瓦斯爆炸及防治技術(shù)()

中國礦業(yè)大學(xué)

能源與安全工程學(xué)院副院長

江蘇省政協(xié)委員國家安全生產(chǎn)專家林柏泉教授(博導(dǎo))聯(lián)系方式：電-mail:Lbq21405@126.com淮北礦業(yè)集團公司瓦斯治理技術(shù)培訓(xùn)班煤礦瓦斯爆炸及防治技術(shù)研究主要提綱一、前言二、瓦斯爆炸及其研究現(xiàn)狀三、瓦斯爆炸機理及其傳播規(guī)律四、瓦斯爆炸事故的防治五、瓦斯爆炸事故的處理六、結(jié)束語我國常規(guī)能源構(gòu)成

煤炭資源總量 5.57萬億噸

石油總資源量 940億噸煤層氣資源量 35萬億立方米一、前言中國的能源現(xiàn)狀:富煤,貧油,少氣國家制定堅持以煤炭為主體的能源戰(zhàn)略煤礦安全生產(chǎn)對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要影響煤炭占一次能源比重的70%以上，06年產(chǎn)煤23.3億噸煤炭產(chǎn)量與GDP增長的關(guān)系二、煤礦安全現(xiàn)狀及應(yīng)急對策煤礦是我國工礦企業(yè)災(zāi)害事故的主要來源：2002-2005年，工礦企業(yè)一次死亡10人以上特大事故中，煤礦事故占72.8%-89.5%(死亡人數(shù))，經(jīng)濟損失數(shù)百億元。煤礦企業(yè)一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故分別占死亡人數(shù)的71%。事故原因分析：與技術(shù)原因有關(guān)造成的事故占52.5%近年來死亡人數(shù)在6769人-5938人（2000-2005）百萬噸死亡率6-3，與先進國家差距大。原因：中國煤層賦存條件復(fù)雜，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，震驚國內(nèi)外陜西銅川陳家山11.28事故/死亡166人遼寧阜新孫家灣2.14事故/死亡214人河南鄭州大平10.20事故死亡148人

2006年，煤礦事故死亡4746人，實現(xiàn)了歷史性的突破。煤礦百萬噸死亡率為2.041，達到了歷史最好水平。全國煤礦共發(fā)生瓦斯事故327起，死亡1319人，同比減少87起、852人，分別下降21.0%和39.2%。其中發(fā)生一次死亡10人以上特大瓦斯事故26起，死亡490人，同比減少15起、841人，分別下降36.6%和63.2%。2006年煤礦企業(yè)沒有發(fā)生一次死亡50人以上特別重大瓦斯事故，同比減少6起、698人。全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦發(fā)生各類事故2149起，死亡3431人，同比減少331起、953人，分別下降13.3%和21.8%。其中發(fā)生一次死亡10人以上特大事故25起，死亡458人，同比減少22起、729人，分別下降46.8%和61.4%。

產(chǎn)生事故的深層次原因：

我國煤礦95%是地下開采，煤層賦存條件復(fù)雜，60-70%的國有煤礦目前采深已超過400m，瓦斯涌出量急劇增大，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)害的根本途徑開采技術(shù)不斷提高

（綜采比例57%）自然條件不斷惡化

（深部延拓，三高）管理水平不斷加強需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一：

瓦斯煤塵爆炸機理及控制關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)

防治重大動力災(zāi)害必須突破關(guān)鍵科學(xué)問題建立煤礦安全生產(chǎn)長效機制的根本保障重大動力災(zāi)害事故不斷發(fā)生原因:缺乏有效監(jiān)測監(jiān)控措施二、瓦斯爆炸及其研究現(xiàn)狀(一)、可燃氣體的爆炸1、國內(nèi)爆炸事故概況

