煤矿瓦斯爆炸事故防治与案例分析.ppt
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1、煤矿瓦斯爆炸事故防治煤矿瓦斯爆炸事故防治及案例分析及案例分析俞启香俞启香 (教授、博导、国家安全生产专家)教授、博导、国家安全生产专家)中国矿业大学中国矿业大学国家煤矿瓦斯治理工程研究中心国家煤矿瓦斯治理工程研究中心主主 要要 内内 容容第一部分第一部分 煤矿瓦斯爆炸防治基本知识煤矿瓦斯爆炸防治基本知识第二部分第二部分瓦斯爆炸事故案例分析瓦斯爆炸事故案例分析 案例案例阜新孙家湾煤矿海州立井阜新孙家湾煤矿海州立井20052005年年“2.142.14”特别重大瓦斯爆炸事故特别重大瓦斯爆炸事故 第一部分第一部分 主主 要要 内内 容容煤矿瓦斯爆炸防治基本知识煤矿瓦斯爆炸防治基本知识一、基本概念一、
2、基本概念 二、瓦斯爆炸预防二、瓦斯爆炸预防煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念q瓦斯:矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体,有时单独指甲烷q瓦斯的来源:煤层、岩层(采落的煤炭、煤壁、采空区、顶底板、邻近的煤层、开采过程中产生)q瓦斯的性质:比重0.554、无色、无味、窒息性、燃烧性、爆炸性 煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念q煤层瓦斯分布的主要特点:具有区域性;因煤层而异;近地表为瓦斯风化带:N2与CO2为主,CH4分布无规律;远离地表为瓦斯带:主要为CH4,而且分布有规律,一般深度越深,瓦斯压力越高、瓦斯含量越大;在地质构造带瓦斯含量分布异常;在地应力异常区瓦斯含量
3、分布异常。煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念q几个术语:煤层瓦斯含量:m3/t煤 相对瓦斯涌出量:m3/t煤 绝对瓦斯涌出量:m3/min煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念q瓦斯矿井瓦斯矿井:矿井生产过程中有瓦斯涌出的矿井(我国所有煤矿全是瓦斯矿井)q瓦斯矿井的分类瓦斯矿井的分类(参见煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法):煤与瓦斯突出矿井 高瓦斯矿井(q q矿相对10m3/t;Q矿绝对40m3/min;Q掘进面3m3/min;Q采煤面5m3/min;发生过瓦斯喷出;发生过瓦斯喷出)瓦斯矿井q划分瓦斯等级的目的划分瓦斯等级的目的 加强煤矿瓦斯管理,预防瓦斯事故,
4、保障职工生命安全加强煤矿瓦斯管理,预防瓦斯事故,保障职工生命安全:编制瓦斯治理规划、措施、管理制度与作业规程等 ;选择机电设备;合理进行矿井设计、通风设计、瓦斯抽采与利用设计以及生产“抽、掘、采”接替计划。一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸的实质CH4+2O2 CO2+2H2O+热量 CH4+2(O2+79N2/21)=CO2+2H2O+7.52N2+882.6kj/mol 瓦斯爆炸的条件(同时具备,缺一不可)1.瓦斯达到爆炸浓度(烷空混合气体515CH4)2.火源(温度在595oC以上,存在时间超过感应期)3.有足够的氧(氧浓度在12%以上)煤矿瓦斯防治基本知识瓦斯爆炸实验管道系统瓦斯爆炸实
5、验管道系统中国矿业大学瓦斯煤尘爆炸试验管道中国矿业大学爆炸试验实验系统特色中国矿业大学爆炸试验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研究究瓦瓦斯斯爆爆炸炸过过程程中中的的特特征征参参数数变化规律及其抑爆、隔爆技术等。变化规律及其抑爆、隔爆技术等。煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸浓度三角形规律:瓦斯爆炸浓度三角形规律:在标准空气中充入瓦斯时在标准空气中充入瓦斯时,烷空气体的爆炸范围烷空气体的爆炸范围=515%,爆炸下限爆炸下限5%CH4、19.
