煤礦瓦斯爆炸知識(shí)

煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治方法煤礦在開(kāi)采煤炭資源過(guò)程中會(huì)伴隨著多種災(zāi)害事故的發(fā)生，如瓦斯爆炸、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、中毒、窒息、火災(zāi)、透水、頂板冒落等。在這些事故中瓦斯爆炸無(wú)疑是最嚴(yán)重的，它不光是造成的損失最大，發(fā)生的頻率也是最大的，根據(jù)每年國(guó)家煤監(jiān)局的事故統(tǒng)計(jì)來(lái)看，煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故中，絕大多數(shù)是瓦斯爆炸，約占特大事故總數(shù)的70%左右，為此，瓦斯可稱(chēng)為煤礦安全的最大威脅者。所以，分析瓦斯爆炸原因，制訂瓦斯防治對(duì)策，就顯得尤為重要。1.瓦斯爆炸特點(diǎn)根據(jù)多年對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故統(tǒng)計(jì)分析，可以發(fā)現(xiàn)有如下一些特點(diǎn)：①瓦斯爆炸多為特大事故，造成的損失巨大；②事故地點(diǎn)多發(fā)生在采煤與掘進(jìn)工作面；③瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大，破壞力極強(qiáng)；④多為火花引爆；⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發(fā)生；⑥瓦斯爆炸多發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦；⑦基建、技改礦井和轉(zhuǎn)制礦井瓦斯爆炸事故容易發(fā)生等。2.事故原因分析煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故是由很多原因造成的，但總的來(lái)說(shuō)分為客觀原因和主觀原因兩種。主觀原因就是瓦斯積聚和引爆火源的存在；客觀原因與自然條件、安全技術(shù)手段、安全裝備水平、安全意識(shí)和管理水平等有關(guān)，發(fā)生瓦斯爆炸事故往往就是以上原因相互作用所導(dǎo)致的。⑴瓦斯積聚的存在煤礦井下造成瓦斯積聚的原因很多，但主要有通風(fēng)系統(tǒng)不合理和局部通風(fēng)管理不善是瓦斯積聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有22起主要是因通風(fēng)系統(tǒng)不合理，存在風(fēng)流短路、多次串聯(lián)和循環(huán)風(fēng)，造成供風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量不足而引起瓦斯積聚；有9起主要是因局部通風(fēng)機(jī)安裝位置不當(dāng)，風(fēng)筒未延伸到供風(fēng)點(diǎn)或脫落引起供風(fēng)點(diǎn)有效風(fēng)量不足而造成瓦斯積聚；有2起事故主要是因停電停風(fēng)而引起瓦斯積聚；有1起是盲巷積聚的瓦斯被引爆。⑵引爆火源的存在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、煤炭自燃等。但放炮和電器設(shè)備產(chǎn)生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有16起是由放炮產(chǎn)生的火花引爆的；有15起事故是由電器設(shè)備及電源線電火花引爆的。⑶煤礦開(kāi)采條件差我國(guó)煤礦井下開(kāi)采條件普遍較差，特別是南方煤礦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年全國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦共有580處礦井進(jìn)行了瓦斯等級(jí)鑒定，其中高瓦斯礦井160處，低瓦斯礦井298處，煤與瓦斯突出礦井122處，有自然發(fā)火礦井372處，占64%，有煤塵爆炸危險(xiǎn)礦井427處，占73.6%.⑷裝備不足、管理不落實(shí)礦井安全裝備配置不足，“先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”方針未得到完全落實(shí)。如2005年發(fā)生的41起特大瓦斯事故中，有的礦井沒(méi)有安裝瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)或運(yùn)行不正常，有的礦井雖安裝了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，但因傳感器數(shù)量不足、安裝位置不對(duì)、線路存在故障、顯示器不顯示數(shù)據(jù)等問(wèn)題，不能有效發(fā)揮其應(yīng)有的作用。此外鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦發(fā)生的特大瓦斯事故都沒(méi)有裝備瓦斯抽放系統(tǒng)或抽放系統(tǒng)不能有效運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)也不能有效發(fā)揮作用。如內(nèi)蒙古烏海市烏達(dá)區(qū)巴音賽煤焦有限責(zé)任公司某礦井雖安裝了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，但在其實(shí)際開(kāi)采區(qū)域卻并沒(méi)有瓦斯傳感器，造成了特大瓦斯事故的發(fā)生，死亡16人。