淺談煤礦瓦斯爆炸及其預(yù)防措施

礦井瓦斯是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要自然因素之一。在近代煤炭開采史上，瓦斯災(zāi)害每年都造成許多人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。因此，分析瓦斯爆炸原因，制訂防治對策，預(yù)防瓦斯災(zāi)害對煤炭工業(yè)健康持續(xù)發(fā)展是具有十分重要的意義。
　　1、瓦斯爆炸的產(chǎn)生及其危害
　　1.1瓦斯爆炸的產(chǎn)生
　　瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。一旦有火花與之接觸，自然就可以點(diǎn)燃了。在瓦斯泄露之后，由于它迅速的擴(kuò)散到各處，與空氣又充分的混合在一起，遇到火花自然就會被點(diǎn)燃，產(chǎn)生很大的熱，氣體瞬間膨脹，向四周產(chǎn)生了一個很大的沖擊力，即產(chǎn)生爆炸。爆炸性的混合氣體與高溫火源同時(shí)存在，就引起瓦斯的初燃，初燃產(chǎn)生以一定速度移動的焰面，焰面后的爆炸產(chǎn)物具有很高的溫度，由于熱量集中而使爆源氣體產(chǎn)生高溫和高壓并急劇膨脹而形成沖擊波。如果巷道頂板附近或冒落孔內(nèi)積存著瓦斯，或者巷道中有沉落的煤塵，在沖擊波的作用下，它們就能均勻分布，形成親的爆炸混合物，使爆炸過程得以繼續(xù)下去。
　　從上述可見，滿足瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。三個條件缺少其中任何一個均不能發(fā)生瓦斯爆炸。瓦斯爆炸是在一定瓦斯?jié)舛确秶鷥?nèi)發(fā)生的，這個濃度范圍叫做爆炸界限。最低濃度界限叫做爆炸下限，最高濃度界限叫做爆炸上線。在新鮮空氣中瓦斯爆炸界限一般為5%～16%。
　　當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，遇火源不爆炸，只在火焰外圍呈淺藍(lán)色或淡青色燃燒層。當(dāng)瓦斯?jié)舛雀哂?6%時(shí)，遇火源既不燃燒也不會爆炸。但是，如果繼續(xù)供給新鮮空氣，將使瓦斯?jié)舛冉档奖ń缦抟詢?nèi)，發(fā)生瓦斯爆炸。瓦斯?jié)舛冗_(dá)到9.5%時(shí)，瓦斯爆炸時(shí)混合氣體中的氧氣和瓦斯全部參與爆炸，化學(xué)反應(yīng)最完全，爆炸威力最強(qiáng)。
　　瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它與很多因素有關(guān)，例如，在混合氣體中混入其他可燃?xì)怏w和煤塵，或者混合氣體的壓力和溫度升高，將使瓦斯爆炸界限擴(kuò)大；如果混入惰性氣體，還可以使爆炸界限縮小，甚至失去爆炸性，所以應(yīng)該引起注意。
　　一般認(rèn)為，瓦斯的引燃溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當(dāng)瓦斯含量在7～8%時(shí)，最易引燃，當(dāng)混合氣體的壓力增高，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長、越易引燃沼氣。
　　高溫火源的存在是引起沼氣爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業(yè)等都易引起沼氣爆炸。
　　1.2瓦斯爆炸的危害
　　1.2.1瓦斯的性質(zhì)
　　礦井瓦斯通常指賦存在煤層及巖層中并能涌入礦井的以甲烷為主的天然氣。它是無色、無味、無臭的氣體，難溶于水，但有時(shí)可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳?xì)錃怏w同瓦斯同時(shí)涌出的緣故。瓦斯對空氣的相對密度為0.554，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.716，所以它容易在巷道的頂部、上幫等較高的地方聚焦。瓦斯的擴(kuò)散性很強(qiáng)，是空氣的1.6倍，能從鄰近層穿過裂縫逸散?？諝庵屑淄闈舛鹊脑龈邥?dǎo)致氧氣濃度的降低，當(dāng)空氣中甲烷濃度為43%時(shí)，氧氣濃度降至12%，人會感到呼吸困難；當(dāng)空氣中甲烷濃度為57%時(shí)，氧氣濃度降至9%，人會處于昏迷狀態(tài)。甲烷在空氣中達(dá)到一定濃度后，遇到高溫?zé)嵩茨苋紵捅?。瓦斯的燃燒、爆炸性是礦井主要災(zāi)害之一。
　　1.2.2產(chǎn)生的危害
　　在煤礦資源開采過程中，發(fā)生瓦斯爆炸造成的后果極其嚴(yán)重。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
　?。?）爆炸產(chǎn)生高溫。爆炸時(shí)產(chǎn)生的熱量，使周圍氣體溫度迅速升高，爆炸瞬間的溫度為1850℃—2650℃。這樣的高溫，會造成人員傷亡，并可能引起火災(zāi)，燒毀設(shè)備、設(shè)施，損壞巷道；
