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通风瓦检工培训瓦斯防治,矿井瓦斯是煤矿生产中必然遇到的有害气体，是煤矿五大自然灾害之一，在采掘过程中瓦斯大量涌出，可造成作业地点的瓦斯超限，当井下空气中瓦斯浓度较高时，会相对地降低空气中的氧气浓度，可以造成作业人员窒息。如果忽视矿井通风与瓦斯管理和不严格执行规程有关规定，当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸。瓦斯的存在易造成煤与瓦斯突出，严重影响和威胁矿井生产安全，一旦发生重、特大瓦斯灾害事故，就会给国家财产和职工的生命安全造成巨大损失。所以说，瓦斯是煤矿第一大杀手。,第三章 瓦斯防治,第一节 瓦斯的性质与赋存状态,矿井瓦斯是指煤矿在生产过程中从煤（岩）层中涌出以甲烷 为主的各种有毒有害气体的总称。有时单独指甲烷（沼气）。根据 气体分析结果表明，其中构成的主要成分是以甲烷为主，约占总量 的8090%左右，它是一种最简单的炭氢化合物，又是各种有害 气体混合物。因沼泽之气而得名，俗称沼气，其化学分子为CH4。根 据人们群众长期形成的历史习惯把沼气也称为瓦斯。瓦斯的成分且 由基本成分和其它成分所组成，其成分组成为：甲烷(沼气)（CH4）、 二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）二氧化氮（NO2）、一氧化碳 （CO）、二氧化硫（SO2）氨气（NH3）、碳氢化合物(乙烷、丙烷、 丁烷)。,一、矿井瓦斯的概念,依据瓦斯成分与其性质的不同，大致可分为三种类型： （一）具有可燃、可爆性气体，主要是沼气； （二）具有窒息性气体，主要是二氧化碳； （三）具有毒、有害气体，主要是一氧化碳、硫化氢、二 氧化硫、二氧化氮。上述这些有毒有害气体中，绝大多数 矿井中沼气约占瓦斯总量的80%以上，其次才是二氧化 碳。煤矿通常所说的瓦斯实际是指沼气，矿井瓦斯的这种 可燃性、爆炸性、窒息性，是煤矿安全生产中的主要威胁。,矿井瓦斯来源于煤（岩）层，瓦斯的生成是在成煤过程中植物的纤 维质被分解、发酵，逐渐生成腐植酸，与此同时生成瓦斯，属于生物 化学造气时期；此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结构 的变化，从泥炭转变成褐煤、烟煤到无烟煤，属于变质作用造气时期。 同时继续有大量瓦斯伴随生成。当生成一吨煤的一种伴生气体，它的 形成要经历两个不同的造气时期，古代植物遗体在形成泥炭过程中， 由于厌氧菌的作用，的同时，大约生成1000m3以上的瓦斯（沼气） 伴随生成。在长期的地质年代里，由于在生化作用造气时期泥炭的埋 藏较浅，覆盖层的胶结固化也不好，因地层变动造成的断裂和裂隙， 大部分瓦斯通过煤层裂隙自然逸散到大气中去了，仅仅只有一部分 则被保存在煤体和围岩中。,其次，煤层的倾角大，埋藏较浅，顶板岩层透气性好，而煤层中被 保存下来的瓦斯量就少；反之，煤层中保留下来的瓦斯就多。当人们建井 开拓井巷、从事采掘作业时，瓦斯就会不断地从煤（岩）层中涌向采掘空 间，这就是矿井瓦斯的主要来源。当在成煤过程中所伴随生成的瓦斯不逸 散，如果大部分都被保存下来的话，那么我们现在就无法开采其煤炭。 由于煤层赋存条件所致，煤层有露头时，瓦斯易于排放，无露头时 ，顶板岩性致密，其瓦斯不易排放，并易于保存。煤层倾角越小瓦斯运移 的途径长。如成煤后地壳上升，剥蚀作用加强为煤层瓦斯向地表运移提供 了条件，而大部分瓦斯随着裂隙逸散到大气中去了。因此，在其他条件大 致相同的情况下，在同一开采深度上，煤层倾角小，煤层所含瓦斯越多。 反之，煤层倾角大，且煤层瓦斯含量就越小。,二、瓦斯的性质,瓦斯通常指甲烷，分子式为CH4，它是一种无色、无味的气体。瓦斯具有燃烧和爆炸性。,三、矿井瓦斯危害,四、瓦斯的赋存,（一)瓦斯窒息。 （二)瓦斯的燃烧和爆炸。,（一)瓦斯在煤层中的垂直分带 在漫长地质年代中，变质作用过程中生成的瓦斯在其压 力差与浓度差的驱动下不断向古大气中运移，而地表空 气通过渗透和扩散也不断向煤层深部运移，,这就导致沿煤层垂深出现了特征明显的四个分带，即 CON带、N带、NCH和CH带，见图11。各带的 气体成分组成与含量见表11。按照各带的成因和组分 变化规律，第、带又统称为瓦斯风化带，第带 称为甲烷带。,图3-1 煤矿瓦斯垂直分布图 、瓦斯风化带，甲烷带,确定瓦斯风化带和甲烷带的深度是很重要的，因为 在甲烷带内，煤层中瓦斯含量、瓦斯压力、以及在开 采条件变化不大的前提下的瓦斯涌出量都随着深度的 增加而有规律地增大。