摘要
??? 礦井瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)中最嚴(yán)重的危害之一，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，如果對(duì)瓦斯認(rèn)識(shí)不足、控制不當(dāng)或管理不到位，很可能造成災(zāi)難性事故。文章以分析煤礦瓦斯危害形式與防治對(duì)策為切入點(diǎn)，介紹預(yù)防和控制瓦斯災(zāi)害事故的技術(shù)措施及發(fā)展趨勢(shì)，說(shuō)明瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須放在安全工作的首位，作為重中之重來(lái)治理，才能使瓦斯爆炸事故及其他災(zāi)害事故大幅度減少。
??? 【關(guān)鍵詞】煤礦瓦斯；危害形式；分析；防治對(duì)策
??????? 引言
??? 近幾年來(lái)，煤礦事故已經(jīng)明顯下降，但是重大煤礦安全事故仍然時(shí)有發(fā)生，對(duì)國(guó)家和企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也對(duì)礦工的生命安全構(gòu)成了巨大的威脅。瓦斯爆炸事故是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)中威脅最大、最突出的一個(gè)問題。從每年的事故統(tǒng)計(jì)中來(lái)看，煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故中，絕大多數(shù)都是由于瓦斯爆炸，約占特大事故總數(shù)的70%左右，尤其是高瓦斯礦井或由于煤層瓦斯壓力較高、地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜、地應(yīng)力較大、煤層破壞嚴(yán)重時(shí)，在此區(qū)域作業(yè)的采掘工作面極易發(fā)生煤與瓦斯突出導(dǎo)致瓦斯事故的發(fā)生。
??? 一 瓦斯性質(zhì)及瓦斯參數(shù)測(cè)定
??? (一).瓦斯的性質(zhì)
??? 瓦斯是指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(shí)單獨(dú)指甲烷。瓦斯是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶于水，擴(kuò)散性較空氣高。瓦斯無(wú)毒，但濃度很高時(shí)，會(huì)引起窒息。
??? (二).煤層瓦斯賦存狀態(tài)
??? 　 瓦斯在煤層中的賦存形式主要有兩種狀態(tài)：在滲透空間內(nèi)的瓦斯主要呈自由氣態(tài)，稱為游離瓦斯或自由瓦斯，這種狀態(tài)的瓦斯服從理想氣體狀態(tài)方程；另一種稱為吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒內(nèi)部，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位或煤分子之間的空間。實(shí)測(cè)表明，在目前開采深度下(1000～2000m以內(nèi))煤層吸附瓦斯量占70％～95％，而游離瓦斯量占5％～30％。
???? (三).煤層瓦斯含量及測(cè)定　　
??? 煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量煤體中所含瓦斯的體積，單位為m3/t。煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯涌出量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是礦井通風(fēng)及瓦斯抽放設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。煤層在天然條件下，未受采動(dòng)影響時(shí)的瓦斯含量稱原始含量；受采動(dòng)影響，已有部分瓦斯排出后而剩余在煤層中的瓦斯量，稱殘存瓦斯含量。
??? 影響煤層原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤層賦存條件、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等。
??? 煤層瓦斯含量測(cè)定方法目前主要有地勘鉆孔測(cè)定法、實(shí)驗(yàn)室間接測(cè)定法和井下快速直接測(cè)定法3種。
??? (四).煤層瓦斯壓力及測(cè)定方法
??? 煤層瓦斯壓力是存在于煤層孔隙中的游離瓦斯分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)煤壁所表現(xiàn)的作用力。煤層瓦斯壓力是用間接法計(jì)算瓦斯含量的基礎(chǔ)參數(shù)，也是衡量煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)。測(cè)定方法主要有直接測(cè)定法和間接測(cè)壓法。
??? (五).瓦斯的爆炸極限
??? 瓦斯和空氣混合后，在一定條件下,遇高溫?zé)嵩窗l(fā)生的熱-鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)，并伴有高溫及壓力(壓強(qiáng))上升的現(xiàn)象。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(shí)，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(shí)，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(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。
??? 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(shí)，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時(shí)，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，越易引燃瓦斯。
??? 實(shí)踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當(dāng)氧氣濃度減少到12％以下時(shí)，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。
??? 二 礦井瓦斯涌出及瓦斯等級(jí)
???? (一). 礦井瓦斯涌出的形式
??? 　 開采煤層時(shí)，煤體受到破壞或采動(dòng)影響，貯存在煤體內(nèi)的部分瓦斯就會(huì)離開煤體而涌入采掘空間，這種現(xiàn)象稱為瓦斯涌出。礦井瓦斯涌出形式可分普通涌出和特殊涌出兩種。
???? (二).礦井瓦斯涌出量及主要因素 　　
??? 　 礦井瓦斯涌出量是指開采過(guò)程中正常涌入采掘空間的瓦斯數(shù)量，瓦斯涌出量的表示方法有兩種：絕對(duì)瓦斯涌出量--單位時(shí)間涌入采掘空間的瓦斯量，單位為m3／min；相對(duì)瓦斯涌出量--單位質(zhì)量的煤所放出的瓦斯數(shù)量，單位為m3／t。??????????????? 　　
