瓦斯爆炸

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[外文]：gas explosion

瓦斯与空气混合，在高温下急剧氧化，并产生冲击波的现象，是煤矿生产中的严重灾害。1675年英国莫斯廷（Mostyn）矿发生大规模瓦斯爆炸，其后各主要采煤国家都曾多次发生重大的瓦斯或瓦斯与煤尘爆炸事故。1942年4月26日日本帝国主义侵占下的中国本溪煤矿发生瓦斯与煤尘爆炸，当场死亡1527人，伤268人，为世界上最大的煤矿爆炸事故。随煤矿生产技术的发展和防治瓦斯措施的改进，这类事故已逐渐减少。

爆炸机理

根据链反应理论，甲烷（CH₄）与空气的混合物吸收一定热量后，分解为化学活性较大的游离基（如-CH₃、-H、-OH等），这类游离基很容易与其余的O₂、CH₄结合，产生更多的游离基，使反应速度迅速上升，最后燃烧或爆炸。其最终反应式为CH₄+2O₂─→CO₂+2H₂O。爆炸和燃烧中止或不致发生的条件是：

（1）混合物中甲烷或氧浓度不足；

（2）游离基与固体表面或微粒碰撞几率增加，链分支断裂；

（3）混合物中加入足量的易与游离基起反应的某些元素（如卤族元素），生成惰性基团或分子。

CH₄只在一定浓度时才爆炸。它的爆炸浓度与氧浓度、点火能量、初压、混合气体运动方向、容器大小和其他气体的存在有关。实验室测定的爆炸下限为5～6％，上限为14～15％（见图）。CH₄在空气中的浓度低于爆炸下限时，只能在高温热源附近稳定地燃烧，火焰呈淡蓝色，火焰安全灯就是利用CH₄这一特性；大于爆炸上限时，必须不断供给新鲜空气，才能在接触界面上燃烧。

CH₄和空气的混合物与高温热源接触后，并不立即燃烧和爆炸，需经很短的引火延迟时间，称着火感应期，其值决定于CH₄和O₂的浓度、初压、点火温度，由几毫秒到十几秒。高温热源存在时间小于着火感应期时，CH₄不会燃烧或爆炸。

CH₄燃点为650～750℃。煤矿井下的明火、吸烟、煤炭自燃、爆破、电火花、电弧、赤热的金属表面、甚至撞击或摩擦火花，都能点燃CH₄。中国煤矿瓦斯爆炸的火源主要是电火花和爆破，主要发生地点是采掘工作面。

煤矿瓦斯爆炸产生的瞬间温度可达1850～2650℃，压力可达初压的9倍，爆源附近气体以每秒几百米以上的速度向外冲击，使人员伤亡，巷道和器材设施毁坏。爆炸后氧浓度降低，生成大量CO₂和CO，有窒息和中毒危险。

预防措施

主要有：

（1）用矿井通风和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯浓度超过规定（见矿内空气）；

（2）控制火源，杜绝非生产需要的火源，如吸烟、火柴、明火照明等。对生产中不可避免的高温热源，采用专门措施严加控制，如只准使用特制的矿用安全炸药和电气设备，加强井下火区的管理，禁止井下拆开矿灯等；

（3）定期或自动连续检查工作地点的CH₄浓度和通风状况。