瓦斯预测与防治技术

1、第一节瓦斯的性质、危害与用途矿井瓦斯涌出预测与治理技术河南理工大学二o o九年H月二、有关煤层瓦斯的几个基本概念四、矿井瓦斯涌出量预测五、矿井瓦斯涌出治理技术化学式:ch4：分子玄径:041X10%分子:It： 16. 042kg/kmol；密度：0. 7168kg/m3：沸点:-161.7*0 （0. IMPa下）:分了体积：22.36m7kmol对空气的比重：0.5545：溶点：-182.5C：液态密度:415kg/m3 :水中的溶解度:55.6 1/时33.1 1/m3：扩散系数:0.196cm2/s：空气中的爆炸下限:5%：发热量:8568大卡/nP空气中的爆炸上限:15%；第一节瓦斯

2、的性质、危害与用途煤矿常见气体的部分物理性质性质甲烷二氣化碳一氣化碳硫化氢乙烷氢气分子6116. 0-144. 0128.0134. 0830. 072.01密度.kg/m30. 71681. 981.251.541. 360. 09对空气的比JR0. 55451.530. 971. 171.050. 07沸点.r-161. 7-78.5-190-61.8-88.3-252. 8爆炸上跟%5/12.54. 334埸炸卜瞅.%15/74.215.512.574.2发舲联MJ/«535.99/11.8623.5064. 5311.94高瓦斯矿 309 低瓦斯矿国有重点煤矿矿井类型构成第一

3、节瓦斯的性质、危害与用途r84%重大瓦斯事 故次数比例51%重大瓦斯事故 死亡人数比例重大瓦斯事故次数和死亡人数占同期“一通三防”事故次数和死亡人数比 例（2）可造成瓦斯窒息事故瓦斯浓度24396时（氧浓度12%）,呼吸短促瓦斯浓度达M57%时氧浓度W9%即刻昏迷（3）可酿成瓦斯燃烧事故瓦斯浓度低丁W5%或215%（4）引起瓦斯爆炸事故瓦斯浓度在515%（5）产生煤与瓦斯突出事故抚顺胜利矿1987年四六大事故观场示意图瓦斯二次燃烧 死亡4人，伤5人死T；23人伤3人直接经济损失21万元平顶山靳家门煤矿1989年11.26瓦斯爆井郑州徐庄煤矿三井煤与瓦斯突出事故现场示意图瓦斯的性质、危害与用途作

4、城镇煤气作锅炉和窑炉的燃料瓦斯发电作机动车的燃料 作化工原料生产化工产品第二节有关煤层瓦斯的几个基本概念煤层原始瓦斯压力当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，煤中平衡瓦斯压力 称之为煤层原始瓦斯压力，单位为MPa (兆帕)。煤层残存瓦斯压力当煤层受采动影响涌出一部分瓦斯后，此时煤层中残留瓦斯的压 力大小称之为煤层残存瓦斯压力，单位为MPa。煤层的残存瓦斯压 力总小于原始瓦斯压力。第二节有关煤层瓦斯的几个基本概念煤层原始瓦斯含量当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位瑕量煤中所含冇的换算成标准 状态下(0C, 0. IMPa)的瓦斯体积称Z为煤层原始瓦斯含址，单位m3/t和cm3/g煤层残

5、存瓦斯含量当煤层受采动彫响而涌出一部分瓦斯后，单位車暈煤中所含冇的换算成标准状态 下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含虽，单位朴/t和cnP/g煤的可解吸瓦斯含量煤H原始瓦斯含量»J0.1 MPa瓦斯压力下的煤层残存瓦斯含呈之差称之为煤的可解 吸瓦斯含量，单位nP/t或cmVgo大致代农单位重显的煤在开采过程中可能涌出的 瓦斯童。第二节有关煤层瓦斯的几个基本概念煤的瓦斯容量当煤中瓦斯压力无限升咼时，单位重戢煤所能吸附的换算成标准 状态下的瓦斯体积称之为煤的瓦斯容量。瓦斯容量实际上是煤对 瓦斯的极限吸附量。瓦斯浓度单位体积空气中所含有的瓦斯体积的体积百分数称之为瓦斯浓度, 单位。第二节有关

6、煤层瓦斯的几个基本概念矿井相对瓦斯涌出量矿井在正常生产条件下每采一吨煤所涌出的瓦斯体积称之为矿井 相对瓦斯涌出量，单位是mVto可能高于也町能低于开采煤层的 原始瓦斯含量。对于给定的煤层赋存条件和开采工艺，矿井相对 瓦斯涌出最与煤层原始瓦斯含量之间存在的必然关系。矿井绝对瓦斯涌出量矿井在单位时间内涌出瓦斯的体积称为矿井绝对瓦斯涌出量，通常的度量单位是nP/min或口卩/do第三节煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定方法分类:按应用范(1) 地勘方法(2) 井下方法按方法特点分(1) 直接方法(2) 间接方法第三节煤层瓦斯含量测定1煤的残存瓦斯含量测定方法测定步骤(1) 采样(2) 试验室脱气与气体

