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1、矿井瓦斯防治晋城煤业集团技术中心王军手机 13133377039 Email,目录,一、矿井瓦斯基础知识二、瓦斯爆炸及预防三、煤与瓦斯突出及其防治,一、矿井瓦斯基础知识,概述煤层瓦斯赋存与含量矿井瓦斯涌出量,概述,矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的甲烷为主的各种有害气体的总称。一般情况下，含有甲烷（可达8090%）和其它烃类、如乙烷、丙烷，以及CO2（如吉林营城矿）和稀有气体。个别煤层中含有H2、CO（如山东新汶煤业集团）、H2S（如河南鹤壁四矿）、氡气。瓦斯的化学名称叫甲烷（CH4），是无色、无味、无毒的气体。甲烷分子的直径为0.375810-9m,可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。
2、,瓦斯具有扩散性。其扩散速度是空气的1,34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间，甲烷的比重为0.554，比空气轻，如果巷道上部有瓦斯涌出源，且风速低时，容易在顶板附近形成瓦斯积累层，瓦斯微溶于水。瓦斯具有窒息性。甲烷虽然无毒，但其浓度增加，可相对地使氧气浓度下降。当空气中瓦斯浓度达19%，氧气下降为17%，在劳动时使人感到呼吸困难；当瓦斯浓度达到43%，氧气下降为12%，使人发生窒息；当瓦斯浓度超过57%，氧气降低至10%以下，使人立即死亡。这类事故在煤矿并不鲜见。,瓦斯具有燃烧和爆炸性。一般情况下，瓦斯浓度在5%16%时，遇火即爆炸。当瓦斯浓度在5%以下或在16%以上时，遇火不爆炸只
3、燃烧。当煤矿的采掘生产过程中，当条件合适时，会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出，产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的财产和人员伤亡。,同时瓦斯也是重要的矿物资源之一，可做为汽车燃料、民用燃料和化工原料。据初步估计我国煤层气资源的总量达3.010133.51013m3。,煤层瓦斯赋存与含量,1.矿井瓦斯的生成 矿井瓦斯是植物残骸在成煤过程中伴生的产物。据粗略估计，每生成一吨烟煤同时可伴生成600m3以上的甲烷。由长烟煤变成无烟煤时，每吨又可伴生240 m3的甲烷。但在漫长的地质年代中，在地质构造的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，只有一小部分至
4、今仍被保存在煤体和围岩中。,2.瓦斯在煤层中的赋存状态瓦斯以游离和吸附两种状态存在于煤体内。游离状态是指瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔隙、裂缝与空洞中，这种状态存在的瓦斯可以自由运动，并表现出有压力。吸附状态按其结合的形成不同，分为吸着和吸收两种。吸着状态是在孔隙表面的团体分子引力作用下，气体分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层；而吸收状态是瓦斯分子已深入到煤分子团内部，如同气体溶解于液体中的状态。,游离状态与吸附状态的瓦斯不是固定不变的，在一定条件下，二者可以相互转化的。当外界压力降低或温度长高时，一部分吸附瓦斯可转化为游离瓦斯，这种现象叫做解吸。当外界压力增加或温度降低时
5、，一部分游离瓦斯可转化为吸附瓦斯，这种现象叫做吸附。在现今开采深度内，煤层中的瓦斯主要是以吸附状态存在的，游离状态的瓦斯只占总量的10%左右。,煤层瓦斯含量 煤层瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所有的瓦斯的数量，其单位为m3 m 3或m3T。煤层瓦斯含量的大小取决于两个方面：一是成煤和变质过程中瓦斯生成量的多少；二是瓦斯被保存下来的条件。诸如煤层和围岩的结构和物理化学特性、成煤后的地质运动和地质构造、煤层的赋存条件、围岩的性质等。,(三)矿井瓦斯涌出量1、矿井瓦斯涌出形成 普通涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式，其涌出的瓦斯量占矿井总瓦斯涌出量的绝大部分，矿井日常瓦斯管理工作主要针对这部分
