1、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要内容主要内容一、前言一、前言 二、我国煤矿安全状况二、我国煤矿安全状况三、瓦斯爆炸机制试验及防治措施三、瓦斯爆炸机制试验及防治措施四、结束语四、结束语一、一、前言前言我国常规能源构成 煤炭资源总量煤炭资源总量5.57万亿吨万亿吨 石油总资源量石油总资源量940亿吨亿吨 煤层气资源量煤层气资源量35万亿立方米万亿立方米结论：结论：煤炭工业安全生产是我国国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，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因此对煤矿瓦斯2、爆炸研究很有必要。要。二、二、我国煤矿安全状况我国煤矿安全状况 煤煤煤煤矿矿矿矿是是是是我我我我国国国国工工工工矿矿矿矿企企企企业业业业灾灾灾灾害害害害事事事事故故故故的的的的主主主主要要要要来来来来源源源源：2002.01-122002.01-12，工工工工矿矿矿矿企企企企业业业业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，煤煤煤煤矿矿矿矿事事事事故故故故占占占占90%90%，非煤矿山事故占非煤矿山事故占非煤矿山事故占非煤矿山事故占4%4%，其他占，其他占，其他占，其他占6%6%。煤煤煤煤矿矿矿矿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构构构构成成成成(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：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占54.9%54.9%近近年年来来死死亡亡人人数数在在67696769人人-56705670人（人（1998-20021998-2002）百百万万吨吨死死亡亡率率5 5左左右右，与与先先进进国国家家差距大。差距大。原原因因：中中国国煤煤层层赋赋存存条条件件复复杂杂，缺缺乏乏有有效效的的控4、控制制技技术术措措施施-重重大大灾灾害防治技术基础研究不够。害防治技术基础研究不够。瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故我国是世界上煤与瓦斯突出我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家，至今已经发最严重的国家，至今已经发生了生了1 1万多次突出事故，最大万多次突出事故，最大一次突出煤岩量达一次突出煤岩量达1280012800吨。吨。6.20鸡西鸡西城子河矿城子河矿瓦斯爆炸瓦斯爆炸事故，死事故，死亡亡124人人2002年发生的一年发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%矿矿矿矿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种种种5、种链链链链式式式式反反反反应应应应,当当当当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，反反反反应应应应物物物物分分分分子子子子的的的的链链链链即即即即行行行行断断断断裂裂裂裂，离离离离解解解解成成成成两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的游游游游离离离离基基基基(或或或或叫叫叫叫自自自自由由由由基基基基)，这这这这种种种种游游游游离离离离基基基基具具具具有有有有很很很很强强强强的的的的化化化化学学学学活活活活性性性性，成成成成为为为为反反反反应应应应连连连连续续续续进进进进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。在在在在适适适适当当当当的的的的条条条条件件件件下下下下，每每每每个个个个游游游游离离离离基基基基又又又又可可可可进进进进一一一一步步步步分分分分解解解解，产产产产生生生生两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的游游游游离离离离基基基基，如如如如此此此此循循循循环环环环不不不不已已已已，化化化化学学学学反反反反应应应应也也也也越越越越来来来来越越越越快快快快，最最最最后后后后发发发发展展展展为为为为燃燃燃燃烧烧烧烧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应应应应（其其其其中中中中的中间过程有的中间过程有的中间过程有的中间过程有27、020个方程左右）。个方程左右）。个方程左右）。个方程左右）。