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摘要：瓦斯是植物成煤过程中产生的气体,浓度超标爆炸后产生的危害往往是灭绝性的,因此预防和治理瓦斯是现代化矿井安全生产过程的一个重要课题,我国历来对煤矿瓦斯防治十分重视。本文研究了煤矿瓦斯爆炸的机理和条件，通过对瓦斯爆炸机理和条件的分析提出瓦斯爆炸的预防措施，说明预防瓦斯爆炸对煤矿安全生产的重大意义。
关键词：瓦斯爆炸；机理；自由基；预防措施
中图分类号：TD713文献标识码： A
引言
在以往发生的煤矿安全生产事故中,煤矿瓦斯事故的危害性最大。可见,要实现煤矿的安全、高效和可持续性生产,防治瓦斯是煤矿地下安全开采中必须要走出的最重要的一步,所以要深刻地认识其必要性和特殊性。瓦斯治理难度不小,单方面措施难见成效,所以必须采用综合治理的方法。一是要坚决落实和贯彻煤矿安全生产规定;二是要规范现场作业和提高操作人员的煤炭安全生产意识;三是要建立科学有效的网络监控系统和健全现场监督体制,锲而不舍地打好煤矿瓦斯治理攻坚战。
一、瓦斯治理目标
矿井并不是对瓦斯盲目的进行治理,而是要严格执行矿井所下达的既定目标,并按一定的步骤进行。
1、布署多方位瓦斯浓度监控设施,建立系统监控网络;建立系统监控网络对防治瓦斯事故是十分必要的,为实现现代化矿井瓦斯远程监控,应以计算机技术为基础,实现数字化远程监控,以达到矿井安全生产的目的;
2、制定现场规范作业标准,严防人为因素引起瓦斯事故;矿井安全生产关系到该煤矿的可持续发展,只有坚决落实煤矿的现场规范作业条例,才能从源头上杜绝人为事故的发生。
3、合理采取瓦斯防治措施,减少瓦斯事故的发生。众所周知,瓦斯爆炸存在三个必要条件,即氧气浓度、瓦斯浓度以及火源,一切的瓦斯防治措施都应该从这三个必要条件着手,但最主要还是从后两都入手。
二、煤矿瓦斯爆炸机理
1、瓦斯爆炸的基本概念
瓦斯爆炸是指甲烷在与空气混合之后，在一定的条件下遇高温热源发生的一系列剧烈的连锁反应，同时伴有高温高压的现象。在瓦斯爆炸过程中，火焰从火源占据的空间不断地传播到爆炸性混合气体所在的整个空间，其最终化学反应式如下：
2、链式反应与链载体
链式反应也称作连锁反应，是化学动力学中一类特殊的反应。一旦使用某种方式引发该反应，便能相继发生一系列连续反应，使反应自动发展下去。在这些反应中存在自由原子或自由基，即链载体，链载体的化学活性特别强，能与反应体系内的稳定分子进行反应成为反应中心。一方面使稳定分子的化学形态转化为产物，另一方面旧链载体消亡而生成新的链载体，新的链载体又迅速参与反应，如此延续下去而形成一系列的连锁反应。只要链载体不消失，反应就能一直进行下去。任何链反应都是由链引发、链传递、链终止三个步骤组成。
3、瓦斯爆炸反应简化机理
甲烷是瓦斯的主要成分，瓦斯爆炸是一种剧烈而迅速的分支链反应，其化学反应过程十分复杂。在链反应的几个步骤中，链的开始必须要受到外界能量的激发（可以是热能、光能、电磁场能等）才能进行，而对于后几个步骤，则一旦链开始以后就能很容易进行。在室温下，如果没有点火源，即使甲烷和空气的混合物能发生反应，其反应量也是极其微小的，不会发展成燃烧；一旦存在点火源，火源周围的反应量就会大大地增加，当达到甲烷爆炸浓度时就可能发生较高温度的爆炸。
