2.3.2煤矿瓦斯爆炸事故危险源的分类

瓦斯爆炸事故的危险源分类如下：

第一类，人的不安全行为。随意停电、局部通风机随意开停、风筒距工作 面过长、通风系统调整不当、通风设施质量不好、局部通风机安装位置不合理、 瓦斯检查员假检或漏检、未按规定排放瓦斯、井下吸烟、井下焊接起火、爆破工 操作不当、电器接线不合要求和带电检修。

第二类，机(物)类危险源。机(物)的不安全状态有：通风机故障、密闭损 坏、风筒漏风、风筒脱节、机器设备摩擦撞击产生火花、机器设备产生静电、瓦 斯报警断电仪失灵、瓦斯监测系统故障、炸药不合格、雷管不合格、发爆器失 爆、设备失爆、电缆损坏以及开关短路。

第三类，环境类危险源。冒顶区瓦斯积聚、盲巷瓦斯积聚、掘进面瓦斯大、 掘进面供风不足、采掘面供风不足、上隅角风速低、采空区瓦斯大、煤炭自燃、 瓦斯涌岀异常。

第四类，管理类危险源。瓦斯检测人员配备不足，瓦斯排放人员配备不 足。另外，事故树没有反映的管理类危险源包括：危险源记录不完善、监察力 度不足、奖惩执行力度不足、瓦斯管理组织结构不合理和井下防火培训力度不 足等。

2.3.3煤矿重大瓦斯事故机理分析

2.3.3. 1 瓦斯与瓦斯爆炸事故的条件

(1)      瓦斯产生与特性

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分 解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生 成瓦斯。瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这 是由于芳香族的碳氢气体与瓦斯同时涌岀的缘故。瓦斯对空气的相对密度是 0.554,在标准状态下瓦斯的密度为0.716 kg/m3 o瓦斯的渗透能力是空气的

1.    6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而 窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸附状态 存在的。

(2)      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。

①      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。瓦斯爆炸界限为5%〜16%。

瓦斯爆炸的化学反应式如下：

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

或

CH4 +2(O2 + 4N2) CO2 + 2H2O + 8N2 + 833. 28 J/mol (2-2) 从上式可知，混合气体中的氧气和甲烷都全部燃尽时，1体积的甲烷要同 2体积的氧气化合，即要同2X (1十茅)=9. 52体积的空气中的氧气化合，这 时甲烷在混合气体中的浓度为]+冷 X100% = 9. 5%,这个浓度是理论上 爆炸最强烈的甲烷浓度。

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)；当瓦斯浓度在16% 以上时，失去爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸界限并不是固定不 变的，它还受温度、压力以及煤尘、其他可燃性气体、惰性气体的混入等因素的 影响。

②    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，瓦斯的引火温度为 650〜750 °C。但受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素的影响 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 燃温度降低；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。

高温火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要条件之一。井下抽烟、电气火 花、违章爆破、煤炭自燃、明火作业等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的矿 井中作业，必须严格遵照《煤矿安全规程》的有关规定。

③    氧气的浓度

实践证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆炸界限随之缩小，当氧气浓 度减少到12%以下时，瓦斯混合气体即失去爆炸性。这一性质对井下密闭的 火区有很大影响，在密闭的火区内往往积存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧 气的浓度低，并不会发生爆炸。如果有新鲜空气进入，氧气浓度达到12%以 上，就可能发生爆炸。因此，对火区应严加管理，在启封火区时更应格外慎重， 必须在火熄灭后才能启封。

(3)     瓦斯事故的分类

瓦斯事故主要包括：瓦斯爆炸事故、瓦斯燃烧事故以及瓦斯中毒与窒息事 故。其中瓦斯爆炸事故按照瓦斯爆炸的范围和威力大小可以分为局部瓦斯爆 炸、大型瓦斯爆炸和连续瓦斯爆炸。

2.     3. 3. 2 瓦斯爆炸事故的链式机理及瓦斯爆炸事故的分类

(1)     链式反应与链载体

链式反应也称连锁反应，在链式反应体系中均存在被称为链载体的活性 中间物质(例如自由原子或自由基等)，它们的化学活性很大，能与体系内稳定 分子进行反应成为反应中心，一方面使稳定分子的化学形态转化为产物，另一 方面旧的链载体消亡而生成新的链载体，新的链载体又迅速参与反应，如此延 续下去而形成一系列的连锁反应，只要链载体不消失，反应就一定能进行下 去。这样，链载体的存在及其作用成为链式反应区别于其他类型反应的最显 著特征。

