ch8礦井瓦斯教學課件

1、安徽理工大學能源與安全學院 安全工程系,通 風 安 全 學第八章 礦井瓦斯,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量 第三節(jié) 礦井瓦斯涌出 第四節(jié) 瓦斯噴出 第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防 第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防 第七節(jié) 瓦斯抽放,第一節(jié)、概述,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。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。 CH4的性質(zhì) 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)）、 424.5 Kg/m3（液態(tài)） 相對空氣密度：0.554, 難溶入水:101.3 KPa , 20 , 3.31

2、l/100lH2O 危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。 作用：能源、化工原料。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,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物（植物）在成煤過程中生成的。 成氣過程兩個階段：第一階段為生物化學成氣時期； 第二階段為煤化變質(zhì)作用時期； （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孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)： 游離狀態(tài)：瓦斯以自由氣態(tài)存在； 吸附狀態(tài)： 吸著瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上。 吸收瓦斯吸附在煤的微粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部。 煤層中的瓦斯大

3、部分以吸附狀態(tài) （約占總瓦斯含量的80）存在。 吸著狀態(tài)是孔隙表面的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層。 吸收狀態(tài)是瓦斯分子充填到幾埃到十幾埃的微細孔隙內(nèi)，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解于液體中的狀態(tài)。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,二、煤層中瓦斯垂直分帶 形成原因：當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，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,四帶： CO2- N2帶、N2帶、N2CH4帶、CH4帶?，F(xiàn)場實際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風化帶。 煤層垂向

4、各帶氣體組份表,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,在近代開采深度內(nèi)，瓦斯帶內(nèi)煤層瓦斯含量和涌出量隨深度增加而有規(guī)律地增大。 意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,瓦斯風化帶下界深度確定依據(jù)： （可以根據(jù)下列指標中的任何一項確定） （1）煤層的相對瓦斯涌出量等于23m3/t處； （2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重烴濃度總和達到80%（體積比）； （3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.15MPa； （4）煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處： 長焰煤1.01.5 m3/t（C.M.），氣煤1.52.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.0

5、2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.53.0m3/t(C.M.)，貧煤3.04.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.07.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,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（標準狀態(tài)下的瓦斯體積）。單位為 m3/m3(cm3/cm3)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，存儲瓦斯的能 力越強。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,2、煤層

6、露頭 煤層如果有或曾經(jīng)有過露頭長時間與大氣相通，瓦斯含量就不會很大。 3、煤層的埋藏深度 在近代開采深度范圍內(nèi)，瓦斯帶內(nèi)煤層的瓦斯含量隨深度的增加而呈線性增加。,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,4、圍巖透氣性 煤層圍巖：是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。 5、煤層傾角 埋藏深度相同時，煤層傾角越小，瓦斯含量越大。 煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。 Exp:芙蓉礦，北翼：40 80 , 南翼：6 12 ，,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,6、地質(zhì)構(gòu)造 在圍巖屬低透氣性的條件下，封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯的儲存，而開放型地質(zhì)構(gòu)造有利

7、于排放瓦斯。 (1) 褶皺構(gòu)造 （2）斷層 7、水文地質(zhì)條件,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力 煤層的瓦斯壓力是處于煤的裂隙和孔隙中的游離瓦斯分子熱運動撞擊所產(chǎn)生的作用力。 煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。 瓦斯壓力測定：打鉆、封孔、測壓 瓦斯帶內(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)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓,第二節(jié)、煤層瓦斯賦存與含量,瓦斯壓力梯度： 則 或 式中 ： P預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，MPa gp瓦斯壓力梯度，MPa/m P1，P2甲烷帶內(nèi)深度為H1、H2(m)處的

