瓦斯爆炸及防治技術(shù)()

1、淮北礦業(yè)集團(tuán)公司瓦斯治理技術(shù)培訓(xùn)班淮北礦業(yè)集團(tuán)公司瓦斯治理技術(shù)培訓(xùn)班煤礦瓦斯爆炸及防治技術(shù)研究煤礦瓦斯爆炸及防治技術(shù)研究一、前言一、前言 二、瓦斯爆炸及其研究現(xiàn)狀二、瓦斯爆炸及其研究現(xiàn)狀三、瓦斯爆炸機(jī)理及其傳播規(guī)律三、瓦斯爆炸機(jī)理及其傳播規(guī)律四、瓦斯爆炸事故的防治四、瓦斯爆炸事故的防治五、瓦斯爆炸事故的處理五、瓦斯爆炸事故的處理六、結(jié)束語(yǔ)六、結(jié)束語(yǔ)我國(guó)常規(guī)能源構(gòu)成 煤炭資源總量煤炭資源總量5.57萬(wàn)億噸萬(wàn)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(wàn)億立方米萬(wàn)億立方米一、前言一、前言國(guó)家制定堅(jiān)持以煤炭為主體的能源戰(zhàn)略國(guó)家制定堅(jiān)持以煤炭為主體的能源戰(zhàn)略煤礦安全生產(chǎn)對(duì)

2、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響煤礦安全生產(chǎn)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響原煤原煤70.40%.40%核電核電0.52%0.52%水電水電7.06%7.06%天然氣天然氣3.07%3.07%原油原油18.95%.95%0123451我國(guó)百萬(wàn)噸死亡率與主要產(chǎn)煤國(guó)家的比較中國(guó)4 . 36美國(guó)0 . 088俄羅斯2 . 0 3波蘭0 . 443德國(guó)0 . 335英國(guó)0 . 154澳大利亞0 . 0 8印度0 . 735烏克蘭2 . 1 4近年來(lái)死亡人數(shù)在近年來(lái)死亡人數(shù)在67696769人人- - 59385938人（人（2000-20052000-2005）百萬(wàn)噸死亡率百萬(wàn)噸死亡率6-36-3，與先進(jìn)國(guó)，與先進(jìn)

3、國(guó)家差距大。家差距大。原因：中國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，原因：中國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，缺乏有效的基礎(chǔ)研究。缺乏有效的基礎(chǔ)研究。2004年底至2005年，連續(xù)發(fā)生6起百人以上特別重大瓦斯事故，震驚國(guó)內(nèi)外陜西銅川陳家山陜西銅川陳家山11.28事故事故/死亡死亡166人人遼寧阜新孫家灣遼寧阜新孫家灣2.14事事故故/死亡死亡214人人河南鄭州大平河南鄭州大平10.20事故事故死亡死亡148人人突出突出21%21%高瓦斯高瓦斯28%28%低瓦斯低瓦斯51%51% 產(chǎn)生事故的深層次原因：產(chǎn)生事故的深層次原因： 我國(guó)煤礦我國(guó)煤礦95%是地下開采，是地下開采，煤層賦存條件復(fù)雜，煤層賦存條件復(fù)雜，60-70%的國(guó)有煤

4、礦目前采深已超過的國(guó)有煤礦目前采深已超過400m，瓦斯涌出，瓦斯涌出量急量急劇增大，劇增大，開采條件和自然環(huán)境發(fā)生顯著變化。開采條件和自然環(huán)境發(fā)生顯著變化。 原有安全技術(shù)及基礎(chǔ)已難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求。 突破關(guān)鍵科學(xué)問題是防治災(zāi)害的根本途徑突破關(guān)鍵科學(xué)問題是防治災(zāi)害的根本途徑建立煤礦安全生產(chǎn)長(zhǎng)建立煤礦安全生產(chǎn)長(zhǎng)效機(jī)制的根本保障效機(jī)制的根本保障重大動(dòng)力災(zāi)害重大動(dòng)力災(zāi)害事故不斷發(fā)生事故不斷發(fā)生原因原因:缺乏有效缺乏有效監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施15）2000年年9月月27日水城局木沖溝礦掘進(jìn)巷道停電停風(fēng)積聚瓦斯，日水城局木沖溝礦掘進(jìn)巷道停電停風(fēng)積聚瓦斯，排放瓦斯期間局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生循環(huán)