2000年6月30日廣東省江門市土特產(chǎn)進出口公司所有、由港商租賃經(jīng)營的煙花廠發(fā)生特大爆炸事故，死亡35人，失蹤2人，傷121；7月2日山東省青州市石油化工助劑廠發(fā)生空油罐爆炸事故，死亡10人，傷1人；8月5日江西省屬企業(yè)江西萍鄉(xiāng)鋼鐵廠制氧車間一臺制氧機停機后準備檢修時，突然起火爆炸，導(dǎo)致一幢4層樓高的大型生產(chǎn)車間半邊約一千多平方米的廠房垮塌，22人死亡24人受傷。2000年9月27日貴州省水城礦務(wù)局木沖溝礦發(fā)生嚴重瓦斯爆炸事故，死亡162人。俄羅斯圣彼得堡坦一家民宅９月３０日晚因天然氣泄漏發(fā)生火災(zāi)，４人被燒死，其中有一名兒童，另有兩名兒童被嚴重?zé)齻?0月5日上午１０時１５分左右，湛江海運集團屬下的“紫荊７號”客貨船在海運集團船廠維修時，因船上殘留的油氣遇電焊火花起火爆炸，造成４人死亡，８人受傷。10月28日晚17：50，合肥市濉溪西路四河新村四幢101室因煤氣泄漏遇火發(fā)生爆炸，造成11人死亡，10人受傷。建國以來煤礦一次死亡百人以上的事故1）1950年2月27日義馬局義洛礦老李溝井發(fā)生瓦斯爆炸事故，死亡174人，傷39人；2)1954年12月6日包頭局大發(fā)礦火燈引燃瓦斯，發(fā)生瓦斯爆炸事故，死亡104人；3）1960年5月9日大同局老白洞礦井底車場14號井翻籠附近，架線電機車通過時的電火花引起煤塵爆炸，死亡684人4）1960年5月14日江津?qū)^(qū)同華煤礦石門穿k3煤層發(fā)生煤與瓦斯突出事故，突出煤1000噸，死亡125人，傷16人；5）1960年11月28日平頂山局龍山廟礦120配風(fēng)巷電氣設(shè)備失爆電火花引起瓦斯煤塵爆炸，死亡187人，傷36人；6）1960年12月15日中梁山煤礦南井5412采區(qū)發(fā)火后封閉，火未熄滅時啟封，在啟封排放瓦斯時發(fā)生瓦斯爆炸事故，死亡124人，重傷1人；7）1961年3月16日撫順局勝利礦水泵房高壓配電室電容器爆炸，釀成火災(zāi)，死亡110人，重傷6人，輕傷25人；8）1968年10月24日新汶局華豐礦煤巷掘進時，放第一茬炮揚起煤塵，放第二茬炮殘藥火引起煤塵爆炸，死亡108人，傷64人；9）1969年4月4日新汶局潘西礦風(fēng)流中煤塵超標，電機車火花引起煤塵爆炸，死亡115人；10)

