煤矿瓦斯爆炸分析与安全防护措施

煤矿瓦斯爆炸分析与安全防护措施主讲人：丁大勇班级：消防3091指导老师：梁克瑞徐广智吉林工业职业技术学院丁大勇：汇报论文；于云鹏：查询煤矿爆炸相关试验；于洋洋：查询有关爆炸的内容；马乐：查看《工业粉尘爆炸与治理》、《可燃气体爆炸特性试验装置》等书籍；仇金平：书写论文王升文：做幻灯片王国锋：整理材料任务分工：主要内容一、前言二、我国煤矿安全状况三、瓦斯爆炸机制试验及防治措施四、结束语一、前言我国常规能源构成•煤炭资源总量5.57万亿吨•石油总资源量940亿吨•煤层气资源量35万亿立方米天然气3%水电7%石油20%煤炭70%结论：煤炭工业安全生产是我国国民经济可持续发展的根本保证，因此对煤矿瓦斯爆炸研究很有必要。二、我国煤矿安全状况煤矿是我国工矿企业灾害事故的主要来源：2002.01-12，工矿企业一次死亡10人的重大事故中，煤矿事故占90%，非煤矿山事故占4%，其他占6%。煤矿3人以上死亡事故构成(2002)：瓦斯事故69.1%，其它30.9%。事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占54.9%0123451我国百万吨死亡率与主要产煤国家的比较中国4.36美国0.088俄罗斯2.03波兰0.443德国0.335英国0.154澳大利亚0.08印度0.735乌克兰2.14近年来死亡人数在6769人-5670人（1998-2002）百万吨死亡率5左右，与先进国家差距大。原因：中国煤层赋存条件复杂，缺乏有效的控制技术措施-重大灾害防治技术基础研究不够。瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家，至今已经发生了1万多次突出事故，最大一次突出煤岩量达12800吨。6.20鸡西城子河矿瓦斯爆炸事故，死亡124人2002年发生的一次死亡10人以上事故中，瓦斯爆炸事故占80%矿井瓦斯爆炸是一种链式反应,当爆炸混合物吸收一定的能量后，反应物分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基(或叫自由基)，这种游离基具有很强的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适当的条件下，每个游离基又可进一步分解，产生两个或两个以上的游离基，如此循环不已，化学反应也越来越快，最后发展为燃烧或爆炸式的氧化反应（其中的中间过程有20个方程左右）。CH4+2O2=CO2+2H2O+882.6kJ/mol(1)三、瓦斯爆炸试验及防治技术1、瓦斯爆炸机理及其传播规律问题：如何切断链式反应，了解中间产物。热爆炸理论：在充满混合可燃气体的空间内，当其发生燃烧或爆炸时，将以快速传播的化学反应区域或称为燃烧波的形式传播到整个空间。其燃烧波阵面上的化学反应，可用如下反应式表示：A+B→C+D+Q(1)式中A、B——反应物；C、D——生成物；Q——反应热。图1能量变化三、瓦斯爆炸机理及防治技术1、瓦斯爆炸机理及其传播规律问题：如何及时排除爆炸过程中产生的热量。瓦斯爆炸必须具备三个条件：甲烷的浓度处于爆炸范围（5%-15%），氧浓度超过失爆氧浓度（＞12%），引火源的能量大于最小点燃能量（0.28mJ）、温度高于最低点燃温度和点燃时间长于感应期。矿井瓦斯爆炸是发生在具有网络特征的受限空间中的气体爆炸，一旦发生，往往会在矿井巷道中迅速传播，并且由于存在障碍物，爆炸波和火焰传播速度会迅速提高，导致瓦斯爆炸从爆燃阶段迅速发展为爆炸和爆轰状态，使矿井通风系统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。实际问题：井下巷道有时仅仅出现瓦斯燃烧，有时则发生严重的爆炸现象。原因：初步认为与传播规律有关。三、瓦斯爆炸机理及防治技术1、瓦斯爆炸机理及其传播规律瓦斯爆炸实验管道系统实验系统特色瓦斯爆炸实验研究系统特色：实验系统为复杂管网、测试和分析手段先进，利用这些手段可研究瓦斯爆炸过程中的特征参数变化规律及其抑爆、隔爆技术等。荷兰DelftUniversityofTechnology爆炸实验室美国PittsburghLakeLynn实验矿井北京理工大学爆炸与防护实验室中国科学院力学研究所气体与粉尘爆炸实验室1、甲烷气体爆炸传播规律1）爆炸过程中火焰速度与超压的关系曲线00.050.10.150.20.250.30.35050100150200250火焰速度(m/s)超压(MPa)无障碍物两个障碍物四个障碍物六个障碍物表2超压对人员的损伤程度等级项目损伤程度超压╳100Kpa轻微轻微挫伤肺部和中耳、局部心肌撕裂0.2—0.3中等中度中耳和肺挫伤，肝、脾包膜下出血，融合性心肌撕裂0.3—0.5重伤重度中耳和肺挫伤，脱臼，心肌撕裂，可能引起死亡。0.5—1.0死亡体腔，肝脾破裂，两肺重度挫伤。1.0表3不同超压对构筑物的破坏程度序号超压（100Kpa）破坏程度10.015—0.02房屋玻璃破坏20.1—0.2构筑物局部破坏30.2—0.3构筑物轻度破坏，墙裂缝。40.4—0.5构筑物中度破坏，墙大裂缝50.6—0.7构筑物严重破坏，部分倒塌，钢筋混凝土破坏。60.7—1.0砖墙倒塌71钢筋混凝土构筑物破坏，防震钢筋混凝土破坏。