7、分析(3) 煤样粉碎(4) 粉碎后脱气与气体分析(5) 煤样称重与工业分析(6) 煤中残存瓦斯量计算第三节煤层瓦斯含量测定第三节煤层瓦斯含量测定1.煤的残存瓦斯含量测定方法测定装置T14.第三节煤层瓦斯含量测定(2)地勘解吸法测定步骤 采样 瓦斯解吸规律测定(2)地勘解吸法测定步骤 损失瓦斯量计算 试验室煤样脱气及气 体成分分析 煤层瓦斯含量计算缺点：要推算取样损失量、 测定残存瓦斯量，测定 周期长第三节煤层瓦斯含量测定(3)井下钻屑解吸法(A)原理：与地勘解吸法类似与地勘解吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同取样损失瓦斯推算公式：q二 qj-k缺点：仅适用于kl的煤层，要推算取样损失量、测 定

8、残存瓦斯量，测定周期长(4)钻屑解吸法(B)和钻屑解吸法(A)相比：改进了损失瓦斯量推算方法 取样损失量推算公式：Qt=Qoe kt2=伞严一1k测定步骤：同钻屑解吸法(A)缺点：仅适用于賦1的煤层，要推算収样损失量、测定残 存瓦斯量，测定周期长第三节煤层瓦斯含量测定(5)井下钻屑解吸法(C)煤炭科学研究总院抚顺分院“九五”期间提出测定依据：X=a+bV1测定仪器:WP-1型快速测定仪优点：不需要推算损失瓦斯量和测定残存瓦斯量，测定 周期仅1530ui in负压取样器测定步骤:（1）采样风动钻机压风引射负压取样，粒 度为12mm,煤样10g（2）瓦斯解吸量测定皂膜流量计（3）送样过程中的瓦斯解

9、吸量（4）煤样粉碎过程和粉碎后解吸的瓦斯量（5）可解吸瓦斯量的计算优点：简单易行，定点采样第三节煤层瓦斯含量测定（1）根据煤层瓦斯压力和煤的吸附等温线确定煤的瓦斯含量计算公式:X = abp1严T)| 10®一 l+bpl+0.31M胁k需要数据：瓦斯压力，吸附常数，工业分析，孔隙率缺点：需测参数多，周期长第三节煤层瓦斯含量测定（2）含量系数法计算公式X R打含量系数测定步骤（1）采样（0.10.2mm, 6075g） ： （2）煤样吸附平衡：（3）测定不同平衡瓦斯压力下煤样解吸瓦斯量；（4）计算煤的瓦斯含量系数a优点：简便，适应于瓦斯流动计算用瓦斯含量和压力估算缺点：粗糙、近似（3

10、）根据煤的残存瓦斯含量推算煤层瓦斯含量技术关键在掘进工作面煤壁暴露30min后，从煤层顶部和底部各取一个煤样, 装入密封罐，送试验室测煤的残存瓦斯含量；如暴露时间已超过 30min,需清除煤壁0. 20. 3m深，再采煤样。计算公式当实测残存瓦斯含量W3m3/tf ： Xo= 1. 33XC当实测残存瓦斯含量3m3/tf : Xo = 2.O5 Xc -2. 17第四节矿井瓦斯涌出量预测煤壁瓦斯回采区瓦邻近层瓦斯开采层瓦斯-落煤瓦斯煤罹瓦斯掘进区矿井瓦斯落煤瓦斯已采区瓦斯第四节矿井瓦斯涌岀量预测1.煤层和围岩的瓦斯含量煤层（包括可采层和邻近层）和围岩的瓦斯含 量是瓦斯涌出量大小的决定因素，它们

11、的瓦斯 含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。当前矿井 的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要依 据第四节矿井瓦斯涌岀量预测2开采深度随着开采深度的增大，煤层的瓦斯含量 将增大，因而矿井瓦斯涌出量也会相应 地增大。 3.开采规模开采规模越大，矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大；但就矿井的相 对瓦斯涌出量来说，悄况比较复杂。如果矿井是靠改进釆煤工艺, 捉高工作面单产来增大产最的，则相对瓦斯涌出量会有明显的减 少，原因为：第一，与采而无关的瓦斯源的瓦斯涌出量在产量提 高时无明显增大；二是随着开采速度加快，邻近层及采落煤的残 存瓦斯量将增大。如果矿井仅是靠扩大开采规模来增大产量的， 则矿井相对瓦斯涌出量或增大或

