礦井瓦斯防治技術(shù)

礦井瓦斯防治技術(shù)

重點(diǎn)：瓦斯的概念及性質(zhì)，瓦斯的成因，瓦斯賦存規(guī)律。

難點(diǎn)：瓦斯賦存和運(yùn)移規(guī)律。

第一節(jié)礦井瓦斯的概念與性質(zhì)

瓦斯爆炸是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。近年來，我國連續(xù)發(fā)生了幾起特別

重大瓦斯爆炸事故，造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，帶來嚴(yán)重的社會(huì)影響。

一、礦井瓦斯的概念（什么是礦井瓦斯？）

礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體的總稱。有

時(shí)單獨(dú)指甲烷（沼氣）。

廣義：井下除正?？諝獾拇髿獬煞菀酝猓肯虿傻V空間的各種有毒、有害

氣體總稱。

狹義：煤礦生產(chǎn)過程中從煤、巖內(nèi)涌出的，以甲烷為主要成份的混合氣體

總稱。

礦井瓦斯成分很復(fù)雜，其主要成分是甲烷（CHJ,其次是二氧化碳（COJ和氮

氣（NJ,還含有少量或微量的重燃類氣體（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氫（乩）、

一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO?）、硫化氫（4S）等。

由于甲烷（俗稱沼氣）是礦井瓦斯的主要成分，因而人們習(xí)慣上所說的瓦

斯，通常指甲烷而言。

來源：

（1）煤、巖層涌出（烷燒、環(huán)烷燒、芳香煌）；

（2）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生（C02>NO2、1等）

（3）井下化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成（CO2、H2S>S02）；

（4）放射性元素蛻變過程生成（Rn、He等）

二、礦井瓦斯性質(zhì)（物理化學(xué)性質(zhì)）

瓦斯是煤礦開采過程中釋放出來的無色、無味、無嗅的氣體，可燃燒、爆

炸；

分子量：16.049,分子直徑：0.41nm）

密度：0.716Kg/m3（氣態(tài)）、424.5Kg/m3（液態(tài)）

相對(duì)空氣密度：0.554,

難溶入水：101.3KPa,20℃,3.311/1OO1H2O

瓦斯的燃燒、爆炸性是礦井主要災(zāi)害之一。

三、CH,的危害及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值

1、危害性（有四大危害）：

（1）可以燃燒，引起礦井火災(zāi)；

（2）會(huì)爆炸，導(dǎo)致礦毀人亡；

（3）濃度過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致人員缺氧窒息、甚至死亡；

（4）發(fā)生煤（巖）與瓦斯突出，摧毀、堵塞巷道，甚至引起人員窒息死亡、

瓦斯爆炸。

2、重要能源

-------->CH4+2。2-------?C02+2H2O+Q

_____>Im3cH4—?37022.2kJ相當(dāng)于1?1.5Kg煙煤。是重要的化工原料。

第二節(jié)煤層瓦斯賦存與含量

重點(diǎn)：煤層瓦斯壓力概念、成因及分布規(guī)律，煤層瓦斯含量及影響因素。

難點(diǎn)：煤層瓦斯壓力分布及煤層瓦斯含量。

一、瓦斯的成因與賦存

（一）礦井瓦斯的生成

煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的。成氣過程兩個(gè)階

段一是生物化學(xué)成氣時(shí)期；二是煤化變質(zhì)作用時(shí)期。

古代植物在成煤過程中，經(jīng)厭氧菌的作用，植物的纖維質(zhì)分解產(chǎn)生大量瓦

斯；此后，在煤的碳化變質(zhì)過程中，隨著煤的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化，繼續(xù)有

瓦斯不斷生成。在全部成煤過程中，每形成一噸煙煤，大約可以伴生600m3以

上的瓦斯。而由長焰煤變質(zhì)為無煙煤時(shí)，每噸煤又可以產(chǎn)生約240m3的瓦斯。

1）生物化學(xué)階段（從植物遺體到泥炭）

隔絕空氣

4c6Hl0。5-............>7c乩+8c。2+C9H6。+3H20

（纖維素）微生物

特點(diǎn)：埋藏淺，覆蓋層膠結(jié)不好，煤層保存氣體少。

2）變質(zhì)階段（從泥炭到煙煤）

泥炭------?褐煤------A煙煤------>無煙煤

如：4ci6HI805-----------------------?C57H560io+4c（）2+3cH,1+2H2。

（褐煤）

C57H56。10C54H42。5+C（）2+2cHi+3H2。

（褐煤）（煙煤）

C54H42O5

>Cl3H4+2CH,+H,0

（煙煤）（無煙煤）

特點(diǎn)：

（1）碳化過程生成的大量氣體。

初期：主要為C02,CH4不多。隨著碳化程度的提高，C02減少，CH4增多，

同時(shí)生成重燃。

（2）碳化的同時(shí)，煤的物質(zhì)分子式、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；

（3）因覆蓋層增厚，生成的氣體大多得以保存。但煤層瓦斯含量遠(yuǎn)小于生

成量。

瓦斯減少的原因：

（1）地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；

（2）運(yùn)移到適于貯存地點(diǎn)，形成氣藏；

（3）溶解于水中（長久地質(zhì)年代過程中）；

（4）逸散于大氣中（從煤層露頭）。

3）其它主要?dú)怏w

>C02

成因：①變質(zhì)生成。易逸散于大氣中，溶解于水，生成碳酸鹽，所以，深

部煤層中很少含有co2；

②生物化學(xué)作用，淺部生物圈內(nèi)（微生物生化作用）；

③火山活動(dòng)，巖漿接觸變質(zhì)，生成大量C02。如：窯街、營城局；

④煤氧化。特別是煤的低溫氧化。

>N2

來自大氣。與氫的比例與空氣一致。

A

.TI-^X100=0.012-0.014

>HeN2

放射性元素蛻變的產(chǎn)物。

（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(yùn)動(dòng)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。

煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：

游離狀態(tài)（圖中1）

吸附狀態(tài)（圖中2、3）____________圖2-1瓦斯在煤內(nèi)的存在形態(tài)示意圖

1-游離瓦斯；2—吸著瓦斯：3—吸收瓦斯：

4一煤體；5-孔隙

吸著狀態(tài)（圖中2）

吸收狀態(tài)（圖中3）.

