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1、煤礦瓦斯爆炸分析與安全防護措施煤礦瓦斯爆炸分析與安全防護措施煤礦瓦斯爆炸分析與安全防護措施煤礦瓦斯爆炸分析與安全防護措施主要內容主要內容一、前言一、前言 二、我國煤礦安全狀況二、我國煤礦安全狀況三、瓦斯爆炸機制試驗及防治措施三、瓦斯爆炸機制試驗及防治措施四、結束語四、結束語一、一、前言前言我國常規能源構成 煤炭資源總量煤炭資源總量5.57萬億噸萬億噸 石油總資源量石油總資源量940億噸億噸 煤層氣資源量煤層氣資源量35萬億立方米萬億立方米結論：結論：煤炭工業安全生產是我國國煤炭工業安全生產是我國國民經濟可持續發展的根本保證，民經濟可持續發展的根本保證，因此對煤礦瓦斯爆炸研究很有必因此對煤礦瓦斯2、爆炸研究很有必要。要。二、二、我國煤礦安全狀況我國煤礦安全狀況 煤煤煤煤礦礦礦礦是是是是我我我我國國國國工工工工礦礦礦礦企企企企業業業業災災災災害害害害事事事事故故故故的的的的主主主主要要要要來來來來源源源源：2002.01-122002.01-12，工工工工礦礦礦礦企企企企業業業業一一一一次次次次死死死死亡亡亡亡1010人人人人的的的的重重重重大大大大事事事事故故故故中中中中，煤煤煤煤礦礦礦礦事事事事故故故故占占占占90%90%，非煤礦山事故占非煤礦山事故占非煤礦山事故占非煤礦山事故占4%4%，其他占，其他占，其他占，其他占6%6%。煤煤煤煤礦礦礦礦3 3人人人人以以以以上上上上死死死死亡亡3、亡亡事事事事故故故故構構構構成成成成(2002)(2002)：瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯事事事事故故故故69.1%69.1%，其其其其它它它它30.9%30.9%。事故原因分析：與技術原因有關造成的事故占事故原因分析：與技術原因有關造成的事故占事故原因分析：與技術原因有關造成的事故占事故原因分析：與技術原因有關造成的事故占54.9%54.9%近近年年來來死死亡亡人人數數在在67696769人人-56705670人（人（1998-20021998-2002）百百萬萬噸噸死死亡亡率率5 5左左右右，與與先先進進國國家家差距大。差距大。原原因因：中中國國煤煤層層賦賦存存條條件件復復雜雜，缺缺乏乏有有效效的的控4、控制制技技術術措措施施-重重大大災災害防治技術基礎研究不夠。害防治技術基礎研究不夠。瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出事故瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出事故我國是世界上煤與瓦斯突出我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴重的國家，至今已經發最嚴重的國家，至今已經發生了生了1 1萬多次突出事故，最大萬多次突出事故，最大一次突出煤巖量達一次突出煤巖量達1280012800噸。噸。