氢原子百科 
瓦斯爆炸（gas explosion[1]），是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。[2]
引起瓦斯爆炸的主要因素与瓦斯积聚、引爆火源等有关，从理化角度解释，爆炸的三个充分必要条件分别为瓦斯浓度、引火温度和氧的浓度。瓦斯爆炸多为特大事故，造成的损失巨大、事故地点多发生在采煤与掘进工作面，包括乡镇煤矿、基建、技改矿井和转制矿井，高瓦斯矿井、低瓦斯矿井也均有发生。爆炸多为火花引爆，造成的破坏波及范围大，破坏力极强。[3][5][4]
瓦斯爆炸后产生高温、冲击波和大量有毒有害气体。事故能造成大量的人员伤亡，井下设备、设施的严重摧毁等，有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾，从而使灾害加重。[3]
化学反应过程
瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。最终的化学反应式为：
如果煤矿井下O₂不足，反应的最终式为：
矿井瓦斯爆炸是一种热-链反应过程(也称连锁反应)。当爆炸混合物吸收一定能量后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基(也称自由基)。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展成为燃烧或爆炸式的氧化反应。[2]
产生传播过程
爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，就将发生瓦斯的初燃(初爆)，初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或垮落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。[2]
爆炸时由于爆源附近气体高速向外冲击，在爆源附近形成气体稀薄的低压区。于是产生反向冲击波，使已遭破坏的区域再一次受到破坏。如果反向冲击波的空气中含有足够的CH₄和O₂，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。此外，瓦斯涌出较大的矿井，如果在火源熄灭前，瓦斯浓度又达到爆炸浓度，也能发生再次爆炸。[2]
爆炸条件
瓦斯爆炸的三个充分必要条件为瓦斯浓度、引火温度和氧的浓度。[3]
瓦斯浓度
瓦斯只在一定浓度范围内爆炸，该浓度范围称为瓦斯爆炸界限，其最低浓度界限称为爆炸下限，最高浓度界限称为爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸界限为5%～16%。[3]
当瓦斯浓度低于爆炸下限时，遇高温火源并不爆炸，但能在火焰外围形成稳定的燃烧层。当瓦斯浓度高于爆炸上限时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。在正常空气中瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大。[3]
但必须注意的是，瓦斯的爆炸界限并不是固定不变的，当瓦斯混合气体的温度、压力发生变化，或混入煤尘及其他可燃性气体时，瓦斯爆炸的界限也会相应变化。[3]
引火温度
瓦斯的引火温度受瓦斯浓度、火源性质及混合气体的压力等因素的变化而变化。一般认为，瓦斯的引火温度为650℃至750℃。当瓦斯含量在7%~8%时，最易引燃。当混合气体压力增高时，引燃温度会降低。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。[3]
煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、电火花、炽热的金属表面以及撞击和摩擦火花都能点燃瓦斯。[3]
氧的浓度