1975年5月11日銅川局焦坪礦前衛(wèi)斜井101采煤工作面9號硐炮火引燃瓦斯，并引起煤塵爆炸，死亡101人，輕傷15人；11）1977年2月24日豐城局坪湖219采煤工作面三通接線盒失爆電火花，引起瓦斯爆炸，死亡114人，輕傷6人；12）1981年12月24日平頂山局五礦二水平戊二采區(qū)裝煤機操作線電纜接頭冒火，引起瓦斯煤塵爆炸，死亡133人，重傷8人，輕傷23人；13）1991年4月21日山西洪洞縣三交河煤礦203掘進工作面，電煤鉆火花引起瓦斯爆炸并引起全井煤塵發(fā)生連續(xù)爆炸，死亡147人，傷6人；14）1996年11月27日大同市新榮區(qū)東村煤礦煤巷無風(fēng)作業(yè)，引起瓦斯積聚，電工帶電檢修開關(guān)，發(fā)生瓦斯爆炸，并引起煤塵爆炸，死亡110人，4人下落不明；建國以來煤礦一次死亡百人以上的事故建國以來煤礦一次死亡百人以上的事故共22起，這22起事故共死亡3500多人，其中瓦斯(煤塵)爆炸事故20起,死亡3314人，分別占起數(shù)與人數(shù)的94.4%和96.2%?；馂?zāi)事故和水災(zāi)事故各1起。15）2000年9月27日水城局木沖溝礦掘進巷道停電停風(fēng)積聚瓦斯，排放瓦斯期間局部通風(fēng)機產(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162人，直接損失1227萬元；16）2002年6月20日雞西礦業(yè)集團公司城子河礦掘進巷道停電停風(fēng)積存瓦斯，水泵電器設(shè)備電火花引起瓦斯爆炸，死亡124人，其中有總經(jīng)理趙文林等6位處級干部正在災(zāi)區(qū)檢查工作罹難。17)2004年10月20日鄭州煤炭(集團)公司大平礦瓦斯突出引起瓦斯爆炸事故,造成148人的死亡,直接經(jīng)濟損失4000多萬元.18)2004年11月陜西銅川礦務(wù)局陳家山礦發(fā)生瓦斯爆炸事故,造成166人死亡.19)2005年2月阜新孫家灣煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故,造成214人死亡.20)2005年11月七臺河?xùn)|風(fēng)煤礦發(fā)生煤塵爆炸事故,造成171人死亡.2、爆炸的分類爆炸分為物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸1）物理爆炸：是一種純物理過程，只發(fā)生物態(tài)變化，不發(fā)生化學(xué)變化。如輪胎爆炸、蒸汽鍋爐爆炸和瓦斯突出等。2）化學(xué)爆炸：是指物質(zhì)發(fā)生高速放熱化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體，并且急劇膨脹作功而形成的爆炸現(xiàn)象。如炸藥爆炸、可燃氣體或粉塵與空氣形成的混合物的爆炸等。3）核爆炸：是指某些物質(zhì)的原子核發(fā)生裂變反應(yīng)或聚變反應(yīng)，瞬間放出巨大能量而形成的爆炸現(xiàn)象。如原子彈爆炸和氫彈爆炸。3、爆炸事故爆炸事故分為物理爆炸事故、化學(xué)爆炸事故和核爆炸事故?；瘜W(xué)爆炸事故：疑聚相爆炸事故、無約束蒸汽云爆炸、有約束可燃氣體（含蒸汽）和粉塵爆炸事故、沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故。1）疑聚相爆炸事故：疑聚相爆炸品，如炸藥，爆炸產(chǎn)生的事故。該爆炸總能產(chǎn)生破壞性的爆炸波，如果爆炸品受到嚴重約束，約束殼體因爆炸而炸裂成一次破片。2）有約束可燃氣體（含蒸汽）和粉塵爆炸事故：當密閉空間中存在可燃氣體、蒸汽或粉塵與空氣的混合物時，遇火就會發(fā)生爆炸事故。如大量天然氣（煤氣）泄漏其中的建筑物發(fā)生的爆炸，充滿糧食粉塵的儲倉發(fā)生的爆炸，煤礦瓦斯爆炸。3）沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故：裝有易燃液化氣的容器在火焰的烘烤下突然破裂，液體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，并且迅速與空氣混合形成劇烈的燃燒或爆炸的現(xiàn)象。如油罐車一旦在運輸過程中發(fā)生脫軌事故，經(jīng)常伴隨沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故。4）無約束蒸汽云爆炸：當大量可燃氣體（含蒸汽）泄漏到敞開的空間以后，如果沒有立即點火，而是先在空氣中擴散，與空氣形成爆炸混合物，然后點火，就會發(fā)生無約束蒸汽云爆炸。4、氣體爆炸的條件及其影響因素氣體爆炸必須具備有三個條件：即氣體的濃度處于爆炸范圍，氧濃度超過失爆氧濃度，引火源的能量大于最小點燃能量，溫度高于最低點燃溫度和點燃時間長于感應(yīng)期。因此，只要能控制或消除其中一個因素，就可以防止氣體（瓦斯）爆炸。1）可燃氣體的爆炸濃度：可燃氣體爆炸具有一定的濃度范圍，這個濃度范圍稱為爆炸界限，其最低濃度界限稱為爆炸下限，最高濃度界限稱為爆炸上限，例如在新鮮空氣中，甲烷爆炸界限一般為5％～16％，其中5％為爆炸下限，16％則為爆炸上限。甲烷的爆炸界限并不是固定不變的，它會受到下列因素的影響：可燃性氣體的混入，粉塵（具有爆炸性）的混入，惰性氣體，混合氣體的初溫（爆炸前混合氣體的溫度）等。5、爆炸的危害氣體爆炸的危害主要表現(xiàn)在兩個方面：其一是產(chǎn)生高溫高壓火源，沖擊波，造成人員傷亡，破壞設(shè)施及設(shè)備；其二是產(chǎn)生有毒有害氣體（尤其是在密閉的空間中發(fā)生的爆炸），這往往是造成人員傷亡的主要原因。例如在密閉的空間里，甲烷爆炸時溫度可達2150℃-2650℃；在自由擴散的條件下，甲烷爆炸時溫度約為1850℃。甲烷爆炸后的壓力約為爆炸前的9倍，甲烷爆炸后，會產(chǎn)生大量有毒有害氣體。根據(jù)某些礦井取樣分析表明，氣體成分為Ｏ2＝6％～10％，Ｎ2＝82％～88％，ＣＯ2＝8％～4％，ＣＯ＝4％～2％。大多數(shù)工業(yè)化國家都對煤礦瓦斯爆炸進行過試驗研究。如，日本東京大學(xué)、荷蘭Delft大學(xué)[8][17]等建立了瓦斯空氣混合物在惰性熱表面接觸點火的數(shù)學(xué)模型，研究其著火機理；加拿大NovaScotia科技大學(xué)通過建立穩(wěn)態(tài)熱爆炸模型研究了煤塵邊界點火溫度的惰性影響；田中達夫基于單顆粒燃燒理論，建立了粉塵著火模型；Coffee等對爆炸火焰加速模型及其影響因素進行了理論研究[5]；Vassart考慮了氣—固兩相化學(xué)反應(yīng)，建立了礦井煤塵爆炸的數(shù)值模擬程序；Clark和Smoot等對管道煤塵爆炸火焰加速過程進行了理論和試驗研究[7]。

