摘要
??? 礦井瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)中最嚴重的危害之一，在煤礦生產(chǎn)過程中，如果對瓦斯認識不足、控制不當或管理不到位，很可能造成災難性事故。文章以分析煤礦瓦斯危害形式與防治對策為切入點，介紹預防和控制瓦斯災害事故的技術(shù)措施及發(fā)展趨勢，說明瓦斯爆炸事故的防治是煤礦安全工作的一項系統(tǒng)工程，必須放在安全工作的首位，作為重中之重來治理，才能使瓦斯爆炸事故及其他災害事故大幅度減少。
??? 【關(guān)鍵詞】煤礦瓦斯；危害形式；分析；防治對策
??????? 引言
??? 近幾年來，煤礦事故已經(jīng)明顯下降，但是重大煤礦安全事故仍然時有發(fā)生，對國家和企業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失的同時也對礦工的生命安全構(gòu)成了巨大的威脅。瓦斯爆炸事故是當前煤礦安全生產(chǎn)中威脅最大、最突出的一個問題。從每年的事故統(tǒng)計中來看，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)造較復雜、地應力較大、煤層破壞嚴重時，在此區(qū)域作業(yè)的采掘工作面極易發(fā)生煤與瓦斯突出導致瓦斯事故的發(fā)生。
??? 一 瓦斯性質(zhì)及瓦斯參數(shù)測定
??? (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，有時單獨指甲烷。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶于水，擴散性較空氣高。瓦斯無毒，但濃度很高時，會引起窒息。
??? (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。實測表明，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)，是礦井通風及瓦斯抽放設(shè)計的重要參數(shù)。煤層在天然條件下，未受采動影響時的瓦斯含量稱原始含量；受采動影響，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。
??? 煤層瓦斯含量測定方法目前主要有地勘鉆孔測定法、實驗室間接測定法和井下快速直接測定法3種。
??? (四).煤層瓦斯壓力及測定方法
??? 煤層瓦斯壓力是存在于煤層孔隙中的游離瓦斯分子熱運動對煤壁所表現(xiàn)的作用力。煤層瓦斯壓力是用間接法計算瓦斯含量的基礎(chǔ)參數(shù)，也是衡量煤層瓦斯突出危險性的重要指標。測定方法主要有直接測定法和間接測壓法。
??? (五).瓦斯的爆炸極限
??? 瓦斯和空氣混合后，在一定條件下,遇高溫熱源發(fā)生的熱-鏈式氧化反應，并伴有高溫及壓力(壓強)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，當瓦斯?jié)舛葹?．5％時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；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。
??? 一般認為，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。當瓦斯含量在7％一8％時，最易引燃；當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。
??? 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，當氧氣濃度減少到12％以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。
??? 二 礦井瓦斯涌出及瓦斯等級
???? (一). 礦井瓦斯涌出的形式
??? 　 開采煤層時，煤體受到破壞或采動影響，貯存在煤體內(nèi)的部分瓦斯就會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：絕對瓦斯涌出量--單位時間涌入采掘空間的瓦斯量，單位為m3／min；相對瓦斯涌出量--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、通風方式和采空區(qū)管理方法等。
??? (三).礦井瓦斯等級及其鑒定　　
??? 　 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一個礦井中只要有一個煤(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進行管理。 　　
??? 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：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：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3／t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40m3／min； 　　
??? 　 高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3／t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3／min；??????????????? 　　