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火区有重要意义。在密闭的火区内往往积存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的浓度低，不会发生爆炸，若一旦有新鲜空气进入，氧的浓度达到12%以上时，就可能发生爆炸。因此，应加强火区管理，在启封火区时，更应格外慎重。必须在火熄灭后才能启封。[3]
主要特点
煤矿瓦斯爆炸有如下一些特点：①瓦斯爆炸多为特大事故，造成的损失巨大；②事故地点多发生在采煤与掘进工作面；③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大，破坏力极强；④多为火花引爆；⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生；⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿；⑦基建、技改矿井和转制矿井瓦斯爆炸事故容易发生等。[4]此外，连续瓦斯爆炸容易引起煤尘爆炸的连锁反应。[6]
瓦斯积聚
瓦斯积聚，是指采掘工作面及其他地点，体积大于0.5m3的空间内，积聚瓦斯浓度达到或超过2%的现象。[5]
局部通风机停止运转引起瓦斯积聚
这种现象导致瓦斯积聚而引起爆炸的比例最大。有的是设备检修，无计划停电、停风；有的是机电故障，掘进工作面停工、停风；还有的是局部通风机管理混乱、任意开停等。[5]
风筒断开或严重漏风引起瓦斯积聚
主要是施工人员不爱护通风设施，将风筒掐断、压扁、刮坏等，而通风管理人员又不能及时发现和进行维护、修补，造成掘进工作面风量不足而导致瓦斯积聚。[5]
采掘工作面风量不足引起瓦斯积聚
局部通风机出现循环风引起瓦斯积聚
由于局部通风机安装的位置不符合规定或全风压供给风量小于该处局部通风机的吸人风量等原因，都可能使局部通风机出现循环风，致使掘进工作面涌出的瓦斯反复回到掘进工作面，越积越多，达到爆炸浓度。[5]
风流短路引起瓦斯积聚
如果打开风门而不关闭，巷道贯通后不及时调整通风系统等，都可能造成通风系统的风流短路而引起瓦斯积聚。[5]
通风系统不合理、不完善引起瓦斯积聚
采空区或盲巷瓦斯积聚
采空区和盲巷没有风流通过，往往积存有大量高浓度瓦斯，在气压变化或冒顶等使其涌出或突然压出时都可能导致瓦斯爆炸。[5]
瓦斯涌出异常引起瓦斯积聚
局部地点瓦斯积聚
在正常通风系统中存在的局部地点的瓦斯积聚，往往具有更大的危险性。如采煤工作面的上隅角、巷道支架背后空间及冒顶区、采煤机切割机组附近、采掘工作面的机组附近、刮板输送机底槽附近和未充填的各种钻孔等，常常积聚着高浓度的瓦斯。[5]
引爆火源
引爆瓦斯的主要火源有以下几种：
电火花
由于对井下照明和机械设备的电源及电器装备的管理不善或操作不当，如矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆漏电或短路、电缆明接头或抽线、电器开关失爆、电机车架线出火及杂散电流等产生的电火花，都是引起瓦斯爆炸的主要火源。其中，矿灯失爆、电缆明接头及带电作业所占比例较大，杂散电流引爆瓦斯事故也时有发生，电火花引起瓦斯爆炸事故的比重约为40%。[5]
爆破火花
爆破产生火花是引爆瓦斯的另一主要火源。爆破火花主要是因炮泥装填不满、最小抵抗线不够、放明炮、糊炮、接线不良及炸药不合乎要求等引起的，爆破火花引起瓦斯爆炸事故的比重约为40%。[5]
撞击摩擦火花
井下因撞击和摩擦产生火花的情形多种多样，机械设备之间的摩擦、截齿与坚硬岩石之间的摩擦、坚硬顶板冒落时的撞击、金属表面之间的摩擦等等，都可能产生火花而引爆瓦斯。随着机械化程度的不断提高，因机电设备撞击出现摩擦火花而引起的爆炸事故也在逐渐增多，仅次于电火花和爆破火花的引爆次数。[5]
明火
主要类型
瓦斯爆炸的类型按其爆炸特点和波及范围可分为：局部爆炸、大型爆炸和连续爆炸三种。[7]
局部爆炸
