东荣三矿王蕻超矿井瓦斯防治

矿井瓦斯防治王蕻超2012.9.15东荣三矿安培中心大纲要求•矿井瓦斯灾害的类型，矿井瓦斯来源分析，瓦斯积聚类型分析，灾变时期瓦斯积聚类型。瓦斯压力及其测试，煤与瓦斯突出类型、机理及典型案例，煤与瓦斯突出的伤害效应，煤与瓦斯突出时期的救灾要点。瓦斯（煤尘）爆炸机理，瓦斯（煤尘）爆炸的破坏与伤害机理，瓦斯（煤尘）爆炸的救灾要点，如何预防二次爆炸。瓦斯窒息与燃烧的救灾技术。抑爆原理及技术。掌握要点瓦斯灾害的类型瓦斯窒息与燃烧煤与瓦斯突出瓦斯(煤尘)爆炸抑爆原理及技术采煤工作面风门短路引起瓦斯爆炸事故案例：一事故经过•某矿3101炮采工作面，采用上行通风。•2010年2月5日8点班，当班出勤45人。在班前会上，段长安排5人往工作面运下料的小绞车，其余人员接班后到工作面进行分段打眼爆破，正常作业。运送小绞车5人将车推到风门处时，看到通风区的工人正在修理外道风门，已将门扇摘下来了，于是便打开第二道风门欲将车推进去，但不想装小绞车的平板车恰在第二道风门处掉道了。几个工人处理半天也没弄上道，正在休息时，突然听到“轰”的一声，尘土•飞扬，几个人预感到出事了，急忙跑到采区绞车道蹬钩房，将这一情况向地面调度室作了汇报。此时刚从这个工作面出来正要返回的矿值班人员于某和刘某也听到一声响，感到有一股风袭来，顿时尘土飞扬。他们预感到情况不妙，也马上将这一情况向矿领导作了汇报。矿领导立即请求救护队出动，经救护队现场侦察，该工作面工作的45人除运送小绞车5人生还，其余40人全部遇难。事故原因•经事故技术缉查现场勘查，事故发生在工作面运输巷，离工作面往外70米处。这个点在底板处有一裂隙，事故后实测该地点风流中瓦斯浓度为0.5%，裂隙处瓦斯浓度1%。据此判断，由于回风巷风门全部打开，造成风流短路，整个工作面系统处于无风或微风状态，致使该地点瓦斯浓度达到爆炸界限，加之工作面运输巷采用小绞车串车放车，小绞车钢丝绳有多处断丝起刺，与巷壁岩石接触摩擦产生火花，引起瓦斯爆炸。事故教训及防范措施•1保证通风系统稳定，风门必须连锁，两道风门严禁同时打开。•2对现场作业人员进行“一通三防”安全知识教育，爱护通风设施，及时关闭风门。•3加强瓦斯检查，查清瓦斯源，采取针对性措施杜绝瓦斯积聚条件。•4加强运输小绞车的管理，及时更换超限钢丝绳，杜绝火源。爆破处理架间石头引燃瓦斯事故•2005年4月9日，某矿五采区161综采工作面支架被石头卡住，采用爆破处理石头，爆破时将架子上的瓦斯引燃，造成全矿停产3天，两个采区停产20天，161综采工作面停产80天，直接经济损失达近千万元。案例：二事故经过•161综采工作面为高瓦斯工作面，绝对瓦斯涌出量15立方米每分钟以上。为解决瓦斯问题，采取了3条措施；一是用风排，161综采工作面配风时不时为146立方米每分钟，瓦斯浓度控制在0.5%以下，瓦斯排出量为6.6立方米每分钟；二是用尾巷排，配风量为220立方米每分钟，控制瓦斯浓度为3%,瓦斯排出量为6.6立方米每分钟；三是用移动泵上隅角抽排，抽排风量为19立方•米每分钟，瓦斯浓度为8%，瓦斯抽出量为1.52立方米每分钟。•2005年4月初，161综采工作面中间出现一个落差为0.4米的小断层，随着工作面推进，断层逐渐往上移动，到4月9日，断层已移到工作面上头。由于受断层影响，顶板破碎，仰角钻场抽放效果差。当日12点班接班后，需要拉架，由于顶板破碎，架子被石头卡住，需要处理，就采用爆破处理石头爆破前检查架子顶爆破位置的瓦斯浓度，结果爆破时将架子上的瓦斯引燃。•现场工人虽然采用洒水管路及时扑救，但由于瓦斯是在架子上、架子后燃烧，而且漂移不定，根本扑不灭，于是便向矿作了汇报。矿成立了以总工程师为首的救灾指挥部，经研究决定予以封闭，并注入二氧化碳灭火。经80天左右的处理才恢复生产。事故原因•按规定井下是不允许爆破崩石头的。但如果事前瓦检员能检查架顶瓦斯浓度，就会发现瓦斯浓度已经超限，此时如必须采用爆破处理，必然会采用一些方法排出架顶的瓦斯。这起事故最大的教训，就是瓦检员忽视了架顶也容易积聚瓦斯，特别是上隅角的架顶更容易积聚瓦斯，这一点一定要引起足够的重视，即使是采煤工作面推进拉架子时，也可能因架顶和锚杆摩擦产生火花而引起瓦斯燃烧事故。