煤矿瓦斯爆炸有毒有害气体时空演化规律研究

Since the "eleventh five year plan", significant results were obtained in gas disaster governance, but the accident and the death toll still remain high, gas explosion is larger or more major types of coal mine accidents. Within the coal mine limited space, the toxic and harmful gas after the explosion produced by incomplete combustion is the main cause of a large number of casualties. Because in the process of the explosion, toxic and harmful gas constantly develops and changes with time and space, at present, research on the spatial and temporal evolution of toxic and harmful gas in coal mine gas explosion is less. Project proposed by large underground roadway with different gas quantity test under the condition of gas explosion propagation law is studied, in combination with the real-time data acquisition device of explosion gas, extracting toxic and harmful gas after an explosion in different time intervals and different propagation distance, analyzing the evolvement about the composition and the concentration of explosion gas with time and space, which could provide theoretical basis for prevention and controlling gas explosion disasters and formulate emergency rescue measures, finally to decrease the number of casualties caused by the explosion accident.

“十一五”以来，瓦斯灾害治理取得明显成效，但事故起数、死亡人数占比依然保持高位，瓦斯爆炸事故是较大以上煤矿事故的主要类型。在煤矿井下受限空间内，爆炸发生后瓦斯不完全燃烧所产生的有毒有害气体是造成大量人员伤亡的主要原因。由于爆炸发生过程中，有毒有害气体是随着时间和空间不断发展变化的，目前，针对煤矿井下瓦斯爆炸有毒有害气体时空演化规律的研究较少。项目拟采用地下大型试验巷道对不同瓦斯量条件下瓦斯爆炸传播规律进行研究，结合爆炸气体实时采集装置，提取爆炸过后不同时间间隔、不同传播距离的有毒有害气体，分析爆炸气体的成分、浓度随时间和空间的演化规律，为预防控制瓦斯爆炸灾害和制定应急救援措施提供理论依据，最终起到减少因爆炸事故造成大量人员伤亡的目的。

煤矿井下瓦斯爆炸事故容易造成群死群伤，危害巨大，所产生的有毒有害气体是造成大量人员伤亡的主要原因之一，目前针对煤矿井下瓦斯爆炸有毒有害气体时空演化规律的研究较少。项目在研发爆炸气体实时采集装置的基础上，对大型试验巷道内瓦斯爆炸火焰、冲击波及有毒有害气体时空变化规律开展了研究工作，并对动物在瓦斯爆炸过程中的损伤效应进行了初步探讨。.研发了响应时间快（ms级）、承压能力强的爆炸气体实时采集装置，主要由控制器、电源、探测器、转换器以及采集瓶共五部分组成，为毒害气体的采集分析实验提供了重要的技术手段。得出瓦斯爆炸压力和火焰的时空变化规律，主要包括：①瓦斯体积量越大，爆炸威力越强，爆炸压力值在爆源点附近先降低，然后上升到某一峰值再逐渐衰减，且衰减过程有起伏；②瓦斯体积量越大，火焰传播速度越快，整个传播过程中火焰速度先增大后减小，可分为爆炸起始慢速传播阶段、爆炸反应加速传播阶段、火焰熄灭前减速传播阶段；③爆炸压力和火焰在传播过程中存在正反馈的相互作用机制，所得规律为有效预防煤矿井下瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。得出了试验巷道内瓦斯爆炸有毒有害气体的时空演化规律，主要包括：①瓦斯浓度增加，产生的H2和CO浓度线性增加，CO2的浓度先增加后减小，得出了影响毒害气体生成的关键反应部；②瓦斯体积量越大，毒害气体生成的越多、浓度越大；③毒害气体随着时间及离爆源点距离的增加，浓度逐渐减小，所得规律为煤矿井下瓦斯爆炸事故预防及应急救援措施的制定等提供了重要的理论依据。对瓦斯爆炸不同传播距离内的大鼠损伤情况进行了初步的研究探讨，得到了体积100m3、浓度9.0%的瓦斯爆炸过程中不同传播距离内大鼠的存活率；爆炸冲击伤害是造成动物死亡的主要原因，距爆源点240m处的大鼠由于爆炸冲击而出现死亡；40m处的大鼠除受到爆炸冲击和中毒伤害外，还受了到高温灼伤的伤害。.公开发表科技论文9篇，其中SCI/EI收录4篇，核心期刊5篇，申请发明专利2项。