، ويمكن إشعالها بشرارة صغيرة.

• عرض توضيحي لانفجار غبار في الهواء الطلق
• 
  الإعداد التجريبي
• 
  يتم تشتيت الدقيق المطحون ناعماً
• 
  اشتعلت سحابة من الدقيق
• 
  تنتشر كرة النار بسرعة
• 
  لا يوجد ما يمكن أن يشعله الإشعاع الحراري الشديد هنا
• 
  كرة نارية وغازات شديدة السخونة تتصاعد
• 
  آثار الانفجار، مع وجود دقيق غير محترق على الأرض

يمكن أن يتسبب انفجار الغبار في أضرار جسيمة للمنشآت والمعدات والأفراد نتيجةً للضغط الزائد العنيف أو تأثيرات الموجات الصدمية. كما يمكن أن تتسبب الأجسام المتطايرة والحطام في مزيد من الأضرار. وقد تؤدي الحرارة الإشعاعية الشديدة المنبعثة من كرة اللهب إلى اشتعال المناطق المحيطة، أو التسبب بحروق جلدية بالغة للأشخاص غير المحميين. وفي الأماكن المغلقة بإحكام، قد يؤدي النقص المفاجئ في الأكسجين إلى الاختناق . وعندما يكون الغبار كربونيًا (كما هو الحال في مناجم الفحم)، قد يؤدي الاحتراق غير الكامل إلى إنتاج كميات كبيرة من أول أكسيد الكربون (غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يتنفسه عمال المناجم ). وهذا بدوره قد يتسبب في وفيات أكثر من تلك الناجمة عن الانفجار الأصلي، فضلًا عن إعاقة محاولات الإنقاذ. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

أُجريت أبحاث كثيرة في أوروبا وغيرها لفهم كيفية السيطرة على هذه المخاطر، لكن انفجارات الغبار لا تزال تحدث. وتختلف البدائل لجعل العمليات والمصانع أكثر أمانًا باختلاف الصناعة.

في صناعة تعدين الفحم ، قد يتسبب انفجار غاز الميثان في انفجار غبار الفحم ، الذي قد يلتهم منجمًا بأكمله. وكإجراء احترازي، يُنشر غبار حجري غير قابل للاحتراق على طول ممرات المنجم، أو يُخزن في صوانٍ معلقة من السقف، لتخفيف تركيز غبار الفحم المُثار بفعل الموجة الصدمية إلى درجة تجعله غير قابل للاشتعال. كما تُرش المناجم بالماء لمنع الاشتعال.

تستبعد بعض الصناعات الأكسجين من العمليات التي تُثير الغبار، وهو إجراء احترازي يُعرف باسم "التخميل". ويُستخدم في ذلك عادةً النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون أو الأرجون ، وهي غازات غير قابلة للاشتعال يمكنها إزاحة الأكسجين. وتُستخدم الطريقة نفسها في خزانات التخزين الكبيرة حيث يمكن أن تتراكم الأبخرة القابلة للاشتعال. ومع ذلك، فإن استخدام الغازات الخالية من الأكسجين يُعرّض العمال لخطر الاختناق . أما العمال الذين يحتاجون إلى إضاءة في الأماكن المغلقة حيث يكون خطر انفجار الغبار مرتفعًا، فيستخدمون غالبًا مصابيح مُصممة للغواصين تحت الماء ، لأنها لا تُصدر شرارة مكشوفة بفضل تصميمها المُحكم المقاوم للماء.

تساعد ممارسات التنظيف الجيدة، مثل التخلص من تراكم رواسب الغبار القابلة للاشتعال باستخدام جهاز تجميع الغبار ، في التخفيف من حدة المشكلة.

تشمل أفضل تدابير التحكم الهندسية التي يمكن العثور عليها في معايير الغبار القابل للاشتعال الصادرة عن الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA) ^{[ 12 ]} ما يلي:

• ترطيب
• انخفاض تركيز المؤكسد
• تهوية الانفجار
• احتواء ضغط الانفجار
• قمع الانفجار
• يتم تصريف الاحتراق السريع من خلال جهاز احتجاز الغبار وإخماد اللهب

تُعدّ سحب الغبار مصدراً شائعاً للانفجارات، حيث تُسبّب ما يُقدّر بنحو 2000 انفجار سنوياً في أوروبا. ^{[ 13 ]} يسرد الجدول الحوادث البارزة في جميع أنحاء العالم.

