瓦斯爆炸及預(yù)防

武小練

（太原市南峪煤礦， 山西 太原 030054）

根據(jù)我國發(fā)生的大量事故統(tǒng)計(jì)分析，瓦斯在我國礦井事故的最大“殺手”，2009年，我國已發(fā)生4起特別重大煤礦事故：山西屯蘭礦難、重慶同華礦難、河南新華礦難、黑龍江新興礦難，其中3起發(fā)生在國有大型煤礦，還有2010年發(fā)生的3.31河南伊川瓦斯爆炸事故，4月6日在美國弗杰尼亞發(fā)生的瓦斯爆炸事故現(xiàn)在已改變?cè)瓉硗咚故鹿试谛∶旱V多發(fā)態(tài)勢，進(jìn)而出現(xiàn)國有大型煤礦事故呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢，形勢嚴(yán)峻。因此，剖析瓦斯爆炸的原因，掌握瓦斯發(fā)生的規(guī)律，制定瓦斯防治的防治措施，這些對(duì)安全生產(chǎn)具有極其重要的意義。

1 瓦斯爆炸事故的危害

1.1 瓦斯爆炸的特點(diǎn)

根據(jù)多年對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故的統(tǒng)計(jì)分析，可以發(fā)現(xiàn)一些特點(diǎn)：①瓦斯爆炸多為大事故；②事故地點(diǎn)多發(fā)生在采煤工作面和掘進(jìn)工作面；③瓦斯爆炸造成的破壞性和范圍大；④多為火花引爆；⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井都有發(fā)生，一般低瓦斯發(fā)生比例大于高瓦斯礦井；⑥現(xiàn)在呈現(xiàn)出大、小礦皆有發(fā)生。

1.2 事故原因分析

煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故與眾多因素有關(guān)，但總得說來，主要與自然因素、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是以上因素相互綜合作用所導(dǎo)致的。

1.3 瓦斯爆炸的危害

礦井瓦斯爆炸的主要危害可以概括為高溫、沖擊波和有毒有害氣體。

1.3.1 高溫

火焰鋒面溫度可達(dá)到2 150～2 650℃，火焰鋒面的傳播范圍一般為幾十米到數(shù)百米，只有極少數(shù)情況會(huì)達(dá)到幾千米。

當(dāng)具有高溫的火焰鋒面通過時(shí)，可以造成人員燒死，電氣設(shè)備與電纜燒壞，當(dāng)電纜有電時(shí)，可能引起二次性的電氣火災(zāi)；引燃井巷的可燃物造成二次性的災(zāi)害（火災(zāi)）；引爆井巷中具有爆炸性的混合物質(zhì)造成二次性的災(zāi)害（瓦斯爆炸或煤塵爆炸）。

1.3.2 沖擊波

正向、反向、斜向沖擊波通過時(shí)會(huì)引起：①人體創(chuàng)傷甚至造成人員死亡，大多數(shù)情況下，人體創(chuàng)傷具有綜合（創(chuàng)傷和燒傷綜合）、多樣的特征；②移動(dòng)翻到和破壞機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備，甚至可能發(fā)生二次性著火；③破壞支架、引起冒頂、巷道垮塌，導(dǎo)致通風(fēng)設(shè)施損壞和通風(fēng)系統(tǒng)的破壞，并使搶險(xiǎn)救災(zāi)和救護(hù)傷員復(fù)雜化、困難化。

1.3.3 有害氣體

瓦斯爆炸后會(huì)生成大量的以CO為主的有毒有害氣體，據(jù)調(diào)查，爆炸造成人員中的70%～80%是CO中毒引起的。因此，煤礦發(fā)生爆炸最大危險(xiǎn)性以及造成的最嚴(yán)重后果，在大多數(shù)情況下，是礦井大氣成分的發(fā)生變化。

2 瓦斯爆炸的條件及影響因素

2.1 瓦斯爆炸的條件

①瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)，一般為5%～16%；②具備一定條件的引燃火源（其條件包括：溫度高于最低點(diǎn)燃溫度650～750℃，點(diǎn)燃時(shí)間長于感應(yīng)期）；③氧氣濃度超過失爆氧濃度（不低于12%）。

由于采掘工作面進(jìn)風(fēng)巷中的氧濃度要求不低于20%，因此，防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生就必須從防止瓦斯積聚超限和火源兩個(gè)方面采取相應(yīng)的控制措施。

