瓦斯防治技术---副本.doc

矿井瓦斯防治技术重点：瓦斯的概念及性质，瓦斯的成因，瓦斯赋存规律。难点：瓦斯赋存和运移规律。第一节 矿井瓦斯的概念与性质瓦斯爆炸是煤矿生产的主要灾害之一。近年来，我国连续发生了几起特别重大瓦斯爆炸事故，造成大量的人员伤亡和财产损失，带来严重的社会影响。一、矿井瓦斯的概念（什么是矿井瓦斯？）矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。有时单独指甲烷(沼气)。广义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。狭义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。由于甲烷（俗称沼气）是矿井瓦斯的主要成分，因而人们习惯上所说的瓦斯，通常指甲烷而言。来源：（1）煤、岩层涌出（烷烃、环烷烃、芳香烃）；（2）生产过程中产生（CO2、NO2、H2等）（3）井下化学、生物化学反应生成 （CO2、H2S、SO2）；（4）放射性元素蜕变过程生成（Rn、He等）二、矿井瓦斯性质（物理化学性质）瓦斯是煤矿开采过程中释放出来的无色、无味、无嗅的气体，可燃烧、爆炸；分子量：16.049，分子直径：0.41nm，密度：0.716Kg/m3（气态）、424.5Kg/m3（液态）相对空气密度：0.554,难溶入水:101.3KPa, 20, 3.31l/100lH2O瓦斯的燃烧、爆炸性是矿井主要灾害之一。三、CH4的危害及其经济价值1、危害性（有四大危害）：（1）可以燃烧，引起矿井火灾；（2）会爆炸，导致矿毁人亡；（3）浓度过高时会导致人员缺氧窒息、甚至死亡；（4）发生煤（岩）与瓦斯突出，摧毁、堵塞巷道，甚至引起人员窒息死亡、瓦斯爆炸。2、重要能源CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q1m3CH4 37022.2kJ 相当于11.5Kg烟煤。是重要的化工原料。第二节 煤层瓦斯赋存与含量重点：煤层瓦斯压力概念、成因及分布规律，煤层瓦斯含量及影响因素。难点：煤层瓦斯压力分布及煤层瓦斯含量。一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。古代植物在成煤过程中，经厌氧菌的作用，植物的纤维质分解产生大量瓦斯；此后，在煤的碳化变质过程中，随着煤的化学成分和结构的变化，继续有瓦斯不断生成。在全部成煤过程中，每形成一吨烟煤，大约可以伴生600m3以上的瓦斯。而由长焰煤变质为无烟煤时，每吨煤又可以产生约240m3的瓦斯。1）生物化学阶段（从植物遗体到泥炭）隔绝空气微生物4C6H10O5 7CH4 + 8CO2 + C9H6O + 3H2O(纤维素)特点：埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。2）变质阶段（从泥炭到烟煤）泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤如：4C16H18O5 C57H56O10 + 4CO2 + 3CH4 + 2H2O（褐煤）C57H56O10 C54H42O5 + CO2 + 2CH4 + 3H2O（烟煤）（褐煤）C54H42O5 C13H4 + 2CH4 + H2O（无烟煤）（烟煤）v 特点：（1）碳化过程生成的大量气体。初期：主要为CO2，CH4不多。随着碳化程度的提高，CO2减少，CH4增多，同时生成重烃。（2）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化；（3）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但煤层瓦斯含量远小于生成量。瓦斯减少的原因:（1）地质构造运动；（2）运移到适于贮存地点，形成气藏；（3）溶解于水中（长久地质年代过程中）；（4）逸散于大气中（从煤层露头）。3）其它主要气体 CO2成因： 变质生成。易逸散于大气中，溶解于水，生成碳酸盐，所以，深部煤层中很少含有CO2； 生物化学作用，浅部生物圈内（微生物生化作用）； 火山活动，岩浆接触变质，生成大量CO2。如：窑街、营城局； 煤氧化。特别是煤的低温氧化。 N2来自大气。与氩的比例与空气一致。 He放射性元素蜕变的产物。（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态 （图中1）吸附状态 （图中2、3） 图2-1 瓦斯在煤内的存在形态示意图 1游离瓦斯；2吸着瓦斯；3吸收瓦斯； 4煤体；5孔隙吸着状态 （图中2）吸收状态 （图中3）二、煤层中瓦斯垂直分带1、形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。垂直分为四带： 四带： CO2- N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。