瓦斯的主要成分是什么(瓦斯危害及隧道瓦斯防治)

瓦斯的主要成分是什么
一、瓦斯危害概述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。
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。
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 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。
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，达到这样高的煤尘含量是很容易的，因此，作好防尘工作对防止瓦斯爆炸有着十分重要的意义。
⑶惰性气体的混入。在瓦斯和空气的混合气体中，混入惰性气体(如二氧化碳、氮气、卤族元素等)将使氧气浓度减少，可以缩小瓦斯爆炸界限，降低瓦斯爆炸危险性。二氧化碳还能降低瓦斯爆炸压力和延迟爆炸时间。当二氧化碳增加到25.5% 时，无论瓦斯浓度有多大，都不会发生爆炸。
⑷混合气体的初始温度(即爆炸发生前混合气体的温度)。试验表明，初始温度越高，瓦斯爆炸界限就越大。当初始温度为20℃时，瓦斯爆炸界限为6.0%～13.4%；初始温度为700℃时，爆炸界限为3.25%～18.75%。因此，发生火灾或爆炸时，高温会使原来并未达到爆炸浓度的瓦斯发生爆炸，这一点在救灾时应特别注意。
⑸瓦斯浓度与引火温度。不同的瓦斯浓度，所需的引火温度(引起爆炸的最低温度)也不同。一般说来，当瓦斯浓度为7%～8%时，其引火温度最低，就是说，瓦斯最容易引爆的浓度是7%～8%；高于或低于这个浓度，所需引火温度都较高。
⑹混合气体的压力。压力越大，所需引火温度越低。当混合气体瞬间被压缩到原来体积的1/20时，由于混合气体被压缩而自身产生的热量就能使其自行爆炸。煤矿生产中的放炮作业，能造成很大的气体压力，从而大大降低了引火温度，就比较容易发生瓦斯爆炸事故。
6 瓦斯隧道的分类瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。
瓦斯工区为地层含有瓦斯的隧道施工区段，瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。低瓦斯工区和高瓦斯工区按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区；大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。
瓦斯隧道只要有一处发现有突出危险，该处所在工区即为瓦斯突出危险工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列指标：
瓦斯压力P≥0.74Mpa；
瓦斯放散初速度ΔP≥10。
7 瓦斯爆炸的致因⑴瓦斯积聚
瓦斯积聚是指体积超过0.5m3时的空间瓦斯浓度超过2％的现象。局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，积聚原因主要有以下几个方面：
①通风系统不合理、供风距离过长、工作面瓦斯涌出量过大而又没有采取抽放措施、通风路线不畅通等，都容易造成工作面风量供给不足。
②正常生产时期，隧道内的通风设施被随意改变其状态。
③局部通风机停止运转可能使掘进工作面很快达到瓦斯爆炸的界限。
④对封闭的区域或停工一段时间的工作面恢复通风，未制定专门的排放瓦斯措施。
⑤当掘进工作面推进到地质构造异常区域时。
⑥气压发生变化顶时。
⑦隧道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。
⑵瓦斯爆炸的点火源
隧道内的明火、电弧、电火花、赤热的金属表面以及撞击和摩擦火花，都能点燃瓦斯。岩石悬顶冒落时产生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃烧或爆炸。原苏联的研究认为，岩石脆性破裂时，它的裂隙内可以产生高压电场（达108V/cm ），电场内电荷流动，也能导致瓦斯燃烧。
二、瓦斯爆炸的防治措施1 瓦斯及有害气体防治措施概述⑴瓦斯隧道施工的风险主要是瓦斯的燃烧和爆炸给财产和人身安全带来很大的损失。防治瓦斯的关键是瓦斯探测、瓦斯监测、施工通风降低瓦斯浓度、采用防爆的电器设备和机械设备控制火源以及严格各项管理制度。
⑵防止瓦斯爆炸，采取的主要措施：一是防止瓦斯积聚，不允许采掘空间出现瓦斯浓度超限，实际工作中采用加强通风防止瓦斯积聚；二是防止瓦斯被引燃，主要采取防爆用电设备，加强用火制度管理，杜绝明火；三是建立应急原防止瓦斯爆炸事故发生和扩大。四是加强瓦斯检测，采用自动和人工两套系统，当检测出瓦斯浓度超过规定值后采取必要的措施，确保瓦斯浓度不超标。
⑶瓦斯积聚的部位主要为隧道拱顶、开挖凹凸处、隧道塌腔、隧道施工断面变化处、衬砌施工端头、模板台车施工前后、隧道洞室、及会车道、横通道处、通风死角、大型机械经常停留处。防止隧道坍塌、加强通风是防止瓦斯聚集的主要措施，在有瓦斯涌出的地段，采用排放孔超前抽排瓦斯，也是防止瓦斯突然涌出而聚集的有效措施。
⑷严格按照瓦斯及有害气体监测设计配置监测仪器，按照检测标准和程序实施，确保瓦斯及其它有害气体不超标。
2 防止瓦斯积聚的技术措施⑴按照《煤矿安全规程》的要求做好通风工作：瓦斯隧道通风必须采用机械通风。所有没有封闭的横通道道、掘进工作面和硐室必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速，使瓦斯不能达到积聚的条件。每个掘进工作面必须有合理的进、回风路线，避免形成串连通风。掘进工作面供风最容易出现安全问题，特别是在更换、检修局部通风机或通风机停运时，必须加强管理。
