礦井災(zāi)害防治技術(shù)第一章瓦斯rtf.ppt

1、第一章為礦井瓦斯災(zāi)害防治目錄，第一節(jié)為基本概念和理論概述，第二節(jié)為瓦斯爆炸與突出規(guī)律，第三節(jié)為瓦斯爆炸防治技術(shù)，第四節(jié)為煤與瓦斯突出防治，第五節(jié)為礦井瓦斯抽放綜述。1.礦井瓦斯的定義和性質(zhì)。礦井瓦斯成因及分區(qū)。煤層瓦斯賦存狀態(tài)。礦井瓦斯排放。瓦斯涌出的影響因素。礦井瓦斯等級(jí)1。礦井瓦斯的定義和性質(zhì)。從廣義上講，礦井瓦斯是指從煤層或巖層中釋放出來(lái)或在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生并注入礦井的各種氣體。從狹義上講，礦井瓦斯特指甲烷(CH4)。在后面的章節(jié)中討論的氣體的概念通常是甲烷。2.礦井瓦斯的性質(zhì)瓦斯無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅、無(wú)毒。氣體比空氣輕，其比重為0.554，因此在煤礦中它經(jīng)常積聚在巷道頂部或上山。氣體的擴(kuò)散能

2、力是空氣的1.6倍，滲透性很強(qiáng)。氣體微溶于水，水不支持燃燒，但是當(dāng)條件合適時(shí)，它會(huì)燃燒和爆炸。2.礦井瓦斯的成因及分區(qū)。1.礦井瓦斯成氣過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段是生化成氣期；第二階段是煤化變質(zhì)作用。2.煤層瓦斯垂向分帶根據(jù)地下煤層瓦斯的組成和含量，煤層瓦斯按不同賦存深度自上而下分為四個(gè)帶：N2CO2帶、N2帶、N2CH4帶和CH4帶(見(jiàn)圖1-1-1)。圖1-1-1 IN2-CO2各氣層煤層瓦斯組成變化；IIN2三價(jià)氮-甲烷；IVCH4、圖1-1-2煤體內(nèi)氣體賦存狀態(tài)示意圖1-游離氣；2-氣體的吸附；3-吸收氣體；4-煤；5-間隙、3。煤層瓦斯賦存狀態(tài)，1。瓦斯賦存狀態(tài)礦井瓦斯在煤巖層中存在

3、兩種狀態(tài)，即自由狀態(tài)和吸附狀態(tài)。自由狀態(tài)也叫自由狀態(tài)。吸附狀態(tài)可分為兩種形式，即吸附狀態(tài)和吸附狀態(tài)。自由氣體和吸附氣體的關(guān)系：它們處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，即自由氣體和吸附氣體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。影響煤層瓦斯含量的因素(1)煤田地質(zhì)歷史(2)地質(zhì)構(gòu)造(3)煤層賦存條件(4)煤層圍巖性質(zhì)(5)煤層變質(zhì)程度(6)巖漿活動(dòng)(7)水文地質(zhì)條件(3)煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含自由氣體的壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。4.礦井瓦斯涌出量，1礦井瓦斯涌出形式有煤層或圍巖瓦斯涌出兩種類(lèi)型：(1)普通涌出(2)特殊涌出(2)礦井瓦斯涌出量(1)Q=QC6024 (1-1-1)，Q礦井總回風(fēng)量，m3/d；c返回空

