矿井瓦斯性质、涌出量、等级划分以及瓦斯爆炸的防治措施详述

发布时间:2024-06-17

矿井瓦斯性质、涌出量、等级划分以及瓦斯爆炸的防治措施详述

在采矿行业中，矿井瓦斯的安全管理是保障作业人员生命安全和生产效率的关键。我国经历了一系列煤矿特别重大事故，这些事故不仅造成了巨大的人员伤亡，也暴露了矿井瓦斯管理的严重不足。本文将从矿井瓦斯的性质、涌出量及其等级划分，以及瓦斯爆炸的防治措施等方面进行深入探讨。

一、矿井瓦斯的性质与涌出形式

矿井瓦斯主要由甲烷（CH₄）组成，这是一种无色、无味、易燃的气体，具有较高的爆炸性。除了甲烷，矿井瓦斯中还可能含有二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、硫化氢（H₂S）、氢气（H₂）以及一些稀有气体。这些气体的混合使得矿井瓦斯具有以下特点：

1. 易燃性：甲烷是瓦斯的主要成分，具有很高的易燃性，一旦与空气混合达到爆炸极限，遇到点火源即可发生爆炸。

2. 爆炸性：瓦斯的爆炸界限为5%至16%，其中9.1%至9.5%的浓度下爆炸最为猛烈。

3. 密度：瓦斯的密度大约是空气的0.554倍，比重较小，因此在矿井中容易上升并聚集在矿井的上部空间。

4. 扩散性：由于瓦斯的比重小，它在矿井中的扩散速度较快，容易形成大面积的瓦斯积聚。

矿井瓦斯的涌出形式

矿井瓦斯的涌出形式多样，主要包括以下几种：

1. 普通涌出：这是瓦斯涌出的主要形式，通过煤体和围岩的裂缝以及孔隙，从各个暴露面均匀而缓慢地进入采掘空间。普通涌出的瓦斯量相对稳定，易于监测和管理。

2. 喷出：当矿井中的裂缝或孔洞较大时，瓦斯可能在短时间内大量涌出，形成喷出现象。喷出的瓦斯量较大，对矿井安全构成较大威胁。

3. 突出：在采掘过程中，如果煤层中积聚了大量瓦斯，可能会在极短的时间内突然大量喷出，同时伴随着强烈的声响和机械效应，这种现象称为突出。突出不仅会导致瓦斯大量释放，还可能引发爆炸和矿井坍塌。

4. 瓦斯喷出与突出的区别：喷出通常发生在裂缝或孔洞中，而突出则是煤层内部的瓦斯突然释放。突出的瓦斯量通常远大于喷出，且危险性更高。

二、矿井瓦斯涌出量及等级划分

矿井瓦斯涌出量是指在矿井正常生产过程中，以普通涌出形式涌入矿井风流中的瓦斯总量。这一指标对于评估矿井瓦斯风险和制定相应的安全措施至关重要。瓦斯涌出量可以通过以下两种方式来表示：

1. 绝对瓦斯涌出量：这是指矿井在单位时间内（通常是分钟或天）涌出的瓦斯总量，单位为立方米每分钟（m³/min）或立方米每天（m³/d）。绝对瓦斯涌出量反映了矿井整体的瓦斯释放能力。

2. 相对瓦斯涌出量：这是指矿井平均每采掘1吨煤所涌出的瓦斯量，单位为立方米每吨（m³/t）。相对瓦斯涌出量更能反映特定煤层或作业区域的瓦斯释放强度。

矿井瓦斯等级的划分

根据矿井瓦斯涌出量和涌出形式，矿井可以被划分为不同的瓦斯等级，这有助于矿井管理者采取针对性的安全措施：

1. 低瓦斯矿井：这类矿井的相对瓦斯涌出量不超过10立方米每吨煤，或绝对瓦斯涌出量不超过40立方米每分钟。低瓦斯矿井的瓦斯风险相对较低，但仍需采取适当的通风和瓦斯管理措施。

2. 高瓦斯矿井：如果矿井的相对瓦斯涌出量超过10立方米每吨煤，或绝对瓦斯涌出量超过40立方米每分钟，则被划分为高瓦斯矿井。高瓦斯矿井的瓦斯爆炸风险较高，需要更加严格的瓦斯监测、通风和抽放措施。

3. 煤（岩）与瓦斯突出矿井：这类矿井在采掘过程中发生过煤（岩）与瓦斯突出现象，即使瓦斯涌出量未达到高瓦斯矿井的标准，也应按照高瓦斯矿井进行管理。突出矿井的安全管理更为复杂，需要特别注意预防突出事故的发生。

