煤矿瓦斯知识讲座2.ppt

Prof.Dr.Cheng,1、煤矿安全生产状况分析2、矿井瓦斯防治基础3、矿井瓦斯爆炸及其防治4、矿井煤与瓦斯突出及其防治5、煤与瓦斯安全高效共采理论及其应用,煤矿瓦斯防治课程内容,Prof.Dr.Cheng,3.1瓦斯爆炸化学反应机理3.2瓦斯爆炸的发生和传播过程3.3瓦斯爆炸三个阶段的灾害结果3.4爆炸火源的研究3.5爆炸性气体安全技术参数3.6预防瓦斯爆炸的技术措施,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.1瓦斯爆炸化学反应机理,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,总包反应方程式矿井瓦斯爆炸是以甲烷为主的可燃气体和空气组成的爆炸性混合气体在火源引发下发生的一种迅猛氧化反应现象。其总包反应方程式CH42O2CO22H2O882.6J/mol或CH42O279N2/21CO22H2O7.52N2882.6J/mol实际气相反应细节比上式复杂得多，反应物变为产物要经过一系列包括有中间产物的中间步骤。由上式知，甲烷在混合气体中的浓度为1/12179/219.5时，反应最完全，爆炸最猛烈。,Prof.Dr.Cheng,3.1瓦斯爆炸化学反应机理,总包反应方程式总包反应是反应的综合结果，而非真实反应历程。这证明总的动力学是简单的。实际反应细节要比总包反应复杂得多。链式反应理论定义在链式反应体系中均存在被称为链载体的活性中间物质（如自由基具有未成对电子的一种物质，例如CH.3,H.），它们的化学活性很大，能与体系内稳定分子进行反应成为反应中心，一方面使稳定分子的化学形态转化为产物，另一方面旧链载体消亡而生成新的链载体，新链载体又迅速参与反应，如此延续下去而形成一系列的链式连锁反应，只要链载体不消失，反应就一直进行下去。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.1瓦斯爆炸化学反应机理,链式反应理论特点1）链载体的存在及其作用是链式反应区别于其他反应的最显著特征；2）链载体产生困难，为使稳定分子的链断裂一般需活化能200～500kJ.mol-1，而且反应开始时进行迟缓，存在感应期；3）链载体活泼，加入引发剂或阻化剂会使之产生或消亡，会严重影响链式反应的速率；加入惰性物会促进或延缓其产生或消亡。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.1瓦斯爆炸化学反应机理,链式反应理论CH4的氧化反应历程CH4O2CH3HO2链引发CH3O2CH2OOH链传递OHCH4H2OCH3链传递OHCH2OH2OHCO链传递CH2OO2HO2HCO链分支HCOO2COHO2链传递HO2CH4H2O2CH3链传递HO2CH2OH2O2HCO链传递OH器壁链终止CH2O器壁链终止,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.2瓦斯爆炸发生和传播过程,一维瓦斯燃烧火焰波结构与传播,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,3.2瓦斯爆炸发生和传播过程,Prof.Dr.Cheng,直线与分叉巷道瓦斯爆炸火焰速度曲线,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,3.2瓦斯爆炸发生和传播过程,Prof.Dr.Cheng,爆轰波结构与传播,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,3.2瓦斯爆炸发生和传播过程,Prof.Dr.Cheng,3.3瓦斯爆炸三个阶段的灾害后果,瓦斯爆炸后产生的三个致命后果1）冲击波正向冲击波传播时，波峰压力0.01～2MPa；正向冲击波叠加和返回时，可达10MPa。可引起人体创伤，在多数情况下是创伤与烧伤综合，造成急救困难；破坏设备与设施；引起冒顶；破坏通风系统，加重灾情和救灾的困难。2）火焰锋面它是化学反应带和烧热气体总称，其速度从数m/s～2500m/s;它象活塞一样把瓦斯与空气收集起来并点燃烧光，其长度从数十cm～数十m。火焰锋面通过时，可将人穿的衣服扯下，造成大面积皮肤深度烧伤、呼吸器官食道和胃粘膜烫伤；烧坏电缆电气设备，当电缆有电时可引起电气火灾；引燃井巷可燃物造成二次灾害火灾。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,瓦斯爆炸后产生的三个致命后果3）缺氧有毒的大气环境瓦斯爆炸后灾区的大气成分发生下列变化氧浓度下降；产生大量有毒有害气体，在数量上的变化与爆炸前的可燃物浓度有关。