4、氣中的平均氣體濃度，%。(2)q相=Q唯一n/T (1-1-2)，Q唯一礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/d；礦井瓦斯鑒定月n個(gè)工作日，d/月；礦井瓦斯鑒定月產(chǎn)量，t/月。(1)煤層和圍巖的瓦斯含量(2)開(kāi)采深度(3)開(kāi)采規(guī)模(4)開(kāi)采順序和開(kāi)采方法(5)地壓變化(5)瓦斯涌出的影響因素。該條例規(guī)定，只要在一個(gè)煤(巖)層中發(fā)現(xiàn)氣體，就將一個(gè)礦井指定為瓦斯礦井，并根據(jù)礦井瓦斯等級(jí)的工作制度進(jìn)行管理。高瓦斯礦井：10 m3以上。煤與瓦斯突出礦井：在開(kāi)采過(guò)程中，只要煤與瓦斯突出發(fā)生一次，該礦井即為突出礦井，突出煤層被確定為突出煤層。，VI .礦井瓦斯等級(jí)，第二部分。瓦斯爆炸和突出的規(guī)律主要有：一、瓦斯爆炸

5、二。煤(巖)與瓦斯突出，一、瓦斯爆炸過(guò)程及危害1。瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程最終的化學(xué)反應(yīng)公式為：CH42O2CO2 2H2O如果煤礦中O2不足，最終的反應(yīng)公式為：CH4 O2 H2 O2 H2O 2 H2O 2瓦斯爆炸的產(chǎn)生和傳播過(guò)程3瓦斯爆炸1。瓦斯爆炸的基本條件瓦斯?jié)舛仍诒O限內(nèi)，一般為516；混合氣體中的氧濃度不低于12；有足夠能量的點(diǎn)火源。瓦斯爆炸的充要條件是上述三個(gè)條件必須同時(shí)滿(mǎn)足。(2)瓦斯爆炸的條件和影響因素。氣體與高溫?zé)嵩唇佑|后，不會(huì)立即燃燒或爆炸，而是經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的間隔時(shí)間，稱(chēng)為點(diǎn)火延遲，這個(gè)間隔時(shí)間稱(chēng)為誘導(dǎo)期。表1-2-1氣體爆炸誘導(dǎo)期內(nèi)的火源溫度/，科沃德爆炸三角形，2。

6、影響氣體爆炸的因素(1)其他可燃?xì)怏w的影響(2)氧氣濃度的影響和過(guò)量惰性氣體(表1-2-2) (3)溫度的影響。(4)氣壓的影響。表1-2-2可燃?xì)怏wH2、CH4和CO損失所需的惰性氣體(3)礦井瓦斯爆炸原因1瓦斯積聚瓦斯積聚是指當(dāng)體積超過(guò)0.5m3時(shí)，空間瓦斯?jié)舛瘸^(guò)2的現(xiàn)象。積聚的主要原因如下：(1)通風(fēng)系統(tǒng)不合理；(2)正常生產(chǎn)期間，煤礦通風(fēng)設(shè)施隨意改變；(3)采煤工作面串聯(lián)通風(fēng)；(4)停止局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可能使掘進(jìn)工作面很快達(dá)到瓦斯爆炸極限；(5)對(duì)關(guān)閉一段時(shí)間的封閉區(qū)域或工作面恢復(fù)通風(fēng)，且未制定專(zhuān)門(mén)的瓦斯排放措施；(6)采空區(qū)和盲巷中經(jīng)常積聚大量高濃度瓦斯。(7)當(dāng)工作面推進(jìn)到異常地質(zhì)

7、構(gòu)造區(qū)時(shí)，可能發(fā)生異常瓦斯涌出，導(dǎo)致瓦斯積聚。(8)由于通風(fēng)不良，巷道冒落腔內(nèi)容易形成瓦斯積聚。(9)除上述方面外，小煤礦瓦斯積聚有以下幾點(diǎn)：獨(dú)眼井開(kāi)采。主通風(fēng)機(jī)沒(méi)有安裝。用局部通風(fēng)機(jī)代替主通風(fēng)機(jī)?；仫L(fēng)井也用于提升，礦井漏風(fēng)嚴(yán)重，通風(fēng)機(jī)不能發(fā)揮作用。礦井停風(fēng)或掘進(jìn)工作面停風(fēng)。井下通風(fēng)系統(tǒng)混亂，串聯(lián)通風(fēng)嚴(yán)重。掘進(jìn)工作面無(wú)局部通風(fēng)機(jī)。沒(méi)有氣體檢查和監(jiān)控系統(tǒng)。沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的安全技術(shù)人員從事安全管理。瓦斯爆炸的點(diǎn)火源(1)井下爆破引起的瓦斯爆炸和燃燒事故呈上升趨勢(shì)，主要問(wèn)題有：使用不符合安全要求的炸藥或炸藥已超過(guò)安全有效期；不合格的灌槍泥漿導(dǎo)致爆破火焰存在時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；炮眼布置不合理，阻力極限過(guò)低，或暴露、粘

