煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治措施

1 瓦斯爆炸的危害
　　1.1 瓦斯爆炸會形成高溫環(huán)境
　　 瓦斯爆炸事故發(fā)生時會釋放出巨大的熱量，發(fā)生爆炸時的溫度最高可達2000多攝氏度，如此高的溫度會對人員的生命健康安全造成極大的威脅，造成人員傷亡，并會引發(fā)火災(zāi)，燒毀設(shè)備，設(shè)施，對巷道產(chǎn)生破壞。
　　1.2 瓦斯爆炸會產(chǎn)生高壓
　　 瓦斯爆炸時釋放出的的熱量會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)迅速傳播并會對井下的設(shè)備設(shè)施造成危害甚至對人員的生命健康產(chǎn)生威脅。
　　1.3 瓦斯爆炸會在井下產(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消耗氧氣，同時產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳氣體。而在井下發(fā)生瓦斯爆炸往往會有煤塵參與，使爆炸的威力更大，產(chǎn)生更多的一氧化碳氣體。根據(jù)以往的統(tǒng)計數(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)的實質(zhì)。瓦斯氣體吸收足夠的熱量后，氣體分子的鏈會立刻斷裂，離解成多個游離基。游離基很活潑，條件適合時，游離基又可以繼續(xù)分解，再形成多個游離基。這樣一直反應(yīng)下去游離基會越來越多，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、點火源、以及足夠的瓦斯?jié)舛取?/span>
　　 （1）足夠的瓦斯?jié)舛取Ｍ咚贡ǖ慕缦藜s為為5%～16%。當瓦斯的濃度低于5%時，不會爆炸。當瓦斯?jié)舛冗_到9.5%時，這時由于氧和甲烷氣體完全反應(yīng)，所以爆炸的威力最大。而當瓦斯?jié)舛冗_到16%以上，瓦斯氣體會失去其爆炸性。而當?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，瓦斯?jié)舛葧诤芏痰臅r間內(nèi)達到這一濃度范圍。
　　 （2）適合的氧氣濃度。通過以往實驗證明，瓦斯的爆炸界限會隨著氧氣濃度的降低而減小，在氧氣濃度減少到12%以下時瓦斯氣體會失去爆炸性。而在井下實際環(huán)境中，通過對巷道進行通風(fēng)，礦井空氣中氧氣的濃度一般會在20%以上。因此，氧氣濃度這一條件始終存在。
　　 （3）點火源。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
　　 提前對煤層中賦存的瓦斯氣體進行抽采，不但可以降低作業(yè)時的瓦斯?jié)舛?，而且抽采出來的瓦斯氣體還可以進行進一步的利用，比如作為汽車的燃料或者進行瓦斯發(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地區(qū)得到了應(yīng)用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。
　　3.2 預(yù)防點火源的出現(xiàn)
　　 在礦井生產(chǎn)中，要對整個生產(chǎn)過程有可能引發(fā)的點火源進行全面控制，對火源進行實時監(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)， 采用檢測傳感器、報警儀等設(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)后及時進行控制。同時，加強對員工的意識教育，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，多起瓦斯爆炸事故是由于通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計不合理引起風(fēng)流短路，造成供風(fēng)地點所需風(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)，加強對通風(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)置一系列的臺板，在臺板之上放置一系列的巖粉棚或者水袋。當爆炸沖擊波到達時，將臺板沖垮，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）自動式防爆棚。使用壓力或溫度傳感器，在爆炸發(fā)生時提前檢測爆炸沖擊波的到來，及時將預(yù)先放置的水、巖粉、N2、CO2等噴灑到巷道中，從而達到自動、準確、可靠地撲滅爆炸火焰，防止爆炸蔓延的目的。
　　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，加強對工作隊伍，工作現(xiàn)場的管理，才能防患于未然，保證采掘工作的順利進行。首先，要提高管理人員的意識。其次，建立一套完善的管理系統(tǒng)。同時要求員工學(xué)習(xí)相應(yīng)的規(guī)章制度并予與施行，落實“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
　　 一直到本世紀中期，煤炭依然會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，對促進我國煤炭工業(yè)安全的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的社會、經(jīng)濟意義和推廣應(yīng)用價值。