瓦斯爆炸三角形原理及应用剖析
浅谈瓦斯爆炸原理论文
煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治措施(兴安煤矿通风区杜艳春)摘要:从瓦斯爆炸条件出发,研究了瓦斯的爆炸机理和传播机理。
分析了目前煤矿瓦斯爆的原因,提出了预防和控制瓦斯爆炸灾难事故的措施,说明瓦斯爆炸事故的防治的煤矿安全工作的重点。
关键词:瓦斯爆炸:爆炸条件:原因分析:防治措施The reason of coal mire gas explosion and the preventionmeasuresAbstract:This paper stare from the composition and properties of gas and the explosion conditions it has, have studied the go off mechanism and spread mechanism of gas. By analyzing the reasons of gas explosion in coal mine at present , have put forward some measures to prevent and control of gas explosion accident , show that control of gas explosion accident is the key of safey work in coal mire.Key words:gas explosion, explosion condition, reason analysis, prevention measures1.煤矿瓦斯成分性质及爆炸条件1.1矿井瓦斯的成分及性质主要成分有CH4、CO2、H2、CO、H2S,CO2易溶于水且易被地下水带走,N2分子较小,移动速度快。
因而,它们的含量与地下水活动及上覆盖层有关,一般靠近地表,N2和CO2的含量相对偏高。
瓦斯对空气的相对密度是0.554,所以它常积聚在巷道的上部及高顶处。
爆炸三角形的原理及应用
着氧气浓度减少 , 而降低 。 当氧气浓度减小到一定 数值 时爆炸上 限与爆炸下限就重合在一点 c c ,
被 称为爆 炸临界 点 ,连 接 F C并延 长交 S I Q — —于
点, 同理 得到 P点 , 根据这 些线段 可将 浓度三 角形 F I 分 为 四个 区 : S划 ①爆 炸 j角 形 区 :U 三 L C所 围区 域 称为爆 炸三角 形 区 ,此 区域 内的瓦斯浓 度处 于
险 , 该区域内的瓦斯浓度高于爆 炸浓度上限 , 但
氧 气浓 度较 低 , 低 于 1% , 区 域 又 称 为 氧 气 且 2 该 浓度 不足 区 ,由于 氧气 不足 遇到 高温 热 源不 发 生 爆炸 。③相对 安 全 区 :L Q所 围 区域 为相对 安 全 SC 区, 区域 内的瓦斯 浓 度处 于爆 炸浓 度 下 限以下 , 又 称 为瓦斯浓 度较 低 区 ,由于 达不 到爆 炸浓 度极 限
0, 两 点 所 表 示 的 混 合 物 中 B c组 分 的 比值 Q , ( %/%) 同。 B C 相 () 3 推论 : 连接 三角 形某 一顶 点 的直线 ( 在 如 图 l中的 A P直线 )上 的点 Q所 表示 的混合 物 中 加入 A组分 , Q点沿 着 P 则 A直线 向 A点移 动 。 12 瓦斯爆 炸 三角形 . 由于井 下 的可 燃可 爆性 气 体 主要 是 瓦斯 , 故
由氧浓度 和 瓦斯浓 度 所决定 的坐标 点 ,就可 能进 入 L C所 围的爆炸 三 角形 区内, 时 遇 火就 会发 U 此 生爆 炸 。 当火 区完全 封 闭一段 时 间后 , 由氧浓 度 和 瓦斯 浓 度决 定 的坐标 点 处 于 U P F C区 ( 即潜 在危 险 区 )该 区的 瓦斯 浓 度 超 过爆 炸 浓 度 上 限 , 氧 , 但 气浓 度很 低 , 瓦斯失 去爆 炸性 , 如果 这 时火 区重 新 启封 , 由于大量 的新 鲜 空气 的不 断流人 , 得 氧气 使
利用_瓦斯爆炸三角形_理论加强通防隐患工程的管理
105收稿日期:2000-03-02利用 瓦斯爆炸三角形 理论加强通防隐患工程的管理韩延河,赵延湘(新汶矿业集团安全监察局,山东新泰271233)摘要:利用瓦斯爆炸三角形理论,分析瓦斯爆炸的原因,并提出防治措施。