局部爆炸多发生在采掘工作面、采空区、巷道的高顶冒落孔洞局部瓦斯积聚点的局部地区。[7]局部瓦斯爆炸由于参与爆炸的瓦斯量少，爆炸所产生的冲击力不大。所以，一般情况下，矿井通风系统未遭破坏，仅出现短时间的风流停顿、逆转和紊乱现象，或仅局部地区通风系统遭到破坏，对整个矿井影响不大。[7]作业人员在200m至300m以内能受到爆炸冲击波和爆炸火焰的伤害，300m以外，不受伤害，或伤害不严重。如果有巷道急转弯或巷道断面突然扩大或缩小，爆炸冲击力和爆炸火焰的威力则明显降低，人员可免受伤害，或伤害较轻。[7]局部瓦斯爆炸一般保持巷道支架完好，但如果支架质量差，煤岩松软，也会出现煤岩垮落，支架倒伏，甚至会造成巷道和工作面冒顶堵塞和埋人的情况。[7]假如瓦斯爆炸事故发生在全风压通风的采煤工作面，在爆炸附近的人员，主要受爆炸冲击波和爆炸火焰的伤害；在远离爆炸点回风侧的人员，主要受有毒有害气体的伤害；在爆炸冲击波和爆炸火焰波及不到的入风侧，人员无伤害。[7]瓦斯爆炸事故发生在掘进工作面，局部通风设施遭到破坏。爆炸产生的有毒有害气体不能在短时间扩散排除，在掘进工作面工作的人员除受爆炸冲击波和爆炸火焰伤害外，中毒和窒息伤害也将十分严重。[7]
大型爆炸
大型瓦斯爆炸，一般发生在有大量瓦斯积聚的采掘工作面、盲巷、封闭的巷道、采空区或火区以及瓦斯喷出和瓦斯突出区。[7]由于参与爆炸的瓦斯量大，爆炸所产生的冲击波，爆炸火焰以及有毒有害气体可影响一个采区、一个阶段(水平)、矿井的一翼，甚至整个矿井。[7]矿井通风系统遭到破坏，并在短时间内很难恢复通风，可能出现风流长时间停顿、逆转和紊乱现象。爆炸所生成的大量有毒有害气体也会四处蔓延，造成大量人员因窒息、中毒而死亡。[7]爆炸所产生的冲击波、爆炸火焰能破坏井下各种设备和设施，甚至摧垮支架，引起大面积冒顶，造成巷道堵塞和埋人。[7]
连续爆炸
矿井发生第一次瓦斯爆炸后，在同一个地区或地点，紧接着发生第二次、第三次，以至数次爆炸，称为连续爆炸。瓦斯连续爆炸大多发生在有大量瓦斯涌出的地区。瓦斯连续爆炸，其各次爆炸的间隔时间不等，有几分钟、几十分钟和几十小时。[7]
危害
矿内瓦斯爆炸的有害因素是高温、冲击波和有害气体。[2]
焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度大、温度高。从正常的燃烧速度(1.0m/s至2.5m/s)到爆轰式传播速度(2500m/s)。焰面温度可高达2150 ℃至2650 ℃。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾。[2]
冲击波锋面压力由几个大气压到20个大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100个大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡、设备和通风设施损坏及巷道垮塌。[2]
瓦斯爆炸后生成大量有害气体，某些煤矿分析爆炸后的气体成分为O₂（6%至10%），N₂（82%至88%），CO₂（4%至8%），CO（2%至4%）。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。[2]
处理低浓度瓦斯爆炸原则
低浓度瓦斯爆炸是指在正常瓦斯涌出情况下，因微风或无风造成瓦斯积聚达爆炸限，遇火源引起的瓦斯爆炸。其特点是瓦斯再积聚需要时间，有的需几分钟，有的需几小时甚至数小时。处理这类事故，应遵循如下原则：[8]
通风系统破坏不严重，无残留火源时，可恢复通风系统，防止瓦斯再积聚。[8]通风系统破坏严重，无残留火源时，救护队可进入救人和逐段恢复通风系统；有残留火源时，要根据火源位置、火势大小、瓦斯浓度和通风情况，慎重决定救灾方案。[8]
发生在采煤工作面的爆炸
不能改变通风系统和减少风量。[8]残留火源火势不大，瓦斯浓度不高，通风正常，灭火器材充足，可直接灭火。[8]无残留火源，可尽快恢复通风系统。[8]火源在长壁面上隅角，不易直接灭火，严防将明火引入采空区，造成采空区瓦斯爆炸。尤其是采煤工作面上隅角瓦斯燃烧，更不易直接灭火，因为瓦斯燃烧不易灭掉，易窜入采空区。上隅角瓦斯燃烧因直接灭火引爆瓦斯的案例很多，好的办法是对采煤工作面进行封闭。[8]火势很大，用直接灭火方法不可能灭掉的火源，应果断决定封闭工作面。[8]
发生在采煤工作面回风侧的爆炸