2.2 影響瓦斯爆炸的主要因素

2.2.1 瓦斯的爆炸濃度

瓦斯在空氣中的爆炸下限為5%～6%，爆炸上限為14%～16%。瓦斯?jié)舛葹?.5%，是化學(xué)反應(yīng)最完全、產(chǎn)生的溫度與壓力也最大，發(fā)生的爆炸最劇烈。瓦斯?jié)舛葹?%～8%時(shí)，最容易發(fā)生爆炸，稱為最佳爆炸濃度。

需要指出的是：瓦斯?jié)舛冉缦薏皇枪潭ú蛔兊摹Ｈ缈扇細(xì)怏w混入，可以降低瓦斯爆炸濃度的下限。惰性氣體或鹵素元素的混入，可以阻礙活化中心的形成，降低瓦斯爆炸濃度的危險(xiǎn)性；如加入22.5%的CO2或36%的N2，或加入4.2%的二氟二溴甲烷或6.1%三氟乙溴甲烷，可以使任何濃度的瓦斯失去爆炸性。煤塵的混入，可使瓦斯的爆炸下限降低，爆炸的危險(xiǎn)性增加；如在其他條件相同的情況下，將空氣中的含塵量由5 g/m3增加到40 g/m3時(shí)，爆炸下限就由4%降低到0.5%。瓦斯的初溫越高，爆炸界限就越擴(kuò)大；井下發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)，高溫會(huì)使原來未達(dá)到爆炸濃度的瓦斯發(fā)生爆炸。

2.2.2 氧濃度

O2濃度減低時(shí)，爆炸下限變化不大，但爆炸上限降低明顯；O2濃度低于12%時(shí)，瓦斯失去爆炸性，遇火也不燃燒。

2.2.3 瓦斯最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)火能量

最低點(diǎn)燃溫度不僅決定了在什么樣的爆炸混合氣體內(nèi)，使用什么型號(hào)的防爆電器設(shè)備，而且決定了爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中設(shè)備的允許溫升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度，一般為650～750℃。

最小點(diǎn)火能量是指在調(diào)節(jié)放電電路中電荷電纜及電容的大小以及電極之間的距離和電極的形狀，使在壓力為101.3 kPa和溫度為20℃條件下，最易點(diǎn)燃的可燃?xì)怏w與空氣混合物剛能點(diǎn)燃時(shí)的能量。由于對(duì)本質(zhì)安全型防爆設(shè)備限制了其電路參數(shù)，使之在電路切換、短路放電燈能量低于工作環(huán)境中可燃?xì)怏w的最小點(diǎn)火能量，因此，這類設(shè)備無論在正常工作狀態(tài)，還是故障狀態(tài)都是安全的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，瓦斯的最小點(diǎn)火能量是0.28 mJ。

根據(jù)瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)火能量，煤礦井下出現(xiàn)的明火，煤田自燃、電弧、電火花、熾熱的金屬、撞擊火花、摩擦火花、靜電火花以及采空區(qū)的砂巖懸頂冒落時(shí)產(chǎn)生的碰撞火花等，都能點(diǎn)燃瓦斯或引起瓦斯爆炸。

2.2.4 瓦斯的引火延遲性

瓦斯和高溫?zé)嵩唇佑|后，不是立即燃燒和爆炸，而是要經(jīng)過一個(gè)很短的間隔時(shí)間，這種現(xiàn)象叫引火延遲性，這段間隔時(shí)間稱為感應(yīng)期。瓦斯?jié)舛仍礁撸袘?yīng)期越長；火源溫度越高，感應(yīng)期越短。見表1。

表1 瓦斯爆炸的感應(yīng)期

瓦斯的引火延遲性對(duì)煤礦的安全有著重要意義，如在井下使用礦用安全炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)，雖然炸藥爆炸產(chǎn)物的溫度高達(dá)2 000℃，但高溫存在的時(shí)間極短，一般為16-6～18-7s，小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，因此，不會(huì)引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格，就會(huì)發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸。井下電氣設(shè)備必須采用安全火花型或隔爆型（電火花存在時(shí)間控制在16-2～18-6s，電弧存在時(shí)間控制在16-4～1 s，）就是使火焰或火花存在時(shí)間小于瓦斯引燃感應(yīng)期，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