6.20雞西雞西城子河礦城子河礦瓦斯爆炸瓦斯爆炸事故，死事故，死亡亡124人人2002年發生的一年發生的一次死亡次死亡10人人以上以上事故中，瓦斯爆事故中，瓦斯爆炸事故占炸事故占80%礦礦礦礦井井井井瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯爆爆爆爆炸炸炸炸是是是是一一一一種種種5、種鏈鏈鏈鏈式式式式反反反反應應應應,當當當當爆爆爆爆炸炸炸炸混混混混合合合合物物物物吸吸吸吸收收收收一一一一定定定定的的的的能能能能量量量量后后后后，反反反反應應應應物物物物分分分分子子子子的的的的鏈鏈鏈鏈即即即即行行行行斷斷斷斷裂裂裂裂，離離離離解解解解成成成成兩兩兩兩個個個個或或或或兩兩兩兩個個個個以以以以上上上上的的的的游游游游離離離離基基基基(或或或或叫叫叫叫自自自自由由由由基基基基)，這這這這種種種種游游游游離離離離基基基基具具具具有有有有很很很很強強強強的的的的化化化化學學學學活活活活性性性性，成成成成為為為為反反反反應應應應連連連連續續續續進進進進行行行行的的的的活活活活化化化化6、中中中中心心心心。在在在在適適適適當當當當的的的的條條條條件件件件下下下下，每每每每個個個個游游游游離離離離基基基基又又又又可可可可進進進進一一一一步步步步分分分分解解解解，產產產產生生生生兩兩兩兩個個個個或或或或兩兩兩兩個個個個以以以以上上上上的的的的游游游游離離離離基基基基，如如如如此此此此循循循循環環環環不不不不已已已已，化化化化學學學學反反反反應應應應也也也也越越越越來來來來越越越越快快快快，最最最最后后后后發發發發展展展展為為為為燃燃燃燃燒燒燒燒或或或或爆爆爆爆炸炸炸炸式式式式的的的的氧氧氧氧化化化化反反反反應應應應（其其其其中中中中的中間過程有的中間過程有的中間過程有的中間過程有27、020個方程左右）。個方程左右）。個方程左右）。個方程左右）。CHCH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O+882.6kJ/mol (1)O+882.6kJ/mol (1)三、瓦斯爆炸試驗及防治技術三、瓦斯爆炸試驗及防治技術1 1 1 1、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律問題：如何切斷鏈式反問題：如何切斷鏈式反問題：如何切斷鏈式反問題：如何切斷鏈式反應，了解中間產物應，了解中間產物應，了解中間產物應，了解中間產物。熱爆炸理論：熱爆炸理論：在在充充滿滿混混合合可可燃燃氣氣體體的的空空間間內內，當當其其8、發發生生燃燃燒燒或或爆爆炸炸時時，將將以以快快速速傳傳播播的的化化學學反反應應區區域域或或稱稱為為燃燃燒燒波波的的形形式式傳傳播播到到整整個個空空間間。其其燃燃燒燒波波陣陣面面上上的的化化學學反反應應，可可用用如如下下反反應式表示：應式表示：A+BC+D+Q (1)A+BC+D+Q (1)式中式中 A A、B B反應物；反應物；C C、D D生成物；生成物；Q Q反應熱。反應熱。圖1 能量變化三、瓦斯爆炸機理及防治技術三、瓦斯爆炸機理及防治技術1 1 1 1、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律問題：如何及時排除爆炸過程中產生的9、熱量。