8、瓦斯壓力，MPa。 P0-甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa 。 H0-甲烷帶上部邊界深度，m。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,一、瓦斯涌出形式 1、普通涌出 -長時間地、均勻地從煤體中涌出瓦斯。 特點：時間上：連續(xù)不斷 空間上：普遍存在 涌出強度：緩慢、均勻 2、特殊涌出： - 礦井生產(chǎn)過程中，在某些特定地點、突然地于一段時間內(nèi)大量涌出瓦斯的現(xiàn)象。 特點：時間上：突然地、間隔的 空間上：非普遍存在 涌出強度：產(chǎn)生動力破壞,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,二、瓦斯涌出量 1、定義 瓦斯涌出量指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。 2、瓦斯涌出量表示方法 （1） 絕對瓦斯涌出量 單位時間涌出的瓦

9、斯體積，單位為m3/d或m3/min： Qg=QC/100 式中 Qg絕對瓦斯涌出量， m3/min； Q風量， m3/min； C風流中的平均瓦斯?jié)舛龋?第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,（2）相對瓦斯涌出量 平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是 m3/t 。 qg=Qg/A 式中：qg 相對瓦斯涌出量，m3/t； Qg 絕對瓦斯涌出量，m3/d； A 日產(chǎn)量，t/d 說明：相對瓦斯涌出量單位的表達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。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,三、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

10、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，開采時的瓦斯涌出量也越大。 （2）、地面大氣壓變化,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,（二）開采技術(shù)因素 1、開采規(guī)模 開采規(guī)模指開采深度，開拓與開采范圍和礦井產(chǎn)量。 A、在甲烷帶內(nèi)，隨著開采深度的增加，相對瓦斯涌出量增大。 B、開拓與開采的范圍越廣，煤巖的暴露面就越大，因此，礦井瓦斯涌出量也就越大。 C、礦井產(chǎn)量與礦井瓦斯涌出量間的關(guān)系比較復(fù)雜，達產(chǎn)前、達產(chǎn)后及產(chǎn)量收縮期。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,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

11、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?；夭晒ぷ髅嬷芷趤韷簳r，瓦斯涌出量也會大大增加。 3、生產(chǎn)工藝 瓦斯從煤層暴露面（煤壁和鉆孔）和采落的煤炭內(nèi)涌出的特點是，初期瓦斯涌出的強度大，然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減。所以落煤時瓦斯涌出量總是大于其它工序。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,4、風量變化 礦井風量變化時，瓦斯涌出量和風流中的瓦斯?jié)舛葧l(fā)生擾動，但很快就會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,5、采區(qū)通風系統(tǒng) 采區(qū)通風系統(tǒng)對采空區(qū)內(nèi)和回風流中瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊憽?6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,四、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理 按劃分目的的不同，

12、對礦井瓦斯來源劃分為三種方式： 1、按水平、翼、采區(qū)來進行劃分 它作為風量分配的依據(jù)之一。 2、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)。 3、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)。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,五、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瓦斯涌出不均系數(shù)。 礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為： kg=Qmax/Qa 式中：kg給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)； Qmax該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；

13、,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,六、礦井瓦斯等級 1、礦井瓦斯等級劃分 依據(jù)：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，劃分為： 低瓦斯礦井：10m3及其以下； 高瓦斯礦井：10m3以上； 煤與瓦斯突出礦井。 2、礦井瓦斯等級鑒定 （1）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)的條件下進行。 （2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求。 （3）礦井瓦斯等級的確定。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,七、礦井瓦斯涌出量預(yù)測 瓦斯涌出量的預(yù)測：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。 1、礦山統(tǒng)計法 統(tǒng)計法是根據(jù)生產(chǎn)礦井或生產(chǎn)水平，在以往生產(chǎn)過程中

14、積累的大量不同深度相對瓦斯涌出量與深度的數(shù)據(jù)，通過整理分析找出相互之間變化關(guān)系的統(tǒng)計規(guī)律，推算出相鄰的新礦井或延深水平瓦斯涌出量的方法。 （1）瓦斯涌出量梯度 深度與相對瓦斯涌出量的比值，稱瓦斯涌出量梯度。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,（2）、 物理含義： 相對瓦斯涌出量每增加1m3/t 時，開采深度增加的米數(shù)，其單位為m/(m3/t)。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。 （3）、計算公式 gm=(H2-H1)/(q2-q1)n 式中: gg瓦斯涌出量梯度，m/（m3/t）或t/m2； H1、H2甲烷帶內(nèi)的兩個已采深度，m； q1、q2對應(yīng)于深度H1、H2的相對瓦斯涌出量，m3

