礦井瓦斯,主要由煤層氣構(gòu)成,以甲烷為主,有時也單獨指甲烷(沼氣)。它在煤的形成和變質(zhì)過程中伴生,是古代植物在堆積成煤的初期,經(jīng)厭氧菌分解而成的。此外,在高溫、高壓環(huán)境下,成煤的同時還會繼續(xù)產(chǎn)生瓦斯。
瓦斯無色無味,但有時會散發(fā)出類似蘋果的香味,這是由于芳香族碳?xì)錃怏w與瓦斯同時涌出所致。其相對密度為554,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為716kg,因此常積聚在巷道上部及高頂處。瓦斯的滲透能力是空氣的6倍,難溶于水,不助燃也不能維持呼吸。當(dāng)其濃度達(dá)到一定水平時,能使人因缺氧而窒息,甚至引發(fā)燃燒或爆炸。瓦斯是礦井的主要災(zāi)難之一。
瓦斯具有四大危害:一是可燃,引發(fā)礦井火災(zāi);二是爆炸,導(dǎo)致礦毀人亡;三是高濃度時導(dǎo)致人員缺氧窒息、甚至死亡;四是煤(巖)與瓦斯突出,摧毀、堵塞巷道,甚至造成人員窒息死亡、瓦斯爆炸。
礦井瓦斯的等級劃分依據(jù)其相對瓦斯涌出量的大小進(jìn)行?!睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定,一旦礦井中發(fā)現(xiàn)瓦斯,該礦井即被定為瓦斯礦井,并需依據(jù)礦井瓦斯等級工作制度進(jìn)行管理。
礦井瓦斯等級具體劃分為:
(1) 低瓦斯礦井:其相對瓦斯涌出量小于或等于10立方米/噸,且絕對瓦斯涌出量小于或等于40立方米/分。
(2) 高瓦斯礦井:其相對瓦斯涌出量大于10立方米/噸,且絕對瓦斯涌出量大于40立方米/分。
(3) 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。
煤(巖)與瓦斯突出,簡稱突出,是一種瞬間(幾秒鐘或幾分鐘)內(nèi)忽然噴出大量瓦斯和煤炭(巖石),并伴隨強(qiáng)烈聲響和沖擊力的現(xiàn)象。
瓦斯突出是一種隨著煤礦開采深度增加而出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)難。當(dāng)煤層中的瓦斯含量升高,地應(yīng)力與瓦斯開釋的引力共同作用,使得軟弱煤層突破抵抗線,瞬間釋放出大量瓦斯和煤。這種災(zāi)難的能量隨著開采深度的增加而增大,可能發(fā)生在煤層平巷掘進(jìn)、上山掘進(jìn)和石門揭煤的過程中,甚至在回采工作面也可能發(fā)生。需要注意的是,瓦斯突出與瓦斯爆炸雖然都涉及瓦斯,但卻是兩種不同的現(xiàn)象。瓦斯突出主要造成窒息危險,而瓦斯爆炸則需要滿足特定條件,包括足夠的氧氣含量、適當(dāng)?shù)耐咚節(jié)舛确秶约案邷鼗鹪础?/p>
礦井瓦斯爆炸是一種激烈的氧化反應(yīng),由一定濃度的甲烷與空氣中的氧氣在高溫作用下產(chǎn)生。其爆炸條件包括:礦井中積聚的瓦斯達(dá)到一定濃度、存在高溫火源,并且有充足的氧氣供應(yīng)。瓦斯爆炸的界限范圍為5%至16%。在這個范圍內(nèi),瓦斯?jié)舛仍礁?,爆炸的威力也越大。?dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時,雖然不會引發(fā)爆炸,但會在火焰外圍形成燃燒層;而當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^16%時,雖然失去爆炸性,但遇火仍會燃燒。此外,瓦斯爆炸界限會受到多種因素的影響,如溫度、壓力以及煤塵、其他可燃性氣體或惰性氣體的混入等。
另一方面,瓦斯的引火溫度是指點燃瓦斯的最低溫度。通常認(rèn)為,瓦斯的引火溫度在650℃至750℃之間。當(dāng)火源的溫度達(dá)到或超過這個范圍時,就可能引發(fā)瓦斯的燃燒或爆炸。
高溫火源的存在是引發(fā)瓦斯爆炸的關(guān)鍵因素之一。在井下環(huán)境中,吸煙、電氣火花、違規(guī)放炮、煤炭自燃以及明火作業(yè)等都可能成為點燃瓦斯的火源。值得注意的是,當(dāng)空氣中的氧氣濃度降低時,瓦斯爆炸的界限會相應(yīng)縮小。具體而言,當(dāng)氧氣濃度降至12%以下時,瓦斯混合氣體將失去爆炸性。這一特性對于井下密閉火區(qū)的管理尤為重要,盡管火區(qū)內(nèi)存在大量瓦斯和火源,但因缺氧而不會發(fā)生爆炸。然而,一旦有新鮮空氣進(jìn)入,氧氣濃度超過12%,爆炸風(fēng)險便可能隨之增加。
因此,預(yù)防瓦斯事故的關(guān)鍵在于嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》和相關(guān)規(guī)章制度,嚴(yán)格控制瓦斯積聚并防止火源的出現(xiàn)。同時,有效的監(jiān)測監(jiān)控措施也是必不可少的,它們能夠幫助及時發(fā)現(xiàn)并處理瓦斯積聚的問題。此外,礦井通風(fēng)系統(tǒng)也是保障礦井安全的重要環(huán)節(jié),通過連續(xù)不斷地向井下輸送新鮮空氣并排出污濁空氣,它不僅能夠滿足礦工的呼吸需求,還能有效沖淡并排除有毒氣體和粉塵,為礦工提供一個安全、舒適的工作環(huán)境。
為了確保新鮮空氣能夠按需分配到井下各個工作地點,巷道中設(shè)置了風(fēng)墻、風(fēng)門、風(fēng)橋等通風(fēng)構(gòu)筑物。同時,為了調(diào)節(jié)風(fēng)量,某些巷道還安裝了調(diào)節(jié)風(fēng)窗。這些設(shè)施共同構(gòu)成了保障礦工呼吸安全、防止瓦斯積聚和預(yù)防瓦斯事故的重要基礎(chǔ)設(shè)施。然而,這些設(shè)施非常脆弱,一旦遭受破壞,就可能導(dǎo)致風(fēng)流紊亂,進(jìn)而引發(fā)瓦斯事故,造成嚴(yán)重后果。因此,我們必須自覺愛護(hù)這些通風(fēng)設(shè)施,遵守規(guī)定,通過風(fēng)門后隨手關(guān)閉,避免同時打開兩道風(fēng)門造成風(fēng)流短路。同時,如果發(fā)現(xiàn)設(shè)施破損或風(fēng)量不足,應(yīng)立即報告并修復(fù)處理。