حدث	تاريخ	موقع	دولة	المادة المصدرية	الوفيات	الإصابات	ملحوظات
انفجار مستودع دقيق جياكوميلي	14 ديسمبر 1785	تورينو	إيطاليا	غبار الدقيق	0	2	وثّق الكونت موروزو هذه الحادثة في مذكرات أكاديمية العلوم في تورينو. وهي من أوائل انفجارات غبار الدقيق الموثقة علميًا. وقعت عندما قام صبي بتقليب الدقيق على ضوء المصباح، مما أدى إلى تصاعد سحابة من الغبار اشتعلت. تسبب الانفجار في أضرار للمخبز وإصابات، من بينها حروق لأحد الصبية وكسر في ساق آخر قفز من سقالة. عزا الكونت موروزو الانفجار إلى جفاف الدقيق الشديد (بعد 5-6 أشهر من انقطاع المطر)، وقدم تفسيرًا علميًا مبكرًا لانفجارات الغبار. [ 14 ]
انفجار مطاحن دقيق تراديستون	9 يوليو 1872	غلاسكو ، اسكتلندا	المملكة المتحدة	غبار الحبوب	18	16	دمر الانفجار مبنى المطحنة وألحق أضراراً بالمباني المحيطة، وتسبب في حريق أودى بحياة آخرين. ونُشرت نتائج التحقيق في الانفجار في جميع أنحاء أوروبا والأمريكتين.
كارثة الطاحونة الكبرى	2 مايو 1878	مينيابوليس، مينيسوتا	الولايات المتحدة	غبار الحبوب	18		دمر أكبر مطحنة حبوب في العالم وسوّى خمس مطاحن أخرى بالأرض، مما قلل فعلياً من طاقة الطحن في مينيابوليس بمقدار الثلث إلى النصف. ودفع ذلك المطاحن في جميع أنحاء البلاد إلى تركيب أنظمة تهوية أفضل لمنع تراكم الغبار.
كارثة مطحنة هوستيد والمصعد	24 يونيو 1913	بوفالو، نيويورك	الولايات المتحدة	غبار الحبوب	33	80	أدى انفجار وقع بعد ظهر يوم عمل إلى تدمير مجمع صومعة حبوب ومطحنة. وقد قُذف سائق قاطرة تحويل مسار كانت تمر بالسكك الحديدية من كابينة القيادة وتوفي. وتحطمت نوافذ قطار ركاب تابع لشركة نيكل بليت رود ، لكن لم يُصب أي من الركاب بأذى. [ 15 ] [ 16 ]
انفجار مصنع ميلووكي	20 مايو 1919	ميلووكي ، ويسكونسن	الولايات المتحدة	مصنع طحن الأعلاف	3	4	شعر الناس بالانفجار على بعد أميال حول المنطقة، ودمر المصنع المملوك للشركة بالكامل.
انفجار مصنع دوغلاس للنشا	22 مايو 1919	سيدار رابيدز، أيوا	الولايات المتحدة	نشا الذرة	43	30	شُعر بالانفجار على بعد أميال، ودمر المصنع المملوك للشركة بالكامل. [ 17 ]
انفجار بورت كولبورن	9 أغسطس 1919	بورت كولبورن	كندا	قمح	10	16	كما دمر الانفجار الباخرة كيبيك ، التي كانت بالقرب من صومعة الحبوب.
صومعة حبوب كبيرة في مدينة كانساس سيتي	13 سبتمبر 1919	مدينة كانساس سيتي، ميزوري	الولايات المتحدة		14	10	نشأت في قبو المصعد، خلال فترة التنظيف، وانتقلت عبر بئر المصعد.
كارثة منجم ماونت موليجان	19 سبتمبر 1921	جبل موليجان، كوينزلاند	أستراليا	غبار الفحم	75		هزت سلسلة انفجارات غبار الفحم داخل منجم البلدة المترابطة وكان صوتها مسموعاً على بعد 30 كيلومتراً (19 ميلاً) .
انفجار منجم بينكسيهو للفحم	26 أبريل 1942	بينكسي ، لياونينغ	مانشوكو (الصين حاليًا)	غبار الفحم والغاز	1549		قُتل 34% من عمال المناجم الذين كانوا يعملون في ذلك اليوم. هذا أسوأ حادث تعدين فحم في التاريخ.
انفجار وحريق في مصنع بيلسبري	2 يناير 1972	بوفالو، نيويورك	الولايات المتحدة	دقيق القمح	3	8	انفجارٌ وقع خلال عطلة رأس السنة في ما كان يُعدّ آنذاك أكبر مطحنة دقيق في العالم. وقع الانفجار في سلسلة من صوامع تخزين الدقيق السائبة المصنوعة من الخرسانة والفولاذ، يبلغ طول كل منها 500 قدم وارتفاعها عشرة طوابق. استغرقت أعمال الإصلاح عامًا كاملاً. [ 18 ]