5、風(fēng)瓦斯積聚，可能是礦燈引爆，排放瓦斯期間局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)瓦斯積聚，可能是礦燈引爆，發(fā)生瓦斯煤塵爆炸，死亡發(fā)生瓦斯煤塵爆炸，死亡162人，直接損失人，直接損失1227萬(wàn)元；萬(wàn)元；16）2002年年6月月20日雞西礦業(yè)集團(tuán)公司城子河礦掘進(jìn)巷道停電停風(fēng)日雞西礦業(yè)集團(tuán)公司城子河礦掘進(jìn)巷道停電停風(fēng)積存瓦斯，水泵電器設(shè)備電火花引起瓦斯爆炸，死亡積存瓦斯，水泵電器設(shè)備電火花引起瓦斯爆炸，死亡124人，其中人，其中有總經(jīng)理趙文林等有總經(jīng)理趙文林等6位處級(jí)干部正在災(zāi)區(qū)檢查工作罹難。位處級(jí)干部正在災(zāi)區(qū)檢查工作罹難。17) 2004年年10月月20日鄭州煤炭日鄭州煤炭(集團(tuán)集團(tuán))公司大平礦瓦斯突出引起瓦斯公司大

6、平礦瓦斯突出引起瓦斯爆炸事故爆炸事故,造成造成148人的死亡人的死亡,直接經(jīng)濟(jì)損失直接經(jīng)濟(jì)損失4000多萬(wàn)元多萬(wàn)元.18) 2004年年11月陜西銅川礦務(wù)局陳家山礦發(fā)生瓦斯爆炸事故月陜西銅川礦務(wù)局陳家山礦發(fā)生瓦斯爆炸事故,造成造成166人死亡人死亡.19)2005年年2月阜新孫家灣煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故月阜新孫家灣煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故,造成造成214人死亡人死亡.20)2005年年11月七臺(tái)河?xùn)|風(fēng)煤礦發(fā)生煤塵爆炸事故月七臺(tái)河?xùn)|風(fēng)煤礦發(fā)生煤塵爆炸事故,造成造成171人死亡人死亡.（二）、瓦斯爆炸事故的研究現(xiàn)狀：北京理工大學(xué)爆炸與防護(hù)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所氣體與粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)室圖3-1 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的

7、反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線圖2 2）瓦斯爆炸傳播過程分析模型）瓦斯爆炸傳播過程分析模型 礦井瓦斯爆炸波的爆燃狀態(tài)傳播從空間可以分成以下礦井瓦斯爆炸波的爆燃狀態(tài)傳播從空間可以分成以下四個(gè)階段，為此，建立的物理分析模型如圖四個(gè)階段，為此，建立的物理分析模型如圖3-23-2所示。所示。瓦斯爆炸惰性沖擊波傳播規(guī)律描述瓦斯爆炸惰性沖擊波傳播規(guī)律描述 礦井瓦斯爆炸事故從時(shí)間上可以分成點(diǎn)火和傳播兩個(gè)礦井瓦斯爆炸事故從時(shí)間上可以分成點(diǎn)火和傳播兩個(gè)階段，其破壞效應(yīng)主要體現(xiàn)在爆炸波傳播階段。階段，其破壞效應(yīng)主要體現(xiàn)在爆炸波傳播階段。 通常煤礦瓦斯爆炸會(huì)形成前驅(qū)沖擊波陣面和火焰波陣通常煤礦瓦斯爆炸會(huì)形成前驅(qū)沖擊波陣

