太原理工大學(xué)礦山安全學(xué)講義1

1、2022-6-1 礦山安全學(xué)本課主要內(nèi)容：本課主要內(nèi)容：1 1、礦井瓦斯、礦井瓦斯2 2、礦井火災(zāi)、礦井火災(zāi)3 3、礦塵防治、礦塵防治4 4、礦井水災(zāi)、礦井水災(zāi)5 5、礦山救護、礦山救護 主講：劉正和主講：劉正和2022-6-2第一章 礦井瓦斯本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1 1、瓦斯概念、瓦斯概念2 2、煤層瓦斯賦存與含量、煤層瓦斯賦存與含量3 3、礦井瓦斯涌出、礦井瓦斯涌出4 4、瓦斯噴出與突出、瓦斯噴出與突出5 5、瓦斯爆炸與預(yù)防、瓦斯爆炸與預(yù)防6 6、瓦斯抽放、瓦斯抽放2022-6-3第一章礦井瓦斯第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 礦井瓦斯礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。是煤

2、礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。甲烷。 物理化學(xué)性質(zhì)。無色、無味、無毒、比空氣輕，微溶于水。物理化學(xué)性質(zhì)。無色、無味、無毒、比空氣輕，微溶于水。 危害危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。 作用作用：能源、化工原料。：能源、化工原料。第二節(jié)第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量煤層瓦斯賦存與含量一、瓦斯的成因與賦存一、瓦斯的成因與賦存（一）礦井瓦斯的生成（一）礦井瓦斯的生成 煤層瓦斯是煤層瓦斯是腐植型有機物（植物）腐植型有機物（植物）在成煤過程中生成的。在成煤過程中生成的。 成氣過程兩個階段一是成氣過程兩

3、個階段一是生物化學(xué)成氣時期生物化學(xué)成氣時期；二是；二是煤化變質(zhì)作用煤化變質(zhì)作用時期。時期。2022-6-4（二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)（二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) 煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運動形成的大量煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面?？紫逗土严?，形成了很大的自由空間和孔隙表面。 煤層中煤層中 瓦斯賦存兩種狀態(tài)：瓦斯賦存兩種狀態(tài)： 游離狀態(tài)游離狀態(tài) 吸附狀態(tài)吸附狀態(tài) 吸收狀態(tài)吸收狀態(tài)2022-6-5二、煤層中瓦斯垂直分帶二、煤層中瓦斯垂直分帶 形成原因形成原因：當(dāng)煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層：當(dāng)

4、煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。 四帶四帶： CO CO2 2- N- N2 2帶、帶、N N2 2帶、帶、N N2 2CHCH4 4帶、帶、CHCH4 4帶。帶。瓦 斯 成 分 %名 稱氣 帶 成 因N2CO2CH4CO2 N2帶生 物 化 學(xué) 空 氣20 8020 8010N2帶空 氣 8010 2020N2 CH4帶空 氣 變 質(zhì) 8010 20 80CH4帶變 質(zhì)2010 802022-6-6瓦斯風(fēng)化

5、帶下界深度確定依據(jù)：瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項確定。可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項確定。 （1 1）煤層的相對瓦斯涌出量等于）煤層的相對瓦斯涌出量等于2 23m3m3 3/t/t處；處； （2 2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達到）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達到80%80%（體積比）；（體積比）； （3 3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為5MPa0.15MPa； （4 4）煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處：長焰煤）煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處：長焰煤1.01.01.5 m1.5 m3 3/t/t（C.M.C.M.），），氣煤氣煤1

6、.51.52.0m2.0m3 3/t/t（C.M.C.M.），肥煤與焦煤），肥煤與焦煤2.02.02.5m2.5m3 3/t(C.M)/t(C.M)，瘦煤，瘦煤m3.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)，貧煤，貧煤3.03.04.0m4.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)，無煙煤，無煙煤5.05.07.0m7.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)（此處的（此處的C.M.C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）三三 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的

7、瓦斯量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），單位為單位為 m m3 3/m/m3 3(cm(cm3 3/cm/cm3 3) )或或 m m3 3/t(cm/t(cm3 3/g)/g)。 煤的瓦斯含量包括煤的瓦斯含量包括游離瓦斯游離瓦斯和和吸附瓦斯吸附瓦斯含量之和含量之和。 2022-6-7主要影響因素：主要影響因素：1 1、煤的吸附特性煤的吸附特性 煤的吸附性能決定于煤化程度，煤的吸附性能決定于煤化程度， 一般情況下煤一般情況下煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強。的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強。2 2、. .煤層露頭煤層露頭3

