2000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
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: TD712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36.51m3/ min逐步增大
为1999年的65.35m3/ 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;
II下—不爆炸区; II上—瓦斯积聚时进入爆炸区; II-
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(CH4: 0, O2: 21%);B
(CH4:5%,O2:19.95%)。
图1
CE曲线是指在混合气体中通入CO2后,混合
气体发生变化的曲线。C(CH4:14%,O2:18%)。
BE曲线是指在混合气体中通入N2后,混合气
体发生变化的曲线。E(CH4:6%,O2:12%)。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(CH4:15%,O2:0)。
从区域划分可以看出I、II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1 131人。而掘进工作面是事故的多发
地点,共发生36起,死亡872人,分别占总次数的
75%和总人数的77%。掘进工作面瓦斯爆炸主要
是由于在生产过程中因局部通风机循环风,风机
能力小或随意停风,瓦斯积聚使风流状态由正常
通风时的II上区逐步进入爆炸区I区而发生的。
所以经掘进工作面连续可靠的供风,使瓦斯达不
到爆炸浓度,是防止掘进工作面瓦斯爆炸事故的
主要措施。
孙村矿11114断层切眼1993年9月14日22
时掘进过程中将断层石门风筒三通掐断,造成迎头
风量不足, 4h后瓦斯浓度由正常通风时CH4:
0.09%上升为CH4:4.3%,CO2:1.1%。17日探查排
放时CH4: 10%, CO2: 2.6%。瓦斯正处于爆炸浓
度。因此,必须采取以下措施保证瓦斯浓度不在爆
炸区内:
(1)合理确定局部通风机位置,保证掘进工作面
供风可靠,不发生循环风。
(2)安设双风机双电源,并自动切换,保证掘进
工作面连续供风。
(3)使用大功率局部通风机和大直径长距离风2000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
106
筒,保证迎头风量充分稀释掘进工作面涌出的瓦
斯。例如,良庄矿5611付巷供风距离1 760m,安设
了28kW的双风机,双电源,使用了30m一节的长
风筒,迎头风量在80m3/min以上,保证了掘进工作
面的有效供风。
2·2采煤工作面通风管理
采煤工作面风量不足时,风流不能充分稀释工
作面涌出的瓦斯,特别是上隅角瓦斯,致使上隅角瓦
斯浓度超过规定,在生产过程中存在着极大的隐患,
由于机械、放炮等不利因素,也会发生瓦斯爆炸事
故。
鄂庄矿1213W面位于井田向斜轴底部,且断层
赋存丰富,瓦斯涌出异常。同时矿井主扇电机能力
小,全矿井风量不足,矿井需要风量4 000m3/ min,
实际排风量为3 500m3/ min, 1213W面需要风量
267m3/min,投产后风量只有204m3/min,致使工作
面放炮后30min内放炮地点的瓦斯浓度持续在
0.5%以上,最高达到10%。放炮后40min内采面回
风巷的瓦斯浓度持续在0.5%以上。安设抽出式风
机后上隅角瓦斯浓度为0.6%~0.8%,回风流中瓦
斯浓度为0.4%~0.6%。工作面在机组割煤和机窝
放炮时,风流状态极易进入爆炸区I区内。为此鄂庄
矿将主扇电机由200kW更换为310kW使该面风量
增大为300m3/min,并安设了抽出式风机,保证了该
面的安全生产。
所以,采煤工作面必须有足够稳定的风量,风量
不足时一律不允许生产。在瓦斯涌出量较大,上隅
角瓦斯浓度较高的工作面必须安设抽出式风机或采
