瓦斯是怎么形成的？

【專家解說】：(1)瓦斯?jié)舛? 　　瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5％～16％ 　　當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?％時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?．5％時(shí)，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛仍?6％以上時(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。 　　瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。 (2)引火溫度 　　 　　瓦斯的引火溫度，即點(diǎn)燃瓦斯的最低溫度。一般認(rèn)為，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當(dāng)瓦斯含量在7％一8％時(shí)，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時(shí)，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，越易引燃瓦斯。 　　高溫火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業(yè)等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業(yè)，必須嚴(yán)格遵照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。 　　(3)氧的濃度 　　實(shí)踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當(dāng)氧氣濃度減少到12％以下時(shí)，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質(zhì)對(duì)井下密閉的火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內(nèi)往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會(huì)發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度達(dá)到12％以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對(duì)火區(qū)應(yīng)嚴(yán)加管理，在啟封火區(qū)時(shí)更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。 瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設(shè)施，揚(yáng)起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。 然而更厲害的是煤塵爆炸 1．煤塵爆炸的機(jī)理 煤塵爆炸是在高溫或一定點(diǎn)火能的熱源作用下，空乞中氧氣與煤塵急劇氧氣的反應(yīng)過程，是一種非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一般認(rèn)為其爆炸機(jī)理及過程如下： （1）煤本身是可燃物質(zhì)，當(dāng)它以粉末狀態(tài)存在時(shí)，總表面積顯著增加，吸氧和被氧人化的能力大大增可，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開； （2）當(dāng)溫度達(dá)到300~400℃時(shí)，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強(qiáng)，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1%左右的其他碳?xì)浠衔铮? （3）形成的可燃?xì)怏w與空氣混合的高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心，當(dāng)活化中心的能量達(dá)到一定程度后，鏈反應(yīng)過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃； （4）閃燃所形成的熱量的傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應(yīng)，導(dǎo)致燃過程急劇地循環(huán)進(jìn)生，當(dāng)燃燒不斷加劇使火焰速度達(dá)到每秒數(shù)百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā? 2．煤塵爆炸的特征 （1）形成高溫、高壓、沖擊波 煤塵爆炸火焰溫度為1600~1900℃，爆源的溫度達(dá)到2000℃以上，這是煤塵爆炸得以自動(dòng)傳播的條件之一。 在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736KPa，但爆炸壓力隨著離開爆源距離的延長(zhǎng)而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進(jìn)一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時(shí)，后一欠爆炸的理論壓力將是前一次的5~7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達(dá)1120m/s，沖擊波速度為2340m/s。 （2）煤塵爆炸具有連續(xù)性 由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚(yáng)起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導(dǎo)致新的爆炸，有時(shí)可如此反復(fù)多次，形成連續(xù)爆炸，這是煤塵爆炸的重要特征。 （3）煤塵爆炸的感應(yīng)期 煤塵爆炸也有一個(gè)感應(yīng)期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃?xì)怏w形成爆炸所需的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)，煤塵爆炸的感應(yīng)期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40%~280ms，揮發(fā)分越高，感應(yīng)期越短。 （4）揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時(shí)，參與反應(yīng)的揮發(fā)分約占煤塵揮分含量的40%~70%，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。