馬銀鳳

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的安全意識(shí)得到了不斷的加強(qiáng)。近年來(lái)，煤炭、礦山等企業(yè)由于煤氣泄漏、瓦斯爆炸等造成的傷亡事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響和制約了煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：瓦斯爆炸 引爆參數(shù) 點(diǎn)火能量

1 概述

搞好瓦斯管理和杜絕瓦斯爆炸事故始終是煤礦安全工作的一項(xiàng)重大任務(wù)。為了使礦井工人對(duì)瓦斯爆炸有更深層的了解，進(jìn)而在一定程度上有效預(yù)防瓦斯爆炸，從而提高他們的安全意識(shí)、增強(qiáng)他們對(duì)瓦斯爆炸的直觀認(rèn)識(shí)與了解，本文結(jié)合礦井瓦斯爆炸規(guī)律，對(duì)瓦斯爆炸參數(shù)進(jìn)行了初步研究和分析。

2 瓦斯爆炸產(chǎn)生的危害

2.1 瓦斯的性質(zhì)

瓦斯通常指甲烷，是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（氣溫為0℃、大氣壓為101361.53Pa）下，1m3甲烷的質(zhì)量為0.7168kg，而1m3空氣的質(zhì)量為1.293kg，甲烷比空氣輕，其相對(duì)密度為0.554。甲烷的擴(kuò)散性很強(qiáng)，擴(kuò)散速度是空氣的1.34倍。

甲烷無(wú)毒，但空氣中甲烷濃度的增高會(huì)導(dǎo)致氧氣濃度的降低。當(dāng)空氣中甲烷濃度為43%時(shí)，氧氣濃度降至12%，人會(huì)感到呼吸困難；當(dāng)空氣中甲烷濃度為57%時(shí)，氧氣濃度降至9%，人會(huì)處于昏迷狀態(tài)。甲烷在空氣中達(dá)到一定濃度后，遇到高溫?zé)嵩茨苋紵捅ā?/p>

2.2 產(chǎn)生的危害

在煤礦資源開采過(guò)程中，發(fā)生瓦斯爆炸造成的后果極其嚴(yán)重。瓦斯爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓，通過(guò)氣浪以極大的速度向外沖擊，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的損失，并且對(duì)巷道和設(shè)備器材造成重大的損壞。在瓦斯爆炸的過(guò)程中，掀起的大量煤塵并參與瓦斯爆炸，進(jìn)而在一定程度上增加了破壞的力度，其危害可想而知。

2.2.1 爆炸溫度

根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)研究表明，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)9.5%，遇到明火時(shí)發(fā)生爆炸，爆炸產(chǎn)生的瞬時(shí)溫度，在自由空間內(nèi)高達(dá)1850℃，在封閉的空間甚至達(dá)到2650℃。由于井下巷道屬于半封閉的空間，所以巷道內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸，其爆炸溫度超過(guò)1850℃，在這種高溫的環(huán)境下，瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫會(huì)對(duì)人員和設(shè)備造成重大傷害和損失，甚至引發(fā)井下火災(zāi)，擴(kuò)大火情等災(zāi)害。

2.2.2 爆炸壓力

礦井內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫，使得巷道內(nèi)的氣體在短時(shí)間內(nèi)急劇膨脹，并且在連續(xù)爆炸以及爆炸產(chǎn)生的沖擊波相互疊加的作用下，巷道內(nèi)的壓力驟然增大，爆炸產(chǎn)生的沖擊壓力會(huì)不斷增加。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)定，瓦斯爆炸產(chǎn)生的壓力約是爆炸前的10倍，在高溫高壓的作用下，爆炸源處的氣體以極高的速度向前沖擊。

2.2.3 有毒有害氣體

瓦斯爆炸后，將產(chǎn)生大量有毒有害氣體。根據(jù)研究分析，瓦斯爆炸后巷道內(nèi)氣體的主要成份為：氧氣（O2）6%～10%、氮?dú)猓∟2）82%～88%、二氧化碳（CO2）4%～8%、一氧化碳（CO）2%～4%。爆炸后生成大量的一氧化碳是造成人員傷亡的重要原因。如果瓦斯爆炸時(shí)掀起煤塵，并且煤塵參與爆炸，那么產(chǎn)生的一氧化碳會(huì)更多、其濃度會(huì)更大，造成的危害更嚴(yán)重。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在瓦斯、煤塵爆炸事故中，因一氧化碳中毒而死亡的人數(shù)占總死亡人數(shù)的70%以上。按照《規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，入井人員要配備自救器。