??? 影響礦井瓦斯涌出量的因素主要有煤層瓦斯含量、開采規(guī)模、開采程序、采煤方法與頂板管理方法、生產(chǎn)工序、地面大氣壓力的變化、通風(fēng)方式和采空區(qū)管理方法等。
??? (三).礦井瓦斯等級(jí)及其鑒定　　
??? 　 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一個(gè)礦井中只要有一個(gè)煤(巖)層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級(jí)進(jìn)行管理。 　　
??? 根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量、礦井絕對(duì)瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為：低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。 　　
??? 　 低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3／t且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3／min； 　　
??? 　 高瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3／t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3／min；??????????????? 　　
??? 　 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井：礦井在采掘過(guò)程中，只要發(fā)生過(guò)一次煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出，該礦井即定為煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。 　　
??? 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：每年必須對(duì)礦井進(jìn)行瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量鑒定。
??? 三 瓦斯噴出及預(yù)防　　
??? (一)．瓦斯噴出　　
??? 　　礦井瓦斯噴出是指從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯異常涌出的現(xiàn)象。在20 m巷道范圍內(nèi)，涌出瓦斯量大于或等于1．0m3／min，且持續(xù)時(shí)間在8h以上時(shí)，該采掘區(qū)域即定為瓦斯噴出危險(xiǎn)區(qū)域。 　　
??? 瓦斯噴出的預(yù)兆：礦壓活動(dòng)顯現(xiàn)激烈，煤壁片幫嚴(yán)重、底板突然鼓起、支架承載力加大甚至破壞，煤層變軟、潮濕等。
??? (二). 瓦斯噴出的預(yù)防　
??? 1.加強(qiáng)礦井地質(zhì)工作，摸清采掘地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況;
??? 2.在可能發(fā)生噴出的地區(qū)掘進(jìn)巷道時(shí)，打前探鉆孔或抽排鉆孔；
??? 3.加大噴出危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)量；
??? 4.將噴出的瓦斯直接引入回風(fēng)巷或抽放瓦斯管路；
??? 5.掌握噴出的預(yù)兆，及時(shí)撤離工作人員，并配備自救器，安設(shè)壓氣自救系統(tǒng)；
??? 6.掌握礦壓規(guī)律，避免礦壓集中，及時(shí)處理頂板，以防大面積突然卸壓造成瓦斯噴出。
??? 四 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出及預(yù)防
??? 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是指在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)由媒體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常動(dòng)力現(xiàn)象。煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出具有突發(fā)性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯(二氧化碳)和煤(巖)沖出等特點(diǎn)，能摧毀井巷設(shè)施、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、造成人員窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火災(zāi)事故，是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。
??? 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的機(jī)理有許多種假設(shè)，但基本公認(rèn)的是綜合假說(shuō)，即：煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。
??? (一).煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的一般規(guī)律
???? 1.突出危險(xiǎn)性隨采掘深度的增加而增加；
??? 2.突出危險(xiǎn)性隨煤層厚度的增加而增加，尤其是軟分層厚度；
???? 3.石門揭煤工作面平均突出強(qiáng)度最大，煤巷掘進(jìn)工作面突出次數(shù)最多，
??? 爆破作業(yè)最易引發(fā)突出，采煤工作面突出防治技術(shù)難度最大；
???? 4.突出多數(shù)發(fā)生在構(gòu)造帶、煤層遭受嚴(yán)重破壞的地帶、煤層產(chǎn)狀發(fā)生顯著
??? 變化的地帶、煤層硬度系數(shù)小于0.5的軟煤層中；
??? 5.突出發(fā)生前通常有地層微破壞、瓦斯涌出變化、煤層層理紊亂、鉆孔卡
??? 鉆夾鉆、煤壁溫度降低、散發(fā)煤油氣味、煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化等預(yù)兆；
???? 6.突出按動(dòng)力源作用特征可分為3種類型：突出、壓出和傾出；按突出物
??? 分類可分為4種類型：煤與瓦斯突出、煤與二氧化碳突出、巖石與瓦斯突出、巖石與二氧化碳突出。
??? (二).煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預(yù)測(cè)
