4 瓦斯危及隧道瓦斯防治.doc

4 瓦斯危害及隧道瓦斯防治 4.1 瓦斯危害概述 4.1.1 瓦斯的性质 瓦斯是指以甲烷CH4为主的有毒、有害气体的总称。瓦斯是各种气体的混合物，其成分是很复杂的，它含有甲烷、二氧化碳、氮和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等，但主要成分是甲烷。 甲烷（CH4）是一种无色、无味、无嗅的气体。在标准状态(温度为0℃、大气压为101.3kPa)下，瓦斯密度为0.716kg/m3 (空气密度为1.29kg/m3 ) 。瓦斯由于含有其它气体而具有特殊的气味。由于瓦斯较轻，故常积聚在隧道的顶部、断面变化处、隧道塌腔内、模板台车等处。 4.1.2 瓦斯的危害 ⑴瓦斯窒息 甲烷本身虽然无毒，但空气中的甲烷浓度较高时，就会相对降低空气中的氧气浓度。氧气浓度相对减少，使人窒息死亡。当空气中甲烷浓度升高，氧气量降到17%，使感到呼吸困难，氧含量降到12%以下时，使人窒息死亡。 因此，凡隧道内通风不良的地区，都必须及时封闭或设置栅栏，并悬挂“禁止入内”的警标，严防人员入内。 ⑵瓦斯燃烧和爆炸 当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦形成灾害事故，就会造成大量作业人员的伤亡，严重影响隧道的安全生产，瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道事故中最严重的事故。 4.1.3 瓦斯爆炸的危害 瓦斯爆炸的主要危害是产生高温焰面，冲击波和有害气体。 焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度快、温度高。从正常的燃烧速度（1~2.5 m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s），焰面温度可高达2150℃~2650℃。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾，扩大灾情。 冲击波锋面压力由几个大气压到20个大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100个大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡、设备和通风设施损坏、隧道垮塌。 瓦斯爆炸后生成大量有害气体。据分析，瓦斯爆炸后的气体成分为：O2为6%-10%、N2为82%-88%、CO2为4%-8%、CO为2%-4%。因此，《煤矿安全规程》规定，进入高瓦斯隧道人员必须配戴自救器。 4.1.4 瓦斯爆炸的条件 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，三者缺一不可。 ⑴瓦斯浓度 瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸的界限为5%-16%，5%为爆炸下限，16%为爆炸上限。 当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反应）；瓦斯浓度在16%以上时，失去爆炸性，但在空气中火仍会燃烧。 ⑵引火温度 瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为是650℃~750℃，但受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7%~8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引火温度降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。 瓦斯与高温热源接触时，并不立即燃烧、爆炸，而是要经过一个很短的时间间隔，我们称此现象为火延迟性，间隔的这段时间称感应期。感应期的长短与甲烷浓度、火源温度、火源性质、混合气体压力有关。火源温度升高，感应期迅速下降；瓦斯浓度增加，感应期略有增加。 瓦斯爆炸的感应期对安全生产意义很大。例如，使用安全炸药爆破时，其初温达2000℃左右，但高温存在的时间只有千分之几秒，小于瓦斯爆炸的感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药质量不合格，炮泥充填不紧或放炮不正规（如放明炮、糊炮等），就会延长高温存在时间，造成瓦斯爆炸事故。为了安全瓦斯隧道内的设备，必须采用安全隔爆器。 ⑶氧的浓度 当氧在混合气体中的浓度低于12%时，混合气体中的瓦斯失去爆炸性。正确认识氧的含量对瓦斯爆炸的作用，对密封或启封火灾区及时封闭火区时，判断火区内有无瓦斯爆炸性等均有指导意义。 防止瓦斯爆炸措施主要包括三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯引燃、防止瓦斯事故扩大。 4.1.5 影响瓦斯爆炸的主要因素 影响瓦斯爆炸的因素很多、很复杂，其主要因素有以下各种因素。 ⑴可燃性气体的混入。当瓦斯和空气的混合气体中混入可燃性气体时，由于这些气体(如氢、硫化氢、乙烷、一氧化碳等)本身具有爆炸性，不仅增加了爆炸气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸下限降低，从而扩大了瓦斯爆炸的界限。因此，隧道发生火灾或产生有其他可燃性气体时，即使平时瓦斯涌出量不大的隧道，也可能发生瓦斯爆炸，应特别引起注意。 ⑵爆炸性煤尘的混入。在瓦斯和空气的混合气体中，如果混入有爆炸性煤尘时，由于煤尘本身遇到火源能够放出可燃性气体，因此能使瓦斯爆炸下限降低。当空气中煤尘含量为5g/m3时，瓦斯爆炸下限降到3%；煤尘含量为8g/m3时，瓦斯爆炸下限降到2.5%。当沉积煤尘被爆风吹起时，达到这样高的