太原理工大学矿山安全学讲义1

1、2022-6-1 矿山安全学本课主要内容：本课主要内容：1 1、矿井瓦斯、矿井瓦斯2 2、矿井火灾、矿井火灾3 3、矿尘防治、矿尘防治4 4、矿井水灾、矿井水灾5 5、矿山救护、矿山救护 主讲：刘正和主讲：刘正和2022-6-2第一章 矿井瓦斯本章主要内容本章主要内容1 1、瓦斯概念、瓦斯概念2 2、煤层瓦斯赋存与含量、煤层瓦斯赋存与含量3 3、矿井瓦斯涌出、矿井瓦斯涌出4 4、瓦斯喷出与突出、瓦斯喷出与突出5 5、瓦斯爆炸与预防、瓦斯爆炸与预防6 6、瓦斯抽放、瓦斯抽放2022-6-3第一章矿井瓦斯第一节第一节 概述概述 矿井瓦斯矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。是煤

2、矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。甲烷。 物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。 危害危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。 作用作用：能源、化工原料。：能源、化工原料。第二节第二节 煤层瓦斯赋存与含量煤层瓦斯赋存与含量一、瓦斯的成因与赋存一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成（一）矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。在成煤过程中生成的。 成气过程两个阶段一是成气过程两

3、个阶段一是生物化学成气时期生物化学成气时期；二是；二是煤化变质作用煤化变质作用时期。时期。2022-6-4（二）瓦斯在煤体内存在的状态（二）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。孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。 煤层中煤层中 瓦斯赋存两种状态：瓦斯赋存两种状态： 游离状态游离状态 吸附状态吸附状态 吸收状态吸收状态2022-6-5二、煤层中瓦斯垂直分带二、煤层中瓦斯垂直分带 形成原因形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层：当

4、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，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。 四带四带： CO CO2 2- N- N2 2带、带、N N2 2带、带、N N2 2CHCH4 4带、带、CHCH4 4带。带。瓦 斯 成 分 %名 称气 带 成 因N2CO2CH4CO2 N2带生 物 化 学 空 气20 8020 8010N2带空 气 8010 2020N2 CH4带空 气 变 质 8010 20 80CH4带变 质2010 802022-6-6瓦斯风化

5、带下界深度确定依据：瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。可以根据下列指标中的任何一项确定。 （1 1）煤层的相对瓦斯涌出量等于）煤层的相对瓦斯涌出量等于2 23m3m3 3/t/t处；处； （2 2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%80%（体积比）；（体积比）； （3 3）煤层内的瓦斯压力为）煤层内的瓦斯压力为5MPa0.15MPa； （4 4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.01.01.5 m1.5 m3 3/t/t（C.M.C.M.），），气煤气煤1

6、.51.52.0m2.0m3 3/t/t（C.M.C.M.），肥煤与焦煤），肥煤与焦煤2.02.02.5m2.5m3 3/t(C.M)/t(C.M)，瘦煤，瘦煤m3.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)，贫煤，贫煤3.03.04.0m4.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)，无烟煤，无烟煤5.05.07.0m7.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)（此处的（此处的C.M.C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）三三 影响煤层瓦斯含量的因素影响煤层瓦斯含量的因素 煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的

7、瓦斯量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），（标准状态下的瓦斯体积），单位为单位为 m m3 3/m/m3 3(cm(cm3 3/cm/cm3 3) )或或 m m3 3/t(cm/t(cm3 3/g)/g)。 煤的瓦斯含量包括煤的瓦斯含量包括游离瓦斯游离瓦斯和和吸附瓦斯吸附瓦斯含量之和含量之和。 2022-6-7主要影响因素：主要影响因素：1 1、煤的吸附特性煤的吸附特性 煤的吸附性能决定于煤化程度，煤的吸附性能决定于煤化程度， 一般情况下煤一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。2 2、. .煤层露头煤层露头3

8、 3、煤层的埋藏深度煤层的埋藏深度 - -深，瓦斯大深，瓦斯大4 4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性5 5、煤层倾角煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大大，瓦斯小，小，瓦斯大6 6、地质构造地质构造-封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小7 7、水文地质条件水文地质条件-水流，带走瓦斯水流，带走瓦斯四、煤层内的瓦斯压力四、煤层内的瓦斯压力 瓦斯流动动力高低瓦斯流动动力高低以及以及瓦斯动力现象瓦斯动力现象的基本参数。的基本参数。 瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压2022-6-8瓦斯带内瓦斯压力变化规律：瓦

9、斯带内瓦斯压力变化规律： 末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。加，可以大于、等于或小于静水压。 瓦斯压力梯度：瓦斯压力梯度： 或或式中式中 P P预测的甲烷带内深预测的甲烷带内深H(m)H(m)处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，MPaMPa g gp p瓦斯压力梯度，瓦斯压力梯度，MPa/mMPa/m P P1 1，P P2 2甲烷带内深度为甲烷带内深度为H H1 1、H H2 2(m)(m)处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，MPaMPa。 P P0 0-甲烷带上部边界处瓦斯压力，取甲烷带上部边界处

