瓦斯灾害及其防治措施

1、贵州大学高等教育自学考试实践考试采矿学(二) 课程实践性报告 题目： 瓦斯灾害及其防治措施   姓 名： 敖路雄 学 号： 000713240052 助学单位： 贵州电大继续教育学院 指导教师： 代鹏程 完成日期： 2014年11月25 目录摘要.3一. 瓦斯赋存状况.3 (一)瓦斯成分.3 (二)瓦斯参数.3 (三)瓦斯含量.5 (四)煤层透气性系数.6 (五)煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险性.7 (六)其它有毒有害气体情况.7二. 瓦斯涌出量预测及变化规律分析.7 (一)从不同区域下同埋深分析研究矿井瓦斯涌出的变化规律.21三. 瓦斯灾害治理措施选择.21 (一)确定矿井移交

2、生产时降低矿井瓦斯浓度的可能途径.21 (二)对风排、抽排比例关系进行定性、定量分析.21 (三)首采及备用工作面瓦斯治理措施.23参考文献.24摘要从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中瓦斯含量为5%16%时，遇火会引起爆炸，造成事故对煤矿工作人员人身安全及煤矿财产安全产生极大的威胁。瓦斯爆炸是可以预防的，瓦斯突出也是可以预测的，如经常测量巷道空气中的瓦斯含量，测量瓦斯涌出量，并采取有效通风、严禁烟火、预先抽放、开采保护层、人工突出等措施，可以保障煤矿生产的安全。重要的是应该研究解决煤矿瓦斯的综合利用问题，变害为利，专门

3、抽放集中瓦斯用作气体燃料和制造炭黑等。关键词 瓦斯赋存、瓦斯涌出量、瓦斯灾害治理及其防治措施、 一. 瓦斯灾害因素分析 （一）瓦斯赋存状况1、瓦斯成分1）瓦斯赋存状态瓦斯在煤体中存在的状态有二种：一种叫游离状态，一种叫吸附状态。在天然条件下，煤体中以吸附状态贮存的瓦斯约占80-90%，以游离状态贮存的占10-20%，总体来说，瓦斯绝大部份是以吸附状态存在的。2）瓦斯成分矿井瓦斯成分比较复杂，主要是甲烷（CH4）占80-90%，此外还有其他烷类如乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、二氧化碳（CO2）和其他气体，有些煤层瓦斯中还含有氢气（H2）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）等气体。矿井其瓦斯

4、含量以CH4最多，其次为CO2、重烃。（二）瓦斯参数1）瓦斯风化带根据地质勘查工程所作的瓦斯地质工作，经对瓦斯解吸试验资料及瓦斯气体成分的研究，推测瓦斯风氧化带距地表平均56m左右。2）瓦斯压力矿井未作煤与瓦斯突出危险性鉴定，资源储量核实报告未提供煤层瓦斯压力等参数，建议矿井适时补做煤层瓦斯参数。矿井可采煤层特征表见表3-1-1。表3-1-1 可采煤层煤质特征表分析项目煤层号(Ad)%(Vad)%（Mad）%(Std)%（Qbad）MJ/kgM315.7421.771.311.0839.75M428.021.50.922.8039.94M5-125.018.01.420.3040.31M519

5、.017.51.250.6040.75M717.4918.771.932.5040.55M923.518.51.462.9640.73M1122.018.01.022.5040.42M1712.7714.461.721.0840.33M1912.2315.091.881.6639.71M2019.4817.971.672.2739.79M2430.015.501.552.9040.28M2619.4716.401.242.6540.803）各煤层瓦斯含量及梯度矿井未作煤与瓦斯突出危险性鉴定，也未作煤层瓦斯参数测定，资源储量核实报告未提供煤层煤层瓦斯含量及梯度等参数，本次根据采矿设计手册煤层瓦斯