研究这些规律及影响因素，是 防治矿井瓦斯灾害的基本工作之一。,表3-1 煤层垂向各瓦斯带主要特征,（二)瓦斯的赋存。瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种，一种是游离状态，另一个是吸附状态。如图3-2所示。,图32 煤矿瓦斯赋存状态示意图 1游离瓦斯；2吸着附瓦斯；3吸收瓦斯；4煤体；5空隙,1、游离状态（也称自由状态）。 这种瓦斯以完全自由的气体状态存在于煤体或围岩的较大裂缝、孔 隙或空洞之中（如图11所示）。游离瓦斯可以自由运动或从煤（岩） 层的裂隙中散放出来，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、吸附状态（也称结合状态）。 按其结合的形式不同，又分为吸着和吸收两种状态。吸着状态是瓦 斯气体分子在其与煤粒固体分子间的引力作用而被吸着在煤体孔隙内 表面上所呈现的状态，其形成一层很薄的吸附层（如图中2所示）； 吸收状态是瓦斯分子进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（如图中3所示）。吸附状态 存在的瓦斯量的多少，取决于煤的结构特点、炭化程度等。,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瓦斯，这种现 象叫解吸；反之，当压力增大或温度降低时，部分游离的 瓦斯也是转化为吸附状态，这种现象叫吸附。,第二节 矿井瓦斯涌出,煤层瓦斯含量指煤层在自然条件下单位重量或单位体积所含有的瓦斯量，一般用m3/t或m3/m3表示。,一、煤层瓦斯含量,二、煤层瓦斯含量的主要影响因素,煤层瓦斯含量的大小决定于两个方面的因素，一是在成煤过程中伴生的气体量和煤的含瓦斯能力，二是煤系地层保存瓦斯的条件。 （一）煤的变质程度 煤的变质程度决定了成煤过程中伴生的气体量和煤的含瓦斯能力。 （二）煤系地层保存瓦斯的条件 当前煤层瓦斯含量的大小，主要取决于煤系地层保存,瓦斯的条件。 1、煤层有无露头。煤层有无露头对煤层瓦斯含量有很 大影响。有露头一般存在着瓦斯风化带，在该带内瓦斯沿煤 层向大气中运移阻力较小，煤层的瓦斯很容易放散到大气中 去。所以，地表有煤层露头时，该煤层的瓦斯含量会很低。 2、煤层埋藏深度。煤层埋藏深度增加，保存瓦斯的条 件就变好，煤层吸附瓦斯的能力就加大，瓦斯放散就越困难 。在甲烷带内，煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随埋藏深度的增 加而增加。瓦斯压力梯度是指煤层埋藏深度每增加1m，煤层 内瓦斯压力的增加值。,3、围岩的透气性。煤层上覆和下伏岩层的透气性， 对 煤层瓦斯含量影响很大。煤层被透气性很低的岩层包围 ，煤层的瓦斯放散不出去，瓦斯含量就高；反之，瓦斯含 量就低。 4、煤层的地质史。成煤有机物沉积以后，直到现今的 变质作用阶段，经历了漫长的地质年代。其间，地层多次 下降或上升，覆盖层加厚或遭受剥蚀，海相与陆相交替变 化并伴有地质构造运动等。这些地质过程的形式和持续的 时间对煤层瓦斯含量影响很大。一般来说，以下降、覆盖 层加厚和海相沉积为主要变化的地质活动过程，会导致煤 层瓦斯含量增高；反之，煤层瓦斯含量则降低。,5、地质构造及其条件。闭合的和倾伏的背斜或穹窿，通常是储瓦 斯构造，在其轴部区域形成瓦斯包，即所谓的“气顶”。构造形成的煤 层局部变厚的大型煤包，往往也是瓦斯包。断层对煤层瓦斯含量的影 响与其性质有关，开放性断层(一般是指张性、张扭性、或导水的压性 断层等)会导致煤层瓦斯含量降低；封闭性断层(压性、压扭性不导水 断层)会导致煤层瓦斯含量增高。 煤层倾角小，瓦斯沿层运移的路径长，阻力大，煤层瓦斯不易流 失，导致煤层瓦斯含量大；反之，则煤层瓦斯含量小。 地下水活跃的矿区，通常煤层的瓦斯含量小。地下水对煤层瓦斯 含量的降低作用表现在三个方面：一是长期的地下水活动，带走了部 分溶解的瓦斯；二是地下水渗透的通道，同样可以成为瓦斯渗透的通 道；三是地下水带走了溶解的矿物，使围岩及煤层卸压，透气性增大 ，造成了瓦斯的流失。,（一）矿井瓦斯涌出的形式 当煤层被开采时，煤体受到破坏，贮存在煤体内的部 分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象叫做瓦斯 涌出。瓦斯涌出根据涌出形式的不同可以分为普通涌出和 特殊涌出。 （二）矿井瓦斯涌出来源 掌握矿井瓦斯涌出的来源，是实行瓦斯分源治理的前 提条件。按照瓦斯涌出地点和分布状况，瓦斯涌出来源可 分为： 1、煤、岩壁瓦斯涌出；2、采落煤炭瓦斯涌出； 3、采空区的瓦斯涌出；4、邻近煤层瓦斯涌出。