瓦斯爆炸特性及其防治技术现状Word文档

瓦斯爆炸特性及其防治技术现状
摘要瓦斯是煤矿特有的可燃、可爆性气体，瓦斯爆炸历来都是煤矿的主要灾害之一。

近年来，瓦斯爆炸事件在煤矿频发，严重危及了国家的安全生产，矿工的生命安全造成了极大的威胁。

为防止瓦斯爆炸事故，必须很好的了解瓦斯爆炸的发生、发展规律。

本文分析了煤矿安全现状、煤矿瓦斯爆炸特性、基本条件和主要危害方式,重点介绍了瓦斯爆炸的防治措施,说明瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一项系统工程,除了在技术上不断提高外,安全制度的制定也必须作为安全工作的重点,只有这样才能从根本上解决瓦斯爆炸事故。

关键词瓦斯爆炸爆炸特性防治技术
1 前言
煤炭是我国最主要的能源，它占我国一次能源消耗构成的75％~80％。

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。

虽然我国在煤矿安全保证方面采取了许多措施，投入了大量的人力、物力，但随着煤矿开采的机械化、自动化程度、产量的不段增加，煤矿事故呈现出事故数量下降，死亡人数下降，但特别重大事故一次性死亡人数略有增加的趋势。

其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。

鉴于瓦斯爆炸事故对我国煤矿安全生产造成的严重威胁，无论从煤矿安全管理或从煤矿安全监察角度看，都极有必要研究瓦斯爆炸事故的机理和特性，以便对瓦斯爆炸事故防治、瓦斯爆炸事故的技术勘察等工作，提供理论和技术上的指导和支持。

2 瓦斯爆炸特性及其危害
2.1 瓦斯爆炸特性
井下瓦斯是指从煤与围岩中涌出的有毒有害气体的总称，主要有4CH 、2CO 、CO 、S H 2、42H C 、62H C 、83H C 、2SO 、2O 等气体，其中4CH 为主要成分，瓦斯爆炸即指甲烷爆炸。

瓦斯爆炸是瓦斯和空气混合后，在一定的条件下遇高温热源发生的剧烈的连锁反应，并伴有高温高压的现象，在瓦斯爆炸过程中，火焰从火源占据的空间不断地传播到爆炸性混合气体的整个空间。

瓦斯爆炸的化学反应式如下：
l 882.6kJ/m o O 2H CO 2O CH 2224++→+ （1） 或 l 882.6kJ/m o 7.52N O 2H CO )79/21N 2(O CH 222224+++→++ （2）
应该指出，瓦斯爆炸是一个复杂的化学反应过程，以上化学式所表示的只是其最终结果。

许多研究工作证明，瓦斯爆炸是连锁反应（热—链式反应）。

当爆炸性混合气体吸收一定能量（热能）后，反应分子链断裂，离解成两个或两个以上游离基（又称自由基），游离基有进一步分解，在产出两个或两个以上的游离基，这样分解下去，游离基愈来愈多，化学反应也愈来愈快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式氧化反应。

瓦斯爆炸必须具备三个条件：
⑴瓦斯的浓度处于爆炸范围内（在常温常压下，形成5%~15%4CH 积存）； ⑵氧浓度超过失爆氧浓度（在2CO 惰化下，氧浓度>12%,在2N 惰化下，氧浓度>9%）；
⑶引火源的能量大于最小点燃能量（0.28mJ ），温度高于最低点燃温度
（595℃）且点燃时间长于感应期。

一般情况下，矿井内氧浓度是满足的，只要瓦斯积存和火源同时具备，就可能发生瓦斯爆炸。

根据多年对煤矿瓦斯爆炸事故统计分析，可以发现瓦斯爆炸有如下一些特点：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。

2.2 瓦斯爆炸的危害
瓦斯爆炸时，最初着火（爆炸）产生以一定速度运行的火焰锋面，其后面是具有高温的混合气体，同时产生压力的冲击，它们互相叠加形成压力很高的冲击波。

爆炸时产生的高温(可达1850℃-2650℃)不仅会烧伤职工、烧坏设备，还可能点燃木支架和煤壁，引起瓦斯连续多次爆炸、煤尘爆炸和井下火灾，从而加重灾害程度，扩大灾害面积；爆炸产生的高压可破坏巷道和设备；火焰锋面和冲击波不仅造成人员伤亡，还会移动和破坏电器设备、机械设备和支架，引起巷道顶板岩石冒落，垮塌的岩石及支架堆积物可能导致痛风系统的破坏，并使救灾和救护伤员的措施大为复杂化。