6、含量计算经验公式一计算可采煤层瓦斯含量，建议矿井适时补做煤层瓦斯参数。（三）瓦斯含量根据开拓布局，本次设计以最低开采水平+1305m标高进行瓦斯含量预测，设计根椐采矿设计手册煤层瓦斯含量计算经验公式一计算可采煤层瓦斯含量：式中：Wx在P、t条件下的吸附瓦斯含量，m3/t；WY在P、t条件下的游离瓦斯含量，m3/t；Af煤层灰分，；Wf煤层水分，；煤层挥发分，； 矿井可采煤层瓦斯压力均采用以下公式选取：P=（2.03-10.13）H式中：P距地表垂深H处煤层瓦斯压力，KPa；H垂深，m； 2.03-10.13瓦斯压力系数，设计取7。fn煤的孔隙率，%，查采矿工程设计手册下册表8-7-10选取，取

7、8；en温度系数，e为自然对数底，n=；a2.4+0.21；b1-0.004；KY相对于煤层瓦斯压力下的瓦斯压缩系数，查表；煤的容重，t/m3；t温度，20C°；可采煤层瓦斯含量预测结果见表3-1-2。表3-1-2 可采煤层瓦斯含量预测结果表煤层Af()Wf()Vr()fn()KYt(C°)(t/m3)abP(MPa)en瓦斯含量(m3/t)M315.741.3121.7781.08201.56.970.911.851.4913.84M4280.9221.581.08201.56.920.912.091.4913.61M5-1251.421881.08201.56.180.

8、932.251.4913.46M5191.2517.581.08201.56.080.932.281.4915.15M717.491.9318.7781.08201.456.340.922.371.4913.43M923.51.4618.581.08201.456.290.932.461.4913.92M11221.021881.08201.456.180.932.221.4915.22M1712.771.7214.4681.08201.55.440.942.001.4914.75M1912.231.8815.0981.08201.55.570.941.791.4913.80M2019.481

9、.6717.9781.08201.446.170.931.651.4912.44M24301.5515.581.08201.475.660.941.081.499.93M2619.471.2416.481.08201.475.840.931.131.4912.16（四）煤层透气性系数由于储量报告未提供煤层透气性系数等相关瓦斯资料，本次设计无法计算煤层透气性系数，建议矿方及时对煤层透气性系数进行测定。（五）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险性该矿井各煤层均未作煤与瓦斯突出危险性鉴定工作，根据贵州省安全生产监督管理局、贵州省煤矿安全监察局、贵州省煤炭管理局文件“黔安监管办字2007345号关于加强

10、煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见，蟒源煤矿位于国家划定的煤与瓦斯突出区域。故矿井按煤与瓦斯突出矿井设计和管理。建议矿井及时请有资质的单位对各煤层进行煤与瓦斯突出危险性鉴定，并根据鉴定结果管理矿井。（六）其它有毒有害气体情况矿井内的有毒有害气体除了瓦斯外，还有CO2、CO、NO2、SO2、HS、NH4等，其来源通常是爆破产生的炮烟、矿物氧化、火灾、爆炸产生的废气等，以上各种气体都可以通过利用便携式仪器在现场快速测试。矿井总回风巷或一翼回风巷瓦斯或二氧化碳浓度不超过0.7%，回采工作面进风巷瓦斯浓度不超过0.5%，回采工作面、采面回风巷、掘进工作面的瓦斯浓度不超过1%。采掘工作面的进风流中，

11、二氧化碳浓度不超过0.5%，采掘工作面的回风流中，二氧化碳浓度不超过1.5%，井下空气中其它有毒有害气体成分满足下表要求。表3-1-3 井下其它有害气体允许浓度表名称最高允许浓度/%备 注一氧化碳CO0.0024氧化氮（换算成二氧化氮NO2）0.00025二氧化硫（SO2）0.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004二. 瓦斯涌出量预测及变化规律分析1、矿井瓦斯等级的鉴定根据贵州省能源局文件“黔能源煤炭2012392号”关于盘县煤炭局关于2012年度盘县地方煤矿瓦斯等级鉴定报告送审的报告的批复，矿井绝对瓦斯涌出量0.14m3/min，矿井绝对二氧化碳涌出量0.15m3/min，为高