用工作面下行通风,改变工作面风流方向,使上隅角
风流状态由以前的II上(或I)区,进入II上区左上
部,近似处于A点状态(O2:21%,CH4:0),保证采煤
工作面安全生产。
2·3巷道贯通管理
根据统计资料表明, 1983~1993年间国有重点
煤矿共发生一次死亡十人以上重大通防事故48起,
采煤工作面11起中有4起是发生在采煤工作面刚
刚形成全负压通风后调整通风系统及安装设备放松
了通风瓦斯管理,因而造成了事故发生。所以巷道
贯通工作一直是通防管理中的一个薄弱环节。巷道
贯通后,必须及时调整通风系统。否则,不仅会影响
与之相邻的采面风量,也会由于风流方向的变化,造
成瓦斯积聚,使得掘进巷道风流状态由掘进期间的
II上区而转化为爆炸区I区,遇到火源便将发生瓦
斯爆炸事故,如图2所示。
巷道贯通后,没有及时在B处构筑风门,形成
负压通风系统,而是继续用局部通风机供风。由于1
井风机风筒出口沿C—D进入回风系统,改变了原
来的C—A—B方向,从而AC段成为无风区,造成
C处瓦斯积聚,由于电器失爆便会引起瓦斯爆炸。
另外,采煤工作面断层切眼贯通后由于未及时
构筑通风设施,造成工作面
风量不足,瓦斯积聚而引
起瓦斯爆炸的教训也是非常深刻的。
所以,巷道贯通前,通风部门必须根据通风系统
所有可能的变化事先做好调整风流的准备工作。贯
通时,必须有通风部门派主管通风人员在现场统一
指挥。贯通后,必须立即调整通风系统,防止瓦斯积
聚,待通风系统风流稳定后,方可恢复工作。
2·4火灾事故处理
处理火灾,特别是明火火灾,有时为了控制火
势、减少风量而停止了主扇和局部通风机。但是火
灾的发生,随着温度的升高巷道易产生裂隙、发生冒
顶,从而有利于瓦斯涌出,使得风流状态由停风时的
II上区逐步进入爆炸区(I区),一旦再错误送风,处
于爆炸区域的瓦斯流经火区时,便引起瓦斯爆炸;同
时由于停风,火灾燃烧消耗氧气,使得回风流中的
O2降低,CO浓度升高,即使人员佩带自救器也不易
撤离灾区(过滤式自救器使用条件:O2 18%,CO
1.5%)。
1994年7月20日潘西矿3194回风巷自燃事
故,火势加大后怕事故扩大,停止了3194回风巷局
部通风机运转,从而瓦斯在高温情况下涌出加大。
2:20停风,3:00时CH4达3.5%。此时一旦再错误
送风,势必将造成瓦斯爆炸,指挥部领导果断下达了
防爆封闭的命令,避免了事故的发生。
因此,处理火灾时,特别是处理独头巷道火灾,
应坚持保持独头巷道通风原状的原则。即:局部通
风机正常运转的,不要盲目停止;局部通风机停止运
转的,不要随便开启。
图22000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
107
3预防高瓦斯区混入新鲜空气进入
爆炸区的措施
3·1瓦斯排放管理
瓦斯排放工作就是把巷道中处于II下(I)区的
高瓦斯风流利用通风的方法使其均匀的进入II上
区直至处于A点状态(O2:21%,CH4:O)。但是在排
放II上区,而在一段时间内正处于爆炸区(I),一旦
遇到火花便发生瓦斯爆炸事故,事故教训非常深
刻。
例如:潘西矿1990年7月13日-350水平后
二采区F7断层西块断发生的瓦斯爆炸事故。7月12
日8时由于辅助轨道上山和191工作面付巷交叉口
处冒顶,冒落矸石埋住为2191切眼供风的风筒,造
成2191切眼无风,停风40h没有在2191切眼巷道
口建筑密闭,且瓦斯积聚后没有安排恢复通风前的
瓦斯排放工作,而是处理冒顶收尾时,擅自接上风筒
进行通风,将2191切眼积聚的瓦斯排放到此处,由
于该处提升信号线被冒矸砸破,发信号提车时,产生
火花,引起瓦斯爆炸,死亡45人。
因此,瓦斯排放必须制定安全技术措施,采取控
制风流的方法,使排出的风流均匀处于II上区。严禁
一风吹,确保排出的风流在同全风压风流混合处的
瓦斯和二氧化碳浓度都不超过1.5%;凡是可能受
瓦斯排放风流影响的所有采掘工作面、巷道、峒室及
被切断安全出口的采掘工作
面都必须停电撤人。
3·2火区启封
众所周知,火区启封其中的一个条件是火区内
空气中的氧气浓度降到5%以下,也就是说火区中