,三、矿井瓦斯涌出,1、矿井瓦斯涌出量的概念与计算 矿井瓦斯涌出量是指在开采过程中，单位时间内或单位 重量煤中放出的瓦斯量。表示矿井瓦斯涌出量的方法有两种。 1）绝对瓦斯涌出量 绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌人采掘空间的瓦斯数量 ，用m3min或m3d表示。可用下式进行计算 Q CH4=QC (11) 或 Q=1 440QC (12),（三）矿井瓦斯涌出量,式中 Q CH4矿井(或采区)绝对瓦斯涌出量，m3min； QCH4矿井(或采区)绝对瓦斯涌出量，m3d； Q矿井(或采区)总回风量，m3min； C矿井(或采区)总回风流中的瓦斯浓度，； 1 4401昼夜的分钟数。 2）相对瓦斯涌出量 相对瓦斯涌出量是指在矿井正常生产条件下，月平均日产1 t煤所 涌出的瓦斯数量，用m3t表示。可用下式进行计算：,式中 qCH4矿井(或采区)相对瓦斯涌出量，m3t； QCH4矿井(或采区)绝对瓦斯涌出量，m3min； A矿井(或采区)月产煤量，t； N矿井(或采区)的月工作天数。 必须指出，对于抽放瓦斯的矿井，在计算矿井瓦斯涌出量时应包括抽放 的瓦斯量。 （四）影响矿井瓦斯涌出量的因素 矿井瓦斯涌出量并不是固定不变的，它随自然条件和开采 技术条件的变化而变化。,1、煤层瓦斯含量 它是影响矿井瓦斯涌出量的决定因素。被开采煤层的原始瓦斯含量 越高，其涌出量就越大。如果开采煤层附近有瓦斯含量大的围岩或煤 层(通常称为邻近层)，由于采动影响，邻近层中的瓦斯就会沿采动裂 隙涌入开采空间，导致实际瓦斯涌出量大于开采煤层的瓦斯含量。 2、大气压力的变化 正常情况时，采空区及裂隙中的瓦斯与巷道风流处于相对平衡状态 。当大气压力突然降低时，就会破坏原来的平衡状态，瓦斯涌出的数 量就会增大；反之，瓦斯涌出量变小。因此，当地面大气压突然下降 时，必须百倍警惕，加强对采空区和密闭等附近的瓦斯检查；否则， 可能造成重大事故。,3、开采规模 开采规模是指矿井的开采深度、开拓开采的范围以及矿井产量。 开采深度越大，煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量就越大；开拓与开采 范围越大，瓦斯涌出的暴露面积越大，其涌出量就越大；在其他条件 相同时，产量高的矿井其瓦斯涌出量一般较大。 4、开采程序 厚煤层分层开采时，第一分层(上分层)的瓦斯涌出量最大，这是 由于采动影响，其他分层中的瓦斯也会沿裂隙渗出的缘故。显然，对 顶底部邻近层都已采过的煤层，其开采过程中的瓦斯涌出量会显著地 减少。,5、采煤方法与顶板管理 机械化采煤，煤的破碎较严重，瓦斯涌出量高；水力采煤，水包围 着采落的煤体，对其中的瓦斯的排出起阻碍作用，导致湿煤中残余瓦 斯含量增大，其瓦斯涌出量较少。采用全部陷落法管理顶板，由于能 够造成顶底板更大范围的松动，以及采空区存留大量散煤等原因，其 瓦斯涌出量比采用充填法管理顶板时要高。另外，回采率低的采煤方 法，瓦斯涌出量相对就高。 6、生产工序 同一采面，放炮或割煤时的瓦斯涌出量最高，较该面平均涌出量可 高出一倍或几倍。 7、通风压力 采用负压通风(抽出式)的矿井，风压越高瓦斯涌出量越大，而采用 正压通风(压人式)的矿井，风压越高瓦斯涌出量越小。这主要是风压 与瓦斯涌出压力相互作用的结果。,8、采空区管理 一般说来，多数采空区都积存有大量瓦斯，其管理方 法及好坏程度对瓦斯涌出影响很大。例如，该封闭而未封 闭或密闭质量很差，就会造成采空区瓦斯向外涌出。对采 空区进行合理抽放会降低矿井的实际瓦斯涌出量。总之， 矿井瓦斯涌出量的影响因素很多，但有主有次，应根据不 同矿井的具体条件，找出其主要因素及影响规律，以制定 和采取针对性的防治措施。,四、矿井瓦斯等级的划分,（一）矿井瓦斯等级划分的目的 矿井瓦斯等级是矿井瓦斯涌出量大小和安全程度的基本标志。由于不同煤田瓦斯生成与赋存的条件不同，开采时不同矿井的瓦斯涌出量就有很大差异。,（二）矿井瓦斯等级划分的依据 煤矿安全规程规定：一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯， 该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。 矿井瓦斯等级，根据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： 1、瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对 瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。 