煤矿瓦斯防治基本常识

煤矿瓦斯防治基本常识一、瓦斯的性质1、瓦斯：广义地讲，煤矿瓦斯是煤矿所有有毒、有害气体的总称，由于其中沼气的含量占80%以上，所以习惯上又把沼气叫做瓦斯。

在某些特定场合中，沼气也叫做甲烷，化学分子式写成CH4.2、煤矿瓦斯是在煤的生成过程中伴随产生的。

古代植物在成煤过程中，经过化学作用，其纤维质分解产生大量沼气。

在以后煤的变质过程中，随着煤的化学成分和结构的改变，继续有沼气不断生成。

在漫长的地质年代里，大部分沼气早已逸散于大气之中，只有少部分还保留于煤层和围岩中。

当人们进行采矿活动时，这部分气体便会涌出来，成为危害矿井安全的瓦斯。

3、瓦斯具有以下几方面性质：（1）瓦斯是无色、无味、无臭的气体。

（2）瓦斯的相对密度为0.554.（3）瓦斯的扩散性很强，是空气的1.6倍。

（4）瓦斯微溶于水。

（5）瓦斯不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇火源可以燃烧、爆炸。

（6）瓦斯本身无毒，但空气中瓦斯浓度增加时，会使氧含量相应减少，当空气中氧含量降低到一定程度时，会使人缺氧窒息。

4、瓦斯无色、无味、无臭的性质对人的危害：瓦斯的性质是无色——人看不见；无味——人品尝不出来；无臭——人闻不出来，所以人们在井下很难发现瓦斯的存在。

正因为瓦斯具有很强的隐蔽性和高速的扩散性，只有当人被熏倒、发生中毒后，才知道瓦斯已经超限了，这时预防瓦斯事故就非常被动了。

故必须对瓦斯慎之又慎，真正防止瓦斯事故的发生。

5、瓦斯的相对密度0.554的危害：瓦斯的相对密度为0.554，约为空气的一半，所以经常积聚在巷道空间的上部，特别是巷道冒顶空洞中，采煤工作面上隅角和采空区高冒处，积聚的瓦斯浓度容易达到爆炸界限，但又不容易察觉或不容易检测出来，在放顶煤开采的综采工作面，采空区高浓度瓦斯长积聚在高冒处，处理起来十分困难，成为瓦斯爆炸的重要原因之一。

另外，当发生瓦斯突出事故或瓦斯涌出加大时，高浓度瓦斯大部分位于巷道上部，人们在巷道中行走或避灾时，最容易吸入，造成不安全隐患，这时人们必须弯腰或者爬在地面上前进。

6、瓦斯燃烧、爆炸的危害：瓦斯在一定条件下，会发生燃烧、爆炸。

燃烧、爆炸形成的高温能烧伤、烧死人员，烧毁设备、材料和煤炭资源；燃烧、爆炸生成的大量有毒、有害气体，会使大批人员窒息、中毒甚至死亡，巷道和设备毁坏；爆炸还可以扬起大面积巷道积尘，使之参与爆炸，后果更加惨烈。

7、瓦斯爆炸的本质是，一定浓度的瓦斯和空气中的氧气，在一定温度作用下产生激烈的化学反应。

反应过程非常复杂，而且在极短的时间内活化反应越来越迅速，以极其猛烈地爆炸形式表现出来。

瓦斯爆炸的化学反应式是：CH4+2O2+CO2+2H2O+829.3KJ8、瓦斯爆炸的基本条件是以下3个，且却一不可：（1）一定浓度的瓦斯。

（2）一定浓度的引炸火源。

（3）一定浓度的氧气。

9、瓦斯浓度与瓦斯爆炸的关系：瓦斯爆炸是在一定瓦斯浓度范围内发生的。

这个浓度范围叫做爆炸界限。

最低浓度界限叫做爆炸下限，最高浓度界限叫做爆炸上线。

在新鲜空气中瓦斯爆炸界限一般为5%～16%。

当瓦斯浓度低于5%时，遇火源不爆炸，只在火焰外围呈浅蓝色或淡青色燃烧层。

当瓦斯浓度高于16%时，遇火源既不燃烧也不会爆炸。

但是，如果继续供给新鲜空气，将使瓦斯浓度降到爆炸界限以内，发生瓦斯爆炸。

瓦斯浓度达到9.5%时，瓦斯爆炸时混合气体中的氧气和瓦斯全部参与爆炸，爆炸威力最强。

但是，瓦斯爆炸界限与很多因素有关，例如，在混合气体中混入其他可燃气体和煤尘，或者混合气体的压力和温度升高，将使瓦斯爆炸界限扩大；如果混入惰性气体，还可以使爆炸界限缩小，甚至失去爆炸性。

