浅谈煤矿瓦斯爆炸的条件与预防措施 - 图文(2)

中燃烧时，A=1。

利用上述方法对煤层气中常见有机可燃性气体(或蒸气)的爆炸极限进行了计算(见表1) 。

表1：煤层气中常见有机可燃性气体爆炸极限的理论计算值表

由表1结果可以看出：

1) 3种公式对于爆炸下限的计算比爆炸上限更接近实验值。因为在爆炸下限时氧气过量，可燃性气体能够充分燃烧，用完全反应方程式进行计算是合适的。而在爆炸上限时，可燃性气体过量，氧气不足，反应不完全，用完全反应方程式进行计算误差较大。

2) 在对烷烃、烯烃的爆炸下限计算中，公式(2)的计算值更接近于实验值。但是由于公式(2)的氧气系数是由有限的可燃性气体爆炸极限实验数据回归得到, 对这些可燃性气体而言, 比其他方法更为准确, 而对于其他可燃性气体是否适用尚未确定。因此有一定的局限性。

4.2 复杂组成可燃混合气体爆炸极限的计算

煤层气属于由多种有机可燃性气体并含有惰性气体( N2、CO2、水蒸气) 组成的混合气体。其爆炸极限会受到惰性气体的抑制作用, 使得上限和下限范围变窄，当上限和下限重合时，即为爆炸临界点。

对于这种混合气体，其爆炸极限理论计算方法如下：

(1)将混合气中氮气和氧气以空气中的比例( N2: O2= 4 : 1) 扣除；

(2)将剩下的混合气中的可燃性气体分别和其中的惰性气体配对，将其视为“新”的可燃性气体(体积为两种气体的体积和)；

(3)利用可燃性气体与惰性气体的混合爆炸极限图，分别得到调整后的“新”可燃性气爆炸极限；

(4)利用理查特利公式计算得到混合气体的爆炸极限。

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L混=100?100%V1V2Vn++…+L1L2Ln （5）

式中L混为混合气体的爆炸极限; L1, L2, …, Ln为各纯组分的爆炸极限；V1, V2,…,Vn为各纯组分的体积分数。

以贵州某煤层气为例，利用以上方法计算了多组分煤层气的爆炸上限和下限(见表2)。由表2可以看出，混合气的爆炸极限与纯气体的爆炸极限有一定区别。

表2 贵州某煤层气爆炸极限计算结果表

以上理论计算是在常温常压下, 但是实际操作都是在特定的温度和压力下进行。因此需要对理论计算值根据实际情况进行修正。

4.3 爆炸极限的影响因素

4.3.1 惰性气体对爆炸极限的影响

惰性组成在混合气中发挥了一种稀释作用，故在计算中采取“消元法”来体现这种作用。不同的惰性气体对煤层气爆炸极限的影响有较大差别，CO2比N2对CH4爆炸极限有更大的影响，CO2的惰化效果比N2 好。 4.3.2 压力对爆炸极限的影响

压力对甲烷爆炸上限的影响显著，对爆炸下限影响较小。

L=LU+20.6(lpg+1)对压力进行修正： U,P （6）

式中L U, p是压力p时的爆炸上限；LU是常压( p= 0.1MPa) 时的爆炸上限；p是燃气绝对压力。

对贵州某煤层气运用式（6）在不同压力下的爆炸极限进行理论计算，结果如图2 所示。

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图2压力对甲烷爆炸上限的影响图

从图2中可以看出，随着压力的增大，煤层气的爆炸上限有着明显的上升，爆炸极限范围扩大。这是因为随着压力升高，分子间距减小，分子碰撞概率增大，导致燃烧反应更易发生。 4.3.3 温度对爆炸极限的影响

对温度进行修正：

LU,t=LU[1+8?10-4(t25)] （7）

LL,t=LL[1+8?10-4(t25)] （8）

式中LU,t是温度t 时的爆炸上限；LL,t是温度t时的爆炸下限；LU是t= 25℃时的爆炸上限；LL,t是温度为t= 25℃时的爆炸下限；t为燃气温度。

对贵州某煤层气采用式（7）和式（8）计算不同温度下的爆炸极限，结果如图2 所示。可以看出，随着温度的升高，煤层气的爆炸下限有所下降，而爆炸上限则有所上升，使得爆炸极限范围增大。这是因为系统温度升高，其分子内能增加, 使更多的气体分子处于激发态，原来不燃的混合气体成为可燃、可爆气体，所以温度升高使爆炸危险性增大，对生产安全会造成极大的威胁。 4.3.4 综合温度、压力对煤层气爆炸极限的影响

