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。
參考文獻(xiàn):
[1]林柏泉,翟成.煤炭開采過程中誘發(fā)的瓦斯爆炸機(jī)理及預(yù)防措施[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2006(01).
[2]牛澤光.煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治[J].山東煤炭科技,2014
(09).
[3]李子文,姜海鵬,高亞斌.煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治措施[J].中國煤炭,2009(04).
[4]王健,杜賢流.煤礦瓦斯爆炸原因分析與防治對(duì)策[J].煤炭工程,2006(09).