煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治方法.docx

煤矿在开采煤炭资源过程中会伴随着多种灾害事故的发生，如瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息、火灾、透水、顶板冒落等。在这些事故中瓦斯爆炸无疑是最严重的，它不光是造成的损失最大，发生的频率也是最大的，根据每年国家煤监局的事故统计来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70%左右，为此，瓦斯可称为煤矿安全的最大威胁者。所以，分析瓦斯爆炸原因，制订瓦斯防治对策，就显得尤为重要。
1.瓦斯爆炸特点根据多年对煤矿瓦斯爆炸事故统计分析，可以发现有如下一些特点：①瓦斯爆炸多为特大事故，造成的损失巨大；②事故地点多发生在采煤与掘进工作面；③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大，破坏力极强；④多为火花引爆；⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生；⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿；⑦基建、技改矿井和转制矿井瓦斯爆炸事故容易发生等。
2.事故原因分析
煤矿发生瓦斯爆炸事故是由很多原因造成的，但总的来说分为客观原因和主观原因两种。主观原因就是瓦斯积聚和引爆火源的存在；客观原因与自然条件、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往就是以上原因相互作用所导致的。
⑴瓦斯积聚的存在
煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多，但主要有通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有22起主要是因通风系统不合理，存在风流短路、多次串联和循环风，造成供风地点风量不足而引起瓦斯积聚；有9起主要是因局部通风机安装位置不当，风筒未延伸到供风点或脱落引起供风点有效风量不足而造成瓦斯积聚；有2起事故主要是因停电停风而引起瓦斯积聚；有1起是盲巷积聚的瓦斯被引爆。
⑵引爆火源的存在
煤矿井下引爆瓦斯的火源有爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。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。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中，有16起是由放炮产生的火花引爆的；有15起事故是由电器设备及电源线电火花引爆的。
⑶煤矿开采条件差
我国煤矿井下开采条件普遍较差，特别是南方煤矿。据统计，2000年全国国有重点煤矿共有580处矿井进行了瓦斯等级鉴定，其中高瓦斯矿井160处，低瓦斯矿井298处，煤与瓦斯突出矿井122处，有自然发火矿井372处，占64%，有煤尘爆炸危险矿井427处，占73.6%.
⑷装备不足、管理不落实
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。如2005年发生的41起特大瓦斯事故中，有的矿井没有安装瓦斯监控系统或运行不正常，有的矿井虽安装了瓦斯监控系统，但因传感器数量不足、安装位置不对、线路存在故障、显示器不显示数据等问题，不能有效发挥其应有的作用。此外乡镇煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行，监控系统也不能有效发挥作用。如内蒙古乌海市乌达区巴音赛煤焦有限责任公司某矿井虽安装了瓦斯监控系统，但在其实际开采区域却并没有瓦斯传感器，造成了特大瓦斯事故的发生，死亡16人。
⑸管理水平低
许多事故分析发现，违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故，但未引起重视，最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此，管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产起到了举足轻重的作用。
⑹企业技术管理薄弱
一些煤矿企业由于采煤方法落后，矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患。
发生在煤矿井下的瓦斯爆炸事故是最严重的煤矿灾害，通常造成
大量的人员伤亡和巨大的经 济损失。不论是事故的防治，还是进行事故的处理、调查，都需要了解和研究瓦斯爆炸发生、发展的基本特性。长期以来，人们对瓦斯爆炸事故的认识仅仅局限于爆炸发生的三要素，即：瓦斯爆炸浓度区间、点燃源和混合气体中氧含量上，缺乏对这一现象的进一步认识。本文试图从更深入的角度来阐述发生在煤矿井下的瓦斯爆炸事故的一些基本特性。
1 爆炸发生的条件
在瓦斯爆炸三要素中最容易获得的条件是空气中的氧气含量，爆炸发生要求的条件是大 于12%。在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20%，而引起其浓度下降的原因有两个： 自身的消耗和其它气体涌入后的稀释。瓦斯爆炸和火灾都会消耗空气中的氧，但由于风流的 流 动，对于开放的区域空气中的氧气可以迅速得到补充。封闭区域内氧浓度受到多种因素的影 响，准确估算通常十分困难，直接测量可能是更有效的手段。瓦斯爆炸发生后，对灾害区域 进行大范围的封闭（基于安全的考虑）通常不是一个好的办法，特别是高瓦斯矿井，不能期 望封闭会阻止区域内爆炸的再次发生，因为与封闭区域内空气中氧气的量相比，再次发生爆 炸消耗的量只占很小的部分，何况还可能有漏风存在。瓦斯涌入空气中会挤占空气的体积， 如20%氧浓度的空气中涌入瓦斯后，瓦斯浓度达10%时，氧气的浓度降低到18%。这一过程在 封闭的区域内表现十分显著。
0.28MJ的点燃能量就足以引起瓦斯爆炸，因此，瓦斯爆炸的点燃源是最难控制的因素。 从空间上来看，点燃是从很小的一个点发展开来的，因此，集中放散的任何形式的能量都很 容易点燃瓦斯，而均匀加热的一块热板，只有达到很高的温度（如接近瓦斯的自燃温度650 ℃）才能点燃瓦斯。例如，从顶板落下的一块岩石，如果是落在输送机胶带上，则能量被柔 软的胶带分散，因此很难引燃瓦斯；而如果是落在坚硬的机械设备表面或岩石上，能量集中 在撞击点上放散，则很可能产生足以引燃瓦斯的火花。煤矿井下引起瓦斯爆炸的点燃源主要有如下几类：
（1）机械类 包括机械运行中的摩擦、坚硬岩石及钢铁支架、设备之间的撞击。
（2）电气类 与输电线路、电气设备有关的电火花、电弧、电器失爆等。
 （3火焰类 有燃烧反应的点燃，如吸烟、火灾、气体切割和焊接等。
（4）炸药类 与炸药爆破有关的点燃，如使用非许可炸药、钻孔充填不当引起爆破火焰等。 
（5）其它类 上述不包含的点燃，如闪电、压缩管路破裂气体喷出等。
实验表明高能量的点燃源可以引起更加强烈的爆炸，而且瓦斯空气混合气体的爆炸下限也大 大下降，10000J的点燃源可以引爆浓度3.6%的瓦斯。
风流中的瓦斯浓度是爆炸三要素中最容易控制的因素，也是防治瓦斯爆炸最根本的方法。瓦 斯从暴露的煤壁、采空区及与瓦斯源沟通的岩石裂缝涌出到风流中，通常积聚在有瓦斯涌出 源且无风或风量过小的空间。当有其它可燃气体混入瓦斯空气混合气体中时，会造成两个方 面的重要影响，一是改变了混合气体的爆炸下限，这可以使用如下的里查特（Le Chatelier ）法则计算；二是降低了混合气体中氧气的浓度。（略）
在矿井灾变状况下，风流中的氧气被消耗或惰气灭火时人为加入了过量的惰气，这时，混合 气体中氧气与惰气的比例就不再保持正常情况下的比例，计算这种混合气体的爆炸界限需要 用到更复杂的方法以确定爆炸三角形。
在井下局部区域瓦斯浓度达到爆炸界限的情况通常出现在风流改变的时期，例如排放独头巷 道积聚的瓦斯，巷道贯通、风流短路造成的其它工作面无风或微风，局部通风机停止运转造 成的停风等。大量的事故案例都证实了上述情况，而其出现的原因往往是通风管理的问题。一方面改变通风工作的被动局面，另一方面加强风流变化时期的管理是防止瓦斯积聚的重点。