3 預(yù)防瓦斯爆炸的措施

根據(jù)瓦斯發(fā)生爆炸的條件、特點(diǎn)及其影響因素，預(yù)防瓦斯爆炸的技術(shù)措施主要包括3個(gè)方面：即防止瓦斯積聚、防止瓦斯引燃和防止瓦斯爆炸事故的擴(kuò)大。

3.1 防止瓦斯的積聚

防止瓦斯積聚的主要技術(shù)措施有：

3.1.1 加強(qiáng)通風(fēng)

通風(fēng)是防止瓦斯積聚的最基本、最有效的手段。除了加強(qiáng)日常通風(fēng)管理外，必須做到以下幾個(gè)方面：

（1）優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

（2）開采布局和巷道布置合理，有突出危險(xiǎn)采掘面的回風(fēng)嚴(yán)禁直接經(jīng)過其他采掘面唯一的安全出口。各生產(chǎn)水平和采區(qū)必須實(shí)行分區(qū)通風(fēng)；準(zhǔn)備采區(qū)，必須在采區(qū)構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)后，方可開掘其他巷道；采煤工作面必須在采區(qū)構(gòu)成完整的通風(fēng)、排水系統(tǒng)后，方可回采。采、掘工作面應(yīng)實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)。

（3）通風(fēng)設(shè)施可靠，永久風(fēng)門聯(lián)鎖，主要風(fēng)門安裝開關(guān)傳感器。

（4）掘進(jìn)巷道應(yīng)采用大功率對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)和大直徑風(fēng)筒。井下局部通風(fēng)機(jī)必須做到“三專兩閉鎖”，“雙電源”必須做到自動(dòng)切換。

3.1.2 及時(shí)處理局部積聚的瓦斯

（1）掘進(jìn)巷道的瓦斯積聚處理。掘進(jìn)巷道最常遇到的瓦斯積聚形式有：巷道頂板附近及頂板冒落孔洞和支架附近空洞中的積聚；回風(fēng)巷矸石帶附近積聚；在報(bào)廢的風(fēng)巷和采空區(qū)連接處積聚；鉆孔中和打鉆時(shí)的孔口附近積聚；掘進(jìn)機(jī)組附近積聚。防止和消除巷道瓦斯積聚的主要方法是全面地或局部地增加風(fēng)速。在獨(dú)頭巷道，應(yīng)把靠近頂板的風(fēng)速增加到不小于0.2 m/s；若增加的風(fēng)速不能消除瓦斯積聚，應(yīng)采取局部處理瓦斯的方法，如在巷道中鋪設(shè)帆布風(fēng)障、靠頂板掛傾斜擋板、安裝壓風(fēng)或水動(dòng)力的引射器、安裝局部通風(fēng)機(jī)等；當(dāng)涌出的瓦斯面積較大時(shí)，可采用木板或黏土將其填實(shí)隔絕，或注入砂漿等凝固材料。堵塞較大的裂縫，將瓦斯源封閉隔絕。頂板冒落孔洞和支架附近空洞中瓦斯積聚的常用處理方法有：用砂土將冒落空間填實(shí)；用導(dǎo)風(fēng)板或風(fēng)筒接岔（俗稱風(fēng)袖）引入風(fēng)流吹散瓦斯。

（2）采煤工作面瓦斯積聚處理。采煤工作面的瓦斯來源主要有3個(gè)方面：①來自工作面煤壁和采落煤的瓦斯；②來自采空區(qū)的瓦斯；③來自進(jìn)風(fēng)巷或運(yùn)輸巷中煤壁和運(yùn)輸煤的瓦斯。采煤工作面的瓦斯主要來自前兩個(gè)方面。消除采煤工作面瓦斯超限和積聚的最有效方法是采用分源處理瓦斯的通風(fēng)方式，主要有Y形、W形通風(fēng)方式從摻風(fēng)平巷向工作面上部供新風(fēng)；采用專門排瓦斯巷道；在工作面上隅角附近設(shè)置木板隔墻或帆布風(fēng)障，設(shè)置高壓水的或壓氣的引射器排放上隅角瓦斯，利用局部通風(fēng)機(jī)向工作面上隅角供新風(fēng)。

（3）采煤機(jī)附近的瓦斯積聚。防止采煤機(jī)附近瓦斯積聚的主要方法是增加工作面風(fēng)速或采煤機(jī)附近風(fēng)速；采用小型局部通風(fēng)機(jī)、水力引射器或環(huán)隙式引射器加大機(jī)組附近的風(fēng)速。