對(duì)于氣煤、肥煤、焦煤等粘結(jié)性煤的煤塵，一旦發(fā)生爆炸，一部分煤塵會(huì)被焦化，粘結(jié)在一起，沉積于支架的巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物——焦炭皮渣或粘塊，統(tǒng)稱“粘焦”“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時(shí)是否有煤塵參與的重要標(biāo)志。 （5）產(chǎn)生大量的CO 煤塵爆炸時(shí)產(chǎn)生的CO，在災(zāi)區(qū)氣體中濃度可達(dá)2%~3%，甚至高達(dá)到8%左右，爆炸事故中受害者的大多數(shù)（70%~80%）是由于CO中毒造成的。 二、煤塵爆炸的條件 煤塵爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件，煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮于空氣中，并達(dá)到一下的濃度；存在能引燃煤法爆炸的高溫?zé)嵩础? 1．煤塵的爆炸性 煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險(xiǎn)性必須經(jīng)過試驗(yàn)確定。 2．懸浮煤塵的濃度 井下空氣中只有懸浮的煤塵達(dá)到一定濃度時(shí)，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會(huì)發(fā)生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及度試驗(yàn)條件等有關(guān)。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30~50g/m3，上限濃度為1000~2000g/m3。其中爆炸力最強(qiáng)的濃度范圍為300~500g/m3。 一般情況下，浮游煤塵達(dá)到爆炸下限濃度的情況是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震動(dòng)沖擊都能使大量落塵飛揚(yáng)，在短時(shí)間內(nèi)使浮塵量增加，達(dá)到爆炸濃度。因此，確定煤塵爆炸濃度時(shí)，必須考慮落塵這一因素。 3．引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩? 煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵性持、濃度及試驗(yàn)條件的不同而變化。我國(guó)煤塵爆炸的引燃溫度在610~1050℃之間，一般為700~800℃。煤塵爆炸的最小點(diǎn)火能為4.5~40mJ。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達(dá)到，如爆破火焰、電氣火花、機(jī)械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災(zāi)等。根據(jù)20世紀(jì)80年代的統(tǒng)計(jì)資料，由于放炮和機(jī)電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數(shù)的45%和35%。 三、影響煤塵爆炸的因素 1．煤的揮發(fā)分 煤塵爆炸的主要是在塵粒分解的可燃?xì)怏w（揮發(fā)分）中進(jìn)行的，因此煤的揮發(fā)分?jǐn)?shù)量的和質(zhì)量是影響塵爆炸的最重要因素。一般說來，煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強(qiáng)，即煤化作用程度低的煤，其煤塵爆炸性強(qiáng)，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。 2．煤的灰分和水分 煤內(nèi)有灰分是不燃性物質(zhì)，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應(yīng)，降低煤塵的爆炸性。煤的灰分對(duì)爆炸性的影響還與揮分含量的多少有關(guān)，揮發(fā)分小于15%的煤塵，灰分的影響比較顯著，大于15%時(shí)，天然灰分對(duì)為塵的爆炸幾乎沒有影響。水分能降低煤塵的爆炸性，因?yàn)樗奈鼰崮芰Υ?，能促使?xì)微塵粒聚結(jié)為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時(shí)還能降低落塵的飛揚(yáng)能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤塵爆炸性的作用不顯著，只有人為地?fù)饺牖曳郑ㄈ鰩r粉）或水分（灑水）才能防止煤塵的爆炸。 3．煤塵粒度 粒度對(duì)爆炸性的影響極大。粒徑1mm以下我煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險(xiǎn)性隨粒度的減小而迅速增加，75μm以下的煤塵特別是30~75μm的煤塵爆炸性最強(qiáng)，因?yàn)閱挝毁|(zhì)量煤塵位質(zhì)量煤塵的粒度越小，總表面積及表面能越大，粒徑小于10μm后，煤塵爆炸性增強(qiáng)的趨勢(shì)變得平緩。煤塵粒度對(duì)爆炸壓力也有明顯的影響。煤炭科學(xué)研究院重慶分院的試驗(yàn)。結(jié)果表明：在同一煤種不同粒度條件下，爆炸壓力隨粒度的減小而增高，爆炸范圍也隨之?dāng)U大，即爆炸性增強(qiáng)，粒度不同的煤塵引燃溫度煤塵燃溫度也不相同。煤塵粒度越小，所需引燃溫度越低，且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇臁? 4．空氣中的瓦斯?jié)舛? 瓦斯參與使煤塵爆炸下限降低。 隨著瓦斯?jié)舛鹊脑龈?，煤塵爆炸濃度下限急劇下降，這一點(diǎn)在有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井應(yīng)引起高度重視。一方面，煤塵爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的；另一方面，有煤塵參與時(shí)，小規(guī)模的瓦斯爆炸可能演變?yōu)榇笠?guī)模的爆塵瓦斯爆炸事故，造成嚴(yán)重的后果。 5．空氣中氧的含量 空氣中氧的含量高時(shí)，點(diǎn)燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時(shí)，點(diǎn)燃煤塵云困難，當(dāng)氧含量低于17%時(shí)，煤塵就不再爆炸。煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力低。 6．引爆熱源 點(diǎn)燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個(gè)達(dá)到或超過最低點(diǎn)燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點(diǎn)燃?jí)m云。而且爆塵初爆的強(qiáng)度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點(diǎn)燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強(qiáng)度也越小。