瓦斯空气-1000m-800m-600m-400m-200mCO2N2带N2带N2CH4带CH4带瓦斯风化带瓦斯垂直分带性表2-1煤层内的瓦斯垂直分带名 称气 带 成 因瓦斯成分 %N2CO2CH4CO2 N2带生物化学空气2080208010N2带空气80102020N2CH4带空气变质208010202080CH4带变质205m0.4m0.2m水泥固体材料挡盘导气孔测压室固体材料封孔测定瓦斯压力示意图木楔导气管（1520m紫铜管或铁管）v 水泥砂浆封孔为了克服粘土封孔费工费时劳动强度较大的缺点，国内外不少矿井采用以压缩空气为动力，将水泥砂浆压入钻孔的封孔工艺。适用条件：封孔倾角超过45、深度大于15m的钻孔。水泥沙浆配比：500号水泥：砂石：水：铝粉（或石膏）：10.5：0.00083m测压管检查管注浆管v 胶圈粘液封孔测定瓦斯压力原理：用膨胀着的胶圈封高压粘液，再由高压粘液封高压瓦斯，由压力表测定瓦斯压力。测压管胶圈注粘液3、注意事项（1）测压空间尽可能小；（2）钻孔打完后，立即封孔，尤其是低透气性煤层；（3）防止漏气；（4）足够长的观察时间；（5）防止地下水的影响，尽可能不穿含水层，必须穿过含水层时，封孔应超过含水层。第三节 矿井瓦斯涌出重点：煤层瓦斯流动规律，煤层瓦斯涌出量及主要影响因素。难点：煤层瓦斯涌出量、普通涌出 、特殊涌出。一、瓦斯涌出量1、含义 瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量，对应于整个矿井的叫矿井瓦斯涌出量，对应于翼、采区或工作面，叫翼、采区或工作面的瓦斯涌出量。2、瓦斯涌出量表示方法1）绝对瓦斯涌出量单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min：Qg=QC/100 式中 Qg绝对瓦斯涌出量， m3/min；Q风量， m3/min；C风流中的平均瓦斯浓度，。2）相对瓦斯涌出量平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m3/t 。qg=Qg/A式中：qg相对瓦斯涌出量，m3/t；Qg绝对瓦斯涌出量，m3/d；日产量，t/d 说明：（1）相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。（2）相对涌出量的单位： m3/t，过去采用： m3/(t.d)是不正确的。 3）、瓦斯涌出强度- 单位时间（min or d），单位暴露面积（cm2 or m2）涌出的瓦斯体积。单位：m3/(d.m2)，m3/(min.m2)，cm3/(min.cm2)。4）、瓦斯涌出形式- 指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。（1）普通涌出-长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。特点：时间上：连续不断空间上：普遍存在涌出强度：缓慢、均匀。（2）特殊涌出- 矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。特点：时间上：突然地、间隔的空间上：非普遍存在涌出强度：产生动力破坏。5）、瓦斯涌出不均匀性矿井瓦斯涌出在时、空上都是不均匀的。正常变化：在某一地区瓦斯涌出的周期性变化，变化幅度某一数值。异常变化：特殊情况的变化（突出、喷出、大冒顶、大气压急剧变化）。矿井风量计算时一般取平均瓦斯涌出量，为满足周期变化的需要，应考虑一个系数。kg-瓦斯涌出不均系数。v 瓦斯涌出不均系数的含义：-某一段时间内，周期性最大瓦斯涌出量与平均瓦斯涌出之比。矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg=Qmax/Qa式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数，一般大于1；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；tQ/m3/minQaQmax二、影响瓦斯涌出的因素决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。(一) 自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量，它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。Exp：焦作中马村矿,淮南谢二矿C13煤，2、地面大气压变化。地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，它对采空区（包括回采工作面后部采空区和封闭不严的老空区）或坍冒处瓦斯涌出的影响比较显著。