摘要：瓦斯是煤矿主要灾害因素之一，矿井一旦发生瓦斯灾害事故，就会给职工生命安全及矿井财产造成极大的伤害和损失，所以矿井在生产、建设过程中，必须加强瓦斯治理，杜绝瓦斯灾害事故发生。本文主要阐述煤矿瓦斯及其危害，结合矿井实际情况和现场管理经验，浅谈煤矿瓦斯防治措施，提高矿井抗灾能力。
关键词：煤矿瓦斯 瓦斯的危害 瓦斯防治
1、瓦斯性质
瓦斯主要成分是甲烷（CH4），含有少量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）。
瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，扩散性较空气高。瓦斯无毒，但浓度很高时，会引起窒息。
2、瓦斯赋存规律
煤中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态两种。固体表面的吸附作用可以分为物理吸附和化学吸附2种类型，煤对瓦斯的吸附作用是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子间相互吸引的结果，如图1-1所示。在被吸附的瓦斯中，通常以将进入煤体内部的瓦斯称为吸收瓦斯，把附着在煤体表面的瓦斯称为吸着瓦斯，吸收瓦斯和吸着瓦斯统称为吸附瓦斯。在煤层赋存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%~90%，在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数；游离瓦斯量占10%~20%。
在煤体中，吸附瓦斯和游离瓦斯在外界条件不变的条件下处于动态平衡状态，吸附状态的瓦斯分子和游离状态的瓦斯分子处于不断的交换之中；当外界的瓦斯压力或温度发生变化或给予冲击和振荡、影响了分子的能量时，则会破坏其动态平衡，而产生新的平衡状态。
煤是一种多孔介质，煤体吸附瓦斯是煤的一种自然属性，煤体表面吸附瓦斯量的多少，与煤体表面积的大小密切相关，而煤体表面积的大小则和煤体孔隙特征有关。因此，煤体孔隙特征对吸附瓦斯有重要的作用。
3、煤的吸附性对瓦斯的影响因素分析
煤之所以具有吸附性是由于煤结构中分子的不均匀分布和分子作用力的不同所致，这种吸附性的大小主要取决于3个方面的因素，即：一是煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度；二是被吸附物质的性质；三是煤体吸附的环境条件。由于煤对瓦斯的吸附是一种可逆现象，吸附瓦斯所处的环境条件就显得尤为重要。煤中吸附瓦斯量的大小主要取决于煤化变质程度、煤中水分、瓦斯性质、瓦斯压力以及吸附平衡温度等。
（1）瓦斯压力。实验研究表明：在给定的温度下，吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系呈双曲线变化，如图2-2所示，从图中可以看出：随着瓦斯压力的升高煤体吸附瓦斯量增大；当瓦斯压力大于3.0 时，吸附的瓦斯量将趋于定值。
（2）吸附温度。目前的实验研究表明：温度每升高1 ，煤吸附瓦斯的能力将降低约8%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其原因主要是：温度的升高，使瓦斯分子活性增大，故而不易被煤体所吸附；同时，已被吸附的瓦斯分子又易获得动能，会产生脱附现象，使吸附瓦斯量降低。
（3）瓦斯性质。对于指定的煤，在给定的温度与瓦斯压力条件下，煤对二氧化碳的吸附量比甲烷的吸附量高，而对甲烷的吸附量又大于对氮气的吸附量。
（4）煤的变质程度。煤的瓦斯生成量及煤的比表面积和煤的变质程度有关。一般情况下，从中等变质程度的烟煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速增加状态。
（5）煤中水分。水分的增加会使煤的吸附能力降低。
4、瓦斯的危害
4.1 瓦斯窒息
矿井瓦斯涌出量较大，如果通风系统管理不善；通风巷道风流反向、采空区或煤层中高浓度瓦斯涌出；工作人员误入未及时封闭停风的巷道；或由于停风导致瓦斯积聚而未采取相应措施等，都可能导致人员误入，缺氧窒息而亡。
4.2 瓦斯燃烧
煤层瓦斯含量较高，生产过程中瓦斯涌出量较大，通风不能将瓦斯及时稀释并排出，将在局部地点形成瓦斯积聚，一旦接近火源就可能发生瓦斯燃烧，酿成火灾，火灾引起瓦斯爆炸等一系列灾难性事故。
4.3 瓦斯爆炸
瓦斯爆炸发生的条件是瓦斯积聚达到爆炸极限浓度、引爆火源和足够的氧气。井下的照明、爆破火焰、电气火花、摩擦火花等都可能成为引爆火源。在煤矿的生产过程中要完全杜绝这些火花的产生是很困难的。在井下瓦斯超限和局部瓦斯积聚达到爆炸极限浓度时，接近火源都有可能发生瓦斯爆炸，甚至引起煤尘、瓦斯联锁爆炸，造成人员伤亡、财产巨大损失。
5、瓦斯防治措施
5.1 瓦斯抽放
瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术；提高单一低透气性煤层的抽放率；研制钻进能力更强的钻机具；完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术；开发新的瓦斯抽放技术及设备。瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等；抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。目前已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。
5.2 防止瓦斯积聚
在布置采掘工作面时要从通风角度（通风系统、巷道风速等）来考虑并保证通风合理高效。加强通风管理，所以采掘工作面要有足够的风量和适宜的风速，不得发生循环风，减少漏风，局部通风风筒到迎头距离符合作业规程要求，放炮时不得断开风筒。采掘作业地点，要加强瓦斯检查与管理，防止瓦斯积聚，要加强瓦斯检查与监测。
5.3 防止瓦斯引燃
防治瓦斯的重点就是杜绝火源，加强井下电气设备维修与管理，防止电气火花的产生。电气设备的运行，维修工作符合防爆性能的各项技术要求，防爆性能受到损坏的电气设备必须立即处理或更换，杜绝失爆。
严格放炮管理，井下放炮前后，放炮地点附近20米内洒水降尘。严禁放糊炮、明火放炮和一次装药分次放炮。装药和放炮前严格执行瓦斯检查制度，确保工作面风流瓦斯浓度不超过1％。
防止磨擦火花和静电火花的产生，井下各种机械外露的部分和电动机附近由司机分工负责，要经常擦拭或清理机头、机尾及电机等，严禁浮煤埋压，防止传热而引起的煤尘燃烧，皮带机顶底辊转动灵敏，皮带机下不得有浮煤活碴，皮带机开不动或打滑时严禁硬开，防止摩擦着火。液压联轴节使用配套的易熔合金塞，皮带使用不延燃性的，皮带机头机尾备灭火器、沙箱、铁锨及水管等灭火用具，皮带机使用具有四种保护（低速、跑偏、煤位、超温）并每班试验一次以保证灵敏可靠。
瓦斯灾害是煤矿的主要灾害，近年来，经过治理，瓦斯灾害得到了有效控制，但形势依然严峻，其仍然是煤矿安全生产的大敌。治理瓦斯灾害，防范瓦斯事故，始终是煤矿安全和全国安全生产工作的重中之重。只有确保通风系统完善，防突、瓦斯治理措施到位，巷道布置体系合理，才能从根本上解决瓦斯灾害。
论文作者:李爱强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/30
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