8、貼炮眼；爆破電路連接不合格，產(chǎn)生電火花；爆炸裝置不合格或采用光亮電爆等。(2)電火花引起的瓦斯爆炸與電氣設(shè)備不合格和人員違章操作有關(guān)；(3)摩擦火花有時(shí)難以避免；(4)地下嚴(yán)禁明火；(五)其他情形。(1)煤(巖)與瓦斯突出的分類(lèi)根據(jù)突出物質(zhì)的不同，突出可分為煤與瓦斯突出、巖石與瓦斯突出、砂巖與二氧化碳突出、煤與巖石、二氧化碳與瓦斯突出。根據(jù)突起的不同動(dòng)力源，突起可分為倒出、壓出和突起。(2)煤(巖)與瓦斯突出的機(jī)理和條件。突出機(jī)理煤(巖)與瓦斯突出是一種力學(xué)現(xiàn)象，是地應(yīng)力、瓦斯和煤(巖)物理力學(xué)性質(zhì)三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。地應(yīng)力、瓦斯和煤(巖)強(qiáng)度是主要的自然因素，突出的發(fā)生取決于這三個(gè)因素的

9、一定組合。煤(巖)與瓦斯突出的典型過(guò)程可分為四個(gè)階段：準(zhǔn)備、激發(fā)、發(fā)展2.煤(巖)與瓦斯突出，2。突出條件突出必須同時(shí)滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：(1)工作面附近煤(巖)應(yīng)力狀態(tài)突然變化，導(dǎo)致煤(巖)局部突然破壞，是突出的誘發(fā)條件；(2)突出誘發(fā)后，煤(巖)暴露面處于高地應(yīng)力、高瓦斯壓力區(qū)，煤(巖)自然連續(xù)破裂，是突出的發(fā)育條件；(3)煤(巖)和碎煤(巖)能迅速放出氣體(包括游離氣和吸附氣)，形成能拋出碎煤(巖)的氣流，這是突出發(fā)展的必要條件。(3)煤(巖)與瓦斯突出的一般規(guī)律和征兆1。煤(巖)與瓦斯突出的一般規(guī)律(1)危險(xiǎn)性隨著開(kāi)采深度和煤層厚度的增加而增加；(2)大部分發(fā)生在掘進(jìn)工作面；(3)引起應(yīng)

10、力狀態(tài)突變的區(qū)域：(4)主要誘發(fā)因素是采礦作業(yè)，其次是爆破、風(fēng)鎬和手鎬作業(yè)。2.突出預(yù)兆突出預(yù)兆主要包括以下幾種類(lèi)型：聲音預(yù)兆；煤結(jié)構(gòu)變化預(yù)兆；地面壓力的跡象；氣體預(yù)兆；其他跡象。第三節(jié)，瓦斯爆炸防治技術(shù)主要需要的內(nèi)容。一是防止瓦斯積聚的技術(shù)措施。第二，防止點(diǎn)火源。第三，加強(qiáng)氣體檢查和監(jiān)測(cè)。第四，瓦斯爆炸的處理要點(diǎn)。一是防止瓦斯積聚的技術(shù)措施。(1)按規(guī)定要求做好通風(fēng)工作。(1)礦井通風(fēng)必須采用機(jī)械通風(fēng)；(2)所有未封閉的巷道必須保持足夠的風(fēng)量和風(fēng)速，以將氣體稀釋到規(guī)定的限度；(3)采煤工作面必須保持風(fēng)流暢通，避免形成串聯(lián)通風(fēng)；(4)掘進(jìn)工作面的供風(fēng)是最容易出現(xiàn)安全問(wèn)題的。(5)高瓦斯礦井必須