不能改变通风系统和减少风量。[8]无残留火源，可尽快恢复通风系统。[8]有残留火源，火势不大，瓦斯浓度不高，通风正常，灭火器材充足可直接灭火，但要特别注意风流瓦斯、采空区瓦斯、巷道高顶瓦斯等瓦斯变化情况，防止灭火时引爆上述地点瓦斯。[8]火势大，灭不了，要果断采取封闭措施。[8]
发生在采煤工作面进风巷或工作面入口的瓦斯爆炸
不能改变通风系统和突然减少风量。[8]无残留火源可尽快恢复通风系统。[8]有残留火源，如火势不大，灭火器材充足，可直接灭火；如供氧充足，火势很大，应果断采取封闭措施。[8]
发生在掘进工作面的瓦斯爆炸
掘进工作面发生瓦斯爆炸事故，一般都是一次，因为即使爆炸后产生的高温可能引燃可燃物(如衣服、风筒、电缆、胶带等)，但因供风停止，爆炸时空气中的氧气已被大量消耗，氧气浓度很低，可燃物很短时间就会熄灭，即使巷道中瓦斯再积聚，也不具备爆炸条件。[8]一般情况下，煤矿救护队可进入掘进工作面救人，清理杂物，消灭小火源。[8]确认掘进巷道内无明火和浮煤自燃火源后，可恢复通风。[8]如该掘进工作面与老空区或旧区有漏风通道，或巷道内冒顶浮煤有自燃倾向，不可启动局部通风机。[8]如该掘进巷道仍有残存火源，且火势不大，可直接灭火，但灭火时要防止水煤气爆炸。[8]如残留火源火势很大，或火源在高冒处，或该巷道与老窑区、旧巷连通，或是自然发火地点引爆的爆炸，应果断采取封闭措施。[8]
高浓度瓦斯爆炸
高浓度瓦斯爆炸是指因瓦斯突出(包括压出、倾出)，大量的高浓度瓦斯被稀释后达爆炸限(5%至16%)，遇火引起的瓦斯爆炸。[8]
高浓度瓦斯被稀释到爆炸限度内遇火源发生的爆炸，因为氧气不足，有的瓦斯分子没有被氧化，这些未被氧化的瓦斯，经过火源时，或高温高浓度瓦斯气流遇新鲜风流时，都可能发生二次和多次爆炸。因此，处理高浓度瓦斯爆炸时，要更加慎重。[8]
高浓度瓦斯爆炸后无残留火源时，可由救护队集中较多力量抢救伤亡人员，然后采取安全措施恢复通风系统。[8]高浓度瓦斯爆炸后有残留火源时，严禁启动局部通风机，以防空气稀释高浓度瓦斯，引起二次爆炸。应在不供风条件下灭火和救人，无法灭火或灭火措施无效时，应予以封闭。[8]
防范措施
防止瓦斯积聚的措施如下：
加强通风。有效的通风是防止瓦斯积聚和超限最基本和最有效的方法，矿井中必须做到风流稳定、有足够的风量和风速，避免循环风，局部通风机风简末端要靠近工作面，向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速等。当瓦斯超过允许浓度时，必须及时进行处理。[3]及时处理局部积聚的瓦斯。容易局部积聚瓦斯的地点主要有工作面上隅角、独头掘进工作面上隅角、顶板冒落的空洞内、综放工作面后部放煤口及采空区边界处、低风速巷道的顶板附近等，及时有效地处理局部瓦斯聚集对防止瓦斯爆炸事故具有重要意义。[3]加强瓦斯监测与检测。准确地掌握矿井空气中的瓦斯含量是有效防止瓦斯事故的重要基础。目前在井下主要巷道硐室、采掘工作面的适当位置，采用瓦斯监测监控系统对矿井瓦斯进行适时动态监测、监控（瓦斯超限时自动报警并切断电源）。同时，对井下的移动场所等采用瓦斯检查仪器随时随地进行瓦斯检测。[3]
防止瓦斯引燃措施如下：
在井口和井口房内，禁止使用明火；[3]在瓦斯矿井，要使用矿用防爆型电气设备，对其防爆性能要经常检查，不符合要求的要及时更换；[3]严格执行爆破制度；[3]严格管理火区，防止密闭墙漏风，并定期测定火区内温度。[3]
个人防护
迅速背朝冲击波传来方向卧倒，面部贴在地面，以降低身体高度，避开冲击波的强力冲击，并闭住气暂停呼吸，用毛巾捂住口鼻，防止把火焰吸入肺部。最好用衣物盖住身体，尽量减少肉体暴露面积，以减少烧伤。[9]爆炸后，要迅速按规定佩戴好自救器，以免遭受有害气体的毒害。[9]迅速辨清方向，沿着避灾路线，尽快撤退到新鲜风流中。外撤时，要迎着新鲜风流走，或躲进安全地区，注意防止二次爆炸或连续爆炸的再次损伤。[9]
瓦斯浓度规定