美国：19101960，1/2的爆炸发生在气压急剧变化时期。（二）开采技术因素1、开采规模 （1）矿井达产之前，绝对瓦斯涌出量随着开拓范围的扩大而增加。绝对瓦斯涌出量大致正比于产量，相对瓦斯涌出量数值偏大而没有意义。（2）矿井达产阶段后，绝对瓦斯涌出量基本随产量变化并在一个稳定数值上下波动。对于相对瓦斯涌出量来说，如果矿井涌出的瓦斯主要来源于采落的煤炭，产量变化时，对绝对瓦斯涌出量的影响虽然比较明显，但对相对瓦斯涌出量影响却不大，（3）开采工作逐渐收缩时，绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少，并最终稳定在某一数值，这是由于巷道和采空区瓦斯涌出量不受产量减少的影响，这时相对瓦斯涌出量数值又会因产量低而偏大，再次失去意义。2、开采顺序与回采方法 首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大。采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。3、生产工艺瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤炭内涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。4、风量变化矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。tC/%tC/%tC/%tC/%单一煤层风量增大单一煤层风量减少采区风量增大采区风量减少5、采区通风系统 采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。全部进入进回皆煤部分进入进回皆空小部分进入进煤回空大全部进入进空回煤6、采空区的密闭质量采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达6070%），如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的瓦斯涌出增大。三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：.按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；.按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础；.按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础一般是将全矿的（或翼的、水平的）瓦斯来源分为回采区（包括回采工作面的采空区）、掘进区和已采区三部分。其测定方法是同时测定全矿井、各回采区和各掘进区的绝对瓦斯涌出量。然后分别计算出各回采区、掘进区和已采区三者各占的比例。测定回采区或掘进区的瓦斯涌出量时，要分别在各区进、回风流中测瓦斯浓度和通过的风量，回风和进风绝对瓦斯涌出量的差值，即为该区的绝对瓦斯涌出量。四、瓦斯涌出不均系数正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg=Qmax/Qa 式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度确定瓦斯涌出不均系数的方法是：根据需要，在待确定地区（工作面、采区、翼或全矿）的进、回风流中连续测定一段时间（一个生产循环、一个工作班、一天、一月或一年）的风量和瓦斯浓度，一般以测定结果中的最大一次瓦斯涌出量和各次测定的算术平均值代入上式，即为该地区在该时间间隔内的瓦斯涌出不均系数五、矿井瓦斯等级及其鉴定1.矿井瓦斯等级划分依据：2009版规程133条规定：一个矿井中，只要有一个煤(岩)层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级按照日产吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式分为：低瓦斯矿井：10m3及其以下且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40立方米分；高瓦斯矿井：10m3以上且矿井绝对瓦斯涌出量大于40立方米分；煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、直辖市）煤炭管理部门审批，并报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构备案。新矿井设计文件中，应有各煤层的瓦斯含量资料。2、矿井瓦斯等级鉴定（1）鉴定时间和基本条件 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。一般在七月或八月。在鉴定月的上、中、下旬中各取一天（间隔10天），分三个班（或四个班）进行测定工作。