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1、 摘 要 矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。有时单独指甲烷(沼气)。它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。另外，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯，并且产生的一系列瓦斯突出现象与瓦斯爆炸现象。 关键词：有害气体；高温；高压; 瓦斯突出；瓦斯爆炸目 录1 引言42 煤矿瓦斯42.1瓦斯的定义42.2瓦斯的赋存状态53 煤与瓦斯突出53.1 瓦斯突出的概念53.2瓦斯突出的基本特征及其规律63.3 瓦斯突出的强度分类63.4瓦斯突出的预兆64 瓦斯爆
2、炸7 4.1瓦斯爆炸的概念7 4.2瓦斯爆炸的条件86 总论9参考文献9致 谢10 1 引言 我国煤炭资源丰富，煤炭开采历史悠久，矿地质构造比较复杂，自然灾害严重。煤炭工业呈多层次发展，煤炭企业按所有制分为国有重点煤矿、国有地方煤矿和乡镇煤矿。煤矿安全状况发展很不平衡，国有重点煤矿安全状况良好，国有地方煤矿较差，乡镇煤矿最差。21世纪以来，加大了对煤矿的监管力度，关闭了一批不具备基本生产条件的小煤矿，乡镇煤矿经过了停业整顿；国有地方煤矿深化了安全专项整治，加大安全投入，完善安全设施和装备，增强了矿井防灾、抗灾能力；国有重点煤矿通过国家技改资金扶持以及“一通三防”专项监察和重点监控，改善了煤矿安
3、全装备和设施。2 煤矿瓦斯2.1瓦斯的定义 瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg，所以，它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯的燃烧、爆炸性是矿井主要灾害之一。2.2瓦斯的赋存状态 瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸附状态存在的。 瓦斯在煤内的存在形态示意图游离状态也称为自由状态，这种瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中，其量
4、的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。 吸附状态又称结合状态，其特点是瓦斯与煤或某些岩石结合成一体，不再以自由气态形式存在。按其结合形式不同又可分为吸附及吸收两种。吸附状态是由于固体粒子与气体分子之间分子吸引力的作用，使气体分子在固体粒子表面上紧密附着一个薄层；吸收状态是气体分子已进入煤分子团的内部。3 煤与瓦斯突出3.1 瓦斯突出的概念煤与瓦斯突出：在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。3.2基本特征及其规律 3.2.1瓦斯突出的特征 (1) 抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。在突出现场可以看到突出的煤和岩块从突出口搬至较远的地
5、方，甚至拐了几个弯；煤、岩块的堆积角度小于自然安息角；堆积物中大的颗粒落在近处和下部，小的颗粒飘到远处并覆盖在突出物的上方，这种现象也称为分选性堆积。(2) 突出物中呈现出明显的高压气体爆炸的特征。软煤被抛出后，由于其中的高压气体迅速膨胀，破碎煤体，因而突出物中含有大量的极细的粉尘。有时候突出过程还对抛出的软煤进行了重新固结和捣实，需要镐刨才能运走。(3) 突出的孔洞具有一些特殊的形状。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的轴线往往沿煤层倾斜方向延伸或与倾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的长度约为几米到几十米。有时候则看不到突出孔洞，抛出煤体的地方充满了松散的碎煤。 (4) 突出过程中伴随有大量的
6、瓦斯涌出。在突出过程中，抛出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。当涌出的瓦斯量十分大时，瓦斯会逆着矿井的风流而行达到几十米，甚至几百米、上千米，严重地破坏矿井的通风系统和设施。 3.2.2瓦斯突出的规律 （1）突出发生在一定深度上。随着深度增加，突出的危险性增加，这表现为突出次数增多、突出强度增大、突出煤层数增加，突出危险区域扩大。（2）突出次数和强度，随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。（3）突出的气体主要是甲烷，个别矿区突出气体是CO2突出危险煤层开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出发生在高瓦斯矿。同一煤层，瓦斯压力越高，突出危险性越大。不同煤层，瓦斯压力与突出危险性之间无直接
7、关系。（突出与瓦斯、应力、煤结构强度等因素有关），突出的瓦斯压力一般要在600kPa以上。（4）突出煤层的特点是煤的力学强度低、变化大，透气系数小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，湿度小，层理紊乱，遭地质构造力严重破坏的“构造煤”。 (5) 煤自重的影响。突出的次数有随着煤层倾角的增大而增加的趋势。 (6)突出危险区呈带状分布。突出与地质构造有密切关系。3.3 瓦斯突出的强度分类强度是每次动力现象抛出的煤（岩）的数量（以t或m为单位）和瓦斯量(以m为单位)。由于在动力现象发生过程中瓦斯量的计量工作尚存在一些技术问题（如自动记录仪表，统一计算标准等），现在分类主要依据抛出的煤（岩）重量，
