瓦斯爆炸及其防治.ppt

北泉斜井,煤矿瓦斯防治,煤矿瓦斯防治第三讲,第二章瓦斯爆炸及其防治,第一节瓦斯爆炸及其影响因素一、瓦斯爆炸的概念瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸就是空气中的氧气（O2）与瓦斯（CH4）进行剧烈氧化反应的结果。其化学反应式为CH42O2CO22H2O882、6kj/mol从上式中看出瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热，这些热量能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压并以及高的速度向外冲击而产生动力现象，这就是瓦斯爆炸。,第二章瓦斯爆炸及其防治,二、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸的危害主要表现在以下三个方面。（一）爆炸温度试验研究表明，当瓦斯浓度为9、5时，爆炸时产生的瞬时温度，在自由空间内可达1850℃，在封闭的内高达2650℃。由于井下巷道是半封闭空间，其内的瓦斯爆炸温度在1850℃与2650℃之间，而这样高的温度，不仅会烧伤人员、烧坏设备，还可能引起井下火灾，扩大灾情。（二）爆炸压力瓦斯爆炸产生的温度，会使气体突然膨胀而引起气体压力的骤然增大，再加上爆炸波的叠加作用或瓦斯连续爆炸，爆炸产生的冲击压力会越来越高。据测定，瓦斯爆炸后的压力约为爆炸前的10倍。在高温高压的作用下，爆源处的气体以每妙几百米的速度向前冲击。瓦斯爆炸时，常常半生两种冲击。,第二章瓦斯爆炸及其防治,1、正向冲击在爆炸产生的高温、高压作用下，爆源附近的气体以极大的速度向四周扩散，在所经过的路程上形成威力巨大的冲击波的现象，称为正向冲击。危害（1）能够造成人员伤亡、巷道和器材设施的破坏。（2）能扬起大量煤尘并使之参与爆炸。产生更大的破坏力。（3）可点燃坑木或其他可燃物而引起火灾。2、反向冲击爆炸发生后，由于爆炸气体从爆源处高速向外冲击，加上爆炸后生成的一部分水蒸气又很快冷却和凝聚，因而，在爆源附近就形成了稀薄的低压区。这样，在压差的作用下爆炸气体就会连同爆源外围的气体又以及高的速度反向冲回爆炸地点。这一过程称为反向冲击。危害可能造成第二次爆炸。,第二章瓦斯爆炸及其防治,三）有毒有害气体瓦斯爆炸后，将产生大量有害气体。据分析瓦斯爆炸后的气体成分为氧气（O2）610（氮气（N2）8288二氧化碳（CO2）48一氧化碳（CO）24爆炸后生成的如此大量的一氧化碳是造成人员大量伤亡的主要原因。如果有煤尘参与爆炸，一氧化碳的生成量就会更大，危害就更为严重。统计资料表明，在发生的瓦斯，煤尘爆炸事故中死于一氧化碳中毒的人数占总伤亡人数的70以上。因此规程规定，入井人员必须佩戴自救器。,,第二章瓦斯爆炸及其防治,三、瓦斯爆炸的基本条件瓦斯爆炸必须具备下面三个基本条件。（一）一定的瓦斯浓度1、瓦斯爆炸界限瓦斯爆炸具有一定的浓度范围，瓦斯才能够爆炸，这个范围称为瓦斯爆炸界限。在新鲜空气中，瓦斯爆炸的界限一般认为是5（下限）16（上限）。2、瓦斯在不同浓度时的燃爆特性当瓦斯浓度低于5时，不能爆炸，只能燃烧。当瓦斯浓度达到5时，瓦斯就能爆炸；浓度在5～9、5爆炸威力逐渐增强；浓度为9、5时，爆炸威力最强（这是地面条件下的理论计算。在煤矿井下，通过实验和现场测定，爆炸威力最强烈的实际瓦斯浓度为8、5左右）；浓度在9、516时，爆炸威力逐渐减弱；当瓦斯浓度高于16时，不能发生爆炸。,第二章瓦斯爆炸及其防治,（二）一定的引火温度瓦斯爆炸的第二个条件是火源的存在，点燃瓦斯所需要的最低温度，称为引火温度。一般认为是650℃～750℃。明火、煤炭自燃、电气火花、赤热的金属表面、吸烟、放炮等都足以引燃瓦斯。（三）充足的氧气含量氧气浓度达到12时，就有发生爆炸的可能。由于氧气含量低于12时，短时间内就能导致人窒息死亡，因此规程规定，井下工作地点的氧气含量不得低于20。,第二章瓦斯爆炸及其防治,四、瓦斯爆炸的影响因素影响瓦斯爆炸的因素有很多，以下就爆炸界限和引火温度两个方面进行介绍。（一）影响爆炸界限因素影响爆炸界限的主要因素有可燃气体、煤尘、惰性气体及混合气体的初始温度。