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1、瓦斯爆炸机理及防治技术研究瓦斯爆炸机理及防治技术研究瓦斯爆炸机理及防治技术研究瓦斯爆炸机理及防治技术研究太原培训讲座太原培训讲座主要内容主要内容一、前言一、前言 二、我国煤矿安全状况二、我国煤矿安全状况三、瓦斯爆炸的机理研究三、瓦斯爆炸的机理研究四、瓦斯爆炸的防治技术四、瓦斯爆炸的防治技术五、瓦斯爆炸的事故处理五、瓦斯爆炸的事故处理六、结束语六、结束语一、一、前言前言我国常规能源构成 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煤炭工业安全生产是我国国民经济可持续发展的根本保煤炭工业安全生产是我国国民经济
2、可持续发展的根本保证证能源是现代文明的动力，从整个人类文明发展历史长能源是现代文明的动力，从整个人类文明发展历史长河来看，文明的积累和提升，人类社会的可持续发展，河来看，文明的积累和提升，人类社会的可持续发展，无不以无不以能源能源利用为基础利用为基础。能源工业能源工业基础产业基础产业 煤炭工业煤炭工业支柱产业支柱产业安全生产安全生产根本保障根本保障19991999年一次能源生产构成年一次能源生产构成中国近中国近中国近中国近50505050年能源消费构成预测年能源消费构成预测年能源消费构成预测年能源消费构成预测二、我国煤矿安全状况二、我国煤矿安全状况 煤煤煤煤矿矿矿矿是是是是我我我我国国国国工工
3、工工矿矿矿矿企企企企业业业业灾灾灾灾害害害害事事事事故故故故的的的的主主主主要要要要来来来来源源源源：2002.01-122002.01-12，工工工工矿矿矿矿企企企企业业业业一一一一次次次次死死死死亡亡亡亡1010人人人人的的的的重重重重大大大大事事事事故故故故中中中中，煤煤煤煤矿矿矿矿事事事事故故故故占占占占90%90%，非煤矿山事故占非煤矿山事故占非煤矿山事故占非煤矿山事故占4%4%，其他占，其他占，其他占，其他占6%6%。煤煤煤煤矿矿矿矿3 3人人人人以以以以上上上上死死死死亡亡亡亡事事事事故故故故构构构构成成成成(2002)(2002)：瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯事事事事故故故故69.1%69
4、.1%，其其其其它它它它30.9%30.9%。事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占事故原因分析：与技术原因有关造成的事故占54.9%54.9%近近年年来来死死亡亡人人数数在在67696769人人-56705670人（人（1998-20021998-2002）百百万万吨吨死死亡亡率率5 5左左右右，与与先先进进国国家家差距大。差距大。原原因因：中中国国煤煤层层赋赋存存条条件件复复杂杂，缺缺乏乏有有效效的的控控制制技技术术措措施施-重重大大灾灾害防治技术基础研究不够。害防治技术基础研究不够。瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事
5、故瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故我国是世界上煤与瓦斯突出我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家，至今已经发最严重的国家，至今已经发生了生了1 1万多次突出事故，最大万多次突出事故，最大一次突出煤岩量达一次突出煤岩量达1280012800吨。吨。6.20鸡西鸡西城子河矿城子河矿瓦斯爆炸瓦斯爆炸事故，死事故，死亡亡124人人2002年发生的一年发生的一次死亡次死亡10人人以上以上事故中，瓦斯爆事故中，瓦斯爆炸事故占炸事故占80%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 开采技术不断提高开采技术不断提高开采技术不断提高开采技术不断提高 （综采比例（综采比例57%57%）自然