三、瓦斯爆炸的条件
瓦斯是一种能够燃烧或爆炸的气体，当同时具备以下三个基本条件时，就会发生爆炸，这三个条件缺一不可。
1、瓦斯积聚，甲烷与空气混合气体中，甲烷体积分数為5%-15%。5%是瓦斯爆炸下限即最低瓦斯爆炸浓度；15%是瓦斯爆炸上限即最高瓦斯爆炸浓度。当瓦斯浓度处在下限以下时，不会发生瓦斯爆炸，只会发生燃烧；当瓦斯浓度高于上限时，也不会发生瓦斯爆炸，而只能在混合气体与新鲜空气的接触面上发生燃烧。当甲烷在混合气体中的浓度为9.5%时，爆炸最强烈。通常情况下，矿井瓦斯抽采措施落实不到位、矿井通风管理不善、通风系统不合理是矿井瓦斯积聚的主要原因，从而使得瓦斯爆炸存在可能。
2、引爆火源。引火源的能量大于最小点燃能量(0.28mJ)、温度高于最低点燃温度（595℃），并且火源存在的时间大于瓦斯爆炸的感应期。根据瓦斯爆炸事故分析，机电设备失爆和违章爆破是瓦斯爆炸的主要引火源。
3、氧气浓度，氧的浓度超过失爆氧浓度（在CO2惰化下，O2浓度﹥12%；在N2惰化下，O2﹥9%）。氧的浓度如果低于失爆氧浓度，则瓦斯就不会发生爆炸。
四、煤矿瓦斯爆炸的预防措施
前面已经分析过瓦斯爆炸的机理，由于在链式反应中自由基具有非常大的活泼性，而且是引发瓦斯爆炸的关键所在，因而瓦斯爆炸的预防首要的是要控制自由基的浓度，也就是要严格控制甲烷的浓度，使其处在爆炸浓度范围之外。其次，由于瓦斯爆炸是一个放热反应，如果体系散热情况欠佳，那么反应所产生的热量就会因为不能及时散发出去而使体系温度越来越高，高温又促使放热反应速率加快，又会放出更多的热量，最终引发瓦斯燃烧甚至爆炸。因此，预防瓦斯爆炸应该主要从以下几个方面着手：
1、矿井主要通风机负责巷道内的通风工作,为有效的排放瓦斯,在其停止工作之前,应预先切断矿井井巷内其他导体电源,警戒其他人员勿进入该区域。在有排放瓦斯的需求时,应预先做好瓦斯排放相关报告并制定相应措施,按一定的规程报煤矿安全生产主要负责人审批。
2、瓦斯安检人员应负责送电区域的安全检查,一般来说是在井下中央变、配电所送电之前的情况下进行,检查的主要内容为该区域的瓦斯浓度,只有当瓦斯浓度低于0.5%的情况下,才可以通知变、配电所负责人送电,以防止电火花引起瓦斯爆炸的情况发生。
3、瓦斯安检人员也有责任对停风区的二氧化碳和瓦斯浓度进行抽检,当通风机因某方面的原因停止工作时,在任何情况下这个步骤都是不可或缺的,瓦斯安检人员应该在有人陪同的情况下记录瓦斯的浓度,这一过程是由巷道外部向深部进行的,若瓦斯浓度超过一定范围,检测人员应立刻退出该区域并向上级反应情况。
4、严格井下爆破管理，坚决执行“一炮三检”制度。井下电气设备选用必须符合《规程》的要求，未经防爆性能检查不能下井，使用中应特别注意电火花的产生。严格井下火源管理，避免产生撞击、摩擦火花等以防止引燃瓦斯。
5、在所有运输巷和回风巷中撒布岩粉，在井下采用各种被动式隔爆技术和自动隔爆技术等防止瓦斯爆炸范围的扩大。加强火区管理，防止火灾，瓦斯和煤尘爆炸。
6、停风区域内瓦斯浓度低于1.0%(含1.0%),以及二氧化碳浓度低于1.5%(含1.5%),瓦斯安检人员可按照规定直接排放瓦斯,但要确保通风机和电源控制附近风流的瓦斯浓度低于0.5%。
