矿井瓦斯能够燃烧和爆炸,一旦矿井发生瓦斯爆炸,不但会造成大量人身伤亡,而且还会使矿井受到破坏,生产停顿,因此必须了解瓦斯的燃烧性和爆炸性,以便采取有效的预防措施,避免发生瓦斯爆炸事故。
一、瓦斯爆炸界限及引火温度。在空气中瓦斯遇到火后能够引起爆炸的浓度,称为瓦斯爆炸界限。引起瓦斯爆炸的最低浓度称为爆炸下限。引起瓦斯爆炸的最高浓度称为爆炸上限。根据研究,瓦辐爆炸界限为5-16%,只有空气中的瓦斯浓度在这个爆炸界限以内,遇火才能爆炸。瓦斯浓度在5%以下时无爆炸性,只能在高温火源附近燃烧。瓦斯浓度为9.5%时,因为瓦斯和氧气全部参加了爆炸,其爆炸威力最大。瓦斯浓度在16%以上时,失去了爆炸性,但遇火在空气中仍会燃烧,如果再混入其他爆炸性其他或氧气,遇火还有可能引爆。
瓦斯的引火温度,即点燃瓦斯的最低温度,一般为650-750℃。所以,明火、抽烟、电气火花、煤炭自燃,甚至摩擦火花,都可引燃瓦斯。
瓦斯的引火温度受瓦斯浓度、火源的性质及混合气体压力等因素的影响而变化。瓦斯含量在7-8%时最易引燃;混合气体的压力增高时,引燃温度即降低;引燃火源温度相同时,火源面积大、点火时间越长、越易引燃瓦斯。
瓦斯和高温火源接触后,并不立刻引燃,二要延迟一个很短的时间,这种特性叫做瓦斯引燃延迟性。瓦斯引燃延迟时间的长短与瓦斯浓度和引火温度有关。瓦斯浓度越高,迟延时间越长。引火温度越高,迟延时间就越短。当引火温度为摄氏650°时,迟延10秒钟;当引火温度达摄氏1000°时,则迟延1秒钟就引燃。这种引燃迟延现象,对矿内安全爆破有着重要意义。
二、影响瓦斯爆炸界限的主要因素。瓦斯的爆炸界限并不是固定不变的,当瓦斯的混合气体的温度、压力发生变化,或混入煤尘及其他可燃性气体,都会影响瓦斯爆炸界限的变化。
含有瓦斯的混合气体的最初温度越高,爆炸界限越扩大。如最初温度为摄氏20°时,其爆炸界限为6.0-13.4%。
在含有瓦斯的混合气体中混入煤尘,则爆炸下限降低。如每立方米空气中含有10-12克的煤尘,瓦斯含量达4%时遇火就引爆。
其它可燃气体混入时,对爆炸界限也有影响。
三、瓦斯爆炸的危害作用。井下瓦斯爆炸时,产生高温(约摄氏1850-2650°)、高压(平均为9个大气压)的气流,形成爆炸波,以极快的速度自爆源地点沿巷道向外冲击,这种冲击称为直接冲击。它将有可能推倒支架,造成巷道或工作面的顶板坍塌;并由于高温,容易把木材支架和煤壁引燃,造成井下火灾。
瓦斯爆炸时生产高温的水蒸汽,在爆炸后的爆源地点温度迅速下降,其水蒸汽凝成水,使爆源地点空气稀薄,呈半真空状态的低压区;在的高压气流以反方向冲击过来,这种冲击称为反向冲击。反向冲击的力量比直接冲击的力量要小,但反向冲击通过已受直接冲击所破坏的巷道,因此,其破坏作用更为严重。
由于爆炸波的冲击作用,会使别处积存的瓦斯冲出并能扬起煤尘,构成瓦斯或煤尘的连续爆炸。瓦斯爆炸,是一种强烈的化学反应,它需要大量的氧气,同时伴生大量的有害气体(主要是一氧化碳和二氧化碳),因此已发生瓦斯爆炸的地区,充满了有害气体,其中几乎没有氧气,会使人员中毒和窒息。
四、矿井各处瓦斯含量的规定
由于瓦斯爆炸界限受到很多因素影响,同时考虑到矿井瓦斯涌出的不稳定和测定瓦斯含量时的误差等原因,所以《煤矿安全生产试行规程》对井下各处风流中的瓦斯含量作了如下规定:
矿井总回风或一翼回风中瓦斯浓度不得超过0.75%;采区回风道中瓦斯浓度不得超过1%;采掘工作面风流中瓦斯浓度达1%时,必须停止用电钻打眼;浓度达到1.5%时,必须停止工作,切断电源;采掘工作面局部瓦斯积聚达2%时,附近20米以内,停止机器运转,只有在浓度降低到1%以下,才许开动机器;放炮地点附近20米风流中瓦斯浓度达到1%时,禁止放炮。