的风流状态处于图示的II下或III区的下部,瓦斯
和其它的有害气体可能很高。因而在启封时,由于
空气的进入,处于II下或III区的风流将进入II上或
I区。由此可见,火区启封不仅会引起火区复燃,处
理不当将会引起瓦斯爆炸。
所以,火区启封必须慎重从事,万万不可掉以轻
心。
3·3瓦斯爆炸事故处理
瓦斯爆炸发生后,不仅会产生大量烟雾和有毒
有害气体,并且通风设施会遭到不同程度的破坏,造
成风流大量短路。此时灾区内的气体状态处于II下
或I区内,特点是高氮低氧,有害气体浓度高,烟雾
大,能见度低,不利于及时抢救遇难人员,并对井下
其它人员也构成生命威胁。迅速排除这些有毒有害
气体,为救灾创造一个良好环境,就必须对灾区迅速
恢复通风。但是,盲目恢复通风往往会引起二次、三
次甚至多次爆炸。所以,必须在爆炸条件不具备,即
灾区内无火源,不会引起再次爆炸时才能恢复通风,
加大风量,排除爆炸产生的烟雾和有毒有害气体,使
灾区内的气体尽快转化为II上区域,为救灾工作创
造条件,从而赢得救灾的胜利。
图3所示为某矿某采区的通风系统。轨道下山
和回风下山A为单道风门,由于职工通防意识差,
将风门用砖顶着,造成下山区处于无风状态,工作面
泵站处瓦斯涌出异常造成积聚,冒落的岩石(含S:
30%)砸在轨道上产生火花,引起爆炸,死亡18人。
事故后,救护人员侦查发现灾区内人员已经死亡,并
且风门B被破坏,灾区内烟雾弥漫处于停滞状态。
同时发现无火源,无二次爆炸的可能。为加快救灾
工作,采取了关闭风门A,在B处打风帘恢复灾区
通风系统。从而为救灾创造了条件,在较短的时间
内将遇难人员全部救出。
所以,处理瓦斯爆炸事故时,当侦察证实灾区没
有引起再次爆炸的火源情况下,应迅速修复被破坏
的巷道和通风设施,使灾区恢复正常通风,排除有毒
气体和烟雾,让新鲜的空气不断供给灾区是抢救遇
险人员最有效的方法。
4结语
通过以上分析可以看出,所有事故的发生都是
由于管理不当,粗心大意造成的。如果在工作中,时
刻掌握好瓦斯爆炸三角形区域之间的相互转化特
点,强化通防管理工作,完全可以防止瓦斯爆炸事故
的发生。
(责任编辑:吴自立)
2000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
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: TD712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36.51m3/ min逐步增大
为1999年的65.35m3/ 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;
II下—不爆炸区; II上—瓦斯积聚时进入爆炸区; II-
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(CH4: 0, O2: 21%);B
(CH4:5%,O2:19.95%)。
图1
CE曲线是指在混合气体中通入CO2后,混合
气体发生变化的曲线。C(CH4:14%,O2:18%)。
BE曲线是指在混合气体中通入N2后,混合气
体发生变化的曲线。E(CH4:6%,O2:12%)。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(CH4:15%,O2:0)。
从区域划分可以看出I、II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1 131人。而掘进工作面是事故的多发
地点,共发生36起,死亡872人,分别占总次数的
75%和总人数的77%。掘进工作面瓦斯爆炸主要
是由于在生产过程中因局部通风机循环风,风机
能力小或随意停风,瓦斯积聚使风流状态由正常
通风时的II上区逐步进入爆炸区I区而发生的。
所以经掘进工作面连续可靠的供风,使瓦斯达不
到爆炸浓度,是防止掘进工作面瓦斯爆炸事故的
主要措施。
孙村矿11114断层切眼1993年9月14日22
时掘进过程中将断层石门风筒三通掐断,造成迎头