关键词:瓦斯;隐患;防治中图分类号:T D712文献标识码:A 文章编号:1008-4495(2000)03+-0105-03随着矿井开采深度和广度的加大,瓦斯绝对涌出量逐渐增加,新汶矿区虽然均为低瓦斯矿井,但瓦斯绝对涌出量由1982年的36.51m 3/min 逐步增大为1999年的65.35m 3/min,瓦斯涌出异常时有发生,并呈日益严重趋势。
近几年来,孙村、张庄、协庄、汶南、鄂庄等矿先后有20余个采煤工作面上隅角瓦斯涌出异常,并超过规定。
现从 瓦斯爆炸三角形 理论,分析在通防管理中应注意的几个问题,以进一步引起重视,防止瓦斯事故的发生。
1 瓦斯爆炸三角形 理论特点如图1所示,瓦斯爆炸三角形分为;I 爆炸区;I I 下 不爆炸区;II 上 瓦斯积聚时进入爆炸区;I I -I 通入新鲜空气进入爆炸区;IV 不存在。
其中ABCD 曲线是指在新鲜空气中通入瓦斯,使得混合气体发生变化的曲线。
A (CH 4:0,O 2:21%);B (CH 4:5%,O 2:19.95%)。
图1CE 曲线是指在混合气体中通入CO 2后,混合气体发生变化的曲线。
C(CH 4:14%,O 2:18%)。
BE 曲线是指在混合气体中通入N 2后,混合气体发生变化的曲线。
E (CH 4:6%,O 2:12%)。
EF 曲线是指在混合气体中通入新鲜空气后,混合气体发生变化的曲线。
F(CH 4:15%,O 2:0)。
从区域划分可以看出I 、I I 下、II 上、III 四个区域在一定条件下可以相互转化。
2预防瓦斯积聚进入爆炸区的措施2 1局部通风管理根据统计资料表明,1983~1993年间全国国有重点煤矿共发生一次死亡十人以上重大通防事故48起,死亡1131人。
瓦斯爆炸三角形原理及应用解析
瓦斯爆炸三角形原理及应用摘要:矿山救护队员在井下火区封闭和启封时,需要先判断火区内爆炸性气体是否具有爆炸性。
文章利用瓦斯爆炸三角形原理进行新的分区方法,准确判断火区在那个区域,以便采取相应的措施。
关键词:矿井火区;爆炸三角形;爆炸界限0 引言安全是企业生存和发展的头等大事。
安全工作优劣对企业生产影响极大,直接关系到企业能否正常生产和提高经济效益。
火灾不仅使企业遭受巨大的物质损失,同时它也是导致人员伤亡的重大渊源[1]。
发生矿井火灾后,无论是采用直接灭火的惰化法,还是采用间接灭火的火区封闭法,在判断火区的可燃性混合气体(包括煤炭干馏后放出的可燃性气体)是否会因火源的存在而发生爆炸时,往往多采用单纯的瓦斯(CH4)爆炸三角形判别法。
对爆炸三角形的新的分区方法,对于正确评判矿井火区可燃性混合气体的爆炸危险性,尤其是对于保障矿工的生命健康安全,具有十分重要的意义[2]。
1 爆炸三角形新的分区方法瓦斯爆炸必须同时具备3个条件:一定体积分数的瓦斯(瓦斯体积分数在可爆范围内)、足够体积分数的氧气和足够能量的引燃火源[3]。
煤矿常见爆炸性气体的爆炸特性参数如表1所示。
爆炸界限也称为爆炸极限,其含义是可燃气体与空气或氧气混合后,遇有火源会产生爆炸现象的可燃气体的极限体积分数,即在某一极限体积分数之内的混合气体,爆炸会自行蔓延开来。
可能产生爆炸的可燃气体的最低极限体积分数称为爆炸下限;最高极限体积分数称为爆炸上限。
下限以下无爆炸危险,它与可燃性气体不足或氧气过剩有关,上限以上不爆炸,这与氧气不足或可燃气体过剩有关,另外上、下限与实验条件有关[3]。
爆炸界限所受的影响因素这里不做全面阐述。
请看下面这两个爆炸三角形。
如图1所示:A,B,C,D,E五个点把整个区域分成4个区。
1区:ΔBCE—可爆区;2区:ABE—甲烷体积分数过低不爆区;3区:甲烷体积分数过高不爆区;4区:安全区。
如图2所示,在X轴中找到CH4体积分数100%的点(由于图的大小关系这个点在图中没有标出),把这个点与E点相连并延长到Y轴,这条线与Y轴的交点就是F点。
爆炸原理三角形那些事资料
为什么有可燃性物质场所就是爆炸性环境(1) 爆炸极限下限值很小
• 可燃性物质和空气形成混合物为什么称为爆炸性混合物,有此类混合物的场所 为什么是爆炸性环境呢? • 可燃性物质不但易燃烧,一般它的爆炸极限下限数值(气态的可燃性物质占空 气的比例)还很小。 • 例如 甲烷CH4 燃烧反应为 CH4+2O2→CO2+2H2O 空气中氧密度为20.9%,也就是说二份氧气和一份甲烷,换句话说占空气 10.45%的甲烷在空气中能完全反应,产生爆炸。爆炸极限下限就取10.45%的 一半为5.24%。这个理论推算的数值和实验的数值还是很接近的,实验数据为 5%。 大多数气态的可燃性物质的爆炸极限下限在10%以下,还有大量化合物在3%以 下。也就是说只要有少量泄漏,可能不知不觉中达到爆炸极限下限。只要现场 有火花和高温等,就可能产生爆炸。
