礦井瓦斯,主要由煤層氣構成,以甲烷為主,有時也單獨指甲烷(沼氣)。它在煤的形成和變質過程中伴生,是古代植物在堆積成煤的初期,經厭氧菌分解而成的。此外,在高溫、高壓環境下,成煤的同時還會繼續產生瓦斯。
瓦斯無色無味,但有時會散發出類似蘋果的香味,這是由于芳香族碳氫氣體與瓦斯同時涌出所致。其相對密度為554,標準狀態下的密度為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。當其濃度達到一定水平時,能使人因缺氧而窒息,甚至引發燃燒或爆炸。瓦斯是礦井的主要災難之一。
瓦斯具有四大危害:一是可燃,引發礦井火災;二是爆炸,導致礦毀人亡;三是高濃度時導致人員缺氧窒息、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其相對瓦斯涌出量的大小進行。《煤礦安全規程》規定,一旦礦井中發現瓦斯,該礦井即被定為瓦斯礦井,并需依據礦井瓦斯等級工作制度進行管理。
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)內忽然噴出大量瓦斯和煤炭(巖石),并伴隨強烈聲響和沖擊力的現象。
瓦斯突出是一種隨著煤礦開采深度增加而出現的地質災難。當煤層中的瓦斯含量升高,地應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。這種災難的能量隨著開采深度的增加而增大,可能發生在煤層平巷掘進、上山掘進和石門揭煤的過程中,甚至在回采工作面也可能發生。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、適當的瓦斯濃度范圍以及高溫火源。
礦井瓦斯爆炸是一種激烈的氧化反應,由一定濃度的甲烷與空氣中的氧氣在高溫作用下產生。其爆炸條件包括:礦井中積聚的瓦斯達到一定濃度、存在高溫火源,并且有充足的氧氣供應。瓦斯爆炸的界限范圍為5%至16%。在這個范圍內,瓦斯濃度越高,爆炸的威力也越大。當瓦斯濃度低于5%時,雖然不會引發爆炸,但會在火焰外圍形成燃燒層;而當瓦斯濃度超過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。通常認為,瓦斯的引火溫度在650℃至750℃之間。當火源的溫度達到或超過這個范圍時,就可能引發瓦斯的燃燒或爆炸。
高溫火源的存在是引發瓦斯爆炸的關鍵因素之一。在井下環境中,吸煙、電氣火花、違規放炮、煤炭自燃以及明火作業等都可能成為點燃瓦斯的火源。值得注意的是,當空氣中的氧氣濃度降低時,瓦斯爆炸的界限會相應縮小。具體而言,當氧氣濃度降至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的管理尤為重要,盡管火區內存在大量瓦斯和火源,但因缺氧而不會發生爆炸。然而,一旦有新鮮空氣進入,氧氣濃度超過12%,爆炸風險便可能隨之增加。
因此,預防瓦斯事故的關鍵在于嚴格執行《煤礦安全規程》和相關規章制度,嚴格控制瓦斯積聚并防止火源的出現。同時,有效的監測監控措施也是必不可少的,它們能夠幫助及時發現并處理瓦斯積聚的問題。此外,礦井通風系統也是保障礦井安全的重要環節,通過連續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,巷道中設置了風墻、風門、風橋等通風構筑物。同時,為了調節風量,某些巷道還安裝了調節風窗。這些設施共同構成了保障礦工呼吸安全、防止瓦斯積聚和預防瓦斯事故的重要基礎設施。然而,這些設施非常脆弱,一旦遭受破壞,就可能導致風流紊亂,進而引發瓦斯事故,造成嚴重后果。因此,我們必須自覺愛護這些通風設施,遵守規定,通過風門后隨手關閉,避免同時打開兩道風門造成風流短路。同時,如果發現設施破損或風量不足,應立即報告并修復處理。