??????? 第三章 煤礦瓦斯
??????? 3.1 概念
??????? 煤礦瓦斯則是指的天然氣。主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外，一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。植物在成煤過程中生成的大量氣體，又稱煤層氣。腐植型的有機質，被細菌分解，可生成瓦斯；其后隨著沉積物埋藏深度增加，在漫長的地質年代中，由于煤層經受高溫、高壓的作用，進入煤的碳化變質階段，煤中揮發分減少，固定碳增加，又生成大量瓦斯，保存在煤層或巖層的孔隙和裂隙內。
??????? 中國煤礦術語中的瓦斯是從英語gas譯音轉化而來，往往單指CH4(甲烷，也稱沼氣)。地下開采時，瓦斯由煤層或巖層內涌出，污染礦內空氣。每噸煤、巖含有的瓦斯量稱煤、巖的瓦斯含量，主要決定于煤的變質程度、煤層賦存條件、圍巖性質、地質構造和水文地質等因素。一般情況下，同一煤層的瓦斯含量隨深度而遞增。
??????? 3.2出現形式
??????? 瓦斯從煤、巖層涌出的形式有：
??????? ①?緩慢、均勻、持久地從煤、巖暴露面和采落的煤炭中涌出，是礦內瓦斯的經常來源。 　　
??????? ②?在壓力狀態下的瓦斯，大量、迅速地從裂隙中噴出，即瓦斯噴出。 　　
??????? ③?短時間內煤、巖與瓦斯一起突然由煤層或巖層內噴出，即煤、巖和瓦斯突出。單位時間涌出的瓦斯量稱絕對涌出量 （m3/min）；平均日產一噸煤涌出的瓦斯量稱相對涌出量(m3/t）。 　　
??????? 根據中國《煤礦安全規程》的規定，按照CH4（瓦斯）相對涌出量和涌出形式將礦井分為三類：
??????? ⑴?相對涌出量等于或小于10m3/t為低沼氣礦井；
??????? ⑵?大于10m3/t為高沼氣礦井；
??????? ⑶?煤與沼氣突出礦井。瓦斯涌出量的大小決定于煤、巖層瓦斯含量和開采技術因素。瓦斯涌出量在同一礦井內隨開采深度的增加、開采規模的擴大和機械化程度的提高而增大。1981年中國主要煤礦中高沼氣礦占29%；煤與沼氣突出礦井占16%，大部分位于遼寧、四川、貴州和湖南等省。
??????? 3.3 爆炸
??????? 瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應（也叫鏈鎖反應）。當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活性，成為反應連續進行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環不已，游離基越來越多，化學反應速度也越來越快，最后就可以發展為燃燒或爆炸式的氧化反應。所以，瓦斯爆炸就其本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產生的激烈氧化反應。
??????? 當其在空氣中的濃度超過55%時，能使人很快窒息死亡，是煤礦生產中的主要危害因素。防止瓦斯集聚的基本方法是以足夠的風量將瓦斯沖淡，排出地面。當瓦斯涌出量很大時，還須用專門措施控制瓦斯的涌出，最有效而廣泛使用的方法是用管道將瓦斯抽到地面（見瓦斯抽放）。抽出的 CH4可做工業、民用燃料和化工原料。
??????? CH4燃燒熱為8540～9500kcal/m3,1m3約相當于1.5kg煙煤。
??????? 瓦斯爆炸即為CH4燃燒,化學方程式為CH4+2O2 = CO2+2H2O
??????? 在煤礦里它從煤巖裂縫中噴出。礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應（也叫鏈鎖反應）。當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活性，成為反應連續進行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環不已，游離基越來越多，化學反應速度也越來越快，最后就可以發展為燃燒或爆炸式的氧化反應。所以，瓦斯爆炸就其本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產生的激烈氧化反應。
??????? 瓦斯爆炸產生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。
??????? 3.4 爆炸條件
??????? 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) 瓦斯濃度
??????? 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，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%。　
??????? 當瓦斯濃度低于5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯濃度為9．5%時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；瓦斯濃度在16%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。一般認為，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當瓦斯含量在7%～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。
