瓦斯爆炸及防治技术()剖析

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1、淮北矿业集团公司瓦斯治理技术培训班淮北矿业集团公司瓦斯治理技术培训班煤矿瓦斯爆炸及防治技术研究煤矿瓦斯爆炸及防治技术研究一、前言一、前言 二、瓦斯爆炸及其研究现状二、瓦斯爆炸及其研究现状三、瓦斯爆炸机理及其传播规律三、瓦斯爆炸机理及其传播规律四、瓦斯爆炸事故的防治四、瓦斯爆炸事故的防治五、瓦斯爆炸事故的处理五、瓦斯爆炸事故的处理六、结束语六、结束语我国常规能源构成 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一、前言一、前言国家制定坚持以煤炭为主体的能源战略国家制定坚持以煤炭为主体的能源战略煤矿安全生产对

2、国民经济发展具有重要影响煤矿安全生产对国民经济发展具有重要影响原煤原煤70.40%.40%核电核电0.52%0.52%水电水电7.06%7.06%天然气天然气3.07%3.07%原油原油18.95%.95%0123451我国百万吨死亡率与主要产煤国家的比较中国4 . 36美国0 . 088俄罗斯2 . 0 3波兰0 . 443德国0 . 335英国0 . 154澳大利亚0 . 0 8印度0 . 735乌克兰2 . 1 4近年来死亡人数在近年来死亡人数在67696769人人- - 59385938人(人(2000-20052000-2005)百万吨死亡率百万吨死亡率6-36-3,与先进国,与先进

3、国家差距大。家差距大。原因:中国煤层赋存条件复杂,原因:中国煤层赋存条件复杂,缺乏有效的基础研究。缺乏有效的基础研究。2004年底至2005年,连续发生6起百人以上特别重大瓦斯事故,震惊国内外陕西铜川陈家山陕西铜川陈家山11.28事故事故/死亡死亡166人人辽宁阜新孙家湾辽宁阜新孙家湾2.14事事故故/死亡死亡214人人河南郑州大平河南郑州大平10.20事故事故死亡死亡148人人突出突出21%21%高瓦斯高瓦斯28%28%低瓦斯低瓦斯51%51% 产生事故的深层次原因:产生事故的深层次原因: 我国煤矿我国煤矿95%是地下开采,是地下开采,煤层赋存条件复杂,煤层赋存条件复杂,60-70%的国有煤

4、矿目前采深已超过的国有煤矿目前采深已超过400m,瓦斯涌出,瓦斯涌出量急量急剧增大,剧增大,开采条件和自然环境发生显著变化。开采条件和自然环境发生显著变化。 原有安全技术及基础已难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求。 突破关键科学问题是防治灾害的根本途径突破关键科学问题是防治灾害的根本途径建立煤矿安全生产长建立煤矿安全生产长效机制的根本保障效机制的根本保障重大动力灾害重大动力灾害事故不断发生事故不断发生原因原因:缺乏有效缺乏有效监测监控措施监测监控措施15)2000年年9月月27日水城局木冲沟矿掘进巷道停电停风积聚瓦斯,日水城局木冲沟矿掘进巷道停电停风积聚瓦斯,排放瓦斯期间局部通风机产生循环

5、风瓦斯积聚,可能是矿灯引爆,排放瓦斯期间局部通风机产生循环风瓦斯积聚,可能是矿灯引爆,发生瓦斯煤尘爆炸,死亡发生瓦斯煤尘爆炸,死亡162人,直接损失人,直接损失1227万元;万元;16)2002年年6月月20日鸡西矿业集团公司城子河矿掘进巷道停电停风日鸡西矿业集团公司城子河矿掘进巷道停电停风积存瓦斯,水泵电器设备电火花引起瓦斯爆炸,死亡积存瓦斯,水泵电器设备电火花引起瓦斯爆炸,死亡124人,其中人,其中有总经理赵文林等有总经理赵文林等6位处级干部正在灾区检查工作罹难。位处级干部正在灾区检查工作罹难。17) 2004年年10月月20日郑州煤炭日郑州煤炭(集团集团)公司大平矿瓦斯突出引起瓦斯公司大

