浅谈瓦斯爆炸原理论文

煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治措施（兴安煤矿通风区杜艳春）摘要：从瓦斯爆炸条件出发，研究了瓦斯的爆炸机理和传播机理。分析了目前煤矿瓦斯爆的原因，提出了预防和控制瓦斯爆炸灾难事故的措施，说明瓦斯爆炸事故的防治的煤矿安全工作的重点。关键词：瓦斯爆炸：爆炸条件：原因分析：防治措施ThereasonofcoalmiregasexplosionandthepreventionmeasuresAbstract：Thispaperstarefromthecompositionandpropertiesofgasandtheexplosionconditionsithas,havestudiedthegooffmechanismandspreadmechanismofgas.Byanalyzingthereasonsofgasexplosionincoalmineatpresent,haveputforwardsomemeasurestopreventandcontrolofgasexplosionaccident,showthatcontrolofgasexplosionaccidentisthekeyofsafeyworkincoalmire.Keywords：gasexplosion,explosioncondition,reasonanalysis,preventionmeasures1.煤矿瓦斯成分性质及爆炸条件1.1矿井瓦斯的成分及性质主要成分有CH4、CO2、H2、CO、H2S，CO2易溶于水且易被地下水带走，N2分子较小，移动速度快。因而，它们的含量与地下水活动及上覆盖层有关，一般靠近地表，N2和CO2的含量相对偏高。瓦斯对空气的相对密度是0.554，所以它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的扩散速度是空气的1.34到1.6倍，易溶于水，不能助燃也不能呼吸。达到一定浓度时，人缺氧而窒息，并能发生燃烧和爆炸。1.2矿井瓦斯爆炸的条件分析⑴浓度：瓦斯在空气中的爆炸下限为5%～6%，下限为14%～14%。在正常空气中瓦斯浓度为9.5%时，化学反应最完全，产生的温度与压力也最大。瓦斯浓度7%～8%时最容易爆炸。⑵引火温度：瓦斯的最低点温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，初压和火源的能量及其放出强度和作用时间。瓦斯-空气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩时565℃其他情况时650℃。最低点燃能量为0.28mJ。⑶氧气浓度：正常大气压和常温时，瓦斯爆炸浓度与氧气浓度关系，如柯瓦德爆炸三角形所示。氧浓度低于12%时，混合气体就失去爆炸性。02468101214161820246810121416182022爆炸区不爆炸区混入新鲜空气后可能爆炸甲烷浓度%氧气浓度%柯瓦德爆炸三角形2.煤矿瓦斯爆炸机理和传播机理研究2.1煤矿瓦斯爆炸机理煤矿瓦斯爆炸机理是瓦斯爆炸研究的一个重要内容。瓦斯爆炸的过程是甲烷气体在外界热源激发下剧烈的化学反应。方程式为：CH4+2O2=CO2+2H20+882.6kJ/mol从上式可以看出：瓦斯爆炸式瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生反应，生成二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生的动力现象。2.2瓦斯爆炸的传播机理爆炸时由于爆炸源附近气体告诉向外冲击，在爆炸附近形成气体稀薄的低压区。于是产生反向冲击波，使已遭破坏的区域再一次受到破坏。