因此,為了防止瓦斯爆炸,人們現(xiàn)在采取的主要措施就要避免瓦斯爆炸的3個條件同時成立。礦井生產(chǎn)中,常規(guī)的辦法,一是防止瓦斯積聚,不允許采掘空間出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸?,即采掘空間的瓦斯?jié)舛冗h遠低于瓦斯爆炸的最低值;二是防止瓦斯被引燃,采掘空間內(nèi)不能出現(xiàn)火源。三是防止瓦斯爆炸事故的擴大。根本措施是前面兩個。控制氧氣的濃度目前不是很現(xiàn)實,采掘工作面的氧氣濃度不能低于12%,否則無法保證人員正常呼吸的要求,氧氣濃度太高容易發(fā)生燃燒和煤塵爆炸。
三、瓦斯抽放和嚴格管理是避免瓦斯災(zāi)害的必要條件
由于石油和煤炭的開采工藝不同,在化石能源的開采過程中,瓦斯爆炸主要發(fā)生在煤礦開采過程中。煤礦井工開采(相對于露天開采)是在受限空間內(nèi)進行的,瓦斯安全隱患在于礦井氣氛極易滿足爆炸條件。
采掘工作面的瓦斯隨著工作面的生產(chǎn)不斷地涌出,對于瓦斯涌出不太大的礦井,可以通過向工作面不斷的供風(fēng)將生產(chǎn)中產(chǎn)生的瓦斯稀釋,并通過主要扇風(fēng)機帶出地面排入大氣來解決采掘工作面的瓦斯問題。礦井的主要扇風(fēng)機和通風(fēng)網(wǎng)路的通風(fēng)設(shè)計能力是有限的,在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)是不變的,因而依靠通風(fēng)排除瓦斯的能力也是一定的。隨著向前掘進,巷道逐漸加長,氣流因摩擦阻力作用,所要求的風(fēng)機功率和壓頭也越來越大。隨著開采深度的不斷增加,機械化程度的不斷提高,開采強度的不斷增強,瓦斯涌出量還會進一步增大。如果發(fā)生瓦斯突出,即瞬時大量的瓦斯涌出,再大的通風(fēng)能力都無濟于事。尤其對于瓦斯涌出量大的礦井,光靠通風(fēng)排瓦斯已經(jīng)不能解決采掘工作面的瓦斯超限問題,因此,要從根本上治理瓦斯災(zāi)害,必須做到有效預(yù)測瓦斯?fàn)顩r,對高產(chǎn)礦井和高瓦斯礦井,公認的方法是進行瓦斯抽放。建立專門的瓦斯抽放系統(tǒng),通過本煤層瓦斯(煤層氣)預(yù)抽放,和(或)鄰近層瓦斯預(yù)抽放,和(或)采空區(qū)抽放,目的就是提前將煤層中的瓦斯抽掉一部分,以減少瓦斯涌入采掘空間。這樣,一是消除了瓦斯爆炸的危險,二是可以變廢為寶,使瓦斯這一清潔能源得以回收利用,三是減少了瓦斯排入大氣造成的環(huán)境問題。此外,控制火源也非常重要,采掘工作面內(nèi)的所有電器設(shè)備必須是質(zhì)量安全的或是隔爆的(需經(jīng)過嚴格的防爆檢驗和安全認證);盡量避免金屬物間的撞擊;不使用產(chǎn)生靜電的物品等。
目前人們已經(jīng)認識到,瓦斯以游離和吸附兩種方式賦存于煤體中,而吸附瓦斯約占90%以上。這導(dǎo)致煤層瓦斯抽放時,其運移路線為:微孔隙裂隙表面吸附瓦斯的解吸和擴散,轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯,賦存于較大的孔隙裂隙中,進而游離瓦斯?jié)B流進入采掘自由空間。瓦斯吸附與解吸是相互為條件轉(zhuǎn)化的,當(dāng)游離瓦斯壓強低于吸附瓦斯壓強時,吸附瓦斯較快地轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯,反之亦然。從這種意義上講,降低游離瓦斯壓強是瓦斯抽放的必要條件。因此。設(shè)法通過提高煤層滲透性,疏通滲流通道,使游離瓦斯排出,是瓦斯抽放的關(guān)鍵步驟。我國煤層大多屬于低滲透煤層,致使瓦斯抽放難以實施,效果甚差。研究表明,我國煤層滲透率一般在(0.1~0.001)×10-3um2范圍,國內(nèi)滲透率最大的撫順煤田也僅為(0.54~3.8)×10-3um2,滲透性比美國低2~3個數(shù)量級。按美國地面煤層氣開發(fā)標準,認為煤層滲透率在(3~4)×10-3um2最佳,但不能低于1× 10-3um2。盡管在自然科學(xué)基金的資助下,探索了包括電磁等外場作用下加速解吸過程研究,采用切割增加縫隙以增加滲透性等,至今尚未發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟有效的抽放方法。
對于瓦斯突出,人們也提出了幾種假說和模型,如"煤與瓦斯突出的綜合作用假說","流變作用假說","球殼失穩(wěn)理論","地應(yīng)力與煤儲層滲透性耦合作用假說"等,現(xiàn)有的研究工作極其有限,至今仍無可靠有效的預(yù)測模型。
目前,煤炭行業(yè)對礦井瓦斯管理的方針是"以風(fēng)定產(chǎn)、先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控",明確要求礦井的產(chǎn)量要根據(jù)礦井的通風(fēng)能力來核定,產(chǎn)量越大,絕對瓦斯涌出量就越大,風(fēng)排瓦斯的難度就越大。對高瓦斯礦井,是不可能通過通風(fēng)來解決采掘空間的瓦斯問題的,必須進行抽放。瓦斯礦井必須通過建立監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)來加強安全管理?,F(xiàn)在許多礦井都建立了礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),這是提高瓦斯礦井的安全管理的最有效的輔助手段,它能直接監(jiān)測井下主要采掘地點的瓦斯?jié)舛龋⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)送到管理者的辦公室,因而管理者可以隨時掌握井下的安全情況。如果監(jiān)測到井下的瓦斯?jié)舛瘸?,該系統(tǒng)還具備自動斷電的功能,防止電器火花的產(chǎn)生。
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