6、88 O2;爆炸;爆炸上限上限15%CH4、17.79 O2。爆力最强浓度爆力最强浓度=9.5,化学反应完全,爆温最高与爆压最大。最优爆炸浓度最优爆炸浓度=78,最容易点火爆炸。瓦斯爆炸的界限15%15%15%15%火焰表面遇氧可火焰表面遇氧可燃、不爆燃、不爆7-8%7-8%最易最易8.5%8.5%煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 当瓦斯浓度低于当瓦斯浓度低于5%时时,由于参加化学反应的瓦斯量较少,不能形成热量积聚,因此,只能在火焰表面燃烧,不能爆炸;当瓦斯浓度高于当瓦斯浓度高于15%时时,由于氧气浓度不足,满足不了氧化反应的需要,即便是在点火点有瓦斯与不足的氧气发生反应,但所生成
7、的热量少不能使周围介质升温至燃点,即不能传播爆炸;但当有新鲜空气供入时,可以在混合气体与新鲜空气的接触面上发生燃烧(根据这一性质,瓦斯可以用作燃料)。煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸威力最强的瓦斯浓度瓦斯爆炸威力最强的瓦斯浓度在瓦斯混入新鲜空气中,爆炸最强烈的瓦斯浓度是爆炸最强烈的瓦斯浓度是9.5%。因为这时混合气体中的全部氧气和瓦斯都能参与化学反应,既无多余的瓦斯,也无多余的氧气,化学反应最完全、最充分,生成的热也最多,因而这时的爆炸力最强、威力最大。对煤矿井下空气,瓦斯爆炸威力最强的瓦斯浓度为8.5%左右,这是因为井下空气氧浓度减小、湿度较大,氧化反应不可能进行得十分
8、充分的缘故。煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸浓度三角形规律:瓦斯爆炸浓度三角形规律:爆炸下限爆炸下限B(5%CH4、19.88 O2);爆炸上限爆炸上限C(15%CH4、17.79 O2)。1-爆炸危险区;爆炸危险区;2-不可能存在的烷空气体区;不可能存在的烷空气体区;3-甲烷浓度不足不爆区;甲烷浓度不足不爆区;4-甲烷浓度过高不爆区;甲烷浓度过高不爆区;5-贫氧窒息不爆区。贫氧窒息不爆区。BE-爆炸下限界线爆炸下限界线;CE-爆炸上限界线爆炸上限界线;EC02-在烷空气体中掺入在烷空气体中掺入 CO2爆炸临界点爆炸临界点(5.96%CH4、12.32%O2)EN2-在在
9、烷空气体中掺入烷空气体中掺入N2爆炸临界点(爆炸临界点(5.18%CH4、9.47%O2)。在烷空气体中加入卤代烃,爆炸三角形更小,例在烷空气体中加入卤代烃,爆炸三角形更小,例 E七氟丙烷临界点(9%CH4、17.4%O2)(CF3CHFCF3)不导电,无残留,对臭氧层无破坏性,是新型环保抑爆灭火剂。一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸强度瓦斯爆炸强度(严重程度严重程度)的主要影响因素的主要影响因素:1 1、瓦斯积存量、瓦斯积存量瓦斯积存量越大,瓦斯爆炸释放的能量瓦斯积存量越大,瓦斯爆炸释放的能量(热能与机械能热能与机械能)越大,即瓦越大,即瓦斯爆炸强度越高,甲烷等碳氢化合物与空气混合的爆炸效应
10、:斯爆炸强度越高,甲烷等碳氢化合物与空气混合的爆炸效应:1kg1kg碳氢化合物相当于碳氢化合物相当于4kgTNT4kgTNT炸药炸药2 2、煤尘是否参与爆炸以及参与爆炸的煤尘量、煤尘是否参与爆炸以及参与爆炸的煤尘量瓦斯爆炸风暴扬起可爆煤尘越多,瓦斯煤尘爆炸释放的能量越大,瓦斯爆炸风暴扬起可爆煤尘越多,瓦斯煤尘爆炸释放的能量越大,即不仅瓦斯即不仅瓦斯煤尘爆炸强度越高煤尘爆炸强度越高。而且煤尘参与爆炸时,会产生而且煤尘参与爆炸时,会产生大量的毒气大量的毒气CO,CO,COCO毒害作用越强毒害作用越强。煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸的主要危害瓦斯爆炸的主要危害1.1.产生高温
11、产生高温(1850185026502650)2.2.产生高压产生高压(0.7MPa0.7MPa以上以上 )3.3.产生冲击波产生冲击波4.4.产生大量的有毒有害气体,氧浓度极低产生大量的有毒有害气体,氧浓度极低 (O(O2 2=6=610%10%,N N2 2828288%88%,COCO2 24 48%8%,COCO2 24 4)煤矿瓦斯防治基本知识瓦斯爆炸过程中火焰的发展变化特征瓦斯爆炸过程中火焰的发展变化特征0.s34/2000.s33/2000.s32/2000.s6/2000.s14/2000.s19/2000.s24/2000.s29/2000.s31/2000.s36/2000.