??????? 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、明火作業等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業，必須嚴格遵照《煤礦安全規程》的有關規定。
??????? (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。這一性質對井下密閉的火區有很大影響，在密閉的火區內往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會發生爆炸。如果有新鮮空氣進入，氧氣濃度達到12%以上，就可能發生爆炸。因此，對火區應嚴加管理，在啟封火區時更應格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。
??????? 瓦斯爆炸產生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。
??????? 3.5 煤礦瓦斯事故產生原因
??????? 我國煤礦生產力水平整體偏低，部分礦井裝備水平和生產工藝比較落后，瓦斯地質條件復雜，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井多，每年瓦斯事故死亡人數占煤礦死亡總人數的比例較大，瓦斯仍然是煤礦的第一殺手，煤礦特別重大事故絕大部分是瓦斯事故，瓦斯防治始終是煤礦安全生產的重中之重。
??????? 造成上述事故的原因是多方面的，但主要是主觀方面的原因。
??????? 一、安全意識薄弱。包括部分國有重點礦井在內，企業負責人安全意識差、安全管理理念落后，安全管理特別是現場管理出現滑坡。瓦斯地質災害認識不清，對可能出現的瓦斯升級不敏感，沒有相關預案和措施，在發生煤與瓦斯突出、礦井大面積瓦斯超限后，仍存在僥幸心理，沒有及時停電撤人。
??????? 二、違法違規和超強度組織生產。一些停產技改礦井，規定井下只允許留少量人員負責通風排水，但實際下井人數遠超規定人數，違法組織生產。還有，采煤方式落后，安全生產系統復雜，機械化程度低，靠人海戰術。巷道平面交叉采用風橋通風，遇有災害通風設施極易遭到破壞，導致通風系統紊亂，擴大災害范圍、區域和規模。
??????? 三、安全管理不嚴格、制度不落實。屯蘭煤礦安全基礎條件較好，瓦斯防治系統比較健全，但這些硬件裝備卻形同虛設，現場管理不嚴格，安全措施不落實，通風管理不到位，瓦斯治理不徹底，最終釀成事故。同時，很多煤礦隨著開采深度增加，正在逐步升級為高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，瓦斯防治的難度日益增大，但安全管理沒有同步跟進，有些礦井甚至刻意回避戴上突出礦井的帽子，以規避安全監管。
??????? 四、安全監管不到位。煤礦生產布局不合理，超強度組織生產等問題十分突出，但沒有監管部門發現并制止。煤礦在停工技改期間，長時間違法組織生產，但政府派駐的監管人員卻視而不見。
??????? 五、松懈麻痹思想抬頭。煤礦瓦斯防治呈現一定的周期性特點，一個時期煤礦瓦斯事故多發，大家都警醒了，都重視了，重特大事故明顯減少。但過了幾年以后，就產生了僥幸心理、松懈情緒、麻痹思想。
??????? 3.6 預防
??????? 主要有：
??????? ① 用礦井通風和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯濃度超過規定（如瓦斯抽放、加強通風等）； 　　
??????? ② 控制火源，消滅電器失爆，杜絕非生產需要的火源，如井下嚴禁吸煙、攜帶如火柴、打火機等點火物品入井、明火照明等。對生產中不可避免的高溫熱源，采用專門措施嚴加控制，如只準使用特制的礦用安全炸藥和電氣設備，加強井下火區的管理，禁止井下拆開礦燈等； 　　
??????? ④?配備足夠數量專職瓦斯檢查工加強檢查，配備礦井瓦斯在線監測系統自動連續檢查工作地點的CH4濃度和通風狀況。
??????? 第四章 我國煤層氣產業發展現狀
??????? 煤層氣可以用作民用燃料、工業燃料、發電燃料、汽車燃料和重要的化工原料，用途非常廣泛。每標方煤層氣大約相當于9.5度電、3 m水煤氣、1L柴油、接近0.8kg液化石油氣、1.1-1.2L汽油，另外,煤層氣燃燒后幾乎沒有污染物，因此它是相當便宜的清潔型能源。
??????? 全球埋深淺于2000米的煤層氣資源約為240萬億立方米，是常規天然氣探明儲量的兩倍多，世界主要產煤國都十分重視開發煤層氣。美國、英國、德國、俄羅斯等國煤層氣的開發利用起步較早，主要采用煤炭開采前抽放和采空區封閉抽放方式抽放煤層氣，產業發展較為成熟。80年代初美國開始試驗應用常規油氣井（即地面鉆井）開采煤層氣并獲得突破性進展，標志著世界煤層氣開發進入一個新階段。
??????? 煤層氣是煤層本身自生自儲式的非常規天然氣，世界上有74個國家蘊藏著煤層氣資源，中國煤層氣資源量達36.8萬億立方米，居世界第三位。目前，中國煤層氣可采資源量約10萬億立方米，累計探明煤層氣地質儲量1023億立方米，可采儲量約470億立方米。全國95%的煤層氣資源分布在晉陜內蒙古、新疆、冀豫皖和云貴川渝等四個含氣區，其中晉陜內蒙古含氣區煤層氣資源量最大，為17.25萬億立方米，占全國煤層氣總資源量的50%左右。
??????? 2006年，中國將煤層氣開發列入了“十一五”能源發展規劃，并制定了具體的實施措施，煤層氣產業化發展迎來了利好的發展契機。2007年以來，政府又相繼出臺了打破專營權、稅收優惠、財政補貼等多項扶持政策，鼓勵煤層氣的開發利用，我國煤層氣產業發展迅速，產業化雛形漸顯。
??????? 2007年，全國瓦斯抽采47.35億立方米，利用14.46億立方米。其中井下煤礦瓦斯抽采量44億立方米，完成規劃目標的127%。形成地面煤層氣產能10億立方米，是2006年的2倍。地面煤層氣產量3.3億立方米，比2006年增加1倍多。2005～2007年，全國共鉆井約1700口，占歷年累計鉆井總數的85%。
??????? 截至2007年底，國內探明煤層氣地質儲量1340億立方米，煤層氣年商業產量不足4億立方米。根據《煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用“十一五”規劃》，到2010年，新增煤層氣探明地質儲量3000億立方米；煤層氣、煤礦瓦斯抽采量100億立方米；建設煤層氣輸氣管道10條，設計總輸氣能力65億立方米；重點建設沁水盆地、鄂爾多斯盆地東源兩大煤層氣產業化基地。
??????? 市場前景十分廣闊
??????? 在國際能源局勢趨緊的情況下，作為一種優質高效清潔能源，煤層氣的大規模開發利用前景誘人。煤層氣的開發利用還具有一舉多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效應；有效減排溫室氣體，產生良好的環保效應；作為一種高效、潔凈能源，產生巨大的經濟效益。如果把煤層氣利用起來，用于發電燃料、工業燃料和居民生活燃料；還可液化成汽車燃料，也可廣泛用于生產合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成為一種熱值高的潔凈能源和重要原料，開發利用的市場前景十分廣闊。
??????? 第五章 煤礦瓦斯爆炸案例
????????????????????????????????????? ---河南澠池“12-7”瓦斯爆炸事故
??????? 2010年12月7日15時35分，河南省義煤集團巨源煤業有限公司發生一起重大瓦斯爆炸事故，造成26人遇難、12人受傷(其中2人重傷)。該礦原為河南省三門峽市澠池縣果園鄉蘇莊煤礦，2010年2月，由義煤集團負責對該礦進行兼并重組，事故發生前處于隱患整改階段。目前，該礦尚未取得煤炭生產許可證和安全生產許可證，部分礦領導未取得礦長資格證和礦長安全資格證。
??????? 這起事故是由于該礦在越界的南區打開密閉非法組織生產時，積聚的瓦斯遇明火引起瓦斯爆炸。這起事故暴露出以下突出問題：
??????? 一、非法違法組織生產。按照河南省有關規定，該礦應在隱患整改完成后再進行技術改造，技改完成后方能進行生產活動，但該礦置政府法令于不顧，擅自打開密閉，非法組織生產，且存在長期非法越界盜采的問題。
??????? 二、弄虛作假，隱瞞礦井和事故真實情況。該礦在重組過程中，隱瞞真實情況，圖紙與實際不符，蓄意非法生產。事故發生后，偽造事故發生時間，組織藏匿遇難人員，編造虛假入井人數和名單，教唆調度員、燈房管理員等屢次謊報下井人數，給搶險救援工作造成很大困難。
??????? 三、現場管理極其混亂。事故當班入井人數嚴重超員；實行包工隊勞動組織管理方式，以包代管；工人未經培訓即下井作業；采用明令禁止的高落式采煤法，違規采用編織袋用作局部通風機風筒，瓦斯超限作業，副礦長該帶班而未帶班下井等。
??????? 四、非法購買、使用火工品。該礦非法購買、使用火工品，事故發生后即組織人員運往井上并藏匿。
??????? 五、未實現實質性兼并重組。實施兼并重組的股本資金和管理人員沒有真正到位，未能對該礦進行有效控制管理。原有小煤礦的運行模式沒有改變，管理制度尚未健全，在隱患整改的幌子下，擅自非法組織生產。
??????? 六、安全生產主體責任不落實、安全監管不到位。義煤集團選派的礦領導未履職盡責；地方政府安全監管不到位，派駐的駐礦人員嚴重失職瀆職，未制止超員下井、非法組織生產。
??????? 參考文獻
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??????? [2]? 田蘭等.化工安全技術. 化學工業出版社.1984
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??????? [4] 周出元等．化工安全技術．北京．化學工業出版社．1993
??????? [5] 周出元，陳桂琴．化工安全技術與管理(第2版)．北京．化學工業出版社．2002
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