按照链的传递方式，链式反应分为宜链反应和支链反应。前者在链的发 展过程中不发生分支链，后者将产生分支链，如图2-4(a)、(b)所示。

(a)

1

八

/\/\/\/\

(b)

图2-4链式反应过程中链载体的发展过程

(a)直链反应；(b)支链反应

图2-5给出了非链反应、宜链反应和支链反应的反应速率随反应时间的 变化关系。从图中可以看出，曲线“有一个显著特点，就是支链反应初期有 一个感应期r,,其间反应速率W很小，而后迅猛加速，以致可以出现爆炸现 象。链式反应还具有以下特点：

①    链式反应产生链载体较困难，故反应开始时进行迟缓，常存在诱导期 (也称感应期)；

②     链载体活泼，若加入某种添加物，可使链载体产生或消亡(即加入引发 剂或阻化剂)，会严重影响链式反应的速率，也就是说，链式反应对添加物是敏 感的；

③     链载体的产生与消亡对反应器壁的材质、尺寸及形状也很敏感。

图2-5非链、直链及支链反应的反应速率与时间关系

d，皿——反应物浓度恒定时非链反应、直链反应与支链反应的反应速率；

n,c,d——反应物浓度随着反应消耗而无补充时非链反应、直链反应与支链反应的反应速率

（2）链式反应过程构成

任何链式反应都由三个阶段构成，即链引发、链传递（包括分支）和链终 止。链式反应的基元反应通式可写为：

其中，M是分子，R是自由基（链载体），P是产物；a是倍增因子（即自由 基在反应过程中的增长倍数），化（i= 1,2,“・，5）是基元反应式的反应速率常 数。

①      链引发

链引发也称链起始，是链反应中产生链载体的过程。最常见的引发过程 是稳定分子分解产生自由基（或自由原子）的过程，这是一个形式简单而实际 不易进行的过程，因为要使一化学键断裂，需要相当大的能量，此能量称为活 化能，一般约在800-1 600 kJ/molo为此，必须要通过一定方式使稳定分子 获得足够能量而分解。根据能量获得方式不同，可以分为热引发、高能（光照 射、光电、超声、激光以及a,p，7射线等）引发、化学引发和复相（例如固体表面

• 21 •

由于有结构缺陷或表面自由价的存在引起稳定分子产生自由基）引发等。

②    链传递

链式反应中最活跃的过程是链传递过程，在此基元反应过程中，旧的链载 体消亡而新的链载体生成。例如，在中烷氧化反应中以双分子取代反应最为 常见，这时，一自由原子或自由基作为链载体攻击另一反应物分子，使反应物 分子破裂的一部分与进攻的链载体结合形成新的稳定分子，而另一部分碎片 形成新的链载体。这类反应一般可以表达为：

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

③    链分支

链传递过程是自由价（自由基）保持守恒的过程，而链分支过程则是自由 价增加的过程，即链载体数目增加，反应速率相应加快，如此循环下去，形成 爆炸。

④    链终止

链式反应中链载体的消亡过程称为链终止。常见的链终止反应有两 类，一是重结合反应，二是歧化反应。例如，乙基的重结合与歧化反应分 别为：

2C2H5 > C4H1o                                                    （2-4）

2C2H5              C2H4 +C2H6                                       （2-5）

链终止过程亦可借阻化剂（T）实现。阻化剂可以是易于和链载体反 应生成较稳定自由基的分子（例如碘分子）等。阻化剂终止过程可以表示 为：X・+T—XT。例如以碘分子进行终止，则有X • +I2 — XI+1* ,生成 的碘原子比较稳定，低温下可进一步与其他链载体或其他自由基反应而 失去其自由价。复相链终止过程也是常见的，尤其在低压情况下有时还 是主要的终止方式。

（3）瓦斯爆炸事故后果

瓦斯爆炸时，最初着火（爆炸）产生以一定速度运行的火焰锋面，其后面是 具有高温的混合气体，同时产生压力的冲击，它们互相叠加，形成压力很高的 正向冲击波。当从障碍物（例如巷道的扩大、缩小处和联络处）反回冲击时，形 成与正向冲击波传播方向相反的反向冲击波。在大断面巷道中，还可能形成 所谓的斜向冲击波。