12、s35/2000.s一、基本概念一、基本概念 瓦斯煤尘爆炸火焰压力传播规律瓦斯煤尘爆炸火焰压力传播规律煤矿瓦斯防治基本知识t(s)注:注:图中数字图中数字为爆炸压力最大为爆炸压力最大值值(MPa);起爆瓦斯浓度起爆瓦斯浓度10.5%CH4,200m3;煤尘带煤尘带3686m,浓度浓度500g/m3实验地点:重实验地点:重庆煤科院爆炸试庆煤科院爆炸试验大型巷道。验大型巷道。一、基本概念一、基本概念 瓦斯煤尘爆炸火焰压力传播规律瓦斯煤尘爆炸火焰压力传播规律煤矿瓦斯防治基本知识t(s)由图可见:由图可见:在爆炸初期,火焰传播速度大于爆炸压力波传播速度,即火焰在在爆炸初期,火焰传播速度大于爆炸压力波传
13、播速度,即火焰在前爆炸压力波峰在后;前爆炸压力波峰在后;随着爆炸的发展,爆炸压力波传播速度快速增大,超过火焰速度,随着爆炸的发展,爆炸压力波传播速度快速增大,超过火焰速度,在距爆源约在距爆源约40m时,爆炸波赶上并超过火焰面;时,爆炸波赶上并超过火焰面;随着传播距离的增大,爆炸波超随着传播距离的增大,爆炸波超前火焰面越来越远。前火焰面越来越远。一、基本概念一、基本概念 爆炸过程中障碍物对火焰速度与超压的影响曲线爆炸过程中障碍物对火焰速度与超压的影响曲线煤矿瓦斯防治基本知识煤矿瓦斯防治基本知识障碍物数对火焰传播速度的影响障碍物数对火焰传播速度的影响(a)没有障碍物(b)两个障碍物(c)六个障碍物
14、 障碍物数对温度场分布规律的影响障碍物数对温度场分布规律的影响(a)没有障碍物(b)两个障碍物(c)四个障碍物 管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的影响管道结构异常对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的影响分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度影响关系曲线分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度影响关系曲线(无加速环)(无加速环)解释了分叉解释了分叉巷道破坏严巷道破坏严重的问题重的问题?分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度分叉管路对瓦斯爆炸火焰传播速度影响关系曲线(有加速环)影响关系曲线(有加速环)L/DV(m/s)结论:湍流对瓦斯爆炸传播过程具有重要影响结论:湍流对瓦斯爆炸传播过程具有重要影响启示:消除湍流对阻爆具有
15、重要的作用启示:消除湍流对阻爆具有重要的作用火焰火焰速度速度m/s解释了分叉解释了分叉巷道破坏严巷道破坏严重的问题?重的问题?一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸的主要危害瓦斯爆炸的主要危害 瓦斯煤尘爆炸最终产物组成表瓦斯煤尘爆炸最终产物组成表煤矿瓦斯防治基本知识大气成分变化大气成分变化甲烷爆炸时甲烷爆炸时煤尘爆炸时煤尘爆炸时 甲烷和煤尘甲烷和煤尘共同爆炸时共同爆炸时浓度浓度备注备注爆炸下爆炸下限限最佳爆炸最佳爆炸浓度浓度爆炸上爆炸上限限爆炸下限爆炸下限最佳爆最佳爆炸浓度炸浓度爆炸上爆炸上限限残余氧浓度残余氧浓度%16186251625380CO爆炸爆炸下限为下限为12%;H2爆炸爆炸下限为下限