（4）采空區(qū)巖石冒落時(shí)的瓦斯燃燒。防止采空區(qū)巖石冒落時(shí)瓦斯燃燒的最好方法是改變頂板管理方法，即由全部冒落法改為局部充填法或全部充填法。

3.1.3 加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測與監(jiān)控

（1）人工監(jiān)測。礦井必須建立瓦斯、二氧化碳和其他有害氣體檢查制度，并要落到實(shí)處，做到嚴(yán)格執(zhí)行。通風(fēng)瓦斯日?qǐng)?bào)必須送礦長、技術(shù)負(fù)責(zé)人審閱，一礦多井的礦必須同時(shí)送井長、井技術(shù)負(fù)責(zé)人審閱。對(duì)重大的通風(fēng)、瓦斯問題，應(yīng)制定措施，進(jìn)行處理。

（2）自動(dòng)化監(jiān)控。所有礦井必須裝備礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝、維護(hù)、使用、管理和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)必須符合《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）的要求。

（3）實(shí)施地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯異常帶“五位一體”現(xiàn)場管理措施。地質(zhì)人員加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)，及時(shí)提供預(yù)測資料；打鉆人員在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)時(shí)立即停機(jī)，并及時(shí)匯報(bào)；掘進(jìn)施工人員發(fā)現(xiàn)地質(zhì)、礦壓、瓦斯異常時(shí)，立即停工；監(jiān)控人員保證瓦斯超限時(shí)，立即切斷掘進(jìn)巷道及其回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)電源；瓦檢員發(fā)現(xiàn)瓦斯異常時(shí)，立即撤出人員。

3.1.4 瓦斯抽放

（1）瓦斯抽放的效益。瓦斯抽放目前在高瓦斯煤礦廣泛應(yīng)用，對(duì)治理瓦斯達(dá)到明顯效果，并且對(duì)抽放瓦斯利用以后，對(duì)煤礦有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，是節(jié)能減排很好的一項(xiàng)綜合利用方法。

（2）瓦斯抽放的方法。瓦斯抽放的方法有本煤層抽放、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。

3.2 防止瓦斯引燃

防止瓦斯引燃的原則是：嚴(yán)禁和杜絕一切非生產(chǎn)必需的熱源；嚴(yán)格管理和限制生產(chǎn)中可能發(fā)生的火、熱源。面之間的串聯(lián)通風(fēng)。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)力求簡單。進(jìn)、回風(fēng)井之間和主要進(jìn)、回風(fēng)巷道之間的每個(gè)聯(lián)絡(luò)巷中，必須砌筑永久性風(fēng)墻；需要使用的聯(lián)絡(luò)巷，必須安設(shè)兩道聯(lián)鎖的正向風(fēng)門和兩道反向風(fēng)門；采空區(qū)及不用的巷道必須及時(shí)封閉。

（4）裝有主要通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)井口應(yīng)安裝防爆門；生產(chǎn)礦井主要通風(fēng)機(jī)必須裝有反風(fēng)設(shè)施。

（5）礦井必須設(shè)地面消防水池和井下消防管理系統(tǒng)。高瓦斯礦井煤巷掘進(jìn)工作面應(yīng)安設(shè)隔（抑）爆設(shè)。

3.3 防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴(kuò)大的措施

4 結(jié)束語

為了防止萬一發(fā)生瓦斯爆炸，使災(zāi)害局限在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，以減少損失，必須做好以下工作：

（1）編制瓦斯事故應(yīng)急預(yù)案。

（2）實(shí)行分區(qū)通風(fēng)。每一水平和每一采區(qū)都必須布置單獨(dú)的回風(fēng)道；采、掘工作面應(yīng)實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)；開采有瓦斯噴出或有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險(xiǎn)的煤層時(shí)，嚴(yán)禁任何兩個(gè)工作

瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一個(gè)系統(tǒng)工程，除了完善可靠的安全裝備和采取有效的措施外，還應(yīng)加強(qiáng)安全管理和安全監(jiān)督，重視員工安全意識(shí)的培養(yǎng)。只有把安全放在首位，認(rèn)真落實(shí)瓦斯治理的“十二字”方針，健全各項(xiàng)規(guī)章制度，合理加大安全投入，瓦斯爆炸事故及其他災(zāi)害事故才能大幅度地減少，煤礦的安全狀況才能得到根本好轉(zhuǎn)。