爆炸前存在于巷道中的以及冲击波作用后产生的爆炸性混合气体均由火 焰锋面引燃。在火焰锋面传播的过程中，留下爆炸的产物。

最终，在瓦斯爆炸时会产生三个致命的因素：火焰锋面、冲击波和矿 井空气成分变化。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆炸源附近的气体以 极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤 尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。爆炸后生成大量的有害气体，造 成人员中毒死亡。

2.1煤矿事故原因分析

2. 1. 1煤矿事故特点

煤矿生产是一个相对独立的系统过程，煤矿事故是指发生在煤矿生产过 程中，导致生产系统暂时或较长时间或永远中断运行，或者人员伤害或物的损 失的事故。按照煤炭工业伤亡事故的性质，伤亡事故分为顶板事故、瓦斯事 故、机电事故、运输事故、火药爆破事故、水害事故、火灾事故和其他事故等8 类。煤矿事故具有如下特点：

(1)     事故的偶然性(随机性)、因果性和必然性

从本质上讲，伤亡事故属于在一定条件下可能发生，也可能不发生的随机 事件。就某一特定事故而言，其发生的时间、地点、状况等均无法预测。事故 是由于客观存在不安全因素，随着时间的推移，出现某些意外情况而发生的， 这些意外情况往往是难以预知的。因此，事故的偶然性是客现存在的，这与是 否掌握事故的原因毫无关系。换言之，即使完全掌握了事故原因，也不能保证 绝对不发生事故。

事故的因果性决定了事故发生的必然性。煤矿事故是许多因素互为因果 连续发生作用的结果。一个因素是前一因素的结果，又是后一因素的原因。 也就是说，因果关系有继承性，是多层次的。事故因素及其因果关系的存在决 定了事故或迟或早必然要发生，其偶然性仅表现在何时、何地、因什么意外事 件触发产生而已。

事故的必然性中也包含着规律性，既然为必然，就有规律可循。必然性来 自因果性，深入探查、了解事故因素的因果关系，就可以发现事故发生的客观 规律，从而为防止事故发生提供依据。

(2)     事故的潜在性(隐藏性)、再现性和预测性

煤矿事故往往是突然发生的，然而导致事故发生的因素，即所谓隐患或潜 在危险是早就存在的，只是未被发现或未受到重视而已。随着时间的推移，一 旦条件成熟，在特有的时间和场所隐患或潜在危险就会显现而酿成事故，这就 是事故的潜在性。

事故一旦发生，就成为过去。时间是一去不复返的.完全相同的事故不会 再次发生。然而，没有真正地了解事故发生的原因，并采取有效措施去消除这 些原因，就会再次发生类似的事故。

由于事故的反复出现，人们可以根据对事故所积累的经验和知识，以及对 事故规律的认识，运用科学的方法和手段对未来可能发生的事故进行预测。

(3)     事故的相关性(连锁性)、破坏性和周期性

煤矿井下生产系统的管网式空间布置，多种危险因子共存的生产环境，决 定了在不同地点各种灾害发生的危险程度、灾害产生后果的严重程度各不相 同。同一地点的某种灾害事故，不仅受本地区事故因子的影响，而且受相关区 域甚至整个系统事故因子的影响。事故的后果，不仅影响本地区的设备、设 施、人员，而且可能危及相关地区、甚至整个系统。不同的事故形式，存在互为 触发事故的因果关系。因此，煤矿井下灾害具有很强的相关性和破坏性。

由于煤矿生产的空间有限，发生事故时，容易造成巨大的破坏性。如瓦斯 爆炸和突水事故，往往导致矿井毁灭性的破坏和人员的巨大伤亡。

此外，煤矿生产系统有其内在的设计寿命(生产年限)，煤矿事故是在设计 寿命内产生、发展的，在设计寿命的晚期，发生事故的概率就会增加.随着矿井 的报废，煤矿生产事故就不再发生。因此，分析煤矿事故发生机理，要考虑煤 矿生命周期的不同阶段各因素的作用权重。

(4)     事故结果表现形式的多样性

煤矿事故结果的表现形式具有多样性，有设备的损失、人的生命的损失、 矿井停产等形式。