引燃温度决定防爆电气设备温度组别2精品文档引燃温度决定防爆电气设备温度组别3爆炸性气体温度组别t1t2t3t4t5t6甲烷乙烷丙烷丙酮苯乙烯氯苯甲苯苯氨一氧化碳甲醛苯氨丁烷甲醇乙醇丙烯氯乙烯醋酸丁酯乙酸戊酯戊烷巳烷庚烷癸烷辛烷汽油氯丁烷乙醚三甲胺亚硝酸乙酯焦炉煤气环丙烷丙烯腈环氧乙烷2环氧丙烷乙烯13丁二烯二甲醚硫化氢四氢肤喃丙烯醛四氟乙烯二乙醚水煤气氢气乙炔二硫化碳硝酸乙酯?各个温度组别的爆炸性气体数量是不一样的
引下,可燃性气体混合物的温度达到某 一温度时,由于其内部氧化反应放热的加剧而自动引燃着,即产 生自燃。这一温度叫做引燃温度,有时也称之为自燃温度。 • 同闪点不一样,自燃温度是没有明火点燃源。
• 如右表所示,可燃性气体 或蒸汽的引燃温度差别极 大。 • 温度小于引燃温度,就不 会使可燃性气体混合物自 燃,进而使之爆炸。
爆炸原理三角形那些事
~电气防爆安全知识讲座
瓦斯爆炸
瓦斯爆炸综述矿井瓦斯煤矿生产过程中的一种伴产物,在有煤炭开采的地方通伴有矿井瓦斯。
可以说,它是煤矿生产中必然遇到的有害气体。
瓦斯灾害、粉尘灾害、火灾、水灾和顶板灾害构成了煤矿的五大自然灾害,其中瓦斯灾害是这五大灾害之首。
斯对煤矿安全生产的影响主要表现在它的窒息性、动力性和化学活性这三个方面。
瓦斯的窒息性表现在高浓度瓦斯井下工作人员的呼吸造成影响,瓦斯浓度过高使井下空气中氧浓度相对降低,从而使井下人员产生缺氧反应;瓦斯的动力性主要包括瓦斯喷出和煤与瓦斯突出两大类型,其致因和规律都很复杂,它能摧毁井下巷道和设施,破坏通风系统,造成瓦斯窒息及爆炸事故,给煤矿生产带来严重威胁;瓦斯的化学活性主要表现在瓦斯与氧结合可以燃烧和爆炸,在适当的浓度和点火源作用下会产生强烈的燃烧和爆炸。
瓦斯爆炸是影响煤矿安全生的最严重的灾害之一。
瓦斯爆炸必须同时满足3个条件:①瓦斯浓度处于爆炸界限内(5 %~16 %);②有足以能引爆瓦斯的点火源③空气中氧含量大于12%。
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)才能点燃瓦斯。
煤矿井下引起瓦斯爆炸的点燃源主要有机械类、电气类、火焰类、炸药类、其它类(如压缩管路破裂气体喷出等)。
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。
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的点燃源可以引爆瓦斯浓度为3.6%的瓦斯-空气混合气体。
其它可燃气体的混入也会导致瓦斯空气混合气体的爆炸下限下降,所以对甲烷预混气体的点燃能、火源种类等因素对爆炸浓度范围的影响的研究变得非常重要。
实验室研究和矿井瓦斯爆炸现场勘察结果表明,瓦斯爆炸产生的主要危险因素有三个:高温的火焰锋面、高压冲击波、井巷有毒有害的大气成分。
煤矿企业安全生产管理人员二级培训-一通三防事故及其防治
(2)冲击地压引起瓦斯异常涌出,冲击地 压 发 生 时 间 和 3316 风 道 的 36# 监 测 点 , 3316外风道53#监测点瓦斯浓度值的变化, 在时间和空间有对应关系:
①事故前,3316风道回风的36#监测点在14时49 分瓦斯浓度为2%;3316外风道进风系其回风 渗入新风( 53#监测点),若无其他瓦斯,瓦 斯浓度应低于36#监测点瓦斯浓度;
煤矿企业安全生产管理人员二级培训-一通三防事故及其防 治
一、 瓦斯爆炸条件
瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件 (一)瓦斯浓度在爆炸界限内,一般为5%~16%。 (二)混合气体中氧的浓度不低于12%。 (三)有足够能量的点火源。
煤矿企业安全生产管理人员二级培训-一通三防事故及其防 治
一 、瓦斯爆炸条件
2% 的积聚瓦斯于14 时 49分排出。
风门
图
进风风流
例
回风风流
号传感器
3316外风道
36
53
3316架子道
专
用
回
14时49分38秒冲击 地压发生;14时50
风 巷
分至14时52分瓦斯
