什麼是瓦斯？
瓦斯是一個外來語，其本意是煤層氣，廣義上瓦斯是以甲烷為主的礦井有害氣體的總稱。在研究礦井瓦斯的早期階段，認為瓦斯成份就是沼氣（CH4占礦井有害氣體的80％左右），所以過去習慣上就把沼氣叫做瓦斯，流傳至今，這就是狹義瓦斯的概念。我們在現場所說的瓦斯一般就是指沼氣。
一、沼氣的生成
沼氣是伴隨煤碳同時生成的。古代的植物在成煤的過程中，經厭氧菌的作用，植物的纖維質分解產生大量沼氣；此後在煤的碳化過程中，繼續有沼氣不斷生成。每生成一噸煤，可生成1000M3左右的沼氣。
二、沼氣的性質
（一） 物理性質
1. 沼氣難溶於水，在標準狀態下（一個大氣壓，20℃）的溶解度為3.5％；
2. 沼氣是一種無色、無味、無臭的氣體；
3. 沼氣的比重為0.554，比空氣輕一半，容易在較高的地方積聚；
4. 沼氣的擴散性很強，是空氣的1.6倍，容易穿過煤岩層的裂隙而到其它煤層的采空區和巷道中去。
（二） 化學性質
1. 沼氣不助燃，但當空氣中沼氣濃度達到一定數值時，遇到高溫火源能引起燃燒或爆炸；
2. 沼氣本身無毒，也不能維持呼吸，空氣中的沼氣濃度增加時，氧氣濃度就要下降，會因缺氧而使人窒息。
三、礦井沼氣湧出與等級劃分
（一） 沼氣的湧出形勢
1.普通湧出：沼氣從暴露的煤岩表麵的細微的縫隙中緩慢、均勻、持久的湧出。主是礦井沼氣的主要湧出形式。
2.特殊湧出：包括沼氣噴出及煤與沼氣突出。
（二） 礦井沼氣湧出量
1.絕對沼氣湧出量。單位時間內湧出的沼氣體積量。、（M3/h、M3/min、M3/s）
2. 相對沼氣湧出量。平均日生產一噸煤湧出的沼氣量。（M3/t）
三、礦井沼氣湧出與等級劃分
（三）礦井沼氣等級的劃分
《規程》規定：在一個礦井中，隻要有一個煤、岩層中發現一次沼氣，該礦井即定為沼氣礦井，並依照礦井沼氣等級的工作製度進行管理。
《規程》還規定：礦井沼氣等級，按照平均日產一噸煤沼氣湧出量和沼氣湧出形式，劃分為：
低沼氣礦井：10M3/日.T及其以下；
高沼氣礦井：10M3 /日.T以上；
煤與沼氣突出礦井。
四、礦井沼氣爆炸
沼氣爆炸是煤礦生產的主要災害之一，國內外已有不少由於沼氣爆炸而造成人員傷亡和嚴重影響生產的慘痛教訓。因此，必須很好地了解沼氣爆炸發生、發展的規律，從而有針對性地采取有效措施，杜絕此類事故的發生，確保礦井的安全生產。
沼氣爆炸實質是一定濃度的沼氣與空氣中的氧混合，在高溫火源點燃的條件下，發生激烈的氧化反應。
CH4+2O2→CO2+2H2O+熱量（51.92kj/g）
如果井下氧氣不足時，反應式為
CH4+O2→CO+H2O+ H2
五、礦井沼氣爆炸的危害
瓦斯爆炸的危害是極其嚴重的，主要表現在以下幾個方麵。
1.瓦斯爆炸產生高溫高壓氣體及衝擊；
溫度：通常在1850至2650℃之間；壓力：7.4至10.2個大氣壓； 氣體衝擊（正向衝擊）：每秒可達數百米，甚至上千米。造成人員傷亡、巷道和機械設備被破壞。
2.產生反向衝擊
沼氣爆炸後，爆源附近將形成氣體稀薄的低壓區。於是，衝出去的氣體又以高速反向衝回爆源地。這種反向衝擊，力量不如前次大，但會導致更大的破壞，甚至引起沼氣的二次爆炸。
3.引起煤塵爆炸
具有煤塵爆炸危險的礦井，在正常情況下，飛揚在空氣中的煤塵濃度一般不會達到爆炸濃度。但在沼氣爆炸的衝擊作用下，降落在巷道中的煤塵必然飛揚起來參與爆炸。從而使災害擴大。
4.引起連續爆炸
