第十一章瓦斯1111.ppt

第十一章矿井瓦斯及其防治,第一节矿井瓦斯,1、瓦斯的形成它是腐植型有机物在成煤过程中生成的。2、造气时期一是从植物遗体到泥炭属于生物化学造气时期，另一个是从褐煤、烟煤直到无烟煤属于煤化变质作用造气时期。3、煤矿瓦斯的主要成分：甲烷（CH4）二氧化碳（CO2）和氮气（N2）此外还有一些烷烃（乙烷、丙烷等）以及少量的硫化氢（H2S）、二氧化碳（SO2）,4、煤和围岩中瓦斯存在的状态煤是多孔介质，瓦斯可以赋存在其中；瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中；游离瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯积聚在孔隙壁面上，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态。,瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态吸附状态吸着状态吸收状态煤体中大量的孔隙对瓦斯具有很强的吸附能力，在一些高瓦斯含量的煤层中，煤中含有的瓦斯体积可以达到煤本身体积的3040倍。,5煤吸附瓦斯的特性可以用煤在某一固定温度下吸附瓦斯量随瓦斯压力变化的曲线表示，该曲线称为吸附等温线，符合朗格缪尔方程：煤矿开采过程中，游离的瓦斯首先放散到开采空间，使邻近煤层中瓦斯压力降低、游离瓦斯量减少，这时，煤中吸附的瓦斯就解析出来，成为新的游离态瓦斯。这一过程不断重复，从而使煤层中的瓦斯源源不断地涌出到开采空间。,第二节矿井瓦斯涌出及矿井瓦斯等级,一、瓦斯涌出形式及来源1、瓦斯涌出形式在采掘过程中，根据涌出在时间和空间上的变化，瓦斯涌出量可分为:(1)普通涌出是矿井瓦斯的主要涌出形式。它是指瓦斯从煤层及其围岩的暴露面上缓慢、均匀、经常性的放散，并且持续时间很长。普通涌出的瓦斯量占煤矿瓦斯涌出量的比重最大。,(2)特殊涌出1)瓦斯喷出是指瓦斯从可见的裂隙或孔洞中大量快速涌出。瓦斯喷出具有时间上和空间上的集中性和突然性，流量较大，但多数持续时间较短，也有持续几年以上的。2)瓦斯突出在极短的时间里，突然从煤层或围岩里突然喷发出大量瓦斯，同时抛出大量煤（岩石），并伴随强烈的动力效应，那就是煤（岩）与瓦斯突出。,2、矿井瓦斯涌出来源（1）开采煤层（2）邻近层（3）围岩的裂隙和溶洞,二、瓦斯涌出及矿井瓦斯等级1、瓦斯涌出量表示方法（1）绝对瓦斯涌出量单位时间内的瓦斯涌出量，单位一般用m3/minQCH4Q*C式中QCH4绝对瓦斯涌出量Q风量，m3/minC风流中瓦斯浓度,（2）相对瓦斯涌出量在正常生产情况下，平均日产一吨煤涌出的瓦斯量，单位用m3/t表示，按下式计算：式中q相对瓦斯涌出量，m3/t。A平均日产量，t。,2.矿井瓦斯等级划分按照平均日产1吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式低瓦斯矿井：10m3及其以下高瓦斯矿井：10m3以上煤与瓦斯突出矿井。矿井瓦斯等级不同，在设备选用、瓦斯管理等不少方面均有所不同。必须准确测定瓦斯涌出情况，以因地制宜，保证矿井安全生产，取得相应的经济效益。,第三节矿井瓦斯爆炸及其预防,一、瓦斯爆炸的过程及危害1、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸是一种剧烈的氧化放热反映，可产生瞬时的高温高压。高温-18502650；高压-0.71.0MPa，有害气体CO，冲击波2.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O2不足，反应的最终式为：CH4+O2=CO+H2+H2O矿井瓦斯爆炸是一种热链反应过程(也称连锁反应)。,3.瓦斯爆炸的产生与传播过程爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，初燃(初爆)焰面冲击波新的爆炸混合物由于爆炸时爆源气体高速向外冲击和爆后生成的一部分水蒸气很快凝聚而在爆源附近形成半真空状，导致爆炸冲出的气体和爆源外围气体高速反冲回爆源地。虽然这种反冲力量较正向冲击小，但是由于是沿着已破坏区反冲的，破坏性往往更大。反冲的空气中可能有足够的瓦斯和氧，而爆源附近原有火源或因爆炸而新生的火源尚存，就会造成二次爆炸甚至连续多次爆炸。,二、瓦斯爆炸的条件及其影响因素瓦斯爆炸的必备条件有三：1、是一定的浓度的瓦斯，2、是足够的氧气，3、是引燃火源。三个条件缺一不可。,1.瓦斯的爆炸浓度在正常的大气环境中，瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限，其最低浓度界限叫爆炸下限，其最高浓度界限叫爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为56，上限为1416。