2.3.2煤礦瓦斯爆炸事故危險源的分類

瓦斯爆炸事故的危險源分類如下：

第一類，人的不安全行為。隨意停電、局部通風機隨意開停、風筒距工作 面過長、通風系統(tǒng)調整不當、通風設施質量不好、局部通風機安裝位置不合理、 瓦斯檢查員假檢或漏檢、未按規(guī)定排放瓦斯、井下吸煙、井下焊接起火、爆破工 操作不當、電器接線不合要求和帶電檢修。

第二類，機(物)類危險源。機(物)的不安全狀態(tài)有：通風機故障、密閉損 壞、風筒漏風、風筒脫節(jié)、機器設備摩擦撞擊產生火花、機器設備產生靜電、瓦 斯報警斷電儀失靈、瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)故障、炸藥不合格、雷管不合格、發(fā)爆器失 爆、設備失爆、電纜損壞以及開關短路。

第三類，環(huán)境類危險源。冒頂區(qū)瓦斯積聚、盲巷瓦斯積聚、掘進面瓦斯大、 掘進面供風不足、采掘面供風不足、上隅角風速低、采空區(qū)瓦斯大、煤炭自燃、 瓦斯涌岀異常。

第四類，管理類危險源。瓦斯檢測人員配備不足，瓦斯排放人員配備不 足。另外，事故樹沒有反映的管理類危險源包括：危險源記錄不完善、監(jiān)察力 度不足、獎懲執(zhí)行力度不足、瓦斯管理組織結構不合理和井下防火培訓力度不 足等。

2.3.3煤礦重大瓦斯事故機理分析

2.3.3. 1 瓦斯與瓦斯爆炸事故的條件

(1)????? 瓦斯產生與特性

瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質經厭氧菌的作用分 解而成。在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學作用，繼續(xù)生 成瓦斯。瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，但有時可以聞到類似蘋果的香味，這 是由于芳香族的碳氫氣體與瓦斯同時涌岀的緣故。瓦斯對空氣的相對密度是 0.554,在標準狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716 kg/m3 o瓦斯的滲透能力是空氣的

1.??? 6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達到一定濃度時，能使人因缺氧而 窒息，并能發(fā)生燃燒或爆炸。瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài) 存在的。

(2)????? 瓦斯爆炸的條件

瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。

①????? 瓦斯?jié)舛?/p>

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%。

瓦斯爆炸的化學反應式如下：

CH4 +2O2 — CO2 +2H2O + 833. 28 J/mol?????????????????????????????????? (2-1)

或

CH4 +2(O2 + 4N2) CO2 + 2H2O + 8N2 + 833. 28 J/mol (2-2) 從上式可知，混合氣體中的氧氣和甲烷都全部燃盡時，1體積的甲烷要同 2體積的氧氣化合，即要同2X (1十茅)=9. 52體積的空氣中的氧氣化合，這 時甲烷在混合氣體中的濃度為]+冷 X100% = 9. 5%,這個濃度是理論上 爆炸最強烈的甲烷濃度。

當瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層；當瓦 斯?jié)舛葹?.5%時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；當瓦斯?jié)舛仍?6% 以上時，失去爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。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、其他可燃性氣體、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，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為，瓦斯的引火溫度為 650?750 °C。但受瓦斯的濃度、火源的性質及混合氣體的壓力等因素的影響 而變化。當瓦斯含量在7%?8%時，最易引燃；當混合氣體的壓力增高時，引 燃溫度降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，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、違章爆破、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)，必須嚴格遵照《煤礦安全規(guī)程》的有關規(guī)定。

③??? 氧氣的濃度

實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當氧氣濃 度減少到12%以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質對井下密閉的 火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧 氣的濃度低，并不會發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進入，氧氣濃度達到12%以 上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對火區(qū)應嚴加管理，在啟封火區(qū)時更應格外慎重， 必須在火熄滅后才能啟封。

(3)???? 瓦斯事故的分類

瓦斯事故主要包括：瓦斯爆炸事故、瓦斯燃燒事故以及瓦斯中毒與窒息事 故。其中瓦斯爆炸事故按照瓦斯爆炸的范圍和威力大小可以分為局部瓦斯爆 炸、大型瓦斯爆炸和連續(xù)瓦斯爆炸。

2.???? 3. 3. 2 瓦斯爆炸事故的鏈式機理及瓦斯爆炸事故的分類

(1)???? 鏈式反應與鏈載體

鏈式反應也稱連鎖反應，在鏈式反應體系中均存在被稱為鏈載體的活性 中間物質(例如自由原子或自由基等)，它們的化學活性很大，能與體系內穩(wěn)定 分子進行反應成為反應中心，一方面使穩(wěn)定分子的化學形態(tài)轉化為產物，另一 方面舊的鏈載體消亡而生成新的鏈載體，新的鏈載體又迅速參與反應，如此延 續(xù)下去而形成一系列的連鎖反應，只要鏈載體不消失，反應就一定能進行下 去。這樣，鏈載體的存在及其作用成為鏈式反應區(qū)別于其他類型反應的最顯 著特征。

