《矿井瓦斯防治》ppt分解

矿井通风与灾害防治矿井瓦斯防治陕煤化铜川培训中心刘斌第一章：矿井瓦斯基础知识一、瓦斯的含义瓦斯又叫沼气（CH4），其化学名称叫甲烷，人们常说的瓦斯有广义和狭义之分：狭义——专指沼气。如煤矿安全规程中规定的瓦斯浓度指标、甲烷传感器、便携仪、断电仪显示的数据等，是狭义的。广义——矿井环境中以沼气为主的有毒有害“混合气体”（CO、CO2、H2S）的总称。如讲盲巷不准进、里面有瓦斯，是广义之称。二、甲烷的性质甲烷（CH4）是一种无色、无臭、无味、无毒比空气轻微溶于水、扩散性很强的气体，易于在矿山巷道顶部、上山掘进工作面和顶板冒落空洞处积聚；甲烷本身无毒，但不能供人呼吸，不助燃，与空气混合到一定浓度后，遇到高温热源时能燃烧或爆炸。矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。由于甲烷（俗称沼气）是矿井瓦斯的主要成分，因而人们习惯上所说的瓦斯，通常指甲烷而言。三、瓦斯（既甲烷）的成因甲烷是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。两个阶段：（1）生物化学阶段（从植物遗体到泥炭）4C6H10O5=7CH4+8CO2+C9H6O+3H2O特点：埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。（2）变质阶段（从泥炭到烟煤）4C16H18O5=C57H56O10+4CO2+3CH4+2H2O（泥炭-褐煤）C57H56O10=C54H42O5+CO2+2CH4+3H2O（褐煤-烟煤）C54H42O5=C13H4+2CH4+H2O（烟煤-无烟煤）矿井内的甲烷一般主要来自开采煤层和顶底板的邻近煤层既煤线，少量来自煤岩层。特点：（1）碳化过程生成的大量气体。初期：主要为CO2，CH4不多。随着碳化程度的提高，CO2减少，CH4增多，同时生成重烃。（2）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化；（3）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但煤层瓦斯含量远小于生成量。减少的原因：（1）地质构造运动；（2）运移到适于贮存地点，形成气藏；（3）溶解于水中（长久地质年代过程中）；（4）逸散于大气中（从煤层露头）。四、煤层瓦斯赋存的垂直分带性煤层瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。瓦斯空气-1000m-800m-600m-400m-200mCO2-N2N2N2-CH4CH4形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。四带：CO2-N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。CO2－N2带N2带N2－CH4带CH4带瓦斯风化带瓦斯垂直分带性煤层垂向各带气体组份表名称气带成因瓦斯成分%N2CO2CH4CO2—N2带生物化学—空气20～8020～8010N2带空气＞8010～2020N2—CH4带空气—变质～8010～20～80CH4带变质2010＞80划分的意义：掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。规律：①瓦斯风化带内，涌出量与深度之间无规律性。②瓦斯风化带内，无突出危险性。③在CH4带内，tmqCH/3~234HXCH4HqCH4五、瓦斯在煤体内的赋存状态1、游离状态2、吸赋状态12345态示意图瓦斯在煤体内的存在状吸着瓦斯；游离瓦斯；21孔隙煤体；吸收瓦斯；543六、影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素煤层瓦斯含量的大小，除了与成煤过程中瓦斯的生成量的多少有关外，主要取决于煤生成后瓦斯的逸散和运移条件，以及煤保存瓦斯的能力，所有这些最终都取决于煤田地质条件和煤层赋存条件，主要影响因素有以下几类：1、煤田地质史：地层的上升与下降，加强与缓解瓦斯的逸散。