二、煤層中瓦斯垂直分帶

1、形成原因：

當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時(shí)，由于煤層中

瓦斯向上運(yùn)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。

垂直分為四帶:

四帶：C02-N2帶、弗帶、Nz—CA帶、C也帶。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際過程中，將前三帶

CO2-N2帶

瓦

斯

N2帶

垂

直

N2-CH4帶分

帶

性

CH4帶

表2-1煤層內(nèi)的瓦斯垂直分帶

瓦斯成分%

名稱氣帶成因

N2CO2CH4

帶生物化學(xué)一空氣20-8020?80

co2—N2<10

N2帶空氣>80<10-20<20

N2YH4帶空氣一變質(zhì)20-80<10-2020?80

CE帶變質(zhì)<20<10>80

*劃分的意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的痔卓，是搞好礦井瓦斯涌出量

預(yù)測(cè)和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。＜2~3m3/Z

規(guī)律：①瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，涌出量與深度之間無規(guī)律性。

②瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險(xiǎn)性。

③在CH4帶內(nèi)，X.4sHqCH4sH

備"瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)二

可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項(xiàng)確定。

3.煤層的相對(duì)瓦斯涌出量等于2?3m3/t處；

Wb煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重燃濃度總和達(dá)到80%(體積比工工

工3)煤層內(nèi)的瓦斯壓力為5Mp眼

(4)煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處：長焰煤L。?1.5m3/t(C.MJ，氣煤L5?

2.0m3/t(C.M.),肥煤與焦煤2.0?2.5m3/t(C.M),瘦煤2.5?3.0m3/t(C.M,)2貧

煤3.0?4.0m3/t(C.M.),無煙煤5.0?7.0m3/t(C.M.)(此處的CM.是指煤中可燃質(zhì)

既固定碳和揮發(fā)分)

三影響煤層瓦斯含量的因素

煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標(biāo)

準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），單位為m'/mtcm'/cn?）或m3/t（cm3/g）＜,

煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。

主要影響因素：

1、煤的吸附特性煤的吸附性能決定于煤化程度，一般情況下煤的煤化程

度越高，存儲(chǔ)瓦斯的能力越強(qiáng)。

2、.煤層賦存狀態(tài)煤層如果有或曾經(jīng)有過露頭長時(shí)間與大氣相通，瓦斯

含量就不會(huì)很大。反之，如果煤層沒有通達(dá)地表的露頭，瓦斯難以逸散，它的

含量就較大。

（1）露頭

成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時(shí)間與大氣相通，瓦斯沿煤層流動(dòng)，煤層

瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含量大為減少。

（2）煤層傾角

*/K垂直行

...煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。

Exp:芙蓉礦，北翼：40°~80°，&“4=2。加〃

南翼：6。~12。，.=15面〃

（3）埋藏深度

在近代開采深度內(nèi)，CH4帶內(nèi)，XccH,但是如果埋藏深度繼續(xù)增大,

瓦斯含量增加的速度將要減慢。

煤層的埋藏深度越深，煤層中的瓦斯向地表運(yùn)移的距離就越長，散失就越困

3、煤層和圍巖的透氣性

煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動(dòng)難易程度的標(biāo)志。

物理意義：斷面為In?的煤體兩側(cè)，瓦斯壓力平方梯度為lMPa2/m時(shí),

流過的流量恰為InZ/d時(shí)的介質(zhì)透氣性。

O=lm3/d

S=lm2

注意：人表示給定氣體在給定孔隙介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)特性，對(duì)于其它氣體必須

根據(jù)它們的絕對(duì)粘度進(jìn)行換算。

說明：(D煤層透氣性系數(shù)相差很大。

(2)與地壓的關(guān)系。

4、地質(zhì)構(gòu)造

是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。

表現(xiàn)：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯

賦存或有利于瓦斯排放的條件。

(1)褶皺構(gòu)造

褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對(duì)瓦斯賦存均有影響。

當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差，且未遭構(gòu)造破壞時(shí)，背斜有利于瓦斯的儲(chǔ)存，

是良好的儲(chǔ)氣構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會(huì)相對(duì)聚集，瓦斯含量增大。形成“氣頂”。

在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時(shí)，瓦斯沿垂直地層方向運(yùn)移

是大部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。煤包、地壘、地塹都為高瓦斯區(qū)。

（2）斷層

斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運(yùn)移條件發(fā)生變化。有的斷層

有利于瓦斯排放，也有的斷層對(duì)瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者

稱開放型斷層，后者稱封閉型斷層。

斷層的開放與封閉性決定于下列條件：

a.斷層的性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。一般張性正斷層屬開放型，而壓性或壓扭性逆

斷層封閉條件較好。

b.斷層與地表或與沖積層的連通情況。規(guī)模大且與地表相通或與沖積層相

連的斷層一般為開放型。

c.斷層將煤層斷開后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質(zhì)。若透氣性好則

利于瓦斯排放。

d.斷層帶的特征。斷層帶的充填情況、緊閉程度、裂隙發(fā)育情況等都會(huì)影

響到斷層的開放或封閉性。

一般地，開放性斷層，不論其與地表是否連通，其附近，瓦斯含量低。

煤系巖性組合和煤層圍巖性質(zhì)對(duì)煤層瓦斯含量影響很大。如果圍巖為致密

完整的低透氣性巖層，圍巖的透氣性差，所以煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。

反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r組成，則煤層瓦斯

含量小。

5、水文地質(zhì)條件

地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中，其共性是均為流體，運(yùn)移和賦存都

與煤、巖層的孔隙、裂隙通道有關(guān)。由于地下水的運(yùn)移，一方面驅(qū)動(dòng)著裂隙和

孔隙中瓦斯的運(yùn)移，另一方面又帶動(dòng)溶解于水中的瓦斯一起流動(dòng)。

瓦斯在水中的溶解度僅為1?4%。地下水和瓦斯占有的空間是互補(bǔ)的，這種

相逆的關(guān)系，常表現(xiàn)為水大地帶瓦斯小，反之亦然。

6、巖漿活動(dòng)

巖漿活動(dòng)對(duì)瓦斯賦存的影響比較復(fù)雜。一方面，在巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)

的影響下，煤的變質(zhì)程度升高，增大了瓦斯的生成量和對(duì)瓦斯的吸附能力。另

一方面，在沒有隔氣蓋層、封閉條件不好的情況下，巖漿的高溫作用可以強(qiáng)化

煤層瓦斯排放，使煤層瓦斯含量減小。

所以說，巖漿活動(dòng)對(duì)瓦斯賦存既有生成、保存瓦斯的作用，在某些條件下又

有使瓦斯逸散的可能性。

四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力

瓦斯流動(dòng)動(dòng)力高低以及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的基本參數(shù)。