6、平矿瓦斯突出引起瓦斯爆炸事故爆炸事故,造成造成148人的死亡人的死亡,直接经济损失直接经济损失4000多万元多万元.18) 2004年年11月陕西铜川矿务局陈家山矿发生瓦斯爆炸事故月陕西铜川矿务局陈家山矿发生瓦斯爆炸事故,造成造成166人死亡人死亡.19)2005年年2月阜新孙家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故月阜新孙家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故,造成造成214人死亡人死亡.20)2005年年11月七台河东风煤矿发生煤尘爆炸事故月七台河东风煤矿发生煤尘爆炸事故,造成造成171人死亡人死亡.(二)、瓦斯爆炸事故的研究现状: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图3-1 链式反应的

7、反应速率与反应时间关系曲线图2 2)瓦斯爆炸传播过程分析模型)瓦斯爆炸传播过程分析模型 矿井瓦斯爆炸波的爆燃状态传播从空间可以分成以下矿井瓦斯爆炸波的爆燃状态传播从空间可以分成以下四个阶段,为此,建立的物理分析模型如图四个阶段,为此,建立的物理分析模型如图3-23-2所示。所示。瓦斯爆炸惰性冲击波传播规律描述瓦斯爆炸惰性冲击波传播规律描述 矿井瓦斯爆炸事故从时间上可以分成点火和传播两个矿井瓦斯爆炸事故从时间上可以分成点火和传播两个阶段,其破坏效应主要体现在爆炸波传播阶段。阶段,其破坏效应主要体现在爆炸波传播阶段。 通常煤矿瓦斯爆炸会形成前驱冲击波阵面和火焰波阵通常煤矿瓦斯爆炸会形成前驱冲击波阵

8、面和火焰波阵面的双波三区结构。前驱冲击波在瓦斯爆炸能量支持下经面的双波三区结构。前驱冲击波在瓦斯爆炸能量支持下经历了加速阶段,当瓦斯燃烧完毕后历了加速阶段,当瓦斯燃烧完毕后, ,冲击波失去能量支持,冲击波失去能量支持,此时爆炸冲击波的传播演变为惰性平面冲击波的传播。此时爆炸冲击波的传播演变为惰性平面冲击波的传播。对对安全工作有意义的是空气冲击波需要传播多远安全工作有意义的是空气冲击波需要传播多远, , 才能使其才能使其强度下降到人体和设备许可的安全极限值强度下降到人体和设备许可的安全极限值。 (1 1)影响惰性冲击波衰减因素分析)影响惰性冲击波衰减因素分析 (2 2)理论推导)理论推导00.0

9、50.10.150.20.250.30.35050100150200250火焰速度( m / s )超压( M Pa)无障碍物两个障碍物四个障碍物六个障碍物等级 项目 损 伤 程 度超 压 1 10 00 0K Kp pa a轻 微轻微挫伤肺部和中耳、 局部心肌撕裂 0.20.3中 等中度中耳和肺挫伤, 肝、 脾包膜下出血,融合性心肌撕裂 0.30.5重 伤重度中耳和肺挫伤,脱臼,心肌撕裂,可能引起死亡。 0.51.0死 亡体腔,肝脾破裂,两肺重度挫伤。 1.0 序 号超压 (100Kpa) 破 坏 程 度 1 0.0150.02 房屋玻璃破坏 2 0.10.2 构筑物局部破坏 3 0.20.

