Xi’an university of Science and Technology Xi’an university of Science and Technology

FLACS User Group Meeting

基于FLACS软件的矿井瓦斯爆炸事故分析

程方明

2015.11.04

西安科技大学

西部煤矿安全教育部工程研究中心

TEL: 029-85587400，13759904798E-mail: chengfm@xust.edu.cn

提 纲提 纲

中国煤矿瓦斯爆炸事故概况一、中国煤矿瓦斯爆炸事故概况

二、FLACS在煤炭行业的应用价值

三、独头巷道瓦斯爆炸特征规律研究

四、独头巷道排瓦斯过程爆炸事故模拟

五 FLACS在煤矿应用的问题五、FLACS在煤矿应用的问题

一、煤矿瓦斯爆炸事故概况

（1）中国矿井瓦斯灾害十分严重

27%以上煤矿是高瓦斯和瓦斯突出矿井

开采效率提高，开采水平加深 高瓦斯矿井比例逐渐增加

2001~2014年，全国煤矿共发生瓦斯灾害事故4032起，死亡17202

人。（2）矿井瓦斯爆炸事故后果严重，经济损失巨大，严重威胁矿工生命安全（2）矿井瓦斯爆炸事故后果严重，经济损失巨大，严重威胁矿工生命安全

死亡10人以上重大瓦斯事故中，90%以上为瓦斯（煤尘）爆炸事故。

一、煤矿瓦斯爆炸事故概况

2000-2013年煤矿一次死亡10人以上（3）煤矿瓦斯爆炸安全形势

瓦斯爆炸重特大事故人数统计

发生预

防 概率

防

严重程度

控制

度

2014年 瓦斯爆炸重大伤亡事故4起 死亡64人2014年，瓦斯爆炸重大伤亡事故4起，死亡64人。

认识不足：认识不足： 爆炸传播规律 破坏特征 巷道结构降损 抑爆隔爆

二、FLACS在煤炭行业的应用价值

应用领域

煤层气煤层气开采、输送与利用系统安全分析与设计

生产矿井生产矿井瓦斯爆炸风险评估与事故分析

煤化工煤化工工艺爆炸风险分析

二、FLACS在煤炭行业的应用价值

煤矿井下瓦斯爆炸方面

井下特殊场景不同条件的瓦斯爆炸数值实验

不同条件的模拟结果 爆炸特征规律

矿井瓦斯爆炸事故后果预测与风险评估

矿井瓦斯爆炸事故仿真与再现

矿井典型场景爆炸事故后果预测

事故破坏程度预估

矿井瓦斯爆炸事故仿真与再现

已发生事故的模拟再现 事故调查与分析

井下特殊作业爆炸危险性分析

强制通风限制空间中强制通风限制空间中瓦斯突出与扩散模拟

爆炸危险性区域变化

三、独头巷道瓦斯爆炸特征规律研究

案例概况 一条长900m、断面为4.5 m×3.5m的独头巷道，填充了不同长度浓度为9.5%的甲烷，在封闭端点火引爆，考察压力波传播规律与破坏特征。

Lg=10m

Lg=30mM1(LM=10m) ··· ··· （间隔10m） ··· ··· M89(LM=890m)

Lg=50m

Lg=70m

L 100Lg=100m

Lg=200m

L =300mLg=300m

Lg=400m

Lg=500mLg=500m

Lg=600m

Lg=700mLg 700m

Lg=800mL=900m

三、独头巷道瓦斯爆炸特征规律研究

研究结果 3.00 

3.50 

Lg=10m

0

2.00 

2.50 

max / bar

Lg 10mLg=30mLg=50mLg=70mLg=100mLg=200m

1）最大爆炸压力分布情况

0.50

1.00 

1.50 Pm Lg=300mLg=400mLg=500mLg=600mLg=700mLg=800m

0.00 

0.50 

0  100  200  300  400  500  600  700  800  900  1000 L / m

Lg 800m

3.50

500.00 

600.00 

700.00 

800.00 

x) / m

2.00

2.50 

3.00 

3.50 

) / bar

100 00

200.00 

300.00 

400.00 

LMax(Pmax

0 50

1.00 

1.50 

2.00 

Max(Pmax

0.00 

100.00 

0.00  100.00  200.00  300.00  400.00  500.00  600.00  700.00  800.00 Lg /m

0.00 

0.50 

0.00  0.20  0.40  0.60  0.80  1.00 Lg / L

三、独头巷道瓦斯爆炸特征规律研究

2）不同位置的压力时间曲线

冲冲量

1）随着Lg增大而增大

2）点火端最大，泄压端最小

三、独头巷道瓦斯爆炸特征规律研究

3）压力波传播与衰减特征

四、独头巷道排瓦斯过程爆炸事故模拟

案例概况

CH4:20%

150m

V=3m/s (S=0.8m ×0.8m)

进风大巷局部风机

V=1.5m/s（ S=5m ×4m ）404m

四、独头巷道排瓦斯过程爆炸事故模拟

模拟结果

1）排瓦斯全过程

四、独头巷道排瓦斯过程爆炸事故模拟

2）火源点瓦斯浓度达到爆炸极限发生爆炸

四、独头巷道排瓦斯过程爆炸事故模拟

3）排瓦斯过程爆炸危险区域分布情况

五、FLACS在煤矿应用的问题

（1）井下复杂巷道网络建模困难，斜巷道居多无法建模

1500m3/min

490 3/ i

8491m3/min

640m3/min

490m3/min

1350m3/min

600m3/min

80m3/min

860m3/min1120m3/min

328m3/min 2408m3/min

3/

320m3/min

920m3/min

800 3/ i 2065m3/min520m3/min800m3/min

2004年11月28日，陕西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸事故造成166人死亡。

五、FLACS在煤矿应用的问题

（2）核心区为狭长巷道，爆炸模拟需使用均匀网格，则整个

计算区域网格密集，正交网格不能局部细化，计算时间很长。

进风巷道

煤

工作 煤作面

回风巷道

五、FLACS在煤矿应用的问题

（3）巷道局部发生爆炸，瓦斯燃尽后，爆炸压力波在周边

巷道内传播情况和燃烧产物在巷道中的扩散情况能否模拟？

盲3315回

3315回风巷

盲斜

下山

3315进风巷

回 采 工 作面

7

53

3316外风道

3316架

3315进风巷面

3637 3316风道

专用回风

6架子道

风门

回风风流

进风风流图

例

风巷

号传感器

五、FLACS在煤矿应用的问题

（4）煤矿井下瓦斯爆炸常常有煤尘参与爆炸 而软件目前无法（4）煤矿井下瓦斯爆炸常常有煤尘参与爆炸，而软件目前无法

模拟气体与粉尘共混爆炸的情况。

中国·上海 FLACS User Group Meeting

谢 谢 大 家！Thank you

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