⑸管理水平低許多事故分析發(fā)現(xiàn)，違章操作或管理不當(dāng)而造成了一些本可避免的事故，但未引起重視，最終釀成特大瓦斯爆炸事故。因此，管理水平和職工的安全意識(shí)對(duì)于煤礦的長(zhǎng)期安全生產(chǎn)起到了舉足輕重的作用。⑹企業(yè)技術(shù)管理薄弱一些煤礦企業(yè)由于采煤方法落后，礦井采掘布置不合理，通風(fēng)系統(tǒng)不完善，此外，作業(yè)規(guī)程編制不符合實(shí)際，針對(duì)性不強(qiáng)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重隱患。發(fā)生在煤礦井下的瓦斯爆炸事故是最嚴(yán)重的煤礦災(zāi)害，通常造成大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。不論是事故的防治，還是進(jìn)行事故的處理、調(diào)查，都需要了解和研究瓦斯爆炸發(fā)生、發(fā)展的基本特性。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)瓦斯爆炸事故的認(rèn)識(shí)僅僅局限于爆炸發(fā)生的三要素，即：瓦斯爆炸濃度區(qū)間、點(diǎn)燃源和混合氣體中氧含量上，缺乏對(duì)這一現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。本文試圖從更深入的角度來(lái)闡述發(fā)生在煤礦井下的瓦斯爆炸事故的一些基本特性?？?爆炸發(fā)生的條件在瓦斯爆炸三要素中最容易獲得的條件是空氣中的氧氣含量，爆炸發(fā)生要求的條件是大于12%。在正常通風(fēng)風(fēng)流中氧氣的濃度通常大于20%，而引起其濃度下降的原因有兩個(gè)：自身的消耗和其它氣體涌入后的稀釋。瓦斯爆炸和火災(zāi)都會(huì)消耗空氣中的氧，但由于風(fēng)流的流動(dòng)，對(duì)于開(kāi)放的區(qū)域空氣中的氧氣可以迅速得到補(bǔ)充。封閉區(qū)域內(nèi)氧濃度受到多種因素的影響，準(zhǔn)確估算通常十分困難，直接測(cè)量可能是更有效的手段。瓦斯爆炸發(fā)生后，對(duì)災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行大范圍的封閉（基于安全的考慮）通常不是一個(gè)好的辦法，特別是高瓦斯礦井，不能期望封閉會(huì)阻止區(qū)域內(nèi)爆炸的再次發(fā)生，因?yàn)榕c封閉區(qū)域內(nèi)空氣中氧氣的量相比，再次發(fā)生爆炸消耗的量只占很小的部分，何況還可能有漏風(fēng)存在。瓦斯涌入空氣中會(huì)擠占空氣的體積，如20%氧濃度的空氣中涌入瓦斯后，瓦斯?jié)舛冗_(dá)10%時(shí)，氧氣的濃度降低到18%。這一過(guò)程在封閉的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)十分顯著。0.28MJ的點(diǎn)燃能量就足以引起瓦斯爆炸，因此，瓦斯爆炸的點(diǎn)燃源是最難控制的因素。從空間上來(lái)看，點(diǎn)燃是從很小的一個(gè)點(diǎn)發(fā)展開(kāi)來(lái)的，因此，集中放散的任何形式的能量都很容易點(diǎn)燃瓦斯，而均勻加熱的一塊熱板，只有達(dá)到很高的溫度（如接近瓦斯的自燃溫度650°C）才能點(diǎn)燃瓦斯。例如，從頂板落下的一塊巖石，如果是落在輸送機(jī)膠帶上，則能量被柔軟的膠帶分散，因此很難引燃瓦斯；而如果是落在堅(jiān)硬的機(jī)械設(shè)備表面或巖石上，能量集中在撞擊點(diǎn)上放散，則很可能產(chǎn)生足以引燃瓦斯的火花。煤礦井下引起瓦斯爆炸的點(diǎn)燃源主要有如下幾類(lèi)：口（1）機(jī)械類(lèi)包括機(jī)械運(yùn)行中的摩擦、堅(jiān)硬巖石及鋼鐵支架、設(shè)備之間的撞擊。（2）電氣類(lèi)與輸電線路、電氣設(shè)備有關(guān)的電火花、電弧、電器失爆等?？冢?）火焰類(lèi)有燃燒反應(yīng)的點(diǎn)燃，如吸煙、火災(zāi)、氣體切割和焊接等。（4）炸藥類(lèi)與炸藥爆破有關(guān)的點(diǎn)燃，如使用非許可炸藥、鉆孔充填不當(dāng)引起爆破火焰等?？冢?）其它類(lèi)上述不包含的點(diǎn)燃，如閃電、壓縮管路破裂氣體噴出等。實(shí)驗(yàn)表明高能量的點(diǎn)燃源可以引起更加強(qiáng)烈的爆炸，而且瓦斯空氣混合氣體的爆炸下限也大大下降，10000J的點(diǎn)燃源可以引爆濃度3.6%的瓦斯。風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仁潜ㄈ刂凶钊菀卓刂频囊蛩?，也是防治瓦斯爆炸最根本的方法。瓦斯從暴露的煤壁、采空區(qū)及與瓦斯源溝通的巖石裂縫涌出到風(fēng)流中，通常積聚在有瓦斯涌出源且無(wú)風(fēng)或風(fēng)量過(guò)小的空間。當(dāng)有其它可燃?xì)怏w混入瓦斯空氣混合氣體中時(shí)，會(huì)造成兩個(gè)方面的重要影響，一是改變了混合氣體的爆炸下限，這可以使用如下的里查特（LeChatelier）法則計(jì)算；二是降低了混合氣體中氧氣的濃度。（略）在礦井災(zāi)變狀況下，風(fēng)流中的氧氣被消耗或惰氣滅火時(shí)人為加入了過(guò)量的惰氣，這時(shí)，混合氣體中氧氣與惰氣的比例就不再保持正常情況下的比例，計(jì)算這種混合氣體的爆炸界限需要用到更復(fù)雜的方法以確定爆炸三角形。在井下局部區(qū)域瓦斯?jié)舛冗_(dá)到