风量不足, 4h后瓦斯浓度由正常通风时CH4:
0.09%上升为CH4:4.3%,CO2:1.1%。17日探查排
放时CH4: 10%, CO2: 2.6%。瓦斯正处于爆炸浓
度。因此,必须采取以下措施保证瓦斯浓度不在爆
炸区内:
(1)合理确定局部通风机位置,保证掘进工作面
供风可靠,不发生循环风。
(2)安设双风机双电源,并自动切换,保证掘进
工作面连续供风。
(3)使用大功率局部通风机和大直径长距离风2000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
106
筒,保证迎头风量充分稀释掘进工作面涌出的瓦
斯。例如,良庄矿5611付巷供风距离1 760m,安设
了28kW的双风机,双电源,使用了30m一节的长
风筒,迎头风量在80m3/min以上,保证了掘进工作
面的有效供风。
2·2采煤工作面通风管理
采煤工作面风量不足时,风流不能充分稀释工
作面涌出的瓦斯,特别是上隅角瓦斯,致使上隅角瓦
斯浓度超过规定,在生产过程中存在着极大的隐患,
由于机械、放炮等不利因素,也会发生瓦斯爆炸事
故。
鄂庄矿1213W面位于井田向斜轴底部,且断层
赋存丰富,瓦斯涌出异常。同时矿井主扇电机能力
小,全矿井风量不足,矿井需要风量4 000m3/ min,
实际排风量为3 500m3/ min, 1213W面需要风量
267m3/min,投产后风量只有204m3/min,致使工作
面放炮后30min内放炮地点的瓦斯浓度持续在
0.5%以上,最高达到10%。放炮后40min内采面回
风巷的瓦斯浓度持续在0.5%以上。安设抽出式风
机后上隅角瓦斯浓度为0.6%~0.8%,回风流中瓦
斯浓度为0.4%~0.6%。工作面在机组割煤和机窝
放炮时,风流状态极易进入爆炸区I区内。为此鄂庄
矿将主扇电机由200kW更换为310kW使该面风量
增大为300m3/min,并安设了抽出式风机,保证了该
面的安全生产。
所以,采煤工作面必须有足够稳定的风量,风量
不足时一律不允许生产。在瓦斯涌出量较大,上隅
角瓦斯浓度较高的工作面必须安设抽出式风机或采
用工作面下行通风,改变工作面风流方向,使上隅角
风流状态由以前的II上(或I)区,进入II上区左上
部,近似处于A点状态(O2:21%,CH4:0),保证采煤
工作面安全生产。
2·3巷道贯通管理
根据统计资料表明, 1983~1993年间国有重点
煤矿共发生一次死亡十人以上重大通防事故48起,
采煤工作面11起中有4起是发生在采煤工作面刚
刚形成全负压通风后调整通风系统及安装设备放松
了通风瓦斯管理,因而造成了事故发生。所以巷道
贯通工作一直是通防管理中的一个薄弱环节。巷道
贯通后,必须及时调整通风系统。否则,不仅会影响
与之相邻的采面风量,也会由于风流方向的变化,造
成瓦斯积聚,使得掘进巷道风流状态由掘进期间的
II上区而转化为爆炸区I区,遇到火源便将发生瓦
斯爆炸事故,如图2所示。
巷道贯通后,没有及时在B处构筑风门,形成
负压通风系统,而是继续用局部通风机供风。由于1
井风机风筒出口沿C—D进入回风系统,改变了原
来的C—A—B方向,从而AC段成为无风区,造成
C处瓦斯积聚,由于电器失爆便会引起瓦斯爆炸。
另外,采煤工作面断层切眼贯通后由于未及时
构筑通风设施,造成工作面
风量不足,瓦斯积聚而引
起瓦斯爆炸的教训也是非常深刻的。
所以,巷道贯通前,通风部门必须根据通风系统
所有可能的变化事先做好调整风流的准备工作。贯
通时,必须有通风部门派主管通风人员在现场统一
指挥。贯通后,必须立即调整通风系统,防止瓦斯积
聚,待通风系统风流稳定后,方可恢复工作。
2·4火灾事故处理
处理火灾,特别是明火火灾,有时为了控制火
势、减少风量而停止了主扇和局部通风机。但是火
灾的发生,随着温度的升高巷道易产生裂隙、发生冒
顶,从而有利于瓦斯涌出,使得风流状态由停风时的
II上区逐步进入爆炸区(I区),一旦再错误送风,处
于爆炸区域的瓦斯流经火区时,便引起瓦斯爆炸;同
时由于停风,火灾燃烧消耗氧气,使得回风流中的
O2降低,CO浓度升高,即使人员佩带自救器也不易
撤离灾区(过滤式自救器使用条件:O2 18%,CO
