時間:2022-12-24 15:37:00
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瓦斯的引火溫度,即點燃瓦斯的最低溫度,一般為650-750℃。所以,明火、抽煙、電氣火花、煤炭自燃,甚至摩擦火花,都可引燃瓦斯。
瓦斯的引火溫度受瓦斯濃度、火源的性質及混合氣體壓力等因素的影響而變化。瓦斯含量在7-8%時最易引燃;混合氣體的壓力增高時,引燃溫度即降低;引燃火源溫度相同時,火源面積大、點火時間越長、越易引燃瓦斯。
瓦斯和高溫火源接觸后,并不立刻引燃,二要延遲一個很短的時間,這種特性叫做瓦斯引燃延遲性。瓦斯引燃延遲時間的長短與瓦斯濃度和引火溫度有關。瓦斯濃度越高,遲延時間越長。引火溫度越高,遲延時間就越短。當引火溫度為攝氏650°時,遲延10秒鐘;當引火溫度達攝氏1000°時,則遲延1秒鐘就引燃。這種引燃遲延現象,對礦內安全爆破有著重要意義。
二、影響瓦斯爆炸界限的主要因素。瓦斯的爆炸界限并不是固定不變的,當瓦斯的混合氣體的溫度、壓力發生變化,或混入煤塵及其他可燃性氣體,都會影響瓦斯爆炸界限的變化。
含有瓦斯的混合氣體的最初溫度越高,爆炸界限越擴大。如最初溫度為攝氏20°時,其爆炸界限為6.0-13.4%。
在含有瓦斯的混合氣體中混入煤塵,則爆炸下限降低。如每立方米空氣中含有10-12克的煤塵,瓦斯含量達4%時遇火就引爆。
其它可燃氣體混入時,對爆炸界限也有影響。
三、瓦斯爆炸的危害作用。井下瓦斯爆炸時,產生高溫(約攝氏1850-2650°)、高壓(平均為9個大氣壓)的氣流,形成爆炸波,以極快的速度自爆源地點沿巷道向外沖擊,這種沖擊稱為直接沖擊。它將有可能推倒支架,造成巷道或工作面的頂板坍塌;并由于高溫,容易把木材支架和煤壁引燃,造成井下火災。
瓦斯爆炸時生產高溫的水蒸汽,在爆炸后的爆源地點溫度迅速下降,其水蒸汽凝成水,使爆源地點空氣稀薄,呈半真空狀態的低壓區;在的高壓氣流以反方向沖擊過來,這種沖擊稱為反向沖擊。反向沖擊的力量比直接沖擊的力量要小,但反向沖擊通過已受直接沖擊所破壞的巷道,因此,其破壞作用更為嚴重。
由于爆炸波的沖擊作用,會使別處積存的瓦斯沖出并能揚起煤塵,構成瓦斯或煤塵的連續爆炸。瓦斯爆炸,是一種強烈的化學反應,它需要大量的氧氣,同時伴生大量的有害氣體(主要是一氧化碳和二氧化碳),因此已發生瓦斯爆炸的地區,充滿了有害氣體,其中幾乎沒有氧氣,會使人員中毒和窒息。
四、礦井各處瓦斯含量的規定
由于瓦斯爆炸界限受到很多因素影響,同時考慮到礦井瓦斯涌出的不穩定和測定瓦斯含量時的誤差等原因,所以《煤礦安全生產試行規程》對井下各處風流中的瓦斯含量作了如下規定:
礦井總回風或一翼回風中瓦斯濃度不得超過0.75%;采區回風道中瓦斯濃度不得超過1%;采掘工作面風流中瓦斯濃度達1%時,必須停止用電鉆打眼;濃度達到1.5%時,必須停止工作,切斷電源;采掘工作面局部瓦斯積聚達2%時,附近20米以內,停止機器運轉,只有在濃度降低到1%以下,才許開動機器;放炮地點附近20米風流中瓦斯濃度達到1%時,禁止放炮。
造成礦井瓦斯爆炸必須具備兩個條件,即瓦斯濃度為5-16%的混合氣體和溫度為攝氏650――750°的火源來引爆。這兩個條件中缺少一個都不會發生瓦斯爆炸。因此,預防瓦斯爆炸的有效措施,就必須從防止瓦斯積聚和消除火源這兩個方面著手。
一、防止瓦斯積聚的措施
1、加強通風。用足夠的風量把瓦斯稀釋到無害的程度,為此,必須采取下列措施:
(1)采用機械通風(在瓦斯礦井應采用抽出式通風)。
(2)正確、合理地計算與分配風量,使各采掘工作面、各巷道、各硐室都供給足夠的風量,既不使瓦斯超限,又能創造良好的氣候條件。
(3)加強局扇管理和風筒的維護,防止漏風,避免循環風流,保證掘進工作面有足夠的新鮮風流,嚴禁擴散通風。
(4)正確的選擇通風構筑物的位置,加強其維護與管理,防止礦內大量漏風。
(5)在瓦斯礦井中,回采工作面、回風巷道都要采用上行通風。
2、加強瓦斯檢查。經常檢查礦井通風及瓦斯涌出情況,準確地掌握礦井空氣中的瓦斯含量,是防止瓦斯爆炸的重要措施之一。
(1)各礦井必須建立區域巡回瓦斯檢查制度。瓦斯檢查員必須選派政治思想好、責任心強的工人擔任。
(2)在瓦斯礦井中所有巷道(包括可能涌出或可能積聚瓦斯的硐室)內瓦斯濃度的檢查次數:一、二級瓦斯礦井,每班至少檢查兩次三級和超級瓦斯礦井,每班至少檢查三次;有煤和瓦斯突出煤層中的采掘工作面,必須有專人經常檢查。
(3)在瓦斯礦井中,對個別瓦斯涌出量較大、變化異常的采掘工作面以及三、超級瓦斯礦井中采用機械采煤或掘進的工作面,要有專人經常檢查瓦斯。
3、及時處理局部瓦斯積聚。經檢查發現有局部瓦斯積聚時,要及時處理。巷道空頂積聚瓦斯的處理方法,一般有如下幾種:
隔離法:在棚梁的上邊或下邊釘木板,上填黃土或砂子,把頂空填塞,消除瓦斯積聚。
分支通風法:在風筒上接上分支大小風筒,把風送到頂處,吹散瓦斯。
引風法:釘上擋板,把風流引導頂空,吹散瓦斯。
壓風法:在有壓風管道的巷道,可以在壓風管上接出支管,并在支管上開若干風嘴(不能用鐵質風嘴),用壓風吹散瓦斯。
二、防止瓦斯引燃的措施
1、嚴格井口檢查制度,禁止在井口房周圍20米范圍以內或井下使用明火和吸煙。
2、井下不準出現明火和灼熱的金屬板或金屬絲。如果必須在井下主要硐室、主要進風巷道和井口房內從事點焊、氣焊和使用噴燈接焊等工作,必須制定安全措施。
3、嚴格執行放炮規章制度,瓦斯達到1%時,不準放炮,采用安全炸藥和防爆型發爆器,
4、采用防爆型或防火花型的電氣設備。防爆性能要經常檢查,不符合要求及時更換和修理。井下禁止帶電檢修和遷移任何電氣設備。
5、嚴格管理火區,要按規程規定檢查密閉火墻,嚴防火墻漏風。并定期測定火區溫度與瓦斯濃度,防止高溫和瓦斯積聚。
6、井下電動機、局扇啟動前,必須在其附近20米內檢查瓦斯,如瓦斯濃度大于1%時則不能啟動。
7、加強礦燈管理,發放的礦燈要合乎要求,嚴禁在井下拆開、敲打、撞擊。
三、防止瓦斯爆炸災害擴大的措施
在與瓦斯作斗爭的過程中,還有考慮到一旦礦井發生爆炸,就要盡量防止爆炸災害的擴大,為此應采取下列措施:
1、礦井要實行分區通風,通風系統應力求簡單,總進風道和總回風道的布置不能太近。通風巷道維修良好,風流要求穩定可靠。無用巷道和采空區及時封閉。
2、扇風機必須安裝反風裝置,并定期試驗,保證在處理事故需要緊急反風時能靈活使用。