浓度在9.19.5时爆炸威力最大（理论值是9.5）。瓦斯浓度低于5时，遇火源只会在火焰外围形成稳定的燃烧层，不发生爆炸。瓦斯浓度高于16时，遇火源即不能爆炸也不能燃烧。,瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响。,2.氧的浓度氧气浓度低于12，不会发生瓦斯爆炸，所以瓦斯爆炸的氧气浓度条件是不低于12，新鲜空气中氧气浓度为20.96，井下正常通风流中一般为20。显然在其它条件具备的情况下这样的氧气浓度是完全可以发生瓦斯爆炸的。,3.引燃火源瓦斯爆炸必须具有超过最小燃能（0.28mJ）、温度高于瓦斯最低点燃温度（595摄氏度）、点燃时间大于感应期的点火源。感应期：从开始点火到开始燃烧的时间间隔称为感应期。其长短取决于混合气体的压力、可燃气体的性质、浓度以及引火温度，如温度越高感应期越短，浓度越高感应期越长。,三、预防瓦斯爆炸的措施（1）防止瓦斯积聚合理通风，保证井下各工作地点有足够的风量和风速是防止瓦斯积聚的主要措施。及时处理局部积存的瓦斯。易于积存瓦斯的地点有：采煤工作面有：采煤工作面、顶板冒落的空洞、采空区边界处以及采煤机附近，低风速巷道的顶板附近，停风的盲巷等。处理的方法通常是向瓦斯积存地点加大风量或提高风速，将瓦斯稀释排出，将冒顶空间和盲巷内积存的瓦斯封闭，必要时进行瓦斯抽放。,（2）防止引燃措施有：1）杜绝一切非产生性火源，对生产中可能产生的火源严加管理和控制。2）一切机电设备要符合有关规定要求，经常检查、维护、保持其防爆性能良好，不符合要求的要及时更换。3）严格放炮制度，严格火区管理。,（3）防止瓦斯灾害事故扩大严格执行煤矿安全规程及有关规定，并认真采取了上述措施，瓦斯爆炸是可以避免的。为了避免一旦违章发生爆炸时事故扩大，可采取以下措施：1）实行分区通风，各水平、采区、工作面都有独立的进、回风系统；2）通风系统力求简单，不用巷道及时封闭，安设通风机的井口必须设置防爆门；3）设置水棚、岩粉棚等隔爆设施；4）编制周密的处理事故计划、有可快速投入运行的事故处理组织等。,第四节矿井瓦斯喷出与突出及其预防,一、瓦斯喷出及其预防（1）瓦斯喷出瓦斯喷出危害特征：在时间与空间上具有集中性和突发性，对井下人员的生命安全威胁很大，一旦发生立刻会造成局部甚至整个采区乃至矿井一翼充满高浓度瓦斯，有使人员窒息和遇火燃烧或爆炸的危险。从来源分，瓦斯喷出有煤、岩空洞承压瓦斯喷出和煤层卸压瓦斯喷出两类。,灾害发生地点：多发在地质破坏的断裂带、石灰岩溶洞及裂缝区、背斜或向斜轴部储瓦斯区或其它与储瓦斯构造相通的区域。其喷出特点是：流量大、持续时间长、无矿压显现预兆，喷出地点一般发生在掘进工作面或钻探过程中。（2）瓦斯喷出预防主要探、放、引、抽、渡等方法。1、煤、岩空洞承压瓦斯喷出预防在有喷出危险的区域，掘进施工前一定要通过前探钻孔等手段探明巷道前方的地质构造、裂隙、溶洞的位置分布以及瓦斯的储量等，据此预先制定好防治喷出的措施。,2、煤层卸压瓦斯喷出预防预先做好地质工作，除地质构造外，掌握岩层间及厚度变化、邻近层瓦斯压力和含量、地压大小等。根据喷出危险性制定预防措施（包括防瓦斯爆炸和窒息措施、防止被解放层初期卸压的瓦斯突然涌入解放层的采掘工作面）。在距开切眼1020m以内的初期卸压及适当加密抽放瓦斯钻空和提高抽放负压。,二、煤（岩）与瓦斯突出及其预防（一）煤（岩）与瓦斯突出1定义煤矿地下采掘过程中，从煤（岩）体内部向采掘空间在很短时间（几秒钟到几分钟）内突然喷射出大量煤（岩）和瓦斯（CH4、CO2）的现象，称为煤（岩）与瓦斯突出（简称突出）。,2危害它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象。它能摧毁井巷设施、破坏通风系统。喷出煤（岩）可达1万多t，喷出瓦斯可达100多万立方米，故大量煤（岩）和高浓度瓦斯充斥井巷，掩埋人员，使人员窒息，随后可能引起瓦斯爆炸或燃烧。可见突出是煤矿严重的自然灾害。,3突出一般预兆（1）矿压显现方面：如煤炮声、支架声响、煤岩开裂、掉渣、底鼓，煤壁颤动，钻孔变形、跨孔，顶钻、夹钻等；（2）瓦斯涌出方面：瓦斯涌出异常，浓度忽大忽小，煤尘增大，气温、气味异常，打钻喷瓦斯、喷煤等；（3）煤层结构与构造方面：层理紊乱，煤的强度低或不均匀，煤暗淡无光泽，煤厚、倾角变化大，挤压褶曲、顶底板阶梯状突起，断层，煤体干燥等。突出煤层的特点是煤的力学强度低、变化大，透气性差，湿度小，层理紊乱、受地质构造力破坏严重；瓦斯放散速度高。,（二）预防煤与瓦斯突出的措施预防突出的措施按作用范围分为区域性措施和局部性措施。1区域性措施开采解放层防止突出是经济有效的区域性措施。此方法是在开采有煤与瓦斯突出危险的煤层群时，预先开采无突出危险或