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礦井瓦斯危害及其安全風(fēng)險(xiǎn)

  
評(píng)論: 更新日期:2019年12月02日

?礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的主要不安全因素。礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中,從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。礦井瓦斯的成分較復(fù)雜,除甲烷(可達(dá)80%~90%以上)還含有其他烴類,如乙烷、丙烷,以及二氧化碳和稀有氣體。
??? 瓦斯是一種無(wú)色,無(wú)味,無(wú)臭的氣體,難溶于水。其密度為0.716 kg/m3,與空氣的相對(duì)密度為0.554,易積聚于巷道的上部。因此,檢查巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛葧r(shí),應(yīng)著重檢查巷道頂板附近和拐角。瓦斯分子直徑小,滲透性很強(qiáng),為空氣的1.6倍。
??? 瓦斯雖然無(wú)毒,但是礦內(nèi)空氣中的瓦斯?jié)舛热绻^(guò)40%能使人因缺氧而窒息死亡。瓦斯具有燃燒與爆炸性,瓦斯與空氣混合達(dá)到一定濃度后,遇火能燃燒或爆炸,對(duì)礦井威脅很大。井下一旦發(fā)生瓦斯爆炸,產(chǎn)生高溫、高壓和大量有害氣體,形成破壞力很強(qiáng)的沖擊波,不僅造成嚴(yán)重的人員傷亡,而且會(huì)嚴(yán)重摧毀礦井巷道和井下設(shè)備,還可能引起煤塵爆炸和井下火災(zāi)。還有一些礦井,存在煤與瓦斯突出現(xiàn)象,危害就更大。
??? 在一個(gè)礦井中,只要有一個(gè)巖層中發(fā)現(xiàn)瓦斯,該礦井即定為瓦斯礦井。礦井瓦斯等級(jí),按照礦井相對(duì)瓦斯涌出量、礦井絕對(duì)瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式,劃分為:
??? a)低瓦斯礦井:礦井相對(duì)瓦斯涌出量≤10m3/t,且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量≤40m3/min;
??? b)高瓦斯礦井:礦井相對(duì)瓦斯涌出量>10m3/t,或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量>40m3/min;
??? c)煤(巖)與瓦斯突出礦井:礦井在采掘過(guò)程中,只要發(fā)生過(guò)一次煤(巖)與瓦斯突出,該礦井即定為煤(巖)與瓦斯突出礦井。
??? 瓦斯從煤層或巖層表面非常微細(xì)的裂隙中緩慢、均勻而持久地涌出。這種涌出的范圍廣,時(shí)間長(zhǎng),涌出量所占比重最大,是瓦斯涌出的主要方式,稱為普通涌出方式。
??? 在很短時(shí)間內(nèi)自采掘工作面的局部地區(qū),突然涌出大量瓦斯或二氧化碳。這種涌出形式對(duì)安全生產(chǎn)威脅很大,稱為特殊涌出方式。
??? 礦井瓦斯涌出量的大小,取決于自然因素和開(kāi)采技術(shù)因素的綜合影響。
??? 開(kāi)采技術(shù)因素對(duì)瓦斯涌出的影響主要包括:
??? (1)開(kāi)采規(guī)模。當(dāng)開(kāi)采深度越深時(shí),隨著瓦斯含量的增加,瓦斯涌出量也越大。在瓦斯賦存條件相同時(shí),一般是開(kāi)拓、開(kāi)采范圍越大,而瓦斯相對(duì)涌出量變化不大。
??? (2)開(kāi)采順序與開(kāi)采方法。首先開(kāi)采的煤層(或分層)能排放卸壓鄰近層的瓦斯,因此瓦斯涌出量就大;采用后退式開(kāi)采程序比前進(jìn)式開(kāi)采程序時(shí)瓦斯涌出量要少。
??? (3)生產(chǎn)工藝過(guò)程。同一工作面,一般在放炮或割煤時(shí)的瓦斯涌出量最高。
??? (4)通風(fēng)壓力。礦井通風(fēng)壓力的變化對(duì)瓦斯涌出量的影響與大氣壓力的影響相似。抽出式通風(fēng)時(shí),瓦斯涌出量隨礦井負(fù)壓的提高而增加;壓入式通風(fēng)時(shí),瓦斯涌出量隨礦井通風(fēng)壓力的降低而增加。
??? 瓦斯爆炸是煤礦生產(chǎn)中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一,如果由于瓦斯爆炸而引起煤塵爆炸,后果更為嚴(yán)重。礦內(nèi)瓦斯爆炸的有害因素是:焰面、沖擊波和大氣成分的變化。