（一）、瓦斯壓力的含義

一一煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運(yùn)動(dòng)撞擊所產(chǎn)生的作用力，它在某一

點(diǎn)上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。

煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動(dòng)動(dòng)力高低以及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的

基本參數(shù)。

（二）、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律

1、在未受采動(dòng)影響煤層內(nèi)

（1）沿深度（沿煤層傾向）

符合氣體狀態(tài)方程，即：P=f（v-l,t）,

其中：v為孔容，t為煤溫。

VHt,V1,竹但不明顯

二價(jià)t

未受采動(dòng)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。

存在:

（8-甲3（“2-J）"

n一一系數(shù)，通常取n=l。

存在：

g

IH2-Ht

gp--煤層瓦斯壓力梯度，Mpa/mo

根據(jù)瓦斯壓力梯度可以預(yù)測(cè)深部煤層瓦斯壓力。

預(yù)測(cè)計(jì)算式:

P=gp（HF）+4

式中：尸一預(yù)測(cè)的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，MPa

O—瓦斯壓力梯度，MPa/m

特例:

P=gp（H—H。）+綜

式中：Q一甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPao

如一甲烷帶上部邊界深度，mo

舉例:某礦瓦斯風(fēng)化帶深度為100m,在200m處測(cè)得煤層瓦斯壓力為0.5MPa,

預(yù)測(cè)300m處煤層瓦斯壓力。

(2)沿走向

在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，具有大體相同的瓦斯壓

力。

條件:

A）孔隙、裂隙互相連通，形成一個(gè)統(tǒng)一的體系；

B）等量的瓦斯處于孔隙容積相同的不同體系內(nèi)。

C）不等量的瓦斯處于孔隙容積按同比例的不同體系內(nèi)。

即：X"X/2

實(shí)際上，只能“大體相同”，而且可能差別。

2、采動(dòng)影響區(qū)煤層

Vft,Xfl,.?.P發(fā)生變化，十分復(fù)雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸

增大。

（三”煤層瓦斯壓力測(cè)定

瓦斯壓力測(cè)定：打鉆、封孔、測(cè)壓

1、主要設(shè)備及儀表

鉆機(jī)、測(cè)定管、壓力表。

2、測(cè)壓步驟

A）打鉆

要求：測(cè)定地點(diǎn)無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。

一般由圍巖向煤層打穿層鉆孔，鉆孔直徑645~75mll1。

B）封孔

封孔方法分為：

?固體材料封孔

一般采黃泥作為固體材料。

封孔材料：炮泥、水泥，木楔；封孔器。

>5m

測(cè)壓室

固體材料封孔測(cè)定瓦斯壓力示意圖

?水泥砂漿封孔

為了克服粘土封孔費(fèi)工費(fèi)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大的缺點(diǎn)，國內(nèi)外不少礦井采用以

壓縮空氣為動(dòng)力，將水泥砂漿壓入鉆孔的封孔工藝。

適用條件：封孔傾角超過45。、深度大于15m的鉆孔。

水泥沙漿配比：500號(hào)水泥：砂石：水：鋁粉（或石膏）=1：1：1~0.5：

0.0008

測(cè)壓管檢查管

3m

注漿管

膠圈粘液封孔測(cè)定瓦斯壓力

原理：用膨脹著的膠圈封高壓粘液，再由高壓粘液封高壓瓦斯，由壓力表

測(cè)定瓦斯壓力。

測(cè)壓管膠圈

(1)測(cè)壓空間盡可能小；

(2)鉆孔打完后，立即封孔，尤其是低透氣性煤層；

(3)防止漏氣；

(4)足夠長的觀察時(shí)間；

(5)防止地下水的影響，盡可能不穿含水層，必須穿過含水層時(shí)，封孔應(yīng)超

過含水層。

第三節(jié)礦井瓦斯涌出

重點(diǎn)：煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律，屎層瓦斯涌出量及主要影響因素。

難點(diǎn)：煤層瓦斯涌出量、普通涌出、特殊涌出。

一、瓦斯涌出量

1“含義瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的

瓦斯量，對(duì)應(yīng)于整個(gè)礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對(duì)應(yīng)于翼、采區(qū)或工作面，叫

翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。

2、瓦斯涌出量表示方法

1)絕對(duì)瓦斯涌出量

單位時(shí)間涌出的瓦斯體積，單位為n？/d或m3/min：

2g=QX〃100

式中Qg.—絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

Q—風(fēng)量，mVmin；

C—風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛龋ァ?/p>

2)相對(duì)瓦斯涌出量

平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是m3/to

q?=2g/A

式中：qg—相對(duì)瓦斯涌出量，nP/t；

3

Qg—絕對(duì)瓦斯涌出量，m/d；

Ad—日產(chǎn)量，t/d

說明：

(1)相對(duì)瓦斯涌出量單位的表達(dá)式雖然與瓦斯含量的相同，但兩者的物理

含義是不同的，其數(shù)值也是不相等的。

(2)相對(duì)涌出量的單位：m3/t,過去采用：m3/(t.d)是不正確的。

3)、瓦斯涌出強(qiáng)度

--單位時(shí)間(minord),單位暴露面積(cm20rm?)涌出的瓦斯體積。

323232

單位：m/(d.m),m/(min.m),cm/(min.cm)o

4)、瓦斯涌出形式

--指礦井瓦斯在時(shí)間、空間上的分布形式。

(1)普通涌出

--長時(shí)間地、均勻地從煤體中涌出瓦斯。

特點(diǎn)：時(shí)間上：連續(xù)不斷

空間上：普遍存在

涌出強(qiáng)度：緩慢、均勻。

(2)特殊涌出

--礦井生產(chǎn)過程中，在某些特定地點(diǎn)、突然地于一段時(shí)間內(nèi)大量涌出瓦斯

的現(xiàn)象。

特點(diǎn)：時(shí)間上：突然地、間隔的

空間上：非普遍存在

涌出強(qiáng)度：產(chǎn)生動(dòng)力破壞。

5)、瓦斯涌出不均勻性

礦井瓦斯涌出在時(shí)、空上都是不均勻的。

正常變化：在某一地區(qū)瓦斯涌出的周期性變化，

變化幅度斗某一數(shù)值。

異常變化：特殊情況的變化（突出、噴出、大冒頂、大氣壓急劇變化）。

礦井風(fēng)量計(jì)算時(shí)一般取平均瓦斯涌出量，為滿足周期變化的需要，應(yīng)考慮

一個(gè)系數(shù)。kg——瓦斯涌出不均系數(shù)。

瓦斯涌出不均系數(shù)的含義：

一一某一段時(shí)間內(nèi)，周期性最大瓦斯涌出量與平均瓦斯涌出之比。

礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：

kg^Qmax/Qa

式中：kg一給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)，一般大于1；

Qmax—該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；

Qa一該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；

AQ/mOmin

Qmax

t

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。

（一）自然因素

1、煤層和圍巖的瓦斯含量，

它是決定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤層的瓦斯含量越高，開

采時(shí)的瓦斯涌出量也越大。

%%0cx

Exp：焦作中馬村礦，q（：H=（1.22~1.76）X

淮南謝二礦C13煤，^cw4=（1.58-1.73）%

2、地面大氣壓變化。地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應(yīng)變化，它對(duì)采

