矿井瓦斯爆炸及其预防知识

　　一、瓦斯爆炸过程及其危害

　　１.瓦斯爆炸的化学反应过程

　　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。

　　最终的化学反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O

　　如果O2不足，反应的最终式为：CH4+O2=CO+H2+H2O

　　矿井瓦斯爆炸是一种热－链反应过程(也称连锁反应)。

　　２.瓦斯爆炸的产生与传播过程

　　爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，

　　初燃(初爆)→焰面→冲击波→新的爆炸混合物

　　３、瓦斯爆炸的危害

　　矿内瓦斯爆炸的有害因素是，高温、冲击波和有害气体。

　　焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度大、温度高。从正常的燃烧速度（1～2.5m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s）。焰面温度可高达2150～2650?C。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾。

　　冲击波锋面压力由几个大气压到20大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡，设备和通风设施损坏，巷道垮塌。

　　瓦斯爆炸后生成大量有害气体，某些煤矿分析爆炸后的气体成份为O26％～10％，N282％～88％，CO24％～8％，CO2％～4％。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。

　　二瓦斯爆炸的主要参数

　　1瓦斯的爆炸浓度

　　在正常的大气环境中，瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限，其最低浓度界限叫爆炸下限，其最高浓度界限叫爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为5～6％，上限为14～16％。

　　瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响，

　　其中重要的有：

　　（1）氧的浓度正常大气压和常温时，瓦斯爆炸浓度与氧浓度关系，如柯瓦德爆炸三角形所示(图9-6-1)。氧浓度降低时，爆炸下限变化不大(BE线)爆炸上限则明显降低(CE线)。氧浓度低于12％时，混合气体就失去爆炸性。

　　（2）其它可燃气体

　　混合气体中有两种以上可燃气体同时存在时，其爆炸界限决定于各可燃气体的爆炸界限和它们的浓度。可由公式求出：

　　

　　N=100/（C1/N1+C2/N2+?+Cn/Nn）（9-6-1）

　　式中N——多种可燃气体同时存在时的混合气体爆炸上限或下限，％；

　　C1、C2、C3...Cn——分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比，％；

　　C1+C2+C3+...Cn=100％

　　N1、N2、N3...Nn——分别为各可燃气体的爆炸上限或下限，％；

　　（3）煤尘煤尘具有爆炸危险，300～400℃时就能从煤尘内挥发出多种可燃气体，形成混合的爆炸气体，使瓦斯的爆炸危险性增加.

　　（4）空气压力爆炸前的初始压力对瓦斯爆炸上限有很大影响。可爆性气体压力增高，使其分子间距更为接近，碰撞几率增高。

　　（5）惰性气体可以降低瓦斯爆炸的危险性。

　　2瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量

　　瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，瓦斯-空气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩时565℃，其它情况时650℃。最低点燃能量为0.28mJ。

　　3瓦斯的引火延迟性

　　引火延迟性：瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期.

　　安全意义在井下高温热源是不可避免的，但关键是控制其存在时间在感应期内。例如，使用安全炸药爆炸时，其初温能达到2000℃左右，但高温存在时间只有16-6～10-7s，都小于瓦斯的爆炸感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药质量不合格，炮泥充填不紧或放炮操作不当，就会延长高温存在时间，一旦时间，超过感应期，就能发生瓦斯燃烧或爆炸事故

　　三、煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析

　　1、火源

　　井下的一切高温热源——电气、放炮、摩擦、静电

　　2、发生地点

　　掘进工作面占80%~90%，采煤工作面占10%~20%

　　采煤工作面发生地点上隅角，采煤机药割附近

　　掘进面发生的原因：一方面是这些地点采用局扇通风，如果局扇停止运转、风筒末端距工作面较远、风筒漏风太大或局扇供风能力不够，以致风量不足或风速过低，瓦斯容易积聚。另一方面，放炮，掘进机械，局扇，电钻等的操作管理，如不符合规定，容易产生高温火源。

　　四、预防瓦斯爆炸的措施

　　(一)防止瓦斯积聚

　　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、搞好通风有效地通风是防止瓦斯积聚的最基本最有效方法。瓦斯矿井必须做到风流稳定，有足够的风量和风速，避免循环风，局部通风风筒末端要靠近工作面，放炮时间内也不能中断通风，向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速

　　2、及时处理局部积存的瓦斯。

　　1）、采面上隅角瓦斯积聚处理；

　　(1)迫使一部分风流流经工作面上隅角，将该处积存的瓦斯冲淡排出

　　(2)全负压引排法

　　(3)高瓦斯工作面采用并联掺新的通风系统

　　(4)上隅角排放瓦斯

　　2）、综采面处理

　　(1)加大工作面风量。例如有些工作面风量高达1500～2000m3/min。为此，应扩大风巷断面与控顶宽度，改变工作面的通风系统，增加进量。

　　(2)防止采煤机附近的瓦斯积聚。可采取下列措施：

　　增加工作面风速或采煤机附近风速。国外有些研究人员认为，只要采取有效的防尘措施，工作面最大允许风速可提高到6m/s。工作面风速不能防止采煤机附近瓦斯积聚时，应采用小型局扇或风、水引射器加大机器附近的风速。采用下行风防止采煤机附近瓦斯更容易积聚。

　　3）、顶板附近层状积聚处理；

　　(1)加大巷道的平均风速，使瓦斯与空气充分地紊流混合。一般认为，防止瓦斯层状积聚的平均风速不得低于0.5～1m/s。

　　(2)加大顶板附近的风速。如在顶梁下面加导风板将风流引向顶板附近；或沿顶板铺设风筒，每隔一段距离接一短管；或铺设接有短管的压气管，将积聚的瓦斯吹散；在集中瓦斯源附近装设引射器。

　　(3)将瓦斯源封闭隔绝。如果集中瓦斯源的涌出量不大时，可采用木板和粘土将其填实隔绝，或注入砂浆等凝固材料，堵塞较大的裂隙。

　　4）、顶板冒落孔洞内积聚处理；用砂土将冒落空间填实；用导风板或风筒接岔（俗称风袖）引入风流吹散瓦斯。

　　5）、恢复有大量瓦斯积存盲巷或打开封闭

　　?.抽放瓦斯

　　4.经常检查瓦斯浓度和通风状况

　　（二）防止瓦斯引燃

　　防止瓦斯引燃的原则，是对一切非生产必需的热源，要坚决禁绝。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。

　　(三)、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施

　　万一发生爆炸，应使灾害波及范围局限在尽可能小的区域内，以减少损失。