6、瓦斯而言。另一种形式的瓦斯涌出是特殊涌出，是指在时间上突然，在空间上集中、大量的瓦斯涌出，主要有瓦斯喷出和瓦斯突出。,2、瓦斯涌出量 绝对瓦斯涌出量-指矿井或采区在单位时间内涌出的瓦斯量。单位m3/min。QCH4-矿井或采区绝对瓦斯涌出量。m3/min。Q-矿井或采区总回风量。m3/min。CH4-该回风流中的瓦斯浓度。%相对瓦斯涌出量-指矿井在正常生产情况下，月平均日产一吨煤的瓦斯涌出量。m3/t。qCH4=1440 QCH4n/TqCH4-矿井相对瓦斯涌出量，m3/t。QCH4-矿井绝对瓦斯涌出量,m3/min。n-矿井瓦斯鉴定月的工作天数，dT-矿井瓦斯鉴定月的煤炭产量。t.,3.矿井
7、瓦斯涌出量的一般规律。封闭性断层两侧、岩溶陷落柱周围(封闭)、背斜地区瓦斯涌出量大。煤层由湿变干、由薄变厚、煤质由硬变软时，瓦斯涌出量大。煤层顶板为致密完整的岩层，其煤层瓦斯涌出量大。地面大气压下降或温度升高时，井下瓦斯涌出量普遍增大。开采深度越深、开拓与开采范围越大，矿井产量越大，瓦斯涌出量越大。,一组近距离煤层先开采层瓦斯涌出量大。开采上分层比开采下分层煤瓦斯涌出量大。工作面顶板周期来压时，瓦斯涌出量大。煤层掘进巷道送的越长，暴露面积越大，瓦斯涌出量越大。开采工序不同，瓦斯涌出量也不相同，爆破落煤、放顶时，瓦斯涌出量大。采空区丢煤多，采出率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。,4.矿井瓦斯等级
8、划分 规程：一个矿井中只要一个煤(岩)层发现瓦斯。该矿即为瓦斯矿井。瓦斯矿必须依照矿井等级进行管理。每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省(自治区、直辖市)煤炭管理部门审批，并报省(自治区、直辖市)煤矿安全监察机构备案。不同等级的瓦斯矿井，供风标准，设备造型，瓦斯管理均有所不同。,二、瓦斯爆炸及预防（一）瓦斯爆炸过程及其危害瓦斯爆炸是一个极其复杂的激烈氧化过程，近年来的研究认为，矿井瓦斯爆炸是一种链式反应。当一定浓度的甲烷和氧气组成的爆炸混合物吸收一定能量后，反应分子的链断裂，离解成两个以上的游离基，这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在合适的条件下，
9、每一个游离基又可进一步分解，产生两个或两个以上的游离基。这样循环不止游离基越来越多，化学反应也越来越多，最终就可发展为燃烧或爆炸。,矿井瓦斯爆炸的有害因素是：高温、冲击波和有害气体。瓦斯爆炸时的瞬间温度在自由空间内可达1850，在封闭空间可达2150-2650。高温火焰经过之处，人被 烧死或大面积烧伤，往往引起井下巷道支架或煤壁燃烧形成火灾，造成严重损失。,瓦斯爆炸时的，高温高压气体以很大的压力从爆源向外扩张，形成强大的爆炸冲击波。瓦斯爆炸后，爆源附近地点的温度迅速下降，水蒸气凝结，空气稀薄，形成低压区，于是产生反向冲击波。冲击波锋面压力由几个大气压到20个大气压，前向冲击波叠加和反射时可达1
10、00个大气压。冲击波破坏性最大，所到这处造成顶板冒落、煤壁崩跨、支架倒塌、通风设施破坏、矿车颠覆、轨道弯曲、设备破坏、人员大量伤亡。,瓦斯爆炸后，由于大量的氧气参与燃烧，使井下氧气大量减少，一般可降低到12%以下。同产生2%-4%的一氧化碳有害有毒气体。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大，毒化了井下空气，造成井下人员缺氧窒息和中毒伤亡。,（二）瓦斯爆炸条件及其影响因素 瓦斯爆炸必须同时具备三个基本条件，即一定浓度的瓦斯，一定温度的引火源和足够的氧气。1.瓦斯浓度 理论和试验表明：瓦斯爆炸有一定的浓度范围，这个浓度范围称为爆炸界限，其最低浓度界限叫爆炸下限，其最高浓度界限叫爆炸上限。在新鲜空气