浓 度 由 1.29% 升 至 4%以上。
爆炸前,瓦斯 浓度0.2%。
配电点处 14 时 53 分 瓦斯浓度 达8%。
分为爆炸区(1)、不存在的混合区(2)、不爆炸 区(3、4)。
煤矿企业安全生产管理人员二级培训-一通三防事故及其防 治
第二节瓦斯爆炸事故案例剖析
一、2004-2007年,死亡百人以上的煤矿特别重大事 故及事故类别统计 二、孙家湾煤矿瓦斯爆炸事故剖析 三、法库县柏家沟煤矿瓦斯爆炸事故剖析
煤矿企业安全生产管理人员二级培训-一通三防事故及其防 治
矿井瓦斯爆炸事故原因分析及对策详细版
文件编号:GD/FS-1394(安全管理范本系列)矿井瓦斯爆炸事故原因分析及对策详细版In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities.编辑:_________________单位:_________________日期:_________________矿井瓦斯爆炸事故原因分析及对策详细版提示语:本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中,有效利用生产资源,经济合理地进行生产活动,以达到实现简化管理过程,提高管理效率,实现预期的生产目标。
,文档所展示内容即为所得,可在下载完成后直接进行编辑。
1 矿井瓦斯爆炸原因分析矿井发生爆炸的必要条件是:甲烷浓度超过爆炸下限,氧气的浓度不低于12%,引火源的存在。
因此,主要从氧气条件、瓦斯积聚和火源3个基本条件进行爆炸原因分析。
此外,措施不落实、管理上的漏洞也是爆炸事故发生的主要原因。
(1)矿井通风管理不善,违法违规进行采掘作业。
主要表现为:矿井无证生产,采用独眼井,自然通风,超通风能力生产。
采用串联通风、扩散通风、循环风,没有形成合理、稳定可靠的通风系统。
对采空区和盲巷处理不及时,特殊地点瓦斯积聚处理方法不对,违章排放瓦斯等,留下事故隐患。
存在井上下通风机不能实现“双风机、双电源”自动倒台,不按规定开停通风机现象。
没有落实矿井通风管理规定,不能按需配风,职工随意开关井下风门,造成风流短路或通风设施损坏后修复不及时。
有的局部通风管理不到位,风筒脱节破口多,处理不及时,造成风量、风速达不到要求,导致掘进面微风作业。
(2)矿井瓦斯检查监测制度执行不严。
矿井瓦斯爆炸
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瓦斯浓度低于爆炸下限时,遇高温火源并不爆炸,只能在 火焰外围形成稳定的燃烧层。浓度高于爆炸上限时,在该混合 气体内不会爆炸,也不燃烧,如有新鲜空气供给时,可以在混 合气体与空气的接触面上进行燃烧。 在正常空气中瓦斯浓度为9.5%时,化学反应最完全,产生 的温度与压力也最大。瓦斯浓度7%~8%时最容易爆炸。 必须强调指出,瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受到许 多因素的影响,其中重要的有:
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正常大气压和常温时,瓦斯爆炸浓 度与氧浓度关系,如爆炸三角形所示( 图10-5-2)。氧浓度降低时,爆炸下限变 化不大(BE线),爆炸上限则明显降低 (CE线)。氧浓度低于12%时,混合气体 就失去爆炸性。 爆炸三角形对火区封闭或启封时,以及惰性气体灭火时判 断有无瓦斯爆炸危险,有重要的参考意义,国内外已利用其原 理研制出煤矿气体可爆性测定仪。
2
2、瓦斯爆炸的化学反应过程
瓦斯爆炸是以甲烷为主的可燃性气体和空气组成的爆炸性 混合气体在火源引发下发生的一种剧烈而迅速的链式反应过程。 反应物分子不是直接进行化学反应,而是反应物分子首先分离 成一系列自由基或基团。这类自由基具有很大的化学活性,成 为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下,每一个自由基 又可以进一步分解,再产生两个或两个以上的自由基。这样循 环不已,自由基越来越多,化学反应速度也越来越快,如此连 锁反应即形成爆炸。对于甲烷爆炸的中间反应过程,已经提出 了几种不同的反应方式。
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表 10-5-2 甲烷—空气混合气体的爆炸极限与环境压力的关系 环境压力 (MPa) 0.1 1.0 5.1 12.7 甲烷—空气混合气体的爆炸极限 下限 5.6 5.9 5.4 5.7 上限 14.3 17.2 29.4 45.7