2、高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦 斯涌出量大于40m3/min。 3、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。 各矿井每年必须组织进行矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作 ，将鉴定结果报省主管部门审批，并报省煤矿安全监察机构备案。新矿 井设计前，地质勘探部门应提供各煤层的瓦斯含量资料，矿井瓦斯涌出 量和矿井瓦斯等级在设计任务书中确定。,五、矿井瓦斯等级的鉴定,凡瓦斯矿井，每年都必须进行一次矿井瓦斯等级鉴定工作。矿井瓦斯等级鉴定工作一般可按下列顺序和步骤进行： （一）准备工作 1、成立鉴定小组，配足人员，明确分工； 2、编制实施方案，包括时间安排、人员组织、仪器用品、井下测点布置、测定内容、注意事项等； 3、备齐所需测定仪器和记录、测算所用的表格等物品； 4、校正所用仪器。,（二）井下测定 1、选定测点 1）选点的原则是所选点能反映全矿井、各水平、各煤层、各采 区(工作面)等区域的回风量和瓦斯涌出情况； 2）选点位置一般选在矿井总回风道、各独立通风区域的回风道和 各翼、各水平、各煤层、各采区(工作面)的进、回风道内 的合适地点； 3）对测点要求与测风站标准相同，可用原有测风站，如无测风站 ，可选在断面规整、无杂物、距岔风口15m一30m以外的一段平直 巷道(10m)内。 2、测定内容 1）风量； 2）风流中瓦斯浓度；,3）风流中二氧化碳浓度； 4）气象条件(地面和井下的气温、气压、湿度等)。 3、测定时间与方法。 1）根据当地气候条件，应选择瓦斯涌出量最大的一个月(一般为7月或8月)为鉴定月； 2）在鉴定月的月初、月中和月末各选一天(间隔10d)，如选5日、15日、25日，为鉴定日，鉴定日的产量、通风瓦斯管理必须正常； 3）在鉴定日内分早、中、晚三班进行测定(四班工作制者分四班测定)，测定工作要在本班正常生产时进行； 4）在每一班的时间内，应在班初、班中和班末各测一次，取其平均值；,5）在每次测定时，对风流瓦斯浓度、二氧化碳浓度和温度等，要在同一断面的上、中、下分别测定，取其平均值，风量测定按测风要求进行； 6）将测定数据及时记人记录表中。 4、资料整理 将整理后的实测记录表中的原始数据以及月产量、 工作天数等汇总于瓦斯鉴定基础表(见表32)中。,表3-2 瓦斯和二氧化碳监定基础表,5、确定矿井瓦斯等级 6、上级审批 7、注意事项 应做好鉴定月生产天数和产量的统计工作,第三节 瓦斯爆炸及其防治,瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸就是空 气中的氧气（O2）与瓦斯（CH4）进行剧烈氧化反应的结果 。其化学反应式为： CH4+2O2=CO2 +2H2O+882.6kJ/mol 从上式中看出：瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学 反应，生成二氧化碳和水蒸气，并放出大量的热，这些热量 能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成 高温、高压并以极高的速度向外冲出面是产生动力现象，这 就是瓦斯爆炸。 在瓦斯爆炸过程中，当点火源与爆炸性混合 物接触时，并不立刻发生爆炸，而需要有一个延迟时间，这 段时间称为爆炸感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、温度火 源的性质有关，随着瓦斯的浓度的增加略有增加。,一、瓦斯爆炸的概念,表3-3 延迟期与瓦斯浓度、引火温度关系表,由此可见，引火温度越高，延迟时间就越短。瓦斯燃烧这种延迟 性，对煤矿安全生产有着十分重要意义。例如，井下放炮时，使用的 煤矿安全炸药就是利用了这一特性制定出的，安全炸药虽然爆炸时的 温度高达2000，但在绝大多数情况下，这一温度存在的时间极 短，有0.00110ms，也不致于引燃瓦斯， 冲击波存在的时间短于 1ms，都小于瓦斯爆炸的感应期。但当炸药质量不合格或炮泥充填不 足时，就会延长高温气体存在的时间，甚至还会出现火焰，从而形成 瓦斯爆炸的点引火源。,二、瓦斯爆炸的条件及界限,瓦斯爆炸必须同时具备下面3个基本条件。 （一）一定的瓦斯浓度 1、瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸具有一定的浓度范围，只有在这个浓度范围内，瓦斯才能够爆炸，这个范围称为瓦斯爆炸的界限。