15、/t； n 指數(shù)系數(shù)，大多數(shù)煤田在垂深1000m內(nèi)時n=1。,第三節(jié) 礦井瓦斯涌出,已知瓦斯涌出量梯度和瓦斯風化帶下界深度時，就可用下式預(yù)測相對瓦斯涌出量。 qm=q0+(H-H0)/gm 或 qm=qm1+(H-H1)/gm 式中： qm 預(yù)測的深H(m)處的相對瓦斯涌出量，m3/t； H0 瓦斯風化帶下界深度，m； gm瓦斯涌出量增深率，(m.t)/m3 q0、q1瓦斯風化帶下界或H1處的相對瓦斯涌出量，q0=2m3/t； 2、計算法 以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進行計算。,第四節(jié) 瓦斯噴出,一、瓦斯噴出的分類及其特點 瓦斯噴出：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂隙中迅速噴出的現(xiàn)象。 特點：時間突然，空

16、間上集中，動力效應(yīng)。 危害：造成局部地區(qū)、采區(qū)、一翼充滿高濃度瓦斯； 窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火災(zāi)。 根據(jù)瓦斯噴出裂隙呈現(xiàn)原因不同分： （1）地質(zhì)來源； （2）采掘地壓形成。,第四節(jié) 瓦斯噴出,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、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)的預(yù)防或處理措施。分為： 1、黃泥或水泥沙漿等充填材料堵塞噴出口。 2、可能的噴出地點附近打前探鉆孔，探測、排放。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,一、概述 含義：煤礦地下采掘過程中，在極短的時間內(nèi)(幾秒到幾分鐘)，從煤、巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴

17、出煤(巖)和瓦斯(CH4、CO2)的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出。 危害： 1、產(chǎn)生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風流逆轉(zhuǎn)、破壞通風系統(tǒng)。 2、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。 3、噴出的煤巖，造成煤流埋人。 4、猛烈的動力效應(yīng)可能導致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。 到1992年底全國已有282個突出礦井，截止1995年共發(fā)生了16000多次突出。 突出包括：壓出、傾出和突出。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,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、煤的力學性質(zhì)和重力綜合作用的結(jié)果。

18、 三、突出的一般規(guī)律 1、 突出發(fā)生在一定的采掘深度以后。 2、突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近。 3、突出多發(fā)生在集中應(yīng)力區(qū)。 4、突出次數(shù)和強度，隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。煤層傾角愈大，突出的危險性也愈大。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,5、突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關(guān)系。 6、突出煤層的特點是強度低，而且軟硬相間，透氣系數(shù)小。 7、大多數(shù)突出發(fā)生在放炮和落煤工序。 8、突出前常有預(yù)兆發(fā)生。 四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)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，稱為區(qū)域性防突措施； 局部防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進工作面)消除

19、突出危險性的措施稱為局部防突措施。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,1、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。 （1）、開采保護層 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：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。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（2）、開采保護層的作用 地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。 煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內(nèi)，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。

20、 煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（2）、保護范圍 保護范圍：指保護層開采后，在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。 垂直保護距離保護層與被保護層間的有效垂距 沿傾斜的保護范圍確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上、下邊界。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,沿走向的保護范圍。 超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。 目的：使被保護層能充分卸壓和排放瓦斯。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,煤柱的影響 影響范圍根據(jù)考察結(jié)果確定，否則，按以下角度確定。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,2、局部防突措施 （1）松動爆破 作用機理： 向掘進工作

21、面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個鉆孔裝藥爆破，使煤炭松動，集中應(yīng)力區(qū)向煤體深部移動，同時加快瓦斯的排出，從而在工作面前方造成較長的卸壓帶，以預(yù)防突出的發(fā)生。 松動爆破方法：深孔和淺孔兩種。 鉆孔參數(shù)：孔深815m，孔徑：4060 mm。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（2）鉆孔排放瓦斯 作用機理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進行采掘工作。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（3）水力沖孔 作用機理：水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道周