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4)情性气体
煤矿瓦斯爆炸的原因分析及防治措施
煤矿瓦斯爆炸的原因分析及防治措施作者:张让洪来源:《中国新技术新产品》2011年第08期摘要:煤炭是我国的主要能源,要保证煤炭工业持续、稳定、健康发展,预防、控制瓦斯爆炸事故,实现煤矿安全生产是关键,认真吸取事故教训,深化煤矿瓦斯专项整治,有效防范和坚决遏制煤与瓦斯突出事故势在必行。
笔者分析了瓦斯爆炸的原理及造成的因素,并提出了防范措施。
关键词:瓦斯爆炸;原理原因;煤矿;防治措施中图分类号:X751 文献标识码:A1 煤矿瓦斯爆炸原理瓦斯爆炸-就是空气中的O2与CH4在高温火源作用下,进行氧化反应,产生的气体和水蒸气在热量的作用下迅速膨胀,形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生动力现象。
我们在井下工作,对矿井瓦斯要高度警惕,但是,一谈到矿井瓦斯就马上联想到瓦斯爆炸,联想到人员伤亡、矿井被毁,这是完全没有必要的。
因为,瓦斯要爆炸必须同时具备三个条件:1.1 一定的瓦斯浓度(第一条件)瓦斯爆炸界限。
就是瓦斯爆炸的范围,一般认为5-16%。
当瓦斯在爆炸浓度下限5%以下时,由于参加化学反应的瓦斯较少,不能形成热量聚集,因此不能爆炸、只能燃烧;当瓦斯在爆炸浓度上限16%以上时,氧气不足,满足不了氧化反应的全部需要,所生产的热量被多余的瓦斯和周围的介质吸收而降温,不能爆炸。
当瓦斯在爆炸浓度9.5%时,爆炸最强烈。
这是氧化反应十分充分的缘故。
需要注意的是:矿井中瓦斯爆炸浓度不是固定不变的,当井下温度、压力升高、可燃气体、煤尘混入,会扩大瓦斯爆炸浓度界限。
1.2 一定的引火温度点燃瓦斯所需的最低温度,称为引火温度。
当出现明火或温度达到650-750℃时,可引燃瓦斯或导致瓦斯爆炸。
井下明火(外因火灾)有放炮、吸烟、架线火花、摩擦火化、撞击火花、电气火花等等。
因此,消灭井下火源是防止瓦斯事故的重要措施之一。
1.3 充足的氧含量氧含量不低于12%,当氧含量低于12%时,混合气体中的瓦斯就失去爆炸性,遇火也不会燃烧。
煤矿瓦斯爆炸条件分析及其事故防治措施
煤矿瓦斯爆炸条件分析及其事故防治措施彦鹏辽宁工程技术大学矿山安全工程系,辽宁阜新(123000)E-mail: yanpeng870419@摘 要:矿井瓦斯爆炸是煤矿具有的极其严重的一种灾害.煤矿瓦斯爆炸事故,不仅会给职工生命和国家财产带来巨大损失,而且造成恶劣的社会影响.文章分析了煤矿瓦斯爆炸的条件,并用事故树分析法分析了瓦斯爆炸的原因,在此基础上提出了相应的防治措施,进而有效地避免煤矿瓦斯爆炸事故的发生。
关键词:煤矿瓦斯;瓦斯爆炸;瓦斯爆炸事故;事故树分析法;防治措施1. 引 言矿井瓦斯是指煤矿井下空气以甲烷(CH 4)为主的有毒有害气体的总称。
瓦斯在一定条件下可发生爆炸,爆炸时产生的高温(可达1850℃-2650℃)不仅会烧伤职工、烧坏设备,还可能点燃木支架和煤壁,引起瓦斯连续多次爆炸、煤尘爆炸和井下火灾,从而加重灾害程度,扩大灾害面积;爆炸产生的高压可破坏巷道和设备;爆炸后产生的有害气体(如CO 达2%-4%),氧气大量减少(仅为6%-10%),井下人员将因中毒、窒息而死亡。
瓦斯事故发生的概率虽然比较小,但它一次所造成的危害程度却是十分严重的。
如[1]:辽宁阜新矿业集团孙家湾煤矿“2.14”瓦斯爆炸事故,遇难人数达到214人;黑龙江龙矿集团七台河分公司东风煤矿“11.27”瓦斯爆炸事故,遇难人数达到171人;河北唐山市刘官屯煤矿“12.7”瓦斯爆炸事故,遇难人数达到108人。
这些血淋淋的事实摆在面前,不得不让我们深思。
为此,必须分析煤矿瓦斯爆炸的条件,减少或避免瓦斯爆炸事故,改善我国煤矿生产的安全状况。
2. 爆炸条件的分析煤矿瓦斯爆炸必须同时(同地)具备3个条件[2]:①空气中瓦斯浓度在爆炸范围内(5%-16%);②高温热源存在时间长度大于瓦斯引火感应期;③瓦斯—空气混合气体中的氧浓度大于12%。
2.1 瓦斯浓度瓦斯与空气(氧气)均匀混合形成爆炸性气体,瓦斯浓度达到一定的范围时,遇到明火或一定的引爆能量立即发生爆炸,这个浓度范围称为瓦斯爆炸极限。