最低爆炸浓度叫爆炸下限；最高爆炸浓度叫爆炸上限，在新鲜空气中，瓦斯爆炸的界限一般认为是5%16%。,2、瓦斯在不同浓度的爆炸特性，当瓦斯浓度低于5%时，由于参 加化学反应的瓦斯较少，不能形成热积聚，因此，不能爆炸，只能燃 烧。燃烧时，在火焰周围形成比较稳定的、呈现蓝色或淡青色的燃烧 层。 当瓦斯浓度达到5%（下限），瓦斯就能爆炸；浓度在5% 9.5%时，爆炸威力逐渐增强；在浓度为9.5%时， 因为 空气中的 全部瓦斯和氧气都能参加反应，所以，这时的爆炸威力最强。在煤矿 井下，通过实验和现场测定，爆炸威力最强烈的实际瓦斯浓度为 8.5%左右。 瓦斯只有在5%16%这个浓度范围内才能爆炸，这个范围称为 瓦斯爆炸界限。5%是最低爆炸浓度，叫爆炸下限；16%是最高爆 炸浓度，叫爆炸上限。 必须指出，瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，当受到定因素影响 时，爆炸界限会相应缩小或扩大。,当瓦斯浓度低于5%时，由于参加化学反应的瓦斯数量较少，不能 形成热量积聚，因此，只能燃烧，不能爆炸；当瓦斯浓度高于16%时 ，由于空气中的氧气相对减少和不足，满足不了氧化反应的全部需 要,只能有一部分的瓦斯与氧气发生反应，因所生成的热量还会被多 余的瓦斯和周围介质吸收而降温，所以也不能爆炸。 （二）一定的引火温度 瓦斯爆炸的第二个基本条件是高温火源的存在。点燃瓦斯所需的 最低温度，称为引火温度。瓦斯的引火温度一般认为是650750。 （三）充足的氧气含量 实验表明，瓦斯爆炸界限随着混合气体浓度的降低而缩小，氧 气浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓缓地提高，而瓦斯爆炸的上限则迅 速下降，当氧气浓度降到12%时，混合的气体中的瓦斯就失去了爆炸 性，遇火也不会爆炸。,由于氧气含量低于12%时，短时间内就能导致人员窒 息死亡，因此规程规定，井下工作地点的氧气含量不 得低于20%，而且在正常生产的矿井中，采用降低空气 中的氧气含量来防止瓦斯爆炸是没有实际意义的。,三、瓦斯爆炸产生的危害,瓦斯爆炸的危害主要表现在以下3个方面。 （一）爆炸温度 试验研究表明，当瓦斯浓度为9.5%时，爆炸时产生的瞬时温度，在自由空间可达1850，在封闭的空间内高达2650 。这样的高温，不仅会烧伤人员、烧坏设备，还可能引起井下火灾，扩大灾害。,（二）爆炸压力 瓦斯爆炸产生的高温，会使气体突然膨胀而引起气体压力的骤然 增大，再加上爆炸波的叠加作用或瓦斯连续爆炸，爆炸产生的冲击压 力会越来越高。据测定，瓦斯爆炸后的压力约为爆炸前的10倍。在高 温高压的作用下，爆源处的气体以每秒几百米的速度向前冲击。瓦斯 爆炸时，常常会伴生两种冲击。 1、正向冲击 在爆炸产生的高温、高压作用下，爆源附近的气体以极大的速度 向四周扩散，在所经过的路程上形成威力巨大的冲击波的现象称为正 向冲击。 2、反向冲击 爆炸发生后，由于爆炸气体从爆源处高速向外冲击，加上爆炸后生 成的部分水蒸气又很冷却和凝聚，因而，在爆源附近就形成了气体稀 薄的低压区。这样，在压差的作用下爆炸气体就会连同爆源外围的气 体又以极高的速度反向冲回爆炸地点。这一过程称为反向冲击。,（三）有毒有害气体 瓦斯爆炸后，将产生大量有害气体，据分析，瓦斯爆 炸后的空气成分为：氧气6%10%、氮气82%88%、二氧 化碳4%8%、一氧化碳2%4%。爆炸后生成的如此大量的 一氧化碳是造成人员大量伤亡的主要原因。如果有煤尘参 与爆炸，一氧化碳的生成量就会更大，危害就更为严重。 统计资料表明，在发生的瓦斯、煤尘爆炸事故中，死于一 氧化碳中毒的人数占总死亡人数的70%以上，因此规程 规定，入井人员必须佩戴自救器。,四、影响瓦斯爆炸的主要因素,瓦斯爆炸的基本条件受很多因素影响，以下就爆界限和引火温度两个方面进行介绍。,（一）影响爆炸界限的因素 影响瓦斯爆炸界限的主要因素有可燃性气体、煤尘、惰性气体 及混合气体的初始温度等。 1、可燃性气体的混入 在瓦斯和空气的混合气体中，如果有一些可燃性气体(如硫化 氢、乙烷等)混入，则由于这些气体本身具有爆炸性，不仅增加了 爆炸气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸下限降低，从而扩大了瓦斯 爆炸的界限。 2、爆炸性煤尘的混入 多数矿井的煤尘具有爆炸性。当瓦斯和空气的混合气体中混入 有爆炸危险的煤尘时，由于煤尘本身遇到火源会放出可燃性气体， 因而会使瓦斯爆炸下限降低。