7、若上述区域瓦斯浓度超过1%但又低于或是3.0%,或是在下列一种情况,二氧化碳浓度超过1.5%而又低于3.0%,这时安检人员不能私自做出决定,必须上报给主管通风安全的领导,在领导做出合理批示后,方可进行下一步的操作。
8、当两者的检测浓度超过3.0%时,这时候又不同于4)和5)中的处理方式,瓦斯安检人员必须向总调度室工作人员汇报并随时做好工作准备。
9、在矿井生产区域内,若积聚的瓦斯浓度大于2.0%且体积大于0.5m3时,瓦斯安检人员应提高警惕,且有义务对该区域进行应急处理,若还是不能及时解决,立即向上级负责人反映情况,由分管瓦斯处理负责人牵头,并指定专人技术处理。
10、采取浓度稀释的方法排放瓦斯,即将待排放的瓦斯风流和外部风流充分混合(规定混合瓦斯浓度不得超过1.5%,且要求外部风流低于2%),然后排出,在对此操作,应撤消无关工作人员,断开沿路电源,并在此区域设警戒线。
结束语
瓦斯防治是矿井安全生产的重中之重,根据国家“十二五”要求,煤炭企业要认真地贯彻国务院提出的关于安全生产的每一项重要决议,扎实地落实煤矿瓦斯防治具体措施,以改造矿井通风系统为基点,以加强监督管理为手段,以提高从业人员安全素养为辅助,从多方位、多因素、多系统实现关于瓦斯综合治理这一目标。
参考文献
[1]景国勋,段振伟,程磊．瓦斯煤尘爆炸特性及传播规律研究进展［J］．中国安全科学学报,2009,19(4)124．
[2]李润求,施式亮,罗文柯．煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究［J］．中国安全科学学报,2010,20(2)217．
[3]谢兴华，李寒旭.燃烧理论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2002:171.
本篇文章所参考文献皆来源于中国知网
关键词：瓦斯爆炸；机理；自由基；预防措施
中图分类号：TD713文献标识码： A
引言
在以往发生的煤矿安全生产事故中,煤矿瓦斯事故的危害性最大。可见,要实现煤矿的安全、高效和可持续性生产,防治瓦斯是煤矿地下安全开采中必须要走出的最重要的一步,所以要深刻地认识其必要性和特殊性。瓦斯治理难度不小,单方面措施难见成效,所以必须采用综合治理的方法。一是要坚决落实和贯彻煤矿安全生产规定;二是要规范现场作业和提高操作人员的煤炭安全生产意识;三是要建立科学有效的网络监控系统和健全现场监督体制,锲而不舍地打好煤矿瓦斯治理攻坚战。
一、瓦斯治理目标
矿井并不是对瓦斯盲目的进行治理,而是要严格执行矿井所下达的既定目标,并按一定的步骤进行。
1、布署多方位瓦斯浓度监控设施,建立系统监控网络;建立系统监控网络对防治瓦斯事故是十分必要的,为实现现代化矿井瓦斯远程监控,应以计算机技术为基础,实现数字化远程监控,以达到矿井安全生产的目的;
2、制定现场规范作业标准,严防人为因素引起瓦斯事故;矿井安全生产关系到该煤矿的可持续发展,只有坚决落实煤矿的现场规范作业条例,才能从源头上杜绝人为事故的发生。
3、合理采取瓦斯防治措施,减少瓦斯事故的发生。众所周知,瓦斯爆炸存在三个必要条件,即氧气浓度、瓦斯浓度以及火源,一切的瓦斯防治措施都应该从这三个必要条件着手,但最主要还是从后两都入手。
