甘肃煤炭工程学校矿井安全技术教案：第一章 矿井瓦斯防治技术04.doc

第三节 瓦斯爆炸及其预防 危害: 一种极其严重的灾害，一旦发生，不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产。 可能引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌和顶板冒落等二次灾害，使生产难以在短期内恢复。 世界上最大一次瓦斯爆炸： 1942年，辽宁本溪，死亡：1549人，伤:146人。 新中国发生的最大一次瓦斯爆炸：大同，白洞矿。 发展趋势： 随着开采深度增加，瓦斯涌出量增大，发生爆炸的可能性增大； 机械化程度的提高，火源点增多，摩擦火花增多； 导致伤亡的爆炸事故仍然不少，未杜绝； 后果严重性没什么改变； 多数事故是人为的、组织管理上的缺陷； 爆炸次数与矿井瓦斯涌出量之间无必然联系，1/3的爆炸发生在低瓦斯矿井。 所以预防矿井瓦斯爆炸是一项重大的任务，研究和掌握瓦斯爆炸的防治技术，对煤矿安全生产具有重要意义。 一、瓦斯爆炸的机理 1.爆炸的定义：物质从一种状态迅速变成另一种状态，并在瞬时放出大量能量的同时产生巨大声响的现象称为爆炸。 2.瓦斯爆炸：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。 最终反应式： 或 上述反应是放热反应，当反应的产热速率大于放热速率时，则热量积聚，反应的温度上升，反应速率进一步加快，最后形成爆炸。 3.瓦斯爆炸是一种热---链反应过程（连锁反应） （1）链反应 参与反应的物质（CH4、O2）在一定能量作用下，产生链载体（活化中心，即：自由基、原子、原子团），它们化学活性很大，与体系中的稳定分子进行反应成为反应中心，产生新的载体or稳定的化合物，新的载体又迅速参与反应，如此延续下去形成一系列的连续反应。 基本特点： A链反应 B链反应有一个感应期。 一个激发能量产生载体的过程 C只要载体不消失，反应就一直进行下去。 D链反应开始产生载体较困难，故反应开始进行迟缓。 E周围环境对链反应产生较大影响 (2) 链反应过程 A链引发 链反应产生载体的过程，即稳定分子分解产生自由基的过程（分子内原子间化学键断裂）。此过程需要相当大的能量，即反应水活化能。约800~1600 KJ/mol。 如： 能量来源有： 热引发----火源； 高能引发----光照射、光电、激光、α-、β-、γ-等。 化学能； 复相引发（固体表面结构缺陷，引发稳定分子产生自由基）。 B链传递 最活跃的过程，旧载体消亡，新载体产生。 C链分支 自由基增加，反应速度剧增，形成爆炸。 如： D链终止 链载体消失的过程。 链终止分类： （1）重结合反应 如：乙基的重结合 （2）歧化反应 如：乙基的歧化反应 （3）阻化剂的作用 阻化剂易于链体反应生成较稳定自由基分子等。 阻化过程： 二、瓦斯爆炸的效应 瓦斯爆炸的效应是指爆炸的效果或结果，亦指爆炸对矿井造成的危害。 （一）产生高温高压 瓦斯爆炸的反应极快，瞬时放出大量热量，使气体的温度和压力骤然升高。试验表明，空气中的瓦斯浓度为9.5%时，在自由空间内爆炸后，气体的温度可达1875C；在密闭空间内可达2150C ~2650C （二）产生冲击波和火焰锋面 1.冲击波的形成:爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体一极大的速度向外传播，形成冲击波。 瓦斯爆炸时会形成两种冲击，分别为正向冲击和反向冲击。 （1）正向冲击 形成原因：爆炸之后产生高温气体及很大的压力 特点：A冲击能量大； B可能引起二次爆炸； （2）反向冲击 形成原因： （1）爆炸发生时，爆源附近的气体向外冲出； （2）反应产物生成的水蒸气凝结成液态体积缩小； （3）爆源附近形成负压区。 特点：A冲击能量小； B可能引起二次爆炸； C由于是二次破坏，破坏后果严重。 2.火焰锋面----瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和燃烧带的总称。 特点： （1）传播速度 几m/s ~ 2500m/s； （2）温度大于1000℃； （3）传播距离 几十m ~ 几百m 。 危害： （1）造成人员大面积皮肤深度烧伤，呼吸器官粘膜烫伤； （2）破坏电气设备； （3）引燃井巷可燃物 (三)产生有毒有害气体 产生大量有毒、有害气体:CO2、CO、H2O 危害： （1）引起人员中毒和死亡； （2）造成人员窒息死亡； （3）造成后果严重。 三、瓦斯爆炸的条件及其影响因素 瓦斯爆炸必须同时具备三个条件，即一定浓度的瓦斯，一定温度的引燃热源和足够量的氧气，三者缺一不可。 （一）瓦斯浓度 瓦斯只有在一定的浓度范围内，这个浓度范围称为爆炸界限。瓦斯爆炸的浓度界限为5%~16%，上限为5%~6%，下限为14%~16%. 实践证明，瓦斯的爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响，其中主要有： （1）其他可燃气体的存在 一般来说，当瓦斯——空气混合气体中混入其他可燃气体时，瓦斯的爆炸下限会降低，爆炸上限也是这样。 （2）煤尘的混入 浮游在瓦斯混合气体中的具有爆