第一章 矿井瓦斯灾害防治1

煤矿灾害防治技术课件目录第一章矿井瓦斯灾害防治第二章矿井火灾防治第三章矿尘防治第四章矿井水灾防治第五章煤矿爆破事故防治第六章煤矿顶板灾害防治第七章煤矿灾害防治检测技术第八章煤矿安全管理技术第一章矿井瓦斯灾害防治目录•第一节基本概念和理论概述•第二节瓦斯爆炸及突出的规律•第三节瓦斯爆炸的防治与处理技术•第四节煤与瓦斯突出防治与处理•第五节矿井瓦斯抽放•复习题•问题思考第一节基本概念和理论概述主要内容•一、矿井瓦斯的定义及性质•二、矿井瓦斯的成因和分带•三、煤层瓦斯的赋存状态•四、矿井瓦斯的涌出•五、瓦斯涌出的影响因素•六、矿井瓦斯等级一、矿井瓦斯的定义及性质1．矿井瓦斯的定义从广义上讲，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产生并涌入到矿井内的各种气体。狭义的讲，矿井瓦斯专指甲烷（CH4）。后面章节中所谈的瓦斯概念，一般为甲烷。2．矿井瓦斯的性质瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯比空气轻，其比重为O.554，因此在煤矿井下常积聚在巷道顶部或上山迎头。瓦斯的扩散能力是空气的1.6倍，且渗透能力很强。瓦斯微溶于水，瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。二、矿井瓦斯的成因和分带1、矿井瓦斯的成因成气过程可分为两个阶段：第一阶段为生物化学成气时期；第二阶段为煤化变质作用时期。2.煤层瓦斯垂直分带根据井下煤层瓦斯组分和含量，将煤层瓦斯按赋存深度不同自上而下分为4个带：N2—CO2带、N2带、N2—CH4带和CH4带（见图1-1-1）。图1-1-l顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化I—N2-CO2；II—N2；III—N2-CH4；IV—CH4图1-1-2煤体中瓦斯的赋存状态示意图1-自由瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体；5-空隙三、煤层瓦斯的赋存状态1、瓦斯的赋存状态矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态。自由状态又称游离状态。吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。自由瓦斯和吸附瓦斯关系：二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。2.影响煤层瓦斯含量的因素（1）煤田地质史。（2）地质构造。（3）煤层的赋存条件。（4）煤层的围岩性质。（5）煤的变质程度。（6）岩浆活动。（7）水文地质条件。3.煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。四、矿井瓦斯的涌出1．矿井瓦斯涌出形式瓦斯从煤层或围岩中涌出的形式有两种：（1）普通涌出。（2）特殊涌出。2．矿井瓦斯涌出量（1）Q绝=Q×C×60×24（1-1-1）式中Q—矿井总回风道风量，m3/d；C—回风流中的平均瓦斯浓度，%。（2）q相=Q绝×n/T（1-1-2）式中Q绝—矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d；n—矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d/月；T—矿井瓦斯鉴定月的产量，t/月。（1）煤层和围岩的瓦斯含量（2）开采深度（3）开采规模（4）开采顺序与开采方法。（5）地面气压的变化。五、瓦斯涌出的影响因素《规程》规定：一个矿井中，只要有一个煤（岩）层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式划分为：低瓦斯矿井：10m3及其以下；高瓦斯矿井：10m3以上。煤与瓦斯突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。六、矿井瓦斯等级第二节瓦斯爆炸及突出的规律主要内容一、瓦斯爆炸二、煤(岩)与瓦斯突出（一）瓦斯爆炸的过程及其危害1.