關注瓦斯災害 加強基礎研究
近年來各種礦難頻發，特別是瓦斯爆炸02manbetx.com 時見於報端。2004年僅瓦斯爆炸的報道的就有39起之多，遍及重慶、河北、山西、遼寧、吉林、黑龍江、江西、河南、湖南、廣東、四川、貴州、陝西、新疆15個省市、自治區，死亡753人，受傷98人，後果觸目驚心。如此嚴重的災害，引起了全社會的關注。國內外科技工作者對此作了大量的研究，獲得了一些有意義的研究結果，災害發生的有關機理和控製手段已經掌握，但還有更多的原因和有效措施有待探索和研究。
二、已獲得的研究結果
人們知道，瓦斯是化石能源（煤炭、石油等）形成過程中的氣態物質，其主要成分是甲烷（CH4），與民用天然氣（甲烷濃度達到96％以上）的主要成分一樣。瓦斯無色、無味、比空氣輕，化學性質在常溫狀態下非常穩定。但是，若其在空氣中達到一定的濃度，遇見明火就會發生猛烈的爆炸。
瓦斯爆炸必須同時具備3個條件:一是火源（火花的能量達到0.28毫焦，溫度在400℃～500℃以上）;二是氧氣(氧氣含量在12%以上)；三是瓦斯本身的濃度在5％～15％範圍內。當瓦斯濃度低於5％，無論如何都不會發生瓦斯爆炸；當空氣中瓦斯濃度超過15％時，瓦斯也不再爆炸，而隻是燃燒（在氧氣充足的情況下）；當空氣中的氧氣濃度低於12％時，不管瓦斯濃度如何，都不會爆炸也不會燃燒。人員在高濃度瓦斯的環境中也會引起窒息死亡。瓦斯爆炸和燃燒跟氧氣濃度的關係如下圖所示。
瓦斯爆炸三角區
因此，為了防止瓦斯爆炸，人們現在采取的主要措施就要避免瓦斯爆炸的3個條件同時成立。礦井生產中，常規的辦法，一是防止瓦斯積聚，不允許采掘空間出現瓦斯濃度超限，即采掘空間的瓦斯濃度遠遠低於瓦斯爆炸的最低值；二是防止瓦斯被引燃，采掘空間內不能出現火源。三是防止瓦斯爆炸02manbetx.com 的擴大。根本措施是前麵兩個。控製氧氣的濃度目前不是很現實，采掘工作麵的氧氣濃度不能低於12％，否則無法保證人員正常呼吸的要求，氧氣濃度太高容易發生燃燒和煤塵爆炸。
三、瓦斯抽放和嚴格管理是避免瓦斯災害的必要條件
由於石油和煤炭的開采工藝不同，在化石能源的開采過程中，瓦斯爆炸主要發生在煤礦開采過程中。煤礦井工開采（相對於露天開采）是在受限空間內進行的，瓦斯安全隱患在於礦井氣氛極易滿足爆炸條件。
采掘工作麵的瓦斯隨著工作麵的生產不斷地湧出，對於瓦斯湧出不太大的礦井，可以通過向工作麵不斷的供風將生產中產生的瓦斯稀釋，並通過主要扇風機帶出地麵排入大氣來解決采掘工作麵的瓦斯問題。礦井的主要扇風機和通風網路的通風設計能力是有限的，在相當長的一段時期內是不變的，因而依靠通風排除瓦斯的能力也是一定的。隨著向前掘進，巷道逐漸加長，氣流因摩擦阻力作用，所要求的風機功率和壓頭也越來越大。隨著開采深度的不斷增加，機械化程度的不斷提高，開采強度的不斷增強，瓦斯湧出量還會進一步增大。如果發生瓦斯突出，即瞬時大量的瓦斯湧出，再大的通風能力都無濟於事。尤其對於瓦斯湧出量大的礦井，光靠通風排瓦斯已經不能解決采掘工作麵的瓦斯超限問題，因此，要從根本上治理瓦斯災害，必須做到有效預測瓦斯狀況，對高產礦井和高瓦斯礦井，公認的方法是進行瓦斯抽放。建立專門的瓦斯抽放係統，通過本煤層瓦斯（煤層氣）預抽放，和（或）鄰近層瓦斯預抽放，和（或）采空區抽放，目的就是提前將煤層中的瓦斯抽掉一部分，以減少瓦斯湧入采掘空間。這樣，一是消除了瓦斯爆炸的危險，二是可以變廢為寶，使瓦斯這一清潔能源得以回收利用，三是減少了瓦斯排入大氣造成的環境問題。此外，控製火源也非常重要，采掘工作麵內的所有電器設備必須是質量安全的或是隔爆的9 7 312 3 4 8 : 來源：中國安全天地網
（需經過嚴格的防爆檢驗和 安全認證）；盡量避免金屬物間的撞擊；不使用產生靜電的物品等。目前人們已經認識到，瓦斯以遊離和吸附兩種方式賦存於煤體中，而吸附瓦斯約占90％以上。這導致煤層瓦斯抽放時，其運移路線為：微孔隙裂隙表麵吸附瓦斯的解吸和擴散，轉變為遊離瓦斯，賦存於較大的孔隙裂隙中，進而遊離瓦斯滲流進入采掘自由空間。瓦斯吸附與解吸是相互為條件轉化的，當遊離瓦斯壓強低於吸附瓦斯壓強時，吸附瓦斯較快地轉變為遊離瓦斯，反之亦然。從這種意義上講，降低遊離瓦斯壓強是瓦斯抽放的必要條件。因此。設法通過提高煤層滲透性，疏通滲流通道，使遊離瓦斯排出，是瓦斯抽放的關鍵步驟。我國煤層大多屬於低滲透煤層，致使瓦斯抽放難以實施，效果甚差。研究表明，我國煤層滲透率一般在（0.1～0.001）×10－3ｕｍ２範圍，國內滲透率最大的撫順煤田也僅為（0.54～3.8）×10－3ｕｍ２，滲透性比美國低2～3個數量級。按美國地麵煤層氣開發標準，認為煤層滲透率在（3～4）×10－3ｕｍ２最佳，但不能低於1× 10－3ｕｍ２。盡管在自然科學基金的資助下，探索了包括電磁等外場作用下加速解吸過程研究，采用切割增加縫隙以增加滲透性等，至今尚未發現經濟有效的抽放方法。