8、 3、煤層的埋藏深度煤層的埋藏深度 - -深，瓦斯大深，瓦斯大4 4、圍巖透氣性、泥巖、完整石灰?guī)r低透氣性圍巖透氣性、泥巖、完整石灰?guī)r低透氣性5 5、煤層傾角煤層傾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大大，瓦斯小，小，瓦斯大6 6、地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造-封閉地質(zhì)，瓦斯大，開放的，瓦斯小封閉地質(zhì)，瓦斯大，開放的，瓦斯小7 7、水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件-水流，帶走瓦斯水流，帶走瓦斯四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力 瓦斯流動動力高低瓦斯流動動力高低以及以及瓦斯動力現(xiàn)象瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。的基本參數(shù)。 瓦斯壓力測定：打鉆、封孔、測壓瓦斯壓力測定：打鉆、封孔、測壓2022-6-8瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：瓦

9、斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律： 末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。加，可以大于、等于或小于靜水壓。 瓦斯壓力梯度：瓦斯壓力梯度： 或或式中式中 P P預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)H(m)處的瓦斯壓力，處的瓦斯壓力，MPaMPa g gp p瓦斯壓力梯度，瓦斯壓力梯度，MPa/mMPa/m P P1 1，P P2 2甲烷帶內(nèi)深度為甲烷帶內(nèi)深度為H H1 1、H H2 2(m)(m)處的瓦斯壓力，處的瓦斯壓力，MPaMPa。 P P0 0-甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取甲烷帶上部邊界處

10、瓦斯壓力，取0.2MPa 0.2MPa 。 H H0 0-甲烷帶上部邊界深度，甲烷帶上部邊界深度，m m。11)(PHHgPp00)(PHHgPp2022-6-9第三節(jié)第三節(jié) 礦井瓦斯涌出礦井瓦斯涌出普通涌出普通涌出 特殊涌出特殊涌出一、瓦斯涌出量一、瓦斯涌出量1 1、含義：礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤巖內(nèi)涌出的瓦斯量、含義：礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤巖內(nèi)涌出的瓦斯量2 2、瓦斯涌出量表示方法、瓦斯涌出量表示方法絕對瓦斯涌出量絕對瓦斯涌出量- 單位時間涌出的瓦斯體積，單位為單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m m3 3/d/d或或m m3 3/min/min：相對瓦斯涌出量相對瓦斯涌出量-平均日產(chǎn)一噸煤

11、同期所涌出的瓦斯量，單位是平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是 m m3 3/t /t 。二、影響瓦斯涌出的因素二、影響瓦斯涌出的因素 決定于自然因素和開采技術(shù)因素的綜合影響。決定于自然因素和開采技術(shù)因素的綜合影響。( (一一) ) 自然因素自然因素1 1、煤層和圍巖的瓦斯含量，、煤層和圍巖的瓦斯含量， 2 2、地面大氣壓變化。、地面大氣壓變化。 100/CQQgdggAQq/2022-6-10（二）開采技術(shù)因素（二）開采技術(shù)因素 1 1、開采規(guī)模、開采規(guī)模產(chǎn)量與瓦斯涌出量的關(guān)系復(fù)雜產(chǎn)量與瓦斯涌出量的關(guān)系復(fù)雜 2 2、開采順序與回采方法、開采順序與回采方法 - -先開采，大；回采率低，大；

12、頂板管理先開采，大；回采率低，大；頂板管理 3 3、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)工藝- -初期大，呈指數(shù)下降初期大，呈指數(shù)下降 4 4、風(fēng)量變化、風(fēng)量變化-單一煤層，隨風(fēng)量減而增，煤層群單一煤層，隨風(fēng)量減而增，煤層群 5 5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 6 6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量、采空區(qū)的密閉質(zhì)量三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理 按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式：按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式：. .按水平、翼、采區(qū)來進行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；按水平、翼、采區(qū)來進行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；. .按掘進區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，

13、它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；按掘進區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；. .按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)2022-6-11四、瓦斯涌出不均系數(shù)四、瓦斯涌出不均系數(shù) 正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱化的，但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為為瓦斯涌出不均系數(shù)瓦斯涌出不均系數(shù)。 礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：礦井瓦斯涌出不

14、均系數(shù)表示為： k kg g= =Q Qmaxmax/Q/Qa a 式中：式中：k kg g給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)； Q Qmaxmax該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m m3 3/min/min； Q Qa a該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m m3 3/min/min； 方法：確定區(qū)域，進回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛确椒ǎ捍_定區(qū)域，進回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛任濉⒌V井瓦斯等級五、礦井瓦斯等級1.1.礦井瓦斯等級劃分礦井瓦斯等級劃分依據(jù)依據(jù)：按照：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和和瓦斯

