浅谈煤矿瓦斯爆炸及其预防措施
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[摘 要]矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。在近代煤炭开采史上，瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。因此，预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康持续发展具有十分重要的意义。
[关键词]瓦斯爆炸；原因；控制；预防措施
中图分类号：F230-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0252-01
矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。在近代煤炭开采史上，瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。因此，分析瓦斯爆炸原因，制订防治对策，预防瓦斯灾害对煤炭工业健康持续发展是具有十分重要的意义。
1、瓦斯爆炸的产生及其危害
1.1瓦斯爆炸的产生
瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。一旦有火花与之接触，自然就可以点燃了。在瓦斯泄露之后，由于它迅速的扩散到各处，与空气又充分的混合在一起，遇到火花自然就会被点燃，产生很大的热，气体瞬间膨胀，向四周产生了一个很大的冲击力，即产生爆炸。爆炸性的混合氣体与高温火源同时存在，就引起瓦斯的初燃，初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成亲的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。
从上述可见，满足瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。三个条件缺少其中任何一个均不能发生瓦斯爆炸。瓦斯爆炸是在一定瓦斯浓度范围内发生的，这个浓度范围叫做爆炸界限。最低浓度界限叫做爆炸下限，最高浓度界限叫做爆炸上线。在新鲜空气中瓦斯爆炸界限一般为5%～16%。
当瓦斯浓度低于5%时，遇火源不爆炸，只在火焰外围呈浅蓝色或淡青色燃烧层。当瓦斯浓度高于16%时，遇火源既不燃烧也不会爆炸。但是，如果继续供给新鲜空气，将使瓦斯浓度降到爆炸界限以内，发生瓦斯爆炸。瓦斯浓度达到9.5%时，瓦斯爆炸时混合气体中的氧气和瓦斯全部参与爆炸，化学反应最完全，爆炸威力最强。
瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它与很多因素有关，例如，在混合气体中混入其他可燃气体和煤尘，或者混合气体的压力和温度升高，将使瓦斯爆炸界限扩大；如果混入惰性气体，还可以使爆炸界限缩小，甚至失去爆炸性，所以应该引起注意。
一般认为，瓦斯的引燃温度为650℃～750℃。但因受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7～8%时，最易引燃，当混合气体的压力增高，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长、越易引燃沼气。
高温火源的存在是引起沼气爆炸的必要条件之一。井下抽烟、电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火作业等都易引起沼气爆炸。
1.2瓦斯爆炸的危害
1.2.1瓦斯的性质
矿井瓦斯通常指赋存在煤层及岩层中并能涌入矿井的以甲烷为主的天然气。它是无色、无味、无臭的气体，难溶于水，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度为0.554，在标准状态下的密度为0.716，所以它容易在巷道的顶部、上帮等较高的地方聚焦。瓦斯的扩散性很强，是空气的1.6倍，能从邻近层穿过裂缝逸散。空气中甲烷浓度的增高会导致氧气浓度的降低，当空气中甲烷浓度为43%时，氧气浓度降至12%，人会感到呼吸困难；当空气中甲烷浓度为57%时，氧气浓度降至9%，人会处于昏迷状态。甲烷在空气中达到一定浓度后，遇到高温热源能燃烧和爆炸。瓦斯的燃烧、爆炸性是矿井主要灾害之一。
1.2.2产生的危害
在煤矿资源开采过程中，发生瓦斯爆炸造成的后果极其严重。其危害主要表现在以下几个方面：
（1）爆炸产生高温。爆炸时产生的热量，使周围气体温度迅速升高，爆炸瞬间的温度为1850℃—2650℃。这样的高温，会造成人员伤亡，并可能引起火灾，烧毁设备、设施，损坏巷道；
（2）爆炸产生高压气体和强大冲击波。由于爆炸时气体温度骤然升高，引起爆源附近气体体积急速膨胀，气体压力突然增大，形成强大的高压冲击波。强大的冲击波可使井下人员遭受伤亡，严重摧毁巷道支架、井下设施和设备，造成巷道顶板冒落。此外，在爆炸冲击波的作用下，会使另外积存的瓦斯冲出，并能扬起大量煤尘，从而造成瓦斯或煤尘的连续爆炸，使灾害扩大；
（3）爆炸产生大量的有毒、有害气体。瓦斯爆炸要消耗大量氧气，同时伴生大量的有害气体，其中主要是一氧化碳和二氧化碳。若有煤尘参与爆炸，产生的一氧化碳气体会更多，造成的人员伤亡更严重。
2、预防瓦斯爆炸的措施
由于井下空气中氧浓度不能低于20%，因此，预防瓦斯爆炸的有效措施，主要有从防止瓦斯积聚和消除火源着手。
2.1防止瓦斯积聚的措施
所谓瓦斯积聚是指瓦斯浓度超过2%，其体积超过0.5m3的现象。
（1）加强通风
矿井通风的基本任务之一就是把瓦斯等有害气体及粉尘稀释到安全浓度以下，并排至矿井以外。所以，加强通风既是防止瓦斯积聚的基本方法，也是主要措施。
（2）及时处理局部积存瓦斯
生产中容易积存瓦斯的点有：采煤工作面的上隅角和采空区边界，顶板垮落的空洞内，低风速巷道的顶板附近以及停风的盲巷，采煤工作面采空区边界处以及采煤机附近，煤壁炮窝，枝头柱脚，煤巷掘进工作面的迎头处。应向瓦斯积存地点加大风量或提高风速，将瓦斯冲淡排出；引风将盲巷和顶板空洞内积存的瓦斯排出；必要时要采取抽放瓦斯的措施。及时处理局部积存的瓦斯，是矿井日常瓦斯管理的重要内容，也是预防瓦斯爆炸事故，搞好安全生产的关键工作。 （3）抽放瓦斯
对于瓦斯含量大的煤层，进行瓦斯抽放，以降低煤层及采空区的瓦斯涌出量。
（4）经常检查瓦斯浓度和通风状况
2.2防止瓦斯燃烧的措施
生产中可能发生的热源，必须严加管理和控制，防止它的发生或限定其引燃瓦斯的能力。
（1）加强明火管理。井口房、瓦斯抽放站及扇风机周围20m内禁止使用明火。
（2）消除电器火花。
（3）防止静电火源。
（4）防止摩擦火花。
（5）严格放炮制度。
（6）严格掘进工作面的局部通风机管理工作，局部通风机要设有风电闭锁装置。
（7）瓦斯矿井要使用安全照明灯，井下禁止打开矿灯，禁止携带烟草及点火工具下井。
2.3防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施
井下一旦发生瓦斯爆炸事故，就要尽量防止灾害的扩大，万一发生爆炸，要采取下列措施：
（1）主要通风机必须安装正反风装置，井下主要风门要安设反风设施，定期进行反风试验。
（2）装有主要通风机的分区通风的出风井口，必须安设防爆门，防止发生爆炸时通风机遭到破坏。
（3）实行分区通风。
（4）矿井通风系统应力求简单，无用的巷道和采空区及时封闭。
（5）在礦井两翼、相邻的采区、相邻的煤层之间设置水栅或岩粉棚，防止爆炸事故范围扩大。
（6）编制矿井灾害预防及处理计划，并贯彻到每名员工中，如有发生事故，能及时处理，防止灾害扩大。
瓦斯爆炸事故的防治，必须要有完善可靠的安全装备和采取有效措施，更要加强安全教育和安全监管，培养矿工安全意识，安全时刻放心中，将安全放在第一位，合理加大安全投入。
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