瓦斯爆炸必須具備三個條件：瓦斯爆炸必須具備三個條件：瓦斯爆炸必須具備三個條件：瓦斯爆炸必須具備三個條件：甲甲甲甲烷烷烷烷的的的的濃濃濃濃度度度度處處處處于于于于爆爆爆爆炸炸炸炸范范范范圍圍圍圍（5%-15%5%-15%），氧氧氧氧濃濃濃濃度度度度超超超超過過過過失失失失爆爆爆爆氧氧氧氧濃濃濃濃度度度度（12%12%），引引引引火火火火源源源源的的的的能能能能量量量量大大大大于于于于最最最最小小小小點點點點燃燃燃燃能能能能量量量量（0.28mJ0.28mJ）、溫溫溫溫度度度度高高高高于于于于最最最最低低低低點點點點燃燃燃燃溫溫溫溫度度度度和點燃時間長于感應期。和點燃時間長于感應期。和點燃時10、間長于感應期。和點燃時間長于感應期。礦井瓦斯爆炸是發生在具有網絡特征的受限空間中的氣體礦井瓦斯爆炸是發生在具有網絡特征的受限空間中的氣體礦井瓦斯爆炸是發生在具有網絡特征的受限空間中的氣體礦井瓦斯爆炸是發生在具有網絡特征的受限空間中的氣體爆炸，一旦發生，往往會在礦井巷道中迅速傳播，并且由于爆炸，一旦發生，往往會在礦井巷道中迅速傳播，并且由于爆炸，一旦發生，往往會在礦井巷道中迅速傳播，并且由于爆炸，一旦發生，往往會在礦井巷道中迅速傳播，并且由于存在障礙物，爆炸波和火焰傳播速度會迅速提高，導致瓦斯存在障礙物，爆炸波和火焰傳播速度會迅速提高，導致瓦斯存在障礙物，爆炸波和火焰傳播速度會迅速提高，導致瓦斯11、存在障礙物，爆炸波和火焰傳播速度會迅速提高，導致瓦斯爆炸從爆燃階段迅速發展為爆炸和爆轟狀態，使礦井通風系爆炸從爆燃階段迅速發展為爆炸和爆轟狀態，使礦井通風系爆炸從爆燃階段迅速發展為爆炸和爆轟狀態，使礦井通風系爆炸從爆燃階段迅速發展為爆炸和爆轟狀態，使礦井通風系統受到嚴重破壞、災害事故范圍迅速擴大。統受到嚴重破壞、災害事故范圍迅速擴大。統受到嚴重破壞、災害事故范圍迅速擴大。統受到嚴重破壞、災害事故范圍迅速擴大。實際問題實際問題實際問題實際問題：井下巷道有時僅僅出現瓦斯燃燒，有時則發生嚴：井下巷道有時僅僅出現瓦斯燃燒，有時則發生嚴：井下巷道有時僅僅出現瓦斯燃燒，有時則發生嚴：井下巷道有時僅僅出現瓦12、斯燃燒，有時則發生嚴重的爆炸現象。重的爆炸現象。重的爆炸現象。重的爆炸現象。原原原原 因：初步認為與傳播規律有關。因：初步認為與傳播規律有關。因：初步認為與傳播規律有關。因：初步認為與傳播規律有關。三、瓦斯爆炸機理及防治技術三、瓦斯爆炸機理及防治技術1 1 1 1、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律、瓦斯爆炸機理及其傳播規律瓦斯爆炸實驗管道系統瓦斯爆炸實驗管道系統實驗系統特色實驗系統特色瓦斯爆炸實驗研究系統特色：瓦斯爆炸實驗研究系統特色：瓦斯爆炸實驗研究系統特色：瓦斯爆炸實驗研究系統特色：實實實實驗驗驗驗系系系系統統統統為為為為復復復復雜雜雜雜管管管管13、網網網網、測測測測試試試試和和和和分分分分析析析析手手手手段段段段先先先先進進進進，利利利利用用用用這這這這些些些些手手手手段段段段可可可可研研研研究究究究瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯爆爆爆爆炸炸炸炸過過過過程程程程中中中中的的的的特特特特征征征征參參參參數數數數變變變變化化化化規規規規律律律律及其抑爆、隔爆技術等。及其抑爆、隔爆技術等。及其抑爆、隔爆技術等。