空區(qū)（包括回采工作面后部采空區(qū)和封閉不嚴(yán)的老空區(qū)）或坍冒處瓦斯涌出的

影響比較顯著。

美國：1910~1960,1/2的爆炸發(fā)生在氣壓急劇變化時(shí)期。

（-）開采技術(shù)因素

1*開采規(guī)模

（1）礦井達(dá)產(chǎn)之前，絕對(duì)瓦斯涌出量隨著開拓范圍的擴(kuò)大而增加。絕對(duì)瓦

斯涌出量大致正比于產(chǎn)量，相對(duì)瓦斯涌出量數(shù)值偏大而沒有意義。

（2）礦井達(dá)產(chǎn)階段后，絕對(duì)瓦斯涌出量基本隨產(chǎn)量變化并在一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值

上下波動(dòng)。對(duì)于相對(duì)瓦斯涌出量來說，如果礦井涌出的瓦斯主要來源于采落的

煤炭，產(chǎn)量變化時(shí)，對(duì)絕對(duì)瓦斯涌出量的影響雖然比較明顯，

但對(duì)相對(duì)瓦斯涌出量影響卻不大，

（3）開采工作逐漸收縮時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量又隨產(chǎn)量的

時(shí)間t

減少而減少，并最終穩(wěn)定在某一數(shù)值，這是由于巷道和采空?qǐng)D9-3-1瓦斯從暴露面

涌出的變化規(guī)律

區(qū)瓦斯涌出量不受產(chǎn)量減少的影響，這時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量數(shù)

值又會(huì)因產(chǎn)量低而偏大，再次失去意義。

2、開采順序與回采方法

首先開采的煤層（或分層）瓦斯涌出量大。采空區(qū)丟失煤炭多，回采率低

的采煤方法，采區(qū)瓦斯涌出量大。頂板管理采用陷落法比充填法能造成頂板更

大范圍的破壞和卸壓，臨近層瓦斯涌出量就比較大。

3、生產(chǎn)工藝

瓦斯從煤層暴露面（煤壁和鉆孔）和采落的煤炭?jī)?nèi)涌出的特點(diǎn)是，初期瓦

斯涌出的強(qiáng)度大，然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減。

4、風(fēng)量變化

礦井風(fēng)量變化時(shí)，瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧?huì)發(fā)生擾動(dòng)，但很快就

會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。

采區(qū)風(fēng)量增大采區(qū)風(fēng)量減少

5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊憽?/p>

進(jìn)

回

皆

空二1

部分進(jìn)入

進(jìn)

空

回

煤

大全部進(jìn)入

6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量

采空區(qū)內(nèi)往往積存著大量高濃度的瓦斯（可達(dá)60?70%）,如果封閉的密閉

墻質(zhì)量不好，或進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大，就會(huì)造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，使礦

井的瓦斯涌出增大。

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(duì)礦井瓦斯來源有三種劃分方式:

.按水平、翼、采區(qū)來進(jìn)行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；

.按掘進(jìn)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)

一般是將全礦的（或翼的、水平的）瓦斯來源分為回采區(qū)（包括回采工作面

的采空區(qū)）、掘進(jìn)區(qū)和已采區(qū)三部分。其測(cè)定方法是同時(shí)測(cè)定全礦井、各回采區(qū)

和各掘進(jìn)區(qū)的絕對(duì)瓦斯涌出量。然后分別計(jì)算出各回采區(qū)、掘進(jìn)區(qū)和已采區(qū)三

者各占的比例。測(cè)定回采區(qū)或掘進(jìn)區(qū)的瓦斯涌出量時(shí)，要分別在各區(qū)進(jìn)、回風(fēng)

流中測(cè)瓦斯?jié)舛群屯ㄟ^的風(fēng)量，回風(fēng)和進(jìn)風(fēng)絕對(duì)瓦斯涌出量的差值，即為該區(qū)

的絕對(duì)瓦斯涌出量。

四、瓦斯涌出不均系數(shù)

正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對(duì)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(shí)間內(nèi)只在一個(gè)平均值上下波動(dòng)，峰值與平均值的比值稱為瓦

斯涌出不均系數(shù)。

礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為:

QmaJQa

式中：I一給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；

Qmax—該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；

3

Qa一該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m/min;

方法:確定區(qū)域，進(jìn)回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?/p>

確定瓦斯涌出不均系數(shù)的方法是：根據(jù)需要，在待確定地區(qū)（工作面、采區(qū)、

翼或全礦）的進(jìn)、回風(fēng)流中連續(xù)測(cè)定一段時(shí)間（一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)、一個(gè)工作班、

一天、一月或一年）的風(fēng)量和瓦斯?jié)舛龋话阋詼y(cè)定結(jié)果中的最大一次瓦斯涌

出量和各次測(cè)定的算術(shù)平均值代入上式，即為該地區(qū)在該時(shí)間間隔內(nèi)的瓦斯涌

出不均系數(shù)

五、礦井瓦斯等級(jí)及其鑒定

1.礦井瓦斯等級(jí)劃分

依據(jù)：《2009版規(guī)程133條》規(guī)定：一個(gè)礦井中，只要有一個(gè)煤（巖）層中發(fā)

現(xiàn)過瓦斯，該礦井即定為瓦斯礦井，并依照礦井瓦斯等級(jí)的工作制度進(jìn)行管理,

礦井瓦斯等級(jí)按照日產(chǎn)噸煤涌出瓦斯量（相對(duì)瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式分

為：

低瓦斯礦井：

ion?及其以下且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40立方米/分；

高瓦斯礦井：

1。m3以上且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40立方米/分；~

煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井。.