2004年10月20日,河南省鄭州煤炭工業集團有限責任公司(簡稱鄭煤集團公司)大平煤礦發生一起特大型煤與瓦斯突出引發的特別重大瓦斯爆炸事故,造成148人死亡,32人受傷(其中重傷5人),直接經濟損失3935.7萬元。大平煤礦隸屬于鄭煤集團公司,位于登封市與新密市交界處(鄭州市西南60 km)。大平煤礦四證(即:采礦許可證、煤炭生產許可證、營業執照、礦長資格證)齊全。1982年開始建井,1986年建成投產。礦井原設計生產能力60萬噸/年。2000年至2001年進行了礦井通風系統、提升系統改造,2003年礦井核定生產能力130萬噸/年,2004年1-9月份累計生產原煤96萬噸。礦井為立井單水平上下山開拓方式,采用抽出式混合通風方式。當時有2個生產采區,2個準備采區,2個掘進采區。布置有2個采煤工作面, 5個煤巷掘進工作面,3個巖巷掘進工作面。 2003年瓦斯等級鑒定為高瓦斯礦井。煤塵具有爆炸性。煤層自燃發火期為2-6個月。井下建立有局部瓦斯抽放系統。礦井安裝有KJ90安全監控系統。
一、煤與瓦斯突出事故簡況
2004年10月20日22時09分, 21軌道下山巖石掘進工作面(距地表垂深612m)發生特大型延期性煤與瓦斯突出,突出煤巖量為1894 t,瓦斯量約25萬m3。當班為掘進班,放炮員領有炸藥和雷管,但在事故后清理的現場卻沒有發現炸藥和雷管,即在現場清理突出物過程中沒有發現炸藥或雷管;專家組與技術組在突出現場勘察時,發現該工作面的炸藥箱內沒有炸藥。說明炸藥和雷管已用于放炮。突出的上一班是噴漿班,但據現場勘察,巷道壁錨噴的末端(即圖中的錨桿處)到突出孔洞的距離尚有1~1.5 m未錨噴新巖壁,表明這是當班放炮的進尺。
二、瓦斯爆炸事故簡況
2004年10月20日22時40分,在西大巷與11軌道石門交匯點附近的西大巷內,架線電機車取電弓與架線的電火花引發瓦斯爆炸。 爆炸波及范圍為礦井西翼進風系統,13、15、11、21四個采區和礦井西翼回風系統。
瓦斯爆炸的原因:
1、局部通風設施管理混亂, 21巖石下山回風聯絡巷堆積物料,并有帶有通風口的風墻,加大了突出瓦斯逆流,逆流到西大巷新鮮風流中的瓦斯達到爆炸濃度,由架線電機車取電弓與架線產生的電火花,引發了瓦斯爆炸。
2、瓦斯突出與瓦斯爆炸有31分鐘的間隔時間,應急處置措施不當,沒有按照事故應急預案要求,對瓦斯波及區域實施停電措施 。
3、技術管理、安全責任不落實,重生產輕安全。
通過以上分析我們不難發現這是一起特大型煤與瓦斯突出引發瓦斯爆炸的責任事故。
三、瓦斯爆炸的條件
我們知道瓦斯爆炸必須同時具備下列三個條件,缺一不可。
(1)瓦斯濃度——瓦斯與空氣混合,按體積計算瓦斯濃度達5%~16%時具有爆炸性。
(2)點燃瓦斯的火源——引爆火源溫度為650~750℃且火源存在時間大于瓦斯爆炸感應期。
(3)空氣中氧氣的含量——在空氣與瓦斯混合氣體中,如果氧氣含量低于12%,混合氣體就會失去爆炸性。
礦井瓦斯爆炸的防治主要從如下三個方面進行考慮,即防止瓦斯超限與積聚,防止瓦斯引燃和防止瓦斯爆炸事故的擴大。
1、防治瓦斯積聚的措施
1)加強通風管理
通風是防止瓦斯積聚的主要措施。礦井通風要做到有效穩定和連續不斷地向井下各用風地點輸送足夠的新鮮空氣,以保證及時排除和沖淡礦井瓦斯和礦塵,使井下各處的瓦斯濃度符合《煤礦安全規程》的要求,這是防止礦井瓦斯爆炸事故的可靠保證。
2)加強瓦斯檢查與檢測
井下瓦斯狀況的檢查和監測是判斷和預測井下瓦斯狀況、采取防范措施和處理措施的依據;隨時檢查和監測煤礦井下通風、瓦斯狀況是礦井安全管理的主要內容。它可以及時發現瓦斯超限和積聚,從而采區處理措施使事故消滅在萌芽狀態。
3)及時處理局部積聚的瓦斯
礦井瓦斯積聚是發生瓦斯事故的物質基礎,要及時處理。所謂局部瓦斯積聚是指瓦斯濃度超過2%,其體積超過0.5m3的現象。
生產過程中容易形成局部瓦斯積聚的地點有:采煤工作面的上隅角,頂板冒落的空洞內,綜采機、綜掘機附近,低風速巷道中的頂板附近,停風的獨頭,綜放工作面放煤口等,及時處理局部瓦斯積聚的瓦斯是日常管理中的重要內容。
4)瓦斯抽放
利用通風的方法,封閉和堵塞不能解決局部瓦斯積聚時,可建立移動式抽放泵站或地面抽放系統。
2、防止瓦斯引燃
防止瓦斯引燃的原則是井下消滅火源,嚴格管理和控制熱源。主要措施有:
1)防止明火。嚴禁任何人攜帶引火物下井,井下嚴禁吸煙;減少漏風,防止煤層自燃發火,加強火區管理;消滅一切高溫火源。
2)防止電火花。完善井下電器設備“三大保護”( 過流保護、漏電保護、接地保護);使用防爆性能良好的電器設備;消滅電纜接頭的“雞爪子、羊尾巴和明接頭”;檢修電氣設備不準帶電作業;推廣使用供電閉鎖和超前切斷電源的控制設備。
3)防爆破引燃瓦斯。按《規程》有關規定裝藥爆破,炮眼必須充足炮泥,嚴禁淺眼、明火爆破和一次裝藥分次爆破,嚴格執行“一炮三檢”和“三從聯鎖爆破制度”。
4)防止機械摩擦、沖擊火花。禁止使用磨鈍的截齒;截槽內噴霧灑水等,隨著煤礦機械化成度的不斷提高和鋼鐵化支架的發展,以及提升運輸方面的跑車撞車等,防止機械火花顯得日益重要。
3、防止瓦斯爆炸事故的擴大
井下一旦發生瓦斯爆炸,應使災害波及范圍局限在盡可能小的區域內,減輕傷害和損失,主要應做好以上工作:
1)編制災害預防和處理計劃
礦井每年初都要編制有針對性的、切實可行的災害預防和處理計劃,每季度根據礦井變化的情況進行修訂和補充,并且組織所有入井職工認真學習、貫徹,使每個入井人員都能了解和熟悉一旦發生瓦斯爆炸時的撤出和躲避路線與地點。每年由礦長組織一次實戰演習。
2)安設安全裝置
①安設防爆門(防爆井蓋)。
安裝主要通風機的出井口必須安裝防爆門(防爆井蓋),防爆門(防爆井蓋)每6個月檢修1次。當井下發生瓦斯爆炸時,爆炸沖擊波將防爆門(防爆井蓋)沖開釋放能量,從而保護主要通風機免遭破壞。
②安設反風設施
生產礦井主要通風機必須裝有反風設施,并能在10min內改變巷道中的風流方向;風流方向改變后,主要通風機的供給風量不應小于正常供風量的40%。每季度應至少檢查1次反風設施,每年應進行1次反風演習;礦井通風系統有較大變化時,應進行1次反風演習。
③安設隔爆設施
隔爆設施是根據瓦斯或煤塵爆炸時所產生的沖擊波與火焰的速度差的原理設計的。爆炸時產生的沖擊波在前,可使隔爆設施動作,將隨后而來的火焰撲滅、隔住,從而使爆炸范圍不再擴大。井下可設置水棚,巖粉棚進行隔爆,我國新進研制出了自動隔爆裝置。
1 瓦斯爆炸的基本條件分析
瓦斯爆炸的發生必須具備3個基本條件,一是瓦斯濃度在爆炸界限內,一般為5%-16%;二是有足夠能量的點火源;三是混合氣體中的氧氣濃度不低于12%。
2 引起瓦斯爆炸的主要原因
2.1 思想因素
思想決定行為,引起瓦斯爆炸事故的根源在于思想上認識不足。干部思想認識不到位,就會造成投入不到位,或者設施設備投入到位,而隨意減少瓦斯檢查和管理人員,或使瓦斯管理人員和檢測人員的工資低下。職工思想認識不到位,就會出現漏檢、虛報等。特別是在近兩年煤炭行情利好的情況下,許多煤炭企業一味的擴大生產能力,增加煤炭產量,而不能夠正確處理安全與生產,安全與效益的關系。“安全第一”的觀念淡化,因此思想認識不到位是當前煤礦安全生產的最大隱患。
2.2 技術裝備因素