15、涌出形式瓦斯涌出形式，劃分為：劃分為： 低瓦斯礦井低瓦斯礦井：10m10m3 3及其以下；及其以下；高瓦斯礦井高瓦斯礦井：10m10m3 3以上；以上； 煤與瓦斯突出礦井煤與瓦斯突出礦井。2022-6-122 2、礦井瓦斯等級鑒定、礦井瓦斯等級鑒定（1 1）鑒定時間和基本條件）鑒定時間和基本條件 礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進行。條件下進行。（2 2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求。）測點選擇和測定內(nèi)容及要求。（3 3）礦井瓦斯等級的確定。）礦井瓦斯等級的確定。 六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測 瓦斯涌出量的預(yù)測瓦斯涌出量的預(yù)測：指根據(jù)某

16、些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和：指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。 瓦斯涌出量的預(yù)測的方法：瓦斯涌出量的預(yù)測的方法： （1 1）統(tǒng)計法）統(tǒng)計法 A A、 瓦斯涌出量梯度：深度與相對涌出量的比值瓦斯涌出量梯度：深度與相對涌出量的比值 B B、 物理含義物理含義 C C、計算、計算 （2 2）計算法）計算法: : 以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進行計算。以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進行計算。ngqqHHg)/()(1212mmgHHqq/ )(002022-6-13第四節(jié)第四節(jié) 瓦斯噴出瓦斯噴出 瓦斯噴出瓦斯噴出

17、：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。一、瓦斯噴出的分類一、瓦斯噴出的分類 根據(jù)噴瓦斯裂縫呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成：根據(jù)噴瓦斯裂縫呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成： 地質(zhì)來源形成地質(zhì)來源形成的和的和采掘卸壓形成采掘卸壓形成的兩大類。的兩大類。二、瓦斯噴出的預(yù)防二、瓦斯噴出的預(yù)防 預(yù)防瓦斯噴出，首先要加強地質(zhì)工作，查清楚施工地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、預(yù)防瓦斯噴出，首先要加強地質(zhì)工作，查清楚施工地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、斷層、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯儲量和壓力等情斷層、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯儲量和壓力等情況，采取相應(yīng)的

18、預(yù)防或處理措施。分為：況，采取相應(yīng)的預(yù)防或處理措施。分為：1 1、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力不大時，黃泥或水泥沙漿等充填材料堵塞噴出、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力不大時，黃泥或水泥沙漿等充填材料堵塞噴出口；口；2 2、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力較大時，可能的噴出地點附近打前探鉆孔，探、當(dāng)瓦斯噴出量和壓力較大時，可能的噴出地點附近打前探鉆孔，探測、排放。測、排放。2022-6-14前探鉆孔的要求：前探鉆孔的要求：( (1)10 m1)10 m外，打鉆外，打鉆75mm75mm，3 3個個(2)(2)邊掘邊打超前鉆，超前邊掘邊打超前鉆，超前5 m5 m，不少，不少3 3個孔；個孔；(3)(3)裂隙、溶洞、破壞帶打超前鉆裂隙、

19、溶洞、破壞帶打超前鉆,75mm,2,75mm,2個，超個，超5m5m2022-6-15第五節(jié)第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防煤與瓦斯突出及其預(yù)防一、概述一、概述 含義：在極短時間內(nèi)，從煤巖內(nèi)以極快速度向采掘空間涌出煤巖和瓦斯。含義：在極短時間內(nèi)，從煤巖內(nèi)以極快速度向采掘空間涌出煤巖和瓦斯。 危害：危害：二、突出的機理二、突出的機理 突出的機理是關(guān)于解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分復(fù)雜的自突出的機理是關(guān)于解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，它的機理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多。多數(shù)人認為，突出是地然現(xiàn)象，它的機理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多。多數(shù)人認為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)

20、性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。壓、瓦斯、煤的力學(xué)性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。三、突出的一般規(guī)律三、突出的一般規(guī)律1 1、突出多發(fā)生在一定的采深以后；、突出多發(fā)生在一定的采深以后；2 2、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力集中區(qū)；、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶、應(yīng)力集中區(qū)；3 3、突出的強度和次數(shù)，與煤層厚度、傾角、硬度、透氣性等有關(guān)；、突出的強度和次數(shù)，與煤層厚度、傾角、硬度、透氣性等有關(guān)；4 4、突出與瓦斯關(guān)系，瓦斯壓力小含量低，可能發(fā)生突出。、突出與瓦斯關(guān)系，瓦斯壓力小含量低，可能發(fā)生突出。4 4、突出大多發(fā)生在落煤、放炮工序、突出大多發(fā)生在落煤、放炮工序5 5、突出前有預(yù)兆、突出前有預(yù)兆 2022-6-1