每年必須對(duì)礦井進(jìn)行瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量的鑒定工作，報(bào)省（自治

區(qū)、直轄市）煤炭管理部門審批，并報(bào)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤礦安全監(jiān)察機(jī)

構(gòu)備案。

新礦井設(shè)計(jì)文件中，應(yīng)有各煤層的瓦斯含量資料。

2、礦井瓦斯等級(jí)鑒定

（1）鑒定時(shí)間和基本條件

礦井瓦斯等級(jí)的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行。一般在七月或八月。

在鑒定月的上、中、下旬中各取一天（間隔10天），分三個(gè)班（或四個(gè)班）進(jìn)行

測(cè)定工作。所謂正常生產(chǎn)，即被鑒定的礦井、煤層、一翼、水平或采區(qū)的回采

產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到該地區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的60%o

（2）測(cè)點(diǎn)選擇和測(cè)定內(nèi)容及要求。

確定礦井瓦斯等級(jí)時(shí)，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區(qū)分

別計(jì)算相對(duì)瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全礦井的平均值）。所以測(cè)點(diǎn)

應(yīng)布置在每一通風(fēng)系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)響、各水平、各煤層和各采區(qū)的回風(fēng)

道測(cè)風(fēng)站內(nèi)。如無測(cè)風(fēng)站，可選取斷面規(guī)整并無雜物堆積的一段平直巷道作測(cè)

點(diǎn)

（3）礦井瓦斯等級(jí)的確定。

礦井瓦斯等級(jí)以最大的相對(duì)瓦斯涌出量和有、無煤與瓦斯突出，按分級(jí)標(biāo)

準(zhǔn)確定。并附以必要的文字說明，如產(chǎn)量、采掘比例、地質(zhì)構(gòu)造等因素和瓦斯

噴出、煤與瓦斯突出等情況，報(bào)上級(jí)審批。

正在建設(shè)中的礦井，也應(yīng)進(jìn)行瓦斯等級(jí)的鑒定，如果鑒定結(jié)果，特別是在

煤層揭開以后，實(shí)際的瓦斯涌出量超過原設(shè)計(jì)確定的等級(jí)時(shí)，應(yīng)提出修改礦井

瓦斯等級(jí)的專門報(bào)告，報(bào)原設(shè)計(jì)審批單位批準(zhǔn)。

六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)：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。

瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)的方法：

XI)統(tǒng)讓法

A、應(yīng)斯涌出量梯度:深度與相對(duì)涌出量的比值

B、物理含義：它的物理含義為相對(duì)瓦斯涌出量每增加ln?/t時(shí)，開采深度

增加的米數(shù)，其單位為瓦斯涌出量梯度愈小，礦井瓦斯涌出量隨深度

增加的速度愈快。

Ci計(jì)算

gg=[(%-小)/(勿0)]”

式中:一瓦斯涌出量梯度，m/(m3/t)或t/n?；

出、區(qū)一甲烷帶內(nèi)的兩個(gè)已采深度，m；

0、%—對(duì)應(yīng)于同、區(qū)深度的相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

n—指數(shù)系數(shù)，大多數(shù)煤田在垂深1000m內(nèi)時(shí)〃=1。

已知瓦斯涌出量梯度和瓦斯風(fēng)化帶下界深度時(shí)，就可用下式預(yù)測(cè)相對(duì)瓦斯涌

出量。qm=qn+(H-Ho)/gm

3

式中：qm—預(yù)測(cè)的深"(m)處的相對(duì)瓦斯涌出量，m/t；

"o—瓦斯風(fēng)化帶下界深度，m；

g?,—瓦斯涌出量增深率，(m.t)/!!?

qo、qi—瓦斯風(fēng)化帶下界或M處的相對(duì)瓦斯涌出量，qo=2m%；

例如，利用公式來預(yù)測(cè)撫順龍鳳礦深500m處的瓦斯涌出量：

3

qm=qmi+(H-H])/gm=330.0+(500.0-410.0)710.9=41.2m/t

統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量時(shí)，必須注意以下兩點(diǎn)：

1）此法只適用于瓦斯帶以下已回采了1?2個(gè)水平的礦井，而且外推深度不

得超過100-200m,煤層傾角和瓦斯涌出量梯度值越小，外推深度也應(yīng)越小，否

則誤差可能很大。

2）積累的瓦斯涌出量資料，至少要有一年以上，而且積累的資料愈多、

精度愈高，已采水平（或區(qū)域）的瓦斯地質(zhì)情況和開采技術(shù)條件與新設(shè)計(jì)水平

（或區(qū)域）愈相似，預(yù)測(cè)的可靠性也愈高。否則，應(yīng)根據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行相應(yīng)的

修正，或按相似程度進(jìn)行分區(qū)預(yù)測(cè)。

（2）計(jì)算法

以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。

瓦斯含量法

瓦斯含量法又稱分源預(yù)測(cè)法。這種方法以煤層瓦斯含量為礦井瓦斯涌出量

預(yù)測(cè)的主要依據(jù)，故稱瓦斯含量法。

世界上一些主要產(chǎn)煤國家如英國、前西德、法國、波蘭、前蘇聯(lián)等，開始

進(jìn)行煤層瓦斯含量法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量的研究，提出了各自的計(jì)算公式。

原理：采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量等于平均每采一噸煤各瓦斯涌出分量之和。

每一分鐘涌出量為：q=處1%）。

,版°'100

式中：mi/ml一一瓦斯涌出源所在煤層厚度與采高之比;

xO一一瓦斯涌出源所在煤層原始瓦斯含量；

xl一一運(yùn)到地面煤的殘余瓦斯含量；

Ci一一i個(gè)瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。

礦井瓦斯涌出來源：

礦井瓦斯涌出可分為七個(gè)基本涌出源（如下圖所示）。

礦井瓦斯涌出來源圖

第四節(jié)瓦斯爆炸及其預(yù)防

一、概述

瓦斯的最大危害就是發(fā)生爆炸。不僅能造成人員傷亡，而且會(huì)嚴(yán)重摧毀井

下設(shè)施，中斷生產(chǎn)。有時(shí)還會(huì)引起煤塵爆炸和井下火災(zāi)，從而加重災(zāi)害，使生

產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。

危害：

＞一種極其嚴(yán)重的災(zāi)害，一旦發(fā)生，不僅造成大量人員傷亡，而且還會(huì)嚴(yán)

