煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治措施.doc

煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治措施 1 煤矿瓦斯的成分性质及爆炸条件的研究 1.1 矿井瓦斯的成分及性质 瓦斯由甲烷及其同系物、非烃类气体C02，N2，H2，CO，H2S以及稀有气体氦、氩等组成，其中CH4含量较高，一般在6080。CO2易溶于水且易被地下水带走，N2分子较小，运移速度快，因而，它们的含量与地下水活动及上覆盖层有关，一般靠近地表，N2和C02的含量相对偏高。瓦斯对空气的相对密度是0.554，所以，它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的扩散速度是空气的1.341.6倍，微溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。 1.2 矿井瓦斯的爆炸条件 瓦斯爆炸必须具备以下3个条件。 1瓦斯浓度。当空气中的瓦斯浓度达到516时，就达到爆炸浓度，也称爆炸界限。因矿井内涌出的可燃性气体不单纯是沼气，还有一部分重碳氢化合物，重碳氢化合物分子量越重，其爆炸下限越低。在瓦斯浓度低于5时，由于参加化学反应的瓦斯较少，不能形成能量积聚，因此不会爆炸。浓度在59.5时，瓦斯威力逐渐增强；在浓度为9.5时，因空气中的全部瓦斯和氧气都能参加反应，所以这时的爆炸威力最强。 2一定的引火温度。点燃瓦斯所需的最低温度，称为引火温度。在空气中瓦斯的引火温度是650750℃。明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的金属表面、爆破等都能引起瓦斯爆炸。 3氧气的浓度。氧气的作用是助燃，当空气中氧气的浓度超过12时，瓦斯就能爆炸，这是最容易获得的条件，因为在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20。 2 煤矿瓦斯爆炸机理和传播机理的研究 煤矿瓦斯爆炸机理是瓦斯爆炸研究的一个重要内容。瓦斯爆炸的过程是甲烷气体在外界热源激发下剧烈的热化学反应。具体反应式为 从上式可以看出瓦斯爆炸是瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学反应，生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生的动力现象。 实验结果和理论分析证实，矿井巷道中瓦斯爆炸是以冲击波方式传播的，根据传播时间和空间的推移，冲击波结构要发生变化。在起始阶段，以爆燃波方式传播，随着甲烷气体燃烧完毕，则演变为单纯空气冲击波传播。在爆炸传播方式上，瓦斯爆炸冲击波在一般条件下，以爆燃波形式传播，但在某些特殊条件下，可能演变为爆轰波。目前，在实验室已经得以证实的条件是以强能量火源引爆瓦斯气体，延长传播路线，有煤尘参与爆炸，在传播路线上设置障碍物。 3 瓦斯爆炸原因分析 3.1 瓦斯爆炸的特点 根据对煤矿瓦斯事故的统计分析，可以总结出瓦斯爆炸事故有以下特点瓦斯爆炸的威力一般较大，因此瓦斯爆炸事故多为大事故，并且会有较大的破坏范围和破坏程度；事故地点多发生在采煤与掘进工作面；瓦斯爆炸事故多数是由火花引起的；瓦斯事故发生较为普遍，在高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生；瓦斯爆炸事故多发生在乡镇小煤矿。 3.2 事故原因分析 煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关。主要是自然因素、瓦斯积聚、引爆火源、安全意识和管理水平等4个方面的因素相互作用所导致的。如图1所示。 