瓦斯事故与气象因子相关性研究

[摘要]文章通过对重庆地区瓦斯事故统计数据与气象资料分析，展开瓦斯事故与气象因子相关性研究发现，瓦斯事故在各月均有可能发生，但春秋两季居多，原因在于这两季气候变化较快，矿井内外因温度、气压的较快变化而形成气压差，造成通风巷道与通风死角的瓦斯平衡状态被破坏，瓦斯的涌出量和排放量增加，在通风不畅的情况下，井内气压向外缓和过程中"受阻"，压力继续升高，瓦斯浓度继续增加，在外界微小电火花影响下，容易造成瓦斯事故发生。并可根据气温、气压变化情况对煤矿瓦斯浓度做出预测。

[关键词]瓦斯事故 气象因子

[中图分类号] P4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-300-2

我国煤矿瓦斯事故与气象因子相关性研究仍处于起步阶段，文章通过搜集大量重庆市瓦斯爆炸事故和气象方面资料，进行深入细致研究发现，气象因子是煤矿发生瓦斯爆炸的重要诱发因素[1]，分析了多个瓦斯爆炸发生时的气象条件，得出瓦斯爆炸与地面温度、压力、风等气象因子密切相关。

1瓦斯事故与气象因子相关性

1.1瓦斯事故年际变化特征

经统计，重庆市2009年～2012年共发生瓦斯事故15起，每年发生瓦斯事故的起数基本相同，其中2012年最少为2起，2011年最多为5起，2009年、2010年都为4起，瓦斯事故年际变化特征不明显。煤矿瓦斯事故年际变化特征如图1所示[2]。

1.2瓦斯事故季节变化特征

经分析发现，2009年～2012年重庆市瓦斯事故发生起数明显呈现出一定季节性。其中，春秋发生瓦斯事故11起，占四年总起数的73.3%，明显多于夏冬，其中以春天最多为7起。2009年～2012年瓦斯事故季节变化特征如图2所示[2]。

1.3瓦斯事故月份变化特征

重庆市2009年～2012年间瓦斯事故发生起数月份差异性较大。其中，3月份出现起数较多，为4起，6月、9月、11月、12月均没有出现过瓦斯事故。2009年～2012年瓦斯事故月份变化特征如图3所示[2]。

2瓦斯事故的气象条件分析

为分析气象因子变化与瓦斯事故间的关系，本文根据气象部门提供的气象资料，选取2009年～2012年月平均值统计气温、气压随月份的变化情况绘制成曲线图，加以分析。

2.1地面气温变化

调查显示瓦斯事故的发生与地面温度变化关系密切，约22%的瓦斯事故发生前有幅度较大、持续时间较长的增温过程，约60%的瓦斯事故发生前几天气温上升明显加快，事故当天为气温峰值点[3]。

图4为2009年～2012年平均气温随时间变化特征图[4]，由图中可以看出3月份平均气温已达到16.2°，且温度仍在较快增长。

2.2地面气压变化

分析显示：瓦斯事故发生与地面气压变化有一定相关性，约80%瓦斯事故发生时地面气压下降[5]。

图5为2009年～2012年平均气压随时间变化特征图[4]，由图中可以看出3月份平均气压较相邻月份下降较快。

2.3瓦斯事故的气象条件分析

井内CO、CH4等瓦斯气体是客观存在的，但在不同气候条件下这种可燃气体的释放、散发量不同，井外高气温、低气压条件下，井内处于缓和增压阶段，形成井内高气压，井内外出现短暂气压差。气压差的存在可使通风巷道与通风死角的相对平衡破坏，瓦斯的涌出量和排放量增加，造成高压区气体流向低压区，在通风不畅的情况下，井内气压向外缓和过程中“受阻”，会继续升压，可燃气体浓度增加，造成瓦斯事故发生。相反，井外低气温、高气压条件下，可燃气体形成收到抑制，浓度较小，不易造成瓦斯事故。

探究春秋两季瓦斯事故多发原因是，春秋两季天气变化较快，井内气象小环境要素滞后于井外大环境气象要素改变，产生的气象条件差导致瓦斯事故发生。

气温的变化可改变由进出风井空气的温度差产生的密度ρ之差，进而引起自然风压改变。按日本平松良雄的估算公式[6]，温差引起的自然风压P（t）为：

P（t）=Z（t内-t外）gρ/Rdt1t2 （1）

式中，Z―通风网络中最低点与最高点高程差，m；

（t内-t外）―矿井内外温度差。

利用上式可计算出外界温度改变而引起的自然风压，据此估计瓦斯浓度增加量，评价煤矿生产的安全状况。

3基于气象因子的瓦斯浓度预测

3.1逐旬预测瓦斯浓度

根据以上分析，可将一年分为4～10和11月至次年3月两阶段，采用旬瓦斯浓度资料与气温、气压资料进行回归分析，并建立回归方程，取复相关系数为0.6964，得出预测方程[7]：

Y=0.645+0.3164X1+0.5044X2

式中，Y―旬瓦斯浓度；

X1―平均气温；

X2―平均气压。

由此，可根据平均气温值和平均气压值预测出旬瓦斯浓度。

3.2逐日预测瓦斯浓度

通过对近4年的瓦斯事故进行分析总结，结合逐旬瓦斯浓度预测方程，并综合其他相关气象因子，建立逐日瓦斯浓度预测方程。方程中对对气压、气温进行逐日计算，得到其序列值，建立预测方程[7]：

Y=11.77+0.23X1-0.18X2

式中，Y―日瓦斯浓度；

X1―气温变化量；

X2―气压变化量。

只要将当日气温、气压变化量输入进方程，就可以对瓦斯浓度做出大致预测。

4结论

（1）瓦斯事故在一年各月均有可能发生，春、秋两季发生几率较高；

（2）瓦斯事故与气象因子的变化关系密切，当出现气温升高、气压下降的气象条件时易造成井下瓦斯浓度平衡状况改变，引起瓦斯积聚，诱发瓦斯事故；