瓦斯爆炸的原因及防治措施分析
瓦斯爆炸的原因及防治措施分析发布时间:2021-04-30T07:39:10.378Z 来源:《中国科技人才》2020年第24期作者:徐涛[导读] 在煤炭开采过程中,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。
淮河能源控股集团煤业公司勘探工程分公司安徽淮南 232001摘要:在众多煤矿事故中,瓦斯爆炸造成的危害是最大的。
从每年的煤矿事故统计来看,绝大多数事故都是因瓦斯爆炸造成的。
所以预防和控制瓦斯爆炸事故,是实现煤矿安全生产的关键。
瓦斯防治是煤矿安全生产工作的重中之重,提高对瓦斯的认识,特别是瓦斯危害的认识和必要的防治措施,是有效防止煤矿瓦斯事故发生及确保煤矿安全生产的根本。
本论文着重强调了对瓦斯爆炸的认识及防治措施。
关键词:瓦斯爆炸;认识;防治措施;瓦斯积聚在煤炭开采过程中,瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。
在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大,从每年的事故统计中来看,煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中,绝大多数是由于瓦斯爆炸,约占特大事故总数的70% 左右,为此,瓦斯称为煤矿灾害之王。
因此,分析瓦斯爆炸原因,制订防治对策,显得特别重要。
1 瓦斯爆炸的概念瓦斯爆炸是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。
瓦斯在高温火源作用下,与氧气发生化学反应,生成二氧化碳和水蒸气,并放出大量的热,这些热量能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀,形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生动力现象,这就是瓦斯爆炸。
2 瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸能产生大量以CO为主的有毒有害气体(当CO浓度达到0.5%时,仅仅几分钟就会造成人员死亡),爆炸事故造成人员死亡中的70%—80%是CO中毒引起的;产生高温高压冲击波,烧伤人员,摧毁设施设备,给国家财产和人员伤亡造成巨大经济损失;引起火灾和人员伤亡,引起连续爆炸;引起煤尘爆炸,扩大灾情。
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瓦斯爆炸三角形原理及应用摘要:矿山救护队员在井下火区封闭和启封时,需要先判断火区内爆炸性气体是否具有爆炸性。
文章利用瓦斯爆炸三角形原理进行新的分区方法,准确判断火区在那个区域,以便采取相应的措施。
关键词:矿井火区;爆炸三角形;爆炸界限0 引言安全是企业生存和发展的头等大事。
安全工作优劣对企业生产影响极大,直接关系到企业能否正常生产和提高经济效益。
火灾不仅使企业遭受巨大的物质损失,同时它也是导致人员伤亡的重大渊源[1]。
发生矿井火灾后,无论是采用直接灭火的惰化法,还是采用间接灭火的火区封闭法,在判断火区的可燃性混合气体(包括煤炭干馏后放出的可燃性气体)是否会因火源的存在而发生爆炸时,往往多采用单纯的瓦斯(CH4)爆炸三角形判别法。
对爆炸三角形的新的分区方法,对于正确评判矿井火区可燃性混合气体的爆炸危险性,尤其是对于保障矿工的生命健康安全,具有十分重要的意义[2]。
1 爆炸三角形新的分区方法瓦斯爆炸必须同时具备3个条件:一定体积分数的瓦斯(瓦斯体积分数在可爆范围内)、足够体积分数的氧气和足够能量的引燃火源[3]。
煤矿常见爆炸性气体的爆炸特性参数如表1所示。
爆炸界限也称为爆炸极限,其含义是可燃气体与空气或氧气混合后,遇有火源会产生爆炸现象的可燃气体的极限体积分数,即在某一极限体积分数之内的混合气体,爆炸会自行蔓延开来。
可能产生爆炸的可燃气体的最低极限体积分数称为爆炸下限;最高极限体积分数称为爆炸上限。
下限以下无爆炸危险,它与可燃性气体不足或氧气过剩有关,上限以上不爆炸,这与氧气不足或可燃气体过剩有关,另外上、下限与实验条件有关[3]。
爆炸界限所受的影响因素这里不做全面阐述。
请看下面这两个爆炸三角形。
如图1所示:A,B,C,D,E五个点把整个区域分成4个区。