1煤矿开采条件差。我国煤矿井下开采条件普遍较差。据统计，2007年全国国有重点煤矿共有862处矿井进行了瓦斯等级鉴定，其中高瓦斯矿井163处，低瓦斯矿井483处，煤与瓦斯突出矿井216处；有自然发火矿井483处，占56，有煤尘爆炸危险矿井608处，占71。 2瓦斯积聚的存在。瓦斯积聚是指采掘工作面及其他地点，体积大于0.5m3的空间内积聚瓦斯浓度达到或超过2的现象。瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸的根本原因。引起瓦斯积聚的原因很多，主要有局部通风机停止运转；风筒断开或严重漏风；采掘工作面风量不足；局部通风机出现循环风；风流短路；通风系统不合理、不完善；采空区或盲巷没有风流通过；瓦斯涌出异常；巷道支架背后空间及高顶区瓦斯积聚；局部地点瓦斯积聚等。 3引爆火源的存在。煤矿井下引爆瓦斯的主要火源有电气火花、爆破火花、撞击摩擦火花、静电火花、煤炭自燃产生的明火。但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。在2007年发生的特大瓦斯爆炸事故中，41是由放炮产生的火花引爆的，49是由电器设备及电源线电火花引起的。 4管理不落实，装备不足。瓦斯爆炸事故的发生，主要是由于管理上存在缺陷造成某些作业人员的违章失职。大量事实表明，多数爆炸事故是因某些特殊工作的人员如瓦斯检查工、爆破工、井下电钳工及班组长等不能尽职尽责，思想上麻痹大意，抱有侥幸心理甚至违章违纪造成的。部分矿井安全装备配置不足，“先抽后采，监测监控，以风定产”方针未得到完全落实。某些矿井为了提高生产产量，调高瓦斯探头下限，甚至使用损坏的瓦斯监测设备。更有些小煤矿虽然安装瓦斯监测系统，但由于传感器数量不足、安装位置不正确等因素仍然造成了严重的事故。 5企业技术管理薄弱，企业职工安全意识淡薄。一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善。此外，作业规程编制得不符合实际，针对性不强，均给安全生产带来了严重隐患。而企业的职工对这些不合理的情况未给予足够的重视，最终酿成重大的爆炸事故。 4 矿井瓦斯爆炸的防治措施 瓦斯爆炸事故是可以预防的，预防瓦斯爆炸就是指消除瓦斯爆炸的条件并限制爆炸火焰向其他地区传播，归纳起来主要有以下几个方面防止瓦斯积聚，防止引爆瓦斯和防止瓦斯爆炸事故的扩大。如图2所示 4.1 防止瓦斯积聚 1保证工作面的供风量。所有没有封闭的巷道、采掘工作面和硐室必须保持足以稀释瓦斯规定界限的风量和风速，使瓦斯不能达到积聚的条件。采煤工作面必须保持风路畅通，每个掘进工作面必须有合理的进风和回风路线，避免形成串联通风。对瓦斯涌出量大的煤层或采空区应采取瓦斯抽放措施。 2处理采煤工作面回风隅角的瓦斯积聚。在采煤过程中，采煤工作面回风隅角容易积聚瓦斯，应及时有效地处理该区域积聚的瓦斯。处理的方法有挂风障引流法、风筒导风法、移动泵站抽放法、尾巷排放瓦斯法、液压局部通风机吹散法。 3处理掘进工作面局部的瓦斯积聚。掘进工作面的供风量一般都比较小，出现瓦斯局部积聚的可能性较大，应特别注意防范，加强监测工作。对于瓦斯涌出量大的掘进工作面尽量使用双巷掘进，每隔一定距离开掘联络巷，构成全负压通风，以保证工作面的通风量。 4通风异常或瓦斯涌出异常时期应注意的事项煤与瓦斯突出常造成短时间内涌出大量瓦斯，易形成高瓦斯区，应注意防范；抽放瓦斯系统停止工作时，必须及时采取增加供风、加强监测直至停产撤人的措施，防止瓦斯事故的发生；采煤工作面大面积落煤也会造成大量的瓦斯涌出，应适当限制一次放炮的落煤量和采煤机连续工作的时间。 4.2 防止点火源的出现 加强管理，提高防火意识。提高井下作业人员的素质，加强其防火、防爆意识，是做好杜绝点火源在井下出现的基础。因此，大力宣传井下的防火、防爆知识，贯彻执行有关规定，杜绝违章行为。 