22、圍煤體的移動變形，應(yīng)力重新分布，擴大卸壓范圍。此外，在高壓水射流的沖擊作用下，沖孔過程中能誘發(fā)小型突出，使煤巖中蘊藏的潛在能量逐漸釋放，避免大型突出的發(fā)生。 水力沖孔主要用于石門揭煤和煤巷掘進。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（4）超前鉆孔 作用機理：是在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（5）金屬骨架 金屬骨架是一種超前支架。 此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或中厚煤層。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（6）超前支架 多用于有突出危險的急傾斜煤層厚煤

23、層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導致突出，在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩(wěn)定性。（7）卸壓槽 近年，在采掘工作面推廣使用了卸壓槽的方法，作為預(yù)防煤 (巖) 與瓦斯突出和沖擊地壓的措施。 作用實質(zhì)：預(yù)先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（8）震動放炮 震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭開煤層并成巷的爆破方法。 作用機理：因爆破震動，圍巖應(yīng)力和瓦斯壓差急劇變化，創(chuàng)造了最有利的突出條件。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。 注意事項： 震動放炮時，應(yīng)將井下人員撤

24、至地面。為了少影響生產(chǎn)，一般在交接班時放炮。 放炮時應(yīng)將放炮區(qū)或全井斷電，進風系統(tǒng)內(nèi)不得有火源存在，以免引燃瓦斯。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,放炮半小時后由救護隊進入檢查。具有延期突出的礦井，進入的時間還要加長。 為了限制突出的波及范圍，可在距離工作面45m處，壘起高不小于1.5m的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出，采用延發(fā)雷管分次爆破，使一部分巖石落在工作面附近，起到限制突出的作用。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,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。突出危險性預(yù)測包括區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測。 1、預(yù)測指標 （1）煤的瓦斯放散指數(shù)P 它是表示瓦斯從煤內(nèi)放散出來

25、快慢的相對指標，能反映煤的孔隙結(jié)構(gòu)和微觀破壞程度。一般情況下，P1525時有突出危險。 （2）煤的堅固系數(shù)f 它是一個相對指標，反映煤的力學性質(zhì)。當f0.60.8時有突出危險；f1.2時，無突出危險。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（3）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)。該值越高，煤層越不穩(wěn)定，突出可能性越大。 （4）鉆孔瓦斯涌出量和鉆渣量 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、瓦斯涌出速度和巖層應(yīng)力狀態(tài)。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,一、瓦斯爆炸過程及其危害 、瓦斯爆炸的化學反應(yīng)過程 瓦斯爆炸：一定濃度的甲烷和空氣

26、中的氧氣在高溫熱源的作用下發(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。 最終的化學反應(yīng)式為：CH4+2O2=CO2+2H2O 如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O 礦井瓦斯爆炸是一種熱鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,、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， 初燃(初爆) 焰面 沖擊波 新的爆炸混合物 、瓦斯爆炸的危害 礦內(nèi)瓦斯爆炸的有害因素是： 高溫焰面、沖擊波和有害氣體。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,二 瓦斯爆炸的主要參數(shù) 1、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，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，

27、其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為56，上限為1416。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有： （1） 氧的濃度 （如右圖所示）,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,（2）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氣體的爆炸界限和它們的濃度?？捎上率角蟪觯?式中：N多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限， ； C1、C2、C3.Cn分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，； C1+ C2+ C3+.Cn =100 N1、N2、N3.Nn分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限， ；,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,各