6、条件不断恶化自然条件不断恶化自然条件不断恶化自然条件不断恶化 （深部延拓，三高）（深部延拓，三高）（深部延拓，三高）（深部延拓，三高）管理水平不断加强管理水平不断加强管理水平不断加强管理水平不断加强 需要解决的关键科学问题之一：需要解决的关键科学问题之一：需要解决的关键科学问题之一：需要解决的关键科学问题之一：瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础 防防防防治治治治重重重重大大大大动动动动力力力力灾灾灾灾害害害害必必必必须须须须突突突突破破破破关键科学问题关键科学问题关键科学问题关键科学问题建立煤
7、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瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础瓦斯煤尘爆炸机理及控制关键技术基础 国外：美国、加拿大、荷兰、波兰等建立了瓦斯与国外：美国、加拿大、荷兰、波兰等建立了瓦斯与国外：美国、加拿大、荷兰、波兰等建立了瓦斯与国外：美国、加拿大、荷兰、波兰等建立了瓦斯与粉尘爆炸试验系统，提出了理论计算模型。粉尘爆炸试验系统，提出了理论计算模型。粉尘爆炸试验系统，提出了理论计算模型。粉尘爆炸试验系统，提出了理论计算模型。国内：中科院力学所、南京理工大学、北京理工
8、大国内：中科院力学所、南京理工大学、北京理工大国内：中科院力学所、南京理工大学、北京理工大国内：中科院力学所、南京理工大学、北京理工大学、重庆煤科分院对爆炸传播规律进行了研究。学、重庆煤科分院对爆炸传播规律进行了研究。学、重庆煤科分院对爆炸传播规律进行了研究。学、重庆煤科分院对爆炸传播规律进行了研究。中国矿业大学：建立了大型的瓦斯爆炸模拟实验系中国矿业大学：建立了大型的瓦斯爆炸模拟实验系中国矿业大学：建立了大型的瓦斯爆炸模拟实验系中国矿业大学：建立了大型的瓦斯爆炸模拟实验系统，在爆炸波传递规律上取得研究进展。统，在爆炸波传递规律上取得研究进展。统，在爆炸波传递规律上取得研究进展。统，在爆炸波传
9、递规律上取得研究进展。主要问题主要问题主要问题主要问题：瓦斯爆炸机理及传播规律？瓦斯爆炸机理及传播规律？瓦斯爆炸机理及传播规律？瓦斯爆炸机理及传播规律？瓦斯爆炸加瓦斯爆炸加瓦斯爆炸加瓦斯爆炸加速过程的热动力学规律？速过程的热动力学规律？速过程的热动力学规律？速过程的热动力学规律？传热传质规律？链式反应传热传质规律？链式反应传热传质规律？链式反应传热传质规律？链式反应过程？连续爆炸问题等。过程？连续爆炸问题等。过程？连续爆炸问题等。过程？连续爆炸问题等。导致后果导致后果导致后果导致后果：瓦斯爆炸事故不能得到有效控制，加重灾害瓦斯爆炸事故不能得到有效控制，加重灾害瓦斯爆炸事故不能得到有效控制，加重
10、灾害瓦斯爆炸事故不能得到有效控制，加重灾害破坏程度并给救灾造成困难破坏程度并给救灾造成困难破坏程度并给救灾造成困难破坏程度并给救灾造成困难。矿矿矿矿井井井井瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯爆爆爆爆炸炸炸炸是是是是一一一一种种种种链链链链式式式式反反反反应应应应,当当当当爆爆爆爆炸炸炸炸混混混混合合合合物物物物吸吸吸吸收收收收一一一一定定定定的的的的能能能能量量量量后后后后，反反反反应应应应物物物物分分分分子子子子的的的的链链链链即即即即行行行行断断断断裂裂裂裂，离离离离解解解解成成成成两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的游游游游离离离离基基基基(或或或或叫叫叫叫自自自自由由由由基基
11、基基)，这这这这种种种种游游游游离离离离基基基基具具具具有有有有很很很很强强强强的的的的化化化化学学学学活活活活性性性性，成成成成为为为为反反反反应应应应连连连连续续续续进进进进行行行行的的的的活活活活化化化化中中中中心心心心。在在在在适适适适当当当当的的的的条条条条件件件件下下下下，每每每每个个个个游游游游离离离离基基基基又又又又可可可可进进进进一一一一步步步步分分分分解解解解，产产产产生生生生两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的游游游游离离离离基基基基，如如如如此此此此循循循循环环环环不不不不已已已已，化化化化学学学学反反反反应应应应也也也也越越越越来来来来越越