,据实验资料，1kg甲烷等碳氢化合物爆炸效应相当于4kgTNT炸药，或1m3CH4（标）相当于2.86kgTNT。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,3.3瓦斯爆炸三个阶段的灾害后果,Prof.Dr.Cheng,3.4瓦斯爆炸的火源研究,瓦斯引爆火源的主要参数有点燃能量的大小、温度的高低和作用时间的长短，它们同时达到引爆值时才能引爆。火源种类化学性火源明火；煤自燃火；炮火；雷管、导爆索火冲击性火源冲击、摩擦火；绝热压缩高温；电气性火源电火花；电弧；静电火花；高温性火源高温表面；热辐射。1）明火高温并能生成链载体诱发链式反应，火柴火达1200oC，香烟抽烟时650800oC，不抽时450500oC；气焊、喷灯明火；火灾明火等。2）炮火使用不合格炸药；放糊炮；炮孔封泥不足或不严；用可燃物做封炮眼填料；爆破火焰、赤热气体与微粒都可引燃瓦斯。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.4瓦斯爆炸的火源研究,3）电火花、电弧电气设备失爆（防隔爆性能丧失）；带电作业；照明电灯泡破碎；电焊作业；架线电机车运行；电线与电缆短路；蓄电池机车控制器失爆；放炮器失爆或不防爆；放炮母线短路或与其它带电体搭接；矿灯不合格或违章使用以及杂散电流等都可产生引燃瓦斯的电火花或电弧。另外曾发生多起雷电通过钢轨引入井下产生电弧引起瓦斯爆炸事故。4）静电火花高电阻物体、电绝缘态物体在互相紧密接触后分离或摩擦时，产生静电是常见的现象。今年发生多起因利用表面电阻很高的塑料制品通风、喷射混凝土发生静电火花引起瓦斯燃烧与爆炸事故。产生静电火花的塑料表面电阻高达4ⅹ1013Ω、静电电压高达9000V.静电火花引爆，必须满足4个条件物体处于容易产生静电的状态；静电发生后泄漏难，，处于能够蓄积静电的绝缘状态；放电时具有相当于电极的物体存在；放电的静电能大于可燃气体的最小点燃能。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.4瓦斯爆炸的火源研究,5）热辐射大功率热源使用不当可能成为引火源。不同时期瓦斯爆炸引火源统计得出电火花占2256，炮火占4728，其它火源占3116。,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,Prof.Dr.Cheng,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,爆炸性气体安全技术参数表,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,氧气浓度对甲烷爆炸界限的影响曲线,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,不同惰性气体下的甲烷爆炸界限,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,不同氧浓度下甲烷浓度与爆炸压力的关系,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,感应期烃类气体与空气混合物的氧化反应从接触火源起到快速燃烧时止的时间间隔称为感应期，感应期后烃类氧化反应速度激增。感应期的长短取决于可燃气体种类、浓度、气压及引火温度等。下表表明，引火温度升高和甲烷浓度下降，感应期将缩短。在甲烷同系物和空气混合物中，甲烷的感应期最长，故在甲烷空气混合物中，如有乙烷、丙烷时，感应期将缩短。矿用安全炸药是利用烷空气体存在感应期而实现安全的。,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,可燃混合气体爆炸界限按勒.查特里埃法则计算,,,3.5瓦斯爆炸气体安全技术参数,Prof.Dr.Cheng,3.5预防瓦斯爆炸技术措施,3、矿井瓦斯爆炸及其防治,1）防止瓦斯积存与超限,保证不间断通风（确保通风机供电）以风定产；2）加强瓦斯浓度的检测、监测与监控，早发现隐患及时消除；3）采用瓦斯抽采措施，先抽后掘,先抽后采；（12字方针）4）防止瓦斯引燃的措施，严禁杜绝一切非生产火源；严管和限制生产中可能产生的火源；5）防止瓦斯爆炸事故扩大措施防爆预案；可靠的独立分区通风系统；安设矿井防爆门；隔爆措施隔爆水棚、水袋、岩粉棚、岩粉隔离带、水幕带；消防管路与消防设施；救灾组织与设施，通讯设施。,Prof.Dr.Cheng,中国矿业大学安全科学与消防工程系,敬请各位领导、专家批评指正,谢谢,