11、使用“三專(zhuān)兩鎖”；(6)全礦生產(chǎn)與通風(fēng)相匹配。(2)局部積聚瓦斯的及時(shí)處理(1)工作面上隅角瓦斯積聚的技術(shù)處理方法有幾種：1)增風(fēng)吹除法(1)擋風(fēng)板排水法(2)液壓局部通風(fēng)機(jī)吹除法(3)脈動(dòng)通風(fēng)技術(shù)吹除法(2)無(wú)火花設(shè)備抽排氣法(1)風(fēng)道噴吹導(dǎo)風(fēng)法(2)移動(dòng)泵站排水法(3)尾巷排水特殊瓦斯抽放巷不得進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)和設(shè)置電氣設(shè)備；專(zhuān)用瓦斯抽放巷風(fēng)速不小于0.5m/s；專(zhuān)用瓦斯抽放巷道必須使用不燃材料，并采取安全措施防止靜電、摩擦和撞擊火花；專(zhuān)用瓦斯抽放巷必須貫穿整個(gè)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，不得留有盲巷；瓦斯傳感器必須安裝在專(zhuān)用瓦斯抽放巷內(nèi)，并懸掛在距專(zhuān)用瓦斯抽放巷回風(fēng)出口15m處；有自燃傾向的煤層不容易自

12、燃。處理刮板輸送機(jī)底槽瓦斯積聚的技術(shù)方法有幾種：(1)派專(zhuān)人清理輸送機(jī)下遺留的煤，確保底槽暢通，防止瓦斯積聚；(2)經(jīng)常保持輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即使不產(chǎn)煤也要保持輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止瓦斯積聚；(3)如果發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)底部槽內(nèi)有氣體超限部分，可提升輸送機(jī)，使空氣循環(huán)，排除氣體；(4)在有壓縮空氣管道的地方，壓縮空氣可以被引導(dǎo)到底部溝槽進(jìn)行通風(fēng)，以消除積聚的氣體。3綜采工作面瓦斯積聚的治理(1)增加工作面進(jìn)風(fēng)量；(2)減少氣體排放的不均勻性；(3)煤壁瓦斯抽放和注水；(4)當(dāng)采煤機(jī)附近有局部瓦斯積聚時(shí)，可在采煤機(jī)的截割部或牽引部安裝小型局部風(fēng)機(jī)或液壓噴射器，將積聚的瓦斯吹走。4頂板瓦斯積聚的處理1)頂板附近瓦斯分

13、層積聚的處理預(yù)防和處理瓦斯分層積聚有兩種方法：(1)提高巷道內(nèi)的空氣流速；(2)提高屋頂附近的風(fēng)速；(3)黃泥縫制法；(4)瓦斯抽放方法，如圖1-3-9所示。圖1-3-9鉆孔抽放裂隙帶瓦斯，2)冒頂腔內(nèi)積聚瓦斯的處理，1)隔離法，如圖1-3-10所示。(2)風(fēng)致吹除法，常用方法如下：圖1-3-10隔離法，圖1-3-11擋風(fēng)板1-擋風(fēng)板對(duì)洞內(nèi)氣體的風(fēng)致處理；2-坑木；3-風(fēng)管和導(dǎo)風(fēng)板吹除方法(如圖1-3-11所示)；風(fēng)筒支吹方法，如圖1-3-12所示；壓縮空氣管道的分支吹制方法。圖1-3-12掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的夯分支法，5掘進(jìn)工作面局部瓦斯積聚治理技術(shù)(1)對(duì)于瓦斯涌出量大的掘進(jìn)工作面，盡量采