انفجار مصعد الحبوب في ويستويغو	22 ديسمبر 1977	ويستويغو، لويزيانا	الولايات المتحدة	غبار الحبوب	36	13	[ 19 ]
انفجار صومعة حبوب في جالفستون	27 ديسمبر 1977	جالفستون ، تكساس	الولايات المتحدة	غبار الحبوب	20		[ 19 ]
انفجار مصنع بيردز كاسترد	18 نوفمبر 1981	بانبري	المملكة المتحدة	نشا الذرة		9	[ 13 ] [ 20 ]
انفجار مصنع الشعير في ميتز	18 أكتوبر 1982	ميتز	فرنسا	غبار الشعير	12	1	[ 21 ]
انفجار Ingeniero White Silo رقم 5	13 مارس 1985	إنجينيرو وايت	الأرجنتين	غبار الحبوب	22		[ 22 ]
انفجار مصنع نسيج في هاربين	17 مارس 1987	هاربين	الصين	غبار الكتان	58	177	[ 23 ]
حادث منجم الفحم سوخوديلسكا – سخيدنا	9 يونيو 1992	سوخوديلسك	أوكرانيا	غبار الفحم وغاز الميثان	63	37	[ 24 ] [ 25 ]
انفجار حبوب بلاي	أغسطس 1997	بلاي	فرنسا	غبار الحبوب	11	1	أسفر انفجار في منشأة لتخزين الحبوب تابعة لشركة Société d'Exploitation Maritime Blayaise عن مقتل 11 شخصًا في المكاتب المجاورة وإصابة شخص واحد. [ 13 ]
انفجار صومعة حبوب ديبروس	يونيو 1998	ويتشيتا، كانساس	الولايات المتحدة	غبار الحبوب	7	10	وقعت عدة انفجارات في ما كان آنذاك أكبر صومعة حبوب في العالم. ولم تتم صيانة أنظمة جمع الغبار بشكل صحيح. [ 26 ]
انفجار شركة ويست للخدمات الصيدلانية	29 يناير 2003	كينستون، كارولاينا الشمالية	الولايات المتحدة	غبار البولي إيثيلين	6	38
انفجار غبار في شركة CTA Acoustics	20 فبراير 2003	كوربين، كنتاكي	الولايات المتحدة	غبار الراتنج	7	37	كان الموظفون يقومون بأعمال النظافة عندما تُرك الفرن مفتوحًا، وكانت الحرائق الصغيرة الناجمة عن غبار الراتنج شائعة، وقد تم نفخ الغبار إلى جهاز الشفط، ثم إلى الفرن مما تسبب في الانفجار. [ 27 ]
انفجار شركة إمبريال شوجر	7 فبراير 2008	بورت وينتورث، جورجيا	الولايات المتحدة	غبار السكر	14	42	[ 13 ]
انفجار كونشان عام 2014	2 أغسطس 2014	كونشان	الصين	مسحوق معدني	146	114
انفجار ساحل فورموزا الممتع	27 يونيو 2015	تايبيه الجديدة	تايوان	مسحوق النشا الملون	15	498	انفجارٌ وقع عندما تم إطلاق مسحوق ملون يشبه مسحوق هولي في مهرجان موسيقي وألوان في الهواء الطلق على ساحل فورموزا الترفيهي .
انفجار مطحنة دقيق بوسلي الخشبية	17 يوليو 2015	بوسلي ، تشيشاير	المملكة المتحدة	دقيق الخشب	4	4	[ 28 ] [ 29 ]
انفجار ديديون ميلينج	31 مايو 2017	كامبريا، ويسكونسن	الولايات المتحدة	غبار الذرة	5	14	انفجار في منشأة لمعالجة الذرة ناجم عن عش مشتعل داخل معدات معالجة لم تتم صيانتها بشكل صحيح. [ 30 ] [ 31 ]

• نسبة الهواء إلى الوقود
• أداة كهربائية

حوادث في فرنسا والولايات المتحدة:

• منتجات التحقيق في انفجارات الغبار القابل للاشتعال من مجلس السلامة الكيميائية
• معهد سياسات الغبار القابل للاشتعال - ATEX
• دراسات حالة إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) لانفجارات الغبار

حماية مصانع المعالجة ومرافق مناولة الحبوب وما إلى ذلك من خطر انفجارات الغبار:

• معدات مراقبة المخاطر - الاختيار والتركيب والصيانة
• ندوات حول السلامة من الغبار القابل للاشتعال
• نصائح هيئة الصحة والسلامة المهنية (المملكة المتحدة) بشأن التعامل الآمن مع الغبار القابل للاشتعال
• الغبار القابل للاشتعال، CCOHS