21、6四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施 防突措施分類：防突措施分類： 區(qū)域性防突措施：區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施，稱為實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施，稱為區(qū)域性防突措施；區(qū)域性防突措施； 局部防突措施：局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域?qū)嵤┮院罂墒咕植繀^(qū)域( (如掘進工作面如掘進工作面) )消除突出危險性的消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。措施稱為局部防突措施。( (一一) )、區(qū)域性防突措施、區(qū)域性防突措施 區(qū)域性防突措施主要有開采保護層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。區(qū)域性防突措施主要有開采保護層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。1

22、 1、開采保護層、開采保護層 保護層：保護層：在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層。受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層。 被保護層被保護層：后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保：后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保護層，位于下方的叫下保護層。護層，位于下方的叫下保護層。 1)1)、開采保護層的作用、開采保護層的作用( (1)1)地壓減少，彈性潛能緩慢釋放；地壓減少，彈性潛能緩慢釋放； (2) (2)煤層膨脹變形，形

23、成裂隙與孔道，透氣性增加；煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣性增加； (3) (3)煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加2022-6-172).2).保護范圍保護范圍 保護范圍：指保護層開采后，在空間和時間上使危險層喪失突出危險保護范圍：指保護層開采后，在空間和時間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。的有效范圍。（1 1）垂直保護距離）垂直保護距離 保護層與被保護層間的有效垂距保護層與被保護層間的有效垂距: :上：急上：急60m,60m,緩：緩：50m50m 下：急下：急80m80m，緩：，緩：100m1.5m1.5m2 2）、炮眼數(shù)和炮眼布置，單列三組楔形掏槽）、炮眼數(shù)和炮

24、眼布置，單列三組楔形掏槽3 3）、裝藥量：）、裝藥量：f=34,45kg/mf=34,45kg/m3 3, f=68,57kg/m, f=68,57kg/m3 34 4）、注意事項）、注意事項(1)(1)撤人；撤人；(2)(2)斷電，斷電，(3)30min(3)30min檢查；檢查；(4)(4)防止擴大防止擴大( (矸石堆和反向風(fēng)門矸石堆和反向風(fēng)門) )3/22/15 . 5fSN 2022-6-20五、突出的預(yù)測五、突出的預(yù)測 突出危險性預(yù)測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險突出危險性預(yù)測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預(yù)測包括性預(yù)測包括區(qū)域性預(yù)測區(qū)域性預(yù)測和和工作面

25、預(yù)測工作面預(yù)測。( (一一) )、預(yù)測指標(biāo)、預(yù)測指標(biāo)1 1、煤的瓦斯放散指數(shù)煤的瓦斯放散指數(shù)PP： 一般情況下，一般情況下，PP15152525時有突出危險。時有突出危險。2 2、煤的堅固系數(shù)煤的堅固系數(shù)f f ： 當(dāng)當(dāng)f f 0.8時有突出危險；時有突出危險；f f1.21.2時，無突出危險。時，無突出危險。3 3、軟煤比軟煤比 軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數(shù)。軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數(shù)。該值越高，煤層越不穩(wěn)定，突出可能性越大。該值越高，煤層越不穩(wěn)定，突出可能性越大。4 4、鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量 這是一種可

26、以在掘進工作面即時預(yù)測有這是一種可以在掘進工作面即時預(yù)測有無突出危險的方法，它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、無突出危險的方法，它綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。（二）、突出預(yù)兆（二）、突出預(yù)兆 1 1、煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、煤層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 2 2、地壓增大、地壓增大 3 3、瓦斯及其它、瓦斯及其它2022-6-21第六節(jié)第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防爆炸及其預(yù)防一、瓦斯爆炸過程及其危害一、瓦斯爆炸過程及其危害. .瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程 瓦斯爆炸瓦斯爆炸 最終的化學(xué)反應(yīng)式為：最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CHCH4 4+

27、2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O O 如果如果O O2 2不足，反應(yīng)的最終式為：不足，反應(yīng)的最終式為：CHCH4 4+O+O2 2=CO+H=CO+H2 2+H+H2 2O O 礦井瓦斯爆炸是一種礦井瓦斯爆炸是一種熱鏈反應(yīng)熱鏈反應(yīng)過程過程( (也稱連鎖反應(yīng)也稱連鎖反應(yīng)) )。. .瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程 爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在，爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在， 初燃初燃( (初爆初爆) ) 焰面焰面 沖擊波沖擊波 新的爆炸混合物新的爆炸混合物、瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的危害 高溫高溫-21502650-21502650；高壓；高壓