瓦斯爆炸的化学反应过程最终的化学反应式为：CH4＋2O2＝CO2+2H2O如果煤矿井下O2不足，反应的最终式为：CH4+O2＝CO+H2+H2O2．瓦斯爆炸的产生与传播过程3．瓦斯爆炸的危害矿内瓦斯爆炸的有害因素是：高温、冲击波和有害气体。一、瓦斯爆炸1、瓦斯爆炸的基本条件①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％；②混合气体中的氧浓度不低于12％；③有足够能量的点火源以上三条件必须同时具备。柯瓦德爆炸三角形（二）瓦斯爆炸的条件及影响因素瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期。表1-2-1瓦斯爆炸感应期火源温度/℃瓦斯浓度/﹪火源温度/℃77582587592597510751175感应期/s678910121.081.151.251.31.41.640.580.60.620.650.680.740.350.360.370.390.410.440.200.210.220.230.240.250.120.130.140.140.150.160.0390.0410.0420.0440.0490.0550.010.0120.0150.0180.02柯瓦德爆炸三角形2、影响瓦斯爆炸发生的因素（1）其它可燃气体的影响（2）氧浓度和过量惰气的影响（表1-2-2）（3）温度的影响。（4）气压的影响。可燃气体加入的惰气惰气/可燃气(体积比率)失爆点处的气体(体积)浓度/%可燃气体O2H2N216.554.35.1CO210.205.38.4CH4N23.006.112.1CO23.207.314.6CON24.1213.96.0CO22.1618.68.6表1-2-2可燃气体H2、CH4、CO失爆所需的惰气量（三）矿井瓦斯爆炸的致因1．瓦斯积聚瓦斯积聚是指体积超过0.5m3时的空间瓦斯浓度超过2％的现象。积聚原因主要有以下几个方面：（1）通风系统不合理。（2）正常生产时期，煤矿井下的通风设施被随意改变其状态。（3）采掘工作面的串联通风。（4）局部通风机停止运转可能使掘进工作面很快达到瓦斯爆炸的界限。（5）对封闭的区域或停工一段时间的工作面恢复通风，未制定专门的排放瓦斯措施。（6）采空区和盲巷中往往积存大量高浓度的瓦斯。（7）当采掘工作面推进到地质构造异常区域时，有可能发生瓦斯异常涌出，造成瓦斯积聚。（8）巷道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。（9）小煤矿的瓦斯积聚除上述几个方面外，还有以下几点：①独眼井开采。②未安装主要通风机。③使用局部通风机代替主要通风机。④回风井筒兼作提升，矿井漏风严重，通风机不能发挥作用。⑤矿井停工停风或掘进工作面停工停风。⑥井下通风系统混乱，串联通风严重。⑦掘进工作面无局部通风机。⑧没有瓦斯检查、监测制度。⑨无专门的安全技术人员从事安全管理工作。2．瓦斯爆炸的点火源（1）井下爆破引起的瓦斯爆炸和燃烧事故呈增加的趋势，存在的问题主要有：①使用了不符合安全要求的炸药或炸药已经超过安全有效期限。②充填炮泥不合格，造成放炮火焰存在时间过长。③爆破炮眼布置不合理，抵抗限过低，或者放明炮、糊炮等。④爆破电路连线不合格，产生电火花。⑤放炮器不合格或使用明电放炮等。（2）电火花引起的瓦斯爆炸与电器设备的不合格和人员违章操作有关。（3）摩擦撞击火花有时难以避免。（4）井下严禁使用明火。（5）其他情况有。（一）煤(岩)与瓦斯突出分类按照突出物质的不同，突出可分为煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、砂岩和二氧化碳突出，以及煤、岩、二氧化碳和甲烷突出。按照突出动力源的不同，突出又可分为倾出、压出和突出。（二）煤(岩)与瓦斯突出的机理和条件1.突出机理煤(岩)与瓦斯突出是一种力学现象，是地应力、瓦斯和煤(岩)的物理力学性质3个因素综合作用的结果。地应力、瓦斯和煤(岩)强度是突出的主要自然因素，突出的发生与否取决于这3个因素的一定组合。典型的煤(岩)与瓦斯突出过程可归结为准备、激发、发展和终止4个阶段。有些突出不是一次完成的，而是有多个循环。二、煤(岩)与瓦斯突出2.突出的条件突出发生必须同时满足以下3个条件：（1）放炮落煤、石门突然揭开煤层、采掘工作面进入地质构造带、打钻、悬顶冒落等使工作面附近煤（岩）体应力状态突然改变，并导致煤（岩）体局部的突然破坏，这是突出的诱发条件。