瓦斯事故是煤礦各類重大和特大事故中占的比例最大、死亡率最高、造成的損失最嚴(yán)重的災(zāi)害,也是煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅。瓦斯事故主要包括窒息、燃燒、爆炸(包括煤塵爆炸)、煤與瓦斯突出等,從我國(guó)歷年瓦斯事故的分析來看,事故次數(shù)和死亡人數(shù)最多的是瓦斯爆炸,其次是煤與瓦斯突出。
瓦斯治理必須堅(jiān)持“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的方針。
一、礦井瓦斯概述
1、瓦斯的概念:瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體,有時(shí)單指甲烷。分子式為CH4。它是在古代植物成煤過程中的一種伴生氣體,它無色無味,本身無毒,但濃度很高時(shí)氧含量相對(duì)減少,<17%呼吸困難、<12%能使人窒息死亡,它不助燃,但它與空氣混合具有可燃性、爆炸性。
2、瓦斯的性質(zhì):無色、無味、無臭,相對(duì)密度1.554,能燃燒和爆炸,難溶于水,有較強(qiáng)的擴(kuò)散性和滲透性,瓦斯的化學(xué)性質(zhì)很不活潑,不助燃也不供給呼吸。
3瓦斯的危害:瓦斯燃燒、瓦斯爆炸、瓦斯窒息。
二、瓦斯突出的特點(diǎn)、預(yù)兆和危害
1、礦井瓦斯涌出、噴出和突出
(1)瓦斯涌出。瓦斯涌出是指瓦斯從受采動(dòng)影響的煤層、巖層以及由采出的煤、矸石向井下空間均勻的放出瓦斯的現(xiàn)象。瓦斯涌出范圍廣,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),是瓦斯進(jìn)入礦井的主要方式。
(2)瓦斯(二氧化碳)噴出。瓦斯(二氧化碳)噴出是指從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯(二氧化碳)異常涌出現(xiàn)象。
(3)煤(巖)與瓦斯突出。煤(巖)與瓦斯突出是指在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常的動(dòng)力現(xiàn)象。
(4)礦井瓦斯涌出量大小可用絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量來表示。
2、瓦斯突出的特點(diǎn)
(1)大多數(shù)突出發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi),拋出物大塊在下面,小塊在中間,煤粉在上部。
(2)突出的高壓瓦斯能使煤炭破碎成煤粉并拋至數(shù)十米甚至數(shù)千米;使井巷風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。
(3)無力效應(yīng)大,能推倒礦車、破壞巷道和通風(fēng)設(shè)施。救災(zāi)以及恢復(fù)生產(chǎn)難度大。
(4)孔洞形狀呈腹大口小和梨形、臺(tái)形、倒瓶形。
3、瓦斯突出前的預(yù)兆
煤與瓦斯突出的預(yù)兆主要有煤體內(nèi)有聲響、煤硬度變化,煤光澤變化、煤的層理紊亂變化,掉渣及煤面外移,支架壓力增加,工作面瓦斯忽大忽小,打鉆時(shí)頂鉆、夾鉆和噴煤。
4、瓦斯突出的危害
煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象,可能突然間使工作面或井巷中充滿瓦斯,造成人員窒息,引起瓦斯燃燒或爆炸;突出能破壞通風(fēng)系統(tǒng),造成風(fēng)流紊亂或逆轉(zhuǎn);突出的煤(巖)能堵塞巷道、埋人、推翻礦車和設(shè)備、破壞支架和設(shè)施。
三、瓦斯事故的概念
由于氣體所造成的事故統(tǒng)稱為瓦斯事故,包括瓦斯燃燒、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、缺氧窒息、有毒氣體中毒等。在我市,瓦斯事故的形式主要是缺氧窒息和有毒氣體中毒。
四、礦井井下缺氧窒息事故
氧氣是維持人的生命所必須的物質(zhì),就象魚兒離不開水一樣。休息時(shí)每個(gè)人所需氧氣量平均為0.25L/min。井下行下走和工作時(shí)為1-3L/min。如果空氣中氧氣濃度降低,就會(huì)影響人體健康。氧濃度減少對(duì)人體的危害如下表:
氧氣濃度列低對(duì)人體的危害表
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空氣中的氧氣濃度(%) | 人體的反應(yīng) |
17 | 休息時(shí)無影響,工作時(shí)會(huì)引起喘息、呼吸困難 |
15 | 呼吸急促,脈博跳動(dòng)加快,判斷和意識(shí)能力減弱 |
10-12 | 失去理智,時(shí)間稍長(zhǎng)即有生命危險(xiǎn) |
6-9 | 失去知覺,幾分鐘內(nèi)心臟尚能跳動(dòng),若不急救就會(huì)死亡 |
井下的氧氣全部由地面的空氣通過自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法提供。地面空氣的主要成分為氮?dú)狻⒀鯕?,二氧化碳,按體積百分比計(jì)算,氮?dú)庹?span>79%,氧氣占20.96%,二氧化碳占0.04。
地面空氣進(jìn)入井下后氧氣濃度會(huì)減少,原因是:作業(yè)人員呼吸、煤的氧化、坑木腐爛、井下火災(zāi)及瓦斯煤塵的爆炸等都直接消耗了氧氣。另外,煤巖層揭露后不斷釋放出的各種氣體及生產(chǎn)過程中爆破、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不斷產(chǎn)生的有害氣體,也相應(yīng)地降低了空氣中氧氣的濃度。