2、煤层的埋藏深度:决定煤层瓦斯含量的主要因素。3、地质构造：影响煤层瓦斯含量最重要因素之一（褶曲构造、断裂构造、）4、煤层倾角和露头：煤层埋藏深度相同，煤层倾角越大，越有利于瓦斯运移和排放；煤层有露头，有利于瓦斯的逸散。5、煤的变质程度：煤的变质程度越高，生成瓦斯量越大。6、煤层围岩性质：7、水文地质条件：七、矿井瓦斯涌出量及涌出形式矿井瓦斯涌出：矿井建设和生产过程中煤岩体遭受到破坏，储存在煤岩体内的部分瓦斯将会离开煤岩体释放到井巷和采掘工作面空间的这种瓦斯释放现象。1、矿井瓦斯涌出形式分为：普通涌出和特殊涌出两种形式。2、矿井瓦斯涌出的来源：掘进区瓦斯（巷道煤壁、工作面煤壁、采落煤炭）、采煤瓦斯（瓦斯来自开采层本身、瓦斯来自围岩和邻近煤层）、采空区瓦斯（取决于煤层赋存条件、顶板管理方法、采空区面积大小和管理状况、漏入采空区风流风量的多少28）、采落煤炭放散瓦斯（煤的瓦斯含量、落煤的块度、落煤的停留时间、落煤沿风流的运输方向）。3、矿井瓦斯涌出量的表示方法：绝对瓦斯涌出量（单位时间内涌进采掘空间的瓦斯数量，单位：m3/min,m3/d）；相对瓦斯涌出量（在矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量，单位：m3/t）八、影响矿井瓦斯涌出量的主要因素1、自然因素：煤层的瓦斯含量（决定因素）、开采深度（正比关系、邻近煤层的影响）、地面大气压的变化（采空区、塌冒处）2、开采技术因素：开采强度和产量、开采顺序和回采方法、风量的变化九、矿井瓦斯等级划分《煤矿安全规程》根据矿井相对瓦斯涌出量（q相）、矿井绝对瓦斯涌出量（q绝）和瓦斯涌出形式三项指标，把矿井瓦斯等级划分为三个等级：瓦斯矿井：q相≤10m3/t，且q绝≤40m3/min。高瓦斯矿井——q相＞10m3/t，或q绝＞40m3/min。煤与瓦斯突出矿井——具有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险性矿井。矿井瓦斯等级越高，防治难度就越大，对矿井安全生产威胁也就越大。十、瓦斯的危害瓦斯的危害主要体现在两个方面:一是,轻者影响生产。如：采掘工作面超限积聚要停头、停面处理，成为制约生产的主要因素之一。二是,重者威胁矿井安全、危害职工生命。■当瓦斯浓度＞8%——能使人因缺氧昏倒或窒息。■当瓦斯浓度达5-16%——遇火会发生爆炸。■当瓦斯浓度＜5%或＞16%与O2接触面——遇火能燃烧■煤层中的瓦斯在一定条件下——会发生突出事故。第二章:矿井瓦斯爆炸及防治一、矿井瓦斯爆炸的机理瓦斯爆炸是一定浓度的瓦斯和空气中氧气组成的爆炸性混合气体，在高温热源的作用下发生复杂的激烈的氧化反应结果。其最终的化学反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O+882.6kJ/mol当空气中的氧气不足或反应进行不完全时的化学反应式为：CH4+O2=CO+H2+H2O+akJ/mol可燃混合气体的爆炸分为：爆燃和爆轰矿井瓦斯爆炸分为：局部瓦斯爆炸、大型瓦斯爆炸、瓦斯连续爆炸。二、瓦斯爆炸条件瓦斯爆炸必须同时具备下列三个条件：1、瓦斯浓度达到5~16%的爆炸界限（当瓦斯浓度达到9.5%时，其瓦斯爆炸强度最大）。2、有≥650℃的引爆火源。3、空气中有≥12%的含氧量。上述三个条件同时具备时，必爆无疑，缺一条不会炸。三、引爆火源1、引爆火源的下限是650℃。2、常见的引爆火源温度，实验室测定为：吸烟为650℃~800℃；划火柴为1200℃；放炮明火和电气火源均＞2000℃。四、瓦斯爆炸“敏感期”火源温度为650℃时，感应期为11秒；火源为1200℃时，感应期为0.2秒；火源2000℃时，感应期为千分之几秒。五、引爆几率长期的生产实践和事故统计共同表明，按主要引爆火源的引爆几率，依次为：■电气明火占50%以上，居第一位。■放炮引爆约占25~37%，居第二位。■其他火源引爆居第三位；其中吸烟引爆约占4.6%。1950年某矿，吸烟引发瓦斯爆炸，死亡187人，其中：四具尸体的衣兜内均装有火柴、纸烟。