隨著以高產高效為基本特征的集約化生產技術的采用。已有的瓦斯災害防治技術及裝備已經不能有效地控制礦井重大瓦斯災害事故的發生。主要原因:①瓦斯災害防治技術分散。沒有形成完整系統的體系;②瓦斯災害防治技術缺乏相應的裝備支撐;③還有很多需要解決的共性關鍵技術問題,特別是運用于集約化生產技術條件下的共性關鍵技術問題。
2.3 培訓考核因素
隨著監控技術升級,對操作人員和管理人員的技術要求越來越高,煤礦的管理人員知識更新,新技術新標準的掌握就顯得尤為重要。強制性的培訓和學習是提高員工素質,減少操作失誤,發揮高新技術設備性能的關鍵。
2.4 資金投入因素
在前幾年,由于煤礦的經濟效益不好,許多煤礦企業降低了安全投入,存在不同程度的通風系統及配套設施不完善、“一通三防”監測系統不完善和設備設施老化等問題。近兩年煤礦效益好轉的情況下,許多企業只注重生產投入,安全投入仍然存在嚴重不足,安全生產條件沒有得到明顯改善。
2.5 管理因素
隨著煤礦開采深度的不斷增加,瓦斯地質條件越來越復雜多變。再加上傳統的安全管理方式受到人的經驗、知識和責任心的限制,所以管理因素也是瓦斯事故多發的原因之一。
3 防止瓦斯爆炸基本措施
從瓦斯爆炸條件看,氧氣的濃度是引起瓦斯爆炸的因素之一,但在煤礦井下一般不存在氧氣濃度低于12%的情況。因此,搞好瓦斯爆炸的防治措施體現在兩個方面:嚴格監控礦井各區域的瓦斯濃度、杜絕火源和演習預案。
3.1 控制方法
(1)建立合理的通風系統通風是排放瓦斯最主要的手段。做好通風安全技術管理是防治煤礦主要事故的先決條件和關鍵環節。建立合理的通風系統,能夠保證井下所有工作地點有足夠多的風量將井下涌出的瓦斯及時沖淡并排放出井外,避免瓦斯積聚,所以建立合理的通風系統是防止瓦斯爆炸最有效、最基本的措施。
(2)搞好瓦斯抽放,降低煤層瓦斯涌出量,抽放瓦斯是防止瓦斯積聚的有效措施。隨著煤礦開采深度不斷加深,瓦斯涌出量變得越來越大,通過通風的方法來使瓦斯的濃度降低到煤礦安全規程要求范圍內,從技術和經濟角度兩方面來看,都是不合理的。瓦斯抽放不僅能夠有效利用瓦斯,還能夠降低煤層的瓦斯涌出量。實行瓦斯抽放是控制采掘空間瓦斯濃度,減少瓦斯積聚。也防止煤與瓦斯突出的根本措施。
(3)加強瓦斯日常管理對于突出礦井,還應做好瓦斯突出預測工作。瓦斯日常管理是預防瓦斯爆炸事故的重要措施之一。瓦斯日常管理就是建立巡回檢查瓦斯制度,就是要瓦檢員不間斷地下井檢查通風情況和瓦斯的濃度,當發現局部積聚瓦斯問題時。要即時處理。
3.2 監測方法
(1)人工檢測檢查,傳統的使用光干涉瓦斯檢查儀檢查人員必不可減少,每班的瓦斯檢查員不僅是沿一定線路定點定時檢查瓦斯,而且可以沿途對監控設施的完好和使用情況進行檢查,比對光瓦和傳感器數值,最大限度的降低瓦斯濃度超限的幾率。
(2)瓦斯監控系統能夠實現連續監測瓦斯,及時掌握瓦斯濃度的變化,同時也可能為事故應急救援決策和事故調查提供參考依據。人對瓦斯的監測是一個間斷性的過程,有其必然的缺點,而事故發生的特點是一個隨機性與偶然性相結合的統一體,這就決定了單純依靠人來管理瓦斯,顯然不能夠達到控制瓦斯濃度的目的。所以,建立瓦斯監控系統,對控制瓦斯的濃度具有非常重要的作用。
3.3 杜絕火源是防止礦井瓦斯爆炸一個基本條件
要認真執行煤礦安全規程,在井下要杜絕一切非生產火源,嚴格管理和限制生產中可能發生的火源、熱源。
【中圖分類號】TD714.5
【文獻標識碼】A
【文章編號】1672—5158(2012)10-0216-01
瓦斯是礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體,能夠發生燃燒或爆炸,是礦井主要災害之一,是煤礦的首要災害,因此必須制定防治措施。
1 瓦斯爆炸的基本條件
瓦斯爆炸的發生必須具備三個基本條件,一是瓦斯濃度在爆炸界限內(理論上是5%~16%);二是有足夠能量的點火源;三是混合氣體中的氧氣濃度不低于12%。三個條件缺少其中任何一個均不能發生瓦斯爆炸。
1.1 瓦斯的濃度
瓦斯濃度超限是形成瓦斯爆炸事故的根源。引起瓦斯爆炸的瓦斯濃度是有范圍的,凡是濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限的瓦斯混合物與點火源接觸時都不會引起火焰自行傳播。瓦斯濃度低于爆炸下限時,由于過量的空氣作為惰性介質參與燃燒反應,消耗一部分反應熱,起到了冷卻作用,阻礙火焰自行傳播而燃燒;相反瓦斯濃度高于爆炸上限時,由于可燃物過剩,即空氣中氧氣量不足,導致化學反應不完全,反應放出的熱量小于損耗的熱量,因而阻礙了火焰的蔓延而燃燒。在煤礦開采中,對一些不可避免的瓦斯濃度要采取措施,使其成為不能滿足瓦斯爆炸的條件。
1.2 氧氣的濃度
氧氣的濃度必須達到12%以上,否則井下瓦斯爆炸反應不能夠持續進行。在井下的封閉區域、采空區內及其它裂隙處由于有氧氣消耗或沒有供氧,可能會出現氧濃度低于12%的可能性外,所有通風、行人的巷道和工作面等一般氧氣濃度都會高于12%。12%以上是極易滿足的條件,在煤礦開采中,對氧氣的濃度不能采取有效措施,使其成為不能滿足防范。
1.3 火源
火源是引起礦井瓦斯爆炸事故的必備條件之一。火源可以分為弱火源和強火源。一般情況下,弱火源不能形成沖擊波,不能使沉積煤塵轉變為浮游狀態;相反,強火源會產生沖擊波,并把沉積煤塵轉變為浮游狀態。要發生瓦斯爆炸其火源必須要達到足夠的能量,即溫度一般不低于650℃、能量一般大于0.28mJ和持續時間大于爆炸感應期。這個條件通常很容易滿足的。在煤礦開采中,對一些不可避免的火源要采取措施,使其成為不能滿足點燃瓦斯的點火源。
2 瓦斯爆炸原因分析
2.1 故原因分析
瓦斯爆炸是一種化學爆炸,是爆炸性氣體混合物一瓦斯在一定濃度范圍內受激發而發生的劇烈化學反應,反應時產生大量的熱和氣體。引起瓦斯爆炸的原因有:①存在CH4與氧濃度在爆炸濃度范圍內的爆炸危險區;②在爆炸危險區內存在火源點。火區封閉后,封閉區氧濃度和溫度有降低趨勢,瓦斯濃度則逐漸上升。如果瓦斯濃度升至爆炸范圍時,發火區溫度仍很高(存在高溫性火源),氧濃度尚未降到瓦斯爆炸極限濃度以下,就可能發生瓦斯爆炸。
2.1.1 自然條件不好
進入20世紀90年代以后,隨著開采深度的增加,地質條件變得越來越復雜,煤層瓦斯含量和瓦斯涌出量都隨之增大,煤與瓦斯突出越來越嚴重。同時由于開采深度的加大,使得現有的部分瓦斯治理理,不再能夠適應新的生產條件。
2.1.2 通風不良
主要有通風系統不合理,存在風流短路、多次串聯和循環風,造成供風地點風量不足,而引起瓦斯積聚;局部通風機安裝位置不當、風筒未延伸到供風點或脫落引起供風點有效風量不足,而造成瓦斯積聚;掘進工作面擅自停電停風而引起瓦斯積聚;盲巷的瓦斯積聚。
2.1.3 引爆火源存在
井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃、赤熱的安全燈罩、吸煙等。但放炮和電器設備產生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。