所谓正常生产，即被鉴定的矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60%。（2）测点选择和测定内容及要求。确定矿井瓦斯等级时，是按每一自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全矿井的平均值）。所以测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风峒、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。如无测风站，可选取断面规整并无杂物堆积的一段平直巷道作测点（3）矿井瓦斯等级的确定。矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定。并附以必要的文字说明，如产量、采掘比例、地质构造等因素和瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等情况，报上级审批。正在建设中的矿井，也应进行瓦斯等级的鉴定，如果鉴定结果，特别是在煤层揭开以后，实际的瓦斯涌出量超过原设计确定的等级时，应提出修改矿井瓦斯等级的专门报告，报原设计审批单位批准。六、矿井瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的预测的方法：（1）统计法A、 瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值B、 物理含义：它的物理含义为相对瓦斯涌出量每增加1m3/t 时，开采深度增加的米数，其单位为m/(m3/t)。瓦斯涌出量梯度愈小，矿井瓦斯涌出量随深度增加的速度愈快。C、计算gg=(H2-H1)/(q2-q1)n 式中: 瓦斯涌出量梯度，m/（m3/t）或t/m2；甲烷带内的两个已采深度，m；对应于深度的相对瓦斯涌出量，m3/t；n 指数系数，大多数煤田在垂深1000m内时n=1。已知瓦斯涌出量梯度和瓦斯风化带下界深度时，就可用下式预测相对瓦斯涌出量。qm=q0+(H-H0)/gm 或qm=qm1+(H-H1)/gm 式中： 预测的深H(m)处的相对瓦斯涌出量，m3/t；H0 瓦斯风化带下界深度，m； 瓦斯涌出量增深率，(m.t)/m3q0、q1瓦斯风化带下界或H1处的相对瓦斯涌出量，q0=2m3/t；例如，利用公式来预测抚顺龙凤矿深500m处的瓦斯涌出量：qm=qm1+(H-H1)/gm=330.0+（500.0-410.0）/10.9=41.2 m3/t统计法预测瓦斯涌出量时，必须注意以下两点：1)此法只适用于瓦斯带以下已回采了12个水平的矿井，而且外推深度不得超过100-200m，煤层倾角和瓦斯涌出量梯度值越小，外推深度也应越小，否则误差可能很大。）积累的瓦斯涌出量资料，至少要有一年以上，而且积累的资料愈多、精度愈高，已采水平（或区域）的瓦斯地质情况和开采技术条件与新设计水平（或区域）愈相似，预测的可靠性也愈高。否则，应根据有关资料进行相应的修正，或按相似程度进行分区预测。（2）计算法以煤层瓦斯含量为基础进行计算。瓦斯含量法瓦斯含量法又称分源预测法。这种方法以煤层瓦斯含量为矿井瓦斯涌出量预测的主要依据，故称瓦斯含量法。世界上一些主要产煤国家如英国、前西德、法国、波兰、前苏联等，开始进行煤层瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌出量的研究，提出了各自的计算公式。原理：采区相对瓦斯涌出量等于平均每采一吨煤各瓦斯涌出分量之和。 每一分钟涌出量为：式中：mi/m1-瓦斯涌出源所在煤层厚度与采高之比；x0-瓦斯涌出源所在煤层原始瓦斯含量；x1-运到地面煤的残余瓦斯含量；Ci-i个瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。矿井瓦斯涌出来源：矿井瓦斯涌出可分为七个基本涌出源（如下图所示）。矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生产采区采空区瓦斯涌出掘进巷道瓦斯涌出开采煤层瓦斯涌出邻近煤层瓦斯涌出围岩瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出掘进落煤瓦斯涌出矿井瓦斯涌出来源图第四节 瓦斯爆炸及其预防一、概述瓦斯的最大危害就是发生爆炸。不仅能造成人员伤亡，而且会严重摧毁井下设施，中断生产。有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾，从而加重灾害，使生产难以在短期内恢复。危害: 一种极其严重的灾害，一旦发生，不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产。 