对高瓦斯隧道，为防止局部通风机停风造成的危险，必须使用“三专两闭锁”，局部通风机要挂牌制定专人管理，严格禁止非专门人员操作局部通风机和随意开停通风机。
⑵及时处理局部聚积的瓦斯
隧道拱顶瓦斯聚积的处理：顶板附近瓦斯层状积聚的处理方法是加大隧道内风流速度。拱顶冒落空洞内积存瓦斯处理采取引风吹散法。对于瓦斯涌出量大的掘进工作面，应优先采用长距离大孔径预抽预排瓦斯方法。
3 防止点火源的出现⑴加强管理，提高防火意识
提高工人和工程技术人员的素质，加强其防火、防爆意识，是做好杜绝瓦斯点火源在隧道内出现的基础。因此，大力宣传瓦斯隧道的防火、防爆知识，贯彻执行有关规定，发现隐患和违章就严格处理，对防止点火源的出现有重要的意义。
⑵防止放炮火源
爆破必须使用符合《 煤矿安全规程》 规定的安全炸药；有爆破作业的工作面必须严格执行“一炮三检”的瓦斯检查制度，保证放炮前后的瓦斯浓度在规定的界限内；禁止使用明接头或裸露的放炮母线；炮眼的深度、位置、装药量要符合该工作面作业规程的要求，炮眼充填要填满、填实，严禁使用可燃性物质代替炮泥充填炮眼，要坚持使用水炮泥；禁止放明炮、糊炮。
⑶防止电气火源和静电火源
为防止静电火花，瓦斯隧道内使用的高分子材料，如塑料、橡胶、树脂制品等，其表面电阻应低于其安全限定值。洒水、排水用塑料管外壁表面电阻应小于1×109Ω , 压风管、喷浆管的表面电阻应小于1×108Ω。消除隧道内杂散电流产生的火源首先应普查隧道内杂散电流的分布，针对产生的原因采取有效措施，防治杂散电流。
⑷防止摩擦和撞击点火
随着隧道机械化程度的日益提高，机械摩擦、冲击引燃瓦斯的危险性也相应增加。防止摩擦和撞击火花的主要措施有：在摩擦发热的装置上安设过热保护装置和温度检测报警断电装置；在摩擦部件的金属表面，附着活性低的金属，使其形成的摩擦火花难以引燃瓦斯；并在摩擦部件的合金表面涂上苯乙烯醇酸，以防止摩擦火花的产生。工作面遇坚硬夹石或硫化铁夹层时，不能强行截割，应放松动炮或弱化处理。定期检查截齿和其后的喷水装置，保证其正常运行。
⑸防止明火点燃
严禁携带烟草、点火物品，严禁携带易燃物品进入隧道；必须带入隧道内的易燃物品要经过分工区副经理的批准，并指定专人负责。严禁在隧道洞口周围20 m范围内使用明火、吸烟或用火炉取暖。不得在隧道内和隧道洞口20m范围内从事电气焊作业。严禁在隧道内存放汽油、煤油、变压器油等，隧道内使用的棉纱、布头、润滑油等必须放在有盖的铁桶内，严禁乱扔乱放或抛在隧道内。
⑹防止其它火源
隧道火源的出现具有突然性。在工作场所，由于机械作业和金属材料的大量使用，很多情况下撞击、摩擦等火源难以避免，这些地点的通风工作就显得更为重要。但是，对灾害区域、封闭的瓦斯积聚区域，必须采取措施防止点火源的出现。此外，地面的闪电或其它突发的电流也可能通过隧道管道进入这些可能爆炸的区域而引燃瓦斯。因此，应当截断通向这些区域的铁轨、金属管道等。
4 加强瓦斯的检查和监测⑴隧道内各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施
《煤矿安全规程》明确规定各处允许瓦斯浓度的限值及超限时应采取的措施，详见表1 。
表1 瓦斯隧道内各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施
地 点
允许瓦斯浓度（%）
超过允许浓度时必须采取的措施
总回风
≤0.75
项目总工程师立即调查原因、进行处理并报告局总工程师
工作面回风流
≤1
停止作业，由项目总工程师负责采取有效措施进行处理
工作面风流中
＜1
停止电钻打眼，采取措施
＜1.5
停止工作、切断电源，进行处理
工作面个别地点
＜2
立即进行处理，附近20m内停止进行其它工作
使用机械掘进的工作面
局部积聚＜2
附近20m内必须停止机器运转，并切断电源进行处理，只有瓦斯浓度降到1 ％以下时，才允许开动机器
放炮地点附近20m以内风流中
＜1
禁止放炮
电动机附近20m以内的风流中
＜1.5
必须停止设备运转、切断电源进行处理，只有在瓦斯浓度降到1 ％以下，才允许开动机器
⑵《煤矿安全规程》关于瓦斯检查的制度要求
①掘进工作面的瓦斯浓度检查次数：每班至少检查3 次。
②掘进工作面CO2 浓度每班至少应检查两次；可能涌出或积聚瓦斯或CO2的硐室和巷道的瓦斯或CO2应每班至少检查一次。
③停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查一次。
④在爆破过程中，严格执行“一炮三检制”，爆破工、班（组）长、瓦斯检查员每次检测瓦斯的结果都要互相核对，并且每次都以3 人中检测所得最大瓦斯浓度值作为检测结果和处理依据。
⑤瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。
⑥安全管理部门的值班人员，必须审阅瓦斯检查班报表，掌握瓦斯变化情况，发现问题及时处理，并向项目经理部汇报。
⑶《煤矿安全规程》对瓦斯检查仪器、仪表的要求
安全监测所使用的仪器、仪表必须定期进行调试、校正，每月至少一次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用催化元件的设备，每隔7天必须使用校准气样和空气样按使用说明书的要求调校一次，每隔7天必须对甲烷断电功能进行测试。
安质部负责组织有经验的瓦检员对隧道各工区使用的检测仪器、仪表进行性能测试、调试、校正和标准气样配置等工作，并对按要求把检测仪器送有资质的单位进行检验。