（二）、瓦斯爆炸事故的研究現(xiàn)狀：荷蘭DelftUniversityofTechnology爆炸實驗室荷蘭DelftUniversityofTechnology爆炸實驗室中科院力學(xué)所、北京理工大學(xué)、煤科總院重慶分院、南京理工大學(xué)等分別建有可燃氣體爆炸試驗管道（巷道），取得了一些試驗研究成果。袁生學(xué)、黃志澄等人研究了管內(nèi)爆炸轉(zhuǎn)爆轟的熱力學(xué)原理[2]，馮長根、趙衡陽等人研究了氣體與粉塵的燃燒理論[3][6]，范寶春、陸守香等人在實驗室對兩相介質(zhì)中火焰誘導(dǎo)激波現(xiàn)象、激波作用下壁面粉塵的運動、激波卷揚可燃性粉塵形成燃燒反應(yīng)邊界層等進行了研究[9][14][15]，徐勝利等研究了爆轟波在擴張管口臨界傳播特性[11]，周凱元、李宗芬等研究了丙烷—空氣爆燃波的火焰面在直管道中的加速運動規(guī)律[13]。

北京理工大學(xué)爆炸與防護實驗室中國科學(xué)院力學(xué)研究所氣體與粉塵爆炸實驗室

前蘇聯(lián)的C.K薩文科，通過管道模型試驗,得出了空氣沖擊波通過巷道分岔和轉(zhuǎn)彎處的衰減系數(shù)。通過薄膜測壓實驗，得出了沖擊波強度基本上取決于巷道斷面尺寸和巷道的粗糙性系數(shù)。美國匹特斯堡研究中心研制出主動觸發(fā)式抑制礦井瓦斯爆炸裝置[6].澳大利亞A.R格林、Ｉ．利珀和R.W尤普福爾得，將爆炸氣體混合物的燃燒分二種：一個極端是慢速層狀爆燃；另一個極端是爆轟。

英國G．A.Lull和A.F.Roberts[8]得出：爆炸強度是隨沼氣濃度的增加而增大。南斯拉夫、算出煤塵爆炸的最大壓力和壓力最大上升速度，煤塵爆炸下限等參數(shù)。我國從1981年開始，把煤塵隔爆方法這一研究計劃列為全國煤礦安全領(lǐng)域中的重點項目，并在重慶煤科分院建成了一條長900m的煤塵爆炸試驗巷道。1983年，日本九州煤炭研究中心與重慶煤科分院合作，研究了煤塵爆炸傳播的特性，懸掛式水袋和自動式巖粉棚的隔爆效果。中科院力學(xué)所，南京理工大學(xué)等也相應(yīng)建立了氣體、粉塵爆炸試驗管道和爆炸試驗巷道，在理論上也導(dǎo)出了一系列計算其傳播速度，壓力的公式。