28、-幾幾20at20at，有害氣體，有害氣體COCO，沖擊波，沖擊波2022-6-22二二 瓦斯爆炸的主要參數(shù)瓦斯爆炸的主要參數(shù)1 1 瓦斯的爆炸濃度瓦斯的爆炸濃度 在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的度范圍稱瓦斯的爆炸界限爆炸界限，其最低濃度界限叫，其最低濃度界限叫爆炸下限爆炸下限，其最高，其最高濃度界限叫濃度界限叫爆炸上限爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5 56 6，上限上限為為14141616。 瓦斯爆炸界限不是瓦斯爆炸界限不是 固定不變的，它受到固定不變的，它受到 許多因

29、素的影響，許多因素的影響， 其中重要的有：其中重要的有： （1 1） 氧的濃度氧的濃度 2022-6-23（2 2）其它可燃氣體）其它可燃氣體 混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度?？捎晒角蟪觯簹怏w的爆炸界限和它們的濃度。可由公式求出： N N多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限，多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限， ； C C1 1、C C2 2、C C3 3.Cn.Cn分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，；分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，

30、； C C1 1+ + C C2 2+ + C C3 3+.+.Cn Cn =100=100 N N1 1、N N2 2、N N3 3.Nn.Nn分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限，分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限， ；（3 3）煤塵）煤塵 - -本身具有爆炸，本身具有爆炸，300400 300400 揮發(fā)揮發(fā) 氣體氣體（4 4）空氣壓力）空氣壓力 - -壓力大，分子接近，碰撞幾率增加范圍擴大壓力大，分子接近，碰撞幾率增加范圍擴大 （5 5）惰性氣體）惰性氣體 可以降低瓦斯爆炸的危險性?？梢越档屯咚贡ǖ奈ｋU性。 )/(10021nnNCNCN2022-6-242 2 瓦斯的最低點燃溫度和最小點

31、燃能量瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量 瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛?，瓦斯瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛龋咚? -空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時565565，其它情況時，其它情況時650650。 最低點燃能量為最低點燃能量為0.28mJ0.28mJ。 3 3 瓦斯的引火延遲性瓦斯的引火延遲性 引火延遲性：引火延遲性： 安全意義。安全意義。三三 煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析 1 1、火源、火源 井下的一切高溫?zé)嵩淳碌囊磺懈邷責(zé)嵩措姎狻⒎排?、摩擦、靜電電氣、放炮、摩擦、靜

32、電 2 2、發(fā)生地點、發(fā)生地點 掘進工作面占掘進工作面占80%90%80%90%，采煤工作面占，采煤工作面占10%20%10%20% 采煤工作面發(fā)生地點上隅角，采煤機藥割附近采煤工作面發(fā)生地點上隅角，采煤機藥割附近 掘進面發(fā)生的原因：掘進面發(fā)生的原因：2022-6-25四、預(yù)防瓦斯爆炸的措施四、預(yù)防瓦斯爆炸的措施( (一一) )防止瓦斯積聚防止瓦斯積聚 所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^2 2，其體積超過，其體積超過0.5m0.5m3 3的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 1 1、搞好通風(fēng)。、搞好通風(fēng)。 2 2、及時處理局部積存的瓦斯。、及時處理局部積存的瓦斯。 1 1）、采面上隅角瓦斯積

33、聚處理；）、采面上隅角瓦斯積聚處理； 2 2）、綜采面處理）、綜采面處理 3 3）、頂板附近層狀積聚處理；）、頂板附近層狀積聚處理； 4 4）、頂板冒落孔洞內(nèi)積聚處理；）、頂板冒落孔洞內(nèi)積聚處理； 5 5）、恢復(fù)有大量瓦斯積存盲巷或打開封閉）、恢復(fù)有大量瓦斯積存盲巷或打開封閉 . .抽放瓦斯抽放瓦斯 4 . 4 .經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)狀況經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)狀況 2022-6-26（二）、防止瓦斯引燃（二）、防止瓦斯引燃 防止瓦斯引燃的原則，是對一切非生產(chǎn)必需的熱源，要堅決禁絕。生防止瓦斯引燃的原則，是對一切非生產(chǎn)必需的熱源，要堅決禁絕。生產(chǎn)中可能發(fā)生的熱源，必須嚴加管理和控制，防止它的發(fā)