8、据此可分为：小型突出：强度50t次（突出后，经过几十分钟瓦斯浓度可恢复正常）；中型突出：强度5099 t次（突出后，经过一个工作班以上瓦斯浓度可恢复正常）：次大型突出：强度100499 t|次（突出后，经过一天以上瓦斯浓度可逐步恢复正常）；大型突出：强度500999 t|次（突出后，经过几天回风系统瓦斯浓度可逐步恢复正常）；特大型突出：强度1000 t|次（突出后，经过长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常）；3.4瓦斯突出的预兆 煤和瓦斯突出前大多数都有预兆，归纳起来分有声预兆和无声预兆。 1.有声预兆 1) 响煤炮。在煤层内发出像机关枪、炮击声。由于条件不同，声音大小、间隔时间也不相同
9、。 2) 突然压力增大。支柱来劲，发出咔咔的响声，或发出劈裂折断的响声，手摸煤壁能感到冲击和震动；有煤岩层的破裂声；有时会听到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。 2. 无声预兆 1) 压力增大。预板来压，片帮、掉碴、煤壁向外鼓，煤岩自行剥落。2) 煤层发生变化。层理紊乱、变软，暗淡无光，煤层粉碎，煤质干燥。3)瓦斯及温度变化。瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，气味异常，发闷，打钻时喷煤、喷瓦斯，煤壁发冷，气温下降等。 4 瓦斯爆炸4.1瓦斯爆炸的概念矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应（也叫连锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的
10、游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其 本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。4.2瓦斯爆炸的条件 一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。 瓦斯浓度 有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5%16% 当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰
11、外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为95%时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。 瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。 引火温度 瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650750。但因受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7%一8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。 高温火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要条件之一。井下抽烟、电气火花、违章放
12、炮、煤炭自燃、明火作业等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的矿井中作业，必须严格遵照煤矿安全规程的有关规定。 氧的浓度 实践证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆炸界限随之缩小，当氧气浓度减少到12%以下时，瓦斯混合气体即失去爆炸性。这一性质对井下密闭的火区有很大影响，在密闭的火区内往往积存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的浓度低，并不会发生爆炸。如果有新鲜空气进入，氧气浓度达到12%以上，就可能发生爆炸。因此，对火区应严加管理，在启封火区时更应格外慎重，必须在火熄灭后才能启封。 5 总论随着煤炭开采强度的加大,瓦斯涌出量增加,其治理除了加强抽放、加强通风、防止瓦斯积聚外,要防止瓦斯爆炸,重点还应加
13、强对着火源的控制,尤其是要研究防止电气火花、摩擦火花产生的新技术、新设备。为保障煤矿的安全生产,必须重视员工安全意识的培养，认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，坚持做到“先抽后采、监测监控、以风定产”,依靠科学技术的进步,加强安全管理,提高职工安全素质,才能从根本上防止瓦斯爆炸事故的发生。同时应大力提倡和支持煤层气开采利用，通过技术引进和科研创新尽快建立完整先进的煤层气开采技术，将瓦斯这一头号杀手变成宝藏。参考文献：1王寒冰.煤矿瓦斯爆炸原因与防治.商业文化，2008.72纪登元.矿井瓦斯灾害的防治.中国科技博览，2011年第14期3 买买提 吉力. 煤矿瓦斯爆炸的原因及防治措施 . 企业导报2010年第6期4朱永刚，张钦礼，韩森,等.煤矿瓦斯爆炸事故的事故树分析与防治.工业安全与环保.2006(32卷10期)58-60致 谢大学几年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的导师的关怀和教导。2