对于爆炸上限, 对温度、压力的综合作用进行修正: LL,pt=[LU+20.6(lgp+1)][1+8?10-4(t25)] （9）

式中LL,pt是压力p、温度t 时的爆炸上限；LU是常压( p = 0. 1 MPa)、t= 25℃时的爆炸上限。

图3 给出了温度和压力对爆炸上限的综合影响。

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图3 温度对爆炸上限和下限的影响图

可以看出随着温度、压力的提高, 爆炸极限范围增大。在同一温度下, 压力由0. 1 MPa 升高到1. 0 Mpa，其爆炸极限由15.14% 扩大到35.74%。在同一压力下，温度由25℃升高到160℃，低压时, 爆炸上限几乎没有变化；在高压时, 爆炸上限由34. 79%上升至35.74%。可见压力对爆炸上限的影响甚于温度对其的影响。因此，在煤层气的工业生产中，应尽可能在低压下操作。

图4 温度、压力对爆炸上限的综合影响图

对煤层气中常见的单组分可燃性气体，按完全燃烧所需要的氧原子数和按化学计量浓度两种理论方法对爆炸下限的计算比爆炸上限更好地接近实验值，其中按完全燃烧所需要氧原子数的改进方法更为准确。对含有多组分的煤层气, 需采用理查特利(Le chat lier) 公式法进行理论计算。在实际操作中，为保证绝对安全，需要对温度、压力进行修正。

在工业生产中，应尽可能使煤层气在低温和低压条件下操作。将煤层气中可燃组分浓度控制在爆炸上限之上并留有一定的余量，可以提高生产的安全性。当惰性气体体积分数加大时，氧体积分数相对减少，导致爆炸上限大幅度下降。故可采用充氮气的方法进行抑爆。

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5 预防瓦斯爆炸的具体措施建议

5.1 防止瓦斯积聚的措施

5.1.1 建立合理、可靠、稳定的矿井通风系统

合理、可靠、稳定的通风系统是防止瓦斯积聚和控制瓦斯事故扩大的重要措施，应合理选择最佳通风系统，使井下风流保持连续、稳定、有效，有足够的风量、风速，保证煤矿生产安全运行。据有关资料，在瓦斯爆炸事故中，由通风系统不合理、不可靠引起的事故占5%，主要表现如下：工作面风流短路、多次串联、形成循环风；局部通风机安装不符合要求；矿井巷道风流路太长, 巷道有效断面不够，通风阻力太大，造成通风不畅；通风设施不可靠，风门、风障、风桥阀等设施不符合要求；矿井通风能力不够，矿井总风量不足；独眼井开采或采煤工作面不能形成正常的全风压通风。

通风系统不合理、不可靠、不稳定, 引起工作区域微风或无风, 煤体释放的瓦斯得不到有效、及时地释放，待瓦斯积聚到一定浓度，事故就不可避免。 因此，在煤炭生产中，严格执行“以风定产，监测监控，先抽后采”的瓦斯防治方针。

5.1.2 加强瓦斯检查制度建设

加强瓦斯检查，及时、准确掌握矿井瓦斯的浓度的变化，是防止瓦斯爆炸的基本措施。矿井必须建立瓦检制度，瓦检次数要符合《煤矿安全规程》要求；瓦斯检查工必须执行巡回检查制度，不准空班、漏班、假班；矿长和矿井技术负责人必须每日审阅瓦斯日报，及时发现处理问题。及时检查各用风地点的通风状况和瓦斯体积分数，查明隐患进行处理，是日常进行瓦斯管理的重要内容。推广使用比较先进的TX系列智能便携式气体监测仪和遥测仪器等。 5.1.3 及时排放超限的瓦斯

瓦斯超限是形成瓦斯爆炸事故的根源。矿井生产过程中巷道经常出现瓦斯超限现象，并不可避免，因此，要根据实际情况，采取相应的措施, 及时处理各地点的超限瓦斯，确保煤矿安全生产。

5.2 防止瓦斯引燃的措施

防止瓦斯引燃的原则是消除明火, 控制热源。

一是防止明火。严禁携带引火物下井, 严禁吸烟和用电炉取暖, 加强火区管理, 严禁明火和明电照明。

二是防止电火花引燃瓦斯。电气设备的防爆性能良好, 完善井下设备的“ 三大保护” , 检修电气设备不准带电作业。

三是防止爆破引燃瓦斯。使用合格的煤矿许用炸药和电雷管，按规定装药、爆破，禁止裸露爆破，严禁明电爆破，严格执行“一炮三检制”和“三人连锁爆破制” 。

四是防止摩擦火花、撞击火花、静电等引燃瓦斯。随采矿机械化程度的提高，

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