按照鏈的傳遞方式，鏈式反應分為宜鏈反應和支鏈反應。前者在鏈的發(fā) 展過程中不發(fā)生分支鏈，后者將產生分支鏈，如圖2-4(a)、(b)所示。

(a)

1

八

/\/\/\/\

(b)

圖2-4鏈式反應過程中鏈載體的發(fā)展過程

(a)直鏈反應；(b)支鏈反應

圖2-5給出了非鏈反應、宜鏈反應和支鏈反應的反應速率隨反應時間的 變化關系。從圖中可以看出，曲線“有一個顯著特點，就是支鏈反應初期有 一個感應期r,,其間反應速率W很小，而后迅猛加速，以致可以出現(xiàn)爆炸現(xiàn) 象。鏈式反應還具有以下特點：

①??? 鏈式反應產生鏈載體較困難，故反應開始時進行遲緩，常存在誘導期 (也稱感應期)；

②???? 鏈載體活潑，若加入某種添加物，可使鏈載體產生或消亡(即加入引發(fā) 劑或阻化劑)，會嚴重影響鏈式反應的速率，也就是說，鏈式反應對添加物是敏 感的；

③???? 鏈載體的產生與消亡對反應器壁的材質、尺寸及形狀也很敏感。

圖2-5非鏈、直鏈及支鏈反應的反應速率與時間關系

d，皿——反應物濃度恒定時非鏈反應、直鏈反應與支鏈反應的反應速率；

n,c,d——反應物濃度隨著反應消耗而無補充時非鏈反應、直鏈反應與支鏈反應的反應速率

（2）鏈式反應過程構成

任何鏈式反應都由三個階段構成，即鏈引發(fā)、鏈傳遞（包括分支）和鏈終 止。鏈式反應的基元反應通式可寫為：

其中，M是分子，R是自由基（鏈載體），P是產物；a是倍增因子（即自由 基在反應過程中的增長倍數(shù)），化（i= 1,2,“?，5）是基元反應式的反應速率常 數(shù)。

①????? 鏈引發(fā)

鏈引發(fā)也稱鏈起始，是鏈反應中產生鏈載體的過程。最常見的引發(fā)過程 是穩(wěn)定分子分解產生自由基（或自由原子）的過程，這是一個形式簡單而實際 不易進行的過程，因為要使一化學鍵斷裂，需要相當大的能量，此能量稱為活 化能，一般約在800-1 600 kJ/molo為此，必須要通過一定方式使穩(wěn)定分子 獲得足夠能量而分解。根據能量獲得方式不同，可以分為熱引發(fā)、高能（光照 射、光電、超聲、激光以及a,p，7射線等）引發(fā)、化學引發(fā)和復相（例如固體表面

? 21 ?

由于有結構缺陷或表面自由價的存在引起穩(wěn)定分子產生自由基）引發(fā)等。

②??? 鏈傳遞

鏈式反應中最活躍的過程是鏈傳遞過程，在此基元反應過程中，舊的鏈載 體消亡而新的鏈載體生成。例如，在中烷氧化反應中以雙分子取代反應最為 常見，這時，一自由原子或自由基作為鏈載體攻擊另一反應物分子，使反應物 分子破裂的一部分與進攻的鏈載體結合形成新的穩(wěn)定分子，而另一部分碎片 形成新的鏈載體。這類反應一般可以表達為：

A?+BC—AB+?C???????????????????????????????????????????????? （2-3）

③??? 鏈分支

鏈傳遞過程是自由價（自由基）保持守恒的過程，而鏈分支過程則是自由 價增加的過程，即鏈載體數(shù)目增加，反應速率相應加快，如此循環(huán)下去，形成 爆炸。

④??? 鏈終止

鏈式反應中鏈載體的消亡過程稱為鏈終止。常見的鏈終止反應有兩 類，一是重結合反應，二是歧化反應。例如，乙基的重結合與歧化反應分 別為：

2C2H5 > C4H1o??????????????????????????????????????????????????? （2-4）

2C2H5????????????? C2H4 +C2H6?????????????????????????????????????? （2-5）

鏈終止過程亦可借阻化劑（T）實現(xiàn)。阻化劑可以是易于和鏈載體反 應生成較穩(wěn)定自由基的分子（例如碘分子）等。阻化劑終止過程可以表示 為：X?+T—XT。例如以碘分子進行終止，則有X ? +I2 — XI+1* ,生成 的碘原子比較穩(wěn)定，低溫下可進一步與其他鏈載體或其他自由基反應而 失去其自由價。復相鏈終止過程也是常見的，尤其在低壓情況下有時還 是主要的終止方式。

（3）瓦斯爆炸事故后果

瓦斯爆炸時，最初著火（爆炸）產生以一定速度運行的火焰鋒面，其后面是 具有高溫的混合氣體，同時產生壓力的沖擊，它們互相疊加，形成壓力很高的 正向沖擊波。當從障礙物（例如巷道的擴大、縮小處和聯(lián)絡處）反回沖擊時，形 成與正向沖擊波傳播方向相反的反向沖擊波。在大斷面巷道中，還可能形成 所謂的斜向沖擊波。