及其抑爆、隔爆技術等。荷蘭荷蘭Delft University of Technology Delft University of Technology 爆炸實驗室爆炸實驗室美國美國Pittsburgh Lake Lynn實驗礦井實驗礦井北京理工大學14、爆炸與防護實驗室北京理工大學爆炸與防護實驗室中國科學院力學研究所氣體與粉塵爆炸實驗室中國科學院力學研究所氣體與粉塵爆炸實驗室 1 1、甲烷氣體爆炸傳播規律、甲烷氣體爆炸傳播規律 1 1）爆炸過程中火焰速度與超壓的關系曲線）爆炸過程中火焰速度與超壓的關系曲線表表表表2 2 超壓對人員的損傷程度超壓對人員的損傷程度超壓對人員的損傷程度超壓對人員的損傷程度表表表表3 3 不同超壓對構筑物的破壞程度不同超壓對構筑物的破壞程度不同超壓對構筑物的破壞程度不同超壓對構筑物的破壞程度 爆炸波傷害效應、爆炸火球熱輻射傷害效應、爆炸破爆炸波傷害效應、爆炸火球熱輻射傷害效應、爆炸破片傷害效應等片傷害效應等（1 1）15、爆炸波傷害效應：超壓準則，）爆炸波傷害效應：超壓準則，沖量準則、沖量準則、超壓超壓-沖量準則。沖量準則。2 2、爆炸事故傷害模型、爆炸事故傷害模型P1超壓準則超壓準則：爆炸波是否對目標造成傷害是由超壓所決定的，只有當超壓大于或等于某一臨界值時，才會對目標造成一定的傷害。只有當作用只有當作用只有當作用只有當作用于目標的爆炸于目標的爆炸于目標的爆炸于目標的爆炸波沖量或超壓波沖量或超壓波沖量或超壓波沖量或超壓達到某一臨界達到某一臨界達到某一臨界達到某一臨界值時，才會引值時，才會引值時，才會引值時，才會引起目標相應等起目標相應等起目標相應等起目標相應等級的傷害。級的傷害。級的傷害。級的傷害。瓦斯爆炸傷16、害模型：超壓瓦斯爆炸傷害模型：超壓-沖量準則沖量準則爆炸火球傷害效應 （2 2）爆炸火球傷害效應：）爆炸火球傷害效應：爆炸能夠產生火球，輻爆炸能夠產生火球，輻射出大量的熱能。人被火球射出大量的熱能。人被火球包圍或受火球的強烈熱輻射包圍或受火球的強烈熱輻射時可能受到傷害，嚴重時導時可能受到傷害，嚴重時導致死亡；可燃物在爆炸火球致死亡；可燃物在爆炸火球的熱輻射作用下則可能著火，的熱輻射作用下則可能著火，產生次生火災。產生次生火災。（3 3）破片傷害效應：）破片傷害效應：障礙物對瓦斯爆炸過程中火焰和爆炸波的影響作用兩個障礙物六個障礙物四個障礙物提出了阻爆隔爆措施的響應時間問題？瓦斯爆炸過程中爆炸波的17、傳播規律瓦斯爆炸過程中爆炸波的傳播規律瓦斯爆炸過程中爆炸波的傳播規律瓦斯爆炸過程中爆炸波的傳播規律瓦斯爆炸過瓦斯爆炸過瓦斯爆炸過瓦斯爆炸過程中火焰的程中火焰的程中火焰的程中火焰的傳播規律傳播規律傳播規律傳播規律管道結構異常對瓦斯爆炸過程中火焰傳播規律管道結構異常對瓦斯爆炸過程中火焰傳播規律管道結構異常對瓦斯爆炸過程中火焰傳播規律管道結構異常對瓦斯爆炸過程中火焰傳播規律的影響作用的影響作用的影響作用的影響作用分叉管路對瓦斯爆炸火焰傳播速度影響關系曲線（無加速環）解釋了分叉巷道破壞嚴重的問題？