煤礦瓦斯爆炸機理及其防治.ppt

1、煤礦重大爆炸事故理論,中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 朱紅青,爆炸事故的預(yù)防、監(jiān)測及防止事故擴大的措施,一、瓦斯煤塵爆炸的致因 二、爆炸的發(fā)生及危害 三、影響爆炸發(fā)生的因素,1 煤礦瓦斯機理,瓦斯煤塵爆炸的致因及影響因素,爆炸事故的防治,瓦斯的性質(zhì)及存在方式,瓦斯的檢測只能依靠儀器進行，人無法感知瓦斯的存在。,主要成分：甲烷CH4，無色、無味、無嗅的氣體，相對空氣的比重為0.554,具有爆炸性，在適當?shù)臐舛群鸵鹪吹淖饔孟聲a(chǎn)生強烈的燃燒和爆炸,伴隨煤的生成而產(chǎn)生，以一定壓力賦存于煤層，在采動影響下涌入工作空間。新揭露煤壁釋放瓦斯速率較高。,瓦斯是什么？,瓦斯的重要特性：,它存在嗎？,如何判定瓦斯的存在

2、？,煤塵參與瓦斯爆炸,能懸浮于空氣中一定時間的固體微小顆粒，主要成份是固體碳和揮發(fā)分 。,生成于采煤、掘進、運輸和提升等過程中，以浮游和沉積兩種形態(tài)存在。,粒徑在1mm以下的煤塵懸浮于空氣中，一定濃度下遇火源會發(fā)生爆炸。浮塵能隨人呼吸進入人體內(nèi)，危害健康。,浮塵的濃度可直接觀察，憑經(jīng)驗大致判斷。測定儀器能進行精確測定。,煤塵是什么？,煤塵的生成和存在：,煤塵的危害：,煤塵的判定：,四大類型的主要點燃源！,掘進面計算示例！,瓦斯爆炸的條件,局部地點或局部區(qū)域，在瓦斯涌出異常及通風異常或停風時，容易形成。地點：掘進面、工作面上隅角、封閉區(qū)域、冒落空洞。,空氣中21%，其它氣體的混入和井下有機物等的

3、氧化、人員呼吸使其減少，但一般仍達20%。瓦斯積聚濃度達40%時，氧濃度才下降到12% 。總能滿足！,足夠的能量0.28mJ；足夠的溫度650；足夠長的時間爆炸感應(yīng)期。,瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)，一般為5%16% 。,混合氣體中氧的濃度不低于12% 。,有足夠能量的點火源 。,瓦斯爆炸,在井下存在的可能性,包括電弧放電、電氣火花和靜電火花。如：井下輸電線路短路、接頭不符合要求、帶電檢修等?；w衣服靜電火花0.28mJ,跑車時車輛和軌道的摩擦、金屬器件之間的撞擊、鋼件與巖石的碰撞、火成巖等堅硬巖石間的碰撞等。,火源,熾熱的表面，如：白熾燈、過流引起的線路灼熱、皮帶打滑引起的金屬表面熾熱。熾熱氣體，如

4、：熾熱的廢氣，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫煙流等,特點：伴隨有燃燒化學(xué)反應(yīng)。如明火、井下焊接火焰、放炮火焰、油火等,明火火焰,熾熱表面和熾熱氣體,機械摩擦及撞擊火花,電火花,用于井下測量的激光、閃電、雜散電流等也具有點燃瓦斯的能力。,其它點燃 源,返 回,靜電火花,瓦斯爆炸的最小點燃能量0.28mJ，就是使用電容放電產(chǎn)生火花的方法測定的。 假設(shè)人體的電容為200pF，化纖衣服靜電電位為15kV，則其放電的能量可達22.5mJ，大大超過最小點燃能量 。 井下工作人員的服裝要求必須是棉織品 。,返 回,主要有兩種形式，純煤塵爆炸和有瓦斯參與的煤塵爆炸。以后一種為主。,與瓦斯點燃相同。,沉積煤塵飛揚計算示例！,煤