3 控制瓦斯爆炸事故的技術措施
3.1 控制井下瓦斯的濃度
3.1.1 建立合理的通風系統,稀釋井下空間的瓦斯濃度
通風是排放瓦斯最主要的手段。做好通風安全技術管理是防治煤礦主要事故的先決條件和關鍵環節。因此,所有礦井都必須要建立安全可靠的、獨立的礦井通風系統。建立合理的通風系統,能夠保證井下所有工作地點有足夠多的風量將井下涌出的瓦斯及時沖淡并排放出井外,避免瓦斯集聚,所以建立合理的通風系統是防止瓦斯爆炸最有效、最基本的措施。
3.1.2 搞好瓦斯抽放,降低煤層瓦斯涌出量
抽放瓦斯是防止瓦斯集聚的有效措施。隨著煤礦開采深度不斷加深,瓦斯涌出量變得越來越大,通風系統越來越復雜,通過通風的方法來使瓦斯的濃度降低到煤礦安全規程要求范圍內,從技術和經濟角度上看,都是不合理的。瓦斯抽放不僅能夠有效利用瓦斯,還能夠降低煤層的瓦斯涌出量。
3.1.3 加強瓦斯日常管理
加強瓦斯日常管理是煤礦安全工作的重要組成部分。瓦斯日常管理就是建立巡回檢查瓦斯制度,就是要瓦檢員不間斷地下井檢查通風情況和瓦斯的濃度,當發現局部積聚瓦斯問題時,要即時處理。
此,瓦檢員在井下工作時,要嚴格執行煤礦安全規程,嚴禁空班漏檢情況發生。對于突出礦井,還應做好瓦斯突出預測工作。瓦斯日常管理是預防瓦斯爆炸事故的重要措施之一。
3.1.4 建立瓦斯監控系統,及時發現瓦斯超限
建立瓦斯監控系統,對控制瓦斯的濃度具有非常重要的作用。瓦斯監控系統能夠實現連續監測瓦斯,及時掌握瓦斯濃度的變化,同時也可能為事故應急救援決策和事故調查提供參考依據。在井下安裝瓦斯監控儀器,對井下主要巷道瓦斯的異常情況實行連續監控,能夠達到預防和控制瓦斯爆炸事故的發生。
3.2 杜絕火源
火源是引起礦井瓦斯爆炸一個基本條件。要認真執行煤礦安全規程,在井下要杜絕一切非生產火源;嚴格管理和限制生產中可能發生的火源、熱源。嚴禁井下使用架線電機車,在生產中采掘分開供電、三專兩閉鎖、雙風機雙電源等措施限制火源的發生。
3.3 演習瓦斯爆炸
演練對預防瓦斯爆炸事故具有非常重要的意義。煤礦企業應當在“防救結合,預防為主”方針指導下,認真制定瓦斯爆炸事故專項應急預案,并對其預案進行演習。制定瓦斯爆炸應急預案不僅有助于大平煤礦廣大職工熟悉本企業的情況,而且能夠指導瓦斯爆炸事故的預防工作和事故的應急救援。通過預案的演習不但能夠使廣大煤礦職工掌握各種應急技能,提高應急救援人員的應變能力,
4 結語
預防煤礦瓦斯爆炸是一個復雜的系統工程,煤礦一切生產要把防止瓦斯爆炸事故放在重要位置,認真貫徹“先抽后采、監測監控、以風定產”十二字方針,本文從瓦斯爆炸條件出發,分析和提出了防止瓦斯爆炸應從控制瓦斯濃度、杜絕火源和演習瓦斯爆炸預案出發,采取相應的預防措施,才能使礦井的生產達到本質安全化。
一、瓦斯爆炸的條件
瓦斯爆炸的條件是:一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。(1)濃度。瓦斯爆炸有一定的濃度范圍,我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%~16%。當瓦斯濃度低于5%時,遇火不爆炸,但能在火焰形成燃燒層,當瓦斯濃度為9.5%時,其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應);瓦斯濃度在16%以上時,失去其爆炸性,但在空氣中遇火仍會燃燒。瓦斯爆炸界限并不是固定不變的,它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。(2)一定的引火溫度。瓦斯的引火溫度,即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為,瓦斯的引火溫度為650℃~750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當瓦斯含量在7%~8%時,最易引燃;當混合氣體的壓力增高時,引燃溫度即降低;在引火溫度相同時,火源面積越大、點火時間越長,越易引燃瓦斯。(3)氧氣的濃度。實踐證明,空氣中的氧氣濃度降低時,瓦斯爆炸界限隨之縮小,當氧氣濃度減少到12%以下時,瓦斯混合氣體即失去爆炸性。如果有新鮮空氣進入,氧氣濃度達到12%以上,就可能發生爆炸。因此,對火區應嚴加管理,在啟封火區時更應格外慎重,必須在火熄滅后才能啟封。
二、煤礦發生瓦斯爆炸事故的原因
(1)裝備設置不足,管理存在缺陷。瓦斯爆炸事故的發生原因很多,但最為直接的是工作人員的違章失職、監控系統沒有啟動,安全裝備配置不足,沒有瓦斯抽放系統或者抽放系統不能正常的運行。(2)煤礦職工素質較低、受到的教育較少,沒有經過嚴格的安全培訓,不懂通風安全管理和操作規程,安全意識淡薄。(3)瓦斯積聚的存在。瓦斯濃度達到或超過2%在采掘工作面及其他地點體積大于0.5m。另外就是種種原因包括礦井主通風機不能很好地供風或者是通風系統不合理,巷道變形、調節風門故障等原因都會造成的礦井通風不暢,導致瓦斯積聚,發生瓦斯爆炸。(4)引爆火源的現象存在。引爆火源比較多,又不易被注意,比如電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等,只能盡量的避免而不能徹底的防范。另外就是專業技術不夠的電工無意損壞或拆除了防爆密閉圈,造成失爆。最后就是明燈明火、電氣設備下井存在失爆的現象,造成瓦斯爆炸。
三、瓦斯爆炸事故的防治措施
(1)防止瓦斯積聚的措施。防止瓦斯爆炸事故,根本的技術措施是防止瓦斯積聚。井下防止瓦斯積聚的措施很多,最常用、最可靠的是加強通風,加強檢查,加強局部瓦斯積聚處理,消除微風區或無風區,構筑科學、合理、可靠的通風設施,樹立“微風作業就是事故”的觀念。(2)杜絕火源是防治瓦斯事故的重要手段。瓦斯與空氣混合氣體的最低點燃溫度,絕熱壓縮時565℃,其它情況下650℃,最小點燃能量為0.28mj。煤礦井下能引爆瓦斯的火源很多,礦井井下的明火(1000℃以上)、煤炭自燃、電弧(平均4000℃)、電火花、赤熱的金屬表面(可達1500℃)撞擊和磨擦火花,都能點燃瓦斯。(3)建立健全防治瓦斯制度并強化落實到生產中。瓦斯事故的有力保障建立健全雙巷間橫貫、角聯巷道、高冒區等薄弱地點通風和瓦斯的管理制度,消除盲區,消滅盲點。加強礦井瓦斯監測監控建設和管理,提高事故預警能力和反應能力,是很重要的防治瓦斯措施。預防瓦斯首先必須強化安全生產責任。從國家到地方,從地方到企業,先后制定了一系列的安全生產法規和制度。(4)堅持“以人為本”的思想防治瓦斯事故。瓦斯事故的核心在生產力的三大要素中,人是最具有決定性的力量和最活躍因素。“領導不重視安全等于殺人,職工不重視安全等于自殺”。因此,人在安全管理中起著舉足輕重的作用。抓安全就要始終如一地堅持“以人為本”的思想,充分發揮每個人的主觀能動性,使人們自身的潛能得到充分地發揮。堅決樹立“瓦斯不治,礦無寧日”等一系列先進理念;全力推行開采保護層和區域預抽等最可靠、最有效的防治瓦斯治本之策。加強實現三個轉變,即治理瓦斯由“局部治理”向“區域治理”,由“過程治理”向“超前治理”,由“管理措施型”向“技術工程型”轉變,建設高標準的瓦斯綜合治理示范礦井。而實踐證明了的有效做法是:“高投入、高素質、強技術、嚴管理、重利用”。