,根据实验，空气中煤尘含量为5gm时，瓦斯的爆炸下限降低到 3；煤尘含量为8gm时，瓦斯爆炸下限降低到25。显然，正 常情况下，空气中的煤尘含量达到这样高是不可能的，但当沉积煤尘 被爆风吹起时，达到这样高的煤尘含量却十分容易。因此，对于有煤 尘爆炸危险的矿井，作好防尘工作，从防止瓦斯爆炸的角度来讲也是 十分重要的。 3、惰性气体的混入 惰性气体是指不太容易与其他气体分子结合、化学性质不太活泼的 气体。如氮气(N2)、二氧化碳(CO2)等。瓦斯和空气的混合气体中， 混入惰性气体将使氧气的含量降低，可以缩小瓦斯的爆炸界限，降低 瓦斯爆炸的危险性。,（二）影响引火温度的因素 影响瓦斯爆炸引火温度的主要原因有瓦斯浓度、混合气体压力及火源性 质等。 1、瓦斯浓度 不同的瓦斯浓度，所需要的引火温度也不同。一般来说，瓦斯浓度在7一 8时，其引火温度最低。高于这个浓度，所需引火温度就增高，这是因为瓦 斯的热容量较大、吸收的热量较多的缘故；当瓦斯浓度过低时，也不易引 燃，所需引火温度也比较高。 2、混合气体压力 混合气体的压力越大，引火温度就越低。例如，当瓦斯与空气混合气体的 压力为9.8kPa时，引火温度为700；压力为2744kPa时，引火温度为 460。当混合气体瞬间被压缩到原来体积的120时，混合气体由于被压 缩而自身产生的热量，就能使其自行爆炸。 引火温度随着混合气体压力的增高而降低，这对加强放炮管理很有指导意 义。因为放炮时能造成很大的气体压力，大大降低了引火温度，因而就比较 容易引起瓦斯爆炸事故。,3、火源性质 火源有多种，不同的火源有不同的性质，它们的温度、存在时间及表面 积等也都不同，而这些都能对瓦斯爆炸的引火温度产生很大的影响。 1）瓦斯爆炸的感应期 在一定温度条件下，火源的表面积越大，火源存在时间越长，就越容 易引爆瓦斯；反之，即使火源的温度很高，若存在时间短，也不能使瓦斯 引爆。这是因为瓦斯的热容量比较大，即使达到爆炸浓度的瓦斯遇到高温 火源，也并不能立即发生爆炸，而需要延迟一个很短的时间。瓦斯的这种 延迟一个很短时间才爆炸的现象，称为引火延迟现象。引火延迟的时间称 为瓦斯爆炸的感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、引火温度有密切关系 ，瓦斯浓度越高，感应期越长；引火温度越高，感应期越短。,2）感应期的作用 瓦斯爆炸的感应期虽然非常短暂，但对指导煤矿安全生产却有着十 分重要的意义。 首先，利用这一特性，通过缩短高温火源的存在时间，使其不超过 瓦斯爆炸的感应期，可以减小或消除瓦斯爆炸的可能性。现在煤矿使 用的毫秒雷管和安全炸药，在一定程度上就是根据瓦斯爆炸感应期这 一特性研制和生产的。虽然在爆破时炸药的爆炸温度能达2000左 右，但是这一高温存在的时间极短(通常仅为千分之几秒)，小于瓦斯 爆炸的感应期，不会引起瓦斯爆炸；当然，如果炸药质量不合格或炮 泥装填不合要求，爆炸后高温气体存在的时间就能延长，当超过感应 期时即会造成瓦斯爆炸事故。矿用安全电气设备，在发生故障时能迅 速断电，由于其断电的时间小于感应期，因而不会导致瓦斯爆炸。,其次，根据瓦斯爆炸感应期这一特性，对一些存在或停留时间较长 (超过感应期)的高温火源，如明火、电火、灼热金属板(网)、摩擦火花 等，在瓦斯矿井中都要严加禁止。 应当指出，瓦斯爆炸的感应期也并不是固定不变的。混合气体的压 力增高时，感应期就会缩短或消失。例如，井下放炮时，由于爆破冲 击压缩作用而使混合气体压力增大，瓦斯爆炸的感应期将会缩短。因 此，加强井下放炮管理是十分必要的。 综上所述，由于瓦斯爆炸的三个基本条件中的一些数值受很多因素 影响，会在较大范围内发生变化，加上矿井通风和瓦斯涌出的不稳定 性，所以规程对井下各地点的瓦斯浓度及可能产生的火源都作了 严格的限制和规定，这是十分必要的，必须认真执行。,五、瓦斯爆炸的原因分析,（一）瓦斯积聚及其原因 1、瓦斯积聚的概念，瓦斯积聚是指采掘工作面及其他地点，体积大于0.5m3的空间内积聚，瓦斯浓度达到或超过2%的现象。 2、引起瓦斯积聚的主要原因，引起瓦斯积聚而导致瓦斯爆炸的原因很多，很复杂，主要有： 1）局部通风机停止运转 2）风筒断开或严重漏风 3）采掘工作面风量不足 4）风流短路 造成风流短路的原因主要是打开风门不关，其次是巷道贯通不及时调整通风系统。,5）通风系统不合理、不完善 自然通风、串联通风、扩散通风、无回风道的独眼井及局部通 风机循环风等都不是合理通风。残采和通风不良的采煤法，由于其通 风系统不正规、不完善容易引起瓦斯积聚。 6）采空区和盲巷没有风流通过，往往积存有大量高浓度瓦斯。 