對於瓦斯突出，人們也提出了幾種假說和模型，如"煤與瓦斯突出的綜合作用假說"，"流變作用假說"，"球殼失穩理論"，"地應力與煤儲層滲透性耦合作用假說"等，現有的研究工作極其有限，至今仍無可靠有效的預測模型。
目前，煤炭行業對礦井瓦斯管理的方針是"以風定產、先抽後采、監測監控"，明確要求礦井的產量要根據礦井的通風能力來核定，產量越大，絕對瓦斯湧出量就越大，風排瓦斯的難度就越大。對高瓦斯礦井，是不可能通過通風來解決采掘空間的瓦斯問題的，必須進行抽放。瓦斯礦井必須通過建立監測監控係統來加強安全管理。現在許多礦井都建立了礦井安全生產監測監控係統，這是提高瓦斯礦井的安全管理的最有效的輔助手段，它能直接監測井下主要采掘地點的瓦斯濃度，並將監測數據送到管理者的辦公室，因而管理者可以隨時掌握井下的安全情況。如果監測到井下的瓦斯濃度超限，該係統還具備自動斷電的功能，防止電器火花的產生。
四、科學研究是最終解決瓦斯災害的可靠保證
瓦斯的治理是一個世界性的難題，目前還沒有從根本上解決瓦斯災害的辦法。因此，許多發達國家，為了減少02manbetx.com 的發生，禁止開采瓦斯湧出量大的礦井，而隻開采瓦斯湧出量小的礦井。我國是一個發展中國家，能源十分緊缺，煤炭占我國能源總消耗量的70％以上，煤炭的產量直接影響國民經濟的發展。這就導致了在我國隻要有煤炭儲備的地方，不管是低瓦斯還是高瓦斯礦區，都在積極地創造條件開礦，我國的礦井之多，分布之廣高居世界首位。我國所有煤礦均為瓦斯礦井。大中型煤礦中，高瓦斯礦井占20.34%，突出礦井占19.77%。小型煤礦中，高瓦斯礦井占15%左右，這是造成瓦斯災害較多的原因之一。
如果不考慮人為的因素，應用現有的知識，有完善的監測控製係統和嚴格科學的管理，可以避免除瓦斯突出以外的大多數的瓦斯災害。目前大多數02manbetx.com 調查原因都認為是中小煤礦安全措施差，通風能力差，工人及管理人員安全素質差造成的，但事情並非如此簡單。
2002年國家下大力氣關停了一批安全檢查不合格的煤礦，處分了發生事故的有責任領導，然而煤礦瓦斯爆炸事故並未大幅度減少。2003年5月13日安徽蘆嶺煤礦發生瓦斯爆炸事件為各煤礦敲響了安全警鍾，要加強安全管理、通風。然而不幸的是5月13～21日的8天內接連又發生了遼陽、山西和雲南煤礦瓦斯爆炸，死亡130多人，這些煤礦的裝備和管理不都屬於應該關停之列。我們沒理由認為發生安徽蘆嶺煤礦瓦斯爆炸後，其9 7 3 123 4 8 : 來源：中國安全天地網
它各礦礦長及管理人員不加強管理，不重視通風，或未進行安檢，但依然發生了爆炸事故，這說明在以往曆次事故 總結出的事故原因外，還有很多本質的東西未被認識，所以減少事故發生沒有收到顯著效果。由此可見，我國的高瓦斯礦井的瓦斯災害問題也不僅僅是一個安全管理和裝備差的問題，在瓦斯爆炸機理、瓦斯在采掘空間的湧出和運移規律、煤層透氣性、瓦斯改性和生物降解、膜分離、瓦斯突出機理、人的行為和安全文化等研究領域仍存在許多的科學問題需要解決，在提高瓦斯抽放率、瓦斯區域的麵監測和空間監測、阻爆和隔爆等諸多工程科學問題需要研究。由於地質條件、采動控製、人機環境等的複雜性與相互作用，現有的研究還無法清楚地表達相關的機理和作用規律（如煤與瓦斯突出機理、瓦斯爆炸傳播規律等），應該說還沒有成熟有效的檢測預報模型和裝備，也沒有找到避免在礦井條件下人行為失誤的有效方法（隻是統計到井溫每升高5度，工人發生行為失誤的概率要高10%）。
目前煤礦的管理還無法從根本上解決瓦斯災害這一世界性難題，隻有依靠科學的管理方法和可靠的技術手段才能從根本上杜絕瓦斯事故的頻繁發生。加強煤礦瓦斯的基礎理論研究，摸清瓦斯災害事故發生的機理、發生演化過程，攻克在瓦斯的防災、抗災和救災方麵的重大理論問題及重大技術難題，為建立煤礦長效安全機製奠定基礎。
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