16、为4%CO%微量微量1212482716CO2%微量微量9微量微量510694812水蒸气水蒸气%10164816122061024H2%微量微量12010516甲烷及其同系物甲烷及其同系物%0215035爆炸超压对人员的损伤程度表爆炸超压对人员的损伤程度表煤矿瓦斯防治基本知识煤矿瓦斯防治基本知识一、基本概念一、基本概念 瓦斯爆炸的主要危害瓦斯爆炸的主要危害二、瓦斯爆炸预防二、瓦斯爆炸预防v预防瓦斯积聚预防瓦斯积聚 常见瓦斯积聚原因如下:常见瓦斯积聚原因如下:1.1.风量不足、风量短路、停风风量不足、风量短路、停风,末节风筒过远;末节风筒过远;2.2.采空区处理不及时,管理不善采空区处理不及时
17、,管理不善,积聚瓦斯涌出积聚瓦斯涌出;3.3.瓦斯异常涌出;瓦斯异常涌出;4.4.瓦斯抽采未达标进行采掘;瓦斯抽采未达标进行采掘;5.5.瓦斯超限继续生产;瓦斯超限继续生产;6.6.积聚瓦斯处理不当;积聚瓦斯处理不当;7.7.瓦斯检查、监测失误。瓦斯检查、监测失误。总之瓦斯总之瓦斯“零超限零超限”目标管理制度未建立或不完善或未落实:目标管理制度未建立或不完善或未落实:是否建立瓦斯超限立即停产撤人,并按瓦斯超限就是事故,是否建立瓦斯超限立即停产撤人,并按瓦斯超限就是事故,并比照事故处理查明超限原因,落实防范措施相关制度;并比照事故处理查明超限原因,落实防范措施相关制度;1个月内发生个月内发生2次
18、瓦斯超限的矿井是否停产整顿;次瓦斯超限的矿井是否停产整顿;矿井安全监测监控系统是否正常运转;传感器安装位置、数矿井安全监测监控系统是否正常运转;传感器安装位置、数量是否符合相关标准要求,是否有空白死角;是否按规定对系量是否符合相关标准要求,是否有空白死角;是否按规定对系统和传感器进行定期维护。统和传感器进行定期维护。煤矿瓦斯防治基本知识二、瓦斯爆炸预防二、瓦斯爆炸预防v预防火源预防火源 瓦斯爆炸的主要引爆火源如下:瓦斯爆炸的主要引爆火源如下:1.1.明火、火灾;明火、火灾;2.2.电气火花;电气火花;3.3.爆破火源;爆破火源;4.4.静电火花;静电火花;5.5.摩擦火花。摩擦火花。煤矿瓦斯防
19、治基本知识二、瓦斯爆炸预防二、瓦斯爆炸预防 瓦斯爆炸瓦斯爆炸发生地点发生地点规律:规律:v采煤工作面:采煤机附近采煤工作面:采煤机附近 工作面上隅角工作面上隅角 放炮作业点放炮作业点v掘进工作面:迎头掘进工作面:迎头 放炮作业过程放炮作业过程v其它情况:排放瓦斯、处理大块矸石、处理煤仓溜其它情况:排放瓦斯、处理大块矸石、处理煤仓溜煤眼堵塞煤眼堵塞 煤矿瓦斯防治基本知识19491995年年46年间,年间,国有重点煤矿国有重点煤矿一次死亡一次死亡3人人以上瓦斯事故以上瓦斯事故361起,死亡起,死亡6931人。人。按按发生地点及火源发生地点及火源原因原因统计如下:统计如下:发生地点发生地点发生地点发
20、生地点:掘进面 156次,占43.2%采煤面 131次,占36.24%巷道、硐室 74次,占20.5%引爆火源引爆火源引爆火源引爆火源:电气火花 41.44%放炮火焰 29.92%摩擦撞击 8.59%吸烟 1.94%其它(静电、煤自燃、高温热源等)18.00%各种火花引发瓦斯爆炸典型案例各种火花引发瓦斯爆炸典型案例炮火炮火:19931993年年1010月月1111日,黑龙江省鸡东县保合煤矿局部通风机停风,日,黑龙江省鸡东县保合煤矿局部通风机停风,掘进工作面瓦斯积聚,不仅不停止作业,而且不检查瓦斯就在迎掘进工作面瓦斯积聚,不仅不停止作业,而且不检查瓦斯就在迎头放炮,炮火引发特大瓦斯爆炸事故,死亡
