煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治措施

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　　摘 要：我国高瓦斯矿井数量多，分布范围广，而瓦斯爆炸破坏性强、经济损失大、人员伤亡多，常常被称为煤矿安全生产中的“第一杀手”。本文分析了瓦斯爆炸发生的原因，提出了瓦斯爆炸的防治手段， 为瓦斯爆炸的防治提供思路与方法。
　　关键词：煤矿安全;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 瓦斯爆炸会形成高温环境
　　 瓦斯爆炸事故发生时会释放出巨大的热量，发生爆炸时的温度最高可达2000多摄氏度，如此高的温度会对人员的生命健康安全造成极大的威胁，造成人员伤亡，并会引发火灾，烧毁设备，设施，对巷道产生破坏。
　　1.2 瓦斯爆炸会产生高压
　　 瓦斯爆炸时释放出的的热量会使井下温度迅速升高，引起爆炸源附近空气的体积在极短的时间内膨胀，压力迅速增大，从而产生能量很大的气体冲击波。冲击波在巷道内迅速传播并会对井下的设备设施造成危害甚至对人员的生命健康产生威胁。
　　1.3 瓦斯爆炸会在井下产生有害气体
　　 瓦斯爆炸的本质是剧烈的燃烧反应，因此在这一过程中会消耗氧气，同时产生大量的一氧化碳和二氧化碳气体。而在井下发生瓦斯爆炸往往会有煤尘参与，使爆炸的威力更大，产生更多的一氧化碳气体。根据以往的统计数据，瓦斯爆炸事故中很大一部分人员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
　　 瓦斯爆炸在本质上是一种剧烈的燃烧反应，这类反应的过程极为复杂，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质。瓦斯气体吸收足够的热量后，气体分子的链会立刻断裂，离解成多个游离基。游离基很活泼，条件适合时，游离基又可以继续分解，再形成多个游离基。这样一直反应下去游离基会越来越多，反应速率也越来越大，最终产生爆炸。
　　2.2 发生瓦斯爆炸的条件
　　 瓦斯气体中主要成分为甲烷，而甲烷与氧气发生反应的化学方程式为：CH4+2O2→CO2+2H2O，条件为点燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸发生的条件为适合的氧气浓度、点火源、以及足够的瓦斯浓度。
　　 （1）足够的瓦斯浓度。瓦斯爆炸的界限约为为5%～16%。当瓦斯的浓度低于5%时，不会爆炸。当瓦斯浓度达到9.5%时，这时由于氧和甲烷气体完全反应，所以爆炸的威力最大。而当瓦斯浓度达到16%以上，瓦斯气体会失去其爆炸性。而当矿井通风系统出现问题而引起瓦斯积聚或发生突然的煤与瓦斯突出时，瓦斯浓度会在很短的时间内达到这一浓度范围。
　　 （2）适合的氧气浓度。通过以往实验证明，瓦斯的爆炸界限会随着氧气浓度的降低而减小，在氧气浓度减少到12%以下时瓦斯气体会失去爆炸性。而在井下实际环境中，通过对巷道进行通风，矿井空气中氧气的浓度一般会在20%以上。因此，氧气浓度这一条件始终存在。
　　 （3）点火源。在正常的大气环境下，瓦斯的引火温度为650℃～750℃
　　，最小点燃能量为0.28mJ。煤矿井下引爆瓦斯的火源有爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花等。
　　3 防治瓦斯爆炸的技术措施
　　3.1 瓦斯抽放
　　 提前对煤层中赋存的瓦斯气体进行抽采，不但可以降低作业时的瓦斯浓度，而且抽采出来的瓦斯气体还可以进行进一步的利用，比如作为汽车的燃料或者进行瓦斯发电。而瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等;抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。目前，瓦斯抽放已在我国多个地区得到了应用并产生了巨大的经济效益。
　　3.2 预防点火源的出现
　　 在矿井生产中，要对整个生产过程有可能引发的点火源进行全面控制，对火源进行实时监控，形成有效的防治措施。通过建立相应的各种安全监控系统， 采用检测传感器、报警仪等设备， 形成煤矿井下瓦斯控制的安全监控系统，提前预防火源的出现并在火源出现后及时进行控制。同时，加强对员工的意识教育，防止因违规操作产生火星而造成瓦斯爆炸。
　　3.3 优化通风系统
　　 据统计，多起瓦斯爆炸事故是由于通风系统的设计不合理引起风流短路，造成供风地点所需风量不足，瓦斯大量积聚从而引起瓦斯爆炸事故。因此，优化通风系统，加强对通风系统的管理，贯彻“以风定产”的方针，是防治瓦斯爆炸必不可少的措施。
　　3.4 采取抑爆措施
　　 矿井抑爆措施是防治瓦斯爆炸的最后一种手段，目前通用的抑爆装置有两种。
　　 （1）使用防爆水棚及防爆岩粉棚。在接近巷道顶板处设置一系列的台板，在台板之上放置一系列的岩粉棚或者水袋。当爆炸冲击波到达时，将台板冲垮，使岩粉和水及弥散在巷道中，吸收爆炸火焰产生的热量，抑制爆炸火焰的传播。
　　 （2）自动式防爆棚。使用压力或温度传感器，在爆炸发生时提前检测爆炸冲击波的到来，及时将预先放置的水、岩粉、N2、CO2等喷洒到巷道中，从而达到自动、准确、可靠地扑灭爆炸火焰，防止爆炸蔓延的目的。
　　3.5 提高企业管理水平
　　 提高煤矿企业的管理水平是瓦斯防治工作的重中之重，加强对工作队伍，工作现场的管理，才能防患于未然，保证采掘工作的顺利进行。首先，要提高管理人员的意识。其次，建立一套完善的管理系统。同时要求员工学习相应的规章制度并予与施行，落实“安全第一，预防为主，综合治理”的国家安全生产方针。
　　4 结束语
　　 一直到本世纪中期，煤炭依然会是我国使用的主要能源。由于煤矿井下采掘系统的复杂性，短期内不能实现智能采矿、无人采矿，瓦斯爆炸灾害仍然是我国煤矿安全生產过程中最主要的威胁，因此，提高煤矿瓦斯灾害的预防与控制措施，对促进我国煤炭工业安全的可持续发展具有十分重大的社会、经济意义和推广应用价值。
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