34、生或限定其產(chǎn)中可能發(fā)生的熱源，必須嚴加管理和控制，防止它的發(fā)生或限定其引燃瓦斯的能力。引燃瓦斯的能力。( (三三) )、防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施、防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施 萬一發(fā)生爆炸，應(yīng)使災(zāi)害波及范圍局限在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，以減少萬一發(fā)生爆炸，應(yīng)使災(zāi)害波及范圍局限在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，以減少損失。損失。2022-6-27第七節(jié) 瓦斯抽放一、概述一、概述 規(guī)定規(guī)定： 當(dāng)回采工作面瓦斯涌出量當(dāng)回采工作面瓦斯涌出量5m5m3 3/min/min； 掘進工作面瓦斯涌出量掘進工作面瓦斯涌出量3m3m3 3/min/min，采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合，采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理時，應(yīng)該抽

35、放瓦斯。理時，應(yīng)該抽放瓦斯。 抽放瓦斯的方法：抽放瓦斯的方法： 按瓦斯的來源分按瓦斯的來源分三類；開采煤層、鄰近層、采空區(qū)抽放三類；開采煤層、鄰近層、采空區(qū)抽放 按抽放的機理分為按抽放的機理分為兩類；未卸壓和卸壓抽放兩類；未卸壓和卸壓抽放 按匯集瓦斯的方法分為按匯集瓦斯的方法分為三類。鉆孔、巷道抽放、鉆孔與巷道綜合抽三類。鉆孔、巷道抽放、鉆孔與巷道綜合抽放放 貫徹貫徹“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”十二字方針十二字方針2022-6-28二、開采煤層的瓦斯抽放二、開采煤層的瓦斯抽放 開采煤層的瓦斯抽放，是在煤層開采之前或采掘的同時，用鉆孔開采煤層的瓦斯抽放，是在煤層開

36、采之前或采掘的同時，用鉆孔或巷道進行該煤層的抽放工作?；蛳锏肋M行該煤層的抽放工作。1 1、未卸壓的鉆孔抽放、未卸壓的鉆孔抽放 本法適用于透氣數(shù)較大的開采煤層預(yù)抽的瓦斯。本法適用于透氣數(shù)較大的開采煤層預(yù)抽的瓦斯。 按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和沿層鉆孔；按鉆孔角度分為按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和沿層鉆孔；按鉆孔角度分為上向孔、下向孔和水平孔。我國多采用穿層上向鉆孔。上向孔、下向孔和水平孔。我國多采用穿層上向鉆孔。 鉆孔參數(shù)：鉆孔參數(shù)：鉆孔方向鉆孔方向 我國多為上向孔；我國多為上向孔；孔間距孔間距 3050m 3050m抽放負壓抽放負壓 孔口負壓不超過孔口負壓不超過14kPa14kPa鉆孔直

37、徑鉆孔直徑 70100mm 70100mm2 2、卸壓的鉆孔抽放、卸壓的鉆孔抽放2022-6-292、卸壓的鉆孔抽放1 1）、隨掘隨抽）、隨掘隨抽2 2）、隨采隨抽）、隨采隨抽頂板走向鉆孔，頂板走向鉆孔，頂板巷道頂板巷道1782（1）工作面1782（3）底板抽放巷鉆場下 向 鉆孔上向穿層鉆孔112煤C13煤采空區(qū)2025m50m圖31782（3）底板抽放巷鉆場鉆孔布置圖2022-6-303 3、人工增加煤層透氣系數(shù)的措施、人工增加煤層透氣系數(shù)的措施1 1）、水力壓裂；）、水力壓裂；2 2）、水力割縫；）、水力割縫；3 3）、深孔爆破）、深孔爆破4 4）、酸性處理；）、酸性處理；5 5）、交叉鉆

38、孔。）、交叉鉆孔。2022-6-31三、鄰近層的瓦斯抽放三、鄰近層的瓦斯抽放 鄰近層含義鄰近層含義 為什么鄰近層抽放總能抽出瓦斯呢？為什么鄰近層抽放總能抽出瓦斯呢？ 煤層開采后，在其頂板形成三個受采動影響的地帶：冒落帶、裂隙煤層開采后，在其頂板形成三個受采動影響的地帶：冒落帶、裂隙帶和變形帶，在其底板則形成卸壓帶。帶和變形帶，在其底板則形成卸壓帶。增大。注意問題增大。注意問題 參數(shù)：參數(shù)：鉆場位置；鉆場或鉆孔的間距；鉆孔角度；鉆孔進入的層位；鉆場位置；鉆場或鉆孔的間距；鉆孔角度；鉆孔進入的層位；孔徑和抽放負壓孔徑和抽放負壓2022-6-32 2022-6-33四、采空區(qū)抽放四、采空區(qū)抽放 采空