10、引炸火源温度：点燃瓦斯所需要的最低温度叫做引爆火源温度。

在一般情况下瓦斯引火温度为650～750℃。

在煤矿井下，明火、煤炭自燃、电气火花、杂散电流、赤热的金属表面、撞击或摩擦等都是以瓦斯引炸火源。

另外，火柴的明火温度可达1200℃，点燃香烟温度600～800℃，它们也可以成为瓦斯引炸火源。

11、瓦斯爆炸引火延迟现象：由于瓦斯爆炸是一个极其复杂的化学反应过程，爆炸的生产与形成需要一定的时间，所以即使瓦斯浓度达到了爆炸界限，但遇到高温火源也不会立即爆炸。

这种需要延迟一个很短时间才能爆炸的现象叫做引火延迟现象。

12、瓦斯爆炸感应期：指的是瓦斯爆炸所需要的引火延迟时间。

感应期的长短与瓦斯浓度、引火温度的压力有关系。

一般来说，瓦斯浓度越大，感应期越长；引火温度越高，感应期越短；压力越大，感应期越短。

瓦斯爆炸的感应期虽然很短，例如，当瓦斯浓度6%、火温温度700℃时，感应期约为10.2s，也就是说在这中条件下瓦斯不会发生爆炸，人们可以利用这10.2s时间，做好安全工作。

举例说明如下：（1）在井下爆破工程中，炸药爆炸的初温达2000℃，爆炸产物温度高达4500℃，但是这种高温存在的时间通常很短，小于瓦斯爆炸的感应期，不会引起瓦斯爆炸。

但如果使用劣质炸药或非煤矿安全炸药，高温存在的时间可能大于感应期，容易引起瓦斯爆炸。

（2）矿用安全电气设备，在发生故障时能够迅速断电，其断电所需要的时间小于感应期，也不会发生瓦斯爆炸。

13、氧气浓度与瓦斯爆炸的关系：瓦斯爆炸界限与混合气体中氧气浓度密切相关。

当氧气浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓慢升高，而上线则急速降低，即瓦斯爆炸界限跟随氧气浓度的降低而变小。

当氧气浓度降到12%时，瓦斯混合气体就不会爆炸。

《煤矿安全规程》中规定，井下采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%。

所以井下普遍存在着引炸瓦斯的氧气浓度。

但是，如果对火区封闭不严，或启封火区时，由于新鲜空气不断流入，氧气浓度增加到12%以上，就有可能发生瓦斯爆炸。

14、瓦斯爆炸产生的高温对矿井安全和人体的危害：瓦斯浓度为9.5%时爆炸的瞬间温度，在自由空间内可达1850℃，在封闭空间内最高可达2650℃。

井下巷道呈半封闭状态，其爆炸温度将在1850～2650℃之间，这样的高温灼热，不但人的皮肤和肌肉会被烧伤，就连呼吸器官和消化器官的黏膜也会遭到严重损伤；电气设备遭到毁坏，尤其是电缆和易燃材料，容易形成“二次火源”，引发火灾；还会引炸煤尘。

15、瓦斯爆炸形成的冲击波对矿井安全和人体的危害：在瓦斯爆炸过程中，气体温度骤然升高，引起气体压力的突然增大，据有关计算，爆炸后气体压力约为爆炸前的9倍。

压力波发展产生冲击波。

冲击波对巷道和巷道中的物体产生破坏作用。

例如，移动和毁坏设备、巷道支护歪扭倾倒、顶板垮落、巷道断面变形、通风系统和通风设施遭到破坏。

同时，冲击波通过时给人体带来创伤，甚至是致命的创伤。

16、瓦斯爆炸正向冲击和瓦斯爆炸反向冲击：瓦斯发生爆炸时，爆源附近的气体高速向外冲击，叫正向冲击。

瓦斯爆炸发生时，由于正向冲击，加上爆炸后生成的一部分水蒸气很快凝聚，在爆源附近形成气体稀薄的低压区，于是被正向冲击的气体连同爆源周围气体又以高速从外向向爆源冲击，这种反向冲回爆源地的冲击叫做反向冲击。

17、瓦斯爆炸反向冲击比正向冲击破坏力更大，主要表现在以下两个方面：（1）瓦斯爆炸时产生的反向冲击力虽然比正向冲击力小，但是由于它是沿着被破坏的巷道反向破坏，所以损失更为惨重。

