【背景】在矿井火灾无法直接处理时，通常采取封闭的方法对火区进行临时隔离管控，但瓦斯矿井在封闭发火区后，容易发生甲烷聚集和甲烷爆炸事故。尤其是火区初次封闭以后，在短时间内爆炸造成重大事故的较多，如：2002-04-08，东海煤矿在火区初次封闭后突然发生连续的甲烷爆炸，造成多人伤亡；2005-08-21兴安矿同样发生了综采工作面封闭期间甲烷爆炸事故。
翟小伟副教授(第一作者)和来兴平教授本次研究要解决的问题为当瓦斯矿井发生火灾以后，如何根据已知现场条件快速的判断和预测封闭以后采空区内爆炸的危险性，以及可能发生爆炸的时间，从而科学指导灾害现场的应急决策。
两位研究人员利用质量守恒定律对封闭火区在短时间内甲烷和氧气体积分数的变化规律进行了推演，构建了封闭火区内甲烷和氧气的积聚模型。通过模型发现火区封闭以后甲烷体积分数随封闭时间单调递增，增加速率主要受a值(由封闭空间和甲烷绝对涌出量决定)影响较大，随着a值的增加，甲烷积聚的速率延缓，当a取值为10时，甲烷的积聚速度成抛物线增长，开始增长速率较快，达到一定体积分数后开始变慢，当a取值增加到200以后时，甲烷的积聚速率成线性增长，增长速率均匀。同理，火区封闭以后氧气体积分数的变化随封闭时间单调递减，递减速率同样受a值影响，随着a值的增加，氧气递减的速度变慢，如当a取值为10时，氧气递减速率曲线成抛物线，开始下降速率较快，达到一定体积分数后开始变慢，如当a取值增加到200以后时，氧气的递减速率曲线成线性。所以火区封闭后，当氧气体积分数下降速度很快时，甲烷体积分数积聚的速率也快速增加，所以在不采取任何措施的条件下，封闭火区甲烷和氧气体积分数变化的速率对爆炸危险性影响较小，爆炸危险性主要决定于两种气体达到爆炸临界点时间存在交集的可能性。
研究人员令甲烷的体积分数上升到爆炸下限的时间为t1，上升到爆炸上限的时间为t2，氧气体积分数降至12%的时间为t3，且氧气体积分数持续下降，可知：
当t3 小于t1时，说明火区封闭后不存在甲烷爆炸危险性。如下图所示。
当t3在t1到t2区间内，或者t3大于等于t2时，说明火区封闭后不存在甲烷爆炸危险性。如下图所示。
来源：《煤炭学报》
引用格式：翟小伟，来兴平.瓦斯矿井工作面火区封闭后爆炸危险性快速预测方法[J].煤炭学报,2016,41(9):2251-2255.（转载请标明出处）