7）瓦斯涌出异常 断层、褶曲或地质破碎带是瓦斯的富集区域，在接近或通风这些 地带时，瓦斯涌出量可能突然增大，或者忽大忽小，而且容易冒顶造 成瓦斯积聚。）采空区或盲巷 8）局部地点 巷道支架后及高顶区、采掘工作面的上隅角、采煤机切割机构附近、 采掘进工作面的机组附近、刮板输送底槽和未充填的各种钻孔，由于 通风不良，常常积聚着高浓度的瓦斯。 9）恢复通风排放瓦斯时期。,（二）引爆火源 有点火源出现在瓦斯积聚并达到爆炸界限的区域才能引起瓦斯爆炸事故。在正常生 产时期，存在许多足以引燃瓦斯的点火源，例如矿车与轨道的摩擦、工作过程中的机械 碰撞、采煤机截齿与煤层夹矸的碰撞等。这些点火源的出现有时是难以避免的，其出现 也具有随机性。从事故的统计分析可以看到，很多瓦斯爆炸事故的点火源都是人为造成 的，即违章操作、使用不合格产品等，应该找出这些方面的规律，坚决杜绝类似现象的 发生。 1、爆破火花 爆破是煤矿井下开采中经常遇到的一项工作，爆破工作本身就具有一定的危险性。 在煤矿井下进行的爆破，因其特殊的环境条件，安全爆破就显得更为重要。据统计，近 年来因井下爆破引起的瓦斯爆炸和燃烧事故呈增加的趋势。 存在的问题主要有： 1）使用了不符合安全要求的炸药或炸药已经超过安全有效期限； 2）充填炮泥不合格，造成放炮火焰存在时间过长； 3）爆破炮眼布置不合理，抵抗限过低，或者放明炮、糊炮等； 4）爆破电路连线不合格，产生电火花； 5）放炮器不合格或使用明电放炮等。,2、电火花 因电火花引起的瓦斯爆炸与电器设备的不合格和人员违 章操作有关，主要的原因有线路接头不符合要求、电器失 爆、带电检修、违章私自打开矿灯或矿灯失爆、使用非煤 矿用的电器设备等。 3、摩擦撞击火花 井下工作中的摩擦和撞击有时难以避免，因此，在瓦斯 高浓度的区域，例如排放瓦斯的路线上、U+L形通风的瓦 斯尾巷等，应该减少或停止工作。从事故原因的统计看， 该类原因仅次于前两类点燃源。,4、明火 井下使用明火的情况很少，属于严格限制的作业。井 下明火来源主要有吸烟、电焊、煤炭自然发火以及形成的 火区。 5、静电和雷击 高分子材料表面电阻高，容易积聚电荷，放电时可产生 火花，地面雷击可以通过电话线、铁轨、金属管路等传到 井下，引起瓦斯爆炸。 （三）管理因素 瓦斯爆炸事故的发生，主要是由于管理上存在缺陷造成 某些作业人员的违章失职所造成的。,六、瓦斯爆炸事故的防治,瓦斯爆炸事故是可以预防的，预防瓦斯爆炸就是指消除瓦斯爆炸的条件并限制爆炸火焰向其他地区传播，归纳起来主要有以下3个方面：防止瓦斯积聚，防止引爆瓦斯和防止瓦斯爆炸事故的扩大。 （一）防止瓦斯爆炸的一般措施 瓦斯爆炸事故是可以预防的，预防瓦斯爆炸应加强下述几方面的工作。 1、建立健全矿井瓦斯管理规章制度 各项目部，尤其是高突矿井项目部应该根据规程有关规定，结合本项目的实际情况，建立健全瓦斯管理的有关规定和制度。这主要包括：健全专业机构，配足检查人员，定期培训和不断提高专业人员技术素质的规定；建立各级领导,和检查人员（包括瓦斯检查工）区域分工巡回检查、汇报制度， 建立瓦斯日报审批制度；建立盲巷、旧区和密闭启封等瓦斯管理 规定；健全爆破过程中的瓦斯管理制度；健全排放瓦斯的有关规 定及瓦斯监测装备的使用、管理的有关规定；健全矿井瓦斯抽放 、防止煤与瓦斯突出的规定等。 2、建立完善合理的矿井通风系统 建立一个完善合理的矿井通风系统，做到稳定、可靠、连续 地向井下所有用风地点输送足够数量的新鲜空气，以保证及时排 除和冲淡矿井瓦斯和粉尘，使井下各处的瓦斯浓度符合规程 的要求，是防止矿井发生瓦斯爆炸事故的可靠保证。为此，要求 矿井通风系统要具有较强的抗灾能力，通风系统要力求简单，实 行分区通风，各水平、各采区要有单独的回风道，不得串联通风 。矿井通风设施要保证规格质量，经常检查维修，保证完好。,3、加强局部通风管理 统计表明，有60%的瓦斯爆炸事故发生在掘进工作面。因此，加强掘进 工作面的通风管理是防止瓦斯爆炸的重点工作之一。掘进工作面的通风系统 应满足下列要求： 1）局部通风机和启动装置必须安设在新鲜风流中，距回风口不得小于 10米。风筒吊挂要平直，拐弯处应设弯头或缓慢拐弯，不能拐死弯。风筒应 无破口，接头应严密不漏风，异径风筒要设立过渡节，先大后小，不能花接 。严格风筒“三个末端”管理，即风筒末端距掘进工作面距离必须符合作业规 程要求，风筒末端出口量要大于40m3/min，风筒末端处回风瓦斯浓度必须符 合规程规定。 2）高突矿井（区域或掘进工作面）的局部通风机和掘进工作面中的电 气设备要实现“三专“（专用变压器、专用开并、专用线路）、两闭锁（风 电闭锁、瓦斯电闭锁）”。低瓦斯矿井的采、掘工作面的供电要分开。,3）局部通风机要挂牌指定专人管理或派专人看管，主备局扇每天要进行 切换试验，并有记录可查。 