3 瓦斯爆炸的原因分析

3.1 瓦斯?jié)舛鹊挠绊?/p>

當(dāng)瓦斯達(dá)到一定的濃度，在遇到火源的情況下才有可能發(fā)生瓦斯爆炸。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，即使瓦斯遇火源也不發(fā)生爆炸，因?yàn)橥咚節(jié)舛葍H夠維持燃燒，因此，在火源的外圍只發(fā)生燃燒現(xiàn)象；當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)16%時(shí)，瓦斯遇火源爆炸和燃燒均不發(fā)生，因?yàn)樵诟邼舛鹊耐咚弓h(huán)境中，缺少助燃的空氣或氧氣，其氧化反應(yīng)不會(huì)發(fā)生，進(jìn)而燃燒和爆炸現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)注入新鮮空氣時(shí)，在接觸面發(fā)生燃燒現(xiàn)象。根據(jù)氧化反應(yīng)可知，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗^(guò)低時(shí)，瓦斯燃燒不足以發(fā)展成鏈鎖反應(yīng)構(gòu)成爆炸；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)，其助燃作用的氧濃度不夠，氧化反應(yīng)難以持續(xù)，所以不會(huì)發(fā)生爆炸。

3.1.1 確定瓦斯爆炸的界限

所謂瓦斯爆炸的界限就是可燃?xì)怏w與空氣（氧氣）混合后，在火源的作用下發(fā)生爆炸現(xiàn)象的可燃?xì)怏w的濃度，也就是混合氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，爆炸現(xiàn)象會(huì)逐步蔓延。此時(shí)，產(chǎn)生爆炸的可燃?xì)怏w的最低濃度稱為爆炸下限；最高濃度稱為爆炸上限。為了有效地預(yù)防瓦斯爆炸，研究分析瓦斯?jié)舛戎陵P(guān)重要，通過(guò)理論研究分析以及實(shí)踐證明，在常溫常壓環(huán)境下，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5%—6%，當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪迺r(shí)，瓦斯遇火源也不會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象，只在火源的外圍發(fā)生燃燒現(xiàn)象；瓦斯在空氣中的爆炸上限為14%-16%，瓦斯?jié)舛雀哂诒ㄉ舷迺r(shí)，瓦斯在混合氣體內(nèi)也不會(huì)發(fā)生爆炸或燃燒現(xiàn)象。

3.1.2 瓦斯爆炸極限的影響因素

影響瓦斯爆炸界限受很多因素的影響，以下從幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

①溫度對(duì)爆炸界限的影響

甲烷的爆炸界限與環(huán)境溫度的關(guān)系如表1所示。

由表可知，隨著溫度的升高，甲烷爆炸下限下降、上限升高，即爆炸范圍擴(kuò)大。

②氣壓對(duì)爆炸界限的影響

爆炸時(shí)環(huán)境氣壓對(duì)甲烷的爆炸界限也有影響，如表2所示：

由表可知，隨著環(huán)境壓力的升高，甲烷爆炸下限變動(dòng)很小而上限上升很大，這個(gè)規(guī)律同樣適用于烴類氣體。

③煤塵的影響

空氣中的煤塵，在一定程度上會(huì)降低甲烷的爆炸下限。因?yàn)槊簤m本身具有爆炸性，而且在高溫條件下，煤塵會(huì)干餾出可燃?xì)怏w，進(jìn)而使甲烷爆炸下限下降。

④其它可燃其他存在的影響

在瓦斯和空氣的混合氣體中，如果硫化氫、乙烷等可燃性氣體混入，由于這些氣體有爆炸性，增加了爆炸氣體的總濃度，而且會(huì)使瓦斯爆炸下限降低，從而擴(kuò)大了瓦斯爆炸的界限。表3為常見(jiàn)的幾種可燃?xì)怏w的爆炸界限。

⑤惰性氣體的混入

瓦斯和空氣的混合氣體中，混入惰性氣體將使氧氣的含量降低，可以縮小瓦斯的爆炸界限，降低瓦斯爆炸的危害性。

3.2 氧氣濃度

氧濃度是構(gòu)成瓦斯爆炸的三要素之一，對(duì)混合氣中氧含量的研究具有十分重要的意義。由于我們所參考的瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)裝置的缺陷，無(wú)法直接調(diào)節(jié)氧氣濃度。為實(shí)現(xiàn)氧氣濃度對(duì)瓦斯爆炸影響實(shí)驗(yàn)，本文是通過(guò)增加巷道內(nèi)的氮?dú)鈦?lái)降低氧氣濃度。

