??????? 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(shù)，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(jī)質(zhì)，被細(xì)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(zhì)年代中，由于煤層經(jīng)受高溫、高壓的作用，進(jìn)入煤的碳化變質(zhì)階段，煤中揮發(fā)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(nèi)。
??????? 中國煤礦術(shù)語中的瓦斯是從英語gas譯音轉(zhuǎn)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(nèi)涌出，污染礦內(nèi)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(zhì)程度、煤層賦存條件、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)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(xiàn)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(nèi)瓦斯的經(jīng)常來源。 　　
??????? ②?在壓力狀態(tài)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(nèi)煤、巖與瓦斯一起突然由煤層或巖層內(nèi)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(chǎn)一噸煤涌出的瓦斯量稱相對涌出量(m3/t）。 　　
??????? 根據(jù)中國《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)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(shù)因素。瓦斯涌出量在同一礦井內(nèi)隨開采深度的增加、開采規(guī)模的擴(kuò)大和機(jī)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?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)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(yīng)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(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)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(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。
??????? 當(dāng)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(chǎn)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(fēng)量將瓦斯沖淡，排出地面。當(dāng)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(yè)、民用燃料和化工原料。
??????? CH4燃燒熱為8540～9500kcal/m3,1m3約相當(dāng)于1.5kg煙煤。
??????? 瓦斯爆炸即為CH4燃燒,化學(xué)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?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)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(yīng)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(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)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(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。
??????? 瓦斯爆炸產(chǎn)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(shè)施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)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?jié)舛?br /> ??????? 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%?！?br /> ??????? 當(dāng)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(dāng)瓦斯?jié)舛葹?．5%時，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，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(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%～8%時，最易引燃；當(dāng)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(yè)等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業(yè)，必須嚴(yán)格遵照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)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(dāng)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(zhì)對井下密閉的火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內(nèi)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(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度達(dá)到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對火區(qū)應(yīng)嚴(yán)加管理，在啟封火區(qū)時更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。
??????? 瓦斯爆炸產(chǎn)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(shè)施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)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(chǎn)生原因
??????? 我國煤礦生產(chǎn)力水平整體偏低，部分礦井裝備水平和生產(chǎn)工藝比較落后，瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井多，每年瓦斯事故死亡人數(shù)占煤礦死亡總?cè)藬?shù)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(chǎn)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(nèi)，企業(yè)負(fù)責(zé)人安全意識差、安全管理理念落后，安全管理特別是現(xiàn)場管理出現(xiàn)滑坡。瓦斯地質(zhì)災(zāi)害認(rèn)識不清，對可能出現(xiàn)的瓦斯升級不敏感，沒有相關(guān)預(yù)案和措施，在發(fā)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(guī)和超強(qiáng)度組織生產(chǎn)。一些停產(chǎn)技改礦井，規(guī)定井下只允許留少量人員負(fù)責(zé)通風(fēng)排水，但實際下井人數(shù)遠(yuǎn)超規(guī)定人數(shù)，違法組織生產(chǎn)。還有，采煤方式落后，安全生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，機(jī)械化程度低，靠人海戰(zhàn)術(shù)。巷道平面交叉采用風(fēng)橋通風(fēng)，遇有災(zāi)害通風(fēng)設(shè)施極易遭到破壞，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，擴(kuò)大災(zāi)害范圍、區(qū)域和規(guī)模。
??????? 三、安全管理不嚴(yán)格、制度不落實。屯蘭煤礦安全基礎(chǔ)條件較好，瓦斯防治系統(tǒng)比較健全，但這些硬件裝備卻形同虛設(shè)，現(xiàn)場管理不嚴(yán)格，安全措施不落實，通風(fēng)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(jìn)，有些礦井甚至刻意回避戴上突出礦井的帽子，以規(guī)避安全監(jiān)管。
??????? 四、安全監(jiān)管不到位。煤礦生產(chǎn)布局不合理，超強(qiáng)度組織生產(chǎn)等問題十分突出，但沒有監(jiān)管部門發(fā)現(xiàn)并制止。煤礦在停工技改期間，長時間違法組織生產(chǎn)，但政府派駐的監(jiān)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(xiàn)一定的周期性特點，一個時期煤礦瓦斯事故多發(fā)，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(chǎn)生了僥幸心理、松懈情緒、麻痹思想。
??????? 3.6 預(yù)防
??????? 主要有：
??????? ① 用礦井通風(fēng)和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定（如瓦斯抽放、加強(qiáng)通風(fēng)等）； 　　
??????? ② 控制火源，消滅電器失爆，杜絕非生產(chǎn)需要的火源，如井下嚴(yán)禁吸煙、攜帶如火柴、打火機(jī)等點火物品入井、明火照明等。對生產(chǎn)中不可避免的高溫?zé)嵩矗捎脤ｉT措施嚴(yán)加控制，如只準(zhǔn)使用特制的礦用安全炸藥和電氣設(shè)備，加強(qiáng)井下火區(qū)的管理，禁止井下拆開礦燈等； 　　
??????? ④?配備足夠數(shù)量專職瓦斯檢查工加強(qiáng)檢查，配備礦井瓦斯在線監(jiān)測系統(tǒng)自動連續(xù)檢查工作地點的CH4濃度和通風(fēng)狀況。
??????? 第四章 我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
??????? 煤層氣可以用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料，用途非常廣泛。每標(biāo)方煤層氣大約相當(dāng)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(dāng)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(guī)天然氣探明儲量的兩倍多，世界主要產(chǎn)煤國都十分重視開發(fā)煤層氣。美國、英國、德國、俄羅斯等國煤層氣的開發(fā)利用起步較早，主要采用煤炭開采前抽放和采空區(qū)封閉抽放方式抽放煤層氣，產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為成熟。80年代初美國開始試驗應(yīng)用常規(guī)油氣井（即地面鉆井）開采煤層氣并獲得突破性進(jìn)展，標(biāo)志著世界煤層氣開發(fā)進(jìn)入一個新階段。
??????? 煤層氣是煤層本身自生自儲式的非常規(guī)天然氣，世界上有74個國家蘊(yùn)藏著煤層氣資源，中國煤層氣資源量達(dá)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(zhì)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(nèi)蒙古、新疆、冀豫皖和云貴川渝等四個含氣區(qū)，其中晉陜內(nèi)蒙古含氣區(qū)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(fā)列入了“十一五”能源發(fā)展規(guī)劃，并制定了具體的實施措施，煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迎來了利好的發(fā)展契機(jī)。2007年以來，政府又相繼出臺了打破專營權(quán)、稅收優(yōu)惠、財政補(bǔ)貼等多項扶持政策，鼓勵煤層氣的開發(fā)利用，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)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(guī)劃目標(biāo)的127%。形成地面煤層氣產(chǎn)能10億立方米，是2006年的2倍。地面煤層氣產(chǎn)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?xì)v年累計鉆井總數(shù)的85%。
??????? 截至2007年底，國內(nèi)探明煤層氣地質(zhì)儲量1340億立方米，煤層氣年商業(yè)產(chǎn)量不足4億立方米。根據(jù)《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃》，到2010年，新增煤層氣探明地質(zhì)儲量3000億立方米；煤層氣、煤礦瓦斯抽采量100億立方米；建設(shè)煤層氣輸氣管道10條，設(shè)計總輸氣能力65億立方米；重點建設(shè)沁水盆地、鄂爾多斯盆地東源兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)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(yōu)質(zhì)高效清潔能源，煤層氣的大規(guī)模開發(fā)利用前景誘人。煤層氣的開發(fā)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(yīng)；有效減排溫室氣體，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)；作為一種高效、潔凈能源，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如果把煤層氣利用起來，用于發(fā)電燃料、工業(yè)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(chǎn)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(fā)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(tuán)巨源煤業(yè)有限公司發(fā)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(xiāng)蘇莊煤礦，2010年2月，由義煤集團(tuán)負(fù)責(zé)對該礦進(jìn)行兼并重組，事故發(fā)生前處于隱患整改階段。目前，該礦尚未取得煤炭生產(chǎn)許可證和安全生產(chǎn)許可證，部分礦領(lǐng)導(dǎo)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(qū)打開密閉非法組織生產(chǎn)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(chǎn)。按照河南省有關(guān)規(guī)定，該礦應(yīng)在隱患整改完成后再進(jìn)行技術(shù)改造，技改完成后方能進(jìn)行生產(chǎn)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(chǎn)，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(chǎn)。事故發(fā)生后，偽造事故發(fā)生時間，組織藏匿遇難人員，編造虛假入井人數(shù)和名單，教唆調(diào)度員、燈房管理員等屢次謊報下井人數(shù)，給搶險救援工作造成很大困難。
??????? 三、現(xiàn)場管理極其混亂。事故當(dāng)班入井人數(shù)嚴(yán)重超員；實行包工隊勞動組織管理方式，以包代管；工人未經(jīng)培訓(xùn)即下井作業(yè)；采用明令禁止的高落式采煤法，違規(guī)采用編織袋用作局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒，瓦斯超限作業(yè)，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(fā)生后即組織人員運往井上并藏匿。
??????? 五、未實現(xiàn)實質(zhì)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(jìn)行有效控制管理。原有小煤礦的運行模式?jīng)]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(chǎn)。
??????? 六、安全生產(chǎn)主體責(zé)任不落實、安全監(jiān)管不到位。義煤集團(tuán)選派的礦領(lǐng)導(dǎo)未履職盡責(zé)；地方政府安全監(jiān)管不到位，派駐的駐礦人員嚴(yán)重失職瀆職，未制止超員下井、非法組織生產(chǎn)。
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