12、瓦斯矿井。设计根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）标准，采用分源预测法对矿井最低开采标高+1305m处瓦斯涌出量进行预测。各可采煤层特征如下表。可采煤层特征表煤层号煤层厚度（m）平均间距（m）煤层倾角（º）复杂程度顶、底板岩性可采程度稳定性最大最小顶 板底 板平均M33.30-2.981022简单粉砂岩、砂质粘土岩粘土岩可采稳定3.03M40.92-0.8522简单泥灰岩粘土岩可采较稳定0.8841M5-10.88-0.8022简单粉砂岩粉砂岩可采稳定0.848M52.65-2.4022简单粉砂岩粉砂岩可采稳定2.523M71.65-1.6022较简单粘土岩粘土岩可采稳

13、定1.6312M91.01-0.9122简单粘土岩泥质粉砂岩可采较稳定0.9515M110.95-0.8822简单泥质粉砂岩、粉砂岩砂岩、粉砂岩可采稳定0.920M173.65-3.5022简单砂岩、粉砂岩砂岩、粉砂岩可采稳定3.6320M192.96-2.8522简单泥质粉砂岩、粉砂岩泥质粉砂岩可采稳定2.923M201.61-1.5222复杂泥质粉砂岩粘土岩可采稳定1.5423M240.90-0.8022简单粘土岩粘土岩可采较稳定0.8212M261.20-1.0022复杂泥质粉砂岩粘土岩可采稳定1.132、回采工作面瓦斯涌出量预测Q采Q1+Q2式中：Q采 回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/

14、t；Q1开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；Q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；1）开采层相对瓦斯涌出量计算矿井开采的煤层为薄-中厚-厚煤层，一次采全高，按照AQ1018-2006标准附录A按下式计算：Q1K1×K2×K3×（WoWc）m /M式中：Q1开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量，m3/t；K1围岩瓦斯涌出系数；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，K2=1，为工作面回采率；K3分区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数。采用长壁后退式回采时，K3按下式确定：K3（L-2h）/L；L工作面长度，105m；h巷道瓦斯排放带宽度，m；Wo煤的原始瓦斯含量，m3/t；W

15、c煤的残存瓦斯含量，m3/t。根椐煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装【2011】163号）选取：WC=式中：a2.4+0.21；b1-0.004；Ad煤层灰分，；Mad煤层水分，；煤的容重，t/m3；煤的孔隙率，m3/m3。各煤层残存瓦斯含量见下表3-1-4。表3-1-4 各煤层残存瓦斯含量表煤层编号ab水分Ad(%)灰分Md(%)挥发分(Vad)%Wc（m3/t）M36.970.911.3115.7421.770.61 M46.920.910.9228.021.50.58 M5-16.180.931.4225.018.00.56 M56.080.931.2519.017.50.58 M76

16、.340.921.9317.4918.770.62 M96.290.931.4623.518.50.59 M116.180.931.0222.018.00.58 M175.440.941.7212.7714.460.58 M195.570.941.8812.2315.090.57 M206.170.931.6719.4817.970.59 M245.660.941.5530.015.500.53 M265.840.931.2419.4716.400.57 矿井可采煤层均按突出煤层进行设计，矿井生产能力为30万t/a，根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定相关规定，采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量Wj8m

17、³/t；对于突出煤层，其煤层残存瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯含量（没有考察处煤层始突深度的煤层瓦斯含量时，按8m³/t取）。由于矿井未测定相关瓦斯参数，设计根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定表1及附录A4推算各煤层抽采达标时煤层的残存瓦斯含量，其计算结果见表3-1-5。表3-1-5 推算的各煤层抽采达标时煤层的残余瓦斯含量煤层可解吸最大瓦斯量Wj（m³/t）标准大气压力下残存瓦斯含量Wcc（m³/t）抽采后煤层的残存瓦斯含量Wcy（m³/t）M370.61 7.61M470.58 7.58M5-170.56 7.56M570.58 7.58M