分叉管路對瓦斯爆炸火焰傳播速度分叉管路對瓦斯爆炸火焰傳播速度影響關系曲線（有加速環）影響關系曲線（有加速環18、）L/DV(m/s)結論：湍流對瓦斯爆炸傳播過程具有重要影響啟示：消除湍流對阻爆具有重要的作用三、瓦斯爆炸機理及防治技術三、瓦斯爆炸機理及防治技術 1 1、瓦斯爆炸的防治對策、瓦斯爆炸的防治對策煤礦井下瓦斯積聚和超限的主要原因是：煤礦井下瓦斯積聚和超限的主要原因是：煤礦井下瓦斯積聚和超限的主要原因是：煤礦井下瓦斯積聚和超限的主要原因是：(1)(1)由于通風不良、停風或風量不足引起局部地區瓦斯由于通風不良、停風或風量不足引起局部地區瓦斯由于通風不良、停風或風量不足引起局部地區瓦斯由于通風不良、停風或風量不足引起局部地區瓦斯積聚和超限。積聚和超限。積聚和超限。積聚和超限。(2)(2)在瓦斯非正常涌19、出條件下，引起采掘空間中某些區在瓦斯非正常涌出條件下，引起采掘空間中某些區在瓦斯非正常涌出條件下，引起采掘空間中某些區在瓦斯非正常涌出條件下，引起采掘空間中某些區域瓦斯積聚和超限。域瓦斯積聚和超限。域瓦斯積聚和超限。域瓦斯積聚和超限。(3)(3)由于人為的或外在的原因破壞了正常的通風條件由于人為的或外在的原因破壞了正常的通風條件由于人為的或外在的原因破壞了正常的通風條件由于人為的或外在的原因破壞了正常的通風條件(如掘進工作面停風、盲巷排放瓦斯、風流短路以及采空如掘進工作面停風、盲巷排放瓦斯、風流短路以及采空如掘進工作面停風、盲巷排放瓦斯、風流短路以及采空如掘進工作面停風、盲巷排放瓦斯、風流短路20、以及采空區善后處理等區善后處理等區善后處理等區善后處理等)而引起的瓦斯積聚和超限。而引起的瓦斯積聚和超限。而引起的瓦斯積聚和超限。而引起的瓦斯積聚和超限。目前，處理瓦斯積聚和超限的主要措施：目前，處理瓦斯積聚和超限的主要措施：目前，處理瓦斯積聚和超限的主要措施：目前，處理瓦斯積聚和超限的主要措施：防止盲巷積聚瓦斯，防止盲巷積聚瓦斯，防止盲巷積聚瓦斯，防止盲巷積聚瓦斯，防止高冒頂積聚瓦斯，采煤工作防止高冒頂積聚瓦斯，采煤工作防止高冒頂積聚瓦斯，采煤工作防止高冒頂積聚瓦斯，采煤工作面積聚瓦斯的處理，采煤工作面上隅角瓦斯積聚的處理，面積聚瓦斯的處理，采煤工作面上隅角瓦斯積聚的處理，面積聚瓦斯的處理，21、采煤工作面上隅角瓦斯積聚的處理，面積聚瓦斯的處理，采煤工作面上隅角瓦斯積聚的處理，綜合機械化采煤工作面瓦斯積聚的處理。綜合機械化采煤工作面瓦斯積聚的處理。綜合機械化采煤工作面瓦斯積聚的處理。綜合機械化采煤工作面瓦斯積聚的處理。防防防防止止止止瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯超超超超限限限限與與與與積積積積聚聚聚聚三、瓦斯爆炸機理及防治技術三、瓦斯爆炸機理及防治技術 2 2、瓦斯爆炸的防治對策、瓦斯爆炸的防治對策 嚴格控制著火源的原則是：嚴格控制著火源的原則是：嚴格控制著火源的原則是：嚴格控制著火源的原則是：嚴禁和杜絕一切非生產性火源，嚴格管理和限制生產嚴禁和杜絕一切非生產性火源，嚴格管理和限制生產嚴禁和杜絕一22、切非生產性火源，嚴格管理和限制生產嚴禁和杜絕一切非生產性火源，嚴格管理和限制生產中可能發生的火源和熱源。中可能發生的火源和熱源。中可能發生的火源和熱源。中可能發生的火源和熱源。