矿井瓦斯爆炸及其防治

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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
1.瓦斯爆炸的基本条件
瓦斯爆炸的发生必须具备3个基本条件： ①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%～16%。 ②混合气体中的氧浓度不低于12%。 ③有足够能量的点火源。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
2.影响瓦斯爆炸发生的因素
1）甲烷的浓度
在新鲜空气中，甲烷爆炸界限一般为5%～16%， 甲烷的爆炸界限并不是固定不变的，它会受到下列 因素的影响：
350
200
120
39
--
360
210
130
41
10
370
220
140
42
12
390
230
140
44
15
410
240
150
49
18
440
250
160
55
20
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
随点火源性质的不同，则点燃的难易程度各异， 各种点火源所引燃甲烷的爆炸下限如表所示。由 此看出，高热面和高热线易于点燃。
在爆炸界限内，甲烷浓度越高，感应期越长； 火焰温度越高，感应期越短。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
甲烷
浓度
（%） 775
825
6
1080
580
7
1150
600
8
1250
620
9
1300
650
10
1400
680
12
1640
740
引火源温度（oC）
875
925
975
1075
1175
感应期（ms）
➢（1）可燃性气体的混入。当甲烷－空气混合气体 中混入其他可燃气体时，不仅增加爆炸性气体的总 浓度，而且会使甲烷爆炸界限发生变化。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
混合气体的爆炸上、下限：
N
100
C1 C2 C3
N1 N2 N3
式中 N、N1、N2、N3……－分别为混合气体的个各个 可燃气体的爆炸上限或下限，％。
C1、C2、C3……－分别为各个可燃性气体占可燃 性气体总和的百分比（按体积计），％。
C1＋C2＋C3 ＋ ……＝100。
气体名称
化学符号
爆炸下限/％
爆炸上限/％
甲烷
CH4
5.00
16.00
乙烷
C2H6
3.22
12.65
乙烯
C2H4
2.75
28.26
氢
H2
4.00
74.20
一氧化碳
CO
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12.50
75.00
矿井瓦斯爆炸及其防治
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序言
瓦斯爆炸是煤矿井下一种及其严重的灾害，一 旦发生，不仅会造成大量人员伤亡，而且会严重摧 毁矿井设施，造成生产中断；甚至还会引起煤尘爆 炸、矿井火灾等二次事故，加重灾害，造成巨大的 损失。
世界上第一次瓦斯爆炸事故发生于1675年英国 的茅斯顿煤矿。
世界上最大的一次瓦斯爆炸事故发生于1942年 中国的辽宁本溪煤矿，共有1549人死亡，146人受伤。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
4）其它因素的影响
➢ （1）火焰传播方向的影响
表中数字表明，上向传播时爆炸极限宽，下向传
播时爆炸范围窄。上向传播时，由于对流作用，未燃
气体的热量容易传递，而下向传播时热量不易向下传
播。在实际中，爆炸源位置不同，其爆炸极限范围也
不同。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
2）混合气体的氧浓度
甲烷爆炸界限是随着混合气 体中氧浓度的降低而缩小。当氧 浓度降低时，甲烷爆炸下限慢慢 地增高，爆炸上限则迅速下降。 当氧浓度降低到12%时，甲烷混 合气体失去爆炸性，遇火也不爆 炸，该点的氧浓度为失爆氧浓度。 为了防治火区内甲烷爆炸，控制 火区内的氧含量具有重要作用。
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任务分析
瓦斯爆炸事故是煤矿生产中最严重的灾害之一， 在煤矿六大灾害中占85%左右。
近几年来，瓦斯爆炸的恶性事故在我国连续发 生，造成了大量的人员伤亡和财产损失。瓦斯是煤 的伴生物，在开采过程中，不可避免的会释放到采 掘空间。
但是，瓦斯爆炸是有一定条件的，只要能够分 析瓦斯爆炸的条件，列举瓦斯爆炸的危害，就能有 效地制定预防瓦斯爆炸的技术措施，杜绝瓦斯爆炸 事故，确保矿井安全生产。
一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
➢（3）混合气体的初温（爆炸前混合气体的温度）。 根据实验室实验，初温越高，爆炸界限就越扩大。当 初温20℃时，爆炸界限为6.0%～13.4%，100℃时为 5.45%～13.5%。
在煤矿井下，一般最
高温度不超过40℃，影响
爆炸极限的状态不大。但
是，在爆破作业中由于爆
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
3）引火源 甲烷爆炸的最小点燃能量为0.28mJ，是在常温
常压环境下使用电容放电的方法测试得到的。煤矿 井下各种点燃源的能量往往大大超过这一数值。
甲烷遇高温火源时，并不是立即燃烧或爆炸， 而是需经过一段时间后才可点燃。通常把这种引火 延迟时间称为感应期。这是因为甲烷的热容量较大， 需要吸收一定热量后，才能开始分解与燃烧。而感 应期的长短，在压力一定时，主要取决于甲烷的浓 度与火源的温度。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
➢（2）煤尘的混入。煤尘具有爆炸性，300℃～400℃ 时就能从煤尘内挥发出可燃性气体，从而使甲烷的爆 炸下限降低，爆炸的危险性增加。
➢试验标明，在煤尘显著存在下，CH4的爆炸下限降低。 即煤尘量为68g/m3时， 的爆炸下限降低到2.5%。 ➢在煤矿井下实际环境中，即使存在爆炸下限以下浓度即 CH4 2%，若有相当的煤尘云.发生，就有爆炸危险性。 7
破风气浪的瞬间绝热膨胀
作用，使一部分甲烷和空
气的混合体，达到高温而
引起爆炸的可能是有的。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
➢（4）惰性气体。惰性气体的混入，使氧浓度降低，并
阻碍活化中心的形成，可以降低爆炸的危险性。例如，加入 或CO2可使甲烷爆炸下限提高，上限降低。加入22.5%的 CO2或36％的N2 ，可以使任何浓度的甲烷失去爆炸性。
气压的增高使点燃源向邻近气体层传输的能量
增大，燃烧反应可自发进行的范围增大；对瓦斯爆炸
界限的影响是：爆炸下限变化很小，爆炸上限大幅度
➢ 2）容器大小的影响
容器小，爆炸范围窄，其原因是容器小，则热 量失散快，所以爆炸进行较困难。
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一、瓦斯爆炸的基本条件和影响因素
➢3）气压的影响
井下环境中，空气压力发生显著变化的情况很少， 但在爆炸冲击波或其他原因（如大面积冒顶等）引起 的冲击波波峰作用的范围内，气压会显著增高。
爆炸前的初始压力对瓦斯爆炸上限有很大影响。 可爆性气体压力增高，使其分子间距更为接近，碰撞 几率增高。