參考文獻
在煤炭開采過程中,瓦斯爆炸、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、中毒、窒息礦井火災、透水、頂板冒落等多種災害事故時有發生。在這些事故中尤以瓦斯爆炸造成的損失最大,從每年的事故統計中來看,煤礦發生一次死亡10人以上的特大事故中,絕大多數是由于瓦斯爆炸,約占特大事故總數的70%左右,為此,瓦斯稱為煤礦災害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制訂防治對策,顯得特別重要。
1瓦斯爆炸原因分析
1.1瓦斯爆炸特點
根據多年對煤礦瓦斯爆炸事故統計分析,可以發現有如下一些特點:①瓦斯爆炸多為大事故;②事故地點多發生在采煤與掘進工作面;③瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大;④多為火花引爆;⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發生;⑥瓦斯爆炸多發生在鄉鎮煤礦;⑦基建、技改礦井和轉制礦井瓦斯爆炸事故多發。
1.2事故原因分析
煤礦發生瓦斯爆炸事故與許多因素有關,但總的來說,主要與自然因素、安全技術手段、安全裝備水平、安全意識和管理水平等有關,發生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所導致的。
1.2.1煤礦開采條件差
我國煤礦井下開采條件普遍較差,據統計,2000年全國國有重點煤礦共有580處礦井進行了瓦斯等級鑒定,其中高瓦斯礦井160處,低瓦斯礦井298處,煤與瓦斯突出礦井122處;有自然發火礦井372處,占64%,有煤塵爆炸危險礦井427處,占73.6%。
1.2.2瓦斯積聚的存在
煤礦井下造成瓦斯積聚的原因很多,但主要有通風系統不合理和局部通風管理不善是瓦斯積聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有22起主要是因通風系統不合理,存在風流短路、多次串聯和循環風,造成供風地點風量不足,而引起瓦斯積聚;有9起主要是因局部通風機安裝位置不當、風筒未延伸到供風點或脫落引起供風點有效風量不足,而造成瓦斯積聚;有2起事故主要是因停電停風而引起瓦斯積聚;有1起是盲巷積聚的瓦斯被引爆。
1.2.3引爆火源的存在
煤礦井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等。但放炮和電器設備產生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有16起是由放炮產生的火花引爆的;有15起事故是由電器設備及電源線電火花引爆的。
1.2.4裝備不足、管理不落實
礦井安全裝備配置不足,“先抽后采,監測監控,以風定產”方針未得到完全落實。如2005年發生的41起特大瓦斯事故中,有的礦井沒有安裝瓦斯監控系統或運行不正常,有的礦井雖安裝有監控系統,但因傳感器數量不足、安裝位置不對、線路存在故障、顯示器不顯示數據等問題,不能有效發揮其應有的作用。此外鄉鎮煤礦發生的特大瓦斯事故都沒有裝備瓦斯抽放系統或抽放系統不能有效運行,監控系統也不能有效發揮作用。如內蒙古烏海市烏達區巴音賽煤焦有限責任公司某井雖安裝了瓦斯監控系統,但在其實際開采區域卻并沒有瓦斯傳感器,而造成特大瓦斯事故的發生,死亡16人。
1.2.5管理水平低
許多事故分析發現,違章操作或管理不當而造成了一些本可避免的事故,但未引起重視,最終釀成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和職工的安全意識對于煤礦的長期安全生產非常重要。
1.2.6企業技術管理薄弱
一些煤礦企業由于采煤方法落后,引起礦井采掘布置不合理,通風系統不完善,此外,作業規程編制不符合實際,針對性不強,給安全生產帶來了嚴重隱患。
2控制瓦斯爆炸事故的技術措施
瓦斯爆炸事故的防治可分為預防爆炸和抑制爆炸。預防爆炸主要有:優化通風網絡及通風系統,防治瓦斯積聚,進行瓦斯抽放,加強瓦斯濃度和火源監測,防止點火源的出現等;抑制爆炸主要采用隔爆抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內,從而減少人員傷亡和災害事故所造成的損失。
2.1瓦斯爆炸事故的預防措施
2.1.1煤礦瓦斯抽放技術
1)我國國有煤礦高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井數的46%。瓦斯抽放是減少礦井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施,同時也是開發利用瓦斯能源、保護大氣環境的重要手段。如皖北煤電集團公司祁東煤礦利用抽放瓦斯進行發電取得了可觀的經濟效益和社會效益。
2)為提高瓦斯抽放率,目前主要需解決長鉆孔定向鉆進技術,包括測斜、糾偏技術;提高單一低透氣性煤層的抽放率;研制鉆進能力更強的鉆機具;完善和提高擴孔技術、排渣技術、造穴技術和封孔技術;開發新的瓦斯抽放技術及設備。
3)瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區抽放等;抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等。并研制出與之相配套的強力鉆機及配套機具,如MK型長鉆孔鉆機和ZSM順層強力鉆機等。此外已研制出多種抽放泵及配套的監控系統和儀表等,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全環境得到進一步
改善。
4)利用多分支羽狀適用技術,解決低滲煤層瓦斯治理問題,以提高抽采率。
5)煤礦瓦斯治理也應該與煤層氣產業化緊密結合起來。
2.1.2礦井瓦斯濃度及火源監測技術
礦井瓦斯濃度及火源的實時自動監測對于防止瓦斯爆炸非常重要,當發現瓦斯異常或有火源產生,立即采取措施可防止爆炸事故的發生。我國目前開發了KJ90.KJ92.KJ94.KJ95.KJ73.KJ66等型號的礦井安全監控系統,以及各類檢測傳感器、報警儀和斷電儀。已有多個礦井安裝了礦井安全綜合監控系統,并具有如下功能:①礦井環境和工況參數實時監控;②主要通風機在線監測;③巷道火災實時監測;④礦井瓦斯抽放實時監測;⑤中擊地壓實時監測;⑥煤與瓦斯突出實時監測;⑦煤層自然發火實時監測;⑧瓦斯爆炸或燃燒實時監測;⑨礦井電網監測等多種功能。監控系統的安裝極大地提高了煤礦的安全管理自動化水平,防止了許多事故的發生。