8、面和火焰波陣面的雙波三區(qū)結(jié)構(gòu)。前驅(qū)沖擊波在瓦斯爆炸能量支持下經(jīng)面的雙波三區(qū)結(jié)構(gòu)。前驅(qū)沖擊波在瓦斯爆炸能量支持下經(jīng)歷了加速階段，當(dāng)瓦斯燃燒完畢后歷了加速階段，當(dāng)瓦斯燃燒完畢后, ,沖擊波失去能量支持，沖擊波失去能量支持，此時(shí)爆炸沖擊波的傳播演變?yōu)槎栊云矫鏇_擊波的傳播。此時(shí)爆炸沖擊波的傳播演變?yōu)槎栊云矫鏇_擊波的傳播。對(duì)對(duì)安全工作有意義的是空氣沖擊波需要傳播多遠(yuǎn)安全工作有意義的是空氣沖擊波需要傳播多遠(yuǎn), , 才能使其才能使其強(qiáng)度下降到人體和設(shè)備許可的安全極限值強(qiáng)度下降到人體和設(shè)備許可的安全極限值。 （1 1）影響惰性沖擊波衰減因素分析）影響惰性沖擊波衰減因素分析 （2 2）理論推導(dǎo)）理論推導(dǎo)00.0

9、50.10.150.20.250.30.35050100150200250火焰速度( m / s )超壓( M Pa)無(wú)障礙物兩個(gè)障礙物四個(gè)障礙物六個(gè)障礙物等級(jí) 項(xiàng)目 損 傷 程 度超 壓 1 10 00 0K Kp pa a輕 微輕微挫傷肺部和中耳、 局部心肌撕裂 0.20.3中 等中度中耳和肺挫傷， 肝、 脾包膜下出血，融合性心肌撕裂 0.30.5重 傷重度中耳和肺挫傷，脫臼，心肌撕裂，可能引起死亡。 0.51.0死 亡體腔，肝脾破裂，兩肺重度挫傷。 1.0 序 號(hào)超壓 （100Kpa） 破 壞 程 度 1 0.0150.02 房屋玻璃破壞 2 0.10.2 構(gòu)筑物局部破壞 3 0.20.

10、3 構(gòu)筑物輕度破壞，墻裂縫。 4 0.40.5 構(gòu)筑物中度破壞，墻大裂縫 5 0.60.7 構(gòu)筑物嚴(yán)重破壞，部分倒塌，鋼筋混凝土 破壞。 6 0.71.0 磚墻倒塌 7 1 鋼筋混凝土構(gòu)筑物破壞，防震鋼筋混凝土 破壞。0102030405060050100150200250長(zhǎng)徑比( L / D)時(shí)間( m s)兩個(gè)障礙物爆炸波兩個(gè)障礙物火焰01020304050050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)explosion wave offour barriersflame of fourbarriers01020304050

11、050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)explosion wave ofsix barriersflame of sixbarriers0102030405060050100150200250Distance(L/D)Time(ms) two barriers four barriers six barriers0102030405060050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)flame of twobarriersflame of fourbarr

12、iersflame of sixbarriers圖3. 管道截面積突變對(duì)瓦斯爆炸火焰加速傳播的影響關(guān)系曲線0100200300400500600700162228527098L/dV(m/s)80*80mm直管無(wú)加速環(huán)有加速環(huán) Fig.5 Curve of explosion wave propagation in direct and section changing tube without acceleration coilFig.4 Curve of explosion wave propagation in direct 80mm80mm tube2#1#點(diǎn)火系統(tǒng)加速環(huán)3 #2 #3

13、#4 #4#5 #5#圖5.（無(wú)加速環(huán)）主管道與分支管道中的火焰?zhèn)鞑ニ俣?204060801001201022284852L/DV(m/s)80*80mm主管道分支管道解釋了分叉巷道破壞嚴(yán)重的問題？0501001502002500102030405060帶分叉管直管分叉管L/DV(m/s)2#1#點(diǎn)火系統(tǒng)加速環(huán)3 #2 #3#4 #4#5 #5#結(jié)論：湍流對(duì)瓦斯爆炸傳播過程具有重要影響啟示：消除湍流對(duì)阻爆具有重要的作用圖5 壁面熱效應(yīng)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?閉口) 圖6 壁面熱效應(yīng)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?開口) 吸熱吸熱瓦斯爆炸過程中火焰的發(fā)展變化特征0.s34/2000.s33/2000.s32

