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采空区瓦斯爆炸（燃烧）点火源的确定

在阳城、沁水两县发生的60起瓦斯爆炸（燃烧）事故中，除北

庄矿车场发生的一次瓦斯爆炸初步界定为煤炭自燃外，有26起采空

区瓦斯爆炸（燃烧）的点火源均排除了明火、炮火、雷管火、电火花、

高温表面和热辐射等因素，事故处理时虽初步认为顶板冒落过程中互

相撞击摩擦火花可能是引燃瓦斯的火源，但均没没有理论及实验作为

依据，为了查证引起采空区瓦斯爆炸（燃烧）的点火源，拟从下面3

个方面进行实验研究：一是采空区护顶煤自燃引燃引爆采空区瓦斯的

可能性；二是采空区顶板垮落岩石之间相互撞击引燃引爆瓦斯的可能

性；三是采空区顶板垮落过程中岩石间相互摩擦引燃引爆采空区瓦斯

的可能性。

1采空区护顶煤自燃引燃引爆采空区瓦斯的可能性。

如果煤本身具有自燃性，煤与空气接触，氧化会产生热量，若散

热条件不良，热量积蓄到一定程度便会引起煤炭自燃，从而引发采空

区瓦斯爆炸（燃烧）事故。此类事故多发生在有大量遗煤的采空区、

出现裂隙的煤柱和巷道冒高处。众所周知，影响煤自燃的内在因素有

煤的物理、化学性质、变质程度和煤岩成份。其中煤的化学成分和变

质程度对煤的自燃起着主导作用。各种牌号的煤化学成分不同，自燃

性质也不同：褐煤比烟煤易自燃，而烟煤中又以炭化变质程度最低的

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长焰煤和气煤的自燃性最强；炭化变质程度高的贫煤和无烟煤自燃性

较小。由此可见，煤炭的自燃性是随着煤的变质程度的增高而降低。

同一牌号的煤含硫化物较高时，因吸氧性较强，则易于自燃。影响煤

自燃的外在因素主要是指煤层地质条件及矿山开采技术条件，这两个

因素决定了煤接触空气量的多少以及煤和外界的热交换条件。

本次实验在阳城、沁水两县7个矿井共采集煤样8组，分别测定

煤自燃倾向性及原煤含硫量和含磷量，测定结果见表1。

表1煤自燃倾向性鉴定结果

编号3顶板垮落岩石相互摩擦引燃引爆采空区瓦斯分析

众所周知，两固体之间发生摩擦时，接触表面会产生温升现象。

采空区顶板垮落过程中岩石之间会发生剧烈摩擦，岩石的摩擦面会在

很短的时间内升至很高的温度，一部分熔融的烁热岩石粒子被抛射形

成丰富的火花流，一部分遗留在岩石接触面形成热表面，即潜在的点

火源。

为了确定引起采空区瓦斯爆炸（燃烧）的火源来源，在沁河及芦

苇河流域发生过采空区瓦斯爆炸（燃烧）的矿井及邻近矿井义城

煤矿、屯城煤矿、永红煤矿、加丰煤矿4个矿井，利用钻机及其附属

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设备向3#煤层顶板打钻，采集顶板岩芯共计50余m，作为实验岩样

用切割机、磨片机将岩样加工成一定直径的岩棒及圆锥形状的岩块，

然后放在实验装置上进行模拟实验。

3.1实验装置及方法

为项目研究而专门设计、加工了岩样摩擦实验装置，该装置主要

由爆炸槽、岩棒旋转装置推进及加力装置3部分构成，是利用电机带

动岩棒旋转，并使之和一横向推进的加力岩块接触摩擦进行岩石摩擦

实验。实验用气体由浓度为99.99％的高纯CH4与爆炸槽内空气混合

而成，混合气体中CH4浓度根据需要在5.5％～14％之间调节。