爆炸波伤害效应、爆炸火球热辐射伤害效应、爆炸破片伤害效应等（1）爆炸波伤害效应：超压准则，冲量准则、超压-冲量准则。2、爆炸事故伤害模型P1超压准则：爆炸波是否对目标造成伤害是由超压所决定的，只有当超压大于或等于某一临界值时，才会对目标造成一定的伤害。只有当作用于目标的爆炸波冲量或超压达到某一临界值时，才会引起目标相应等级的伤害。瓦斯爆炸伤害模型：超压-冲量准则爆炸火球伤害效应（2）爆炸火球伤害效应：爆炸能够产生火球，辐射出大量的热能。人被火球包围或受火球的强烈热辐射时可能受到伤害，严重时导致死亡；可燃物在爆炸火球的热辐射作用下则可能着火，产生次生火灾。（3）破片伤害效应：障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响作用01020304050050100150200250Ratiooflengthanddiameter(L/D)Time(ms)explosionwaveofsixbarriersflameofsixbarriers01020304050050100150200250Ratiooflengthanddiameter(L/D)Time(ms)explosionwaveoffourbarriersflameoffourbarriers0102030405060050100150200250长径比(L/D)时间(ms)两个障碍物爆炸波两个障碍物火焰两个障碍物六个障碍物四个障碍物提出了阻爆隔爆措施的响应时间问题？瓦斯爆炸过程中爆炸波的传播规律0102030405060050100150200250Distance(L/D)Time(ms)twobarriersfourbarrierssixbarriers0102030405060050100150200250Ratiooflengthanddiameter(L/D)Time(ms)flameoftwobarriersflameoffourbarriersflameofsixbarriers瓦斯爆炸过程中火焰的传播规律管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的影响作用图3.管道截面积突变对瓦斯爆炸火焰加速传播的影响关系曲线0100200300400500600700162228527098L/dV(m/s)80*80mm直管无加速环有加速环分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度影响关系曲线（无加速环）2#1#点火系统加速环3#2#3#4'#4#5'#5#图5.（无加速环）主管道与分支管道中的火焰传播速度0204060801001201022284852L/DV(m/s)80*80mm主管道分支管道解释了分叉巷道破坏严重的问题？分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度影响关系曲线（有加速环）0501001502002500102030405060带分叉管直管分叉管L/DV(m/s)2#1#点火系统加速环3#2#3#4'#4#5'#5#结论：湍流对瓦斯爆炸传播过程具有重要影响启示：消除湍流对阻爆具有重要的作用三、瓦斯爆炸机理及防治技术1、瓦斯爆炸的防治对策煤矿井下瓦斯积聚和超限的主要原因是：(1)由于通风不良、停风或风量不足引起局部地区瓦斯积聚和超限。(2)在瓦斯非正常涌出条件下，引起采掘空间中某些区域瓦斯积聚和超限。(3)由于人为的或外在的原因破坏了正常的通风条件(如掘进工作面停风、盲巷排放瓦斯、风流短路以及采空区善后处理等)而引起的瓦斯积聚和超限。目前，处理瓦斯积聚和超限的主要措施：防止盲巷积聚瓦斯，防止高冒顶积聚瓦斯，采煤工作面积聚瓦斯的处理，采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理，综合机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理。防止瓦斯超限与积聚三、瓦斯爆炸机理及防治技术2、瓦斯爆炸的防治对策严格控制着火源的原则是：严禁和杜绝一切非生产性火源，严格管理和限制生产中可能发生的火源和热源。主要消除着火源的措施包括：明火，摩擦和撞击，电器设备采用防爆，防静电，高温表面，热辐射，自然着火等。具体措施：①为防止电火花和其它明火引燃煤尘，井下电气设备一定要选用防爆型，电缆接头不许有鸡爪子、羊尾巴和明接头，防止产生电火花。井下禁止使用电炉子、职工禁止携带烟草、点火工具等，严格井下火险管理。②为防止放炮时引燃煤尘，井下要使用安全炸药，打眼，装药、封泥必须按规程要求进行，禁止放糊炮。严格控制着火源采用各种各样隔爆措施，主要防爆安全装置有：阻火装置（安全水封，阻火器和单向阀），泄压装置（安全阀和爆破片）和指示装置（压力表、温度计和水位计）等。煤矿使用的主动式隔爆装置和被动式隔爆装置（岩粉棚和隔爆水袋等）阻爆新原理：利用外加物理场进行阻爆三、瓦斯爆炸及防治3、瓦斯爆炸的防治对策防止爆炸事故扩大阻火装置（安全水防）瓦斯爆炸事故是可以防治瓦斯又是一种洁净能源，在不久的将来一定能够变害为宝，加以利用，实现煤与气的共采。瓦斯可以利用的途径：燃料、化工原料、发电等。四、结束语谢谢大家！