煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治措施

賈凡 肖樹濤

摘 要：我國高瓦斯礦井?dāng)?shù)量多，分布范圍廣，而瓦斯爆炸破壞性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)損失大、人員傷亡多，常常被稱為煤礦安全生產(chǎn)中的“第一殺手”。本文分析了瓦斯爆炸發(fā)生的原因，提出了瓦斯爆炸的防治手段， 為瓦斯爆炸的防治提供思路與方法。

關(guān)鍵詞：煤礦安全;瓦斯爆炸;瓦斯防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.082

1 瓦斯爆炸的危害

1.1 瓦斯爆炸會(huì)形成高溫環(huán)境

瓦斯爆炸事故發(fā)生時(shí)會(huì)釋放出巨大的熱量，發(fā)生爆炸時(shí)的溫度最高可達(dá)2000多攝氏度，如此高的溫度會(huì)對(duì)人員的生命健康安全造成極大的威脅，造成人員傷亡，并會(huì)引發(fā)火災(zāi)，燒毀設(shè)備，設(shè)施，對(duì)巷道產(chǎn)生破壞。

1.2 瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生高壓

瓦斯爆炸時(shí)釋放出的的熱量會(huì)使井下溫度迅速升高，引起爆炸源附近空氣的體積在極短的時(shí)間內(nèi)膨脹，壓力迅速增大，從而產(chǎn)生能量很大的氣體沖擊波。沖擊波在巷道內(nèi)迅速傳播并會(huì)對(duì)井下的設(shè)備設(shè)施造成危害甚至對(duì)人員的生命健康產(chǎn)生威脅。

1.3 瓦斯爆炸會(huì)在井下產(chǎn)生有害氣體

瓦斯爆炸的本質(zhì)是劇烈的燃燒反應(yīng)，因此在這一過程中會(huì)消耗氧氣，同時(shí)產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。而在井下發(fā)生瓦斯爆炸往往會(huì)有煤塵參與，使爆炸的威力更大，產(chǎn)生更多的一氧化碳?xì)怏w。根據(jù)以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，瓦斯爆炸事故中很大一部分人員的死亡均是由一氧化碳中毒、窒息造成的。

2 瓦斯爆炸原因分析

2.1 瓦斯爆炸的原理分析

瓦斯爆炸在本質(zhì)上是一種劇烈的燃燒反應(yīng)，這類反應(yīng)的過程極為復(fù)雜，游離基的鏈鎖反應(yīng)是燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。瓦斯氣體吸收足夠的熱量后，氣體分子的鏈會(huì)立刻斷裂，離解成多個(gè)游離基。游離基很活潑，條件適合時(shí)，游離基又可以繼續(xù)分解，再形成多個(gè)游離基。這樣一直反應(yīng)下去游離基會(huì)越來越多，反應(yīng)速率也越來越大，最終產(chǎn)生爆炸。

2.2 發(fā)生瓦斯爆炸的條件

瓦斯氣體中主要成分為甲烷，而甲烷與氧氣發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH4+2O2→CO2+2H2O，條件為點(diǎn)燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸發(fā)生的條件為適合的氧氣濃度、點(diǎn)火源、以及足夠的瓦斯?jié)舛取?/p>

（1）足夠的瓦斯?jié)舛?。瓦斯爆炸的界限約為為5%～16%。當(dāng)瓦斯的濃度低于5%時(shí)，不會(huì)爆炸。當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到9.5%時(shí)，這時(shí)由于氧和甲烷氣體完全反應(yīng)，所以爆炸的威力最大。而當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到16%以上，瓦斯氣體會(huì)失去其爆炸性。而當(dāng)?shù)V井通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題而引起瓦斯積聚或發(fā)生突然的煤與瓦斯突出時(shí)，瓦斯?jié)舛葧?huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到這一濃度范圍。

（2）適合的氧氣濃度。通過以往實(shí)驗(yàn)證明，瓦斯的爆炸界限會(huì)隨著氧氣濃度的降低而減小，在氧氣濃度減少到12%以下時(shí)瓦斯氣體會(huì)失去爆炸性。而在井下實(shí)際環(huán)境中，通過對(duì)巷道進(jìn)行通風(fēng)，礦井空氣中氧氣的濃度一般會(huì)在20%以上。因此，氧氣濃度這一條件始終存在。