重摧毀礦井設(shè)施、中斷生產(chǎn)。

＞可能引起煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌和頂板冒落等二次災(zāi)害，使生

產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。

世界上最大一次瓦斯爆炸：

1942年日本霸占我國東北時(shí)期，在本溪煤礦由電氣火花引起的瓦斯爆炸和煤

塵爆炸，共有1549人死亡傷：146人。

2000年貴州木沖溝''9T1"162

2004年河南大平''1020”148

2004年陜西陳家山''11.28”166

2005年遼寧孫家灣''2?14〃214

發(fā)展趨勢(shì)：

＞隨著開采深度增加，瓦斯涌出量增大，發(fā)生爆炸的可能性增大；

＞機(jī)械化程度的提高，火源點(diǎn)增多，摩擦火花增多；

＞導(dǎo)致傷亡的爆炸事故仍然不少，未杜絕；

＞后果嚴(yán)重性沒什么改變；

＞多數(shù)事故是人為的、組織管理上的缺陷；

＞爆炸次數(shù)與礦井瓦斯涌出量之間無必然聯(lián)系，1/3的爆炸發(fā)生在低瓦斯礦

井。

，預(yù)防礦井瓦斯爆炸是一項(xiàng)重大的任務(wù)，研究和掌握瓦斯爆炸的防治技術(shù)，對(duì)

煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

二'瓦斯爆炸及作用機(jī)理

爆炸：氣體快速擴(kuò)展的結(jié)果。

發(fā)生原因：物理變化、化學(xué)變化

瓦斯爆炸：一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈

氧化反應(yīng)的過程。

最終反應(yīng)式：CH4+2O2-^CO2+2H2O+8826KJ/mol

79

或C”4+2（a+五M）fCO2+2%O+7.52N2+882.6KJ/mol

V1體積CH4與2體積02完全反應(yīng)（即2X（1+79/21）=9.52體積）。

此時(shí)，混合氣體中仁”』=看豆*100%=9.5%

因此，理論上瓦斯?jié)舛葹?.5%瓦斯爆炸最猛烈。

鏈反應(yīng)

參與反應(yīng)的物質(zhì)（CH4、02）在一定能量作用下，產(chǎn)生鏈載體（活化中心，

即：自由基、原子、原子團(tuán)），它們化學(xué)活性很大，與體系中的穩(wěn)定分子進(jìn)行反

應(yīng)成為反應(yīng)中心，產(chǎn)生新的載體or穩(wěn)定的化合物，新的載體又迅速參與反應(yīng)，

如此延續(xù)下去形成一系列的連續(xù)反應(yīng)。

1、基本特點(diǎn)：

（1）鏈反應(yīng)

「直鏈反應(yīng)—?—?……—?燃燒

L支鏈反應(yīng)

爆炸

（2）鏈反應(yīng)有一個(gè)感應(yīng)期。一個(gè)激發(fā)能量產(chǎn)生載體的過程

（3）只要載體不消失，反應(yīng)就一直進(jìn)行下去。

（4）鏈反應(yīng)開始產(chǎn)生載體較困難，故反應(yīng)開始進(jìn)行遲緩。

（5）周圍環(huán)境對(duì)鏈反應(yīng)產(chǎn)生較大影響。

2、鏈反應(yīng)過程

1）、鏈引發(fā)

鏈反應(yīng)產(chǎn)生載體的過程，即穩(wěn)定分子分解產(chǎn)生自由基的過程（分子內(nèi)原子

間化學(xué)鍵斷裂）。此過程需要相當(dāng)大的能量，即反應(yīng)水活化能。約800~1600

KJ/molo

如：C%7仁舊］*

能量來源有：

＞熱引發(fā)一一火源；

＞高能引發(fā)一一光照射、光電、激光、a-、8-、丫-等。

＞化學(xué)能；

＞復(fù)相引發(fā)（固體表面結(jié)構(gòu)缺陷，引發(fā)穩(wěn)定分子產(chǎn)生自由基）。

2）、鏈傳遞

最活躍的過程，舊載體消亡，新載體產(chǎn)生。

A+BC—＞C

3）、鏈分解

自由基增加，反應(yīng)速度劇增，形成爆炸。

如：

CH2O+O2HO2+HCO

4）、鏈終止

鏈載體消失的過程。

鏈終止分類：

（1）重結(jié)合反應(yīng)

如：乙基的重結(jié)合2G方

（2）歧化反應(yīng)

如：乙基的歧化反應(yīng)2G%fG”4+G”6

（3）阻化劑的作用

阻化劑易于鏈體反應(yīng)生成較穩(wěn)定自由基分子等。

阻化過程：X+T^XT

3、瓦斯爆炸的傳播及其后果

1）爆炸分類

爆炸：物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速變成另一種狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量的同

時(shí)，產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。

（1）＞根據(jù)反應(yīng)后的產(chǎn)物分為：

物理爆炸一物理變化引起，物質(zhì)因狀態(tài)or壓力發(fā)生突然變化而形成。

特點(diǎn)：爆炸前后物理性質(zhì)、化學(xué)成份均不改變。

如：鍋爐爆炸、氣體超壓爆炸。

8一一物質(zhì)發(fā)生迅速的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸。

特點(diǎn)：爆炸前后物理性質(zhì)、化學(xué)成份均發(fā)生改變。

如：瓦斯爆炸、放炮、液化氣爆炸。

（2）、根據(jù)爆炸傳播速度分為：

爆燃：v=數(shù)十cm?幾m/s

爆炸：v=幾01?幾百m/s

爆轟：v=聲速?數(shù)千m/s

4、瓦斯爆炸傳播過程

1）、爆燃和爆炸的傳播過程

烷空氣體——甲烷與空氣混合物。

燃燒速度一一火焰面相對(duì)于未燃烷空氣體的傳播速度。

爆炸過程：

a）可爆炸甲烷濃度的烷空氣體中出現(xiàn)點(diǎn)火燃，形成最初火焰--一爆源。

b）爆源傳入未燃的烷空氣體處的初始溫度為TO；在預(yù)熱帶內(nèi)將烷空氣體預(yù)

熱到Ti,并進(jìn)行放熱的化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)帶；反應(yīng)帶結(jié)束處達(dá)到的溫

