关于煤矿瓦斯储罐的环境风险评价

杨少华

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原　030001)

关于煤矿瓦斯储罐的环境风险评价

杨少华

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原030001)

【摘要】本文论述了煤矿瓦斯储气罐可能出现的事故情况，对其产生的爆炸事故进行了环境风险评价，提出了应急与防范措施。

【关键词】煤矿；瓦斯储罐；环境风险

引用文献格式：杨少华.关于煤矿瓦斯储罐的环境风险评价[J].环境与可持续发展，2015，40(6)：167-169.

1引言

煤矿瓦斯简称瓦斯，指煤炭矿井开采过程中从煤层及其围岩涌入矿井巷道和工作面的天然气体，主要由甲烷构成。瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，当空气中瓦斯含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，造成事故。

根据煤炭采选工程的特点，环境风险类型主要包括煤矸石堆置场溃坝、露天矿排土场滑坡、瓦斯储罐泄漏引起的爆炸”[1]。本次主要探讨煤矿瓦斯储罐泄漏引起的爆炸的环境风险评价，对气体储罐站爆炸事故的环境影响范围界定及风险应急与防范措施作一些探讨。

2环境风险评价

建设项目环境风险评价是对建设项目建设和运行期间发生的可预测突发事件或事故(一般不包括人为破坏及自然灾害)引起有毒有害、易燃易爆等物质泄漏，或突发事件产生的新的有毒有害物质，所造成的对人身安全与环境的影响和损害，进行评估，提出防范、应急与减缓措施[2]。风险评价的基本流程为风险识别、源项分析、后果计算、风险计算和评价及风险管理。

2.1　风险识别

2.1.1物质识别

瓦斯的主要成分是甲烷，属易燃性气体，在空气中具有一定浓度(5%～15%)时，遇热源或明火有燃烧爆炸危险。瓦斯泄露发生爆炸后可发生火灾，另外瓦斯泄露可以形成瓦斯云团并发生云团爆炸；在实际情况中瓦斯云团常常同空气混合发生扩散，遇到火源时产生云团扩散爆炸，爆炸过程中由于不完全燃烧将会产生大量CO，进而对居民健康造成威胁。甲烷的理化性质及基本特征见表1。

表1　甲烷的理化性质及基本特征表

续表1

2.1.2生产设施风险识别

煤矿在工业场地建设瓦斯抽采站，瓦斯气体采用储气罐储存。瓦斯储气罐多为管道连接阀门控制，在装料、输料过程及一般情况存储均有可能引起物料泄漏。采用事故树分析法进行瓦斯储罐爆炸事故的环境风险影响评价。瓦斯储气罐的环境风险因子主要有：①设备因素：管道、储罐堵塞或漏气。②人为因素：操作不当、管理不严、环保安全意识差。③自然或人为破坏因素：自然灾害或其它不可抗拒突发因素[3]。

2.2　源项分析

煤矿工业场地瓦斯抽放站按瓦斯储气罐容积分别为1000m3、5000m3、10000m3三个等级进行分析计算。根据有关资料介绍，设备容器一般破裂泄漏的事故概率在1×10-5/年。此外，据储罐事故分析报道，储存系统发生火灾爆炸等重大事故概率小于1×10-6/年。由于设备质量、施工水平、经济状况的提高，储罐容积相对小以及抽放气体中瓦斯含量低，所以储气罐重大环境风险事故的发生概率当属于“不易发生”的性质范畴。

2.3　后果计算

2.3.1爆炸能量计算

E=V·H

式中：E——爆炸能量；

V——参与反应的可燃气体体积，m3；

H——可燃气体的高燃烧热值，kJ/m3；H甲烷=39860。

根据上述公式计算不同体积的瓦斯爆炸释放的能量。见表2。

表2　不同体积的瓦斯爆炸释放的能量

2.3.2爆炸影响范围计算

爆炸性气体液态储存，如果瞬间泄露后遇到延迟点火或储存时泄露到空气中，遇到火源，则可能发生蒸汽云爆炸。根据荷兰应用研究院(TNO)预测蒸气云爆炸的冲击波的损害半径公式计算：

