什么是瓦斯？

        瓦斯是一個外來語，其本意是煤層氣，廣義上瓦斯是以甲烷為主的礦井有害氣體的總稱。在研究礦井瓦斯的早期階段，認為瓦斯成份就是沼氣（CH4占礦井有害氣體的80％左右），所以過去習慣上就把沼氣叫做瓦斯，流傳至今，這就是狹義瓦斯的概念。我們在現(xiàn)場所說的瓦斯一般就是指沼氣。

一、沼氣的生成

        沼氣是伴隨煤碳同時生成的。古代的植物在成煤的過程中，經(jīng)厭氧菌的作用，植物的纖維質(zhì)分解產(chǎn)生大量沼氣；此后在煤的碳化過程中，繼續(xù)有沼氣不斷生成。每生成一噸煤，可生成1000M3左右的沼氣。

二、沼氣的性質(zhì) 

（一） 物理性質(zhì)

        1. 沼氣難溶于水，在標準狀態(tài)下（一個大氣壓，20℃）的溶解度為3.5％；

        2. 沼氣是一種無色、無味、無臭的氣體；

        3. 沼氣的比重為0.554，比空氣輕一半，容易在較高的地方積聚；

        4. 沼氣的擴散性很強，是空氣的1.6倍，容易穿過煤巖層的裂隙而到其它煤層的采空區(qū)和巷道中去。

（二） 化學性質(zhì)

        1. 沼氣不助燃，但當空氣中沼氣濃度達到一定數(shù)值時，遇到高溫火源能引起燃燒或爆炸；

        2. 沼氣本身無毒，也不能維持呼吸，空氣中的沼氣濃度增加時，氧氣濃度就要下降，會因缺氧而使人窒息。

三、礦井沼氣涌出與等級劃分

（一） 沼氣的涌出形勢

        1.普通涌出：沼氣從暴露的煤巖表面的細微的縫隙中緩慢、均勻、持久的涌出。主是礦井沼氣的主要涌出形式。

        2.特殊涌出：包括沼氣噴出及煤與沼氣突出。

（二） 礦井沼氣涌出量

        1.絕對沼氣涌出量。單位時間內(nèi)涌出的沼氣體積量。、（M3/h、M3/min、M3/s）

        2. 相對沼氣涌出量。平均日生產(chǎn)一噸煤涌出的沼氣量。（M3/t）

三、礦井沼氣涌出與等級劃分

（三）礦井沼氣等級的劃分

        《規(guī)程》規(guī)定：在一個礦井中，只要有一個煤、巖層中發(fā)現(xiàn)一次沼氣，該礦井即定為沼氣礦井，并依照礦井沼氣等級的工作制度進行管理。

        《規(guī)程》還規(guī)定：礦井沼氣等級，按照平均日產(chǎn)一噸煤沼氣涌出量和沼氣涌出形式，劃分為：

低沼氣礦井：10M3/日.T及其以下；

高沼氣礦井：10M3 /日.T以上；

煤與沼氣突出礦井。

四、礦井沼氣爆炸

       沼氣爆炸是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一，國內(nèi)外已有不少由于沼氣爆炸而造成人員傷亡和嚴重影響生產(chǎn)的慘痛教訓。因此，必須很好地了解沼氣爆炸發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，從而有針對性地采取有效措施，杜絕此類事故的發(fā)生，確保礦井的安全生產(chǎn)。

沼氣爆炸實質(zhì)是一定濃度的沼氣與空氣中的氧混合，在高溫火源點燃的條件下，發(fā)生激烈的氧化反應。

CH4+2O2→CO2+2H2O+熱量（51.92kj/g）

如果井下氧氣不足時，反應式為

CH4+O2→CO+H2O+ H2

五、礦井沼氣爆炸的危害

       瓦斯爆炸的危害是極其嚴重的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.瓦斯爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體及沖擊；

        溫度：通常在1850至2650℃之間；壓力：7.4至10.2個大氣壓； 氣體沖擊（正向沖擊）：每秒可達數(shù)百米，甚至上千米。造成人員傷亡、巷道和機械設備被破壞。

2.產(chǎn)生反向沖擊

      沼氣爆炸后，爆源附近將形成氣體稀薄的低壓區(qū)。于是，沖出去的氣體又以高速反向沖回爆源地。這種反向沖擊，力量不如前次大，但會導致更大的破壞，甚至引起沼氣的二次爆炸。

3.引起煤塵爆炸

     具有煤塵爆炸危險的礦井，在正常情況下，飛揚在空氣中的煤塵濃度一般不會達到爆炸濃度。但在沼氣爆炸的沖擊作用下，降落在巷道中的煤塵必然飛揚起來參與爆炸。從而使災害擴大。