如果反向衝擊的空氣中有足夠的沼氣和氧氣，而爆源附近又有尚未熄滅的火源就有可能造成二次爆炸和連續爆炸。例如：1940年日本帝國主義侵占我國東北時，撫順的龍鳳礦曾在一晝夜內連續爆炸43次。
5.產生大量有害氣體
氧氣6％∽10％，氮氣82％∽88％， 二氧化碳4％∽8％，一氧化碳2％∽4％，可以看出沼氣爆炸所產生的有毒窒息性氣體，是造成大量人員傷亡的主要原因。因此，發生沼氣或煤塵爆炸事故後，末恢複通風前，隻允許帶氧氣呼吸器的救護隊員可以進入災區偵察、救人外，嚴禁其它人員進入，以免擴大作傷亡。
六、沼氣爆炸的條件一
沼氣的濃度 ： 5％-----16％時具有爆炸性。
沼氣濃度低於5％--6％時遇火能燃燒，這個濃度稱為沼氣爆炸的下限。當沼氣的濃度高於15％---16％時混合氣體即不燃燒也不爆炸，但有新鮮空氣從外麵供給時，混合氣體與新鮮空氣的接觸麵上遇火可以燃燒。這個界限稱為沼氣爆炸的上限。沼氣濃度7％---8％時，最容易發生爆炸；9.1％--9.5％爆炸威力最強，前者需要的引燃能量最小，特別容易點燃，後者沼氣和氧氣的匹配恰到好處，爆炸時，反應最完全，放出的熱量最大，反應速度最快。
需要說明的是，沼氣爆炸的下限在外部條件發生變化時，可能會有所變化。
六、沼氣爆炸的條件二
高溫火源 引燃沼氣所需的最低火源溫度，稱為引火溫度，一般為650---750℃。井下明火、電火、吸煙、摩擦火花、不合要求的放炮等各種火源都能引燃沼氣。它的易燃性與我們日常使用的打火機氣體（丁烷）一樣，隻需一小點火星就可以把它引燃。
沼氣遇到火源後並不立即發生燃燒或爆炸，而需要一個很短的時間才能被點燃，這一點燃時間稱為沼氣爆炸的感應期。沼氣燃燒與爆炸的感應期見下表。
六、沼氣爆炸的條件三
氧氣含量
混合氣體中必須有足夠的氧氣含量，當氧含量低於12％時，任何濃度的沼氣都不會發生爆炸。在正常生產的礦井中，不可能采用降低氧氣含量的辦法來防止沼氣爆炸。
七、預防沼氣爆炸的措施
1.加強通風，防止沼氣超限和積存。
做好通風工作是防止沼氣超限和積存的根本措施。為此，每個礦井必須采用機械通風。必須具有完整獨立的通風係統，嚴禁獨眼井開采。掘進工作麵必須用局扇或全風壓通風，保證井下各用風地點有足夠的風量稀釋並帶走沼氣，防止沼氣超限和積存,使井下各處的沼氣及其它有害氣體的濃度符合《規程》的要求。
七、預防沼氣爆炸的措施
2.嚴格執行沼氣檢查製度
時刻掌握沼氣的湧出情況以及它在風流中的濃度，是我們進行沼氣管理，預防沼氣事故的根本需要。因此，每一礦井都必須建立嚴密的瓦斯檢查製度，按《規程》規定認真檢查瓦斯，並作好記錄，並通知現場人員。瓦斯超限時，瓦斯檢查員有權責令現場工作人員，停止工作，並撒到安全地點，根據情況依照《規程》規定進行處理，嚴禁冒險蠻幹。（總回風巷<0.75%，采掘回風巷<1%，采掘進風巷<0.5%）
礦井負責人必須每日審閱瓦斯日報，掌握井下瓦斯變化情況，發現問題及時處理。
3． 確及時處理局部積聚瓦斯
例如，采麵上隅角利用風幛、尾巷、局扇進行處理；頂板冒落的空洞利用導風板、分風管、或充填法進行處理。
對於停風的掘進工作麵或盲巷所積聚的瓦斯,必須根據積存的瓦斯量和通風能力製定專門的排放措施,報縣煤碳局審批,措施中應注意以下幾點。
⑴ 生產班進行,在回風涉及的範圍內,機電設備應停止運轉,切斷電源,撤出人員。
⑵ 排放采用局扇、風簡進行，要根據該區域的通風能力和積存的瓦斯濃度決定排放速度，一般采用逐段排放方法，嚴禁將高濃度瓦斯一下吹出。