CHCH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O+882.6kJ/mol (1)O+882.6kJ/mol (1)三、瓦斯爆炸试验及防治技术三、瓦斯爆炸试验及防治技术1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律问题：如何切断链式反问题：如何切断链式反问题：如何切断链式反问题：如何切断链式反应，了解中间产物应，了解中间产物应，了解中间产物应，了解中间产物。热爆炸理论：热爆炸理论：在在充充满满混混合合可可燃燃气气体体的的空空间间内内，当当其其8、发发生生燃燃烧烧或或爆爆炸炸时时，将将以以快快速速传传播播的的化化学学反反应应区区域域或或称称为为燃燃烧烧波波的的形形式式传传播播到到整整个个空空间间。其其燃燃烧烧波波阵阵面面上上的的化化学学反反应应，可可用用如如下下反反应式表示：应式表示：A+BC+D+Q (1)A+BC+D+Q (1)式中式中 A A、B B反应物；反应物；C C、D D生成物；生成物；Q Q反应热。反应热。图1 能量变化三、瓦斯爆炸机理及防治技术三、瓦斯爆炸机理及防治技术1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、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9、热量。瓦斯爆炸必须具备三个条件：瓦斯爆炸必须具备三个条件：瓦斯爆炸必须具备三个条件：瓦斯爆炸必须具备三个条件：甲甲甲甲烷烷烷烷的的的的浓浓浓浓度度度度处处处处于于于于爆爆爆爆炸炸炸炸范范范范围围围围（5%-15%5%-15%），氧氧氧氧浓浓浓浓度度度度超超超超过过过过失失失失爆爆爆爆氧氧氧氧浓浓浓浓度度度度（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点点点点燃燃燃燃能能能能量量量量（0.28mJ0.28mJ）、温温温温度度度度高高高高于于于于最最最最低低低低点点点点燃燃燃燃温温温温度度度度和点燃时间长于感应期。和点燃时间长于感应期。和点燃时10、间长于感应期。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，并且由于爆炸，一旦发生，往往会在矿井巷道中迅速传播，并且由于爆炸，一旦发生，往往会在矿井巷道中迅速传播，并且由于爆炸，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，导致瓦斯存在障碍物，爆炸波和火焰传播速度会迅速提高，导致瓦斯存在障碍物，爆炸波和火焰传播速度会迅速提高，导致瓦斯11、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。统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。实际问题实际问题实际问题实际问题：井下巷道有时仅仅出现瓦斯燃烧，有时则发生严：井下巷道有时仅仅出现瓦斯燃烧，有时则发生严：井下巷道有时仅仅出现瓦斯燃烧，有时则发生严：井下巷道有时仅仅出现瓦12、斯燃烧，有时则发生严重的爆炸现象。重的爆炸现象。重的爆炸现象。重的爆炸现象。原原原原 因：初步认为与传播规律有关。因：初步认为与传播规律有关。因：初步认为与传播规律有关。因：初步认为与传播规律有关。三、瓦斯爆炸机理及防治技术三、瓦斯爆炸机理及防治技术1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律瓦斯爆炸实验管道系统瓦斯爆炸实验管道系统实验系统特色实验系统特色瓦斯爆炸实验研究系统特色：瓦斯爆炸实验研究系统特色：瓦斯爆炸实验研究系统特色：瓦斯爆炸实验研究系统特色：实实实实验验验验系系系系统统统统为为为为复复复复杂杂杂杂管管管管13、网网网网、测测测测试试试试和和和和分分分分析析析析手手手手段段段段先先先先进进进进，利利利利用用用用这这这这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过过过过程程程程中中中中的的的的特特特特征征征征参参参参数数数数变变变变化化化化规规规规律律律律及其抑爆、隔爆技术等。及其抑爆、隔爆技术等。及其抑爆、隔爆技术等。及其抑爆、隔爆技术等。荷兰荷兰Delft University of Technology Delft University of Technology 爆炸实验室爆炸实验室美国美国Pittsburgh Lake Lynn实验矿井实验矿井北京理工大学14、爆炸与防护实验室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中国科学院力学研究所气体与粉尘爆炸实验室 1 1、甲烷气体爆炸传播规律、甲烷气体爆炸传播规律 1 1）爆炸过程中火焰速度与超压的关系曲线）爆炸过程中火焰速度与超压的关系曲线表表表表2 2 超压对人员的损伤程度超压对人员的损伤程度超压对人员的损伤程度超压对人员的损伤程度表表表表3 3 不同超压对构筑物的破坏程度不同超压对构筑物的破坏程度不同超压对构筑物的破坏程度不同超压对构筑物的破坏程度 爆炸波伤害效应、爆炸火球热辐射伤害效应、爆炸破爆炸波伤害效应、爆炸火球热辐射伤害效应、爆炸破片伤害效应等片伤害效应等（1 1）15、爆炸波伤害效应：超压准则，）爆炸波伤害效应：超压准则，冲量准则、冲量准则、超压超压-冲量准则。