4.引起連續(xù)爆炸

      如果反向沖擊的空氣中有足夠的沼氣和氧氣，而爆源附近又有尚未熄滅的火源就有可能造成二次爆炸和連續(xù)爆炸。例如：1940年日本帝國主義侵占我國東北時，撫順的龍鳳礦曾在一晝夜內(nèi)連續(xù)爆炸43次。

5.產(chǎn)生大量有害氣體

       氧氣6％∽10％，氮氣82％∽88％，   二氧化碳4％∽8％，一氧化碳2％∽4％，可以看出沼氣爆炸所產(chǎn)生的有毒窒息性氣體，是造成大量人員傷亡的主要原因。因此，發(fā)生沼氣或煤塵爆炸事故后，末恢復通風前，只允許帶氧氣呼吸器的救護隊員可以進入災區(qū)偵察、救人外，嚴禁其它人員進入，以免擴大作傷亡。

六、沼氣爆炸的條件一

        沼氣的濃度 ：  5％-----16％時具有爆炸性。

        沼氣濃度低于5％--6％時遇火能燃燒，這個濃度稱為沼氣爆炸的下限。當沼氣的濃度高于15％---16％時混合氣體即不燃燒也不爆炸，但有新鮮空氣從外面供給時，混合氣體與新鮮空氣的接觸面上遇火可以燃燒。這個界限稱為沼氣爆炸的上限。沼氣濃度7％---8％時，最容易發(fā)生爆炸；9.1％--9.5％爆炸威力最強，前者需要的引燃能量最小，特別容易點燃，后者沼氣和氧氣的匹配恰到好處，爆炸時，反應最完全，放出的熱量最大，反應速度最快。

        需要說明的是，沼氣爆炸的下限在外部條件發(fā)生變化時，可能會有所變化。

六、沼氣爆炸的條件二

高溫火源 引燃沼氣所需的最低火源溫度，稱為引火溫度，一般為650---750℃。井下明火、電火、吸煙、摩擦火花、不合要求的放炮等各種火源都能引燃沼氣。它的易燃性與我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蚧饳C氣體（丁烷）一樣，只需一小點火星就可以把它引燃。

        沼氣遇到火源后并不立即發(fā)生燃燒或爆炸，而需要一個很短的時間才能被點燃，這一點燃時間稱為沼氣爆炸的感應期。沼氣燃燒與爆炸的感應期見下表。

六、沼氣爆炸的條件三

氧氣含量

      混合氣體中必須有足夠的氧氣含量，當氧含量低于12％時，任何濃度的沼氣都不會發(fā)生爆炸。在正常生產(chǎn)的礦井中，不可能采用降低氧氣含量的辦法來防止沼氣爆炸。

七、預防沼氣爆炸的措施

1.加強通風，防止沼氣超限和積存。

       做好通風工作是防止沼氣超限和積存的根本措施。為此，每個礦井必須采用機械通風。必須具有完整獨立的通風系統(tǒng)，嚴禁獨眼井開采。掘進工作面必須用局扇或全風壓通風，保證井下各用風地點有足夠的風量稀釋并帶走沼氣，防止沼氣超限和積存,使井下各處的沼氣及其它有害氣體的濃度符合《規(guī)程》的要求。

七、預防沼氣爆炸的措施

2.嚴格執(zhí)行沼氣檢查制度

       時刻掌握沼氣的涌出情況以及它在風流中的濃度，是我們進行沼氣管理，預防沼氣事故的根本需要。因此，每一礦井都必須建立嚴密的瓦斯檢查制度，按《規(guī)程》規(guī)定認真檢查瓦斯，并作好記錄，并通知現(xiàn)場人員。瓦斯超限時，瓦斯檢查員有權(quán)責令現(xiàn)場工作人員，停止工作，并撒到安全地點，根據(jù)情況依照《規(guī)程》規(guī)定進行處理，嚴禁冒險蠻干。（總回風巷<0.75%，采掘回風巷<1%，采掘進風巷<0.5%）

      礦井負責人必須每日審閱瓦斯日報，掌握井下瓦斯變化情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

3． 確及時處理局部積聚瓦斯

      例如，采面上隅角利用風幛、尾巷、局扇進行處理；頂板冒落的空洞利用導風板、分風管、或充填法進行處理。

        對于停風的掘進工作面或盲巷所積聚的瓦斯,必須根據(jù)積存的瓦斯量和通風能力制定專門的排放措施,報縣煤碳局審批,措施中應注意以下幾點。

        ⑴  生產(chǎn)班進行,在回風涉及的范圍內(nèi),機電設備應停止運轉(zhuǎn),切斷電源,撤出人員。

        ⑵ 排放采用局扇、風簡進行，要根據(jù)該區(qū)域的通風能力和積存的瓦斯?jié)舛葲Q定排放速度，一般采用逐段排放方法，嚴禁將高濃度瓦斯一下吹出。

        ⑶ 排放時，要嚴格監(jiān)視回風流中的瓦斯?jié)舛?，采用控制送風量的方法，確保掘進巷道排出風流在與全風壓風流混合后瓦斯?jié)舛炔怀^1.5％。

        ⑷ 排放工作至少要有三個人進行，即電工、安全員、瓦檢員各一人。若通風區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_到3％，不能立即排放時，必須立即進行封閉。