12、越越快快快快，最最最最后后后后发发发发展展展展为为为为燃燃燃燃烧烧烧烧或或或或爆爆爆爆炸炸炸炸式式式式的的的的氧氧氧氧化化化化反反反反应应应应（其其其其中中中中的的的的中中中中间间间间过过过过程程程程有有有有2020个个个个方方方方程左右）。程左右）。程左右）。程左右）。CHCH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O+882.6 kJ/mol (1)O+882.6 kJ/mol (1)三、瓦斯爆炸机理及防治技术三、瓦斯爆炸机理及防治技术1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律问题：如何切断链式
13、反问题：如何切断链式反问题：如何切断链式反问题：如何切断链式反应，了解中间产物应，了解中间产物应，了解中间产物应，了解中间产物。热爆炸理论：热爆炸理论：在在充充满满混混合合可可燃燃气气体体的的空空间间内内，当当其其发发生生燃燃烧烧或或爆爆炸炸时时，将将以以快快速速传传播播的的化化学学反反应应区区域域或或称称为为燃燃烧烧波波的的形形式式传传播播到到整整个个空空间间。其其燃燃烧烧波波阵阵面面上上的的化化学学反反应应，可可用用如如下下反反应式表示：应式表示：A+BC+D+Q (1)A+BC+D+Q (1)式中式中 A A、B B反应物；反应物；C C、D D生成物；生成物；Q Q反应热。反应热。图1
14、 能量变化三、瓦斯爆炸机理研究三、瓦斯爆炸机理研究问题：如何及时排除爆炸过程中产生的热量。1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律地下巷道地下巷道100100m m3 3瓦斯爆炸实验结果瓦斯爆炸实验结果 瓦斯爆炸必须具备三个条件：瓦斯爆炸必须具备三个条件：甲甲烷烷体体积积浓浓度度（5%5%15%15%），氧氧浓浓度度超超过过失失爆爆浓浓度度（12%12%），引引火火源源的的能能量量大大于于最最小小点点燃燃能能量量（0.28mJ0.28mJ）、温温度度高高于于最最低低点点燃燃温温度度和和点燃时间长于感应期。点燃时间长于
15、感应期。矿井瓦斯爆炸是发生在具有网络特征的受限空间中，一旦发生，矿井瓦斯爆炸是发生在具有网络特征的受限空间中，一旦发生，往往会在矿井巷道中迅速传播，并且由于存在障碍物，爆炸波和火焰往往会在矿井巷道中迅速传播，并且由于存在障碍物，爆炸波和火焰传播速度会迅速提高，导致瓦斯爆炸从爆燃阶段迅速发展为爆炸和爆传播速度会迅速提高，导致瓦斯爆炸从爆燃阶段迅速发展为爆炸和爆轰状态，使矿井通风系统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。轰状态，使矿井通风系统受到严重破坏、灾害事故范围迅速扩大。实际情况：实际情况：井下巷道瓦斯燃烧，严重的爆炸现象。井下巷道瓦斯燃烧，严重的爆炸现象。原原 因：因：初步认为与传播规律有关
16、。初步认为与传播规律有关。1 1 1 1、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律、瓦斯爆炸机理及其传播规律 瓦斯爆炸实验系统示意图瓦斯爆炸实验系统示意图 Gas explosion tube Ignition device Flame speed measuring device explosion pressure measuring device Data acquisition and analysis system2 2 2 2、瓦斯爆炸机理实验系统、瓦斯爆炸机理实验系统、瓦斯爆炸机理实验系统、瓦斯爆炸机理实验系统瓦斯爆炸实验管道系统瓦斯爆炸实验管道系统 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 林柏泉教授林柏泉教授林柏泉教授林柏泉教授实验系统特色实验系统特色瓦斯爆炸实验研究系统特色：瓦斯爆炸实验研究系统特色：实实验验系系统统为为复复杂杂管管网网、测测试试和和分分析析手手段段先先进进，利利用用这这些些手手段段可可研究瓦斯爆炸过程中的特征参数变化规律及其抑爆、隔爆技术等。研究瓦斯爆炸过程中的特征参数变化规律及其抑爆、隔爆技术等。荷兰荷