主要消除著火源的措施包括：明火，摩擦和撞擊，電主要消除著火源的措施包括：明火，摩擦和撞擊，電主要消除著火源的措施包括：明火，摩擦和撞擊，電主要消除著火源的措施包括：明火，摩擦和撞擊，電器設備采用防爆，防靜電，高溫表面，熱輻射，自然著器設備采用防爆，防靜電，高溫表面，熱輻射，自然著器設備采用防爆，防靜電，高溫表面，熱輻射，自然著器設備采用防爆，防靜電，高溫表面，熱輻射，自然著火等。具體措施：火等。具體措施：火等。具體措施：23、火等。具體措施：為防止電火花和其它明火引燃煤塵，井下電氣設備一為防止電火花和其它明火引燃煤塵，井下電氣設備一為防止電火花和其它明火引燃煤塵，井下電氣設備一為防止電火花和其它明火引燃煤塵，井下電氣設備一定要選用防爆型，電纜接頭不許有雞爪子、羊尾巴和明定要選用防爆型，電纜接頭不許有雞爪子、羊尾巴和明定要選用防爆型，電纜接頭不許有雞爪子、羊尾巴和明定要選用防爆型，電纜接頭不許有雞爪子、羊尾巴和明接頭，防止產生電火花。井下禁止使用電爐子、職工禁接頭，防止產生電火花。井下禁止使用電爐子、職工禁接頭，防止產生電火花。井下禁止使用電爐子、職工禁接頭，防止產生電火花。井下禁止使用電爐子、職工禁止攜帶煙草、點火24、工具等，嚴格井下火險管理。止攜帶煙草、點火工具等，嚴格井下火險管理。止攜帶煙草、點火工具等，嚴格井下火險管理。止攜帶煙草、點火工具等，嚴格井下火險管理。為防止放炮時引燃煤塵，井下要使用安全炸藥，打眼，為防止放炮時引燃煤塵，井下要使用安全炸藥，打眼，為防止放炮時引燃煤塵，井下要使用安全炸藥，打眼，為防止放炮時引燃煤塵，井下要使用安全炸藥，打眼，裝藥、封泥必須按規程要求進行，禁止放糊炮。裝藥、封泥必須按規程要求進行，禁止放糊炮。裝藥、封泥必須按規程要求進行，禁止放糊炮。裝藥、封泥必須按規程要求進行，禁止放糊炮。嚴嚴嚴嚴格格格格控控控控制制制制著著著著火火火火源源源源 采用各種各樣隔爆措施，主要防爆25、安全裝采用各種各樣隔爆措施，主要防爆安全裝采用各種各樣隔爆措施，主要防爆安全裝采用各種各樣隔爆措施，主要防爆安全裝置有：置有：置有：置有：阻火裝置（安全水封，阻火器和單向閥），阻火裝置（安全水封，阻火器和單向閥），阻火裝置（安全水封，阻火器和單向閥），阻火裝置（安全水封，阻火器和單向閥），泄壓裝置（安全閥和爆破片）和指示裝置泄壓裝置（安全閥和爆破片）和指示裝置泄壓裝置（安全閥和爆破片）和指示裝置泄壓裝置（安全閥和爆破片）和指示裝置（壓力表、溫度計和水位計）等。（壓力表、溫度計和水位計）等。（壓力表、溫度計和水位計）等。（壓力表、溫度計和水位計）等。煤礦使用的主動式隔爆裝置和被動式隔爆煤礦使用的26、主動式隔爆裝置和被動式隔爆煤礦使用的主動式隔爆裝置和被動式隔爆煤礦使用的主動式隔爆裝置和被動式隔爆裝置（巖粉棚和隔爆水袋等）裝置（巖粉棚和隔爆水袋等）裝置（巖粉棚和隔爆水袋等）裝置（巖粉棚和隔爆水袋等）阻爆新原理：利用外加物理場進行阻爆阻爆新原理：利用外加物理場進行阻爆阻爆新原理：利用外加物理場進行阻爆阻爆新原理：利用外加物理場進行阻爆三、瓦斯爆炸及防治三、瓦斯爆炸及防治 3 3、瓦斯爆炸的防治對策、瓦斯爆炸的防治對策 防防防防止止止止爆爆爆爆炸炸炸炸事事事事故故故故擴擴擴擴大大大大阻火裝置（安全水防）阻火裝置（安全水防）瓦斯爆炸事故是可以防治 瓦斯又是一種潔凈能源，在不久的將來一定能夠變害為寶，加以利用，實現煤與氣的共采。瓦斯可以利用的途徑：燃料、化工原料、發電等。四、結束語四、結束語謝謝大家！謝謝大家！