11、中，瓦斯的爆炸 界限一般认为是5-16%。瓦斯浓度为7-8%时爆炸威力最强。但需要指出的是，这种瓦斯爆炸界限不是固定不变 的，它受到很多因素的影响，主要是：,(1)氧的浓度 氧浓度降低时，爆炸下限变化不大，爆炸上限明显降低。当氧浓度低于12%时，混合气体就失去爆炸性。(2)混入可燃性气体瓦斯与空气混合气体中混入其它可燃气体时，其爆炸界限决定于各种可燃气体的爆炸界限和它们的浓度。如果井下发生火灾时，瓦斯与其它可燃性气体的生成量增加，即使平时瓦斯涌出量较小的矿井，也可能发生瓦斯爆炸。,（3）混入煤尘具有爆炸性的煤尘在300-400时，能挥发出多种可燃性气体，使瓦斯下限降低，危险性增加。（4）混入惰
12、性气体混入少量惰性气体(如CO2、N2等)缩小瓦斯爆炸的界限范围，加入 大量的惰性气体时，可使瓦斯失去爆炸性。,2.引火温度瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯爆炸的最低温度，一般常压下为650-750。最低点燃能量为0。28MJ。井下出现的各种明火、煤炭自燃、电器火花、赤热的金属表面以及撞击和摩擦火花、采空区内砂岩悬顶冒落时产生的碰撞火花等，都能点燃瓦斯。,瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是延迟一个很短的时间，这种现象叫引火延迟性，从接触热源到引燃的这段时间称为感应期，感应期的长短与瓦斯浓度和引火温度有关，瓦斯爆炸的感应期，对煤矿安全生产意义很大。例如，在井下爆破中，煤矿使用爆药爆炸时火焰
13、温度高达1800-3000，但高温存在时间极短，仅有几毫秒，小于瓦斯爆炸的感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药的质量不合格，炮泥充填不当，就会延长高温存在的时间，增加事故隐患。,(三)、煤矿瓦斯爆炸事故分析1、瓦斯积聚原因(1)掘进工作面瓦斯积聚原因局部通风管理不善，造成瓦斯积聚。主要表现在：一是无计划停电停风以及随意停开局部通风机。无计划停风主要是由于电器原因引起的(如绝缘不好、电压不稳、供电不合理)，约占总无计划停电次数的90%以上。二是风筒遭破坏后不能及时修复，造成掘进工作面无风或微风作业。三是局部通风设施质量低劣，风量不足，在些单位为了节约资金，降低成本，压缩风筒使用量。,现场管理失
14、控，不按规定检查或瓦斯检查员脱岗。遇地质条件变化工作面瓦斯异常涌出。,(2)采煤工作面瓦斯积聚原因矿井通风能力不足，工作面配风量满足不了生产要求；矿井通风系统不合理，采掘工作面采用不合理串联通风。巷道贯通，新工作面准备过程中没及时调整通风系统，造成风流短路、混乱、致使作业地点和巷道中微风。非正规采煤工作面使用局部通风机通风、扩散通风、老塘通风等无正规通风系统通风，瓦斯积聚现象十分严重。,2、引爆火源 引起瓦斯爆炸的火源主要有爆破、电火花(电器失爆和违章带电作业)、机械摩擦火花和其它火花(瓦斯燃烧救火不当，井下杂散电源，运输雷管发生爆炸，矿灯摔碎，岩石撞击等)。据某年全国煤矿重大以上瓦斯爆炸事故
15、火源分析，爆破占66.3%，明火占18.3%，失爆占12。7%，撞击占6.7%，吸烟占4.9%，摩擦占1.1%。,3.违章排放瓦斯违章排放瓦斯造成爆炸，一是没有排放措施或措施不具体、不完善，二是不严格执行措施。,(四)瓦斯检查与监测每一矿井必须建立瓦斯检查制度。瓦斯检查范围包括采掘面、硐室、机电设备的安设点和有人作业地点。低瓦斯矿井 采掘工作面每班至少检查瓦斯2次，高瓦斯矿井的采掘工作面每班至少检查瓦斯3次，对有煤与瓦斯突出或瓦斯涌出量较大的采掘面，应有专人负责检查，井下停风地点栅栏外每天至少检查1次，挡风墙外和周至少检查1次。瓦斯检查员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示汇报制度，按指定地点、时间