1、可燃气体的混入在瓦斯和空气的混合气体中，如果有一些可燃气体（如硫化氢、乙烷等）混入，其本身具有爆炸性，不仅增加了爆炸气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸下限降低，从而扩大了瓦斯爆炸的界限。,,第二章瓦斯爆炸及其防治,表21几种可燃气体的爆炸界限,第二章瓦斯爆炸及其防治,2、爆炸性煤尘的混入,多数矿井的煤尘具有爆炸性。当瓦斯和空气的混合气体中混入有爆炸危险的煤尘时，由于煤尘本身遇到火源会放出可燃性气体，因而会使瓦斯爆炸下限降低。根据实验空气中煤尘含量为5g/m3时，瓦斯的爆炸下限降低到3；含量为8g/m3时，瓦斯的爆炸下限降低到2、5。显然正常情况下，空气中的煤尘含量达到这样高是不可能的，但当沉积煤尘被爆风吹起时，达到这样高的煤尘含量却十分容易。例1996、11、27，山西大同东村煤矿，电工带电检修80型开关，点火花引爆瓦斯，进而震起煤尘发生爆炸，死亡114人，直接经济损失796万。,第二章瓦斯爆炸及其防治,3、惰性气体的混入,惰性气体是指不太容易与其他气体分子结合、化学性质不太活拨的气体。如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等。惰性气体的混入将使氧气的含量降低，可以缩小瓦斯的爆炸界限，降低瓦斯爆炸的危险性。,第二章瓦斯爆炸及其防治,二）影响引火温度的因素,影响瓦斯爆炸引火温度的主要因素有瓦斯浓度、混合气体压力及火源性质等。1、瓦斯浓度不同的瓦斯浓度所需的引火温度也不同。一般来说，瓦斯浓度在78时，其引火温度最低。高于这个温度，所需引火温度就增高，这是因为瓦斯的热容量较大、吸收的热量较多的缘故；当瓦斯浓度过低时，也不易引燃，所需引火温度也比较高。,第二章瓦斯爆炸及其防治,2、混合气体压力混合气体的压力越大，引火温度就越低。例如当瓦斯与空气混合气体的压力为9、8kPa时，引火温度为700℃；压力为274、4，kPa时，引火温度为460℃。当混合气体瞬间压缩到原来体积的1/20时，混合气体由于被压缩而自身产生的热量，就能使其自行爆炸。引火温度随着混合气体压力的增高而降低，这对加强放炮管理很有指导意义。因为放炮时能造成很大的压力，大大降低引火温度，因而就比较容易引起瓦斯爆炸事故。,,第二章瓦斯爆炸及其防治,3、火源性质,火源有多种，不同的火源有不同的性质，它们的温度、存在时间及表面积等也都不同，而这些都能对瓦斯爆炸的引火温度产生很大的影响。（1）瓦斯爆炸的感应期引火延迟的时间称为瓦斯爆炸的感应期。瓦斯浓度越高，感应期越长；引火温度越高，感应期越短。（2）感应期的作用爆破时炸药爆炸温度能达2000℃左右，但是这一高温存在的时间极短（通常仅为千分之几秒）小于瓦斯爆炸的感应期，不会引起瓦斯爆炸。,例毫秒雷管和安全炸药。在一定程度上就是根据瓦斯爆炸感应期这一特性研制和生产的。例矿用安全电器设备。在发生故障时能迅速断电，由于其断电时间小于感应期，因而不会导致瓦斯爆炸。应该指出，瓦斯爆炸的感应期也并不是固定不变的。混合气体的压力增高时感应期就会缩短或消失，例井下放炮时，混合气体压力增大，感应期将会缩短。因此，加强井下放炮管理时十分必要的。五、瓦斯爆炸发生的规律国内外矿井瓦斯爆炸事故统计资料表明，矿井内的任何地点都有发生瓦斯爆炸事故的可能性，但90以上的瓦斯爆炸事故发生在采掘工作面。,第二章瓦斯爆炸及其防治,原因一是容易发生瓦斯积聚的地点多，导致瓦斯积聚和爆炸的自然因素复杂。二是引起瓦斯爆炸的引爆源出现概率最高。三是工作面风流中氧气充足。四是人多手杂，“三违”现象出现概率高。（一）瓦斯积聚发生的规律1、局部通风机停止运转引起瓦斯积聚；2、风筒断开或严重漏风引起瓦斯积聚；3、采掘工作面风量不足引起瓦斯积聚；4、风流短路引起瓦斯积聚；,第二章瓦斯爆炸及其防治,5、通风系统不和理、不完善引起瓦斯积聚；6、采空区或盲巷瓦斯积聚；7、巷道支架后空间及高顶区瓦斯积聚；8、瓦斯涌出异常瓦斯积聚；9、局部地点瓦斯积聚；,第二章瓦斯爆炸及其防治,（二）引爆火源发生的规律1、电火花2、放炮火花3、撞击摩擦火花4、明火5、静电火花和地面雷击（三）瓦斯爆炸事故发生的直接原因和间接原因。直接原因违章指挥、违章作业和违反劳动纪律。间接原因煤矿管理等（较复杂）。,第二章瓦斯爆炸及其防治,