摘要
    矿井瓦斯事故是煤矿安全生产中最严重的危害之一，在煤矿生产过程中，如果对瓦斯认识不足、控制不当或管理不到位，很可能造成灾难性事故。文章以分析煤矿瓦斯危害形式与防治对策为切入点，介绍预防和控制瓦斯灾害事故的技术措施及发展趋势，说明瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一项系统工程，必须放在安全工作的首位，作为重中之重来治理，才能使瓦斯爆炸事故及其他灾害事故大幅度减少。
    【关键词】煤矿瓦斯；危害形式；分析；防治对策
        引言
    近几年来，煤矿事故已经明显下降，但是重大煤矿安全事故仍然时有发生，对国家和企业造成巨大经济损失的同时也对矿工的生命安全构成了巨大的威胁。瓦斯爆炸事故是当前煤矿安全生产中威胁最大、最突出的一个问题。从每年的事故统计中来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数都是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70%左右，尤其是高瓦斯矿井或由于煤层瓦斯压力较高、地质构造较复杂、地应力较大、煤层破坏严重时，在此区域作业的采掘工作面极易发生煤与瓦斯突出导致瓦斯事故的发生。
    一 瓦斯性质及瓦斯参数测定
    (一).瓦斯的性质
    瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷。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。
    (二).煤层瓦斯赋存状态
    　 瓦斯在煤层中的赋存形式主要有两种状态：在渗透空间内的瓦斯主要呈自由气态，称为游离瓦斯或自由瓦斯，这种状态的瓦斯服从理想气体状态方程；另一种称为吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部，占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。实测表明，在目前开采深度下(1000～2000m以内)煤层吸附瓦斯量占70％～95％，而游离瓦斯量占5％～30％。
     (三).煤层瓦斯含量及测定　　
    煤层瓦斯含量是指单位质量煤体中所含瓦斯的体积，单位为m3/t。煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据，是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。煤层在天然条件下，未受采动影响时的瓦斯含量称原始含量；受采动影响，已有部分瓦斯排出后而剩余在煤层中的瓦斯量，称残存瓦斯含量。
    影响煤层原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤层赋存条件、围岩性质、地质构造、水文地质条件等。
    煤层瓦斯含量测定方法目前主要有地勘钻孔测定法、实验室间接测定法和井下快速直接测定法3种。
    (四).煤层瓦斯压力及测定方法
    煤层瓦斯压力是存在于煤层孔隙中的游离瓦斯分子热运动对煤壁所表现的作用力。煤层瓦斯压力是用间接法计算瓦斯含量的基础参数，也是衡量煤层瓦斯突出危险性的重要指标。测定方法主要有直接测定法和间接测压法。
    (五).瓦斯的爆炸极限
    瓦斯和空气混合后，在一定条件下,遇高温热源发生的热-链式氧化反应，并伴有高温及压力(压强)上升的现象。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％。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，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。
    一般认为，瓦斯的引火温度为650℃～750℃。但因受瓦斯的浓度、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％一8％时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；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。
    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。
    二 矿井瓦斯涌出及瓦斯等级
     (一). 矿井瓦斯涌出的形式
    　 开采煤层时，煤体受到破坏或采动影响，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象称为瓦斯涌出。矿井瓦斯涌出形式可分普通涌出和特殊涌出两种。
     (二).矿井瓦斯涌出量及主要因素 　　
    　 矿井瓦斯涌出量是指开采过程中正常涌入采掘空间的瓦斯数量，瓦斯涌出量的表示方法有两种：绝对瓦斯涌出量--单位时间涌入采掘空间的瓦斯量，单位为m3／min；相对瓦斯涌出量--单位质量的煤所放出的瓦斯数量，单位为m3／t。                　　
    影响矿井瓦斯涌出量的因素主要有煤层瓦斯含量、开采规模、开采程序、采煤方法与顶板管理方法、生产工序、地面大气压力的变化、通风方式和采空区管理方法等。
    (三).矿井瓦斯等级及其鉴定　　
    　 《煤矿安全规程》规定，一个矿井中只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。 　　
    根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。 　　
    　 低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3／t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3／min； 　　
    　 高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3／t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3／min；                　　
    　 煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出，该矿井即定为煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。 　　
    《煤矿安全规程》规定：每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定。
    三 瓦斯喷出及预防　　
    (一)．瓦斯喷出　　