50年代中期，Kolsky(1955年)，構(gòu)造了二維VonNeumann-Richtmyer格式跟蹤質(zhì)團的拉氏方法。60年代中期，Hartow,Welch(1965年)發(fā)表了計算不可壓縮粘性流體力學(xué)的標志網(wǎng)格法（MAC方法）。70年代，Chi等則采用Lax-Wendroff格式，對煤礦巷道內(nèi)瓦斯火焰?zhèn)鞑ゼ捌湔T導(dǎo)激波過程進行了數(shù)值模擬，國內(nèi)：劉曉利對玉米粉——氧氣混合物中爆轟波的數(shù)值模擬;高泰蔭等對CH4-O2混合物爆燃爆震轉(zhuǎn)捩的數(shù)值模擬。三、瓦斯爆炸機理及其傳播規(guī)律1、熱爆炸理論與支鏈反應(yīng)理論1）熱爆炸理論在充滿混合可燃氣體的空間內(nèi)，當其發(fā)生燃燒或爆炸時，將以快速傳播的化學(xué)反應(yīng)區(qū)域或稱為燃燒波的形式傳播到整個空間。其燃燒波陣面上的化學(xué)反應(yīng)，可用如下反應(yīng)式表示：A+B→C+D+Q(1)式中A、B——反應(yīng)物；C、D——生成物；Q——反應(yīng)熱。

反應(yīng)前后的能量變化,如圖1所示。A、B平時處在相對穩(wěn)定平衡狀態(tài)。如圖中的Ⅰ能位，在受到外界火源的作用下，A、B的能位從Ⅰ激發(fā)到Ⅱ能位，其所需的能量為E，通常將E稱為活化能。因此，Ⅱ為活化狀態(tài)，當化學(xué)反應(yīng)的能量越過Ⅱ這個能柵時，就能發(fā)生燃燒爆炸變化，使反應(yīng)結(jié)果變成生成物(C+D)的Ⅲ狀態(tài)。此時放出的能量為W，則反應(yīng)熱Q=W-E，或W=Q+E。圖1能量變化

2）支鏈反應(yīng)理論

支鏈反應(yīng)理論認為：當爆炸混合物吸收一定的能量后，反應(yīng)物分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基(或叫自由基)。這種游離基具有很強的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進行的活化中心。在適當?shù)臈l件下，每個游離基又可進一步分解，產(chǎn)生兩個或兩個以上的游離基，如此循環(huán)不已，化學(xué)反應(yīng)也越來越快，最后發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。圖3-1鏈式反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)時間關(guān)系曲線圖2、爆炸事故傷害模型1）疑聚相爆炸事故傷害模型：爆炸波傷害效應(yīng)、爆炸火球熱輻射傷害效應(yīng)、爆炸破片傷害效應(yīng)等（1）爆炸波傷害效應(yīng)：超壓準則，沖量準則、超壓-沖量準則。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。