冲量准则。2 2、爆炸事故伤害模型、爆炸事故伤害模型P1超压准则超压准则：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。只有当作用只有当作用只有当作用只有当作用于目标的爆炸于目标的爆炸于目标的爆炸于目标的爆炸波冲量或超压波冲量或超压波冲量或超压波冲量或超压达到某一临界达到某一临界达到某一临界达到某一临界值时，才会引值时，才会引值时，才会引值时，才会引起目标相应等起目标相应等起目标相应等起目标相应等级的伤害。级的伤害。级的伤害。级的伤害。瓦斯爆炸伤16、害模型：超压瓦斯爆炸伤害模型：超压-冲量准则冲量准则爆炸火球伤害效应 （2 2）爆炸火球伤害效应：）爆炸火球伤害效应：爆炸能够产生火球，辐爆炸能够产生火球，辐射出大量的热能。人被火球射出大量的热能。人被火球包围或受火球的强烈热辐射包围或受火球的强烈热辐射时可能受到伤害，严重时导时可能受到伤害，严重时导致死亡；可燃物在爆炸火球致死亡；可燃物在爆炸火球的热辐射作用下则可能着火，的热辐射作用下则可能着火，产生次生火灾。产生次生火灾。（3 3）破片伤害效应：）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17、传播规律瓦斯爆炸过程中爆炸波的传播规律瓦斯爆炸过程中爆炸波的传播规律瓦斯爆炸过程中爆炸波的传播规律瓦斯爆炸过瓦斯爆炸过瓦斯爆炸过瓦斯爆炸过程中火焰的程中火焰的程中火焰的程中火焰的传播规律传播规律传播规律传播规律管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰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的影响作用的影响作用的影响作用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）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）影响关系曲线（有加速环18、）L/DV(m/s)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三、瓦斯爆炸机理及防治技术 1 1、瓦斯爆炸的防治对策、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：煤矿井下瓦斯积聚和超限的主要原因是：煤矿井下瓦斯积聚和超限的主要原因是：煤矿井下瓦斯积聚和超限的主要原因是：(1)(1)由于通风不良、停风或风量不足引起局部地区瓦斯由于通风不良、停风或风量不足引起局部地区瓦斯由于通风不良、停风或风量不足引起局部地区瓦斯由于通风不良、停风或风量不足引起局部地区瓦斯积聚和超限。积聚和超限。积聚和超限。积聚和超限。(2)(2)在瓦斯非正常涌19、出条件下，引起采掘空间中某些区在瓦斯非正常涌出条件下，引起采掘空间中某些区在瓦斯非正常涌出条件下，引起采掘空间中某些区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。域瓦斯积聚和超限。域瓦斯积聚和超限。域瓦斯积聚和超限。(3)(3)由于人为的或外在的原因破坏了正常的通风条件由于人为的或外在的原因破坏了正常的通风条件由于人为的或外在的原因破坏了正常的通风条件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、风流短路以及采空如掘进工作面停风、盲巷排放瓦斯、风流短路以及采空如掘进工作面停风、盲巷排放瓦斯、风流短路以及采空如掘进工作面停风、盲巷排放瓦斯、风流短路20、以及采空区善后处理等区善后处理等区善后处理等区善后处理等)而引起的瓦斯积聚和超限。而引起的瓦斯积聚和超限。而引起的瓦斯积聚和超限。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：目前，处理瓦斯积聚和超限的主要措施：目前，处理瓦斯积聚和超限的主要措施：目前，处理瓦斯积聚和超限的主要措施：防止盲巷积聚瓦斯，防止盲巷积聚瓦斯，防止盲巷积聚瓦斯，防止盲巷积聚瓦斯，防止高冒顶积聚瓦斯，采煤工作防止高冒顶积聚瓦斯，采煤工作防止高冒顶积聚瓦斯，采煤工作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，面积聚瓦斯的处理，采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理，面积聚瓦斯的处理，21、采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理，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。