煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性

《煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性周心权　吴　兵　徐景德(中国矿业大学北京校区北京市海淀区学院路100083)　　摘　要　　阐述了瓦斯爆炸发生的条件；从爆源能量、能量释放速度、爆源的特征时间和特征尺寸，以及爆炸的火焰温度、冲击波的压力、火焰和空气的运动速度、爆炸压力的上升速率等方面，探讨了瓦斯爆炸的爆源特征和爆炸特征；简要地介绍了瓦斯爆炸后的有害气体的组分。　　关键词　煤矿井　瓦斯爆炸　爆炸特征　爆炸条件　　　发生在煤矿井下的瓦斯爆炸事故是最严重的煤矿灾害，通常造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失。不论是事故的防治，还是进行事故的处理、调查，都需要了解和

2、研究瓦斯爆炸发生、发展的基本特性。长期以来，人们对瓦斯爆炸事故的认识仅仅局限于爆炸发生的三要素，即：瓦斯爆炸浓度区间、点燃源和混合气体中氧含量上，缺乏对这一现象的进一步认识。本文试图从更深入的角度来阐述发生在煤矿井下的瓦斯爆炸事故的一些基本特性。　　1　爆炸发生的条件　　在瓦斯爆炸三要素中最容易获得的条件是空气中的氧气含量，爆炸发生要求的条件是大于12%。在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20%，而引起其浓度下降的原因有两个：自身的消耗和其它气体涌入后的稀释。瓦斯爆炸和火灾都会消耗空气中的氧，但由于风流的流动，对于开放的区域空气中的氧气可以迅

3、速得到补充。封闭区域内氧浓度受到多种因素的影响，准确估算通常十分困难，直接测量可能是更有效的手段。瓦斯爆炸发生后，对灾害区域进行大范围的封闭（基于安全的考虑）通常不是一个好的办法，特别是高瓦斯矿井，不能期望封闭会阻止区域内爆炸的再次发生，因为与封闭区域内空气中氧气的量相比，再次发生爆炸消耗的量只占很小的部分，何况还可能有漏风存在。瓦斯涌入空气中会挤占空气的体积，如20%氧浓度的空气中涌入瓦斯后，瓦斯浓度达10%时，氧气的浓度降低到18%。这一过程在封闭的区域内表现十分显著。　　0.28MJ的点燃能量就足以引起瓦斯爆炸，因此，瓦斯爆炸的点燃源是

4、最难控制的因素。从空间上来看，点燃是从很小的一个点发展开来的，因此，集中放散的任何形式的能量都很容易点燃瓦斯，而均匀加热的一块热板，只有达到很高的温度（如接近瓦斯的自燃温度650℃）才能点燃瓦斯。例如，从顶板落下的一块岩石，如果是落在输送机胶带上，则能量被柔软的胶带分散，因此很难引燃瓦斯；而如果是落在坚硬的机械设备表面或岩石上，能量集中在撞击点上放散，则很可能产生足以引燃瓦斯的火花。煤矿井下引起瓦斯爆炸的点燃源主要有如下几类：　　(1)机械类　包括机械运行中的摩擦、坚硬岩石及钢铁支架、设备之间的撞击。　　(2)电气类　与输电线路、电气设备有关

5、的电火花、电弧、电器失爆等。　　(3)火焰类　有燃烧反应的点燃，如吸烟、火灾、气体切割和焊接等。　　(4)炸药类　与炸药爆破有关的点燃，如使用非许可炸药、钻孔充填不当引起爆破火焰等。　　(5)其它类　上述不包含的点燃，如闪电、压缩管路破裂气体喷出等。　　实验表明高能量的点燃源可以引起更加强烈的爆炸，而且瓦斯空气混合气体的爆炸下限也大大下降，10000J的点燃源可以引爆浓度3.6%的瓦斯。　　风流中的瓦斯浓度是爆炸三要素中最容易控制的因素，也是防治瓦斯爆炸最根本的方法。瓦斯从暴露的煤壁、采空区及与瓦斯源沟通的岩石裂缝涌出到风流中，通常积

6、聚在有瓦斯涌出源且无风或风量过小的空间。当有其它可燃气体混入瓦斯空气混合气体中时，会造成两个方面的重要影响，一是改变了混合气体的爆炸下限，这可以使用如下的里查特（LeChatelier）法则计算；二是降低了混合气体中氧气的浓度。（略）　　　　在矿井灾变状况下，风流中的氧气被消耗或惰气灭火时人为加入了过量的惰气，这时，混合气体中氧气与惰气的比例就不再保持正常情况下的比例，计算这种混合气体的爆炸界限需要用到更复杂的方法以确定爆炸三角形。在井下局部区域瓦斯浓度达到爆炸界限的情况通常出现在风流改变的时期，例如排放独头巷道积聚的瓦斯，巷道贯通、风流短路

7、造成的其它工作面无风或微风，局部通风机停止运转造成的停风等。大量的事故案例都证实了上述情况，而其出现的原因往往是通风管理的问题。一方面改变通风工作的被动局面，另一方面加强风流变化时期的管理是防止瓦斯积聚的重点。　　2　煤矿井下瓦斯爆炸的主要特征参数　　发生在煤矿井下的瓦斯爆炸属于可燃气体爆燃现象，该过程通常是这样的：处于爆炸限内的瓦斯空气混合气体首先在点火源处被引燃，形成厚度仅有0.01～0.1mm的火焰锋面。该火焰锋面向未燃的混合气体中传播，传播的速度称为燃烧速度。瓦斯燃烧产生的热使燃烧锋面前方的气体受到压缩，产生一个超前于燃烧锋面的压力波，

8、该压力波以当地音速向前传播，行进在燃烧锋面前，称为前驱冲击波。压力波作用于未燃气体使其温度升高，从而使火焰的燃烧速度进一步增大，这样就产生压力更高的压