沖量準則：只有當作用于目標的爆炸波沖量達到某一臨界值時，才會引起目標相應(yīng)等級的傷害。

超壓-沖量準則：

（2）爆炸火球傷害效應(yīng)：爆炸能夠產(chǎn)生火球，輻射出大量的熱能。人被火球包圍或受火球的強烈熱輻射時可能受到傷害，嚴重時導(dǎo)致死亡；可燃物在爆炸火球的熱輻射作用下則可能著火，產(chǎn)生次生火災(zāi)。（3）破片傷害效應(yīng)：2）無約束蒸汽云爆炸事故傷害模型：TNT當量法，球形火焰模型，半球模型和多能法存在問題：（1）準確估計點燃前燃料的泄漏量常常是不可能的。（2）只有一部分泄漏的燃料能與空氣混合形成爆炸性預(yù)混氣體。（3）爆炸性預(yù)混氣體中一部分燃料是緩慢燃燒掉的，對爆炸波效應(yīng)沒有貢獻，但是這部分燃料占多大比例不得而知。3）沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故傷害模型：ILO模型，Greenberg模型和Cramer模型ILO模型，Greenberg模型和Cramer模型2）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四個階段，為此，建立的物理分析模型如圖3-2所示。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間上可以分成點火和傳播兩個階段，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形成前驅(qū)沖擊波陣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)歷了加速階段，當瓦斯燃燒完畢后,沖擊波失去能量支持，此時爆炸沖擊波的傳播演變?yōu)槎栊云矫鏇_擊波的傳播。對安全工作有意義的是空氣沖擊波需要傳播多遠,才能使其強度下降到人體和設(shè)備許可的安全極限值。（1）影響惰性沖擊波衰減因素分析（2）理論推導(dǎo)

3、氣體爆炸傳播規(guī)律1）爆炸過程中火焰速度與超壓的關(guān)系曲線表2超壓對人員的損傷程度[1]表3不同超壓對構(gòu)筑物的破壞程度2）兩個障礙物時，不同位置瓦斯爆炸過程中爆炸波和火焰的傳播曲線3）四個障礙物時，不同位置瓦斯爆炸過程中火焰和爆炸波的傳播曲線4）六個障礙物時，不同位置瓦斯爆炸過程中火焰和爆炸波的傳播曲線障礙物的存在引起的爆炸波跌加情況5）瓦斯爆炸過程中爆炸波的傳播曲線6）瓦斯爆炸過程中火焰的傳播曲線火焰?zhèn)鞑ミ^程的模擬管道結(jié)構(gòu)異常對瓦斯爆炸過程中火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律的影響作用

Fig.5CurveofexplosionwavepropagationindirectandsectionchangingtubewithoutaccelerationcoilFig.4Curveofexplosionwavepropagationindirect80mm×80mmtube分叉管路對瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊戧P(guān)系曲線（無加速環(huán)）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?zhèn)鞑ニ俣?/p>

影響關(guān)系曲線（有加速環(huán)）L/DV(m/s)結(jié)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圖5壁面熱效應(yīng)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?閉口)

圖6壁面熱效應(yīng)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?開口)

壁面熱效應(yīng)對火焰?zhèn)鞑サ挠绊懳鼰嵛鼰嵬咚贡ㄟ^程中火焰的發(fā)展變化特征0.s34/2000.s33/2000.s32/2000.s6/2000.s14/2000.s19/2000.s24/2000.s29/2000.s31/2000.s36/2000.s35/2000.s通過實驗的方法，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，當有障礙物存在時，瓦斯爆炸過程中產(chǎn)生的火焰厚度常常會小于無障礙物存在時所產(chǎn)生的火焰厚度；膜片所處位置對瓦斯爆炸過程中火焰厚度也有重要影響，膜片距離爆炸源較近時，火焰厚度明顯增大。火焰厚度的變化特征

障礙物對火焰厚度的影響火焰厚度和壓力曲線對照圖（L=1.5m）（L=3.0m）

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，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，溫度開始下降；在沿火焰?zhèn)鞑サ耐ǖ郎显O(shè)置障礙物，對氣相火焰具有加速作用，這種加速作用的機理主要是由于障礙物誘導(dǎo)的湍流區(qū)對燃燒過程的正反饋所造成的。并運用基于Simple數(shù)值解法的大型通用程序Phoenics對瓦斯爆炸進行了數(shù)值模擬。