爆炸前存在于巷道中的以及沖擊波作用后產生的爆炸性混合氣體均由火 焰鋒面引燃。在火焰鋒面?zhèn)鞑サ倪^程中，留下爆炸的產物。

最終，在瓦斯爆炸時會產生三個致命的因素：火焰鋒面、沖擊波和礦 井空氣成分變化。瓦斯爆炸產生的高溫高壓，促使爆炸源附近的氣體以 極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤 塵并使之參與爆炸，產生更大的破壞力。爆炸后生成大量的有害氣體，造 成人員中毒死亡。

2.1煤礦事故原因分析

2. 1. 1煤礦事故特點

煤礦生產是一個相對獨立的系統(tǒng)過程，煤礦事故是指發(fā)生在煤礦生產過 程中，導致生產系統(tǒng)暫時或較長時間或永遠中斷運行，或者人員傷害或物的損 失的事故。按照煤炭工業(yè)傷亡事故的性質，傷亡事故分為頂板事故、瓦斯事 故、機電事故、運輸事故、火藥爆破事故、水害事故、火災事故和其他事故等8 類。煤礦事故具有如下特點：

(1)???? 事故的偶然性(隨機性)、因果性和必然性

從本質上講，傷亡事故屬于在一定條件下可能發(fā)生，也可能不發(fā)生的隨機 事件。就某一特定事故而言，其發(fā)生的時間、地點、狀況等均無法預測。事故 是由于客觀存在不安全因素，隨著時間的推移，出現(xiàn)某些意外情況而發(fā)生的， 這些意外情況往往是難以預知的。因此，事故的偶然性是客現(xiàn)存在的，這與是 否掌握事故的原因毫無關系。換言之，即使完全掌握了事故原因，也不能保證 絕對不發(fā)生事故。

事故的因果性決定了事故發(fā)生的必然性。煤礦事故是許多因素互為因果 連續(xù)發(fā)生作用的結果。一個因素是前一因素的結果，又是后一因素的原因。 也就是說，因果關系有繼承性，是多層次的。事故因素及其因果關系的存在決 定了事故或遲或早必然要發(fā)生，其偶然性僅表現(xiàn)在何時、何地、因什么意外事 件觸發(fā)產生而已。

事故的必然性中也包含著規(guī)律性，既然為必然，就有規(guī)律可循。必然性來 自因果性，深入探查、了解事故因素的因果關系，就可以發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的客觀 規(guī)律，從而為防止事故發(fā)生提供依據。

(2)???? 事故的潛在性(隱藏性)、再現(xiàn)性和預測性

煤礦事故往往是突然發(fā)生的，然而導致事故發(fā)生的因素，即所謂隱患或潛 在危險是早就存在的，只是未被發(fā)現(xiàn)或未受到重視而已。隨著時間的推移，一 旦條件成熟，在特有的時間和場所隱患或潛在危險就會顯現(xiàn)而釀成事故，這就 是事故的潛在性。

事故一旦發(fā)生，就成為過去。時間是一去不復返的.完全相同的事故不會 再次發(fā)生。然而，沒有真正地了解事故發(fā)生的原因，并采取有效措施去消除這 些原因，就會再次發(fā)生類似的事故。

由于事故的反復出現(xiàn)，人們可以根據對事故所積累的經驗和知識，以及對 事故規(guī)律的認識，運用科學的方法和手段對未來可能發(fā)生的事故進行預測。

(3)???? 事故的相關性(連鎖性)、破壞性和周期性

煤礦井下生產系統(tǒng)的管網式空間布置，多種危險因子共存的生產環(huán)境，決 定了在不同地點各種災害發(fā)生的危險程度、災害產生后果的嚴重程度各不相 同。同一地點的某種災害事故，不僅受本地區(qū)事故因子的影響，而且受相關區(qū) 域甚至整個系統(tǒng)事故因子的影響。事故的后果，不僅影響本地區(qū)的設備、設 施、人員，而且可能危及相關地區(qū)、甚至整個系統(tǒng)。不同的事故形式，存在互為 觸發(fā)事故的因果關系。因此，煤礦井下災害具有很強的相關性和破壞性。

由于煤礦生產的空間有限，發(fā)生事故時，容易造成巨大的破壞性。如瓦斯 爆炸和突水事故，往往導致礦井毀滅性的破壞和人員的巨大傷亡。

此外，煤礦生產系統(tǒng)有其內在的設計壽命(生產年限)，煤礦事故是在設計 壽命內產生、發(fā)展的，在設計壽命的晚期，發(fā)生事故的概率就會增加.隨著礦井 的報廢，煤礦生產事故就不再發(fā)生。因此，分析煤礦事故發(fā)生機理，要考慮煤 礦生命周期的不同階段各因素的作用權重。

(4)???? 事故結果表現(xiàn)形式的多樣性

煤礦事故結果的表現(xiàn)形式具有多樣性，有設備的損失、人的生命的損失、 礦井停產等形式。