    　　矿井瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。在20 m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1．0m3／min，且持续时间在8h以上时，该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域。 　　
    瓦斯喷出的预兆：矿压活动显现激烈，煤壁片帮严重、底板突然鼓起、支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等。
    (二). 瓦斯喷出的预防　
    1.加强矿井地质工作，摸清采掘地区的地质构造情况;
    2.在可能发生喷出的地区掘进巷道时，打前探钻孔或抽排钻孔；
    3.加大喷出危险区域的风量；
    4.将喷出的瓦斯直接引入回风巷或抽放瓦斯管路；
    5.掌握喷出的预兆，及时撤离工作人员，并配备自救器，安设压气自救系统；
    6.掌握矿压规律，避免矿压集中，及时处理顶板，以防大面积突然卸压造成瓦斯喷出。
    四 煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出及预防
    煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由媒体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)冲出等特点，能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故，是煤矿最严重的灾害之一。
    煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的机理有许多种假设，但基本公认的是综合假说，即：煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果。
    (一).煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的一般规律
     1.突出危险性随采掘深度的增加而增加；
    2.突出危险性随煤层厚度的增加而增加，尤其是软分层厚度；
     3.石门揭煤工作面平均突出强度最大，煤巷掘进工作面突出次数最多，
    爆破作业最易引发突出，采煤工作面突出防治技术难度最大；
     4.突出多数发生在构造带、煤层遭受严重破坏的地带、煤层产状发生显著
    变化的地带、煤层硬度系数小于0.5的软煤层中；
    5.突出发生前通常有地层微破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻孔卡
    钻夹钻、煤壁温度降低、散发煤油气味、煤层产状发生变化等预兆；
     6.突出按动力源作用特征可分为3种类型：突出、压出和倾出；按突出物
    分类可分为4种类型：煤与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与瓦斯突出、岩石与二氧化碳突出。
    (二).煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出预测
    我国煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出预测分为区域性预测和工作面预测两类。
     1. 区域性预测。区域性预测的任务是确定井田、煤层和煤层区域的危险性，在地质勘探、新井建设和新水平开拓时进行。区域性预测主要有如下几种方法：
    ?? 单项指标法。采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数和煤层瓦斯压力作为预测指标，各种指标的突出危险临界值应根据实测资料确定。
    ?? 按照煤的变质程度。煤层的突出危险程度与其挥发分之间是密切相关的：在烟煤的挥发分大于35%和无烟煤的比电阻的对数值小于3.3时，没有突出危险；而挥发分在18%~22%时突出危险最高。
    ?? 地质统计法。根据已开采区域突出点分布与地质构造的关系，然后结合未采区域的地质构造条件来大致预测突出可能发生的范围。
     2. 日常预测。日常预测也称工作面预测，其任务是确定工作面附近媒体的突出危险性，即该工作面继续向前推进时有无突出危险。
    ⑴石门捷煤突出危险性预测。石门揭煤突出危险性预测的方法主要有：
     综合指标法。在石门向煤层至少打2个测压孔，测定煤层瓦斯压力，并在打钻过程中采样，测定煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度，按综合指标进行预测。
    钻屑指标法。在距煤层最小垂距3~5m时至少向煤层打2个预测钻孔，用1~3mm的筛子冲洗液中的钻屑，测定其瓦斯解吸指标。钻屑瓦斯解吸指标的临界值应根据现场实测数据确定。
    钻孔瓦斯涌出初速度结合瓦斯涌出衰减系数。当石门距煤层3m以外时，
    至少打2个穿透煤层全厚的预测钻孔，打钻结束后马上用充气式胶囊封孔器封孔，充气压力0.5MPa。打钻结束到开始测量的时间不应超过5min。封孔后先测第1min的瓦斯涌出速度，第2min测定解吸瓦斯压力，如果瓦斯涌出初速度超过预定的工作指标，还须测定第5min的钻孔涌出速度，以便算出瓦斯涌出衰减系数。
    ⑵煤巷突出危险性预测。煤巷突出危险性预测的方法主要有：
     钻孔瓦斯涌出初速度法。在距巷道两帮0.5m处，各打一个平行于巷道掘进方向的钻孔，用充气式胶囊封孔器封孔，测定钻孔瓦斯涌出初速度，从打钻结束到开始测量的时间不应超过2min。
    钻屑指标法。在工作面打2个或3个钻孔。钻孔每打1m测定一次钻屑量，每打2m测一次钻屑解吸指标。根据每个钻孔沿孔深每米的最大钻屑量和钻屑解吸指标预测工作面突出危险性。
    (三).防治煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的措施
    1.防治突出的技术措施。防治突出的技术措施主要分为区域性措施和局部
    性措施两大类。区域性措施是针对大面积范围消除突出危险性的措施，局部性措施主要在采掘工作面执行，针对采掘工作面前方煤岩体一定范围消除突出危险性的措施。目前区域性措施主要有3种，即预留开采保护层、大面积瓦斯预抽放、控制预裂爆破；局部性措施有许多种，如卸压排放钻孔、深孔或浅孔松动爆破、卸压槽、固化剂、水力冲孔等。
    2.“四位一体”综合防治突出措施。所谓“四位一体”综合防治突出措施，
    就是说首先应对开采煤层及其对开采煤层构成影响的临近煤层进行突出危险性预测。对确认的突出危险区域，应采取区域性防治突出技术措施，对确认的突出危险工作面，必须采取防治突出技术措施。在采取防治突出技术措施后，必须对防治突出技术措施和消除突出危险性的效果进行检验，如果检验有效，在采取安全防护措施的前提下进行采掘作业；如果检验无效，必须补充防治突出技术措施，直至再次检验为有效时方可在采取安全防护措施前提下进行采掘作业。否则，必须继续补充技术措施。