10、3 构筑物轻度破坏,墙裂缝。 4 0.40.5 构筑物中度破坏,墙大裂缝 5 0.60.7 构筑物严重破坏,部分倒塌,钢筋混凝土 破坏。 6 0.71.0 砖墙倒塌 7 1 钢筋混凝土构筑物破坏,防震钢筋混凝土 破坏。0102030405060050100150200250长径比( L / D)时间( m s)两个障碍物爆炸波两个障碍物火焰01020304050050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)explosion wave offour barriersflame of fourbarriers01020304050

11、050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)explosion wave ofsix barriersflame of sixbarriers0102030405060050100150200250Distance(L/D)Time(ms) two barriers four barriers six barriers0102030405060050100150200250Ratio of length and diameter(L/D)Time(ms)flame of twobarriersflame of fourbarr

12、iersflame of sixbarriers图3. 管道截面积突变对瓦斯爆炸火焰加速传播的影响关系曲线0100200300400500600700162228527098L/dV(m/s)80*80mm直管无加速环有加速环 Fig.5 Curve of explosion wave propagation in direct and section changing tube without acceleration coilFig.4 Curve of explosion wave propagation in direct 80mm80mm tube2#1#点火系统加速环3 #2 #3

13、#4 #4#5 #5#图5.(无加速环)主管道与分支管道中的火焰传播速度0204060801001201022284852L/DV(m/s)80*80mm主管道分支管道解释了分叉巷道破坏严重的问题?0501001502002500102030405060带分叉管直管分叉管L/DV(m/s)2#1#点火系统加速环3 #2 #3#4 #4#5 #5#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图5 壁面热效应对火焰传播速度的影响(闭口) 图6 壁面热效应对火焰传播速度的影响(开口) 吸热吸热瓦斯爆炸过程中火焰的发展变化特征0.s34/2000.s33/2000.s32

14、/2000.s6/2000.s14/2000.s19/2000.s24/2000.s29/2000.s31/2000.s36/2000.s35/2000.s 通过实验的方法,探讨了瓦斯爆炸过程中火焰通过实验的方法,探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及其影响因素。研究结果表明,当有厚度变化特性及其影响因素。研究结果表明,当有障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常障碍物存在时,瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度;膜片所处位置对瓦斯爆炸过程中火焰厚度也有重要影响,所处位置对瓦斯爆炸过程中火焰厚度也有重要影响,膜片距

15、离爆炸源较近时,火焰厚度明显增大。膜片距离爆炸源较近时,火焰厚度明显增大。 (L=3.0 m) 发现了瓦斯爆炸发生后,火焰阵面前附近区域温度梯发现了瓦斯爆炸发生后,火焰阵面前附近区域温度梯度变化较大,而火焰阵面后一段区域的温度变化较平缓,度变化较大,而火焰阵面后一段区域的温度变化较平缓,且火焰阵面附近温度较高的现象;在障碍物附近温度很且火焰阵面附近温度较高的现象;在障碍物附近温度很快上升到最大值,然后由于化学反应结束,管道壁吸热,快上升到最大值,然后由于化学反应结束,管道壁吸热,温度开始下降;在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对温度开始下降;在沿火焰传播的通道上设置障碍物,对气相火焰具有加速作用

16、,这种加速作用的机理主要是由气相火焰具有加速作用,这种加速作用的机理主要是由于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈所造成的。于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈所造成的。并运用基于并运用基于SimpleSimple数值解法的大型通用程序数值解法的大型通用程序PhoenicsPhoenics对对瓦斯爆炸进行了数值模拟。瓦斯爆炸进行了数值模拟。 (a) 没有障碍物 (b) 两个障碍物 (c) 六个障碍物 (a) 没有障碍物 (b) 两个障碍物 (c) 四个障碍物 容易引起可燃物燃烧氧气浓度对甲烷爆炸界限的影响曲线氧气浓度对甲烷爆炸界限的影响曲线不同惰性气体下的甲烷爆炸界限不同惰性气体下的甲烷爆炸界限 不同氧浓度下甲烷浓度与爆炸压力的关系不同氧浓度下甲烷浓度与爆炸压力的关系陕西铜川陈家山煤矿重大瓦斯爆炸事故的调研情况分析:陕西铜川陈家山煤矿重大瓦斯爆炸事故的调研情况分析: 调研结果表明,密闭火区、注惰等救灾措施可能使原发调研结果表明,密闭火区、注惰等救灾措施可能使原发性灾害性灾害火灾转化为激发性灾害火灾转化为激发性灾害瓦斯爆炸,救灾措瓦斯爆炸,救灾措施的实施对于灾害的转化起到了加速和促进作用,因此,施的

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