度為Tbo

c）燃燒帶在傳播過程中,燃燒帶和未燃烷空氣體和燃燒產(chǎn)物之間進(jìn)行熱量和

質(zhì)量交換。

d）已燃?xì)怏w膨脹（約5?15倍），形成燃?xì)饣钊?，?jīng)過反復(fù)加熱、加壓，使

火焰速度加快，波速加快。

e）形成激波,該波足夠強(qiáng)以致依靠本身的壓縮溫度就能點(diǎn)燃烷空氣體形成爆

轟。

2）、反向沖擊

形成原因：

（1）爆炸發(fā)生時(shí)，爆源附近的氣體向外沖出；

（2）反應(yīng)產(chǎn)物生成的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)體積縮小；

（3）爆源附近形成負(fù)壓區(qū)。

特點(diǎn)：(1)沖擊能量小;

(2)可能引起二次爆炸；

(3)由于是二次破壞，破壞后果嚴(yán)重。

5、瓦斯爆炸的危害

礦內(nèi)瓦斯爆炸的有害因素是，高溫、沖擊波和有害氣體。

焰面是巷道中運(yùn)動(dòng)著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度大、溫度高。從正

常的燃燒速度(1?2.5m/s)到爆轟式傳播速度(2500m/s)。焰面溫度可高達(dá)2150?

2650℃0焰面經(jīng)過之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi)。

沖擊波鋒面壓力由幾個(gè)大氣壓到20大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時(shí)可達(dá)

100大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡，設(shè)備和通風(fēng)設(shè)

施損壞，巷道垮塌。

瓦斯爆炸后生成大量有害氣體，某些煤礦分析爆炸后的氣體成份為02：

6%?10%,N2：82%?88%,CO2：4%?8%,CO：2%?4%。如果有煤塵參

與爆炸，CO的生成量更大，往往成為人員大量傷亡的主要原因。主要危害有：

IX火焰鋒面一一瓦斯爆炸時(shí)沿巷道運(yùn)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)帶和燃燒帶的總稱。

特點(diǎn)：

(1)傳播速度幾m/s?2500m/s；

(2)溫度大于1000℃；

(3)傳播距離幾十!!!?幾百mo

危害：

(1)造成人員大面積皮膚深度燒傷，呼吸器官粘膜燙傷；

(2)破壞電氣設(shè)備；

(3)引燃井巷可燃物。

2)、沖擊波

在瓦斯爆炸過程中，由于能力突然釋放即會(huì)產(chǎn)生沖擊波，它是由壓力波發(fā)

展而成的。正向沖擊波傳播時(shí)，其壓力一般為10kPa?2MPa,但其遇疊加或反

射時(shí)，常常可形成高達(dá)lOMPa的壓力。沖擊波的傳播速度高于音速(340m/s)o

正向沖擊波：波峰壓力幾十kP?2Mpa。

反向沖擊波：壓力波疊加，壓力高達(dá)lOMPa,

沖擊波傳播速度《音速。

傳播距離幾千m,甚至波及地面。

危害：

沖擊波通過時(shí)會(huì)對(duì)人體造成危害，多數(shù)情況下，這些創(chuàng)傷具有綜合（創(chuàng)傷、

燒傷等）多樣的特點(diǎn)。

沖擊波前沿剩余壓力對(duì)人的作用特點(diǎn)如下：

0.003~0.01MPa:無倉傷

0.011~0.02MPa:頭昏、輕傷

0.04MPa：中度創(chuàng)傷：震傷、失去知覺、骨折

0.06MPa：重傷：內(nèi)臟受傷，嚴(yán)重腦震蕩、骨折

0.3MPa；有較大死亡可能性（75%）

0.4MPa：死亡率為100%

沖擊波前沿剩余壓力對(duì)物體或巷道的作用特點(diǎn)如下：

移動(dòng)和破壞設(shè)備，可能發(fā)生二次著火；破壞支架、頂板冒落、垮塌巖石堆積

物導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)破壞，使救災(zāi)復(fù)雜化。

0.011~0.02MPa：支架部分破壞，密閉被破壞（密閉不穩(wěn)定時(shí)）

0.021~0.06MPa：木支架相當(dāng)程度被破壞，金屬支架移動(dòng)，混凝土整體支

護(hù)發(fā)生片狀脫落。

0.061?0.3MPa：木支架完全破壞，金屬支架部分破壞，發(fā)殖巷道出現(xiàn)裂隙,

片況脫落，鐵軌變形，枕木脫開，小于1噸的設(shè)備整體破壞、變形、位移，大于

1噸設(shè)備翻倒、位移、部分變形。

0.31~0.65MPa：金屬支架巷道全長全面破壞，形成密實(shí)堆積物，整體鋼筋

混凝土支架部分破壞，混凝土整體遭破壞，設(shè)備和設(shè)施完全破壞。

0.66?1.17MPa：混凝土支架完全破壞，形成密實(shí)堆積物，整體鋼筋混凝土

支架相當(dāng)大破壞，可能形成冒落拱。

3）、高溫灼熱

在瓦斯?jié)舛葹?.5%條件下，爆炸時(shí)的瞬時(shí)溫度在自由空間內(nèi)可達(dá)1850C；

在封閉空間內(nèi)最高可達(dá)2650C。井下巷道呈半封閉狀態(tài)，其爆溫將在1850C與

2650C之間。這樣高的火焰溫度，很短時(shí)間內(nèi)足以灼傷人的皮膚和肌肉、損傷人

的器官，點(diǎn)爆煤塵，點(diǎn)燃坑木。

在煤炭科學(xué)研究總院重慶分院爆炸試驗(yàn)基地進(jìn)行的瓦斯爆炸損傷試驗(yàn)研究

表明，瓦斯爆炸的高溫灼熱嚴(yán)重?fù)p傷呼吸系統(tǒng)，可造成10%試驗(yàn)大白鼠死亡(48

小時(shí)內(nèi))。

4)、井巷大氣成分變化

由瓦斯爆炸反應(yīng)，我們知道，由于瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛鹊牟煌?，使得爆?/p>

產(chǎn)生的有毒氣體CO和CO2的濃度差異很大，特別是由于瓦斯爆炸破壞了通風(fēng)

系統(tǒng)，使爆炸后的有毒氣體CO和CO2不易擴(kuò)散和稀釋。從以往事故分析看：

爆炸后的有毒有害氣體的中毒是造成人死亡的主要原因，占死亡總數(shù)的70?