二、煤矿瓦斯爆炸机理
1、瓦斯爆炸的基本概念
瓦斯爆炸是指甲烷在与空气混合之后，在一定的条件下遇高温热源发生的一系列剧烈的连锁反应，同时伴有高温高压的现象。在瓦斯爆炸过程中，火焰从火源占据的空间不断地传播到爆炸性混合气体所在的整个空间，其最终化学反应式如下：
2、链式反应与链载体
链式反应也称作连锁反应，是化学动力学中一类特殊的反应。一旦使用某种方式引发该反应，便能相继发生一系列连续反应，使反应自动发展下去。在这些反应中存在自由原子或自由基，即链载体，链载体的化学活性特别强，能与反应体系内的稳定分子进行反应成为反应中心。一方面使稳定分子的化学形态转化为产物，另一方面旧链载体消亡而生成新的链载体，新的链载体又迅速参与反应，如此延续下去而形成一系列的连锁反应。只要链载体不消失，反应就能一直进行下去。任何链反应都是由链引发、链传递、链终止三个步骤组成。
3、瓦斯爆炸反应简化机理
甲烷是瓦斯的主要成分，瓦斯爆炸是一种剧烈而迅速的分支链反应，其化学反应过程十分复杂。在链反应的几个步骤中，链的开始必须要受到外界能量的激发（可以是热能、光能、电磁场能等）才能进行，而对于后几个步骤，则一旦链开始以后就能很容易进行。在室温下，如果没有点火源，即使甲烷和空气的混合物能发生反应，其反应量也是极其微小的，不会发展成燃烧；一旦存在点火源，火源周围的反应量就会大大地增加，当达到甲烷爆炸浓度时就可能发生较高温度的爆炸。
三、瓦斯爆炸的条件
瓦斯是一种能够燃烧或爆炸的气体，当同时具备以下三个基本条件时，就会发生爆炸，这三个条件缺一不可。
1、瓦斯积聚，甲烷与空气混合气体中，甲烷体积分数為5%-15%。5%是瓦斯爆炸下限即最低瓦斯爆炸浓度；15%是瓦斯爆炸上限即最高瓦斯爆炸浓度。当瓦斯浓度处在下限以下时，不会发生瓦斯爆炸，只会发生燃烧；当瓦斯浓度高于上限时，也不会发生瓦斯爆炸，而只能在混合气体与新鲜空气的接触面上发生燃烧。当甲烷在混合气体中的浓度为9.5%时，爆炸最强烈。通常情况下，矿井瓦斯抽采措施落实不到位、矿井通风管理不善、通风系统不合理是矿井瓦斯积聚的主要原因，从而使得瓦斯爆炸存在可能。
2、引爆火源。引火源的能量大于最小点燃能量(0.28mJ)、温度高于最低点燃温度（595℃），并且火源存在的时间大于瓦斯爆炸的感应期。根据瓦斯爆炸事故分析，机电设备失爆和违章爆破是瓦斯爆炸的主要引火源。
3、氧气浓度，氧的浓度超过失爆氧浓度（在CO2惰化下，O2浓度﹥12%；在N2惰化下，O2﹥9%）。氧的浓度如果低于失爆氧浓度，则瓦斯就不会发生爆炸。
四、煤矿瓦斯爆炸的预防措施
前面已经分析过瓦斯爆炸的机理，由于在链式反应中自由基具有非常大的活泼性，而且是引发瓦斯爆炸的关键所在，因而瓦斯爆炸的预防首要的是要控制自由基的浓度，也就是要严格控制甲烷的浓度，使其处在爆炸浓度范围之外。其次，由于瓦斯爆炸是一个放热反应，如果体系散热情况欠佳，那么反应所产生的热量就会因为不能及时散发出去而使体系温度越来越高，高温又促使放热反应速率加快，又会放出更多的热量，最终引发瓦斯燃烧甚至爆炸。因此，预防瓦斯爆炸应该主要从以下几个方面着手：
1、矿井主要通风机负责巷道内的通风工作,为有效的排放瓦斯,在其停止工作之前,应预先切断矿井井巷内其他导体电源,警戒其他人员勿进入该区域。在有排放瓦斯的需求时,应预先做好瓦斯排放相关报告并制定相应措施,按一定的规程报煤矿安全生产主要负责人审批。