如果反向冲击波的空气中含有足够的CH4和O2，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。3.瓦斯爆炸原因分析3.1瓦斯爆炸特点瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一。根据对煤矿瓦斯事故的统计分析，可以总结出瓦斯爆炸的特点：瓦斯爆炸的威力一般较大，因此瓦斯爆炸事故多为大事故，并且会有较大的破坏范围和破坏程度。事故地点多发生在采煤与掘进工作面，瓦斯爆炸事故多是由火花引起的。瓦斯事故发生较为普遍，在高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生。3.2矿井井下瓦斯爆炸事故原因分析开采条件火源管理安全意识瓦斯爆炸原因通风⑴通风：采煤工作面是一容易发生爆炸的地点，截槽内、截盘附近和机壳与工作面煤壁之间，瓦斯涌出量大，通风不好，容易积聚瓦斯；掘进面易发生瓦斯的原因，一方面是这些地点采用局部通风机通风，如果局部通风机停止运转、风筒末端距工作面较远、风筒漏风太大或局部通风机供风能力不够，以致风量不足或分速过低，瓦斯容易积聚。⑵煤矿开采条件差。我国煤矿井下开采条件普遍差。据统计，2007年全国国有重点煤矿共有862处矿井进行瓦斯鉴定，其中高瓦斯矿井有163处，低瓦斯矿井有483处，煤与瓦斯突出矿井有216处，有自然发火矿井483处，占56%，有煤尘爆炸危险矿井608处，占71%。⑶火源：井下的一切高温热源都可以引起瓦斯燃烧和爆炸，但主要火源是放炮和机电火花。随着煤矿机械化程度的提高，摩擦火花引燃瓦斯的事故逐渐增多。⑷管理：国内外的统计资料表明，低瓦斯矿井，由于通风、放炮和机电设备管理不严格，爆炸事故有可能比高瓦斯涌出量矿井严重。⑸安全意识：绝大多数爆炸事故是管理上疏忽和人为违反安全规程，以及缺少应有的纪律与责任的结果。4.矿井瓦斯爆炸的防治措施瓦斯爆炸必须同时具备的三个条件：⑴瓦斯浓度在爆炸范围内。⑵高于最低点燃能量的热源存在的时间大于瓦斯的引火感应期。⑶瓦斯—空气混合气体中的氧气浓度大于12%。4.1防止瓦斯积聚4.1.1搞好通风有效的通风时防止瓦斯积聚的最基本最有效的方法瓦斯矿井必须做到风流稳定有足够的风量和风速，避免循环风，局部通风机风筒末端要靠近工作面，放炮期间也不能中断通风，向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速。4.1.2及时处理局部积存的瓦斯⑴采煤工作面上角瓦斯积聚的处理：迫使一部分风流经工作面上角，将该处积存的瓦斯冲淡排出。还有在瓦斯涌出量大、回风流瓦斯超限、煤炭无自然发火危险而且上区段采空区之间无煤柱的情况下，可控制上区段的已采区封闭墙透风，改变采空区的漏风方向，将采空区的瓦斯直接排入回风巷道内。加大工作面风量，防止采煤机附近的瓦斯积聚。⑵顶板附近瓦斯层状积聚的处理：加大巷道的平均风速，使瓦斯与空气充分地紊流混合。一般认为，防止瓦斯层状积聚的平均风速不得低于0.5～1m/s；加大顶板附近的风速。如在顶梁下面加导风板将风流引向顶板附近，或沿顶板铺设风筒，每隔一段距离接一短管，将积聚的瓦斯吹散，在集中瓦斯源附近装设引射器；将瓦斯源封闭隔绝，如果集中地瓦斯涌出量不大时，可采用木板和粘土将其填实隔绝，或注入砂浆等凝固材料，堵塞较大的缝隙；顶板冒落孔洞内积存瓦斯的处理，用砂土将冒落空间填实，用导风板或风筒接岔引入风流吹散瓦斯。4.1.3抽放瓦斯《规程》第148条规定：“利用瓦斯时，瓦斯的浓度不得低于30%，不利用瓦斯时，采用干式抽放瓦斯的设备时，抽放瓦斯的浓度不得低于25%。”⑴开采煤层的瓦斯抽放。是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。⑵未卸压钻孔抽放。本方法适用于透气较大的开采煤层预抽瓦斯，此法的有点事施工发便，可以预抽的时间较长。⑶邻近层的瓦斯抽放。