摘要：以山西沁水煤田煤層氣利用工程為例，計算了常溫常壓下煤層氣的爆炸極限。通過對煤層氣(壓力為2.5MPa，溫度為200℃)中甲烷的爆炸上限的壓力、溫度修正計算，分析了采用壓力管道輸送煤層氣的安全性。

關鍵詞：煤層氣；爆炸極限；輸氣管道

　　煤層氣是在煤炭開采過程中，由于煤體卸壓，從煤體中釋放出的可燃性氣體。為保證生產安全，煤礦利用抽采系統將煤層氣抽放排出地面。煤層氣是一種混合氣體，組分為CH₄、N₂、O₂應少量的H₂、CO₂。因抽采的技術方法及煤層中CH₄含量不同，抽采的煤層氣中各組分的含量也不同。隨著井下煤層氣利用規模的不斷加大，對于CH₄體積分數大于50％的煤層氣采用壓力管道輸送至城市利用的工程越來越多。例如，撫順礦務局至沈陽市的煤層氣輸氣管道及調兵山市至鐵嶺市的煤層氣輸氣管道都已建成并安全運行，沁水煤田至晉城市區的煤層氣輸氣管道也在籌建中。在采用壓力管道輸送煤層氣時，由于有大量的O₂存在以及煤層氣加壓的同時伴有溫度的升高，因此有可能存在煤層氣在爆炸極限范圍內運行的情況。為保證煤層氣輸氣管道的安全運行，有必要對壓力管道中煤層氣的爆炸極限進行深入的研究，這對于煤層氣輸送工程的安全性和經濟性有著十分重要的意義。本文對山西沁水煤田輸送至晉城市區的煤層氣氣在常溫常壓下的爆炸極限及壓力、溫度對煤層氣爆炸極限的影響進行探討。

1 常溫常壓下的爆炸極限
　　山西沁水煤田輸送至晉城市區的煤層氣各組分的體積分數分別為：ψ(CH₄)=52．40％，ψ(N₂)=37.36%，ψ(O₂)-9.93%，ψ(H₂)=0.20%ψ(CO₂)=0.11％。根據文獻^[1、2]的計算方法，經計算可得常溫常壓下煤層氣的爆炸上限為20.85％，爆炸下限為9．18％。
　　由上述計算結果可知，常溫常壓下山西沁水煤田的煤層氣遠離爆炸極限。

2 壓力、溫度對爆炸極限的影響
2. 1 壓力對爆炸極限的影響
　　混合氣體壓力對爆炸極限的影響一般為：隨著壓力升高，爆炸極限范圍擴大，原因為隨著混合氣體壓力升高，分子間距減小，分子磁撞概率增大，導致燃燒反應更易發生。須說明的是各個文獻間的計算結果相差較大。CH₄爆炸極限隨煤層氣初始壓力的變化見表1^[5]。
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　　由表1可知，壓力對CH₄爆炸上限的影響顯若，對爆炸下限影響較小。通過CH₄在O₂中的爆炸試驗得出，適用于壓力范圍為0．1～1．0MPa的CH₄在O₂中爆炸上限試驗計算式為^[4]：
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　　式中L_u——溫度修正前CH4的爆炸上限，％
　　p——壓力，kPa
　　據有關資料，壓力為2．5MPa左右時，CH₄在空氣中爆炸上限的試驗計算式為：