1区:ΔBCE—可爆区;2区:ABE—甲烷体积分数过低不爆区;3区:甲烷体积分数过高不爆区;4区:安全区。
如图2所示,在X轴中找到CH4体积分数100%的点(由于图的大小关系这个点在图中没有标出),把这个点与E点相连并延长到Y轴,这条线与Y轴的交点就是F点。
A,B,C,D,E,F几个点把整个区域分成4个区如图2所示。
B—爆炸下限,C—爆炸上限,Eco2—掺入CO2时爆炸临界点,EN2—掺入N2时爆炸临界点;BE—爆炸下限界线,CE—爆炸上限界线;FE—临界氧体积分数线,ED—临界瓦斯体积分数线。
根据图2,可把混合气体体积分数范围划分成4个区,不同的区域特点不同,可采取相应的措施防止爆炸。
1区:ΔBCE—可爆区(即爆炸三角形)。
可采用注入惰性气体或新鲜空气,使其状态点进入2区或4区,失去爆炸性。
2区:ABEF—甲烷体积分数过低不爆区。
掺入甲烷可进入爆炸区(如封闭火区时),因此封闭火区时,常发生瓦斯爆炸,可向封闭区内注入惰性气体,使其状态点进入4区后,再封闭,即可防止瓦斯爆炸。
3区:甲烷体积分数过高不爆区。
掺入空气可进入爆炸区(如火区启封时),因此可向封闭区内注入惰性气体,使其状态点进入4区后,再启封通风,即可防止瓦斯爆炸。
4区:安全区。
氧气和甲烷体积分数都过低不爆区,掺入空气可能进入2区不爆,掺入甲烷可能进入3区不爆。
2 火区封闭时应采取的措施如上所述,火区封闭时可能因可燃性混合气体的聚集而存在爆炸危险。
但对于大面积火区,当不能采取直接灭火的惰化法时,矿井生产的实际情况往往是要求对火区实行封闭处理。
因此,在封闭前就必须对发火区进行必要的防爆处理。
要安全封闭火区,第一是防止爆炸发生,第二是一旦发生爆炸,应能够有效地消除爆炸冲击波以及爆炸引起的火灾,保证矿井安全。
从这两个角度出发,可选择以下几种措施。
(1)采取瓦斯排放措施,防止封闭区可燃性混合气体聚集。
一般高瓦斯矿井工作面都有瓦斯抽放系统,工作面因火被迫封闭后,可利用现有抽放系统,继续对工作面实行可燃性混合气体的抽放,以防封闭火区过程中可燃性混合气体聚集而发生爆炸。
(2)采取从地面注惰气、注氮等方法降低封闭区氧体积分数。
封闭时,发火区温度、CO体积分数都很高,所以不能在火区附近工作。
此时可从地面向火区注氮,降低火源点附近氧体积分数和煤温,以保证工作面安全。
(3)消灭火源高温点。
采取向发火区注凝胶等方法,使高温点温度降低到可引起可燃性混合气体爆炸的下限温度以下。
(4)用水封闭火区。
如果发火区两端比较低,可以在撤离人员的情况下,向发火区所在巷道两端送水,直接用水封闭火区。
火区用水封闭,能够保证密闭无漏风,而且一旦封闭区内发生爆炸,两端的水密封能有效地消除爆炸引起的冲击波,从而防止爆炸引起大火蔓延。
3 爆炸三角形参数的确定3.1 可燃性混合气体爆炸界限的计算矿井火区内的可燃性气体,是多种可燃性气体的混合体。
根据气体爆炸理论,其混合气体的爆炸界限可按Le Chatelier式进行计算:式中,N——混合气体爆炸上限或下限,%;C1、C2、……Cm——各可燃气体占可燃性混合气体总和的体积百分比,即:C1+C2+……+Cm=100%;N1、N2、……Nm——各可燃气体的爆炸上限或下限,%。
煤矿火区中几种常见可燃性气体的爆炸上下限如表1所示。
火区的温度一般很高,因此,实际计算火区内可燃性混合气体爆炸界限时,应根据实测火区内的温度及火区内各种可燃性气体的成份,对表1中所列数据按下式进行温度校正[2]:式中,NLT、NUT——分别为各可燃性气体在t℃时的爆炸下限和上限;NL、NU——分别为各可燃性气体在25℃时的爆炸下限和上限。
3.2 临界氧浓度的计算矿井火区气体是多种可燃性气体的混合物,那就很难按单一可燃性气体计算临界氧浓度的方法进行工程计算,因此,需要采用三角形作图法[3]。
图1 临界氧浓度△作图计算法首先画出等边三角形FON,顶点F、O、N分别表示可燃性混合气体、氧气和氮气的最大体积浓度。
然后,在ON线上,找出空气中最大含氧量(20.95%)之A点,画出空气线FA,在FO边上取可燃性混合气体在氧气中的爆炸上限U2点和爆炸下限L2点,在FA线上取可燃性混合气体在空气中的爆炸上限U1和爆炸下限L1,连接U2和U1,再连接L2和L1,将两线段延长成三角形,过顶点作FN的平行线交ON线所示的数值,即为临界氧浓度。
相应的,若过此顶点作FA的垂线,交FA线所示的数值,即为临界氧浓度时所对应的可燃性混合气体浓度(详见图1)。