1.5%)。
1994年7月20日潘西矿3194回风巷自燃事
故,火势加大后怕事故扩大,停止了3194回风巷局
部通风机运转,从而瓦斯在高温情况下涌出加大。
2:20停风,3:00时CH4达3.5%。此时一旦再错误
送风,势必将造成瓦斯爆炸,指挥部领导果断下达了
防爆封闭的命令,避免了事故的发生。
因此,处理火灾时,特别是处理独头巷道火灾,
应坚持保持独头巷道通风原状的原则。即:局部通
风机正常运转的,不要盲目停止;局部通风机停止运
转的,不要随便开启。
图22000年6月矿业安全与环保第27卷增刊
107
3预防高瓦斯区混入新鲜空气进入
爆炸区的措施
3·1瓦斯排放管理
瓦斯排放工作就是把巷道中处于II下(I)区的
高瓦斯风流利用通风的方法使其均匀的进入II上
区直至处于A点状态(O2:21%,CH4:O)。但是在排
放II上区,而在一段时间内正处于爆炸区(I),一旦
遇到火花便发生瓦斯爆炸事故,事故教训非常深
刻。
例如:潘西矿1990年7月13日-350水平后
二采区F7断层西块断发生的瓦斯爆炸事故。7月12
日8时由于辅助轨道上山和191工作面付巷交叉口
处冒顶,冒落矸石埋住为2191切眼供风的风筒,造
成2191切眼无风,停风40h没有在2191切眼巷道
口建筑密闭,且瓦斯积聚后没有安排恢复通风前的
瓦斯排放工作,而是处理冒顶收尾时,擅自接上风筒
进行通风,将2191切眼积聚的瓦斯排放到此处,由
于该处提升信号线被冒矸砸破,发信号提车时,产生
火花,引起瓦斯爆炸,死亡45人。
因此,瓦斯排放必须制定安全技术措施,采取控
制风流的方法,使排出的风流均匀处于II上区。严禁
一风吹,确保排出的风流在同全风压风流混合处的
瓦斯和二氧化碳浓度都不超过1.5%;凡是可能受
瓦斯排放风流影响的所有采掘工作面、巷道、峒室及
被切断安全出口的采掘工作
面都必须停电撤人。
3·2火区启封
众所周知,火区启封其中的一个条件是火区内
空气中的氧气浓度降到5%以下,也就是说火区中
的风流状态处于图示的II下或III区的下部,瓦斯
和其它的有害气体可能很高。因而在启封时,由于
空气的进入,处于II下或III区的风流将进入II上或
I区。由此可见,火区启封不仅会引起火区复燃,处
理不当将会引起瓦斯爆炸。
所以,火区启封必须慎重从事,万万不可掉以轻
心。
3·3瓦斯爆炸事故处理
瓦斯爆炸发生后,不仅会产生大量烟雾和有毒
有害气体,并且通风设施会遭到不同程度的破坏,造
成风流大量短路。此时灾区内的气体状态处于II下
或I区内,特点是高氮低氧,有害气体浓度高,烟雾
大,能见度低,不利于及时抢救遇难人员,并对井下
其它人员也构成生命威胁。迅速排除这些有毒有害
气体,为救灾创造一个良好环境,就必须对灾区迅速
恢复通风。但是,盲目恢复通风往往会引起二次、三
次甚至多次爆炸。所以,必须在爆炸条件不具备,即
灾区内无火源,不会引起再次爆炸时才能恢复通风,
加大风量,排除爆炸产生的烟雾和有毒有害气体,使
灾区内的气体尽快转化为II上区域,为救灾工作创
造条件,从而赢得救灾的胜利。
图3所示为某矿某采区的通风系统。轨道下山
和回风下山A为单道风门,由于职工通防意识差,
将风门用砖顶着,造成下山区处于无风状态,工作面
泵站处瓦斯涌出异常造成积聚,冒落的岩石(含S:
30%)砸在轨道上产生火花,引起爆炸,死亡18人。
事故后,救护人员侦查发现灾区内人员已经死亡,并
且风门B被破坏,灾区内烟雾弥漫处于停滞状态。
同时发现无火源,无二次爆炸的可能。为加快救灾
工作,采取了关闭风门A,在B处打风帘恢复灾区
通风系统。从而为救灾创造了条件,在较短的时间
内将遇难人员全部救出。
所以,处理瓦斯爆炸事故时,当侦察证实灾区没
有引起再次爆炸的火源情况下,应迅速修复被破坏
的巷道和通风设施,使灾区恢复正常通风,排除有毒
气体和烟雾,让新鲜的空气不断供给灾区是抢救遇
险人员最有效的方法。
4结语
通过以上分析可以看出,所有事故的发生都是
由于管理不当,粗心大意造成的。如果在工作中,时
刻掌握好瓦斯爆炸三角形区域之间的相互转化特
点,强化通防管理工作,完全可以防止瓦斯爆炸事故
的发生。
(责任编辑:吴自立)