??? (1)焰面是巷道中運(yùn)動(dòng)著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體,其速度變化范圍很大,從正常的燃燒速度(1m/s~2.5m/s)到爆轟式爆炸傳播速度(2500m/s)。焰面溫度高達(dá)2150℃~2 650℃。焰面經(jīng)過(guò)之處,人被大面積燒傷,可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi),成為二次火源。
??? (2)沖擊波是傳播著的聚變壓力,在它通過(guò)前,巷道內(nèi)為正常大氣壓,隨著沖擊波的通過(guò),巷道內(nèi)空氣壓力迅速上升。沖擊波鋒面壓力由幾個(gè)大氣壓到20大氣壓,前向沖擊波疊加和反射時(shí),可達(dá)100大氣壓。其傳播速度總是大于聲速(340m/s)。沖擊波造成人員傷亡,支架、設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞,巷道跨蹋。
??? (3)瓦斯爆炸后生成大量有害氣體,某些煤礦分析爆炸后的氣體成分為:氧氣6%~10%;氮?dú)?2%~88%;二氧化碳4%~8%;一氧化碳2%~4%。如果有煤塵參與爆炸,一氧化碳的生成量最大,往往成為人員大量傷亡的主要原因。
??? 瓦斯在新鮮空氣中的爆炸下限為5%~6%,上限為14%~16%,在新鮮空氣時(shí),瓦斯?jié)舛?.5%時(shí),混合氣體中的瓦斯和氧全部參與反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)最完全,產(chǎn)生的溫度與壓力最大。瓦斯?jié)舛?%~8%時(shí)最容易爆炸,這個(gè)濃度稱為最優(yōu)爆炸濃度。
??? 必須強(qiáng)調(diào)指出,瓦斯的爆炸界限不是固定不變的,它受到許多因素的影響:
??? a)氧的濃度;
??? b)其他可燃?xì)怏w的存在;
??? c)煤塵;
??? d)溫度和壓力。
??? 瓦斯—空氣混合氣體的最低點(diǎn)燃溫度,絕緣壓縮時(shí)565℃,其他情況時(shí)650℃。最低點(diǎn)燃能量為0.28mJ。煤礦井下的明火、煤炭自燃、電弧、點(diǎn)火花、赤熱的金屬表面(可達(dá)1500℃)以及撞擊和摩擦火花,都能點(diǎn)燃瓦斯。此外,采空區(qū)內(nèi)沙巖懸頂冒落時(shí),也能引起瓦斯的燃燒或爆炸。前蘇聯(lián)的研究認(rèn)為,巖石脆性破裂時(shí),它的裂隙可以產(chǎn)生高壓電場(chǎng)(達(dá)108 V/cm數(shù)量級(jí)),電場(chǎng)內(nèi)的電荷流動(dòng),也能導(dǎo)致瓦斯燃燒。發(fā)生瓦斯爆炸的一般規(guī)律為:
??? a)井下的一切高溫?zé)嵩炊伎梢砸鹜咚谷紵虮ǎ饕鹪词欠排诤蜋C(jī)電
??? 火花。
??? b)煤礦任何地點(diǎn)都有發(fā)生爆炸的可能性,但大部分爆炸事故發(fā)生在采掘工作面。
??? c)回采工作面容易發(fā)生瓦斯爆炸的地點(diǎn)是工作面的上隅角。
??? 煤(巖)與瓦斯突出是采煤過(guò)程中發(fā)生的一種煤(巖)和瓦斯的突然運(yùn)動(dòng)。這是一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象,它是在很短時(shí)間(幾秒鐘到幾分鐘)內(nèi),使采掘工作面的煤、巖壁突然遭到破壞,并從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采空區(qū)噴出大量的煤(巖)和瓦斯,充塞巷道,在采掘工作面煤壁上形成口小肚子大,類似壇子狀的孔洞,噴出煤(巖)和瓦斯時(shí)伴有巨大的聲響和強(qiáng)大的沖擊作用,能摧毀巷道設(shè)施、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、甚至風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。噴出的瓦斯由幾百到幾百萬(wàn)立方米,能使井巷充滿瓦斯,造成人員窒息,引起瓦斯燃燒或爆炸。噴出的煤、巖由幾噸到幾千噸,甚至萬(wàn)噸以上。
??? 一般認(rèn)為影響突出的因素有:地質(zhì)構(gòu)造、地壓、瓦斯壓力與含量、煤的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度、水文地質(zhì)、圍巖性質(zhì),以及外力沖擊及煤的自重等。
礦井瓦斯危害原因
??? a)自然因素;
??? b)技術(shù)因素:開(kāi)采規(guī)模、順序、方法、通風(fēng)壓力等不當(dāng)。
礦井瓦斯危害安全風(fēng)險(xiǎn)
??? a)人員傷害:燃燒和爆炸、沖擊波、致使空氣缺氧導(dǎo)致人員傷害;
??? b)財(cái)產(chǎn)損失:燃燒火災(zāi)和沖擊波會(huì)摧毀礦井系統(tǒng)。

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