摘要：以山西沁水煤田煤层气利用工程为例，计算了常温常压下煤层气的爆炸极限。通过对煤层气(压力为2.5MPa，温度为200℃)中甲烷的爆炸上限的压力、温度修正计算，分析了采用压力管道输送煤层气的安全性。

关键词：煤层气；爆炸极限；输气管道

　　煤层气是在煤炭开采过程中，由于煤体卸压，从煤体中释放出的可燃性气体。为保证生产安全，煤矿利用抽采系统将煤层气抽放排出地面。煤层气是一种混合气体，组分为CH₄、N₂、O₂应少量的H₂、CO₂。因抽采的技术方法及煤层中CH₄含量不同，抽采的煤层气中各组分的含量也不同。随着井下煤层气利用规模的不断加大，对于CH₄体积分数大于50％的煤层气采用压力管道输送至城市利用的工程越来越多。例如，抚顺矿务局至沈阳市的煤层气输气管道及调兵山市至铁岭市的煤层气输气管道都已建成并安全运行，沁水煤田至晋城市区的煤层气输气管道也在筹建中。在采用压力管道输送煤层气时，由于有大量的O₂存在以及煤层气加压的同时伴有温度的升高，因此有可能存在煤层气在爆炸极限范围内运行的情况。为保证煤层气输气管道的安全运行，有必要对压力管道中煤层气的爆炸极限进行深入的研究，这对于煤层气输送工程的安全性和经济性有着十分重要的意义。本文对山西沁水煤田输送至晋城市区的煤层气气在常温常压下的爆炸极限及压力、温度对煤层气爆炸极限的影响进行探讨。

1 常温常压下的爆炸极限
　　山西沁水煤田输送至晋城市区的煤层气各组分的体积分数分别为：ψ(CH₄)=52．40％，ψ(N₂)=37.36%，ψ(O₂)-9.93%，ψ(H₂)=0.20%ψ(CO₂)=0.11％。根据文献^[1、2]的计算方法，经计算可得常温常压下煤层气的爆炸上限为20.85％，爆炸下限为9．18％。
　　由上述计算结果可知，常温常压下山西沁水煤田的煤层气远离爆炸极限。

2 压力、温度对爆炸极限的影响
2. 1 压力对爆炸极限的影响
　　混合气体压力对爆炸极限的影响一般为：随着压力升高，爆炸极限范围扩大，原因为随着混合气体压力升高，分子间距减小，分子磁撞概率增大，导致燃烧反应更易发生。须说明的是各个文献间的计算结果相差较大。CH₄爆炸极限随煤层气初始压力的变化见表1^[5]。
 

　　由表1可知，压力对CH₄爆炸上限的影响显若，对爆炸下限影响较小。通过CH₄在O₂中的爆炸试验得出，适用于压力范围为0．1～1．0MPa的CH₄在O₂中爆炸上限试验计算式为^[4]：
 

　　式中L_u——温度修正前CH4的爆炸上限，％
　　p——压力，kPa
　　据有关资料，压力为2．5MPa左右时，CH₄在空气中爆炸上限的试验计算式为：