同理,若过U1或L1点分别作FN的平行线,交ON线的交点所示数值,就是可燃性混合气体在空气中爆炸时的上下限所对应的氧浓度。
4实例分析设某矿井封闭火区内的可燃性混合气体成份与浓度分别为:CH44.0%,CO2.1%,C2H40.03%,H20.04%,火区内空气温度为55℃。
对其进行爆炸危险性参数分析如下:4.1 可燃性气体浓度可燃性混合气体浓度及各成份在总浓度中所占体积百分比浓度分别为:C=6.17%、CCH4=64.83%、CCO=34.03%、CC2H4=0.49%、CH2=0.65%4.2 爆炸界限从表1查出各可燃性气体在25℃时的爆炸界限,按式(2)进行温度校正,如表2所示:由式(1)得火区内可燃性混合气体在空气中的爆炸上下限分别为21.27%和6.1%;而在氧气中则分别为71.05%和6.42%。
由此可见,火区内可燃性混合气体的浓度在空气中处于爆炸界限范围内,具有爆炸危险性。
在此例中,若不进行可燃性气体爆炸界限的温度校正,则其混合气体爆炸下限浓度为 6.24%,即可燃性混合气体浓度(6.17%)小于爆炸下限浓度。
可见,容易误报,此实例火区内的可燃性混合气体不具有爆炸危险性。
4.3 临界氧浓度及爆炸上下限所对应的氧浓度按图1所示方法,可得实例火区内可燃性混合气体发生爆炸时的临界氧浓度为12.8%,此时可燃性混合气体浓度为 3.7%,而爆炸上下限点所对应的氧浓度分别为16.4%和17.6%。
见图1所示。
5爆炸三角形根据上述分析所得爆炸参数:爆炸上下限、临界氧浓度、临界氧浓度所对应的可燃性混合气体浓度,以及爆炸上下限所对应的氧浓度,可画出实例火区可燃性混合气体的爆炸三角形分析图,如图2所示。
其中,空气线ABCD与纵坐标的夹角为最大可燃性混合气体含量100%与空气中最大氧含量20.95%之比的反正切。
6 爆炸危险性分析图2所示为实例火区可燃性混合气体—空气—氮气爆炸危险性分析图。
根据其各自浓度变化关系,可在空气线ABCD以下将其划分为3个区:第一区是BCE所围区域,此区内的可燃性混合气体处于爆炸界限范围内,称为爆炸三角区;第二区是BEF左侧,此区的可燃性混合气体处于爆炸下限浓度以下,称为可燃性气体浓度不足区;第三区是CEF的右侧,在此区内,因氧气含量较低,称为氧浓度过低区。
上述三区的划分,虽然在第二区、第三区中可燃性混合气体不具有爆炸危险性,但是,上述三区并非恒定不变。
对于矿井火区的管理,若措施不当,原来可燃性气体浓度较低或氧气浓度不足的非爆炸区也有可能导致其浓度增加而转向爆炸三角区。
例如,刚开始自燃发火的矿井火区,尽管发火范围较大,此时因通风条件尚好,可燃性混合气体浓度往往不足而处于图2所示的第二区。
在此条件下,若贸然采取火区封闭措施,则在切断火区通风过程中,其可燃性混合气体浓度就会迅速增长,此时,由氧浓度与可燃性混合气体浓度所决定的坐标点,就可能进入BCE所围的爆炸区内,此时遇火就发生爆炸。
同理,火区封闭不严或重开火区时,新鲜空气的不断流入,也可能使原来氧含量较低之火区内的可燃性混合气体具有爆炸性。
7 火区封闭时应采取的措施如上所述,火区封闭时可能因可燃性混合气体的聚集而存在爆炸危险。
但对于大面积火区,当不能采取直接灭火的惰化法时,矿井生产的实际情况往往是要求对火区实行封闭处理。
因此,火区的封闭,在封闭前就必须对发火区进行必要的防爆处理。
要安全封闭火区,第一是防止爆炸发生,第二是一旦发生爆炸,应能够有效地消除爆炸冲击波以及爆炸引起的火灾,保证矿井安全。
从这两个角度出发,可选择以下几种措施[4]。
1) 采取瓦斯排放措施,防止封闭区可燃性混合气体聚集。
一般高瓦斯矿井工作面都有瓦斯抽放系统,工作面因火被迫封闭后,可利用现有抽放系统,继续对工作面实行可燃性混合气体的抽放。
以防封闭火区过程中可燃性混合气体的聚集而发生爆炸。
2) 采取从地面注惰气、注氮等方法降低封闭区氧浓度。
封闭时,发火区温度、CO 浓度都很高,所以不能在火区附近工作。
此时可从地面向火区注氮,降低火源点附近氧浓度和煤温,以保证工作面安全。
3) 消灭火源高温点。
采取向发火区注凝胶等方法,使高温点温度降低到可引起可燃性混合气体爆炸的下限温度以下。
4) 用水封闭火区。
如果发火区两端比较低,可以在撤离人员的情况下,向发火区所在巷道两端送水,直接用水封闭火区。
火区用水封闭,能够保证密闭无漏风,而且一旦封闭区内发生爆炸,两端的水密封能有效地消除爆炸引起的冲击波,从而防止爆炸引起大火蔓延。