16、和次数进行检查，严禁空班漏检、假检和假汇报，要认真填写瓦斯循环图表和有关记录，当瓦斯超限时，瓦检员有权责令现场人员停止工作，并撤到安全地点。班组长以上人员、爆破工等下井时必须携带便携式甲烷检测仪。通风值班人员必须审阅瓦斯检查报表，发现问题，及时处理。,低瓦斯矿井装备甲烷断电仪、风电瓦斯闭锁装置。编制采区设计、采掘作业规程和安全技术措施时，必须对安全监控设备的种类、数量和位置等做出明确规定，安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少1次。甲烷传感器、便携式甲烷检测仪等采用催化元件的设备，每7天必须使用校准气样和空气样调校1次，每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。,(五)瓦斯排放管理1、排放瓦
17、斯要实行分级管理(1)停风时间短，瓦斯浓度不超过3%的采掘面，由通风区队和瓦斯检查员就地排放。(2)巷道瓦斯浓度超过3%，排放瓦斯风流途径路线短，直接进入回风系统，不影响其它采掘面的排放措施必须由矿总工程师组织会审后批准。(3)巷道瓦斯积聚或贯通已封闭的停工区，瓦斯浓度超过3%，排放路线长，影响范围大，排放瓦斯风流切断其它采掘面的安全出口，排放措施由矿总工程师会审，报上级总工程师批准。,2、制定排放瓦斯措施根据瓦斯排放分级管理的规定制定排放瓦斯措施：控制排放瓦斯。估算瓦斯积聚量、供风量和排放时间，采用正确的排放方法，严禁“一风吹”，确保排放风流和全风压风流汇合处瓦斯浓度不超过1.5%。确定排放
18、瓦斯的流经路线和方向。绘图并标明电器设备、通讯电话、瓦斯探头、通风设施的位置。明确停电撤人范围。受排放瓦斯风流影响的地点和被其切断安全出口的采掘工作面，必须停电撤人，停止作业，指定警戒人员的位置，禁止其它人员进入。,指定专人切断和看管电源，并设警示牌。排完瓦斯后，指定专人检查瓦斯、供电系统和电器设备，经检查证实，巷道中瓦斯浓度不超过1%，才可以恢复局部通风机的正常通风，供电系统和电器设备完好，方准指定专人恢复供电。加强排放瓦斯的组织领导，明确排放瓦斯人员名单，责任落实到人。,3、排放方法排放方法是批限量供风、分段排放。限制送人排放巷道的风量可采用：在局部通风机排风测的风筒上捆上绳索，收紧或放松
19、控制排风量；把风筒接头断开，改变风筒接头对合空隙大小，调节送入风量；局部通风机排风口安装三通调节器等。,(六)预防瓦斯爆炸的措施1、防止瓦斯积聚与超限(1)加强通风加强通风是防止矿井瓦斯积聚的最有效措施。矿井通风要做到有效稳定和连续不断，要有足够的风速和风量把瓦斯吹散、冲淡和稀释到符合规程规定的浓度。,(2)严格瓦斯管理1.严格瓦斯检查制度。2.严格执行规程对井下各点瓦斯浓度的规定，检查发现瓦斯超限，要及时采取措施进行处理。3及时封闭采空区和旧巷道。要保证密闭质量，加强管理和维护。,(3)及时处理局部积聚的瓦斯 所谓局部瓦斯积聚是指瓦斯浓度超过2%，其体积超过0.5m3的现象。生产过程中容易形
20、成局部瓦斯积聚的地点有：采煤工作面的上隅角，顶板冒落的空洞内，综采机、综掘机附近，低风速巷道中的顶板附近，停风的独头，综放工作面放煤口等，及时处理局部瓦斯积聚的瓦斯是日常管理中的重要内容。其方法有：,采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理。一般采用风障引导风流法，上隅角排放法和尾巷排放法。综采工作面瓦斯积聚的处理。适当加大综采工作面的风量；在采煤机切割部或牵引部安装局部通风机。顶板冒落空间内瓦斯积聚的处理。通常用黄土充填空洞、用导风板或风筒接岔引入风流吹散瓦斯。顶板附近瓦斯层状积聚的处理。提高巷道风速，使瓦斯与空气充分的紊流混合，一般防止瓦斯层状积聚的风速大于0.51m/s；采用导风板和风筒三通向层状
21、带引入风流吹散瓦斯。盲巷瓦斯积聚的处理。实行分级排放瓦斯，其中恢复有大量瓦斯积存的盲巷或打开密闭时，必须制定专门的排放瓦斯措施。,(4)瓦斯抽放 利用通风的方法，封闭和堵塞不能解决局部瓦斯积聚时，可建立移动式抽放泵站或地面抽放系统。,2防止瓦斯引燃 防止瓦斯引燃的原则是井下消灭火源，严格管理和控制热源。主要措施有：防止明火。严禁任何人携带引火物下井，井下严禁吸烟；减少漏风，防止煤层自燃发火，加强火区管理；消灭一切高温火源。防止电火花。完善井下电器设备“三大保护”；使用防爆性能良好的电器设备；消灭电缆接头的“鸡爪子、羊尾巴和接头”；检修电气设备不准带电作业；推广使用供电闭锁和超前切断电源的控制设