2.1.3井下火源防治
對煤礦井下的爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等火源都有一些相應的防治措施,除炸藥安全性檢驗、電器防爆檢驗、摩擦火花檢驗外、還需防止火源與瓦斯積聚在同時同地點出現,如放炮時檢測瓦斯濃度,采用風電閉鎖、瓦斯電閉鎖等措施。另外加強明火的管理,嚴格動火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.1.4優化通風網絡及通風系統
合理可靠的通風系統是防止瓦斯事故和控制災害擴大的重要措施,為此,瓦斯防治工程與采掘工程,必須同時設計,超前施工,同時投入使用。
2.2隔爆措施
礦井隔爆抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍,主要有被動式隔爆棚和自動抑爆裝置。
1)被動式隔爆棚。隔爆巖粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最為廣泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚,具有適應性強,安裝、拆卸和移動方便的特點。
在煤炭開采過程中,瓦斯爆炸、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出、中毒、窒息礦井火災、透水、頂板冒落等多種災害事故時有發生。在這些事故中尤以瓦斯爆炸造成的損失最大,從每年的事故統計中來看,煤礦發生一次死亡10人以上的特大事故中,絕大多數是由于瓦斯爆炸,約占特大事故總數的70%左右,為此,瓦斯稱為煤礦災害之王。因此,分析瓦斯爆炸原因,制訂防治對策,顯得特別重要。
1瓦斯爆炸原因分析
1.1瓦斯爆炸特點
根據多年對煤礦瓦斯爆炸事故統計分析,可以發現有如下一些特點:①瓦斯爆炸多為大事故;②事故地點多發生在采煤與掘進工作面;③瓦斯爆炸造成的破壞波及范圍大;④多為火花引爆;⑤高瓦斯礦井、低瓦斯礦井均有發生;⑥瓦斯爆炸多發生在鄉鎮煤礦;⑦基建、技改礦井和轉制礦井瓦斯爆炸事故多發。
1.2事故原因分析
煤礦發生瓦斯爆炸事故與許多因素有關,但總的來說,主要與自然因素、安全技術手段、安全裝備水平、安全意識和管理水平等有關,發生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所導致的。
1.2.1煤礦開采條件差
我國煤礦井下開采條件普遍較差,據統計,2000年全國國有重點煤礦共有580處礦井進行了瓦斯等級鑒定,其中高瓦斯礦井160處,低瓦斯礦井298處,煤與瓦斯突出礦井122處;有自然發火礦井372處,占64%,有煤塵爆炸危險礦井427處,占73.6%。
1.2.2瓦斯積聚的存在
煤礦井下造成瓦斯積聚的原因很多,但主要有通風系統不合理和局部通風管理不善是瓦斯積聚的主要原因。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有22起主要是因通風系統不合理,存在風流短路、多次串聯和循環風,造成供風地點風量不足,而引起瓦斯積聚;有9起主要是因局部通風機安裝位置不當、風筒未延伸到供風點或脫落引起供風點有效風量不足,而造成瓦斯積聚;有2起事故主要是因停電停風而引起瓦斯積聚;有1起是盲巷積聚的瓦斯被引爆。
1.2.3引爆火源的存在
煤礦井下引爆瓦斯的火源有:爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等。但放炮和電器設備產生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。如2005年34起特大瓦斯爆炸事故中,有16起是由放炮產生的火花引爆的;有15起事故是由電器設備及電源線電火花引爆的。
1.2.4裝備不足、管理不落實
礦井安全裝備配置不足,“先抽后采,監測監控,以風定產”方針未得到完全落實。如2005年發生的41起特大瓦斯事故中,有的礦井沒有安裝瓦斯監控系統或運行不正常,有的礦井雖安裝有監控系統,但因傳感器數量不足、安裝位置不對、線路存在故障、顯示器不顯示數據等問題,不能有效發揮其應有的作用。此外鄉鎮煤礦發生的特大瓦斯事故都沒有裝備瓦斯抽放系統或抽放系統不能有效運行,監控系統也不能有效發揮作用。如內蒙古烏海市烏達區巴音賽煤焦有限責任公司某井雖安裝了瓦斯監控系統,但在其實際開采區域卻并沒有瓦斯傳感器,而造成特大瓦斯事故的發生,死亡16人。
1.2.5管理水平低
許多事故分析發現,違章操作或管理不當而造成了一些本可避免的事故,但未引起重視,最終釀成特大瓦斯爆炸事故。因此,管理水平和職工的安全意識對于煤礦的長期安全生產非常重要。
1.2.6企業技術管理薄弱
一些煤礦企業由于采煤方法落后,引起礦井采掘布置不合理,通風系統不完善,此外,作業規程編制不符合實際,針對性不強,給安全生產帶來了嚴重隱患。
2控制瓦斯爆炸事故的技術措施
瓦斯爆炸事故的防治可分為預防爆炸和抑制爆炸。預防爆炸主要有:優化通風網絡及通風系統,防治瓦斯積聚,進行瓦斯抽放,加強瓦斯濃度和火源監測,防止點火源的出現等;抑制爆炸主要采用隔爆抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內,從而減少人員傷亡和災害事故所造成的損失。
2.1瓦斯爆炸事故的預防措施
2.1.1煤礦瓦斯抽放技術
1)我國國有煤礦高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井數的46%。瓦斯抽放是減少礦井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施,同時也是開發利用瓦斯能源、保護大氣環境的重要手段。如皖北煤電集團公司祁東煤礦利用抽放瓦斯進行發電取得了可觀的經濟效益和社會效益。
2)為提高瓦斯抽放率,目前主要需解決長鉆孔定向鉆進技術,包括測斜、糾偏技術;提高單一低透氣性煤層的抽放率;研制鉆進能力更強的鉆機具;完善和提高擴孔技術、排渣技術、造穴技術和封孔技術;開發新的瓦斯抽放技術及設備。
3)瓦斯抽放方法有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區抽放等;抽放工藝有順層長鉆孔、大直徑鉆孔、地面鉆孔、頂板巖石和巷道鉆孔等。并研制出與之相配套的強力鉆機及配套機具,如MK型長鉆孔鉆機和ZSM順層強力鉆機等。此外已研制出多種抽放泵及配套的監控系統和儀表等,大大提高了瓦斯抽放量和抽放率,使安全環境得到進一步