火焰陣面前附近區(qū)域溫度障礙物數(shù)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

（a）

沒有障礙物

(b)兩個障礙物

(c)六個障礙物

障礙物數(shù)對溫度場分布規(guī)律的影響

（a）

沒有障礙物

(b)兩個障礙物

(c)四個障礙物

容易引起可燃物燃燒四、瓦斯爆炸事故的防治1、爆炸事故的預(yù)防原則防止爆炸性混合物的形成，嚴格控制著火源，燃爆開始就及時泄出壓力，切斷爆炸傳播途徑，減弱爆炸壓力和沖擊波對人員、設(shè)備和建筑的損壞。2、防止爆炸性混合物的形成為了防止爆炸性混合物的形成，通常采取的主要技術(shù)指施有（降低可燃物濃度）：１）設(shè)備密閉２）廠房通風(fēng)3）采用惰性氣體防止瓦斯積聚煤礦井下瓦斯積聚和超限的主要原因是：(1)在瓦斯緩慢、均勻涌出條件下，由于通風(fēng)不良、停風(fēng)或風(fēng)量不足引起局部地區(qū)瓦斯積聚和超限。(2)在瓦斯非正常涌出(如瓦斯噴出或突出)條件下，瞬間破壞了瓦斯在空間和時間上的分布，引起采掘空間中某些區(qū)域瓦斯積聚和超限。(3)由于人為的或外在的原因破壞了正常的通風(fēng)條件(如掘進工作面停風(fēng)、盲巷排放瓦斯、風(fēng)流短路以及采空區(qū)善后處理等等)而引起的瓦斯積聚和超限。目前，處理瓦斯積聚和超限的措施，主要從如下幾個方面進行。防止盲巷積聚瓦斯，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，綜合機械化采煤工作面瓦斯積聚的處理。氧濃度對爆限的影響氧氣濃度對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：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――火災(zāi)轉(zhuǎn)化為激發(fā)性災(zāi)害――瓦斯爆炸，救災(zāi)措施的實施對于災(zāi)害的轉(zhuǎn)化起到了加速和促進作用，因此，研究各種救災(zāi)措施對于救災(zāi)效果、救災(zāi)過程中引起災(zāi)害轉(zhuǎn)化的機理和條件，以及各種救災(zāi)措施的使用條件的研究顯得非常重要，能夠幫助救災(zāi)決策和救災(zāi)過程中減少人員傷亡和經(jīng)濟損失。瓦斯爆炸與火災(zāi)行為相互轉(zhuǎn)化機制3、嚴格控制著火源嚴格控制著火源的原則是：嚴禁和杜絕一切非生產(chǎn)性火源，嚴格管理和限制生產(chǎn)中可能發(fā)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，電器設(shè)備采用防爆，防靜電，高溫表面，熱輻射，自然著火等。

瓦斯引爆火源的主要參數(shù)有點燃能量的大小、溫度的高低和作用時間的長短，它們同時達到引爆值時才能引爆?；鹪吹姆N類主要包括：化學(xué)性火源：明火；煤自燃火；炮火；雷管、導(dǎo)爆索火沖擊性火源：沖擊、摩擦火；絕熱壓縮高溫；電氣性火源：電火花；電??；靜電火花；高溫性火源：高溫表面；熱輻射。1、明火：高溫并能生成鏈載體誘發(fā)鏈式反應(yīng)，火柴火達1200oC，香煙抽煙時650~800oC，不抽時450~500oC；氣焊、噴燈明火；火災(zāi)明火等。2炮火：使用不合格炸藥；放糊炮；炮孔封泥不足或不嚴；用可燃物做封炮眼填料；爆破火焰、赤熱氣體與微粒都可引燃瓦斯。3沖擊、摩擦火源：金屬器具沖擊出火；堅硬頂板巖石撞擊出火；絞車閘皮鉚釘摩擦出火；運輸帶摩擦出火；截齒切割黃鐵礦結(jié)核出火；鉆桿切斷繼續(xù)旋轉(zhuǎn)破斷面摩擦出火等?？傊?，某些巖石與巖石、巖石與金屬、金屬與金屬之間強力撞擊與摩擦都有可能引燃瓦斯。4電火花、電?。弘姎庠O(shè)備失爆（防隔爆性能喪失）；帶電作業(yè)；照明電燈泡破碎；電焊作業(yè)；架線電機車運行；電線與電纜短路；蓄電池機車控制器失爆；放炮器失爆或不防爆；放炮母線短路或與其它帶電體搭接；礦燈不合格或違章使用以及雜散電流等都可產(chǎn)生引燃瓦斯的電火花或電弧。另外曾發(fā)生多起雷電通過鋼軌引入井下產(chǎn)生電弧引起瓦斯爆炸事故。5靜電火花：高電阻物體、電絕緣態(tài)物體在互相緊密接觸后分離或摩擦?xí)r，產(chǎn)生靜電是常見的現(xiàn)象。我國曾發(fā)生多起因利用表面電阻很高的塑料制品通風(fēng)、噴射混凝土發(fā)生靜電火花引起瓦斯燃燒與爆炸事故。產(chǎn)生靜電火花的塑料表面電阻高達4ⅹ1013?、靜電電壓高達9000V。靜電火花引爆，必須滿足4個條件：物體處于容易產(chǎn)生靜電的狀態(tài)；靜電發(fā)生后泄漏難，處于能夠蓄積靜電的絕緣狀態(tài)；放電時具有相當于電極的物體存在；放電的靜電能大于可燃氣體的最小點燃能。6熱輻射：大功率熱源使用不當可能成為引火源。不同時期瓦斯爆炸引火源統(tǒng)計得出,電火花占22~56%炮火占47~28%,其它火源占31~16%。4、防止爆炸事故擴大采用各種各樣隔爆措施，主要防爆安全裝置有：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（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裝置（巖粉棚和隔爆水袋等）MeasuresforthesuppressionofpropagationofgasanddustexplosionAutomaticexplosionpropagationsuppressiondevice