39、區(qū)瓦斯抽放可分為采空區(qū)瓦斯抽放可分為全封閉式抽放全封閉式抽放和和半封閉式抽放半封閉式抽放兩類。全封閉兩類。全封閉式抽放又可分為式抽放又可分為密閉式抽放密閉式抽放、鉆孔式抽放和鉆孔與密閉相結(jié)合鉆孔式抽放和鉆孔與密閉相結(jié)合的綜的綜合抽放等方式。半封閉式抽放是合抽放等方式。半封閉式抽放是在采空區(qū)上部開掘一條專用瓦斯抽在采空區(qū)上部開掘一條專用瓦斯抽放巷道放巷道( (如雞西礦務(wù)局城子河煤礦如雞西礦務(wù)局城子河煤礦) )，在該巷道中布置鉆場向下部采，在該巷道中布置鉆場向下部采空區(qū)打鉆，同時封閉采空區(qū)入口，以抽放下部各區(qū)段采空區(qū)中從鄰空區(qū)打鉆，同時封閉采空區(qū)入口，以抽放下部各區(qū)段采空區(qū)中從鄰近層涌入的瓦斯。抽

40、放的采空區(qū)可以是一個采煤工作面近層涌入的瓦斯。抽放的采空區(qū)可以是一個采煤工作面( (如松藻礦務(wù)如松藻礦務(wù)局打通二礦局打通二礦) )，或一兩個采區(qū)的局部范圍，或一兩個采區(qū)的局部范圍( (如天府礦務(wù)局磨心坡煤礦如天府礦務(wù)局磨心坡煤礦) )，也可以是一個水平結(jié)束后的大范圍抽放也可以是一個水平結(jié)束后的大范圍抽放( (如中梁山礦務(wù)局如中梁山礦務(wù)局) )。五、圍巖瓦斯抽放五、圍巖瓦斯抽放 煤層煤層圍巖裂隙和溶洞圍巖裂隙和溶洞中存在的高壓瓦斯會對巖巷掘進構(gòu)成瓦斯噴出中存在的高壓瓦斯會對巖巷掘進構(gòu)成瓦斯噴出或突出危險。為了施工安全，可超前向巖巷兩側(cè)或掘進工作面前方或突出危險。為了施工安全，可超前向巖巷兩側(cè)或掘

41、進工作面前方的溶洞裂隙帶打鉆，進行瓦斯抽放的溶洞裂隙帶打鉆，進行瓦斯抽放( (如廣旺礦務(wù)局唐家河煤礦如廣旺礦務(wù)局唐家河煤礦) )。 2022-6-34六 、瓦斯抽放設(shè)備 抽放瓦斯的設(shè)備主要有抽放瓦斯的設(shè)備主要有鉆機鉆機、封孔裝置封孔裝置、管道管道、瓦斯泵瓦斯泵、安全裝置安全裝置和和檢檢測儀表測儀表。 鉆機：鉆機：根據(jù)鉆孔深度選擇，可用專用于打抽放鉆孔的鉆機（裝有排放瓦根據(jù)鉆孔深度選擇，可用專用于打抽放鉆孔的鉆機（裝有排放瓦斯裝置），也可以用一般鉆機。鉆孔打好后，將孔口段直徑擴大到斯裝置），也可以用一般鉆機。鉆孔打好后，將孔口段直徑擴大到100100120mm120mm，插入直徑，插入直徑707

42、080mm80mm的鋼管。的鋼管。 封孔封孔：用：用水泥砂漿封孔，也可以用膠圈封孔器或聚胺脂封孔水泥砂漿封孔，也可以用膠圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度。封口深度視孔口附近圍巖性質(zhì)而定，圍巖堅固時視孔口附近圍巖性質(zhì)而定，圍巖堅固時2 23m3m，圍巖松軟時，圍巖松軟時6 67m7m，甚至，甚至10m10m左右。左右。 其它：其它：封孔后，必須在抽放前用彎管、自動放水器、流量計、鎧裝軟管封孔后，必須在抽放前用彎管、自動放水器、流量計、鎧裝軟管( (或抗靜電塑料軟管或抗靜電塑料軟管) )、閘門等將鉆孔與抽放管路連接起來。、閘門等將鉆孔與抽放管路連接起來。 2022-6-351 1、抽放瓦斯的管道、抽