　?。?）爆炸產(chǎn)生高壓氣體和強(qiáng)大沖擊波。由于爆炸時(shí)氣體溫度驟然升高，引起爆源附近氣體體積急速膨脹，氣體壓力突然增大，形成強(qiáng)大的高壓沖擊波。強(qiáng)大的沖擊波可使井下人員遭受傷亡，嚴(yán)重摧毀巷道支架、井下設(shè)施和設(shè)備，造成巷道頂板冒落。此外，在爆炸沖擊波的作用下，會使另外積存的瓦斯沖出，并能揚(yáng)起大量煤塵，從而造成瓦斯或煤塵的連續(xù)爆炸，使災(zāi)害擴(kuò)大；
　　（3）爆炸產(chǎn)生大量的有毒、有害氣體。瓦斯爆炸要消耗大量氧氣，同時(shí)伴生大量的有害氣體，其中主要是一氧化碳和二氧化碳。若有煤塵參與爆炸，產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w會更多，造成的人員傷亡更嚴(yán)重。
　　2、預(yù)防瓦斯爆炸的措施
　　由于井下空氣中氧濃度不能低于20%，因此，預(yù)防瓦斯爆炸的有效措施，主要有從防止瓦斯積聚和消除火源著手。
　　2.1防止瓦斯積聚的措施
　　所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^2%，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。
　?。?）加強(qiáng)通風(fēng)
　　礦井通風(fēng)的基本任務(wù)之一就是把瓦斯等有害氣體及粉塵稀釋到安全濃度以下，并排至礦井以外。所以，加強(qiáng)通風(fēng)既是防止瓦斯積聚的基本方法，也是主要措施。
　　（2）及時(shí)處理局部積存瓦斯
　　生產(chǎn)中容易積存瓦斯的點(diǎn)有：采煤工作面的上隅角和采空區(qū)邊界，頂板垮落的空洞內(nèi)，低風(fēng)速巷道的頂板附近以及停風(fēng)的盲巷，采煤工作面采空區(qū)邊界處以及采煤機(jī)附近，煤壁炮窩，枝頭柱腳，煤巷掘進(jìn)工作面的迎頭處。應(yīng)向瓦斯積存地點(diǎn)加大風(fēng)量或提高風(fēng)速，將瓦斯沖淡排出；引風(fēng)將盲巷和頂板空洞內(nèi)積存的瓦斯排出；必要時(shí)要采取抽放瓦斯的措施。及時(shí)處理局部積存的瓦斯，是礦井日常瓦斯管理的重要內(nèi)容，也是預(yù)防瓦斯爆炸事故，搞好安全生產(chǎn)的關(guān)鍵工作。 　　（3）抽放瓦斯
　　對于瓦斯含量大的煤層，進(jìn)行瓦斯抽放，以降低煤層及采空區(qū)的瓦斯涌出量。
　?。?）經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)狀況
　　2.2防止瓦斯燃燒的措施
　　生產(chǎn)中可能發(fā)生的熱源，必須嚴(yán)加管理和控制，防止它的發(fā)生或限定其引燃瓦斯的能力。
　?。?）加強(qiáng)明火管理。井口房、瓦斯抽放站及扇風(fēng)機(jī)周圍20m內(nèi)禁止使用明火。
　　（2）消除電器火花。
　　（3）防止靜電火源。
　?。?）防止摩擦火花。
　?。?）嚴(yán)格放炮制度。
　?。?）嚴(yán)格掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)管理工作，局部通風(fēng)機(jī)要設(shè)有風(fēng)電閉鎖裝置。
　　（7）瓦斯礦井要使用安全照明燈，井下禁止打開礦燈，禁止攜帶煙草及點(diǎn)火工具下井。
　　2.3防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴(kuò)大的措施
　　井下一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故，就要盡量防止災(zāi)害的擴(kuò)大，萬一發(fā)生爆炸，要采取下列措施：
　　（1）主要通風(fēng)機(jī)必須安裝正反風(fēng)裝置，井下主要風(fēng)門要安設(shè)反風(fēng)設(shè)施，定期進(jìn)行反風(fēng)試驗(yàn)。
　?。?）裝有主要通風(fēng)機(jī)的分區(qū)通風(fēng)的出風(fēng)井口，必須安設(shè)防爆門，防止發(fā)生爆炸時(shí)通風(fēng)機(jī)遭到破壞。
　?。?）實(shí)行分區(qū)通風(fēng)。
　?。?）礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)力求簡單，無用的巷道和采空區(qū)及時(shí)封閉。
　?。?）在礦井兩翼、相鄰的采區(qū)、相鄰的煤層之間設(shè)置水柵或巖粉棚，防止爆炸事故范圍擴(kuò)大。
　?。?）編制礦井災(zāi)害預(yù)防及處理計(jì)劃，并貫徹到每名員工中，如有發(fā)生事故，能及時(shí)處理，防止災(zāi)害擴(kuò)大。
　　瓦斯爆炸事故的防治，必須要有完善可靠的安全裝備和采取有效措施，更要加強(qiáng)安全教育和安全監(jiān)管，培養(yǎng)礦工安全意識，安全時(shí)刻放心中，將安全放在第一位，合理加大安全投入。