矿井总回风巷或一翼回风巷风流中瓦斯浓度超过0.75％，矿总工程师必须立即查明原因，进行处理，并报告矿务局总工程师。[10]采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1%时，必须停止工作，撤出人员，并由矿总工程师负责采取措施，进行处理。[10]综合机械化、水采和煤层厚度小于0.8米的保护层的采煤工作面，经抽放瓦斯和增加风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到1%以下时，经矿务局局长批准，瓦斯浓度最高不得超过1.5％，并应符合下列要求：①工作面的风流控制必须可靠；②通风巷必须保持设计断面；③必须制定安全措施，配有专职瓦斯检查员并安设瓦斯自动检测报警断电装置。[10]采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止用电钻打眼；放炮地点附近20米以内风流中的瓦斯浓度达到1%时，严禁放炮。采掘工作面风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理；电动机或其开关地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。[10]采掘工作面内，体积大于0.5立方米的空间，局部积聚瓦斯浓度达到2%时，附近20米内，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。[10]综合机械化采掘工作面，应在采煤机和掘进机上安设机载式断电仪，当其附近瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.5％时必须停止工作，切断采煤机和掘进机的电源。[10]
低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范
煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计时应遵循“阻火泄爆、抑爆阻爆、多级防护、确保安全”的基本原则；在煤矿低浓度瓦斯管道输送系统中靠近可能的火源点(发电机组、地面排空管口、自燃和易自燃煤层采空区抽瓦斯管入口等)附近管道上，应安设安全保障设施，确保管道输送安全；发电用瓦斯管道输送系统中宜安设防逆流装置，防止抽采泵突然停泵而出现回流等。[11]
相关事件
2019年7月28日13时1分，旺苍县厚信煤业有限责任公司11031采煤工作面采止线以西2#立眼发生较大瓦斯爆炸事故，造成3人死亡、2人受伤，直接经济损失404万元。[12]
2020年10月20日，山西潞安集团左权阜生煤业有限公司发生较大瓦斯爆炸事故，造成4人死亡、1人受伤，直接经济损失1073万元。[13]
2021年11月25日，俄罗斯西伯利亚联邦区克麦罗沃州一座矿井发生瓦斯爆炸并引发火灾。事发时，共有285名工人在矿井中作业。该事故造成包括6名救援人员在内的52人死亡、逾百人受伤。[14]
2023年8月21日22时许，陕西省延安市延川县永坪镇高家屯乡新泰煤矿发生一起瓦斯闪爆事故。经核查下井90人，升井81人，9人被困井下。升井人员中有2名重伤人员经抢救无效死亡，11名轻伤人员在医院救治，生命体征平稳。截至8月22日9时，井下被困9人全部找到，均无生命体征。[15]
2024年3月11日12时10分许，淮河能源控股集团煤业分公司谢桥煤矿发生一起瓦斯事故，经初步了解，该矿在封闭2131（3）工作面采空区发生瓦斯爆炸，造成现场24人涉险。事发后，有22人升井，其中升井时已重伤的8人中有7人死亡。还有2人被困井下，仍在救援中。[16]
参考资料 16
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 煤矿瓦斯爆炸原因分析及防治办法 — 贵州省应急管理厅
- 参考 5
- 典型矿山事故应急处置要点——瓦斯、煤尘爆炸事故 — 澎湃
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 旺苍县厚信煤业“7·28”瓦斯爆炸事故14人被处理 — 百家号
- 2020年全国煤矿事故大十典型案例公布 — 百家号
- 2021年度国际十大生产安全事故 — 澎湃新闻
- 陕西延安一煤矿事故致11人死亡 前矿工：曾见矿工带明火下矿抽烟 — 百家号
- 安徽一煤矿发生瓦斯爆炸事故已致7人死亡 — 百家号