28、種氣體的爆炸上下限,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,例題：某礦封閉火區(qū)內(nèi)的可燃氣體成份與濃度分別為：CH4 4.5，CO 2.1，C2H4 0.02，C2H6 0.04，求該火區(qū)內(nèi)可燃氣體的爆炸界限，并判斷其爆炸危險性。 解：可燃氣體的總濃度為： CC CH4C COC C2H4C C2H6 4.5+2.1+0.02+0.04=6.66 各種可燃氣體占可燃氣體總濃度的百分比為： C CH44.5 / 6.6667.59 C CO2.1 / 6.66 31.51 CC2H40.02 / 6.66 0.3 C C2H62.1 / 6.66 0.6 ,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,則該火區(qū)內(nèi)可燃氣體的爆炸界限為： 下

29、限 ： 上限 因為火區(qū)可燃氣體濃度為6.66%，大于爆炸下限6.1，故有爆炸危險性。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,（3） 煤塵 煤塵具有爆炸危險，使瓦斯的爆炸危險性增加。 （4）空氣壓力 爆炸前的初始壓力對瓦斯爆炸上限有很大影響。使燃燒反應(yīng)易進行，爆炸極限范圍擴大。 （5） 惰性氣體 可以降低瓦斯爆炸的危險性。 2、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?空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時565，其它情況時650。最低點燃能量為0.28mJ。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,3、瓦斯的引火延遲性 引火延遲性：瓦斯與高溫熱源接觸后，不是立即燃燒或爆炸，

30、而是要經(jīng)過一個很短的間隔時間，這種現(xiàn)象叫引火延遲性。（安全意義） 三 煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析 1、火源 井下的一切高溫熱源都可以引起瓦斯燃燒或爆炸，但主要火源是放炮和機電火花。 2、發(fā)生地點 煤礦任何地點都有發(fā)生爆炸的可能性，但大部分爆炸事故發(fā)生在采掘工作面。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,四、預(yù)防瓦斯爆炸的措施 1、瓦斯爆炸必須同時具備三個條件： （1）CH4濃度處于爆炸范圍內(nèi)（正常條件 5 15 %）; （2）氧濃度超過失爆氧濃度（在CO2惰化下，12%，在N2惰化下， 9 %）； （3）引火源的能量大于最小點火能量（0.28mJ）、溫度高于最低點火溫度（595）且高溫熱源存在時間大于瓦斯引

31、火感應(yīng)期。 注：一般礦井中，O212%，只要瓦斯積存和火源兩因素同時具備，即會發(fā)生瓦斯爆炸。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,2、防止瓦斯積聚 所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^2，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。 （1）搞好通風。 （2）及時處理局部積存的瓦斯。 生產(chǎn)中容易積存瓦斯的地點有：回采工作面上隅角，獨頭掘進工作面的巷道隅角，頂板冒落的空洞內(nèi)，低風速巷道的頂板附近，停風的盲巷中，綜放工作面放煤口及采空區(qū)邊界處，以及采掘機械切割部分周圍，等等。 （）抽放瓦斯 （4）經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L狀況,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,3、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。生產(chǎn)中可能發(fā)生的

32、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。 4、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)，以減少損失。,第七節(jié) 瓦斯抽放,一、概述 規(guī)定：當回采工作面瓦斯涌出量5m3/min，掘進工作面瓦斯涌出量3m3/min，采用通風方法解決瓦斯問題不合理時，應(yīng)該抽放瓦斯。 抽放瓦斯的方法： 按瓦斯的來源分為：開采煤層的抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放三類； 按抽放的機理分為：未卸壓抽放和卸抽放兩類； 按匯集瓦斯的方法分為：鉆孔抽放、巷道抽放和巷道與鉆孔綜合法三類。,第七節(jié) 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，用鉆孔或巷道進行該煤層的抽放工作。 1、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。 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。,第七節(jié) 瓦斯抽放,（1）鉆孔參數(shù)： 鉆孔方向 我國多為上向孔； 孔間距 它是決定抽放效果的重要參數(shù)。鉆孔的間距應(yīng)小于極限抽放半徑的兩倍。 抽放負壓 抽放負壓與抽出量的關(guān)系，國內(nèi)外都有不同的看法。 鉆孔直徑 抽放瓦斯的鉆孔直徑一般為70-100mm。,第七節(jié) 瓦斯抽放,2、卸壓的鉆孔抽放 在