即是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道，或预先从开采煤层或围岩大巷内向邻近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯集中抽出。⑷采空区抽放。采煤工作面的采空区或老窑区积存大量瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工作面造成瓦斯超限而影响生产。采空区抽放时要及时检查抽放负压、流量、抽放瓦斯的成分和浓度。抽放负压与流量应与采空区的瓦斯相适应，才能保证抽出瓦斯中的甲烷浓度。⑸围岩瓦斯抽放。煤层煤岩裂隙和溶洞中存在的高瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出和突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放。4.1.4经常检查瓦斯浓度和通风状态这是及时发现和处理瓦斯积聚的前提，瓦斯燃烧和爆炸事故统计资料表明，大多数这类事故都是由于瓦斯检查员不负责，玩忽职守，没有认真执行有关瓦斯检查制度造成的。4.2防止瓦斯的引燃防止瓦斯引燃的原则，是对一切非生产必须的热源，要坚决禁绝。《规程》规定严禁携带烟草和和点火工具下井；禁止使用电炉，禁止打开矿灯；井口房、抽放瓦斯泵房以及通风机房周围20m内禁止使用明火；井下需要电焊、气焊和喷灯焊接时，应严格遵守规定；对井下火区必须加强管理；瓦斯检定灯的各个部件都必须符合规定。以下有几种防御引燃措施：⑴采用防爆的电器设备：目前采用的是隔爆外壳，即将电机、电器或变压器等能发生火花、电弧或赤热表面的部件或整体在隔爆和耐爆的外壳里，即使壳内发生瓦斯的燃烧或爆炸，不致引起壳外的瓦斯事故。⑵供电闭锁装置和超前切断电源的控制措施，对于防止瓦斯爆炸有重要的作用。因此，局部通风和掘进工作面内的电气设备，必须有延时的风电闭锁装置。⑶在有瓦斯或煤尘爆炸危险地煤层中，采掘工作面只准使用煤矿安全炸药和瞬发雷管。如使用毫秒延期电雷管，最后一段的延期时间不得超过130ms。在岩层中开凿井巷时，如果工作面中发现瓦斯，应停止使用非安全炸药和延期雷管。打眼、放炮和封泥都必须符合安全规程的规定。⑷防止机械摩擦火花，如截齿与坚硬夹石摩擦，金属支架与顶板岩石摩擦，金属部件的摩擦或冲击等等。措施有：禁止使用磨钝的截齿；截槽内喷雾洒水；禁止使用铝和铝合金制作的部件和仪器设备；在金属表面涂以各种材料，以防止摩擦产生火花。⑸使用高分子聚合材料制品，如风筒，运输机皮带和抽放瓦斯管道等，由于其导电性能差，容易因摩擦而积聚静电，当其静电放电时就有可能引燃瓦斯、煤尘或发生火灾。因此，煤矿井下应该采用抗静电难的聚合材料制品。4.3防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施⑴编辑周密的预防和处理瓦斯爆炸事故计划，并对有关人员贯彻这个计划。⑵实行分区通风。各水平、各采区都必须布置单独的回风道，采掘工作面都应采用独立通风。⑶通风系统力求简单。应保证当发生瓦斯爆炸时入风流与回风流不会发生短路。⑷装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门或防爆井盖，防止爆炸波冲毁通风机，影响救灾与恢复通风。⑸防止煤尘事故的隔爆措施，同样也适用于防止瓦斯爆炸5.结语矿井瓦斯是严重威胁矿井安全生产地主要因素，瓦斯灾难每年都造成许多人员伤亡和巨大财产措施。因此，掌握瓦斯爆炸的原因、规律和防治措施对煤炭工业的健康持续发展具有重大意义。参考文献：[1]李建铭．煤与瓦斯突出防治手册[M]．中国矿业大学出版社[2]《煤矿安全规程》[M]．山西科学技术出版社[3]煤矿抽放瓦斯技术[M]．煤炭工业出版社[4]张国枢．通风安全学[M]．中国矿业大学出版社[5]瓦斯灾害治理事故[J]．中国安全学报