（2）如果反向冲击的空气中含有达到爆炸界限的瓦斯和氧气，而爆源附近引爆火源尚未熄灭，就容易引起“二次爆炸”。

18、瓦斯爆炸生成的有毒有害气体对人体的危害：瓦斯爆炸后空气成分发生变化，氧气浓度下降到6%～8%，生成大量的有毒有害气体，如二氧化碳浓度增加到4%～8%，一氧化碳浓度增加到2%～4%，致使人员因严重缺氧和吸入大量一氧化碳而窒息、中毒甚至死亡。

多次爆炸事故证明，爆炸后的有毒有害气体的中毒是造成人员死亡的主要原因，占死亡总人数的70%～80%.19、瓦斯爆炸事故按照爆炸规模可分以下3类：（1）局部瓦斯爆炸。

局部瓦斯爆炸指的是瓦斯爆炸发生在采掘工作面、采空区或巷道的瓦斯积聚点，波及范围小，对人员的伤害和矿井破坏不严重。

（2）大型瓦斯爆炸。

大型瓦斯爆炸指的是参与爆炸的瓦斯量大，波及范围广，对人员的伤害和对矿井的破坏严重。

（3）瓦斯连续爆炸。

瓦斯连续爆炸指的是，当发生瓦斯爆炸后，接着发生第二次、第三次以至数十次爆炸，而间隔时间无规律可寻，对人员的伤害和对矿井破坏十分严重。

20、煤层瓦斯含量指的是，在矿井大气条件下（环境温度20℃，环境大气压力0.1Mpa）单位质量煤体中所含有的瓦斯气体量，单位是m3/t或m3/m3，即1t或1 m3煤中所含瓦斯的体积数量。

它是游离瓦斯和吸附瓦斯含量的总和。

21、煤层瓦斯含量可分为以下四类：（1）煤层瓦斯原始含量。

煤层瓦斯原始含量指的是，未受开采和抽放影响的煤体内的瓦斯含量。

（2）煤层瓦斯残存含量。

煤层瓦斯残存含量指的是，受开采和抽放影响的煤体内现存的瓦斯含量。

（3）原煤瓦斯含量。

原煤瓦斯含量指的是，单位质量原煤中含有的瓦斯量。

（4）可燃荃瓦斯含量。

可燃荃瓦斯含量指的是，原煤中除去灰分和水分后的单位质量可燃部分煤中的瓦斯含量。

22、瓦斯在煤层中的赋存状态：（1）游离态（游离瓦斯）：指的是可以自由运动或从煤（岩）层得裂隙中散放出来，因此表现出一定压力。

煤体内游离瓦斯的多少取决于储存空间的容积、瓦斯压力及围岩温度等因素。

（2）吸附态（吸附瓦斯）：也称综合状态，按其结合形式的不同，又分为吸着和吸收2种状态。

a、吸着状态：瓦斯气体分子被煤粒固体碳分子吸引，而被吸着在煤体孔隙的表面上所呈现的状态。

其形成一层很薄的吸附层。

b、吸收状态：瓦斯分子在较高压力作用下，渗入煤体胶粒结构内部与煤分子结合而呈现的一种状态，其类似气体溶解于液体的现象。

吸附状态存在的瓦斯量得多少，取决于煤的孔隙结构特点，碳化程度、瓦斯压力、温度等。

23、游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量变化因素：（1）游离瓦斯含量与煤体中空间、瓦斯压力和围岩温度的大小有关，通常占煤层现有瓦斯含量的10%～20%。

（2）吸附瓦斯含量与煤的结构特点和碳化程度有关，通常占煤层现有瓦斯含量的80%～90%。

24、瓦斯附存状态的转变：游离状态与吸附状态的瓦斯并不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态。

当条件发生变化，这一平衡就会遭到破坏。

在压力降低、温度升高或煤体结构受到破坏时，部分吸附状态的瓦斯就转化为游离状态，这种现象叫解吸。

反之，当压力增大或温度较低时，部分游离的瓦斯也会转化为吸附状态，这种现象叫吸附。

25、影响煤层中瓦斯含量主要有以下几个因素：（1）煤层中埋藏深度。

煤层埋藏越深，瓦斯含量越大。

相对瓦斯涌出量每增加1 m3/t时，相应开采垂深的米数则因矿井自然条件不同而异，一般为6～27m。

（2）煤层的顶、底板岩性。

如果煤层的顶、底板为透气性较好的砂岩，瓦斯容易泄放，煤层中瓦斯含量较小；如果煤层的顶、底板为透气性较差的泥岩、页岩，瓦斯不容易泄放，煤层中瓦斯含量较大。