瓦斯爆炸冲击波的危害
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[摘 要]我国煤矿大多属高瓦斯矿井，加之赋存条件复杂，矿井瓦斯事故频发，煤矿瓦斯爆炸是煤矿灾害中最严重的一种灾害，这种灾害发生时，不仅能造成众多人员伤亡，而且会严重摧毁井下设施。瓦斯爆炸时会产生三个致命因素火焰峰面、冲击波和大量有毒有害气体。其中冲击波对矿井生产危害极大，冲击范围影响广，有时甚至波及到地面，可见其破坏力之大，本文研究了空气冲击波的规律，为有效防治瓦斯爆炸提供了一定的理论基础。
[关键词]瓦斯爆炸；冲击波；矿井瓦斯；矿井灾害；
中图分类号：TD712.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0329-01
矿井瓦斯爆炸是煤矿重大恶性事故之一。一旦发生，不仅严重摧毁矿井设施，中断生产，有时还会引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌和顶板冒落等二次灾害事故，造成大量的人员伤亡和财产损失。一般而言，瓦斯爆炸会产生3 个致命的后续变化：火焰峰面、冲击波和大量有毒有害气体。这三个因素的可比危险程度与它们波及的范围大小有关，其中冲击波传播范围大，一般为几千米，有时甚至波及地表破坏建筑物，形成矿震，可见冲击波破坏力极大，影响范围极广。在正向传播时，其波峰的压力在数万帕到数兆帕范围内变化，当正向冲击波叠加和反射时，可形成高达 10MPa 的压力。瓦斯爆炸的冲击波极易引起沿巷道沉积的煤尘参与爆炸，能量叠加的结果形成强爆炸，破坏支架、堵塞巷道、破坏通风，造成大量设备破坏和人员伤亡。因此对冲击波的规律的认识对瓦斯爆炸防治具有重要的意义。
一、冲击波
1.1正向冲击波
瓦斯爆炸发生后，在爆炸产生的高温、高压作用下，爆源附近的空气以极大的速度向四周扩散，从而在所经过的路程上形成威力巨大的冲击波，称为正向冲击波（也称进程冲击波）。正向冲击波的危害是：由于冲击气流是高温、高压气流，因此，能够造成人员伤亡、巷道和器材设施破坏，还能扬起大量煤尘并使之参与爆炸，从而造成更大的破坏，还可能点燃坑木或其它可燃物而引起火灾。
1.2反向冲击波
爆炸发生过后，由于爆炸气体从爆源点高速向外冲击，加上爆炸后生成的部分水蒸气很快冷却和凝聚，因而在爆源附近就形成了气体稀薄的低压区。在压差的作用下爆炸气体就会连同爆源的气体，又以极高的速度反向冲回爆炸地点。这一过程便形成反向冲击波（也称回程冲击波）。虽然反向冲击波较正向冲击波的能量较小，但由于它是在正向冲击波作用的基础上发生的，是沿着已经遭受破坏的路程和区域反向冲击，其造成的破坏性往往更大。此外，反向冲击波还可能引起连续瓦斯爆炸事故。
超压是描述冲击波强弱的重要参数，它是指冲击波波阵面到达时，因空气被压缩而突然升高的压力减去冲击波未到达时空气的初始压力。煤矿井下瓦斯爆炸是一个时间间隔很短的过程，在爆炸的最初阶段形成具有压力波形（a）；随着后面不断形成的高压冲击波追赶前面的低压冲击波和两者的叠加，（a）便发展到（b）；冲击波不断前进和叠加，形成具有尖峰状的压力分布（c）；最后漫漫衰减（d）。实验证明：当冲击波距爆心一定距离处，爆炸时所释放的能量越大，则在该处爆炸冲击波超压值就越大。实践证明爆炸后破坏最严重的地方不是在爆炸中心，而是在爆炸冲击波形成尖峰压力的地方，一般距爆炸中心 100m 以外，多在 200～300m 处。
此外，冲击波阵面的强度与火焰的传播速度有关。火焰速度小于 100m/s 时，超压较小。并且由于超压是反应冲击波阵面强度的重要指标，因此，当火焰速度小于 100m/s 时，反应出冲击波阵面的强度较弱。一旦火焰速度超过 200m/s，超压明显增大，可达到 0.33MPa，冲击波阵面的强度提高。当火焰速度大于 200m/s 会引起严重的湍流效应，这种高速火焰的压力波所引起的爆炸波的破坏效应与爆轰波产生的破坏效应相当，破坏力很强。因为在瓦斯爆炸过程中，瓦斯被点燃后，燃烧产物膨胀形成冲击波，并压缩未反应的混合物，这种冲击波阵面到火焰阵面之间面积收敛，形成了较大的附加压缩，其最终的流畅性质从冲击波到火焰是逐渐增加的。火焰传播速度越大，冲击波阵面到火焰阵面之间面积收敛越急剧，超压值就越大，引起的破坏效应就越大。
三、结语
冲击波峰值超压在距离爆源较近时，数值较大，衰减速度较快；当距爆源较远时，数值较小，衰减速度较慢。最后随距离的不断延长，峰值超压接近于零。根据以上分析可制定相应的措施，减轻矿井瓦斯爆炸冲击波对矿井所造成的影响。
参考文献
[1] 周心权，吴兵.煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性.中国煤炭，2002.9
[2] 费国云.瓦斯爆炸沿巷道传播特性探讨.煤矿安全，1996.2
作者简介：杨松（1986.10- ），男，毕业于贵州大学采矿工程专业，现任贵州省织金县安全生产监督管理局煤安一股工作员。