能在瓦斯煤塵爆炸形成的初期，通過光電傳感器在10ms內(nèi)觸發(fā)抑爆器，將爆炸可靠地抑制在距爆源20～45m范圍內(nèi)。無需電源供電，提高了抑爆裝置的抗干擾能力和可靠性。TBW－1新型高效無電源自動隔抑爆裝置4、火災(zāi)與爆炸監(jiān)測1）火災(zāi)監(jiān)測儀表（1)感溫報警器?？煞譃槎厥胶筒顒邮絻煞N。①定溫式報警器定溫式感溫報警器是在安裝檢測器的場所溫度上升至預(yù)定的溫度時，在感應(yīng)元件的作用下發(fā)出警報。自動報警的動作溫度一般為65～100℃。定溫式感溫報警器采用感溫元件有低熔點合金、鉑金絲、雙金屬片、雙金屬筒、熱敏半導(dǎo)體等。②差動式感溫報警器這類報警器是在一定時間內(nèi)的溫升差超過某一限值時發(fā)出警報。因為在短時間內(nèi)溫度急升現(xiàn)象更接近于火災(zāi)和火警事故的實際情況，嚴格限制在這樣的條件下，可以減少誤報。差動式檢測器的敏感元件多采用雙金屬片和膜片氣室。（2)感光報警器又稱光電報警器，可分為紅外線光電報警器和紫外線光電報警器兩種。①紅外線檢測器檢測器的敏感元件是硫化鋁、硫化鎘等制成的光導(dǎo)電池，這種敏感元件遇到紅外輻射時即可產(chǎn)生電信號，將其放大并發(fā)出報警。②紫外線光電報警器檢測器的敏感元件是紫外光敏電子管，它只對光輻射中的紫外線波段起作用。（3)感煙報警器感煙報警器能在還沒有出現(xiàn)火焰的明燃時即能發(fā)出警報，所以，它具有報警早的優(yōu)點。根據(jù)敏感元件的不同，感煙報警器分為離子感煙報警器和光電感煙報警器兩種。2）測爆儀器爆炸事故是在具備一定的條件下出現(xiàn)的。其中可燃性氣體的偶然泄漏和積聚程度，是現(xiàn)場爆炸危險性的主要監(jiān)視指標，通常用可燃性氣體濃度測定儀對現(xiàn)場爆炸性氣體泄漏程度進行測定預(yù)報。（1）熱催化原理測爆儀。催化檢測原理是在檢測元件R1作用下，可燃氣發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出燃燒熱，其大小與可燃氣濃度成比例。檢測元件通常用鉑絲制成，氣樣進入工作室后在檢測元件放出燃燒熱，由靈敏電流計M指示出氣樣的相對濃度，這種儀表的滿刻度值通常等于可燃氣的爆炸下限。（2）熱導(dǎo)原理測爆儀。利用被測氣體的導(dǎo)熱與