瓦斯常識
作者：煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)
2007-03-09 22:55
來源：煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)
一、什么是礦井瓦斯？
礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。有時單獨指甲烷(沼氣)。它是在煤的生成和煤的變質(zhì)過程中伴生的氣體。在成煤的過程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機(jī)質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。另外，在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學(xué)作用，繼續(xù)生成瓦斯。
瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，但有時可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳?xì)錃怏w同瓦斯同時涌出的緣故。瓦斯對空氣的相對密度是0.554，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716kg，所以，它常積聚在巷道的上部及高頂處。瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達(dá)到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒或爆炸。瓦斯的燃燒、爆炸性是礦井主要災(zāi)害之一。
瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在的。
游離狀態(tài)也稱為自由狀態(tài)，這種瓦斯以自由氣體狀態(tài)存在于煤體或圍巖的裂縫、孔隙之中，其量的大小主要決定于貯存空間的體積、壓力和溫度。
吸著狀態(tài)又稱結(jié)合狀態(tài)，其特點是瓦斯與煤或某些巖石結(jié)合成一體，不再以自由氣態(tài)形式存在。按其結(jié)合形式不同又可分為吸附及吸收兩種。吸附狀態(tài)是由于固體粒子與氣體分子之間分子吸引力的作用，使氣體分子在固體粒子表面上緊密附著一個薄層；吸收狀態(tài)是氣體分子已進(jìn)入煤分子團(tuán)的內(nèi)部。
幾種狀態(tài)的瓦斯處于不斷變化的動平衡之中，在一定條件下會互相轉(zhuǎn)化。當(dāng)壓力、溫度變化時，游離瓦斯轉(zhuǎn)化為吸著瓦斯稱為吸附，吸附瓦斯轉(zhuǎn)化為游離瓦斯稱解吸。
二、礦井瓦斯等級的劃分
礦井瓦斯等級是以相對瓦斯涌出量的大小來劃分的?！?a href=http://cltuan.cn target=_blank class=infotextkey>煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在一個礦井中，只要有一個煤(巖)層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即定為瓦斯礦井，并依照礦井瓦斯等級工作制度進(jìn)行管理。
礦井瓦斯等級，根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為：
(1)低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10立方米／噸且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40立方米／分。
(2)高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10立方米／噸且礦井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。
三、什么是瓦斯噴出和煤(巖)與瓦斯突出？
瓦斯噴出和煤(巖)與瓦斯突出是瓦斯的特殊涌出形式。瓦斯的涌出形式分為普通涌出和特殊涌出。
普通涌出，是指瓦斯從煤層或巖層表面非常細(xì)微的縫隙中緩慢、均勻而持久地涌出。其涌出的面積廣、時間長，是瓦斯涌出的主要形式。
特殊涌出可以分為瓦斯噴出和煤(巖)與瓦斯突出兩種。
瓦斯噴出是指大量瓦斯突然噴出的現(xiàn)象，噴出的時間可長、可短(數(shù)天或數(shù)年)。每晝夜的噴出量可達(dá)數(shù)百立方米。
煤(巖)與瓦斯突出(簡稱突出)，是在一瞬間(幾秒鐘或幾分鐘)突然噴出大量瓦斯和煤炭(巖石)，并伴隨有強(qiáng)烈的聲響和強(qiáng)大的沖擊動力現(xiàn)象。
四、什么是瓦斯突出？
瓦斯突出是指隨著煤礦開采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤層中形成了在地應(yīng)力作用下，瓦斯釋放的引力作用下，使軟弱煤層突破抵抗線，瞬間釋放大量瓦斯和煤而造成的一種地質(zhì)災(zāi)害。煤礦開采深度越深，瓦斯瞬間釋放的能量也會越大。煤和瓦斯突出主要發(fā)生在煤層平巷掘進(jìn)、上山掘進(jìn)和石門揭煤時，有的礦井在回采工作面也發(fā)生煤和瓦斯突出。瓦斯突出和瓦斯爆炸是兩個概念，但災(zāi)害都來自于瓦斯。瓦斯突出是一種地質(zhì)災(zāi)害，在大量的有害氣體瞬間涌入后，會形成窒息，但不一定會發(fā)生爆炸事故。但如果出現(xiàn)以下三種情況后，會引發(fā)爆炸事故，一是與空氣中氧氣含量達(dá)到12％以上，二是瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5％至16％之間，三是遇到明火，點火溫度達(dá)到650度以上。 五、煤和瓦斯突出有預(yù)兆嗎？
煤和瓦斯突出前大多數(shù)都有預(yù)兆，歸納起來分有聲預(yù)兆和無聲預(yù)兆。
1.有聲預(yù)兆
1)響煤炮。在煤層內(nèi)發(fā)出像機(jī)關(guān)槍、炮擊聲。由于條件不同，聲音大小、間隔時間也不相同。
2)突然壓力增大。支柱來勁，發(fā)出咔咔的響聲，或發(fā)出劈裂折斷的響聲，手摸煤壁能感到?jīng)_擊和震動；有煤巖層的破裂聲；有時會聽到氣體穿過含水裂縫時的“吱吱”聲等。
2.無聲預(yù)兆
1)壓力增大。預(yù)板來壓，片幫、掉碴、煤壁向外鼓，煤巖自行剝落。
2)煤層發(fā)生變化。層理紊亂、變軟，暗淡無光，煤層粉碎，煤質(zhì)干燥。
3)瓦斯及溫度變化。瓦斯涌出異常，忽大忽小，煤塵增大，氣味異常，發(fā)悶，打鉆時噴煤、噴瓦斯，煤壁發(fā)冷，氣溫下降等。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上述預(yù)兆，并不是在每次突出之前都同時出現(xiàn)，而是僅僅出現(xiàn)一種或幾種。
六、什么是瓦斯爆炸？瓦斯爆炸的條件是什么？
礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。
瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。
1、瓦斯?jié)舛?
瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5％～16％。
當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?％時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?．5％時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛仍?6％以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。
瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。
2、引火溫度
瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認(rèn)為，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當(dāng)瓦斯含量在7％一8％時，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，越易引燃瓦斯。
高溫火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業(yè)等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業(yè)，必須嚴(yán)格遵照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。
3、氧的濃度
實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當(dāng)氧氣濃度減少到12％以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質(zhì)對井下密閉的火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內(nèi)往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度達(dá)到12％以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對火區(qū)應(yīng)嚴(yán)加管理，在啟封火區(qū)時更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。