18、770.62 7.62M970.59 7.59M1170.58 7.58M1770.58 7.58M1970.57 7.57M2070.59 7.59M2470.53 7.53M2670.57 7.572）邻近层相对瓦斯涌出量计算式中：q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。mi第i个邻近层煤层厚度，m。M工作面采高，m。i第i个邻近层瓦斯排放率，%,参照AQ1018-2006标准附录D选取。经计算，各煤层预抽前回采工作面瓦斯涌出量见表3-1-6。表3-1-6 预抽前回采工作面瓦斯涌出量表煤层编号K1K2K3与开采层间距(m)%煤层厚度(m)采高(m)煤层瓦斯含量w0(m3/t)残存瓦斯含量wc(

19、m3/t)相对涌出量(m3/t)开采层M31.31.050.723.033.0313.840.6113.00邻近层M410750.883.0313.610.582.84M5-151290.843.0313.460.561.04M559202.503.0315.150.582.40合计15.84开采层M41.31.030.720.880.883.840.583.14邻近层M5-141390.840.889.720.563.41M549302.500.8812.230.589.93M77281.630.8813.430.621.90合计18.38开采层M5-11.31.030.720.840.84

20、6.150.565.39邻近层M58782.500.848.740.5818.94M731501.630.8412.410.6211.44M943380.950.8413.920.595.73M1158220.900.8415.220.583.45合计41.49开采层M51.31.050.722.502.502.370.581.76邻近层M723581.632.506.510.622.23M935420.952.508.860.591.32M1150300.902.5012.000.581.23M177093.632.5014.750.581.85合计8.40开采层M71.31.050.721

21、.631.633.090.622.43邻近层M912750.951.635.380.592.10M1127570.901.638.580.582.52M1747363.631.6313.470.5810.34M1967192.921.6313.800.574.50合计21.88开采层M91.31.030.720.950.951.790.591.16邻近层M1115630.900.954.020.582.05M1735433.630.958.830.5813.56M1955282.920.9511.280.579.22M2058221.540.9512.440.594.23合计30.21开采层M

22、111.31.030.720.900.901.850.581.23邻近层M1720603.630.905.280.5811.38M1940392.920.908.280.579.76M2043361.540.909.830.595.69M2466190.820.909.930.531.63合计29.69开采层M171.31.080.723.633.632.460.581.90邻近层M1920602.923.635.280.572.27M2023581.543.636.510.591.46M2446370.823.639.930.530.79M2658231.133.6312.160.570.8

23、3合计7.24开采层M191.31.050.722.922.922.450.571.85邻近层M203901.542.923.080.591.18M2426610.822.926.450.531.01M2638391.132.929.490.571.35合计5.39开采层M201.31.050.721.541.540.840.590.24邻近层M2423580.821.542.840.530.71M2635501.131.546.010.572.00合计2.96开采层M241.31.030.720.820.821.500.530.94邻近层M2612781.130.823.290.572.93

24、合计3.86开采层M261.31.030.721.131.131.160.570.58合计0.58根据表3-1-6可知，各煤层按开采顺序开采时，下邻近层瓦斯得到释放，释放后各煤层瓦斯含量见表3-1-7。表3-1-7 开采释放后各煤层残存瓦斯达标判断表煤层开采后各煤层残存瓦斯含量（m³/t）各煤层达标时残存瓦斯含量（m³/t）开采释放后各煤层残存瓦斯达标判断备注（正值为不达标，负值为达标）M313.847.616.23不达标M43.847.58-3.74达标M5-16.157.56-1.41达标M52.377.58-5.21达标M73.097.62-4.53达标M91.797