43、放瓦斯的管道 一般用鋼管或鑄鐵管。管道直徑是決定抽放投資和抽放效果的重要因一般用鋼管或鑄鐵管。管道直徑是決定抽放投資和抽放效果的重要因素之一。管道直徑素之一。管道直徑D D（m m）應(yīng)根據(jù)預(yù)計的抽出量，用下式計算：）應(yīng)根據(jù)預(yù)計的抽出量，用下式計算： D D =(4=(4Q Qc c)/(60)/(60v v)1/21/2 (9-7-1) (9-7-1)式中式中; ; Q Qc c - - 管內(nèi)氣體流量，管內(nèi)氣體流量，m m3 3/min; /min; v v - - 管內(nèi)氣體流速，管內(nèi)氣體流速，m/s;m/s; 管內(nèi)瓦斯流速管內(nèi)瓦斯流速 V:5m/sV20m/s V:5m/sV20m/s，一般

44、取，一般取V=10V=1015m/s15m/s。這樣才能使選。這樣才能使選擇的管徑有足夠的通過能力和較低的阻力。擇的管徑有足夠的通過能力和較低的阻力。 大多數(shù)礦井抽放瓦斯的管道內(nèi)徑為：大多數(shù)礦井抽放瓦斯的管道內(nèi)徑為： 采區(qū)的采區(qū)的100mm100mm150mm150mm， 大巷的大巷的150mm150mm300mm300mm， 井筒和地面的井筒和地面的200mm200mm400mm400mm。2022-6-36管道阻力計算：管道阻力計算：管道鋪設(shè)路線選定后，進行管道總阻力的計算，用來選擇瓦管道鋪設(shè)路線選定后，進行管道總阻力的計算，用來選擇瓦斯泵。管道阻力計算方法和通風(fēng)設(shè)計時計算礦井總阻力一樣，

45、即選擇阻力斯泵。管道阻力計算方法和通風(fēng)設(shè)計時計算礦井總阻力一樣，即選擇阻力最大的一路管道，分別計算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起來即為整最大的一路管道，分別計算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起來即為整個系統(tǒng)的總阻力。個系統(tǒng)的總阻力。摩擦阻力摩擦阻力h hf f (Pa)(Pa)可用下式計算可用下式計算: : h hf f=(1-0.00446=(1-0.00446C C) )LQLQc c2 2/ /kDkD5 5 式中式中 L L-管道的長度，管道的長度， m; m; D D-管徑管徑 cm; cm; k k-系數(shù)系數(shù) 見表見表(9-7-3)(9-7-3) Q Qc c-管內(nèi)混合氣體的流量

46、管內(nèi)混合氣體的流量), m), m3 3/h/h；C C-混合氣體中的瓦斯?jié)舛?。混合氣體中的瓦斯?jié)舛取?表表 9-7-3 9-7-3 管徑管徑cmcm 3.2 4.0 5.0 7.0 8.0 10.0 12.5 15.0 3.2 4.0 5.0 7.0 8.0 10.0 12.5 15.0 15.015.0k k 0.05 0.051 0.053 0.056 0.058 0.063 0.068 0.071 0.072 0.05 0.051 0.053 0.056 0.058 0.063 0.068 0.071 0.072 局部阻力一般不進行個別計算，而是以管道總摩擦阻力的局部阻力一般不進行個別

47、計算，而是以管道總摩擦阻力的10102020作為作為局部阻力。局部阻力。 管道的總阻力管道的總阻力h hR R- -為為: : fiRhh)2 . 11 . 1 (2022-6-372 2、瓦斯泵、瓦斯泵 常用的瓦斯泵有，水環(huán)式真空泵、離心式鼓風(fēng)機和回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機。常用的瓦斯泵有，水環(huán)式真空泵、離心式鼓風(fēng)機和回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機。 水環(huán)式真空泵水環(huán)式真空泵的特點是真空度高、負壓大、流量小、安全性好的特點是真空度高、負壓大、流量小、安全性好( (工工作室內(nèi)充滿介質(zhì)，不會發(fā)生瓦斯爆炸作室內(nèi)充滿介質(zhì)，不會發(fā)生瓦斯爆炸) )。適用于抽出量不大，要求抽。適用于抽出量不大，要求抽放負壓高礦井。放負壓高礦井。 離心式鼓風(fēng)機離心式鼓風(fēng)機適用于瓦斯抽出量大（適用于瓦斯抽出量大（20201200m1200m3 3/min/min），管道阻力），管道阻力不高（不高（4 45kPa5kPa）的抽放情況下。）的抽放情況下。