ch8礦井瓦斯教學(xué)課件

1、安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院 安全工程系,通 風(fēng) 安 全 學(xué)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(jī)物（植物）在成煤過程中生成的。 成氣過程兩個(gè)階段：第一階段為生物化學(xué)成氣時(shí)期； 第二階段為煤化變質(zhì)作用時(shí)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(yùn)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(xì)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(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。,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(shí)際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風(fēng)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(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(xiàng)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?zé)N濃度總和達(dá)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)。,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(shí)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(shí)，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(yùn)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(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(shí)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(fēng)量， m3/min； C風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛?，?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(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。,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(shí)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(dá)產(chǎn)前、達(dá)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(shí)，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(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。所以落煤時(shí)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(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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(fēng)系統(tǒng) 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)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(jìn)行劃分 它作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一。 2、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)。 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(shí)間內(nèi)只在一個(gè)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(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； Qa該時(shí)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(shí)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(jìn)行。 （2）測點(diǎn)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(jì)法 統(tǒng)計(jì)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(jì)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(shí)，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(jì)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(gè)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(shí)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(fēng)化帶下界深度時(shí)，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(fēng)化帶下界深度，m； gm瓦斯涌出量增深率，(m.t)/m3 q0、q1瓦斯風(fēng)化帶下界或H1處的相對瓦斯涌出量，q0=2m3/t； 2、計(jì)算法 以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。,第四節(jié) 瓦斯噴出,一、瓦斯噴出的分類及其特點(diǎn) 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(diǎn)：時(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(shí)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(fēng)流逆轉(zhuǎn)、破壞通風(fēng)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(dǎo)致冒頂和火災(zāi)事故的發(fā)生。 到1992年底全國已有282個(gè)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(jī)理 突出的機(jī)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(jī)理還沒有統(tǒng)一的見解，假說很多。多數(shù)人認(rèn)為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學(xué)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(qiáng)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(xiǎn)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(diǎn)是強(qiáng)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(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施，稱為區(qū)域性防突措施； 局部防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除

19、突出危險(xiǎn)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(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。 （1）、開采保護(hù)層 保護(hù)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(xiǎn) 的煤層受到采動影響而減少或喪失 突出危險(xiǎn)的煤層稱為保護(hù)層。 被保護(hù)層：后開采的煤層稱為被 保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上 方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫 下保護(hù)層。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（2）、開采保護(hù)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(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)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(qiáng)度增加。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（2）、保護(hù)范圍 保護(hù)范圍：指保護(hù)層開采后，在空間上使危險(xiǎn)層喪失突出危險(xiǎn)的有效范圍。 垂直保護(hù)距離保護(hù)層與被保護(hù)層間的有效垂距 沿傾斜的保護(hù)范圍確定沿傾向的保護(hù)范圍就是沿傾向劃定被保護(hù)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(hù)范圍。 超前距一般不得小于兩個(gè)煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小于30m。 目的：使被保護(hù)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(jī)理： 向掘進(jìn)工作

21、面前方應(yīng)力集中區(qū)，打幾個(gè)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(shí)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(jī)理：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)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(shí)，再進(jìn)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(jī)理：水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護(hù)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(shí)，由于孔道周

22、圍煤體的移動變形，應(yīng)力重新分布，擴(kuò)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(yùn)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(jìn)。,第五節(jié) 煤與瓦斯突出及其預(yù)防,（4）超前鉆孔 作用機(jī)理：是在煤巷掘進(jìn)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(qiáng)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(xiǎn)的急傾斜煤層厚煤

23、層的煤層平巷掘進(jìn)時(shí)。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)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(shí)質(zhì)：預(yù)先在工作面前方切割出一個(gè)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(jī)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(xiàng)： 震動放炮時(shí)，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(shí)放炮。 放炮時(shí)應(yīng)將放炮區(qū)或全井?dāng)嚯?，進(jìn)風(fēng)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(shí)后由救護(hù)隊(duì)進(jìn)入檢查。具有延期突出的礦井，進(jìn)入的時(shí)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(xiǎn)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(xiǎn)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(biāo) （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(biāo)，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(shí)有突出危險(xiǎn)。 （2）煤的堅(jiān)固系數(shù)f 它是一個(gè)相對指標(biāo)，反映煤的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)f0.60.8時(shí)有突出危險(xiǎn)；f1.2時(shí)，無突出危險(xiǎn)。,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(jìn)工作面即時(shí)預(yù)測有無突出危險(xiǎn)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(xué)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?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。 最終的化學(xué)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(shí)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(gè)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?xì)怏w 混合氣體中有兩種以上可燃?xì)怏w同時(shí)存在時(shí)，其爆炸界限決定于各可燃?xì)怏w的爆炸界限和它們的濃度?？捎上率角蟪觯?式中：N多種可燃?xì)怏w同時(shí)存在時(shí)的混合氣體爆炸上限或下限， ； C1、C2、C3.Cn分別為各可燃?xì)怏w占可燃?xì)怏w總的體積百分比，； C1+ C2+ C3+.Cn =100 N1、N2、N3.Nn分別為各可燃?xì)怏w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?xì)怏w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?xì)怏w的爆炸界限，并判斷其爆炸危險(xiǎn)性。 解：可燃?xì)怏w的總濃度為： CC CH4C COC C2H4C C2H6 4.5+2.1+0.02+0.04=6.66 各種可燃?xì)怏w占可燃?xì)怏w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?xì)怏w的爆炸界限為： 下

29、限 ： 上限 因?yàn)榛饏^(qū)可燃?xì)怏w濃度為6.66%，大于爆炸下限6.1，故有爆炸危險(xiǎn)性。,第六節(jié) 爆炸及其預(yù)防,（3） 煤塵 煤塵具有爆炸危險(xiǎn)，使瓦斯的爆炸危險(xiǎn)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(jìn)行，爆炸極限范圍擴(kuò)大。 （5） 惰性氣體 可以降低瓦斯爆炸的危險(xiǎn)性。 2、瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)燃能量 瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)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(diǎn)燃溫度，絕熱壓縮時(shí)565，其它情況時(shí)650。最低點(diǎn)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?zé)嵩唇佑|后，不是立即燃燒或爆炸，

30、而是要經(jīng)過一個(gè)很短的間隔時(shí)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?zé)嵩炊伎梢砸鹜咚谷紵虮?，但主要火源是放炮和機(jī)電火花。 2、發(fā)生地點(diǎn) 煤礦任何地點(diǎn)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(shí)具備三個(gè)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(diǎn)火能量（0.28mJ）、溫度高于最低點(diǎn)火溫度（595）且高溫?zé)嵩创嬖跁r(shí)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(shí)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(fēng)。 （2）及時(shí)處理局部積存的瓦斯。 生產(chǎn)中容易積存瓦斯的地點(diǎn)有：回采工作面上隅角，獨(dú)頭掘進(jìn)工作面的巷道隅角，頂板冒落的空洞內(nèi)，低風(fēng)速巷道的頂板附近，停風(fēng)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(jī)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(fēng)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(jiān)決禁絕。生產(chǎn)中可能發(fā)生的

32、熱源，必須嚴(yán)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(kuò)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(dāng)回采工作面瓦斯涌出量5m3/min，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量3m3/min，采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理時(shí)，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(jī)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(shí)，用鉆孔或巷道進(jìn)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(fù)壓 抽放負(fù)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