1防止爆破火源。煤矿井下的爆破必须使用符合煤矿安全规程规定的安全炸药，不合格或变质、超期的炸药严禁使用；有爆破作业的工作面必须严格执行“一炮三检”的瓦斯检查制度，保证爆破前后的瓦斯浓度在规定的界限内；禁止使用明接头或裸露的爆破母线；炮眼的深度、位置、装药量要符合该工作面作业规程的要求，炮眼充填要填满、填实，严禁使用可燃性物质代替炮泥充填炮眼，要坚持使用水泡泥；禁止放明炮、糊炮；严格执行井下火药和雷管的存放、运输的管理规定，爆破工人必须持证上岗。 2防止电气火源和静电火源。井下电气设备的选用应符合防爆要求井下严禁带电检修、搬迁电气设备。井下防爆电气在人井前需由专门的防爆设备检查员进行安全检查，合格后方可入井。井下要有接地装置，要坚持使用局部通风机风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。井下使用的高分子材料如塑料、橡胶等，其表面电阻应低于其安全限定值。 3防止摩擦和撞击点火。随着井下机械化程度的日益提高，机械摩擦、冲击引燃的瓦斯的危险性也相应增加。为防止摩擦和撞击火花，在摩擦发热的装置上应安设过热保护装置和温度检测报警断电装置；工作面遇到坚硬夹石时，不能强行截割，应放炮处理。 4防止明火点燃。严禁携带烟草、点火物品入井；严禁在井口房、通风机房、瓦斯泵房周围20m范围内使用明火、吸烟或用火炉取暖；不得在井下或井口房内从事电气焊作业；严禁井下存放汽油、煤油、变压油等；严禁用电炉或灯泡取暖。 4.3 加强瓦斯的检查和检测 井下瓦斯状况的检查和检测是判断和预测井下瓦斯状况、采取防范措施的依据。它可以及时发现瓦斯超限和积聚，从而采取处理措施，使事故消除在萌芽状态。每个矿井都应建立井下瓦斯检查制度，设立相应的瓦斯检查和通风管理机构，配备相应的瓦斯检查仪表、仪器，并配有专门的瓦斯检查人员。一旦发现瓦斯超限，应立即停止生产，撤出人员，并向有关人员汇报。安装检测所使用的仪器、仪表必须定期调试、校正，每月至少一次。通风安全管理部门的值班人员必须审阅瓦斯检查报表，掌握瓦斯变化情况，发现问题及时处理，并向矿调度室报告。 4.4 设置隔爆，阻爆装置 当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的隔爆装置可以阻止爆炸的传播，或减弱爆炸的强度、减小爆炸的燃烧温度，以破坏其传播的条件，尽可能的限制火焰的传播范围。 1用岩粉阻隔爆炸的蔓延。岩粉是不燃性细散粉末，定期将岩粉撒布在积存煤尘的工作面和巷道中，可以阻碍煤尘爆炸的发生和瓦斯煤尘爆炸的传播。岩粉棚是安装在巷道靠近顶板处的若干组台板，每块台板上存放有大量的岩粉。发生爆炸时，冲击波将台板摧毁，使岩粉弥漫于巷道中，吸收爆炸火焰的热量及惰化空气，阻碍爆炸的传播。 2用水预防和阻隔爆炸。在巷道中架设水棚的作用和岩粉棚的作用相同，只是用水槽或水袋代替岩粉板棚。水的比热比岩粉高5倍，汽化时吸热并能降低氧的浓度，在爆炸的作用下比岩粉飞散快，隔爆效果更好。 3自动式放爆棚。使用压力或温度传感器，在爆炸发生时探测爆炸波的传播，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。 5 结语 瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的重点，除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外，还应加强安全管理和安全监督，重视员工安全意识的培养。只有把安全放在首位，认真落实瓦斯治理的。方针，健全各项规章制度，合理加大安全投入，瓦斯爆炸事故及其他灾害事故才能大幅度地减少，煤矿的安全状况才能得到根本好转。 作者简介李子文1989，男，江苏徐州中国矿业大学安全工程学院2006级在读本科生。