12、保持不变。第四节矿井瓦斯涌岀量预测 4.开采顺序与开采方法（1）开采首采煤层时的瓦斯涌出量往往比开采其它各层 时大好几倍；（2）在厚煤层分层开采时，不同分层的瓦 斯涌出量也有很大的差别；（3）采煤方法的回采率越低, 瓦斯涌出量就越大；（4）在开采煤层群时，采用陷落法 管理顶板的工作面的瓦斯涌出量比采用充填法管理顶 板的工作面的瓦斯涌出量大。第四节矿井瓦斯涌岀量预测5.地面大气压力的变化大气压力的变化，会引起井下空气压力的变化。大气 压力在一年内的变化量可达58X 10 3MPa, 一天内的 最大变化量可达24X10TMPa。在釆空区瓦斯占很大 比重的矿井，当气压突然下降时，使矿井瓦斯涌出量 增

13、大；当气压变大时，矿井瓦斯涌出量会明显减小。例如，峰峰局羊渠河矿当气压由0. 09976MPa增至0. 1013MPa时,矿井瓦斯涌出量由11. 61m3/min降至第四节矿井瓦斯涌岀量预测任务确定新矿井、新水平、新采区、新工作面投产前瓦斯涌出量目的(1) 通风设计提供基础参数(2) 瓦斯管理与治理提供决策依据第四节矿井瓦斯涌岀量预测-分源预测法-矿山统计预测法瓦斯涌出量预测方法-类比法-灰色系统预测法一模糊神经网络预测法一时间系列预测法第四节矿井瓦斯涌岀量预测原理以统计理论为基础，根据对本井或邻近矿井实 际瓦斯涌出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯 涌出量随开采深度变化的规律，来推算新井或 延深

14、水平的瓦斯涌出量。适用范围生产矿井的延深水平，生产矿井开采水平的新区，与生产矿井邻近的新矿井技术要求(1) 必须保证预测区的开采技术条件(煤层开采顺丿宇、采煤方法、 顶板管理等)和地质条件(地质构造、煤层赋存条件、煤质等) 与生产区相同或类似(2) 外外推范围沿垂深不超过100200m,沿倾斜方向不超过600m第四节矿井瓦斯涌岀量预测预测计算基本公式”譽+ 2a值计算公式H - Ha两水平资料时：a = “"1 多水讪寸：弘一 4利用矿井瓦斯等鉴定资料确定生产水平矿井瓦斯涌出量和平 均开采深度(1)矿井的加权平均开釆深度H严 EA 1=1(2)矿井相对瓦斯涌出量 用总回风的瓦斯鉴定资

15、料第四节矿井瓦斯涌岀量预测瓦斯涌出量预测图编制(1)基础参数：采区或工作面月平均相对瓦斯涌出量G4： IX (或I作面)|任斯涌出星的丿J V均伉:q=工Q G采区(或工作面)统计月平均日产锻： g = 11.4 i=ln采区(或工作面统汁月份的T：均日产量：A = -N瓦斯涌出量预测图编制(2)瓦斯涌出量等值线图绘制得出采区或工作面每月平均相对瓦斯涌出量后，把该 值标在采掘工程平面图(1： 5000 )对应釆区或工作 面开采范围的中央，根据大量月份的统计资料，即可 用插值法绘出瓦斯涌出量等值线图。根据该图，用外 推法即可预测新区的相对瓦斯涌出量。从绘出的瓦斯 涌出量等值线图上可以看岀瓦斯涌出

16、量在煤层走向和 倾向上的变化。通常，相对瓦斯涌出量等值线的间距 2m3/1或5皿3/仁第四节矿井瓦斯涌岀量预测瓦斯涌出量预测图编制实例（-）分源预测法的基本原理以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础， 根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算 回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌 出量。第四节矿井瓦斯涌岀量预测（二）预测所需的原始资料（1）各煤层瓦斯含量测定资料、瓦斯风化带深度以及瓦斯含量等 值线图：（2）地层剖面和柱状图，图上应标明各煤层和煤夹层的厚度、层 间距离和岩性；（3）煤的工业分析（灰分、水分、挥发分和密度）和煤质牌号：（4）开拓和开采系统图，应有煤层开采顺序、采煤方法、通风方 式等。第四节矿井瓦斯涌岀量预测（三）计算方法1 开采煤层（包括瓦斯涌出量（1）薄及中厚煤层不分层开采时按下式 计算：讣（"XJ第四节矿井瓦斯涌岀量预测巷道预排瓦斯影响系数：#厶一 2力厶巷道预排瓦斯等值宽度h不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度（m）无烟煤瘦煤焦煤肥煤气煤长焰煤6.59.09.01L511.511.57.410.510.513.013.013.09.012.412.416.016.016.010.514.214.21&