改善。
4)利用多分支羽狀適用技術,解決低滲煤層瓦斯治理問題,以提高抽采率。
5)煤礦瓦斯治理也應該與煤層氣產業化緊密結合起來。
2.1.2礦井瓦斯濃度及火源監測技術
礦井瓦斯濃度及火源的實時自動監測對于防止瓦斯爆炸非常重要,當發現瓦斯異常或有火源產生,立即采取措施可防止爆炸事故的發生。我國目前開發了KJ90.KJ92.KJ94.KJ95.KJ73.KJ66等型號的礦井安全監控系統,以及各類檢測傳感器、報警儀和斷電儀。已有多個礦井安裝了礦井安全綜合監控系統,并具有如下功能:①礦井環境和工況參數實時監控;②主要通風機在線監測;③巷道火災實時監測;④礦井瓦斯抽放實時監測;⑤中擊地壓實時監測;⑥煤與瓦斯突出實時監測;⑦煤層自然發火實時監測;⑧瓦斯爆炸或燃燒實時監測;⑨礦井電網監測等多種功能。監控系統的安裝極大地提高了煤礦的安全管理自動化水平,防止了許多事故的發生。
2.1.3井下火源防治
對煤礦井下的爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花、煤炭自燃等火源都有一些相應的防治措施,除炸藥安全性檢驗、電器防爆檢驗、摩擦火花檢驗外、還需防止火源與瓦斯積聚在同時同地點出現,如放炮時檢測瓦斯濃度,采用風電閉鎖、瓦斯電閉鎖等措施。另外加強明火的管理,嚴格動火制度,消除引爆瓦斯的火源。
2.1.4優化通風網絡及通風系統
合理可靠的通風系統是防止瓦斯事故和控制災害擴大的重要措施,為此,瓦斯防治工程與采掘工程,必須同時設計,超前施工,同時投入使用。
2.2隔爆措施
礦井隔爆抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍,主要有被動式隔爆棚和自動抑爆裝置。
1)被動式隔爆棚。隔爆巖粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最為廣泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚,具有適應性強,安裝、拆卸和移動方便的特點。
1 瓦斯的性質及特點
礦井瓦斯是各種氣體的混合物,其成分是很復雜的,它含有甲烷、二氧化碳、氮和數量不等的重烴以及微量的稀有氣體等,但主要成分是甲烷。因此,習慣上所說的礦井瓦斯就是指甲烷而言。
1.1瓦斯(通常指甲烷CH4)是一種無色、無味、無臭的氣體、在標準狀態(溫度為0℃、大氣壓力為101325Pa)下,瓦斯密度為0.7168Kkg/m3,相對密度為0.554。由于瓦斯較輕,故常積聚在巷道的頂部、上山掘進面及頂板冒落空洞中。
1.2瓦斯微溶于水,在20℃、101.3kPa條件下,溶解度為3.5L/100L水。瓦斯的擴散性很強,擴散速度是空氣的1.34倍,會很快的在空氣中擴散。
1.3 瓦斯本身無毒,但不能供人呼吸。瓦斯不助燃,但與空氣混合達到一定濃度后,遇到高溫火焰時能夠燃燒或爆炸。
1.4 礦井瓦斯是成煤過程中的一種伴生產物。古代植物遺體在形成泥炭過程中,由于厭氧菌的作用,植物的纖維質破分解、發酵,逐漸生成腐植酸和瀝青質,同時生成瓦斯;此后,在煤的炭化變質過程中,隨著化學成分和結構的變化,泥炭轉變成褐煤、煙煤和無煙煤,同時繼續有大量瓦斯伴隨生成。在長期的地質年代里,由于地層變動造成的斷裂和裂隙,部分瓦斯逸散到大氣中去,另一部分則被保存在煤體和圍巖之中。
2 礦井瓦斯主要危害
礦井瓦斯是一種有害氣體。當井下空氣中瓦斯濃度較高時,會相對地降低空氣中的氧氣濃度,使人窒息;另外,當瓦斯與空氣混合達到一定濃度時,遇火就能燃燒或爆炸,嚴重影響和威脅礦井生產安全,一旦形成災害事故,會給國家財產和職工生命造成巨大損失;瓦斯是礦井六大自然災害之首。
2.1 瓦斯爆炸的危害主要表現在以下5個方面。
2.1.1 爆炸產生高溫
試驗研究表明,當瓦斯濃度為9.5%時,爆炸產生的瞬間溫度可達1850~2650℃。這樣高的溫度,不僅會燒傷人員、燒壞設備及燒壞煤炭資源,還可能點燃木材、支架和煤塵,引起井下火災和煤塵爆炸事故,擴大災情。
2.1.2 爆炸產生高壓
經實驗和理論計算,瓦斯爆炸后的氣體壓力是爆炸前的7~10倍。氣體壓力的驟然增大,將形成強大的沖擊波(每秒幾百米或幾千米)向前沖擊,從而推倒支架、損壞設備、使巷道或工作面頂板坍塌和人員傷亡,使礦井遭受嚴重破壞。
2.1.3 爆炸產生大量有害氣體
瓦斯爆炸后,不僅氧減少而且會產生大量有害氣體。據分析,瓦斯爆炸后的氣體為:O26%~10%、N282%~88%、CO28~4%、C04%~2%。而當空氣中一氧化碳濃度達到0.4%時,人就會中毒死亡;當氧氣濃度減少到10%~12%時,人就會失去知覺窒息而死。統計表明,在瓦斯、煤塵爆炸事故中,死于一氧化碳中毒的人占總死亡人數的70%以上。因此,強調入井人員佩帶自救器是非常必要的。
2.1.4 爆炸產生正向沖擊
瓦斯爆炸產生的高溫、高壓使爆源附近的氣體以極大的速度向四周擴散,在所經過的路程上形成威力巨大的沖擊波現象,稱為正向沖擊(也稱進程沖擊)。正向沖擊由于是高溫、高壓氣流,因此,能造成人員傷亡、巷道和設施破壞,還能揚起大量煤塵使之參與爆炸,從而造成更大的破壞,還可點燃坑木或其他可燃物而引起火災。
3 控制瓦斯爆炸事故的技術措施
瓦斯爆炸事故的防治可分為預防爆炸和抑制爆炸
3.1 優化通風網絡及通風系統,防治瓦斯積聚,進行瓦斯抽放,加強瓦斯濃度和火源監測,防止點火源的出現等。
3.2 抑制爆炸主要采用隔爆抑爆裝置將瓦斯爆炸限制在一定范圍內,從而減少人員傷亡和災害事故所造成的損失。
3.3 加強通風管理,使井下各地點瓦斯濃度都不超過規定,是防止瓦斯積聚、爆炸的一項極為重要的和有效的措施:
3.1.1建立合理、完善的通風系統要做到穩定、連續的向井下所有用風地點供風,并保持足夠風量。
3.1.2實行分區通風各水平、各采區(面)都要有單獨的回風道,使污濁風流直接進入采區回風道或礦井總回風道,而不得串入其他釆掘工作面。
3.1.3及時建筑和管理好通風構筑物對風門、風橋、擋風墻、凋節風窗等,要保證規格質量,并應經常檢查維修,以保持完好,還應根據需要,及時調量。
3.1.4加強局部通風管理,掘進工作面采取壓入式通風,風筒出口按規定接到工作面,及時沖淡瓦斯的涌出。
3.4 調整通風系統, 巷道貫通后要及時調整通風系統,嚴防風流短路或風量不足引起瓦斯積聚。加強和搞好礦井瓦斯管理是防止瓦斯爆炸的關鍵環節,必須做到以下幾點:
3.4.1建全機構,完善制度,要有適應通風瓦斯管理要求的組織機構和一支專業隊伍,配足瓦斯檢查人員;還必須建立一套較完善的瓦斯檢查與管理制度及相應的獎懲規定,并認真執行。
3.4.2強化現場瓦斯檢查,要求瓦斯員在低瓦斯礦井中,每班至少檢查2次,高瓦斯礦井中每班至少3次檢查,有煤與瓦斯突出危險的采堀工作面及瓦斯涌出較大、變化異常的采掘工作面,必須有專人經常檢查,并安設甲烷斷電儀。 防止和及時發現、處理局部瓦斯積聚,嚴禁超限作業。