（2）突出诱发后，煤（岩）的暴露面处于高地应力和高瓦斯压力区，使煤（岩）体能产生自发地连续破碎，这是突出的发展条件。（3）煤（岩）体和已破碎的煤（岩）能快速涌出瓦斯（包括游离瓦斯和吸附瓦斯），并形成能抛出已破碎煤（岩）的瓦斯流，这是突出发展的必要条件。（三）煤(岩)与瓦斯突出的一般规律和预兆1.煤(岩)与瓦斯突出的一般规律（1）危险性随开采深度及煤层厚度增大而增大。（2）绝大多数发生在掘进工作面。（3）引起应力状态突然变化的区域：（4）主要诱导因素是采掘作业，其次为爆破、风镐、手镐作业。2.突出预兆突出预兆主要有以下几种：①声响预兆。②煤结构变化预兆：③地压方面的预兆。④瓦斯方面的预兆。⑤其他预兆。第三节瓦斯爆炸的防治与处理技术主要内容•一、防止瓦斯积聚的技术措施•二、防止点火源的出现•三、加强瓦斯的检查和监测•四、瓦斯爆炸的处理要点一、防止瓦斯积聚的技术措施（一）按照《规程》的要求做好通风工作（1）矿井通风必须采用机械通风。（2）所有没有封闭的巷道必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速。（3）采煤工作面必须保持风路畅通，避免形成串连通风。（4）掘进工作面供风最容易出现安全问题。（5）对高瓦斯矿井，必须使用“三专两闭锁”。（6）整个矿井的生产和通风是相匹配的。（二）及时处理局部聚积的瓦斯1．回采工作面上隅角的瓦斯积聚处理技术处理的方法有以下几种：1）增风吹散法（1）风障引流法。（2）液压局部通风机吹散法。（3）脉动通风技术吹散法2）无火花设备抽排法（1）风筒引射导风法。（2）移动泵站抽放法。（3）尾巷排放法。《煤矿安全规程》对该方法的应用提出如下要求：①工作面风流控制必须可靠；②专用排瓦斯巷道内不得进行生产作业和设置电器设备进。③专用排瓦斯巷道内风速不低于0.5m/s；④专用排瓦斯巷道内必须用不燃性材料支护，并应有防止产生静电、摩擦和撞击火花的安全措施；⑤专用排瓦斯巷道必须贯穿整个工作面推进长度且不得留有盲巷；⑥专用排瓦斯巷道内必须安设甲烷传感器，甲烷传感器应悬挂在距专用排瓦斯巷道回风口15m处。⑦煤层的自燃倾向性为不易自燃。2．刮板输送机底槽的瓦斯积聚处理技术处理的方法有以下几种：（1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽畅通，使瓦斯不易积聚。（2）保持输送机经常运转，即使不出煤也让输送机继续运转，以防止瓦斯积聚。（3）如果发现输送机底槽内有瓦斯超限的区段，可把输送机吊起来，使空气流通排除瓦斯。（4）有压风管路的地点可以将压风引至底槽进行通风，排除积聚的瓦斯。3．机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理（1）加大工作面的进风量。（3）降低瓦斯涌出的不均匀性。（4）抽放瓦斯和煤壁注水。（5）采煤机附近局部瓦斯积聚，可在采煤机的切割部或牵引部安装小型局扇或水力引射器，吹散积存的瓦斯。4．顶板瓦斯聚积的处理1）顶板附近瓦斯层状积聚的处理预防和处理瓦斯层状积聚的方法有两种：（1）加大巷道内风流速度。（2）加大顶板附近的风速。（3）黄泥抹缝法。（4）瓦斯抽放法。如图1-3-9所示。图1-3-9钻孔抽放裂隙带的瓦斯2）顶板冒落空洞内积存瓦斯处理（1）隔离法，见图1-3-10。（2）引风吹散法，常见的方法有：图1-3-10隔离法图1-3-11挡风板引风处理冒落空洞中的瓦斯1-挡风板；2-坑木；3-风筒①导风板引风吹散法。（如图1-3-11所示）②风筒分支吹散法。见图1-3-12③压风管分支吹散法。图1-3-12风筒分支法排放瓦斯5．掘进工作面局部的瓦斯积聚处理技术（1）对于瓦斯涌出量大的掘进工作面尽量使用双巷掘进，每隔一定距离开掘联络巷，构成全负压通风。（2）盲巷部分要安设局部通风机供风。（3）掘进工作面及其巷道中很容易出现冒落空洞或裂隙发育带，对于这些地点积聚的瓦斯应使用上述有关方法予以及时处理。6.恢复有瓦斯积存的盲巷或在打开密闭时的瓦斯处理措施要注意以下几点：（1）最好在非生产班进行。（2）排放工作一般由一个救护小队操作。（3）开动局扇前必须检查局扇附近20m内瓦斯浓度是否超限，开动后要检查局扇附近是否有循环风。（4）瓦斯积存量较大时，应逐段恢复通风。（5）采用巷道积聚瓦斯自控排放装置