22、备。,防爆破引燃瓦斯。按规程有关规定装药爆破，炮眼必须充足炮泥，严禁浅眼、明火爆破和一次装药分次爆破，严格执行“一炮三检”和“三从联锁爆破制度”。防止机械摩擦、冲击火花。禁止使用磨钝的截齿；截槽内喷雾洒水等，随着煤矿机械化成度的不断提高和钢铁化支架的发展，以及提升运输方面的跑车撞车等，防止机械火花显得日益重要。,3.防止瓦斯爆炸灾害事故扩大井下一旦发生瓦斯爆炸，应使灾害波及范围局限在尽可能小的区域内，减轻伤害和损失，主要应做好以上工作：每年要编制切实可行的灾害预防和处理计划，并对有关人员贯彻这个计划。增强职工的抗灾和救灾意识。矿井实行分区通风，通风实行系统力求简单，通风巷道保持良好，风流稳定可
23、靠。主要通风机井口必须安装设防爆门，防爆炸冲击波冲毁通风机，影响救灾各恢复通风。主要通风机设有可靠的反风装置，保证在处理灾变应急时能灵活使用。井下设置水棚，岩粉棚进行隔爆，我国新进研制出自动隔爆装置。矿领导在安全技术措施项目的资金上应给予必要的投入，解决安全装备和施行必须的措施工程，怪增强矿井的抗灾和救灾能力。矿领导要迅速搞清灾区和遇难人员情况，选择抢救路线，用最有效的方法迅速把人员救出和完成救灾任务。,2.预防煤与瓦斯突出的措施在开采有突出煤层时，必须采取以防止突出措施为主同时避免人身事故的四位一体的综合性防突措施，包括突出危险性预测，防治突出措施，防治突出措施效果检验和安全防护措施。,区域
24、性防突措施：开采保护层；在突出矿井的煤层群中，首先开采的，并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或失去突出危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护煤层。开采保护层能起到降低被保护层的应力，排放被保护层的瓦斯和提高被保护层的机械强度三方面的综合作用。,预抽煤层瓦斯：是指在突出煤层进行采掘工作之前进行大面积的预先抽放瓦斯，它主要用于单一煤层或无保护层的突出危险煤层。这种措施的实质是通过一定时间的预先抽放瓦斯，以消除或减小煤层瓦斯含量和压力，消除突出危险，同时减少采掘过程中的瓦斯涌出量。,局部防突措施钻孔排放瓦斯：它是一种石门揭穿煤层常用的防突措施。此法适用于煤层厚、倾角大、透气性好
25、和瓦斯压力高的石门揭煤，也大量应用于突出危险煤层掘进。松动爆破：它是向采掘工作面前方应力集中区，布置几个长钻孔装药爆破，使煤体松动，应力集中区向煤体深部移动，加快瓦斯排出，因而在工作面前方形成较长卸压带，以预防突出发生。,超前钻孔：是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放钻孔。它能缓和煤层应力集中，钻孔周围形成卸压带，使工作面前方集中应力移向深处，同时瓦斯得到排放。震动爆破；是采用增加炮眼数量和装药量，在石门揭煤时诱导煤与瓦斯突出的安全防护措施，不是抑制瓦斯突出的方法。,水力冲孔：是利用钻机打钻时喷射的水射流，在突出煤层内冲击煤层诱导可控制的小型突出，以造成煤体卸压，排放瓦斯，消除采掘突出
26、危险的方法。它主要用于石门揭煤和煤巷掘进。金属骨架：当石门接近煤层时，通过岩柱在巷道顶部和两帮上侧打钻，钻孔穿过煤层全厚，进入岩层0.5m，孔间距一般为0.2m左右。孔径75100mm。然后把长度大于孔深0.4-0.5m的钢管或钢轨，作为骨架插入孔内，再将骨架尾部固定，最后用震动爆破揭开煤层。此方法适用于煤层倾角大或具有软煤层和软围岩的薄及中厚煤层。,超前支架：多用于有突出危险的急倾斜厚煤层平巷掘进。为了防止因工作面顶部煤体松软垮落而导致突出，在工作面前方巷道顶部事先打一排超前支架，增加煤层的稳定性。安全防护为了防止因突出预测失误或防突失效而造成伤害，无论是揭穿突出危险煤层，还是在突出危险煤层中进行采掘作业，都必须采取安全防护措施。安全防护措施包括石门揭煤时的震动爆破、采掘工作面的远距离爆破、反向风门、在井下设避难所或急救袋、人员必须佩戴隔离式自救器等内容。,
