矿井瓦斯危害及其安全风险.docx

矿井瓦斯危害及其安全风险矿井瓦斯是煤矿生产过程中的主要不安全因素。矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。矿井瓦斯的成分较复杂，除甲烷(可达8090以上)还含有其他烃类，如乙烷、丙烷，以及二氧化碳和稀有气体。瓦斯是一种无色，无味，无臭的气体，难溶于水。其密度为 0.716 kgm3，与空气的相对密度为 0.554，易积聚于巷道的上部。因此，检查巷道内的瓦斯浓度时，应着重检查巷道顶板附近和拐角。瓦斯分子直径小，渗透性很强，为空气的 1.6 倍。瓦斯虽然无毒，但是矿内空气中的瓦斯浓度如果超过 40能使人因缺氧而窒息死亡。瓦斯具有燃烧与爆炸性，瓦斯与空气混合达到一定浓度后，遇火能燃烧或爆炸，对矿井威胁很大。井下一旦发生瓦斯爆炸，产生高温、高压和大量有害气体，形成破坏力很强的冲击波，不仅造成严重的人员伤亡，而且会严重摧毁矿井巷道和井下设备，还可能引起煤尘爆炸和井下火灾。还有一些矿井，存在煤与瓦斯突出现象，危害就更大。在一个矿井中，只要有一个岩层中发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井。矿井瓦斯等级，按照矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，划分为：a)低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3t，且矿井绝对瓦斯涌出量40m3min；b)高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3t，或矿井绝对瓦斯涌出量40m3min；c)煤(岩)与瓦斯突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤(岩)与瓦斯突出，该矿井即定为煤(岩)与瓦斯突出矿井。瓦斯从煤层或岩层表面非常微细的裂隙中缓慢、均匀而持久地涌出。这种涌出的范围广，时间长，涌出量所占比重最大，是瓦斯涌出的主要方式，称为普通涌出方式。在很短时间内自采掘工作面的局部地区，突然涌出大量瓦斯或二氧化碳。这种涌出形式对安全生产威胁很大，称为特殊涌出方式。矿井瓦斯涌出量的大小，取决于自然因素和开采技术因素的综合影响。开采技术因素对瓦斯涌出的影响主要包括：(1)开采规模。当开采深度越深时，随着瓦斯含量的增加，瓦斯涌出量也越大。在瓦斯赋存条件相同时，一般是开拓、开采范围越大，而瓦斯相对涌出量变化不大。(2)开采顺序与开采方法。首先开采的煤层(或分层)能排放卸压邻近层的瓦斯，因此瓦斯涌出量就大；采用后退式开采程序比前进式开采程序时瓦斯涌出量要少。(3)生产工艺过程。同一工作面，一般在放炮或割煤时的瓦斯涌出量最高。(4)通风压力。矿井通风压力的变化对瓦斯涌出量的影响与大气压力的影响相似。抽出式通风时，瓦斯涌出量随矿井负压的提高而增加；压入式通风时，瓦斯涌出量随矿井通风压力的降低而增加。瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一，如果由于瓦斯爆炸而引起煤尘爆炸，后果更为严重。矿内瓦斯爆炸的有害因素是：焰面、冲击波和大气成分的变化。(1)焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度变化范围很大，从正常的燃烧速度(1ms2.5ms)到爆轰式爆炸传播速度(2500ms)。焰面温度高达 21502 650。焰面经过之处，人被大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾，成为二次火源。(2)冲击波是传播着的聚变压力，在它通过前，巷道内为正常大气压，随着冲击波的通过，巷道内空气压力迅速上升。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(340ms)。冲击波造成人员伤亡，支架、设备和通风设施损坏，巷道跨蹋。(3)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分为：氧气 610；氮气 8288；二氧化碳 48；一氧化碳 24。如果有煤尘参与爆炸，一氧化碳的生成量最大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。瓦斯在新鲜空气中的爆炸下限为 56，上限为 1416，在新鲜空气时，瓦斯浓度 9.5时，混合气体中的瓦斯和氧全部参与反应，化学反应最完全，产生的温度与压力最大。瓦斯浓度 78时最容易爆炸，这个浓度称为最优爆炸浓度。必须强调指出，瓦斯的爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响：a)氧的浓度；b)其他可燃气体的存在；c)煤尘；d)温度和压力。瓦斯空气混合气体的最低点燃温度，绝缘压缩时 565，其他情况时650。最低点燃能量为 0.28mJ。煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、点火花、赤热的金属表面(可达 1500)以及撞击和摩擦火花，都能点燃瓦斯。此外，采空区内沙岩悬顶冒落时，也能引起瓦斯的燃烧或爆炸。前苏联的研究认为，岩石脆性破裂时，它的裂隙可以产生高压电场(达 108 Vcm 数量级)，电场内的电荷流动，也能导致瓦斯燃烧。发生瓦斯爆炸的一般规律为：a)井下的一切高温热源都可以引起瓦斯燃烧或爆炸，但主要火源是放炮和机电火花。b)煤矿任何地点都有发生爆炸的可能性，但大部分爆炸事故发生在采掘工作面。c)回采工作面容易发生瓦斯爆炸的地点是工作面的上隅角。煤(岩)与