可能引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌和顶板冒落等二次灾害，使生产难以在短期内恢复。世界上最大一次瓦斯爆炸：1942年日本霸占我国东北时期，在本溪煤矿由电气火花引起的瓦斯爆炸和煤尘爆炸，共有1549人死亡伤:146人。2000年贵州木冲沟“927” 1622004年河南大平“1020” 1482004年陕西陈家山“11.28” 1662005年辽宁孙家湾“214” 214 发展趋势： 随着开采深度增加，瓦斯涌出量增大，发生爆炸的可能性增大； 机械化程度的提高，火源点增多，摩擦火花增多； 导致伤亡的爆炸事故仍然不少，未杜绝； 后果严重性没什么改变； 多数事故是人为的、组织管理上的缺陷； 爆炸次数与矿井瓦斯涌出量之间无必然联系，1/3的爆炸发生在低瓦斯矿井。预防矿井瓦斯爆炸是一项重大的任务，研究和掌握瓦斯爆炸的防治技术，对煤矿安全生产具有重要意义。二、瓦斯爆炸及作用机理爆炸：气体快速扩展的结果。发生原因：物理变化、化学变化瓦斯爆炸：一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。最终反应式：或 1体积CH4与2体积O2完全反应（即2(1+79/21)=9.52体积）。此时，混合气体中因此，理论上瓦斯浓度为9.5%瓦斯爆炸最猛烈。链反应参与反应的物质（CH4、O2）在一定能量作用下，产生链载体（活化中心，即：自由基、原子、原子团），它们化学活性很大，与体系中的稳定分子进行反应成为反应中心，产生新的载体or稳定的化合物，新的载体又迅速参与反应，如此延续下去形成一系列的连续反应。1、基本特点：（1）链反应直链反应支链反应燃烧爆炸（2）链反应有一个感应期。一个激发能量产生载体的过程（3）只要载体不消失，反应就一直进行下去。（4）链反应开始产生载体较困难，故反应开始进行迟缓。（5）周围环境对链反应产生较大影响。2、链反应过程1）、链引发链反应产生载体的过程，即稳定分子分解产生自由基的过程（分子内原子间化学键断裂）。此过程需要相当大的能量，即反应水活化能。约8001600 KJ/mol。如：能量来源有： 热引发-火源； 高能引发-光照射、光电、激光、-、-、-等。 化学能； 复相引发（固体表面结构缺陷，引发稳定分子产生自由基）。2）、链传递最活跃的过程，旧载体消亡，新载体产生。3）、链分解自由基增加，反应速度剧增，形成爆炸。如：4）、链终止链载体消失的过程。链终止分类：（1）重结合反应如：乙基的重结合（2）歧化反应如：乙基的歧化反应（3）阻化剂的作用阻化剂易于链体反应生成较稳定自由基分子等。阻化过程：3、瓦斯爆炸的传播及其后果 1）爆炸分类爆炸：物质从一种状态迅速变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量的同时，产生巨大声响的现象。（1）、根据反应后的产物分为：物理爆炸-物理变化引起，物质因状态or压力发生突然变化而形成。特点：爆炸前后物理性质、化学成份均不改变。如：锅炉爆炸、气体超压爆炸。8-物质发生迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。特点：爆炸前后物理性质、化学成份均发生改变。如：瓦斯爆炸、放炮、液化气爆炸。（2）、根据爆炸传播速度分为：爆燃：v = 数十cm 几m/s爆炸：v = 几m 几百m/s爆轰：v = 声速 数千m/s4、瓦斯爆炸传播过程1）、爆燃和爆炸的传播过程烷空气体-甲烷与空气混合物。燃烧速度-火焰面相对于未燃烷空气体的传播速度。烷空气体燃烧产物预热带反应带T0TiTb温度中间产物浓度CH4浓度爆炸过程：a) 可爆炸甲烷浓度的烷空气体中出现点火燃，形成最初火焰-爆源。b) 爆源传入未燃的烷空气体处的初始温度为T0；在预热带内将烷空气体预热到Ti，并进行放热的化学反应，形成反应带；反应带结束处达到的温度为Tb。c) 燃烧带在传播过程中，燃烧带和未燃烷空气体和燃烧产物之间进行热量和质量交换。d) 已燃气体膨胀（约515倍），形成燃气活塞，经过反复加热、加压，使火焰速度加快，波速加快。e) 形成激波，该波足够强以致依靠本身的压缩温度就能点燃烷空气体形成爆轰。2）、反向冲击形成原因：（1）爆炸发生时，爆源附近的气体向外冲出；（2）反应产物生成的水蒸气凝结成液态体积缩小；（3）爆源附近形成负压区。特点：（1）冲击能量小；（2）可能引起二次爆炸；（3）由于是二次破坏，破坏后果严重。5、瓦斯爆炸的危害矿内瓦斯爆炸的有害因素是，高温、冲击波和有害气体。焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度大、温度高。从正常的燃烧速度（12.5m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s）。焰面温度可高达21502650 C。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾。冲击波锋面压力由几个大气压到20大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡，设备和通风设施损坏，巷道垮塌。瓦斯爆炸后生成大量有害气体，某些煤矿分析爆炸后的气体成份为O2：610，N2：8288，CO2：48，CO：24。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。主要危害有：1）、火焰锋面-瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和燃烧带的总称。特点：（1）传播速度 几m/s 2500m/s；（2）温度大于1000；（3）传播距离 几十m几百m 。危害：（1）造成人员大面积皮肤深度烧伤，呼吸器官粘膜烫伤；（2）破坏电气设备；（3）引燃井巷可燃物。2）、冲击波在瓦斯爆炸过程中，由于能力突然释放即会产生冲击波，它是由压力波发展而成的。正向冲击波传播时，其压力一般为10kPa2MPa，但其遇叠加或反射时，常常可形成高达10MPa的压力。冲击波的传播速度高于音速（340m/s）。正向冲击波：波峰压力 几十kP 2 Mpa。反向冲击波：压力波叠加，压力高达10MPa，冲击波传播速度 音速。传播距离几千m，甚至波及地面 。危害：冲击波通过时会对人体造成危害，多数情况下，这些创伤具有综合（创伤、烧伤等）多样的特点。冲击波前沿剩余压力对人的作用特点如下：0.0030.01MPa: 无创伤0.0110.02MPa: 头昏、轻伤0.04MPa：中度创伤：震伤、失去知觉、骨折0.06MPa：重伤：内脏受伤，严重脑震荡、骨折0.3 MPa：有较大死亡可能性（75%）0.4 MPa：死亡率为100%冲击波前沿剩余压力对物体或巷道的作用特点如下：移动和破坏设备，可能发生二次着火; 破坏支架、顶板冒落、垮塌岩石堆积物导致通风系统破坏，使救灾复杂化。0.0110.02MPa：支架部分破坏，密闭被破坏（密闭不稳定时）0.0210.06MPa：木支架相当程度被破坏，金属支架移动，混凝土整体支护发生片状脱落。0.0610.3MPa：木支架完全破坏，金属支架部分破坏，发碹巷道出现裂隙，片况脱落，铁轨变形，枕木脱开，小于1吨的设备整体破坏、变形、位移，大于1吨设备翻倒、位移、部分变形。0.310.65MPa：金属支架巷道全长全面破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架部分破坏，混凝土整体遭破坏，设备和设施完全破坏。0.661.17MPa：混凝土支架完全破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架相当大破坏，可能形成冒落拱。3）、高温灼热在瓦斯浓度为9.5%条件下，爆炸时的瞬时温度在自由空间内可达1850；在封闭空间内最高可达2650。井下巷道呈半封闭状态，其爆温将在1850与2650之间。这样高的火焰温度，很短时间内足以灼伤人的皮肤和肌肉、损伤人的器官，点爆煤尘，点燃坑木。在煤炭科学研究总院重庆分院爆炸试验基地进行的瓦斯爆炸损伤试验研究表明，瓦斯爆炸的高温灼热严重损伤呼吸系统，可造成10%试验大白鼠死亡（48小时内）。4）、井巷大气成分变化由瓦斯爆炸反应，我们知道，由于瓦斯浓度和氧气浓度的不同，使得爆炸产生的有毒气体CO和CO2的浓度差异很大，特别是由于瓦斯爆炸破坏了通风系统，使爆炸后的有毒气体CO和CO2不易扩散和稀释。从以往事故分析看：爆炸后的有毒有害气体的中毒是造成人死亡的主要原因，占死亡总数的7080%。特点：（1）O2大幅度下降；（2）产生大量有毒、有害气体（CO2、CO、H2O）；（3）形成爆炸性气体（ CO ）；（4）影响范围极远，与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况等有关。危害：（1）引起人员中毒和死亡；（2）造成人员窒息死亡；（3）造成后果严重。瓦斯爆炸最终气体产物表矿井空气成分变化爆炸下限时最佳爆炸浓度时爆炸上限时O216-1862CO微量12CO2微量9微量水蒸气小于10小于10小于4H2微量12从人身安全考虑，各国对工作场所的CO允许浓度都有明确的规定如下表：各国CO允许浓度国别CO允许浓度值中国（煤矿安全规程）24ppm（0.03mg/L）中国（工业厂房）24ppm前苏联18ppm（0.02mg/L）英国50ppm日本50ppm德国50ppm美国50ppmCO对人的危害是由于人体内的血红蛋白（Hb）通过肺与CO结合生成碳氧血红蛋白（ CO Hb），妨碍了Hb向体内运送氧的功能，因而使人的体内缺氧。CO与Hb的结合力比O2与Hb的结合力强210300倍。 COHb的浓度达到5060%时，人就会产生痉挛、昏睡、假死。人对CO的耐受程度是随浓度增加和随时间的延长而减弱，具体如下表所示。