80%o

特點(diǎn)：

(1)大幅度下降；

(2)產(chǎn)生大量有毒、有害氣體(C02>CO、H20)；

(3)形成爆炸性氣體(C0)；

(4)影響范圍極遠(yuǎn)，與通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)量及爆炸時(shí)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的破壞情況

等有關(guān)。

危害：

(1)引起人員中毒和死亡；

(2)造成人員窒息死亡；

(3)造成后果嚴(yán)重。

瓦斯爆炸最終氣體產(chǎn)物表

礦井空氣成分爆炸下限時(shí)最佳爆炸濃度爆炸上限時(shí)

。26%2%

CO

微量12%

co

2微量9%微量

水蒸氣小于10%小于10%小于4%

H

2微量12%

從人身安全考慮，各國對(duì)工作場(chǎng)所的co允許濃度都有明確的規(guī)定如下表:

各國co允許濃度

國別CO允許濃度值

中國（煤礦安全規(guī)程）24ppm(0.03mg/L)

中國（工業(yè)廠房）24ppm

前蘇聯(lián)18ppm(0.02mg/L)

英國50ppm

日本50ppm

德國50ppm

美國50ppm

CO對(duì)人的危害是由于人體內(nèi)的血紅蛋白（Hb）通過肺與CO結(jié)合生成碳

氧血紅蛋白（co-Hb）,妨礙了Hb向體內(nèi)運(yùn)送氧的功能，因而使人的體內(nèi)

缺氧。CO與Hb的結(jié)合力比02與Hb的結(jié)合力強(qiáng)210?300倍。CO—Hb的

濃度達(dá)到50?60%時(shí)，人就會(huì)產(chǎn)生痙攣、昏睡、假死。

人對(duì)CO的耐受程度是隨濃度增加和隨時(shí)間的延長而減弱，具體如下表所

Zj\O

人對(duì)co的耐受程度

CO濃度耐受程度

Vol%PPmMg/L

0.011000.11可耐受2—3h

0.04-0.05400?5000.46—0.6在lh內(nèi)無明顯作用

0.06-0.07600—7000.7-0.8lh后才有作用

0.1—0.121000—12001.1-1.4lh內(nèi)有不快感

0.15-0.221500?22001.7-2.3lh內(nèi)有生命危險(xiǎn)

>0.440004.0lh內(nèi)致死

同樣，各國對(duì)工作場(chǎng)所的CO2允許濃度都有明確的規(guī)定，下表為各國CO2

允許濃度。

各國CO2允許濃度值

國別CO會(huì)許濃庶值

中國5000DDm

英國SOOODDIII

日本1%

德國5000DDITI

美國5000DDm

CO2對(duì)人的傷害機(jī)理與co相仿。人對(duì)CO2的耐受程度如下：

當(dāng)CO2濃度達(dá)2.5%(45mg/L)時(shí)，在lh內(nèi)不呈現(xiàn)任何中毒癥狀；

達(dá)到3%時(shí)才加深呼吸；

達(dá)到4%(72mg/L)時(shí)，才略呈局部刺激，有頭痛感、耳鳴、心悸、血壓

升高、眩暈等;

達(dá)到6%時(shí)，癥狀更加明顯；

達(dá)到8%時(shí)，呼吸變得十分困難；

達(dá)到8?10%時(shí)，立即發(fā)生意志昏沉、痙攣、虛脫，進(jìn)而停止呼吸，以致死

亡；

達(dá)到20%時(shí)，數(shù)秒內(nèi)立即引起中樞神經(jīng)障礙，生命陷于危險(xiǎn)狀態(tài)。

三瓦斯爆炸的條件及其影響因素

瓦斯爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件：即一定濃度的瓦斯；一定溫度的引燃火

源和足夠的氧含量，三者缺一不可。

（一）、爆炸界限及其主要影響因素

爆炸界限「--在正常的大氣環(huán)境中，可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，遇火源

可以爆炸的極限濃度。

最低濃度一--爆炸下限；

最高濃度一--爆炸上限。

如：C出在空氣中的爆炸下限為5?6%,上限為14?16%。

CcH4<5%時(shí),發(fā)生燃燒。

CC?4>15%時(shí)，新鮮空氣界面處燃燒。

CcH4=9.5%時(shí)，爆炸最劇烈。

CcH4=7?8%時(shí)，爆炸最容易。

爆炸界限受多種因素影響，主要有以下幾個(gè)方面：

1、環(huán)境溫度

什->甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限擴(kuò)大。

2、氣壓

爆炸初始時(shí)環(huán)境的氣壓對(duì)烷空氣體的爆炸界限有很大的影響,

pt，下限變化很小，上限上升。

常溫下，CH.的爆炸界限與混合氣體中氧濃度的關(guān)系，呈三角形，人們稱為

“爆炸三角形”。（教材28頁）大量實(shí)驗(yàn)表明，瓦斯爆炸界限隨混合氣體中氧

濃度的降低而縮小。當(dāng)氧濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸下限緩慢地增高，如圖中的BE

線所示，爆炸上限則迅速下降，如圖中的CE線所示。氧濃度降低到12%時(shí)，

瓦斯混合氣體即失去爆炸性，遇火也不會(huì)爆炸。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下工作地點(diǎn)的氧濃度不得低于20%,上述關(guān)系

似乎沒有什么實(shí)際意義，但在密封區(qū)特別是火區(qū)內(nèi)情況卻不同，其中往往積聚

大量瓦斯，且有火源存在，只有氧濃度很低時(shí)，才不會(huì)發(fā)生爆炸；一旦重開火

區(qū)或火區(qū)封閉不嚴(yán)而大量漏風(fēng)，新鮮空氣不斷流入，氧濃度達(dá)到12%以上，就

可能發(fā)生爆炸。

綜上所述，在新鮮空氣中，瓦斯?jié)舛葹??16%,在遇到650?750C以上的

火源才會(huì)爆炸。但是這些數(shù)值受很多因素的影響，而在較大范圍內(nèi)變化，加上

礦井通風(fēng)和瓦斯涌出的不穩(wěn)定性，所以《規(guī)程》中對(duì)井下各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛扰c

可能產(chǎn)生的火源都作了嚴(yán)格限制，以防爆炸事故的發(fā)生。這是十分必要的，必

須認(rèn)真執(zhí)行。

從試驗(yàn)中得到了瓦斯一空氣混合氣體爆炸極限與氧濃度的關(guān)系，如下圖所

ZjSo

BE一—爆炸下限

CE-----爆炸上限

CH爆炸下限B(5,19.89)

氧爆炸上限C(15,17.79)

氣E—爆炸臨界點(diǎn)。

濃