??? 　 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井：礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過一次煤(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：每年必須對礦井進行瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定。
??? 三 瓦斯噴出及預防　　
??? (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)時間在8h以上時，該采掘區(qū)域即定為瓦斯噴出危險區(qū)域。 　　
??? 瓦斯噴出的預兆：礦壓活動顯現(xiàn)激烈，煤壁片幫嚴重、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). 瓦斯噴出的預防　
??? 1.加強礦井地質(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)掘進巷道時，打前探鉆孔或抽排鉆孔；
??? 3.加大噴出危險區(qū)域的風量；
??? 4.將噴出的瓦斯直接引入回風巷或抽放瓦斯管路；
??? 5.掌握噴出的預兆，及時撤離工作人員，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)突出及預防
??? 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是指在地應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，能摧毀井巷設(shè)施、破壞通風系統(tǒng)、造成人員窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火災事故，是煤礦最嚴重的災害之一。
??? 煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的機理有許多種假設(shè)，但基本公認的是綜合假說，即：煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是由地應力、瓦斯和煤的物理力學性質(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.突出危險性隨采掘深度的增加而增加；
??? 2.突出危險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度最大，煤巷掘進工作面突出次數(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)生變化等預兆；
???? 6.突出按動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)突出預測
??? 我國煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預測分為區(qū)域性預測和工作面預測兩類。
???? 1. 區(qū)域性預測。區(qū)域性預測的任務(wù)是確定井田、煤層和煤層區(qū)域的危險性，在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)和新水平開拓時進行。區(qū)域性預測主要有如下幾種方法：
??? ???單項指標法。采用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)和煤層瓦斯壓力作為預測指標，各種指標的突出危險臨界值應根據(jù)實測資料確定。
??? ???按照煤的變質(zhì)程度。煤層的突出危險程度與其揮發(fā)分之間是密切相關(guān)的：在煙煤的揮發(fā)分大于35%和無煙煤的比電阻的對數(shù)值小于3.3時，沒有突出危險；而揮發(fā)分在18%~22%時突出危險最高。
??? ???地質(zhì)統(tǒng)計法。根據(jù)已開采區(qū)域突出點分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，然后結(jié)合未采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件來大致預測突出可能發(fā)生的范圍。
???? 2. 日常預測。日常預測也稱工作面預測，其任務(wù)是確定工作面附近媒體的突出危險性，即該工作面繼續(xù)向前推進時有無突出危險。
??? ⑴石門捷煤突出危險性預測。石門揭煤突出危險性預測的方法主要有：
???? 綜合指標法。在石門向煤層至少打2個測壓孔，測定煤層瓦斯壓力，并在打鉆過程中采樣，測定煤的堅固性系數(shù)和瓦斯放散初速度，按綜合指標進行預測。
??? 鉆屑指標法。在距煤層最小垂距3~5m時至少向煤層打2個預測鉆孔，用1~3mm的篩子沖洗液中的鉆屑，測定其瓦斯解吸指標。鉆屑瓦斯解吸指標的臨界值應根據(jù)現(xiàn)場實測數(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)。當石門距煤層3m以外時，
??? 至少打2個穿透煤層全厚的預測鉆孔，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)束到開始測量的時間不應超過5min。封孔后先測第1min的瓦斯涌出速度，第2min測定解吸瓦斯壓力，如果瓦斯涌出初速度超過預定的工作指標，還須測定第5min的鉆孔涌出速度，以便算出瓦斯涌出衰減系數(shù)。
??? ⑵煤巷突出危險性預測。煤巷突出危險性預測的方法主要有：
???? 鉆孔瓦斯涌出初速度法。在距巷道兩幫0.5m處，各打一個平行于巷道掘進方向的鉆孔，用充氣式膠囊封孔器封孔，測定鉆孔瓦斯涌出初速度，從打鉆結(jié)束到開始測量的時間不應超過2min。
??? 鉆屑指標法。在工作面打2個或3個鉆孔。鉆孔每打1m測定一次鉆屑量，每打2m測一次鉆屑解吸指標。根據(jù)每個鉆孔沿孔深每米的最大鉆屑量和鉆屑解吸指標預測工作面突出危險性。
??? (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)域性措施是針對大面積范圍消除突出危險性的措施，局部性措施主要在采掘工作面執(zhí)行，針對采掘工作面前方煤巖體一定范圍消除突出危險性的措施。目前區(qū)域性措施主要有3種，即預留開采保護層、大面積瓦斯預抽放、控制預裂爆破；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，
??? 就是說首先應對開采煤層及其對開采煤層構(gòu)成影響的臨近煤層進行突出危險性預測。對確認的突出危險區(qū)域，應采取區(qū)域性防治突出技術(shù)措施，對確認的突出危險工作面，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，必須對防治突出技術(shù)措施和消除突出危險性的效果進行檢驗，如果檢驗有效，在采取安全防護措施的前提下進行采掘作業(yè)；如果檢驗無效，必須補充防治突出技術(shù)措施，直至再次檢驗為有效時方可在采取安全防護措施前提下進行采掘作業(yè)。否則，必須繼續(xù)補充技術(shù)措施。