（3）點(diǎn)火源。在正常的大氣環(huán)境下，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃

，最小點(diǎn)燃能量為0.28mJ。煤礦井下引爆瓦斯的火源有爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花等。

3 防治瓦斯爆炸的技術(shù)措施

3.1 瓦斯抽放

提前對(duì)煤層中賦存的瓦斯氣體進(jìn)行抽采，不但可以降低作業(yè)時(shí)的瓦斯?jié)舛?，而且抽采出來的瓦斯氣體還可以進(jìn)行進(jìn)一步的利用，比如作為汽車的燃料或者進(jìn)行瓦斯發(fā)電。而瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放等;抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等。目前，瓦斯抽放已在我國多個(gè)地區(qū)得到了應(yīng)用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 預(yù)防點(diǎn)火源的出現(xiàn)

在礦井生產(chǎn)中，要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程有可能引發(fā)的點(diǎn)火源進(jìn)行全面控制，對(duì)火源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成有效的防治措施。通過建立相應(yīng)的各種安全監(jiān)控系統(tǒng)， 采用檢測(cè)傳感器、報(bào)警儀等設(shè)備， 形成煤礦井下瓦斯控制的安全監(jiān)控系統(tǒng)，提前預(yù)防火源的出現(xiàn)并在火源出現(xiàn)后及時(shí)進(jìn)行控制。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)員工的意識(shí)教育，防止因違規(guī)操作產(chǎn)生火星而造成瓦斯爆炸。

3.3 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，多起瓦斯爆炸事故是由于通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理引起風(fēng)流短路，造成供風(fēng)地點(diǎn)所需風(fēng)量不足，瓦斯大量積聚從而引起瓦斯爆炸事故。因此，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的管理，貫徹“以風(fēng)定產(chǎn)”的方針，是防治瓦斯爆炸必不可少的措施。

3.4 采取抑爆措施

礦井抑爆措施是防治瓦斯爆炸的最后一種手段，目前通用的抑爆裝置有兩種。

（1）使用防爆水棚及防爆巖粉棚。在接近巷道頂板處設(shè)置一系列的臺(tái)板，在臺(tái)板之上放置一系列的巖粉棚或者水袋。當(dāng)爆炸沖擊波到達(dá)時(shí)，將臺(tái)板沖垮，使巖粉和水及彌散在巷道中，吸收爆炸火焰產(chǎn)生的熱量，抑制爆炸火焰的傳播。

（2）自動(dòng)式防爆棚。使用壓力或溫度傳感器，在爆炸發(fā)生時(shí)提前檢測(cè)爆炸沖擊波的到來，及時(shí)將預(yù)先放置的水、巖粉、N2、CO2等噴灑到巷道中，從而達(dá)到自動(dòng)、準(zhǔn)確、可靠地?fù)錅绫ɑ鹧妫乐贡拥哪康摹?/p>

3.5 提高企業(yè)管理水平

提高煤礦企業(yè)的管理水平是瓦斯防治工作的重中之重，加強(qiáng)對(duì)工作隊(duì)伍，工作現(xiàn)場(chǎng)的管理，才能防患于未然，保證采掘工作的順利進(jìn)行。首先，要提高管理人員的意識(shí)。其次，建立一套完善的管理系統(tǒng)。同時(shí)要求員工學(xué)習(xí)相應(yīng)的規(guī)章制度并予與施行，落實(shí)“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的國家安全生產(chǎn)方針。

4 結(jié)束語

一直到本世紀(jì)中期，煤炭依然會(huì)是我國使用的主要能源。由于煤礦井下采掘系統(tǒng)的復(fù)雜性，短期內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)智能采礦、無人采礦，瓦斯爆炸災(zāi)害仍然是我國煤礦安全生產(chǎn)過程中最主要的威脅，因此，提高煤礦瓦斯災(zāi)害的預(yù)防與控制措施，對(duì)促進(jìn)我國煤炭工業(yè)安全的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

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