4.加強局扇通風管理

5.防止引燃瓦斯火源

6.防止電氣火花引燃瓦斯

7.防止放炮引燃瓦斯

八、 瓦斯噴出及煤與瓦斯突出

       沼氣噴出—大量沼氣在壓力狀態(tài)下，從煤巖層的裂隙或孔洞中以支流的方式向外噴出的現(xiàn)象。

       煤與沼氣突出----在地壓和瓦斯的作用下，煤與瓦斯由煤體內(nèi)突然向采掘空間大量噴出，拋出，并伴隨巨大聲響和沖擊力的動力現(xiàn)象。

        突出具有極大的破壞力，是煤礦安全生產(chǎn)的大敵。

       世界上第一次煤與瓦斯突出是在1834年法國的魯阿雷煤田依薩阿克礦井發(fā)生的。

       世界上強度最大的一次突出，是在1969年7月13日前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)的加加林礦，突出煤碳和巖石14200噸，瓦斯250000M3以上。

        煤與瓦斯突出的原因很復雜，一般是由地應力，煤層瓦斯和煤的物理性質(zhì)綜合作用的結(jié)果。

        1960年中梁山煤礦北茅口大巷掘進時，噴出瓦斯量約250000M3，這是國內(nèi)外少見的大突出。高壓瓦斯將人吹倒，100至200mm的巖塊互相碰撞。

        1971年9月4日紅衛(wèi)煤礦里王廟井西南五橫硐+8水平刮板輸送機道掘進時突出煤矸量達70噸，噴出瓦斯500000M3。

        1977年2月3日甘肅省窯街礦務局三礦的1650巖石大巷掘進，貫穿F605斷層裂隙時，10分鐘內(nèi)噴出二氧化碳4900M3。

九、煤與瓦斯突出的預兆

          煤壁冰冷，工作面氣溫降低，響煤炮，煤層內(nèi)發(fā)出劈裂聲悶雷聲，工作面瓦斯涌出量忽大忽小，打鉆時，出現(xiàn)頂鉆、卡鉆、電機過負載，噴煤粉，工作面頂板壓力增大，支架折斷，煤壁外鼓，煤層光澤暗淡層理紊亂等。

十、預防煤與瓦斯突出的措施

       開采解放層、煤層預抽瓦斯、石門內(nèi)打排放鉆孔、超前排放鉆孔、水力沖孔、超前支架、松動爆破、放震動炮等。

       我省目前的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦大多不具備開采突出危險煤層的條件，在生產(chǎn)過程中，如遇煤層具有突出危險性時，必須制定預防煤與瓦斯突出的安全措施，報地（市）煤碳部門批準，同時爭取上級主管部門的支持，配備足夠的技術(shù)力量，增加投入，在生產(chǎn)上嚴格按照煤與瓦斯突出的礦井進行管理，切不可盲目開采。

十一、小結(jié)

 本次課所學內(nèi)容如下：

1.瓦斯的概念及沼氣的生成過程；

2.沼氣的性質(zhì) ；

3.礦井沼氣涌出與等級劃分；

4.礦井沼氣爆炸；

5.礦井沼氣爆炸的危害 ；

6.沼氣爆炸的條件；

7.預防沼氣爆炸的措施；

8.瓦斯噴出及煤與瓦斯突出；

9.煤與瓦斯突出的預兆 ；

10.預防煤與瓦斯突出的技術(shù)措施 。

十二、習題

1.什么叫瓦斯？煤礦井下所說的“瓦斯”指的是什么？

2.沼氣有哪兩種涌出形式？絕對涌出和相對涌出是如何定義的？

3.礦井沼氣等級是如何劃分的？

4.什么叫沼氣爆炸？沼氣爆炸應該具備哪些條件？

5.什么樣濃度的沼氣最容易爆炸？什么樣濃度的沼氣爆炸最猛烈？

6.沼氣爆炸有哪些危害？

7.如何預防沼氣爆炸？

8.瓦斯突出前一般會出現(xiàn)哪些預兆？

9. 《規(guī)程》中沼氣的安全濃度是怎么規(guī)定的？

10.什么是煤與沼氣突出？防止煤與沼氣突出的措施有哪些？