事故教训及防范措施•1井下工作面严禁爆破崩石头。•2瓦斯检查不到位•3防灭火系统不健全授课内容从事故发生地点看1949-1995年，国有重点矿务局≥3人/次361起，死亡6931人。其中：采煤面：131起，死2271人，分别占36.29%31.99%掘进面：156起，死2691人，分别占43.21%38.83%其它地：74起，死2023人，分别占20.50%29.19%从瓦斯积聚原因看（一）在上述361次事故中，其中通风系统问题53次占14.68%局扇停风56次占15.51%Q不足56次占15.51%巷道局部无风26次占7.2%盲巷积存瓦斯24次占6.65%采空区积存瓦斯39次占10.8%从瓦斯积聚原因看（二）放炮后积聚瓦斯27次占7.48%违章排放瓦斯13次占3.6%循环风7次占1.94%地质条件变化涌出瓦斯6次占1.66%其他原因引起瓦斯积聚54次占14.96%从引爆火源看电气火花150次占41.55%放炮108次占29.92%磨擦冲击31次占8.59%吸烟7次占1.94%其他火源65次占18.01%瓦斯爆炸事故原因分析（一）1.违背技术政策和法律法规开采：Q不足自然通风独眼井通风系统不合理、不完善（串联风、扩散风、循环风）采空区和盲巷不及时处理和封闭瓦斯爆炸事故原因分析（二）2.通风管理不善：局扇随意停开不按需要配风巷道冒顶堵塞风流短路风筒脱节、漏风、被压、不及时处理风筒距掘面太远，造成迎头微风瓦斯爆炸事故原因分析（三）3.瓦斯检查制度执行不严瓦检员数量不足空班漏捡瓦检员责任心不强，做假记录监测系统安装不合理或不及时维修，不能发挥作用瓦斯预排抽放不到位•有的矿井有抽放系统，但抽放效果不佳。•抽放时间不够•部分矿井没有建立抽放系统职工安全意识淡漠•井下吸烟•违章电焊矿井瓦斯防治•矿井瓦斯的概念广义：井下有害气体的总称。来源：煤岩内赋存的气体生产过程中产生的气体井下空气与矿物及其他材料反应产生的气体放射性物质衰变产生的惰性气体氡（放射性）和氦•.狭义：由于煤层中的瓦斯一般以甲烷为主，所以在煤矿中矿井瓦斯专指甲烷•甲烷的性质无色、无味，微溶于水，标准状况下100L水可溶解5.56L甲烷；可燃性、爆炸性、窒息性；密度为0.716kg/m3，为空气密度的0.554倍；分子直径小，扩散速度快矿井瓦斯的生成及赋存•煤层瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的，主要可以划分为两个生成阶段第一阶段：生物化学成气时期在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。2、煤层瓦斯垂向分带：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，使煤层瓦斯呈现出垂直分带特征瓦斯风化带：“CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三带统称瓦斯风化带。瓦斯风化带内的井、区为低瓦斯井、区。甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的瓦斯带。甲烷带内煤层瓦斯压力、含量随埋藏深度的增加而增长，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。第二阶段：煤化变质作用时期随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进人变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2•煤层瓦斯赋存1瓦斯在煤体内存在的状态游离瓦斯：以自由气体形式存在；吸附瓦斯：分为吸着状态与吸收状态；矿井瓦斯涌出在现今开采深度内，煤层内的瓦斯主要是以吸附状态存在，游离状态的瓦斯只占总量的10％左右•矿井瓦斯涌出是指在矿井生产过程中，瓦斯从煤体或周围岩体向采掘空间涌出的现象。不同矿井的瓦斯涌出不同，矿井瓦斯涌出的量以矿井瓦斯涌出量来表示，其表示方法有两种：绝对瓦斯涌出量：是指矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，用m3/d或m3/min表示。