14、用雙巷掘進(jìn)，并定期開(kāi)挖聯(lián)絡(luò)巷，形成全負(fù)壓通風(fēng)；(2)盲巷應(yīng)設(shè)置局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)；(3)掘進(jìn)工作面及其巷道易出現(xiàn)冒落洞或裂隙發(fā)育帶，對(duì)這些地方積聚的瓦斯應(yīng)及時(shí)采用上述相關(guān)方法進(jìn)行處理；6.修復(fù)有瓦斯積聚的盲巷或開(kāi)啟密閉時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)最好在非生產(chǎn)班進(jìn)行；(2)卸貨工作一般由救援隊(duì)操作；(3)啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)前，檢查局部通風(fēng)機(jī)附近20 m內(nèi)瓦斯?jié)舛仁欠癯瑯?biāo)，啟動(dòng)后檢查局部通風(fēng)機(jī)附近是否有循環(huán)風(fēng)；(4)當(dāng)瓦斯積聚較大時(shí)，應(yīng)分段恢復(fù)通風(fēng)；(5)對(duì)巷道積聚的瓦斯采用自動(dòng)控制排放裝置。1加強(qiáng)管理，提高防火意識(shí)2預(yù)防爆破火源(1)煤礦爆破必須使用符合煤礦安全規(guī)程要求的安全炸藥；(2)爆破作業(yè)的工作面必須

15、嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”的瓦斯檢查制度；(3)禁止使用外露接頭或外露射擊場(chǎng)。要嚴(yán)格執(zhí)行“三人連鎖拍攝”制度；(4)炮孔的深度、位置和裝藥量應(yīng)符合工作面操作規(guī)程的要求；(五)禁止暴露和粘貼槍支；(6)嚴(yán)格執(zhí)行地下火藥和雷管儲(chǔ)運(yùn)管理規(guī)定。第二，防止點(diǎn)火源的出現(xiàn)，第三，防止電火源和靜電火源，第四，防止摩擦和沖擊點(diǎn)火，第五，防止明火點(diǎn)燃。(1)嚴(yán)禁攜帶煙草和點(diǎn)火物品入井，嚴(yán)禁攜帶易燃物品入井；(2)井口房、通風(fēng)房、氣泵房周?chē)?0 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁使用明火、煙霧或使用爐灶取暖。(3)不允許在井下和井口房進(jìn)行電焊作業(yè)。(4)嚴(yán)禁在地下存放汽油、煤油和變壓器油。(5)嚴(yán)禁地下電爐或燈泡加熱。6為防止其他火源，1井下

16、各處允許的瓦斯?jié)舛戎导俺薮胧┮?guī)定對(duì)井下各處允許的瓦斯?jié)舛认拗导俺迺r(shí)應(yīng)采取的措施做了明確規(guī)定，如表1-3-1所示。第三，加強(qiáng)對(duì)瓦斯的檢查和監(jiān)測(cè)，表1-3-1允許的瓦斯?jié)舛戎岛统迺r(shí)的措施，2礦井瓦斯檢查制度規(guī)定礦井瓦斯檢查的主要地點(diǎn)包括：所有采掘工作面、硐室、使用中的機(jī)電設(shè)備的安裝地點(diǎn)、人員工作的地點(diǎn)、瓦斯可能超限或積聚的地點(diǎn)等。檢查要求如下：(1)工作面瓦斯?jié)舛葯z查次數(shù)：低瓦斯礦井每班至少檢查兩次，高瓦斯礦井每班至少檢查三次。采煤工作面有煤(巖)與瓦斯突出危險(xiǎn)，有瓦斯突出危險(xiǎn)的采煤工作面和瓦斯涌出量大且變化異常的采煤工作面，必須有專(zhuān)人經(jīng)常檢查瓦斯，并安裝甲烷隔離開(kāi)關(guān)。(2)采煤工作面CO2濃度每班至少檢查兩次；有煤(巖石)和二氧化碳突出的危險(xiǎn)，而且肯定有(3)在有自燃危險(xiǎn)的礦井