25、.59-5.8达标M111.857.58-5.73达标M172.467.58-5.12达标M192.457.57-5.12达标M200.847.59-6.75达标M241.507.53-6.03达标M261.167.57-6.41达标从表3-1-7可知，各煤层按开采顺序开采时，邻近层释放后，最低开采标高时M3煤层作为首采层，故煤层瓦斯含量未达到消突指标，必须采取区域防突措施效果达标后方可进行采、掘作业，二区段开采时，设计在M4煤层底板距M4煤层20m处布置底板专用瓦斯抽采巷预抽M3煤层条带瓦斯消突。矿井可采煤层均按突出煤层设计，突出煤层预抽后残存瓦斯含量须满足表3-1-7要求，预抽后采煤工作面

26、瓦斯涌出量计算见表3-1-8。表3-1-8 预抽后采煤工作面瓦斯涌出量计算表煤层编号K1K2K3与开采层间距(m)%煤层厚度(m)采高(m)煤层瓦斯含量w0(m3/t)残存瓦斯含量wc(m3/t)相对涌出量(m3/t)开采层M31.31.050.723.033.037.610.616.88邻近层M410750.883.033.840.580.71M5-151290.843.036.150.560.45M559202.503.032.370.580.30合计8.33开采层M41.31.030.720.880.881.400.580.79邻近层M5-141390.840.884.530.561.4

27、8M549302.500.882.010.581.22M77281.630.883.090.620.37合计3.85开采层M5-11.31.030.720.840.842.980.562.33邻近层M58782.500.841.580.582.33M731501.630.842.890.622.21M943382.920.841.790.591.59M1158220.900.841.850.580.30合计8.46开采层M51.31.050.722.502.500.800.580.22邻近层M723581.632.501.750.620.43M935420.952.501.330.590.12

28、M1150300.902.501.570.580.11M177093.632.502.460.580.25合计1.12开采层M71.31.050.721.631.631.100.620.47邻近层M912750.951.631.020.590.19M1127570.901.631.270.580.22M1747363.631.632.290.581.37M1967192.921.632.450.570.64合计2.89开采层M91.31.030.720.950.950.700.590.10邻近层M1115630.900.950.880.580.18M1735433.630.951.680.58

29、1.80M1955282.920.952.090.571.31M2058221.540.950.840.590.09合计3.48开采层M111.31.030.720.900.900.690.580.11邻近层M1720603.630.901.200.581.51M1940392.920.901.670.571.39M2043361.540.900.790.590.12M2466190.820.901.500.530.17合计3.29开采层M171.31.080.723.633.630.830.580.25邻近层M1920602.923.631.240.570.32M2023581.543.63

30、0.720.590.03M2446370.823.631.540.530.08M2658231.133.631.160.570.04合计0.73开采层M191.31.050.722.922.920.840.570.26邻近层M203901.542.920.640.590.02M2426610.822.921.160.530.11M2638391.132.921.020.570.07合计0.47开采层M201.31.050.721.541.540.600.590.01邻近层M2423580.821.540.770.530.08M2635501.131.540.840.570.10合计0.18开采

31、层M241.31.030.720.820.820.630.530.10M2612781.130.820.700.570.15合计0.25开采层M261.31.030.721.131.130.600.570.03合计0.033、掘进工作面瓦斯涌出量预测q掘 D×v×qo×(2-1)+S×v××(Wo-Wc)式中：q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；D巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层取D=2m，m为煤层厚度；对于厚煤层，D=2h+b，h和b分别为巷道的高度及宽度；v巷道平均掘进速度，m/min；L巷道长度，m；

32、qo煤壁瓦斯涌出强度，（m2/min）；qo0.0260.0004(Vr)2+0.16×WoVr煤中挥发分含量，；S掘进巷道煤断面积，m2；W0煤层瓦斯原始含量，m3/t；WC煤层残存瓦斯含量，m3/t；煤的密度，t/ m3；预抽前掘进工作面瓦斯涌出量见表3-1-9（a），预抽后掘进工作面瓦斯涌出量见表3-1-9（b）。表3-1-9（a） 预抽前单个掘进工作面瓦斯涌出量表煤层Vr(%)(t/m3)s(m2)煤厚D(m)V(m/min)L(m)q0(m3/m2)W0(m3/t)WC(m3/t)Q(m3/min)M321.771.510.613.036.060.00331500.1313