相对瓦斯涌出量：是指矿井在正常生产情况下，平均每产1t煤的瓦斯涌出量，用m3/t表示。瓦斯涌出形式瓦斯涌出形式是指瓦斯涌出在时间上和空间上的分布形式，根据瓦斯涌出的特征可将瓦斯涌出形式分为以下三种：（1）普通涌出：瓦斯从煤层或围岩的暴露面向采掘空间缓慢、均匀、经常性的涌出形式。（2）瓦斯喷出：瓦斯从煤、岩的裂隙或孔洞向外大量喷出瓦斯的涌出形式。（3）煤与瓦斯突出。一、突出现象及分类•（1）煤与瓦斯（二氧化炭）突出（简称突出）•（2）煤的突然压出并大量涌出瓦斯（简称压出）•（3）煤的突然倾出并大量涌出瓦斯（简称倾出）•（4）岩石与二氧化碳（瓦斯）突出安全设施及防护措施•（1）震动放炮•（2）反向风门•（3）远距离放炮•（4）井下避难所或压风自救系统•（5）其它防护措施煤与瓦斯突出的致灾表现•井下大气变化•堵塞井下巷道•破坏通风系统•人员缺氧窒息•卷走埋压人员•引发大型火灾•引发瓦斯爆炸喷出的瓦斯量和持续时间，决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力，从几m’到几十万m’，几分钟到几年，甚至几十年。瓦斯喷出的预兆，如风流中的瓦斯浓度增加，或忽大忽小，嘶嘶的喷出声，顶底板来压的轰鸣声，煤层变湿、变软等。•瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件，即：–①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%～16%。–②混合气体中氧的浓度不低于12%。–③有足够能量的点火源。•⑴与空气混合气体中瓦斯的浓度瓦斯爆炸发生的浓度界限指的是瓦斯与空气的混合气体中瓦斯的体积浓度，当瓦斯浓度达到9.5%时，理论上瓦斯可以同空气中的氧气完全反应，从而放出最多的热量，因此，爆炸的强度最大。在实际测量中，最大瓦斯爆炸强度往往比该浓度高一点，达到10%左右。当与瓦斯混合的空气成分发生变化时，例如其中混入了其它可燃气体或人为加入了过量的惰性气体，则上述瓦斯爆炸的界限就要发生变化，这种变化通常是不能忽略的。•⑵氧气的浓度瓦斯空气混合气体中氧气的浓度必须大于12%，否则爆炸反应不能持续。煤矿井下的封闭区域、采空区内及其它裂隙等处由于氧气消耗或没有供氧条件，可能会出现氧气浓度低于12%的情况，其它巷道、工作场所等一般不存在氧气浓度低于12%的条件，因此，在此条件下人员在短时间内就会窒息而死亡。•⑶足够能量的点火源能够引起瓦斯爆炸的点火源有三个条件，即：温度不低于650℃，能量大于0.28mJ和持续时间大于爆炸感应期。这三个条件通常很容易满足，煤矿开采过程中一些不可避免的火源有时采取特殊的技术，使其不能满足点燃瓦斯的点火条件。例如，井下爆破时产生的火焰，温度高达2000℃，但持续的时间很短，小于爆炸感应期，因此，不会引起瓦斯爆炸瓦斯爆炸条件在煤矿井下存在的可能性•局部瓦斯积聚很容易形成•瓦斯积聚的地点，往往都具备爆炸的第二个条件，即：氧浓度大于12%•能引起瓦斯爆炸的点火源⑴明火火焰⑵炽热表面和炽热气体⑶机械摩擦及撞击火花⑷电火花•爆炸感应期是指当点火源与爆炸性混合物接触时，爆炸不是立刻就发生，而是有一个延迟时间。瓦斯爆炸主要危害•①爆炸冲击波•②火焰锋面•③大气成份的变化瓦斯爆炸事故防治•（1）瓦斯爆炸事故发生的规律①瓦斯积聚的原因②瓦斯爆炸的点火源•（2）预防煤矿爆炸事故的技术措施•（3）加强瓦斯的检查和监测防止灾害扩大的措施•（1）分区管理•（2）隔爆、阻爆装置•（3）编制矿井灾害预防与处理计划瓦斯爆炸致灾表现(火焰前沿)火焰前沿通过时，人员被烧伤，不但皮肤就连呼吸器官和消化器官的粘膜也会被烧伤。电气设备遭到毁坏，尤其是电缆，这时能形成危险的第二次火源。还会引起火灾瓦斯爆炸致灾表现(冲击波)•冲击波是传播压力的突变．是使介质状态参数突跃，并以超声速传播的压力波。•正向冲击波传播时，其波速的压力10ＫPa～2ＭＰa，正向冲击波叠加或反射时，可形成高达10ＭＰa的压力。•冲击波的传播速度高于音速（340m/s），随着爆炸波的衰减，冲击波转变为声波。•正向、反向和斜向冲击波通过时引起