3.2.1 氧濃度對(duì)瓦斯爆炸的影響

①氧濃度對(duì)爆炸的影響

常溫常壓下，瓦斯爆炸濃度與氧濃度有關(guān)，如圖1所示為柯瓦德爆炸三角形，前人試驗(yàn)表明，瓦斯爆炸下限緩慢地增高，如圖1中的BE線表示，爆炸上限則迅速上升，如圖1中的CE線表示。當(dāng)氧濃度低于12%時(shí)，混合氣體就失去爆炸性。

爆炸三角形對(duì)火區(qū)封閉或啟封時(shí)，以及惰性氣體滅火時(shí)判斷有無(wú)瓦斯爆炸危險(xiǎn)，有一定的參考意義。

②失爆氧濃度

爆炸臨界點(diǎn)處的氧濃度稱為失爆氧濃度，如果混合氣體中氧濃度低于比值，則混合氣體因缺氧而失去爆炸性；反之，因富氧為爆炸提供了條件。

3.2.2 氧濃度對(duì)瓦斯爆炸影響的測(cè)定

由于本文參考的瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)裝置不夠完善，無(wú)法直接調(diào)節(jié)氧濃度來(lái)做氧濃度對(duì)瓦斯爆炸的影響，本文是通過(guò)注氮?dú)獾霓k法來(lái)調(diào)節(jié)混合氣體中氧含量。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析可看出在瓦斯?jié)舛群忘c(diǎn)火能量一定時(shí)，氧氣濃度影響瓦斯爆炸，當(dāng)氧氣濃度富裕時(shí)，瓦斯就不會(huì)爆炸；當(dāng)氧氣濃度很低時(shí)瓦斯也不發(fā)生；只有氧氣濃度和瓦斯?jié)舛仍谝欢ū壤秶鷥?nèi)時(shí)，瓦斯才會(huì)發(fā)生爆炸。同時(shí)也表示出當(dāng)氧濃度降低時(shí)爆炸壓力也明顯減小，且溫度逐漸升高，失爆氧濃度約為12%。

3.3 點(diǎn)火能量對(duì)瓦斯爆炸影響

3.3.1 點(diǎn)火能量對(duì)瓦斯爆炸的影響

①最小點(diǎn)燃能量

最小點(diǎn)燃能量是可燃?xì)怏w的重要安全技術(shù)參數(shù)之一。它不僅與可燃性氣體組分種類有關(guān)，而且也隨著可燃?xì)怏w的濃度而變化。在爆炸上、下限附近，需要的點(diǎn)燃能量最大；在化學(xué)當(dāng)量濃度（可燃?xì)怏w與空氣中的氧正好燃盡時(shí)的可燃?xì)怏w的濃度）時(shí)，需要的點(diǎn)燃能量最小，即最容易點(diǎn)燃。瓦斯空氣混合氣體的最低點(diǎn)燃能量為0.28MJ。

②點(diǎn)燃能量對(duì)爆炸的影響

爆炸范圍隨著點(diǎn)火源向鄰近混合氣體層傳輸能量的增大而變寬，如表4所示：

3.3.2 點(diǎn)火能量的測(cè)定

點(diǎn)火系統(tǒng)有脈沖發(fā)生器、電壓轉(zhuǎn)換器以及顯示器組成，其檢測(cè)方框圖如圖2所示：

根據(jù)瓦斯爆炸所需最低點(diǎn)火能量為0.28MJ，模擬井下電火花自制了點(diǎn)火器，它能在一定的電壓下?lián)舸┛諝庑纬呻娀鸹āｋ妷罕頌橹悄蹾B404型。HB404智能電壓表的主要技術(shù)參數(shù)有直流電壓測(cè)量精度：±（0.8%+3d）；交流電壓測(cè)量精度：±（1.0%+5d）；響應(yīng)頻率：40～400Hz；交流電壓顯示范圍：0～9999；工作電源：AC22～260V（DC22～360V）/4W；繼電器觸點(diǎn)壽命：105次；變送輸出精度：±（0.8%+3d）12位。電壓轉(zhuǎn)換是將低電壓轉(zhuǎn)換成高電壓，直流電轉(zhuǎn)換成交流電。

由于本文參考的瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)裝置不夠完善，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在正常大氣壓下測(cè)出瓦斯爆炸所需的最小點(diǎn)火能量，但能做點(diǎn)火能量對(duì)瓦斯爆炸的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明點(diǎn)火能量越大，爆炸范圍也就越寬，其發(fā)生瓦斯爆炸的可能性就越大。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文是通過(guò)對(duì)瓦斯爆炸的爆炸極限和溫度、點(diǎn)火能量來(lái)控制點(diǎn)火能量的大小等研究分析瓦斯爆炸規(guī)律，進(jìn)而掌握瓦斯爆炸的工作原理，達(dá)到掌握并利用所學(xué)安全知識(shí)的目的。

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