爆炸后产生的有害气体(如CO 达2%-4%),氧气大量减少(仅为6%-10%),井下人员将因中毒、窒息而死亡。

据统计，在瓦斯爆炸所造成的伤亡事故中，一氧化碳中毒者往往占有很大的比重。

3 瓦斯爆炸的防治技术措施
瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。

预防爆炸主要有:优化通风网络及通风系统，防治瓦斯积聚，进行瓦斯抽放，加强瓦斯浓度和火源监测，防止点火源的出现等；抑制爆炸主要采用隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内，从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。

3.1瓦斯爆炸的预防措施
⑴煤矿瓦斯抽放技术
我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占矿井总数的46%。

瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。

为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术；提高单一低透气性煤层的抽放率;研制钻进能力更强的钻机具；完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术；开发新的瓦斯抽放技术及设备。

瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等；抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。

并研制出与之相配套
的强力钻机及配套机具，如MK型长钻孔钻机和ZSM顺层强力钻机等。

此外已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。

并利用多分支羽状适用技术，解决低渗煤层瓦斯治理问题，以提高抽采率。

⑵矿井瓦斯浓度及火源监测技术
矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要，当发现瓦斯异常或有火源产生，立即采取措施可防止爆炸事故的发生。

我国目前开发了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型号的矿井安全监控系统，以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。

已有多个矿井安装了矿井安全综合监控系统，监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平，防止了许多事故的发生。

⑶引爆火源的防止措施
防止瓦斯引燃的原则是消除明火,控制热源。

①防止明火。

严禁携带引火物下井,严禁吸烟和用电炉取暖,加强火区管理,严禁明火和明电照明。

②防止电火花引燃瓦斯。

电器设备的防爆性能良好,完善井下设备的“三大保护”,检修电器设备不准带电作业。

③防止放炮引燃瓦斯。

使用合格的煤矿许用炸药和电雷管,按规定装药、放炮,禁止放线眼炮、糊炮,严禁明电放炮,严格执行“一炮三检”和“三人连锁”放炮制度。

④防止摩擦火花、撞击火花、静电等引燃瓦斯。

⑷优化通风网络及通风系统
合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施，为此，瓦斯防治工程与采掘工程，必须同时设计，超前施工，同时投入使用。

3.2 瓦斯爆炸的隔爆措施
矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播，限制火焰的传播范围，主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。

⑴被动式隔爆技术
被动式隔爆措施是利用压力波超前于火焰面的特点，利用爆炸所产生的压力击碎水槽或使水袋脱钩，使水槽或水袋中的水依靠压力波形成水雾，当随后的火焰面到来时，扑灭火焰，防止火焰引爆后面瓦斯或煤尘，隔绝爆炸。

隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安装方便，在我国得到了广泛的使用，其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。

目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚，具有适应性强，安装、拆卸和移动方便的特点。

⑵ 自动隔抑爆技术
自动隔抑爆装置是使用压力或温度传感器，在爆炸发生时探测爆炸波，及时将预先放置的水、岩粉、2N 、2CO 等喷洒到巷道中，从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。

如ZGB-Y 型自动隔爆装置采用高压氮气引射消焰剂，能将爆炸限制在距爆源40-60m 之内；ZYB-S 型自动产气式抑爆装置采用实时产气原理，当传感器接收到燃烧或爆炸火焰时，触发气体发生器快速产生的高压气体喷洒消焰剂，抑制火焰的传播。

4 结语
本文针对我国每年煤矿屡次发生瓦斯爆炸的现状,从理论上分析了煤矿瓦斯爆炸的特性及条件,并对目前瓦斯爆炸的防治技术进行简要说明。

虽然瓦斯爆炸防治技术上我们积累了许多经验，瓦斯爆炸防治的基础理论也取得了重大突破，但与我国煤炭工业的快速发展相比还相对滞后，煤矿瓦斯爆炸灾害仍严重威胁煤矿安全生产的局面还没有得到根本改变。

煤矿安全技术的开发和提高仍是一项长期而艰巨的任务。

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