综合机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理。综合机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理。综合机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理。防防防防止止止止瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯超超超超限限限限与与与与积积积积聚聚聚聚三、瓦斯爆炸机理及防治技术三、瓦斯爆炸机理及防治技术 2 2、瓦斯爆炸的防治对策、瓦斯爆炸的防治对策 严格控制着火源的原则是：严格控制着火源的原则是：严格控制着火源的原则是：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严禁和杜绝一切非生产性火源，严格管理和限制生产严禁和杜绝一22、切非生产性火源，严格管理和限制生产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。中可能发生的火源和热源。中可能发生的火源和热源。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，电主要消除着火源的措施包括：明火，摩擦和撞击，电主要消除着火源的措施包括：明火，摩擦和撞击，电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，自然着器设备采用防爆，防静电，高温表面，热辐射，自然着器设备采用防爆，防静电，高温表面，热辐射，自然着器设备采用防爆，防静电，高温表面，热辐射，自然着火等。具体措施：火等。具体措施：火等。具体措施：23、火等。具体措施：为防止电火花和其它明火引燃煤尘，井下电气设备一为防止电火花和其它明火引燃煤尘，井下电气设备一为防止电火花和其它明火引燃煤尘，井下电气设备一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、羊尾巴和明定要选用防爆型，电缆接头不许有鸡爪子、羊尾巴和明定要选用防爆型，电缆接头不许有鸡爪子、羊尾巴和明定要选用防爆型，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、职工禁接头，防止产生电火花。井下禁止使用电炉子、职工禁接头，防止产生电火花。井下禁止使用电炉子、职工禁接头，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24、工具等，严格井下火险管理。止携带烟草、点火工具等，严格井下火险管理。止携带烟草、点火工具等，严格井下火险管理。止携带烟草、点火工具等，严格井下火险管理。为防止放炮时引燃煤尘，井下要使用安全炸药，打眼，为防止放炮时引燃煤尘，井下要使用安全炸药，打眼，为防止放炮时引燃煤尘，井下要使用安全炸药，打眼，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。装药、封泥必须按规程要求进行，禁止放糊炮。装药、封泥必须按规程要求进行，禁止放糊炮。装药、封泥必须按规程要求进行，禁止放糊炮。严严严严格格格格控控控控制制制制着着着着火火火火源源源源 采用各种各样隔爆措施，主要防爆25、安全装采用各种各样隔爆措施，主要防爆安全装采用各种各样隔爆措施，主要防爆安全装采用各种各样隔爆措施，主要防爆安全装置有：置有：置有：置有：阻火装置（安全水封，阻火器和单向阀），阻火装置（安全水封，阻火器和单向阀），阻火装置（安全水封，阻火器和单向阀），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）和指示装置泄压装置（安全阀和爆破片）和指示装置泄压装置（安全阀和爆破片）和指示装置泄压装置（安全阀和爆破片）和指示装置（压力表、温度计和水位计）等。（压力表、温度计和水位计）等。（压力表、温度计和水位计）等。（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煤矿使用的26、主动式隔爆装置和被动式隔爆煤矿使用的主动式隔爆装置和被动式隔爆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）装置（岩粉棚和隔爆水袋等）装置（岩粉棚和隔爆水袋等）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阻爆新原理：利用外加物理场进行阻爆阻爆新原理：利用外加物理场进行阻爆阻爆新原理：利用外加物理场进行阻爆三、瓦斯爆炸及防治三、瓦斯爆炸及防治 3 3、瓦斯爆炸的防治对策、瓦斯爆炸的防治对策 防防防防止止止止爆爆爆爆炸炸炸炸事事事事故故故故扩扩扩扩大大大大阻火装置（安全水防）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、结束语四、结束语谢谢大家！谢谢大家！