2、瓦斯安检人员应负责送电区域的安全检查,一般来说是在井下中央变、配电所送电之前的情况下进行,检查的主要内容为该区域的瓦斯浓度,只有当瓦斯浓度低于0.5%的情况下,才可以通知变、配电所负责人送电,以防止电火花引起瓦斯爆炸的情况发生。
3、瓦斯安检人员也有责任对停风区的二氧化碳和瓦斯浓度进行抽检,当通风机因某方面的原因停止工作时,在任何情况下这个步骤都是不可或缺的,瓦斯安检人员应该在有人陪同的情况下记录瓦斯的浓度,这一过程是由巷道外部向深部进行的,若瓦斯浓度超过一定范围,检测人员应立刻退出该区域并向上级反应情况。
4、严格井下爆破管理，坚决执行“一炮三检”制度。井下电气设备选用必须符合《规程》的要求，未经防爆性能检查不能下井，使用中应特别注意电火花的产生。严格井下火源管理，避免产生撞击、摩擦火花等以防止引燃瓦斯。
5、在所有运输巷和回风巷中撒布岩粉，在井下采用各种被动式隔爆技术和自动隔爆技术等防止瓦斯爆炸范围的扩大。加强火区管理，防止火灾，瓦斯和煤尘爆炸。
6、停风区域内瓦斯浓度低于1.0%(含1.0%),以及二氧化碳浓度低于1.5%(含1.5%),瓦斯安检人员可按照规定直接排放瓦斯,但要确保通风机和电源控制附近风流的瓦斯浓度低于0.5%。
7、若上述区域瓦斯浓度超过1%但又低于或是3.0%,或是在下列一种情况,二氧化碳浓度超过1.5%而又低于3.0%,这时安检人员不能私自做出决定,必须上报给主管通风安全的领导,在领导做出合理批示后,方可进行下一步的操作。
8、当两者的检测浓度超过3.0%时,这时候又不同于4)和5)中的处理方式,瓦斯安检人员必须向总调度室工作人员汇报并随时做好工作准备。
9、在矿井生产区域内,若积聚的瓦斯浓度大于2.0%且体积大于0.5m3时,瓦斯安检人员应提高警惕,且有义务对该区域进行应急处理,若还是不能及时解决,立即向上级负责人反映情况,由分管瓦斯处理负责人牵头,并指定专人技术处理。
10、采取浓度稀释的方法排放瓦斯,即将待排放的瓦斯风流和外部风流充分混合(规定混合瓦斯浓度不得超过1.5%,且要求外部风流低于2%),然后排出,在对此操作,应撤消无关工作人员,断开沿路电源,并在此区域设警戒线。
结束语
瓦斯防治是矿井安全生产的重中之重,根据国家“十二五”要求,煤炭企业要认真地贯彻国务院提出的关于安全生产的每一项重要决议,扎实地落实煤矿瓦斯防治具体措施,以改造矿井通风系统为基点,以加强监督管理为手段,以提高从业人员安全素养为辅助,从多方位、多因素、多系统实现关于瓦斯综合治理这一目标。
参考文献
[1]景国勋,段振伟,程磊．瓦斯煤尘爆炸特性及传播规律研究进展［J］．中国安全科学学报,2009,19(4)124．
[2]李润求,施式亮,罗文柯．煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究［J］．中国安全科学学报,2010,20(2)217．
[3]谢兴华，李寒旭.燃烧理论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2002:171.
本篇文章所参考文献皆来源于中国知网