??? 我國(guó)煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預(yù)測(cè)分為區(qū)域性預(yù)測(cè)和工作面預(yù)測(cè)兩類。
???? 1. 區(qū)域性預(yù)測(cè)。區(qū)域性預(yù)測(cè)的任務(wù)是確定井田、煤層和煤層區(qū)域的危險(xiǎn)性，在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)和新水平開拓時(shí)進(jìn)行。區(qū)域性預(yù)測(cè)主要有如下幾種方法：
??? ???單項(xiàng)指標(biāo)法。采用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度、煤的堅(jiān)固性系數(shù)和煤層瓦斯壓力作為預(yù)測(cè)指標(biāo)，各種指標(biāo)的突出危險(xiǎn)臨界值應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)資料確定。
??? ???按照煤的變質(zhì)程度。煤層的突出危險(xiǎn)程度與其揮發(fā)分之間是密切相關(guān)的：在煙煤的揮發(fā)分大于35%和無(wú)煙煤的比電阻的對(duì)數(shù)值小于3.3時(shí)，沒有突出危險(xiǎn)；而揮發(fā)分在18%~22%時(shí)突出危險(xiǎn)最高。
??? ???地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法。根據(jù)已開采區(qū)域突出點(diǎn)分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，然后結(jié)合未采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件來(lái)大致預(yù)測(cè)突出可能發(fā)生的范圍。
???? 2. 日常預(yù)測(cè)。日常預(yù)測(cè)也稱工作面預(yù)測(cè)，其任務(wù)是確定工作面附近媒體的突出危險(xiǎn)性，即該工作面繼續(xù)向前推進(jìn)時(shí)有無(wú)突出危險(xiǎn)。
??? ⑴石門捷煤突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。石門揭煤突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的方法主要有：
???? 綜合指標(biāo)法。在石門向煤層至少打2個(gè)測(cè)壓孔，測(cè)定煤層瓦斯壓力，并在打鉆過(guò)程中采樣，測(cè)定煤的堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯放散初速度，按綜合指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
??? 鉆屑指標(biāo)法。在距煤層最小垂距3~5m時(shí)至少向煤層打2個(gè)預(yù)測(cè)鉆孔，用1~3mm的篩子沖洗液中的鉆屑，測(cè)定其瓦斯解吸指標(biāo)。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的臨界值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定。
??? 鉆孔瓦斯涌出初速度結(jié)合瓦斯涌出衰減系數(shù)。當(dāng)石門距煤層3m以外時(shí)，
??? 至少打2個(gè)穿透煤層全厚的預(yù)測(cè)鉆孔，打鉆結(jié)束后馬上用充氣式膠囊封孔器封孔，充氣壓力0.5MPa。打鉆結(jié)束到開始測(cè)量的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5min。封孔后先測(cè)第1min的瓦斯涌出速度，第2min測(cè)定解吸瓦斯壓力，如果瓦斯涌出初速度超過(guò)預(yù)定的工作指標(biāo)，還須測(cè)定第5min的鉆孔涌出速度，以便算出瓦斯涌出衰減系數(shù)。
??? ⑵煤巷突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。煤巷突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的方法主要有：
???? 鉆孔瓦斯涌出初速度法。在距巷道兩幫0.5m處，各打一個(gè)平行于巷道掘進(jìn)方向的鉆孔，用充氣式膠囊封孔器封孔，測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度，從打鉆結(jié)束到開始測(cè)量的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2min。
??? 鉆屑指標(biāo)法。在工作面打2個(gè)或3個(gè)鉆孔。鉆孔每打1m測(cè)定一次鉆屑量，每打2m測(cè)一次鉆屑解吸指標(biāo)。根據(jù)每個(gè)鉆孔沿孔深每米的最大鉆屑量和鉆屑解吸指標(biāo)預(yù)測(cè)工作面突出危險(xiǎn)性。
??? (三).防治煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的措施
??? 1.防治突出的技術(shù)措施。防治突出的技術(shù)措施主要分為區(qū)域性措施和局部
??? 性措施兩大類。區(qū)域性措施是針對(duì)大面積范圍消除突出危險(xiǎn)性的措施，局部性措施主要在采掘工作面執(zhí)行，針對(duì)采掘工作面前方煤巖體一定范圍消除突出危險(xiǎn)性的措施。目前區(qū)域性措施主要有3種，即預(yù)留開采保護(hù)層、大面積瓦斯預(yù)抽放、控制預(yù)裂爆破；局部性措施有許多種，如卸壓排放鉆孔、深孔或淺孔松動(dòng)爆破、卸壓槽、固化劑、水力沖孔等。
??? 2.“四位一體”綜合防治突出措施。所謂“四位一體”綜合防治突出措施，
??? 就是說(shuō)首先應(yīng)對(duì)開采煤層及其對(duì)開采煤層構(gòu)成影響的臨近煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。對(duì)確認(rèn)的突出危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)采取區(qū)域性防治突出技術(shù)措施，對(duì)確認(rèn)的突出危險(xiǎn)工作面，必須采取防治突出技術(shù)措施。在采取防治突出技術(shù)措施后，必須對(duì)防治突出技術(shù)措施和消除突出危險(xiǎn)性的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)有效，在采取安全防護(hù)措施的前提下進(jìn)行采掘作業(yè)；如果檢驗(yàn)無(wú)效，必須補(bǔ)充防治突出技術(shù)措施，直至再次檢驗(yàn)為有效時(shí)方可在采取安全防護(hù)措施前提下進(jìn)行采掘作業(yè)。否則，必須繼續(xù)補(bǔ)充技術(shù)措施。