⑶ 排放時，要嚴格監視回風流中的瓦斯濃度，采用控製送風量的方法，確保掘進巷道排出風流在與全風壓風流混合後瓦斯濃度不超過1.5％。
⑷ 排放工作至少要有三個人進行，即電工、安全員、瓦檢員各一人。若通風區內瓦斯濃度達到3％，不能立即排放時，必須立即進行封閉。
4.加強局扇通風管理
5.防止引燃瓦斯火源
6.防止電氣火花引燃瓦斯
7.防止放炮引燃瓦斯
八、 瓦斯噴出及煤與瓦斯突出
沼氣噴出—大量沼氣在壓力狀態下，從煤岩層的裂隙或孔洞中以支流的方式向外噴出的現象。
煤與沼氣突出----在地壓和瓦斯的作用下，煤與瓦斯由煤體內突然向采掘空間大量噴出，拋出，並伴隨巨大聲響和衝擊力的動力現象。
突出具有極大的破壞力，是煤礦安全生產的大敵。
世界上第一次煤與瓦斯突出是在1834年法國的魯阿雷煤田依薩阿克礦井發生的。
世界上強度最大的一次突出，是在1969年7月13日前蘇聯頓巴斯礦區的加加林礦，突出煤碳和岩石14200噸，瓦斯250000M3以上。
煤與瓦斯突出的原因很複雜，一般是由地應力，煤層瓦斯和煤的物理性質綜合作用的結果。
1960年中梁山煤礦北茅口大巷掘進時，噴出瓦斯量約250000M3，這是國內外少見的大突出。高壓瓦斯將人吹倒，100至200mm的岩塊互相碰撞。
1971年9月4日紅衛煤礦裏王廟井西南五橫硐+8水平刮板輸送機道掘進時突出煤矸量達70噸，噴出瓦斯500000M3。
1977年2月3日甘肅省窯街礦務局三礦的1650岩石大巷掘進，貫穿F605斷層裂隙時，10分鍾內噴出二氧化碳4900M3。
九、煤與瓦斯突出的預兆
煤壁冰冷，工作麵氣溫降低，響煤炮，煤層內發出劈裂聲悶雷聲，工作麵瓦斯湧出量忽大忽小，打鑽時，出現頂鑽、卡鑽、電機過負載，噴煤粉，工作麵頂板壓力增大，支架折斷，煤壁外鼓，煤層光澤暗淡層理紊亂等。
十、預防煤與瓦斯突出的措施
開采解放層、煤層預抽瓦斯、石門內打排放鑽孔、超前排放鑽孔、水力衝孔、超前支架、鬆動爆破、放震動炮等。
我省目前的鄉鎮煤礦大多不具備開采突出危險煤層的條件，在生產過程中，如遇煤層具有突出危險性時，必須製定預防煤與瓦斯突出的安全措施，報地（市）煤碳部門批準，同時爭取上級主管部門的支持，配備足夠的技術力量，增加投入，在生產上嚴格按照煤與瓦斯突出的礦井進行管理，切不可盲目開采。
十一、小結
本次課所學內容如下：
1.瓦斯的概念及沼氣的生成過程；
2.沼氣的性質 ；
3.礦井沼氣湧出與等級劃分；
4.礦井沼氣爆炸；
5.礦井沼氣爆炸的危害 ；
6.沼氣爆炸的條件；
7.預防沼氣爆炸的措施；
8.瓦斯噴出及煤與瓦斯突出；
9.煤與瓦斯突出的預兆 ；
10.預防煤與瓦斯突出的技術措施 。
十二、習題
1.什麼叫瓦斯？煤礦井下所說的“瓦斯”指的是什麼？
2.沼氣有哪兩種湧出形式？絕對湧出和相對湧出是如何定義的？
3.礦井沼氣等級是如何劃分的？
4.什麼叫沼氣爆炸？沼氣爆炸應該具備哪些條件？
5.什麼樣濃度的沼氣最容易爆炸？什麼樣濃度的沼氣爆炸最猛烈？
6.沼氣爆炸有哪些危害？
7.如何預防沼氣爆炸？
8.瓦斯突出前一般會出現哪些預兆？
9. 《規程》中沼氣的安全濃度是怎麼規定的？
10.什麼是煤與沼氣突出？防止煤與沼氣突出的措施有哪些？
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