造成矿井瓦斯爆炸必须具备两个条件,即瓦斯浓度为5-16%的混合气体和温度为摄氏650――750°的火源来引爆。这两个条件中缺少一个都不会发生瓦斯爆炸。因此,预防瓦斯爆炸的有效措施,就必须从防止瓦斯积聚和消除火源这两个方面着手。
一、防止瓦斯积聚的措施
1、加强通风。用足够的风量把瓦斯稀释到无害的程度,为此,必须采取下列措施:
(1)采用机械通风(在瓦斯矿井应采用抽出式通风)。
(2)正确、合理地计算与分配风量,使各采掘工作面、各巷道、各硐室都供给足够的风量,既不使瓦斯超限,又能创造良好的气候条件。
(3)加强局扇管理和风筒的维护,防止漏风,避免循环风流,保证掘进工作面有足够的新鲜风流,严禁扩散通风。
(4)正确的选择通风构筑物的位置,加强其维护与管理,防止矿内大量漏风。
(5)在瓦斯矿井中,回采工作面、回风巷道都要采用上行通风。
2、加强瓦斯检查。经常检查矿井通风及瓦斯涌出情况,准确地掌握矿井空气中的瓦斯含量,是防止瓦斯爆炸的重要措施之一。
(1)各矿井必须建立区域巡回瓦斯检查制度。瓦斯检查员必须选派***治思想好、责任心强的工人担任。
(2)在瓦斯矿井中所有巷道(包括可能涌出或可能积聚瓦斯的硐室)内瓦斯浓度的检查次数:一、二级瓦斯矿井,每班至少检查两次三级和超级瓦斯矿井,每班至少检查三次;有煤和瓦斯突出煤层中的采掘工作面,必须有专人经常检查。
(3)在瓦斯矿井中,对个别瓦斯涌出量较大、变化异常的采掘工作面以及三、超级瓦斯矿井中采用机械采煤或掘进的工作面,要有专人经常检查瓦斯。
3、及时处理局部瓦斯积聚。经检查发现有局部瓦斯积聚时,要及时处理。巷道空顶积聚瓦斯的处理方法,一般有如下几种:
隔离法:在棚梁的上边或下边钉木板,上填黄土或砂子,把顶空填塞,消除瓦斯积聚。
分支通风法:在风筒上接上分支大小风筒,把风送到顶处,吹散瓦斯。
引风法:钉上挡板,把风流引导顶空,吹散瓦斯。
压风法:在有压风管道的巷道,可以在压风管上接出支管,并在支管上开若干风嘴(不能用铁质风嘴),用压风吹散瓦斯。
二、防止瓦斯引燃的措施
1、严格井口检查制度,禁止在井口房周围20米范围以内或井下使用明火和吸烟。
2、井下不准出现明火和灼热的金属板或金属丝。如果必须在井下主要硐室、主要进风巷道和井口房内从事点焊、气焊和使用喷灯接焊等工作,必须制定安全措施。
3、严格执行放炮规章制度,瓦斯达到1%时,不准放炮,采用安全炸药和防爆型发爆器,
4、采用防爆型或防火花型的电气设备。防爆性能要经常检查,不符合要求及时更换和修理。井下禁止带电检修和迁移任何电气设备。
5、严格管理火区,要按规程规定检查密闭火墙,严防火墙漏风。并定期测定火区温度与瓦斯浓度,防止高温和瓦斯积聚。
6、井下电动机、局扇启动前,必须在其附近20米内检查瓦斯,如瓦斯浓度大于1%时则不能启动。
7、加强矿灯管理,发放的矿灯要合乎要求,严禁在井下拆开、敲打、撞击。
三、防止瓦斯爆炸灾害扩大的措施
在与瓦斯作斗争的过程中,还有考虑到一旦矿井发生爆炸,就要尽量防止爆炸灾害的扩大,为此应采取下列措施:
1、矿井要实行分区通风,通风系统应力求简单,总进风道和总回风道的布置不能太近。通风巷道维修良好,风流要求稳定可靠。无用巷道和采空区及时封闭。
2、扇风机必须安装反风装置,并定期试验,保证在处理事故需要紧急反风时能灵活使用。
3、编制周密的预防与处理事故计划,加强救护组织,设置井下避难硐室。
4、抢救受灾人员时,要迅速搞清灾区和遇难人员的情况,救护人员注意选择抢救路线,以最有效的方法迅速把人救出。
5、必须对工人加强自救教育。■
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