人对CO的耐受程度CO浓度耐受程度Vol %ppmMg/L0.011000.11可耐受23h0.040.054005000.460.6在1h内无明显作用0.060.076007000.70.81h后才有作用0.10.12100012001.11.41h内有不快感0.150.22150022001.72.31h内有生命危险0.440004.01h内致死同样，各国对工作场所的CO2允许浓度都有明确的规定，下表为各国CO2允许浓度。各国CO2允许浓度值国别CO允许浓度值中国5000ppm英国5000ppm日本1%德国5000ppm美国5000ppmCO2对人的伤害机理与CO相仿。人对CO2的耐受程度如下：当CO2浓度达2.5%（45mg/L）时，在1h内不呈现任何中毒症状；达到3%时才加深呼吸；达到4%（72mg/L）时，才略呈局部刺激，有头痛感、耳鸣、心悸、血压升高、眩晕等；达到6%时，症状更加明显；达到8%时，呼吸变得十分困难；达到810%时，立即发生意志昏沉、痉挛、虚脱，进而停止呼吸，以致死亡；达到20%时，数秒内立即引起中枢神经障碍，生命陷于危险状态。三 瓦斯爆炸的条件及其影响因素瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：即一定浓度的瓦斯；一定温度的引燃火源和足够的氧含量，三者缺一不可。（一）、爆炸界限及其主要影响因素爆炸界限- 在正常的大气环境中，可燃气体与空气或氧气混合，遇火源可以爆炸的极限浓度。最低浓度-爆炸下限；最高浓度-爆炸上限。如：CH4在空气中的爆炸下限为56，上限为1416。CCH4 5% 时，发生燃烧。CCH415% 时，新鲜空气界面处燃烧。CCH4= 9.5%时，爆炸最剧烈。CCH4= 7 8 %时，爆炸最容易。爆炸界限受多种因素影响，主要有以下几个方面:1、环境温度T甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限扩大。环境温度烷空气体爆炸界限（%）下限上限206.0013.401005.4513.502005.0513.803004.4014.254004.0014.705003.6515.356003.3516.407003.2518.752、气压爆炸初始时环境的气压对烷空气体的爆炸界限有很大的影响，P下限变化很小，上限上升。环境压力（MPa）烷空气体爆炸界限（%）下限上限0.15.614.31.05.917.25.15.429.412.75.745.73、氧浓度常温下，CH4的爆炸界限与混合气体中氧浓度的关系，呈三角形，人们称为“爆炸三角形”。（教材28页）大量实验表明，瓦斯爆炸界限随混合气体中氧浓度的降低而缩小。当氧浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓慢地增高，如图中的BE线所示，爆炸上限则迅速下降，如图中的CE线所示。氧浓度降低到12%时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，遇火也不会爆炸。煤矿安全规程规定，井下工作地点的氧浓度不得低于20%，上述关系似乎没有什么实际意义，但在密封区特别是火区内情况却不同，其中往往积聚大量瓦斯，且有火源存在，只有氧浓度很低时，才不会发生爆炸；一旦重开火区或火区封闭不严而大量漏风，新鲜空气不断流入，氧浓度达到12%以上，就可能发生爆炸。综上所述，在新鲜空气中，瓦斯浓度为516%，在遇到650750以上的火源才会爆炸。但是这些数值受很多因素的影响，而在较大范围内变化，加上矿井通风和瓦斯涌出的不稳定性，所以规程中对井下各地点的瓦斯浓度与可能产生的火源都作了严格限制，以防爆炸事故的发生。这是十分必要的，必须认真执行。从试验中得到了瓦斯空气混合气体爆炸极限与氧浓度的关系，如下图所示。246810121416182024681012141618200爆炸区不爆炸区混入新鲜空气后可能爆炸区ABCDE甲烷浓度，氧气浓度爆炸区BE爆炸下限CE爆炸上限CH4爆炸下限 B ( 5 , 19.89 ) 爆炸上限 C ( 15 , 17.79 )E爆炸临界点。 掺入惰性气体成分不同，其值不同。掺入CO2时，E（5.69 , 12.32）掺入N2时，E（5.18 , 9.47）瓦斯-空气混合气体爆炸极限与氧浓度的关系图图中BEC所构成的三角区域就是瓦斯爆炸三角形，当瓦斯浓度和氧浓度处于三角形区域，在点火源作用下，就会发生瓦斯爆炸；同样，瓦斯浓度和氧浓度不在此三角形区域，就不会发生瓦斯爆炸。这就为防止瓦斯爆炸发生提供了途径。这是如前所述，采掘工作面进风流中的氧气浓度不低于20%。氧气作为作业人员必备的生存条件，在煤矿井下必须予以保证，也就是说，在煤矿井下工作环境下，氧浓度都必须维持在20%以上，通过控制氧气浓度来控制瓦斯爆炸事故是不现实的。然而，在密封区特别是火区，其中往往积聚大量瓦斯，且有火源存在，只有将氧浓度控制在很低时（12%以下），才能确保不会发生瓦斯爆炸事故；重开火区或火区封闭不严而大量漏风，新鲜空气不断流入，氧浓度达到12%以上时，同样可能发