晋中区域煤矿瓦斯浓度与气象要素关系分析

【作者】 陈红萍； 郭彩萍；

【机构】 山西省晋中市气象局；

【摘要】 迄今为止,瓦斯仍是煤矿的"第一杀手",重特大瓦斯事故尚未有效遏制。减少瓦斯爆炸事故,对社会,家庭,个人都有益,其社会效益和经济效益无法估量。目前,在瓦斯浓度与气象因子变化研究方面,国内外专家学者做了许多工作:英国在1968年—1972年,对五年内发生的990次瓦斯爆炸事故分析,证实有51.6%是在地面大气压急剧下降的情况下发生的;美国统计了1910年—1960年50年间瓦斯爆炸的成因,证实50%也是在地面气压下降情况下发生的;日本也推出了同样的论断。我国煤矿瓦斯浓度与气象条件关系的研究仍处于起步阶段,有关这方面的文献很少,张明初[1]、汪法鉴[2]、韩虹[3]等注意到煤矿井下瓦斯爆炸与井上天气变化的密切关系,发现瓦斯爆炸与大范围天气型变化、局地垂直速度变化及地面近期局地变化等气象因子具有一定的相关性。井内氢气、一氧化碳、碳氢化合物等可燃性气体蒸发、释放是客观存在的。但在不同环境小气候下,这种蒸发、散发、释放的数量不同。低压、低温、低湿条件下瓦斯浓度形成受到抑制,难以形成高密度瓦斯分布。在高温、高湿度、高气压条件下,瓦斯气体的蒸发、散发量会增多,很容易形成一定浓度的毒瓦斯。在一定气象条件组合下露天堆放的碎煤会自燃,家用煤燃烧时,高温下煤气散发出来多,这些现象说明,井内气象要素变化对瓦斯气体的散发、挥发程度有抑制、增强的不同影响。本文对山西省晋中市1995--2009年煤矿重特大瓦斯爆炸事故和2009年7月20日—2011年3月10日8个县市区25个大中型煤矿井下逐日、逐小时瓦斯浓度(CH4)监测资料,对收集的资料进行标准化处理;通过统计规律,得出瓦斯积聚起始时间,达到颠峰时间,峰值和危险时段,并与气象因子进行了相关性分析,找出了引起瓦斯积聚关键气象因子,建立最优子集回归方程。分析表明:晋中各县5-8月平均入井气温高于出井气温,温差引起的自然风压作用方向,与井内风流方向相反,使风机风量减少,一般可减少2-3立方米/秒。如果主风机停运。则出现反方向风流。而3、4、10月左右,地面日内气温,在煤矿出井气温上下波动,一般中午入井气温高于出井气温,夜间出井气温高入井于气温。一日内自然风压的方向正负反向,使风流大小变化频繁。而11、12、1、2月份平均入井气温低于出井气温,自然风压方向与井内风流方向一致,使风机风量增加。气温日较差最大的月份为5月,平均14-17℃,>20℃的日数也不少。温度最高则是6月,>30℃的日数也很多。如此剧烈的增温,产生的自然风压,对风机风量的影响是很大的。晋中煤矿多在山区,因地形影响,极易引起风向风速的局地变化,和进出风井风流方向相反,将直接减少出风井的排风量,而造成井下瓦斯超限。春季气温、大风变化多,自然风压变化频繁,幅度大,对井下风流影响大,瓦斯事故多。晋中一般3-5天有一次地面气压升降变化周期,影响到井下气压场的改变,其幅度为5-14hpa。此幅度相当于一般煤矿全井总风压值,远远大于井下任一条井巷两端的风压。许多依靠局部通风的采掘工作面,时停时开多数日停运达20小时以上,工作面风速极低。地面气压略有变化,自然瓦斯库效应就十分明显,进而造成瓦斯排放的不均衡性,促成瓦斯爆炸。所以,降压、增温、和进出风井风流方向相反的风速加大过程是造成井下瓦斯爆炸的气象诱因。井上的这些气象要素变化,引起井下风流、风量、压力场的改变,引起瓦斯泻出量增加到超限,终致引起爆炸。更多还原