三、瓦斯爆炸的原理

瓦斯爆炸是一种化学反应，当瓦斯（主要是甲烷）与空气混合，在一定比例下遇到高温热源时，会发生剧烈的氧化反应。这种反应会迅速释放大量热量和气体，导致温度和压力急剧上升，形成爆炸。瓦斯爆炸的危害主要表现在以下两个方面：

1. 高温高压及冲击波：爆炸产生的高温可以瞬间点燃周围的可燃物质，高压则可能破坏矿井结构，导致坍塌。冲击波会对矿工造成物理伤害，甚至致命。

2. 有害有毒气体的产生：瓦斯爆炸不仅会消耗大量的氧气，还会产生一氧化碳、硫化氢等有害气体，对矿工的健康构成严重威胁。

瓦斯爆炸的条件

瓦斯爆炸必须同时满足以下三个条件：

1. 瓦斯浓度：瓦斯与空气混合后，其浓度必须在爆炸极限范围内，通常为5%至16%。

2. 高温热源：存在足够的点燃瓦斯的高温热源，点燃瓦斯的最低温度一般为650℃至750℃。

3. 足够的氧气：含瓦斯的混合气体中氧气浓度必须大于12%，以维持爆炸性。

四、瓦斯爆炸防治措施

瓦斯爆炸防治是矿井安全管理中的一项重要任务，需要综合考虑技术、管理和教育等多方面因素。以下是对瓦斯爆炸防治措施的详细扩写：

1. 防止瓦斯积聚

   

加强矿井通风：

• 确保矿井有足够的通风能力，以稀释瓦斯浓度，防止其达到爆炸极限。

• 采用合理的通风系统设计，如主扇和局部通风机的配合使用，以实现有效的空气流动。

及时处理局部积存瓦斯：

• 定期检查矿井内的瓦斯积聚情况，特别是在采空区、盲巷等容易积聚瓦斯的区域。

• 使用移动式瓦斯抽放设备，对局部积聚的瓦斯进行抽放，降低积聚风险。

加强瓦斯检查：

• 建立严格的瓦斯检查制度，定期对矿井内各区域的瓦斯浓度进行检测。

• 采用先进的瓦斯监测技术，如传感器网络，实现实时监控。

对瓦斯含量大的煤层进行瓦斯抽放：

• 在开采前，对预计瓦斯含量高的区域进行预抽放，减少采掘过程中的瓦斯释放。

• 采用高压水力割缝、长壁预抽等技术，提高瓦斯抽放效率。

2. 防止瓦斯引燃

禁止在井口及井口房使用明火：

• 严格执行禁火规定，确保井口及井口房区域无明火源。

电器设备要使用防爆型或安全火花型：

• 所有井下电器设备必须符合防爆标准，防止电气火花引发瓦斯爆炸。

使用安全炸药，严格执行放炮制度：

• 选择低火焰、低烟雾的炸药，减少爆破过程中的瓦斯引燃风险。

• 严格遵守放炮操作规程，确保爆破安全。

严格管理井下火区：

• 对井下火区进行严格监控和管理，防止火源失控引发瓦斯爆炸。

3. 限制瓦斯爆炸范围扩大

分区通风：

• 将矿井划分为多个独立的通风区域，以隔离瓦斯爆炸的影响。

通风系统力求简单：

• 设计简单有效的通风系统，减少瓦斯积聚的可能性。

及时封闭不用的巷道：

• 对不再使用的巷道进行封闭，减少瓦斯积聚和爆炸的风险。

井口设置防爆门：

• 在井口设置防爆门，以防止爆炸冲击波对井口设施的破坏。

矿井主要扇风机必须有反风设备：

• 确保在紧急情况下能够迅速改变风流方向，控制火势和有毒气体的扩散。

设置岩粉棚或水槽棚：

• 在关键位置设置岩粉棚或水槽棚，利用岩粉或水雾抑制爆炸冲击波和有毒气体的扩散。

4. 教育培训与应急响应

对矿工进行瓦斯爆炸防治的教育培训：

• 定期对矿工进行安全教育，提高他们对瓦斯爆炸危险性的认识和应急处置能力。

制定详细的应急预案：

• 制定并演练应急预案，确保在瓦斯爆炸发生时能够迅速有效地应对。

5. 技术进步与创新

采用先进的监测和检测技术：

• 利用现代技术，如激光瓦斯检测仪、红外瓦斯传感器等，提高瓦斯监测的准确性和及时性。

研究和开发新的瓦斯抽放技术：

• 不断探索和开发新的瓦斯抽放技术，提高瓦斯抽放效率，减少采掘过程中的瓦斯积聚。

五、结语

矿井瓦斯防治是一项系统工程，需要从矿井设计、施工到日常管理的每一个环节都严格把关。通过科学的管理和先进的技术，我们可以有效降低瓦斯爆炸的风险，保障矿工的生命安全和矿井的安全生产。