式中：Cs——经验常数，取决于损害等级，从重到轻依次为0.03、0.06、0.15、0.4。单位为mJ-1/3；

N——效率因子，一般取N=10%

E——爆炸总能量，KJ。

由以上公式可预测出不同体积的瓦斯爆炸时的影响范围，见表3。

表3　损害等级及爆炸损害影响范围表

2.4　风险计算与评价

泄露的瓦斯气与空气混合形成云团之后，其中的甲烷浓度处于爆炸极限范围内时，遇到火源即发生爆炸，造成破坏。云团爆炸对人体的影响区域分为死亡区、重伤区、轻伤区，在死亡区内因冲击波的作用将导致人体肺出血而死亡的概率为50%，重伤区内因冲击波的作用将导致人体二膜破裂的概率为50%。建筑物受爆炸冲击波的作用将垮塌并发生火灾。所以应保证此周围居民均在安全距离外，人员和财产不至受瓦斯泄露云团爆炸影响。

2.5　风险管理

2.5.1风险防范措施

(1)设备的选材、设计、制造、安装、试压等符合国家现行的标准和规范要求；

(2)管道、阀门、垫片选用耐腐蚀的材料；

(3)安全阀、液位计、阻火器等安全附件必须经常检查、维护、定期监测，发现问题及时检修，不能故障使用；

(4)对设备、管道定期做防腐处理，防止大气和化学腐蚀造成的沙眼泄漏，对各种管道要按要求涂刷成不同颜色，瓦斯管道要有流向标志；

(5)项目采用PLC 控制系统，在选用仪表时，应选用动作灵敏、质量可靠的仪表；

(6)对各种泵实行定期检修制度，定期更换；

(7)在容器泄漏瓦斯的地方设置固定式可燃气体报警器，并配置移动式可燃气体监测仪，以便及时发现和处理瓦斯泄漏事故。

2.5.2应急预案

建设单位应针对可能的环境事故编制应急预案。从应急工作程序上，可以分为预防预警、应急响应、应急处理、应急终止、信息发布五个步骤。

(1)预防预警：根据突发事件的严重性、紧急程度和可能波及的范围，划分预警级别，并根据事态的发展情况和采取措施的效果，提高或者降低应急预警级别。

(2)应急响应：环境安全突发事件发生后，应立即启动并实施相应应急预案，及时向环保部门及政府上报；同时，启动建设单位应急专业指挥机构；应急救援力量应立即开展应急救援工作；需要其他应急救援力量支援时，应及时向政府提出申请。

(3)应急处理：对各类环境事故，根据相应的救援方案进行救援的处理，同时应进行应急环境监测。

(4)应急终止：应急终止须经现场救援指挥部确认，由现场救援指挥部向所属各专业应急救援队伍下达应急终止命令。应急状态终止后，建设单位应根据上级有关指示和实际情况，继续进行环境监测和评价工作，直至其他补救措施无需继续进行为止。

(5)信息发布：突发环境安全事件终止后，要通过报纸、广播、电视和网络等多种媒体方式，及时发布准确、权威的信息，正确引导社会舆论，增强对于环境安全应急措施的透明度。

3结论

煤矿瓦斯是指煤炭矿井开采过程中从煤层及其围岩涌入矿井巷道和工作面的天然气体，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，当空气中瓦斯含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，造成事故。瓦斯储罐泄漏引起的爆炸是《环境影响评价技术导则 煤炭采选工程》(HJ619-2011)中关于防范煤炭采选工程环境风险(主要包括煤矸石堆置场溃坝、露天矿排土场滑坡、瓦斯储罐泄漏引起的爆炸防范)的重要内容之一。本文主要探讨煤矿瓦斯储罐泄漏引起的爆炸的环境风险评价，探讨了气体储罐站爆炸事故的环境影响范围界定及风险应急与防范措施。基于对爆炸特性的分析，计算得出不同体积瓦斯储气罐爆炸时产生的能量。根据爆炸能量进一步计算了爆炸影响范围。据此提出了风险防范措施和应急预案。

参考文献：

[1]《环境影响评价技术导则 煤炭采选工程》(HJ619-2011).

[2]《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ/T169-2004).

[3]魏鸿业，胡爱军.氢气储罐站爆炸事故的环境风险评价.青海气象，2007-01.

On Environmental Risk Assessment of Coal Mine Gas Storage Tank

YANG Shaohua

(Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan Shanxi 030001)

Abstract：This paper discusses the possible accident of coal mine gas storage tanks in the explosion accident for the environmental risk assessment，emergency and prevention measures are put forward.

Keywords：coal mine；gas storage tanks；environmental risk

作者简介：杨少华，2003年毕业于太原理工大学给排水工程专业，工程师，主要从事环境影响评价工作

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2015)06-0167-03