5、塵爆炸條件,必須經(jīng)過專門部門的試驗鑒定，一般煤的揮發(fā)分Vr10%屬有爆炸性的煤塵。除少數(shù)無煙煤外，其余各類煤均屬于爆炸性煤塵。,濃度下限3040g/m3。直接產(chǎn)生很難40g/m3時25W的燈泡，2m內(nèi)人看不見燈光。間接產(chǎn)生容易積塵飛揚。,能量4.540mJ；溫度700800；足夠長的時間爆炸感應(yīng)期。,煤塵本身具有爆炸危險性 。,空氣中煤塵的濃度處于爆炸界限范圍內(nèi) 。,有足夠能量的點火源 。,煤塵爆炸,在井下存在的可能性,爆炸或爆轟,爆燃,擴散燃燒,燃燒，形成火焰鋒面，放出的熱量加速化學(xué)反應(yīng)的進行。,火焰鋒面?zhèn)鞑?、發(fā)展，速度每秒幾米到十余米，在鋒面前方形成壓力波。,火焰鋒面?zhèn)鞑ニ俣冗_每秒幾十米至

6、幾百米，鋒面前方形成超音速的沖擊波，甚至發(fā)展為傳播速度達每秒數(shù)千米 的爆轟。,形成爆炸,爆炸機理,燃燒傳播和發(fā)展,局部點燃,爆燃（包括爆炸）、爆轟的特征參數(shù)對比，見表3-4-1。,范圍較小，一般為幾十米到幾百米。,幾千米，甚至沖出地面。,速度大于音速，壓力從幾個20個大氣壓。危害：人員創(chuàng)傷、巷道毀壞、冒頂、設(shè)備翻到破壞、摧毀礦井通風設(shè)施等。,爆炸的危害,與爆炸后通風系統(tǒng)狀況有關(guān)，可波及下風側(cè)的生產(chǎn)區(qū)域。,氧濃度下降，燃燒生成大量的CO2和H2O，不完全反應(yīng)產(chǎn)生的CO濃度一般也達到0.4%以上，成為井下人員傷亡的主要因素之一。,速度從每秒幾米到100m/s至音速以上。溫度達2000以上。造成人體

7、皮膚、呼吸器官等燒傷，燒壞電氣設(shè)備、可引燃井巷中的可燃物。,大氣成份的變化,火焰鋒面,沖擊波,作用范圍,特征及破壞作用,作用過程,影響爆炸發(fā)生的因素,其它可燃氣體的混入，使瓦斯的爆炸界限發(fā)生變化（通常是使下限降低）。在判斷災(zāi)區(qū)氣體的爆炸性時十分重要。,加入惰性氣體、減小氧濃度可升高瓦斯爆炸下限，降低其上限。在注惰進行礦井滅火、災(zāi)區(qū)防爆時非常重要。,環(huán)境溫度升高，爆炸下限下降，上限升高。,其它可燃氣體的影響,氧濃度和過量惰氣的影響,溫度的影響,氣壓的影響,點燃源能量的影響,氣壓增高，爆炸下限變化很小，上限大幅度增高。,點燃能量的增加，爆炸下限明顯降低。煤礦井下各種點燃源的能量往往大大超過0.28

8、mJ 。,日常工作：發(fā)現(xiàn)問題措施消除隱患,地點：采、掘工作面事故占總量的90%以上 。企業(yè)：鄉(xiāng)鎮(zhèn)、地方及私營煤礦占90%。主要原因：獨眼井開采、自然通風，管理松散，思想麻痹。直接原因：爆破火焰引燃多，其它依次為明燈、失爆、撞擊等 典型方式：明電放炮、明燈照明、帶電檢修、開關(guān)失爆、使用不安全炸藥等。,事故統(tǒng)計找到重點、指出方向,災(zāi)變時期：救災(zāi)事故處理調(diào)查分析,2 預(yù)防及防止無毒不丈事故擴大,安全管理和措施 企業(yè)行為,隔爆、阻爆設(shè)施，災(zāi)害預(yù)處理計劃。,防治方法,瓦斯煤塵爆炸事故始終是我國煤礦重大傷亡事故的主要因素,95年傷亡人數(shù)占重大事故的80.5%,監(jiān)察和懲罰 監(jiān)督執(zhí)法機構(gòu),預(yù)防爆炸的發(fā)生,防止事故的擴大,防止瓦斯積聚,防止煤塵沉積和飛揚,防止點火源的出現(xiàn),加強瓦斯監(jiān)測,分區(qū)管理,編制災(zāi)害預(yù)處理計劃,隔爆、阻爆裝置,防止瓦斯積聚,1.保證工作面的供風量及風流質(zhì)量。,2.及時處理積聚的瓦斯,3.通風異?；蛲咚褂砍霎惓r期應(yīng)特別注意,防止煤塵沉積和飛揚,1）煤層注水,2）濕式打眼,3）水炮