瓦斯爆炸与防治现状

瓦斯爆炸特性及其防治技术现状

摘要：介绍瓦斯爆炸特性及其危害，通过对瓦斯爆炸的实验和理论研究，总结瓦斯爆炸的传播机理和有效措施，分析国内外对瓦斯爆炸的研究和防治现状，分析存在的问题和能解决的有效措施，引入多孔材料在矿井瓦斯防治中的可应用性并进行分析比较。

前言:在重特大事故中,瓦斯煤尘爆炸事故的死亡人数已多年占据

首位。分析瓦斯煤尘爆炸事故原因可知,均是由于瓦斯煤尘达到爆炸浓度界限,遇到火源引起爆炸,强烈的爆炸波对人员生命和矿井设施

安全造成重大损害。研究瓦斯爆炸特性及其防治技术尤为重要。

瓦斯爆炸特性：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,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力波,从而获得更高的火焰传播

速度。层层产生的压力波相互追赶并叠加,形成具有强烈破坏作用的冲击波,这就是爆炸。矿井内瓦斯爆炸时产生 3 个致命的危害因素：高温、冲击波和有害气体。

存在的问题：

从目前的研究现状来看，对瓦斯爆炸特性方面的研究还远远不够，

特别是温度(压力(惰性气体含量及点火能量的大小等对瓦斯空气混

合气体的影响规律缺乏系统的研究&因此，在今后应当将如下方面作为研究方向：（1）关于瓦斯爆炸点火能量，目前还尚未建立基于矿井环境的点火能量的计算方法，关于爆炸环境参数、瓦斯浓度、氧气含量等因素对点火能量的影响，也需要进一步分析。（2）研究初始温度、初始压力、惰性气体含量及点火能量对瓦斯爆炸特性的影响。（3）加强瓦斯爆炸特性的数值模拟研究&解决爆炸过程中瓦斯气体表征参数的变化特征、初始条件对爆炸极限及表征参数的影响等问题（4）目前，我国在可燃气体爆炸特性的实验研究方面，尚无统一的标准，有待以后制订、健全。

瓦斯爆炸防治国内外研究现状

国外概况

研究煤层瓦斯的形成和迁移规律,测定煤层瓦斯含量,是正确预测矿

井瓦斯涌出量的基础。最近20 a来,各国煤矿瓦斯监测系统发展很快,为避免瓦斯事故起了重要作用。另外,国外在不断完善突出跟踪预测的基础上,开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域预测技术。

国内概况

国内在研究和改进瓦斯抽放技术方面,取得了一些重大进展。“九五”期间在突出危险区域预测方面,在瓦斯地质统计分析法和综合指标法的基础上,试验研究了突出危险区域无线电波透视技术,技术减少了50%以上的防治突出措施工程量,社会经济效益显著。

控制瓦斯爆炸事故的技术措施

从爆炸防护的角度来讲，控制瓦斯爆炸就是限制自由基和中间体

的产生，加快其消灭速度，限制爆炸过程化学反应的进程，从而减少反应能量的产生，便可达到阻隔爆的目的。

瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸措施

主要有:优化通风网络及通风系统、防治瓦斯积聚、进行瓦斯抽放、

加强瓦斯浓度和火源监测、防止点火源的出现等;抑制爆炸主要采用

隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内,从而减少人员伤亡和灾

害事故所造成的损失。

矿井瓦斯浓度及火源监测技术

矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要,当发现瓦斯异常或有火源产生,立即采取措施可防止爆炸事故的发生。多孔材料瓦斯爆炸阻隔爆技术的研究价值及意义

目前煤矿现采用的传统阻隔爆设施，撒布岩粉惰化技术、被动式阻隔爆技术和自动阻隔爆技术在煤矿已得到应用，但在实际使用中，由于受到管理、井下环境等因素的限制，尤其是装置动作时间问题的影响，导致抑制剂不能充分发挥抑制效果，不能达到预期的阻隔爆效果，影响了瓦斯爆炸控制技术的可靠性。

解决办法及途径

事故调查及一些学者的实验结果表明：瓦斯爆炸火焰是沿着受限空间的底部向前传播的，火焰长度较长，并具有较高的内聚力。传统阻隔爆装置的失效原因是由于装置存在动作超前或延迟时间，导致释放出

的抑制剂不能有效地覆盖整个火焰区，火焰在压力的推动下继续向前传播，只对火焰起到降温作用，对冲击波超压衰减效果较差，缺乏对湍流场的抑制作用；阻隔爆装置在煤矿井下使用中占用空间较大，更换、检修及管理常出现问题，不能达到预期的阻隔爆效果；另外传统阻隔爆设施只对首次爆炸起到作用，对二次和多次爆炸不能起到抑制爆炸作用。

多孔材料具有开孔率大、耐高温、抗冲击力和缓冲吸能强的优点，其无数个孔隙结构可以大量地销毁化学反应自由基数量，从而淬熄爆炸火焰，破坏燃烧波和冲击波之间的耦合，起到阻隔爆的作用。近年来多孔材料已经引起了国内外专家学者的广泛关注，并取得了一些相关研究成果。

参考文献

[1]赵衡阳气体和粉尘爆炸原理北京：北京理工大学出版社

[2]陈天石，胡双启可燃气体爆炸发生过程研究进展

[3]魏永生，周邦智，郑敏燕混合气体爆炸极限的多元回归分析化学研究与应用

[4]陈东梁.甲烷煤尘复合火焰传播特性及机理的研究合肥:中国科学技术大学

[5]叶青.管内瓦斯爆炸传播特性及多孔材料抑制技术研究.徐州:中国矿业大学

[6]周同龄.瓦斯-煤尘云爆炸火焰内部流场结构的实验研究中国矿业大学(北京)

[7]卢捷多元混合气体爆炸特性与安全控制研究北京：北京理工大学

[8]徐景德矿井瓦斯爆炸冲击波传播规律及影响因素研究北京：中国矿业大学

[9]吴兵，张莉聪，徐景德瓦斯爆炸运动火焰生成压力波的数值模拟中国矿业大学学报

[10]黄永菲高瓦斯采面回收瓦斯综合治理技术实践

[11]吴财芳，曾勇，秦勇煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展中国矿业大学学报

[12]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术.北京:煤炭工业出版社

[13]吴兵,郭德勇,张训涛.矿井瓦斯防治.徐州中国矿业大学出版社

[14]罗新荣,俞启香.矿井瓦斯预测与评价[J].中国安全科学学报

[15] 张如明，何学秋，聂百胜. 煤矿瓦斯爆炸阻隔爆技术现状及展望中国安全生产科学技术

[16]陈月琴，蒋曙光，吴征艳等. 煤矿用阻隔爆技术综述

[17] 徐景德，周心权，吴兵. 矿井瓦斯爆炸传播的尺寸效应研究

[18] 张莉聪.瓦斯爆炸火焰与压力波伴生关系的数值研究

[19]曲志明，周心权，王海燕等. 瓦斯爆炸冲击波超压的衰减规律

[20]翟成，林柏泉，菅从光等. 壁面粗糙度对瓦斯爆炸火焰波传播的影响. 中国矿业大学学报