3.4.3嚴格執行區域巡回檢查瓦斯和檢查次數的規定;控制各處風流瓦斯濃度及超限時必須采取相應措施的規定;停電檢修或臨時停工停風必須采取排放瓦斯措施的規定;“一炮三檢”、“三人連鎖放炮”和巷道貫通以及盲巷管理的規定等都必須嚴格遵守。
3.5隔爆措施
礦井隔爆抑爆裝置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障,當瓦斯爆炸發生后,依靠預先設置的裝置可以阻止爆炸的傳播,限制火焰的傳播范圍,主要有被動式隔爆棚和自動抑爆裝置。
3.5.1被動式隔爆棚。隔爆巖粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安裝方便,因而得到了廣泛的使用,其中隔爆水袋棚的使用最為廣泛。
3.5.2自動式抑爆裝置。使用壓力或溫度傳感器,在爆炸發生時探測爆炸波,及時將預先放置的水、巖粉、N2 . CO2等噴灑到巷道中,從而達到抑制爆炸火焰傳播的目的。如ZGB-Y型自動隔爆裝置采用高壓氮氣引射消焰劑,能將爆炸限制在距爆源40-60m之內;YBW-1型無電源觸發式抑爆裝置,適合安裝在距爆源20-45m的巷道中;ZYB-S型自動產氣式抑爆裝置采用實時產氣原理,當傳感器接收到燃燒或爆炸火焰時,觸發氣體發生器快速產生的高壓氣體噴灑消焰劑,抑制火焰的傳播。
4 結束語
2、引火源溫度為650攝氏度至750攝氏度;
3、空氣中氧氣濃度大于百分之十二。
防止瓦斯爆炸的措施:
1、優化通風網絡及通風系統,防止瓦斯積聚。
1煤礦安全生產現狀
我國煤炭行業大多是井工開采,開采過程中面臨著瓦斯、水害、火災等自然災害的影響,而瓦斯是“五大災害”之最。近一個時期,國家采取了一系列重大舉措,煤炭行業安全生產狀況總體上呈現出相對穩定、趨于好轉的發展態勢。但由于我國煤礦安全生產基礎比較薄弱,煤礦安全生產形勢依然嚴峻,煤礦安全生產重(特)大事故時有發生,尤其是瓦斯事故。本文從瓦斯性質、危害、爆炸條件作手,歸納分析了煤礦瓦斯爆炸的預防措施。
2 瓦斯性質、危害及其爆炸條件
2.1瓦斯性質
礦井瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷(CH4)為主的有害氣體,有時單獨指甲烷(沼氣),煤礦井下的瓦斯來自煤層和煤系地層,它主要是腐植型有機物在成煤過程中生成的氣體。
瓦斯是無色、無味、無臭、可以燃燒和爆炸的氣體,難溶于水,易于擴散,滲透能力是空氣的1.6倍,瓦斯較空氣輕,通常是積聚在巷道的上部及高頂處,不助燃也不能維持呼吸,能使人因缺氧而窒息,并能發生燃燒或爆炸。是煤礦的主要災害之一。
2.2瓦斯危害
礦井瓦斯的危害主要有:一是燃燒,引起礦井火災;二是爆炸,產生高溫沖擊波和大量有毒有害氣體,導致礦毀人亡;三是濃度過高會導致人員窒息,甚至死亡;四是煤(巖)與瓦斯突出會摧毀、堵塞巷道、甚至引起人員窒息死亡、瓦斯(煤塵)爆炸。
2.3瓦斯爆炸的條件
一是瓦斯空氣混合氣體中氧氣體積分數達到12%以上;二是在正常條件下的弱火源點然時,瓦斯空氣混合氣體中瓦斯爆炸范圍為5%至12%,最佳爆炸體積分數為9.5%左右,在強火源引爆時,瓦斯爆炸的范圍顯著擴大,最佳爆炸體積分數為8.5%~10%左右,當混合氣體混入其他爆炸性氣體時,瓦斯爆炸的下限會降低;三是遇到明火,點火溫度達到650度以上。
3預防措施
3.1防止瓦斯集聚
局部地點的瓦斯濃度達到2%,體積達到0.5m3就是瓦斯集聚。而防止瓦斯集聚的根本措施就是加強通風。
(1)必須嚴格加強礦井的通風管理,定期測風、合理分風,確保井下各用風地點有合理的風量。嚴防瓦斯超限和瓦斯集聚。
(2)礦井必須采用機械通風,必須保證主要通風機連續運轉,配備同等能力的備用風機,并能保證備用風機能在10min內啟動,以免礦井因停風而造成瓦斯集聚。
(3)加強對局部通風機的管理,嚴禁任意開停,設備檢修,停電、停風要有計劃。避免掘進工作面因停電、停風而造成掘進工作面瓦斯集聚。
(4)采掘面要按需分風,通風巷道要及時維護,確保通風順暢,嚴禁單臺局扇多頭供風,風筒出口距工作面符合規定等,以防止采掘面因風量小、風速低而導致瓦斯集聚。
(5)嚴格按工程質量要求構筑風門、風橋、調節風窗、檔風強等通風設施,合理設置通風構筑物,嚴禁自然通風、括散通風、無回風道獨眼井以及不符合規定的串聯通風等不合理通風,避免瓦斯集聚。
(6)采空區和盲巷往往積存有大量高體積分數瓦斯,在氣壓變化或冒頂時使其涌出或突然壓出而造成瓦斯事故,所以對采空區和盲巷要及時密閉。
(7)采煤工作面上隅角因風速低、風量不足,容易形成瓦斯集聚,可采取設置風障;引射器抽排;采用專門排放瓦斯巷道等措施,用上述方法不能解決時,必須采取瓦斯抽放。
(8)采煤機附近的瓦斯集聚,可采用水力引射器或環隙式向機組局部送風方式以防瓦斯集聚。
(9)當瓦斯涌出量過大,采用通風方法不合理時,必須因地制宜地采取瓦斯抽放,并設法提高瓦斯抽放率,符合《瓦斯抽采達標暫行規定》要求。
3.2防止瓦斯引燃火源措施
(1)嚴格入井檢身,嚴禁攜帶煙草和點火物品入井;井口房、風機房和瓦斯抽放泵房20m范圍內,不得有明火,井下嚴禁使用燈泡和火爐取暖;礦燈應保持完好,井下嚴禁拆開、敲打和撞擊礦燈;井下和井口房內不得從事電焊、氣焊和噴燈焊接等工作,如果必須在井下主要硐室、主要進風井巷和井口房內進行電焊、氣焊和噴燈焊接等工作,必須制定安全技術措施并符合《規程》規定;采空區和盲巷要及時密閉,密閉要符合工程質量要求,嚴格井下火區管理。
(2)井下爆破作業,必須使用煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管并符合《煤礦安全規程》規定;打眼、裝藥、封泥和放炮必須嚴格按照爆破說明書進行,爆破說明書必須符合《煤礦安全規程》要求;嚴禁采用糊炮或明火放炮,嚴禁用炮崩落卡在溜煤眼中的煤、矸。以免放炮產生火花而引燃瓦斯。
(3)防止撞擊、摩擦火花的主要措施有:在摩擦發熱的部件上安設過熱保護裝置和溫度檢測報警斷電裝置;使用難引火性合金工具;采煤機截齒避免截割堅硬夾石或硫化鐵夾層;鏈板運輸機的液壓聯軸節,必須按規定注油;易溶合金塞溶化后,必須立即排除故障,進行更換。
(4)防止電器火花的措施主要有:井下電器設備的選用,應符合《規程》要求,井下不得帶電檢修、搬遷電器設備;井下供電應做到:無雞爪子、羊尾巴和明接頭;有過電流和漏電保護,有螺絲和彈簧墊,有密封圈和擋板,接地裝置符合要求;電纜懸掛整齊,設備硐室清潔整齊;防護裝置全,絕緣用具全,圖紙資料全,煤電鉆要有綜合保護,局部風機實行風電、瓦電閉鎖。
4 結語
只要我們根據瓦斯的來源,嚴格按法律、法規、規章和標準要求進行分源治理,掌握瓦斯爆炸發生和發展規律并采取有效的防治措施,瓦斯爆炸事故是可控可防的。
參考文獻: