瓦斯爆炸（激烈的氧化还原反应）

矿井瓦斯爆炸是一种热---链式反应（也叫链锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。

瓦斯爆炸

一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。

连锁反应

定期或自动连续检查工作地点的CH4浓度和通风状况等

简介

瓦斯，又名沼气、天然气，其主要成分为甲烷。它是种无色、无臭、无味、易燃、易爆的气体。如果空气中瓦斯的浓度在5.5%上至16%时，有明火的情况下就能发生爆炸。瓦斯爆炸会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。

介绍

瓦斯爆炸是瓦斯与空气混合，在高温下急剧氧化，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应，并产生冲击波的现象，是煤矿生产中的严重灾害。

瓦斯爆炸是煤矿中最严重的灾害，具有较强的破坏性、突发性，往往造成大量的人员伤亡和财产损失。在处理瓦斯爆炸事故的过程中，如果处理方法不当，要点把握不准，还可能发生多次瓦斯爆炸，造成事故扩大。因此,了解并掌握瓦斯爆炸事故处理的方法，把握其技术要点、难点，科学决策，果断指挥，对于争取救灾时机、控制事故范围、减少人员伤亡和财产损失，具有十分重要的作用。

爆炸机理

根据链反应理论，甲烷（CH4）与空气的混合物吸收一定热量后，分解为化学活性较大的游离基（如-CH3、-H、-OH等），这类游离基很容易与其余的O2、CH4结合，产生更多的游离基，使反应速度迅速上升，最后燃烧或爆炸。其最终反应式为CH4 2O2─→CO2 2H2O。

爆炸和燃烧中止或不致发生的条件是：①混合物中甲烷或氧浓度不足；②游离基与固体表面或微粒碰撞几率增加，链分支断裂；③混合物中加入足量的易与游离基起反应的某些元素（如卤族元素），生成惰性基团或分子。

爆炸条件

瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。

CH4只在一定浓度时才爆炸。它的爆炸浓度与氧浓度、点火能量、初压、混合气体运动方向、容器大小和其他气体的存在有关。实验室测定的爆炸下限为5一6％，上限为14一15％（见图）。CH4在空气中的浓度低于爆炸下限时，只能在高温热源附近稳定地燃烧，火焰呈淡蓝色，火焰安全灯就是利用CH4这一特性；大于爆炸上限时，必须不断供给新鲜空气，才能在接触界面上燃烧。

CH4和空气的混合物与高温热源接触后，并不立即燃烧和爆炸，需经很短的引火延迟时间，称着火感应期，其值决定于CH4和O2的浓度、初压、点火温度，由几毫秒到十几秒。高温热源存在时间小于着火感应期时，CH4不会燃烧或爆炸。

CH4燃点为650一750℃。煤矿井下的明火、吸烟、煤炭自燃、爆破、电火花、电弧、赤热的金属表面、甚至撞击或摩擦火花，都能点燃CH4。中国煤矿瓦斯爆炸的火源主要是电火花和爆破，主要发生地点是采掘工作面。

爆炸危害

煤矿瓦斯爆炸产生的瞬间温度可达1850一2650℃，压力可达初压的9倍，爆源附近气体以每秒几百米以上的速度向外冲击，使人员伤亡，巷道和器材设施毁坏。爆炸后氧浓度降低，生成大量CO2和CO，有窒息和中毒危险。

预防措施

一、瓦斯爆炸事故的预防措施

• (1).矿瓦斯抽放技术

①我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占矿井总数的46%。瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。如皖北煤电集团公司祁东煤矿利用抽放瓦斯进行发电,并取得了可观的经济效益和社会效益。

②为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术；提高单一低透气性煤层的抽放率；研制钻进能力更强的钻机具；完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术；开发新的瓦斯抽放技术及设备。

③瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等；抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。并研制出与之相配套的强力钻机及配套机具，如MK型长钻孔钻机和ZSM顺层强力钻机等。此外已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。

④利用多分支羽状适用技术，解决低渗煤层瓦斯治理问题，以提高抽采率。

⑤煤矿瓦斯治理也应该与煤层气产业化紧密结合起来。

• （2）矿井瓦斯浓度及火源监测技术

矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要，当发现瓦斯异常或有火源产生，立即采取措施可防止爆炸事故的发生。我国目前开发了KJ90、KJ92、KJ94、KJ95、KJ73、KJ66等型号的矿井安全监控系统，以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。已有多个矿井安装了矿井安全综合监控系统，并具有如下功能：

①矿井环境和工况参数实时监控；

②主要通风机在线监测；

③巷道火灾实时监测；

④矿井瓦斯抽放实时监测；

⑤冲击地压实时监测；

⑥煤与瓦斯突出实时监测；

⑦煤层自然发火实时监测；

⑧瓦斯爆炸或燃烧实时监测；

⑨矿井电网监测等多种功能。

监控系统的安装极大地提高了煤矿的安全管理自动化水平，防止了许多事故的发生。

• （3）井下火源防治

对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施，除炸药安全性检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外、还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现，如放炮时检测瓦斯浓度，采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施。另外加强明火的管理，严格用火制度，消除引爆瓦斯的火源。

• （4）优化通风网络及通风系统合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施。

二、隔爆措施

隔爆措施矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播，限制火焰的传播范围，主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。

• （1）被动式隔爆棚。

隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安装方便，因而得到了广泛的使用，其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚，具有适应性强，安装、拆卸和移动方便的特点。

• （2）自动式抑爆装置。

使用压力或温度传感器，在爆炸发生时探测爆炸波，及时将预先放置的水、岩粉、N2、CO2等喷洒到巷道中，从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。如ZGB-Y型自动隔爆装置采用高压氮气引射消焰剂，能将爆炸限制在距爆源40-60m之内；YBW-1型无电源触发式抑爆装置，适合安装在距爆源20-45m的巷道中；ZYB-S型自动产气式抑爆装置采用实时产气原理，当传感器接收到燃烧或爆炸火焰时，触发气体发生器快速产生的高压气体喷洒消焰剂，抑制火焰的传播。[1]