煤礦瓦斯爆炸原因分析及防治措施

賈凡 肖樹濤

摘 要：我國高瓦斯礦井數量多，分布范圍廣，而瓦斯爆炸破壞性強、經濟損失大、人員傷亡多，常常被稱為煤礦安全生產中的“第一殺手”。本文分析了瓦斯爆炸發生的原因，提出了瓦斯爆炸的防治手段， 為瓦斯爆炸的防治提供思路與方法。

關鍵詞：煤礦安全;瓦斯爆炸;瓦斯防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.082

1 瓦斯爆炸的危害

1.1 瓦斯爆炸會形成高溫環境

瓦斯爆炸事故發生時會釋放出巨大的熱量，發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，并會引發火災，燒毀設備，設施，對巷道產生破壞。

1.2 瓦斯爆炸會產生高壓

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膨脹，壓力迅速增大，從而產生能量很大的氣體沖擊波。沖擊波在巷道內迅速傳播并會對井下的設備設施造成危害甚至對人員的生命健康產生威脅。

1.3 瓦斯爆炸會在井下產生有害氣體

瓦斯爆炸的本質是劇烈的燃燒反應，因此在這一過程中會消耗氧氣，同時產生大量的一氧化碳和二氧化碳氣體。而在井下發生瓦斯爆炸往往會有煤塵參與，使爆炸的威力更大，產生更多的一氧化碳氣體。根據以往的統計數據，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

瓦斯爆炸在本質上是一種劇烈的燃燒反應，這類反應的過程極為復雜，游離基的鏈鎖反應是燃燒反應的實質。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，游離基又可以繼續分解，再形成多個游離基。這樣一直反應下去游離基會越來越多，反應速率也越來越大，最終產生爆炸。

2.2 發生瓦斯爆炸的條件

瓦斯氣體中主要成分為甲烷，而甲烷與氧氣發生反應的化學方程式為：CH4+2O2→CO2+2H2O，條件為點燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸發生的條件為適合的氧氣濃度、點火源、以及足夠的瓦斯濃度。

（1）足夠的瓦斯濃度。瓦斯爆炸的界限約為為5%～16%。當瓦斯的濃度低于5%時，不會爆炸。當瓦斯濃度達到9.5%時，這時由于氧和甲烷氣體完全反應，所以爆炸的威力最大。而當瓦斯濃度達到16%以上，瓦斯氣體會失去其爆炸性。而當礦井通風系統出現問題而引起瓦斯積聚或發生突然的煤與瓦斯突出時，瓦斯濃度會在很短的時間內達到這一濃度范圍。

（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。而在井下實際環境中，通過對巷道進行通風，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，不但可以降低作業時的瓦斯濃度，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電。而瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區抽放等;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得到了應用并產生了巨大的經濟效益。

3.2 預防點火源的出現

在礦井生產中，要對整個生產過程有可能引發的點火源進行全面控制，對火源進行實時監控，形成有效的防治措施。通過建立相應的各種安全監控系統， 采用檢測傳感器、報警儀等設備， 形成煤礦井下瓦斯控制的安全監控系統，提前預防火源的出現并在火源出現后及時進行控制。同時，加強對員工的意識教育，防止因違規操作產生火星而造成瓦斯爆炸。

3.3 優化通風系統

據統計，多起瓦斯爆炸事故是由于通風系統的設計不合理引起風流短路，造成供風地點所需風量不足，瓦斯大量積聚從而引起瓦斯爆炸事故。因此，優化通風系統，加強對通風系統的管理，貫徹“以風定產”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，在爆炸發生時提前檢測爆炸沖擊波的到來，及時將預先放置的水、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 提高企業管理水平

提高煤礦企業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。同時要求員工學習相應的規章制度并予與施行，落實“安全第一，預防為主，綜合治理”的國家安全生產方針。

4 結束語

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的復雜性，短期內不能實現智能采礦、無人采礦，瓦斯爆炸災害仍然是我國煤礦安全生產過程中最主要的威脅，因此，提高煤礦瓦斯災害的預防與控制措施，對促進我國煤炭工業安全的可持續發展具有十分重大的社會、經濟意義和推廣應用價值。

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