33、.840.611.76M421.51.53.080.881.760.00331500.1213.610.580.50M5-1181.52.940.841.680.00331500.1013.460.560.43M517.51.58.752.550.00331500.1115.150.581.41M718.771.455.711.633.260.00331500.1113.430.620.83M918.51.453.330.951.90.00331500.1113.920.590.50M11181.453.150.91.80.00331500.1115.220.580.51M1714.461.5

34、12.713.637.260.00331500.0914.750.581.84M1915.091.510.222.925.840.00331500.0913.800.571.41M2017.971.445.391.543.080.00331500.0912.440.590.71M2415.51.472.870.821.640.00331500.079.930.530.28M2616.41.473.961.132.260.00331500.0812.160.570.49表3-1-9（b） 预抽后单个掘进工作面瓦斯涌出量表煤层Vr(%)(t/m3)s(m2)煤厚D(m)V(m/min)L(m)q0

35、(m3/m2)W0(m3/t)WC(m3/t)Q(m3/min)M321.771.510.613.036.060.00331500.077.610.610.96M421.51.53.080.881.760.00331500.033.840.580.13M5-1181.52.940.841.680.00331500.056.150.560.19M517.51.58.752.550.00331500.022.370.580.20M718.771.455.711.633.260.00331500.023.090.620.18M918.51.453.330.951.90.00331500.011.79

36、0.590.06M11181.453.150.91.80.00331500.011.850.580.05M1714.461.512.713.639.80.00331500.022.460.580.33M1915.091.510.222.925.840.00331500.022.450.570.23M2017.971.445.391.543.080.00331500.010.840.590.03M2415.51.472.870.821.640.00331500.011.500.530.04M2616.41.473.961.132.260.00331500.011.160.570.044、采区瓦斯

37、涌出量式中：q区生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；K生产采区内采空区瓦斯涌出系数，查表取；q采i第i个回采工作面相对瓦斯涌出量, m3/t；Ai第i个回采工作面的日产量，t；q掘第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；A0生产采区平均日产量，t；预抽前生产采区瓦斯涌出量见表3-1-10（a），预抽后生产采区瓦斯涌出量见表3-1-10（b）。表3-1-10（a） 预抽前生产采区瓦斯涌出量表煤层采面瓦斯涌出量(m3/t)掘进瓦斯涌出量(m3/min)工作面产量(t)采区产量(t)采空区涌出系数K预抽前采区相对瓦斯涌出量(m3/t)M319.281.768199101.2525.18M418.

38、380.508199101.2521.67M5-144.940.438199101.2551.40M58.41.418199101.2512.24M721.880.838199101.2526.26M930.210.508199101.2534.97M1129.690.518199101.2534.41M177.242.188199101.2512.45M195.391.418199101.258.85M202.960.718199101.254.73M243.860.288199101.254.90M260.580.498199101.251.62表3-1-10（b） 预抽后生产采区瓦斯涌出

39、量表煤层采面瓦斯涌出量(m3/t)掘进瓦斯涌出量(m3/min)工作面产量(t)采区产量(t)采空区涌出系数K预抽后采区相对瓦斯涌出量(m3/t)M38.330.968199101.2511.27M43.850.138199101.254.60M5-18.460.198199101.259.89M51.120.208199101.251.65M72.890.188199101.253.60M93.480.068199101.254.02M113.290.058199101.253.81M170.730.338199101.251.48M190.470.238199101.250.97M200.180.038199101.250.27M240.250.048199101.250.35M260.030.048199101.250.115、矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量按下式计算：式中：q井矿井相对瓦斯涌出量，m3/