4）局部通风机不准任意开停。有计划停电停风要编制安全措施，履行审 批手续，并严格执行。试验低压检漏装置而停局部通风机时，必须有电工、 瓦检工和专管局部通风机的人员或掘进班组长同时在场，方可进行工作； 停风停电前，必须先撤出人员和切断电源；恢复通风前，必须检查瓦斯，、 符合规定后，方可人工开启局部通风机。 5）一台局部通风机只准给一个掘进工作面供风，严禁单台局部通风机供 多头的通风方式。严禁使用3台以上（含3台）的局部通风机同地向一个 掘进工作面供风。 6）通风距离长且瓦斯涌出量较大的掘进工作面要推广双风机、双电源、 自动切换，以保证风局部通风机发生故障时，备用局部通风机能自动启动 ，确保掘进工作面不间断供风。,7）安设局部通风机的进风巷道所通过的风量，要大于局部通风机风量 1.43倍，以保证局部通风机不发生循环风。 8）由于机电故障等无计划停风或节假日检修等有计划停风已经形成瓦 斯积聚的掘进工作面，都必须进行排放瓦斯工作，只有在排放后恢复 正常通风、瓦斯符合规定的情况下，方可人内进行生产活动。 9）临时停工的掘进工作面不准停风，并设栅栏、切断电源、加强检查 。长斯停工的掘进工作面要在24h内封闭完好，并定期检查。 10）巷道贯通后应及时调整通风系统。掘进巷道与其他巷道贯通必须 编制专门安全技术措施，包括调整通风系统的安全措施，并做好充分 的准备。被贯通的巷道要保持 正常通风，贯通前每放一次炮都要检查 瓦斯和通风情况，证明已符合规程要求时，方可放下一次炮，直 至贯通。贯通后，必须立即调整通风系统，保证有足够风量，防止瓦 斯积聚，待通风系统稳定、正常、可靠、瓦斯浓度在1%以下后，方可 恢复其他工作。,4、加强排放瓦斯管理 凡因停电或停风造成瓦斯积聚的采掘工作面、恢复瓦 斯超限的停工区或已封闭的停工区以及采掘工作面接近这 些地点时，通风部门必须编制排放瓦斯安全措施。不编制 排放瓦斯的安全措施，不准进行排放瓦斯工作。排放瓦斯 的安全措施包括下列内容： 1）计算排放的瓦斯量、供风量和排放时间，制定控制 排放瓦斯的方法，严禁“一风吹”，确保排出的风流与全风 压风流混合处的瓦斯浓度不超过1.5%，并在排出 的瓦斯与 全风压风流混合处安设甲烷报警断电仪。,2）确定排放瓦斯的流经路线和方向、控制风流设施的位置、 各种电气设备的位置、甲烷传感器的监测位置等，必须做到 文、图齐全，并在图上注明。 3）明确停电撤人范围，凡爱排放瓦斯影响的硐室、巷道和被 排放瓦斯风流切断安全出口的采掘工作面，必须停电、撤人 、停止作业，指定警戒人员的位置，禁止其他人员进入。 4）排放瓦斯风流经过的巷道内的电气设备，必须指定专人在 采区变电所和配电点两处同时切断电源，并设警示牌和派 专人看管。 5）瓦斯排完全，指定专人检查瓦斯，只有在供电系统和电气 设备完好，排放瓦斯巷道的瓦斯浓度不超过1%时，方准指 定 专人恢复供电。,6）加强排放瓦斯的组织领导，明确排放瓦斯人员名单，要落实责任。 5、加强瓦斯引爆火源治理 1）防止明火 （1）禁止在井口房、通风机房、瓦斯机房周周20米以内使用明火、吸 烟或用火炉取暖。 （2）严禁携带烟草、点火物品和穿化纤衣服入井；严禁携带易燃品入 井，必须带入井下的易燃品要经矿总工程师批准。 （3）井下禁止使用电炉或灯炮取暖。 （4）不得在井下和井口房内从事烧焊作业。如必需在井下主要硐室、 主要进风道和井口房内从事电焊、气焊和使用喷灯焊接时，每次都必 须制定安全措施，报矿长批准，并遵守规程有关规定，回风巷不 准备进行施焊作业。,（5）严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等。井下使用的棉纱、布头 、润滑油等，必须放在有盖的铁桶内，严禁乱扔乱放和抛洒在巷道、硐 室或采空区内。 （6）防止煤炭氧化自燃，加强火区检查与管理，定期采气分析，防止得 燃。 2）防止炮火 （1）严格火药、爆破管理，井下严禁使用产生火焰的爆破器材和爆破工 艺。 （2）瓦斯矿井要使用安全炸药，不合格或变质的炸药不准备使用。 （3）炮眼深度和装药量要符合“作业规程”规定；炮眼黄泥装填要满、要 实，防止爆破打通，坚持使用水炮泥。 （4）禁止止使用明接头或裸露的爆破母线；爆破母线与起爆器联结要牢 固，防止产生电火花；爆破工尽量在入风流中启动起爆器。 （5）禁止止放明炮、糊炮。 （6）严格执行“一炮三检”制度。,3）防止电气火源和静电火源 （1）瓦斯矿井必须采用矿用安全型、防爆型和安全火 花型的电器设备。对电器设备的防爆性能要定期经常检查 ，不符合要求的要及时更换和修理；否则，不准使用。 （2）井口和井下电气设备必须有防雷和防短路保护装 置；