煤礦瓦斯

瓦斯爆炸是可以預防的，瓦斯突出（gas outburst）也是可以預測的，如經常測量巷道空氣中的瓦斯含量，測量瓦斯湧出量，並採取有效通風、嚴禁煙火、預先抽放、開採保護層、人工突出等措施，可以保障煤礦生產的安全。重要的是應該研究解決煤礦瓦斯的綜合利用問題，變害為利，專門抽放集中瓦斯用作氣體燃料和製造炭黑等。根據1晝夜內每開採1噸煤湧出的平均瓦斯量和瓦斯湧出形式，分為：低瓦斯礦井，10立方米及其以下；高瓦斯礦井，10立方米以上；煤與瓦斯突出礦井，地質勘查部門應為礦井設計和建井提供資料。在採煤之前先開採煤層氣能有效地減少煤礦瓦斯。 ^[2] 

截至2022年底，山西省煤層氣探明地質儲量約為7604.27億立方米。2023年11月份山西省單月煤層氣產量首次突破10億立方米，達到10.3億立方米，約佔全國同期產量的81.1%。 ^[3] 

瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體，有時單獨指甲烷。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶於水，擴散性較空氣高。瓦斯無毒，但濃度很高時，會引起窒息 ^[1]  。

瓦斯在煤層中的賦存形式主要有兩種狀態：在滲透空間內的瓦斯主要呈自由氣態，稱為遊離瓦斯或自由瓦斯，這種狀態的瓦斯服從理想氣體狀態方程；另一種稱為吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒內部，佔據着煤分子結構的空位或煤分子之間的空間。實測表明，在開採深度下(1000～2000m以內)煤層吸附瓦斯量佔70%～95%，而遊離瓦斯量佔5%～30%。

煤層瓦斯含量是指單位質量煤體中所含瓦斯的體積，單位為m3/t。煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯湧出量的基礎數據，是礦井通風及瓦斯抽放設計的重要參數。煤層在天然條件下，未受採動影響時的瓦斯含量稱原始含量；受採動影響，已有部分瓦斯排出後而剩餘在煤層中的瓦斯量，稱殘存瓦斯含量。影響煤層原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤層賦存條件、圍巖性質、地質構造、水文地質條件等 ^[1]  。

開採煤層時，煤體受到破壞或採動影響，貯存在煤體內的部分瓦斯就會離開煤體而湧入採掘空間，這種現象稱為瓦斯湧出。礦井瓦斯湧出形式可分普通湧出和特殊湧出兩種。

礦井瓦斯湧出量是指開採過程中正常湧入採掘空間的瓦斯數量，瓦斯湧出量的表示方法有兩種：絕對瓦斯湧出量——單位時間湧入採掘空間的瓦斯量，單位為m3/min；相對瓦斯湧出量——單位質量的煤所放出的瓦斯數量，單位為m3/t。

影響礦井瓦斯湧出量的因素主要有煤層瓦斯含量、開採規模、開採程序、採煤方法與頂板管理方法、生產工序、地面大氣壓力的變化、通風方式和採空區管理方法等。

《煤礦安全規程》規定，一個礦井中只要有一個煤(巖)層發現瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進行管理 ^[1]  。

根據礦井相對瓦斯湧出量、礦井絕對瓦斯湧出量和瓦斯湧出形式劃分為：低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井：

《煤礦安全規程》規定：每年必須對礦井進行瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑑定 ^[2]  。

礦井瓦斯噴出是指從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯異常湧出的現象。在20 m巷道範圍內，湧出瓦斯量大於或等於1．0m3/min，且持續時間在8h以上時，該採掘區域即定為瓦斯噴出危險區域 ^[1]  。

瓦斯噴出的預兆：礦壓活動顯現激烈，煤壁片幫嚴重、底板突然鼓起、支架承載力加大甚至破壞，煤層變軟、潮濕等 ^[1]  。

另外，還存在煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出，即在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)由煤體或巖體內突然向採掘空間拋出的異常動力現象。煤(巖) 與瓦斯(二氧化碳)突出具有突發性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯(二氧化碳)和煤(巖)衝出等特點，能摧毀井巷設施、破壞通風系統、造成人員窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火災事故，是煤礦最嚴重的災害之一。突出發生前通常有地層微破壞、瓦斯湧出變化、煤層層理紊亂、鑽孔卡鑽夾鑽、煤壁温度降低、散發煤油氣味、煤層產狀發生變化等預兆 ^[1] 

礦井瓦斯不助燃，但它與空氣混合成一定濃度後，遇火能燃燒、爆炸。瓦斯爆炸時會產生3個致命的因素：爆炸火焰、爆炸衝擊波和有毒有害氣體。瓦斯爆炸不僅造成大量的人員傷亡，而且還會嚴重摧毀礦井設施、中斷生產。礦井瓦斯爆炸往往引起煤塵爆炸、礦井火災、井巷坍塌和頂板冒落等二次災害 ^[1]  。

引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個條件：一定濃度的甲烷、一定温度的引火源和足夠的氧氣 ^[1]  。