六、瓦斯爆炸类型按爆炸特点、波及范围和破坏程度，瓦斯爆炸的类型大体可分为三大类：■局部爆炸■大型爆炸■连续爆炸局部爆炸——系指瓦斯积聚量小，爆炸波及范围小、破坏程度小，处理难度相对也小的小型爆炸。一般发生在局部通风不良的掘进工作面。如：1995年某矿，掘进工作面的瓦斯爆炸死亡7人的事故，就属于局部爆炸。大型爆炸——系指参于爆炸的瓦斯量大，爆炸威力大，伤亡惨重，处理难度也较大的爆炸。一般发生在采煤工作面（上隅角，采空区有“瓦斯库”），或停风时间较长的掘进工作面，或盲巷的瓦斯参于爆炸。如：2000年贵州某矿，瓦斯爆炸死亡162人属大型爆炸。连续爆炸——系指第一次爆炸发生后，在处理事故的过程中，又发生第二次、第三次……爆炸，叫连续爆炸。1997年某矿务局两个矿的回采工作面瓦斯爆炸后，均留下了火患，在处理过程中，都发生数十次连续爆炸，致使事故无法处理，被迫强行封闭。七、影响瓦斯爆炸的主要因素1、可燃可爆性物质的影响：可燃可爆性的渗入（降低下限，增加上限，增加爆炸危险性）、可爆性煤尘的混入（同上）。2、惰性气体和氧浓度的影响：惰性气体的混入（增加下限，降低上限，降低爆炸危险性）、氧浓度的变化。3、混合气体初温度、压力的影响：环境初始温度、环境初始压力。4、点燃温度和能量、引火延迟性的影响：瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量、瓦斯引火的延迟性。八、矿井瓦斯爆炸的危害1、爆炸产生高温高压（实验表明,当瓦斯浓度为9.5%时，在密闭条件爆炸气体温度可达2150-2650℃，相对应的压力可达1.02MPa）；2、爆炸产生高压冲击波和火焰峰面（直接冲击、反向冲击）；3、爆炸产生有毒有害气体（主要是生成CO，导致大量人员中毒身亡）；4、瓦斯连续爆炸。九、矿井瓦斯爆炸原因1、矿井瓦斯积聚：矿井局部空间的瓦斯浓度达到2%，其体积超过0.5m3，就形成瓦斯积聚。（原因）：a、工作面风量不足引起；b、通风设施质量差、管理不善引起；c、串联通风、不稳定分支的引起；d、局部通风机停止运转造成；e、恢复通风排放瓦斯时容易造成瓦斯事故；f、采空区及盲巷中瓦斯积聚；g、瓦斯异常涌出造成的瓦斯积聚；h、巷道冒落空间等的瓦斯积聚；i、小煤窑的瓦斯积聚。2、引起瓦斯爆炸火源的产生：井下爆破、电火花、摩擦撞击火花、明火点燃。3、人为因素十、矿井瓦斯爆炸的地点分析井下任何地点都有可能发生瓦斯爆炸事故，但绝大部分都发生在掘进工作面和采煤工作面的上隅角。1、掘进工作面容易发生瓦斯爆炸的原因：a、掘进工作面的局部通风管理比较复杂、难度大，容易出现失误或管理不善（局部通风机的任意开停而停风、风筒损坏或接设不严而漏风、风筒末端距工作面太远而风量不足风速过低）；b、煤巷掘进掘进多用电钻打眼，经常爆破，出现机电设备失爆和爆破不合规定而产生引爆火源的可能性也较多。2、采煤工作面的上隅角容易发生瓦斯爆炸的原因：a、上隅角容易出现瓦斯积聚（WHY？采空区内的高浓度瓦斯经此逸散，采空区瓦斯被漏风带至此，上隅角风流直角拐弯，容易成涡流区，瓦斯难被风流带走）；b、上隅角附近往往有回柱绞车等机电设备；c、爆破时容易产生虚炮等，产生引爆火源的机会较多。十一、矿井瓦斯爆炸的防治措施（一）防止瓦斯积聚；1、保证工作面的供风量；2、处理采煤工作面回风隅角的瓦斯积聚（挂风障引流、尾巷排放瓦斯法、风筒导引法、移动泵站排除法、液压局部通风机吹散法）；3、掘进工作面局部瓦斯积聚的处理（充填法顶帮冒空区、引风发顶帮冒空区、风筒分支排放法顶帮冒空区瓦斯涌出量大、冒落空间大、挡风引风难解决、黄泥抹缝法、钻孔抽放裂隙带的瓦斯）；4、刮板输送机底槽瓦斯积聚的处理；5、通风异常或瓦斯涌出异常时应特别注意的事项。（二）防止瓦斯引燃1、加强管理，提高防火意识；2、防止爆破火源a、使用安全炸药，严禁不合格、变质、超期的炸药；b、严格执行“一炮三检查”；c、禁止使用明接头、裸露的爆破母线，连线爆破由专职爆破员执行，严格执行站岗截人和“三人连锁爆破”制度；d、炮眼深度、位置、装药符合《煤矿安全规定》，炮泥、水泡泥符合，严禁放明炮糊炮；e、火工品严格管理）；3、严禁电气火源和静电火源；4、防止摩擦和撞击点火；5、防止明火点燃；6、防止其他火源。（三）加强