當(dāng)人進(jìn)入井下沒有通風(fēng)的上山、下山或獨(dú)頭煤巖巷時(shí),由于嚴(yán)重缺氧,就可能發(fā)生缺氧窒息事故。
《規(guī)程》規(guī)定,在采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中,按體積計(jì)算,氧氣濃度不得低于20%。
五、礦井井下中毒事故
礦井空氣中的主要有毒有害氣體有:一氧化碳CO、二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、氨NH3、甲烷CH4等。
1、一氧化碳的性質(zhì)、來源及危害
一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體;相對(duì)密度是0.97,幾乎能均勻擴(kuò)散在空氣中;微溶于水,能燃燒,但不助燃,當(dāng)濃度達(dá)到13%~75%時(shí)能爆炸;有強(qiáng)烈的毒性。
井下一氧化碳的主要來源有:礦井火災(zāi);煤炭自燃;瓦斯與煤塵爆炸;爆破工作以及潤(rùn)滑油高溫分解等。
一氧化碳對(duì)人體的危害極大。當(dāng)空氣中一氧化碳的體積濃度達(dá)到1.28%時(shí),人在這種空氣環(huán)境中呼吸1~3分鐘,就會(huì)停止呼吸死亡。一氧化碳中毒者兩頰有紅斑點(diǎn),嘴唇呈桃紅色。如果經(jīng)常在一氧化碳稍微超過允許濃度的環(huán)境中工作,雖然短時(shí)間不會(huì)發(fā)生中毒癥狀,但由于人體組織長(zhǎng)時(shí)間缺氧,可導(dǎo)致記憶力衰退、失眠和情緒不好等慢性中毒。
據(jù)統(tǒng)計(jì),在煤礦發(fā)生瓦斯爆炸、煤塵爆炸及火災(zāi)事故時(shí)死亡的人數(shù)中,約70%~75%都是因一氧化碳中毒而死。
《規(guī)程》規(guī)定一氧化碳的最高允許濃度是0.0024%。
2、二氧化氮的性質(zhì)、來源及危害
二氧化氮具有刺激性臭味,呈棕紅色,相對(duì)密度1.57,極易溶于水,不自燃、也不助燃,是一種劇毒性氣體。
井下二氧化氮主要來源于放炮工作,1公斤硝銨炸藥爆破后能產(chǎn)生10升二氧化氮?dú)怏w。二氧化氮對(duì)人的眼睛、鼻腔、呼吸道及肺部組織具有強(qiáng)烈的腐蝕破壞作用,能引起肺水腫。二氧化氮中毒的特點(diǎn)是,起初無感覺,即使在危險(xiǎn)濃度下,也只是感覺呼吸道受刺激而咳嗽,經(jīng)過6-24h后才出現(xiàn)中毒現(xiàn)象;其癥狀是,嚴(yán)重支氣管炎、呼吸困難,手指尖及頭發(fā)出現(xiàn)黃斑、吐淡黃色痰液、發(fā)生肺水腫、引起頭疼、嘔吐現(xiàn)象,以致死亡。二氧化氮中毒是我市早期煤礦氣體中毒事故中較多見的一種。
《規(guī)程》規(guī)定二氧化氮的最高允許濃度是0.00025%。
3、二氧化碳的性質(zhì)、來源及危害
二氧化碳是無色略帶酸臭味的氣體,相對(duì)密度1.52,比空氣重,多積存在巷道下部,易溶于水,不自燃、也不助燃,略有毒性,對(duì)人體部分器官有刺激作用而增強(qiáng)人體呼吸。
井下二氧化碳的主要來源有:從煤層、巖層中涌出,煤巖、坑木等物質(zhì)的氧化,爆破工作,礦井火災(zāi)、瓦斯、煤塵爆炸,人的呼吸。
《規(guī)程》規(guī)定,采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中二氧化碳濃度不得超過0.5%;礦井總回道或一翼回風(fēng)中二氧化碳濃度不得超過0.75%;采區(qū)和采掘工作面回風(fēng)流及采掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度都不得超過1.5%。
4、硫化氫的性質(zhì)、來源及危害
硫化氫是一種無色、有臭雞蛋味的氣體,對(duì)空氣的相對(duì)密度為1.19,易溶于水,有強(qiáng)烈毒性。
井下硫化氫來源主要是坑木等有機(jī)物腐爛和含硫礦物水化產(chǎn)生;老空區(qū)積水可能積存硫化氫,攪動(dòng)時(shí)會(huì)放出;有些煤體中也會(huì)涌出硫化氫。
硫化氫強(qiáng)烈刺激眼睛及喉嚨。中毒時(shí)感到頭痛、嘔吐乏力,嚴(yán)重時(shí)失去知覺,抽筋直至死亡。硫化氫具有燃爆性,空氣中硫化氫濃度達(dá)到4.3%~4.6%時(shí)遇火能爆炸。
《規(guī)程》規(guī)定硫化氫最高允許濃度是0.00066%。
六、瓦斯燃燒、爆炸及防治措施
(一)、瓦斯爆炸
是指當(dāng)瓦斯與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí),遇到高溫火源就能燃燒或發(fā)生爆炸,一旦形成災(zāi)害事故,會(huì)造成大量井下作業(yè)人員的傷亡,嚴(yán)重影響和威脅礦井安全生產(chǎn)。瓦斯爆炸事故是礦井五大自然災(zāi)害之首。
瓦斯爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件:
(1)瓦斯?jié)舛仍诒ǚ秶鷥?nèi),一般認(rèn)為是5%~16%;(2)一定的引火溫度,一般認(rèn)為是650~750℃;(3)充足的氧氣含量,氧氣濃度大于12%,由于井下作業(yè)環(huán)境中氧氣濃度不能低于12%,因此預(yù)防瓦斯爆炸的有效措施,主要從控制瓦斯?jié)舛群拖鹪粗帧?