14、/2000.s6/2000.s14/2000.s19/2000.s24/2000.s29/2000.s31/2000.s36/2000.s35/2000.s 通過實(shí)驗(yàn)的方法，探討了瓦斯爆炸過程中火焰通過實(shí)驗(yàn)的方法，探討了瓦斯爆炸過程中火焰厚度變化特性及其影響因素。研究結(jié)果表明，當(dāng)有厚度變化特性及其影響因素。研究結(jié)果表明，當(dāng)有障礙物存在時(shí)，瓦斯爆炸過程中產(chǎn)生的火焰厚度常障礙物存在時(shí)，瓦斯爆炸過程中產(chǎn)生的火焰厚度常常會(huì)小于無(wú)障礙物存在時(shí)所產(chǎn)生的火焰厚度；膜片常會(huì)小于無(wú)障礙物存在時(shí)所產(chǎn)生的火焰厚度；膜片所處位置對(duì)瓦斯爆炸過程中火焰厚度也有重要影響，所處位置對(duì)瓦斯爆炸過程中火焰厚度也有重要影響，膜片距

15、離爆炸源較近時(shí)，火焰厚度明顯增大。膜片距離爆炸源較近時(shí)，火焰厚度明顯增大。 （L=3.0 m） 發(fā)現(xiàn)了瓦斯爆炸發(fā)生后，火焰陣面前附近區(qū)域溫度梯發(fā)現(xiàn)了瓦斯爆炸發(fā)生后，火焰陣面前附近區(qū)域溫度梯度變化較大，而火焰陣面后一段區(qū)域的溫度變化較平緩，度變化較大，而火焰陣面后一段區(qū)域的溫度變化較平緩，且火焰陣面附近溫度較高的現(xiàn)象；在障礙物附近溫度很且火焰陣面附近溫度較高的現(xiàn)象；在障礙物附近溫度很快上升到最大值，然后由于化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，管道壁吸熱，快上升到最大值，然后由于化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，管道壁吸熱，溫度開始下降；在沿火焰?zhèn)鞑サ耐ǖ郎显O(shè)置障礙物，對(duì)溫度開始下降；在沿火焰?zhèn)鞑サ耐ǖ郎显O(shè)置障礙物，對(duì)氣相火焰具有加速作用

16、，這種加速作用的機(jī)理主要是由氣相火焰具有加速作用，這種加速作用的機(jī)理主要是由于障礙物誘導(dǎo)的湍流區(qū)對(duì)燃燒過程的正反饋所造成的。于障礙物誘導(dǎo)的湍流區(qū)對(duì)燃燒過程的正反饋所造成的。并運(yùn)用基于并運(yùn)用基于SimpleSimple數(shù)值解法的大型通用程序數(shù)值解法的大型通用程序PhoenicsPhoenics對(duì)對(duì)瓦斯爆炸進(jìn)行了數(shù)值模擬。瓦斯爆炸進(jìn)行了數(shù)值模擬。 （a） 沒有障礙物 (b) 兩個(gè)障礙物 (c) 六個(gè)障礙物 （a） 沒有障礙物 (b) 兩個(gè)障礙物 (c) 四個(gè)障礙物 容易引起可燃物燃燒氧氣濃度對(duì)甲烷爆炸界限的影響曲線氧氣濃度對(duì)甲烷爆炸界限的影響曲線不同惰性氣體下的甲烷爆炸界限不同惰性氣體下的甲烷爆炸界限 不同氧濃度下甲烷濃度與爆炸壓力的關(guān)系不同氧濃度下甲烷濃度與爆炸壓力的關(guān)系陜西銅川陳家山煤礦重大瓦斯爆炸事故的調(diào)研情況分析：陜西銅川陳家山煤礦重大瓦斯爆炸事故的調(diào)研情況分析： 調(diào)研結(jié)果表明，密閉火區(qū)、注惰等救災(zāi)措施可能使原發(fā)調(diào)研結(jié)果表明，密閉火區(qū)、注惰等救災(zāi)措施可能使原發(fā)性災(zāi)害性災(zāi)害火災(zāi)轉(zhuǎn)化為激發(fā)性災(zāi)害火災(zāi)轉(zhuǎn)化為激發(fā)性災(zāi)害瓦斯爆炸，救災(zāi)措瓦斯爆炸，救災(zāi)措施的實(shí)施對(duì)于災(zāi)害的轉(zhuǎn)化起到了加速和促進(jìn)作用，因此，施的