21、头放炮,炮火引发特大瓦斯爆炸事故,死亡7070人。人。1997年年4月月9日,山西省临汾桥上村矿用煤块封堵炮眼,放炮炮日,山西省临汾桥上村矿用煤块封堵炮眼,放炮炮火引起瓦斯爆炸,死亡火引起瓦斯爆炸,死亡26人。人。19991999年年3 3月月2727日,山东省枣庄柴里矿放炮崩转载机处大块矸石炮日,山东省枣庄柴里矿放炮崩转载机处大块矸石炮火引爆瓦斯,死亡火引爆瓦斯,死亡1717人。人。1996年年5月月1日,河南省平顶山十矿为了使瓦斯超限时不断电,矿日,河南省平顶山十矿为了使瓦斯超限时不断电,矿安全办公会议做出了上调瓦斯监测报警点的错误决定,致使瓦斯安全办公会议做出了上调瓦斯监测报警点的错误决
22、定,致使瓦斯超限,放炮时发生瓦斯爆炸,造成超限,放炮时发生瓦斯爆炸,造成84人死亡。人死亡。各种火花引发瓦斯爆炸典型案例各种火花引发瓦斯爆炸典型案例明电明火明电明火:19971997年年5 5月月2 2日,贵州省贵阳市花溪坪大坡煤矿,采煤工作面采用明电照明,日,贵州省贵阳市花溪坪大坡煤矿,采煤工作面采用明电照明,电火花引发瓦斯爆炸,死亡电火花引发瓦斯爆炸,死亡1313人。人。19991999年年1 1月月2828日,四川省凉山甘洛斯觉矿使用手电照明,电火花引起瓦斯爆炸,日,四川省凉山甘洛斯觉矿使用手电照明,电火花引起瓦斯爆炸,死亡死亡1414人。人。19941994年年1 1月月2424日,黑
23、龙江省鸡西二道河子矿多经井使用煤电钻插销明电放炮,日,黑龙江省鸡西二道河子矿多经井使用煤电钻插销明电放炮,引起瓦斯爆炸,死亡引起瓦斯爆炸,死亡9999人。人。1999年年5月月10日,陕西省铜川玉华煤矿一名工人在井下吸烟,烟头明火(吸烟日,陕西省铜川玉华煤矿一名工人在井下吸烟,烟头明火(吸烟时温度为时温度为650800oC,香烟点燃未吸时温度为,香烟点燃未吸时温度为450500oC)引起瓦斯爆炸,)引起瓦斯爆炸,不仅自身死亡,还夺去另外不仅自身死亡,还夺去另外42位矿工的生命。位矿工的生命。1999年年7月月17日,黑龙江省农牧渔厅供应站矿,一工人在井下吸烟,明火引日,黑龙江省农牧渔厅供应站矿
24、,一工人在井下吸烟,明火引起瓦斯爆炸,死亡起瓦斯爆炸,死亡23人。人。各种火花引发瓦斯爆炸典型案例各种火花引发瓦斯爆炸典型案例电气设备失爆火花电气设备失爆火花:19951995年年5 5月月6 6日,山西省临汾古城煤矿,煤电钻喇叭口电缆破损漏电火花引发日,山西省临汾古城煤矿,煤电钻喇叭口电缆破损漏电火花引发瓦斯爆炸,死亡瓦斯爆炸,死亡3535人。人。19971997年年7 7月月1212日,江西省乐平桥头矿,输送机控制系统失爆,漏电火花引起瓦日,江西省乐平桥头矿,输送机控制系统失爆,漏电火花引起瓦斯爆炸,死亡斯爆炸,死亡4040人。人。19991999年年1 1月月2525日,黑龙江七台河市新
25、富煤矿,工人拽电钻电缆时,明接头短路日,黑龙江七台河市新富煤矿,工人拽电钻电缆时,明接头短路电火花引起瓦斯爆炸,死亡电火花引起瓦斯爆炸,死亡1111人。人。1996年年11月月27日,山西大同市郭家窑乡东村煤矿,巷道通风不良引起瓦斯积日,山西大同市郭家窑乡东村煤矿,巷道通风不良引起瓦斯积聚,聚,电工带电检修开关,产生电火花电工带电检修开关,产生电火花,引起瓦斯煤尘爆炸,死亡,引起瓦斯煤尘爆炸,死亡110人,另下人,另下落不明落不明4人。人。1993年年10月月27日,山西大同晋华宫矿南山井,日,山西大同晋华宫矿南山井,工人带电检修绞车磁力起动器工人带电检修绞车磁力起动器,电火花引发瓦斯爆炸,死
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