10、瓦斯压力，取0.2MPa 0.2MPa 。 H H0 0-甲烷带上部边界深度，甲烷带上部边界深度，m m。11)(PHHgPp00)(PHHgPp2022-6-9第三节第三节 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出普通涌出普通涌出 特殊涌出特殊涌出一、瓦斯涌出量一、瓦斯涌出量1 1、含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量、含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量2 2、瓦斯涌出量表示方法、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m m3 3/d/d或或m m3 3/min/min：相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量-平均日产一吨煤

11、同期所涌出的瓦斯量，单位是平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m m3 3/t /t 。二、影响瓦斯涌出的因素二、影响瓦斯涌出的因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。( (一一) ) 自然因素自然因素1 1、煤层和围岩的瓦斯含量，、煤层和围岩的瓦斯含量， 2 2、地面大气压变化。、地面大气压变化。 100/CQQgdggAQq/2022-6-10（二）开采技术因素（二）开采技术因素 1 1、开采规模、开采规模产量与瓦斯涌出量的关系复杂产量与瓦斯涌出量的关系复杂 2 2、开采顺序与回采方法、开采顺序与回采方法 - -先开采，大；回采率低，大；

12、顶板管理先开采，大；回采率低，大；顶板管理 3 3、生产工艺、生产工艺- -初期大，呈指数下降初期大，呈指数下降 4 4、风量变化、风量变化-单一煤层，随风量减而增，煤层群单一煤层，随风量减而增，煤层群 5 5、采区通风系统、采区通风系统 6 6、采空区的密闭质量、采空区的密闭质量三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理 按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：. .按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；. .按掘进区、回采区和已采区来划分，

13、它是日常治理瓦斯工作的基础；按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础；. .按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础2022-6-11四、瓦斯涌出不均系数四、瓦斯涌出不均系数 正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为为瓦斯涌出不均系数瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系数表示为：矿井瓦斯涌出不

14、均系数表示为： k kg g= =Q Qmaxmax/Q/Qa a 式中：式中：k kg g给定时间内瓦斯涌出不均系数；给定时间内瓦斯涌出不均系数； Q Qmaxmax该时间内的最大瓦斯涌出量，该时间内的最大瓦斯涌出量，m m3 3/min/min； Q Qa a该时间内的平均瓦斯涌出量，该时间内的平均瓦斯涌出量，m m3 3/min/min； 方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度五、矿井瓦斯等级五、矿井瓦斯等级1.1.矿井瓦斯等级划分矿井瓦斯等级划分依据依据：按照：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和和瓦斯

15、涌出形式瓦斯涌出形式，划分为：划分为： 低瓦斯矿井低瓦斯矿井：10m10m3 3及其以下；及其以下；高瓦斯矿井高瓦斯矿井：10m10m3 3以上；以上； 煤与瓦斯突出矿井煤与瓦斯突出矿井。2022-6-122 2、矿井瓦斯等级鉴定、矿井瓦斯等级鉴定（1 1）鉴定时间和基本条件）鉴定时间和基本条件 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。条件下进行。（2 2）测点选择和测定内容及要求。）测点选择和测定内容及要求。（3 3）矿井瓦斯等级的确定。）矿井瓦斯等级的确定。 六、矿井瓦斯涌出量预测六、矿井瓦斯涌出量预测 瓦斯涌出量的预测瓦斯涌出量的预测：指根据某

16、些已知相关数据，按照一定的方法和：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。 瓦斯涌出量的预测的方法：瓦斯涌出量的预测的方法： （1 1）统计法）统计法 A A、 瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值 B B、 物理含义物理含义 C C、计算、计算 （2 2）计算法）计算法: : 以煤层瓦斯含量为基础进行计算。以煤层瓦斯含量为基础进行计算。ngqqHHg)/()(1212mmgHHqq/ )(002022-6-13第四节第四节 瓦斯喷出瓦斯喷出 瓦斯喷出瓦斯喷出

17、：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。一、瓦斯喷出的分类一、瓦斯喷出的分类 根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成：根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成： 地质来源形成地质来源形成的和的和采掘卸压形成采掘卸压形成的两大类。的两大类。二、瓦斯喷出的预防二、瓦斯喷出的预防 预防瓦斯喷出，首先要加强地质工作，查清楚施工地区的地质构造、预防瓦斯喷出，首先要加强地质工作，查清楚施工地区的地质构造、断层、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯储量和压力等情断层、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯储量和压力等情况，采取相应的

18、预防或处理措施。分为：况，采取相应的预防或处理措施。分为：1 1、当瓦斯喷出量和压力不大时，黄泥或水泥沙浆等充填材料堵塞喷出、当瓦斯喷出量和压力不大时，黄泥或水泥沙浆等充填材料堵塞喷出口；口；2 2、当瓦斯喷出量和压力较大时，可能的喷出地点附近打前探钻孔，探、当瓦斯喷出量和压力较大时，可能的喷出地点附近打前探钻孔，探测、排放。测、排放。2022-6-14前探钻孔的要求：前探钻孔的要求：( (1)10 m1)10 m外，打钻外，打钻75mm75mm，3 3个个(2)(2)边掘边打超前钻，超前边掘边打超前钻，超前5 m5 m，不少，不少3 3个孔；个孔；(3)(3)裂隙、溶洞、破坏带打超前钻裂隙、

19、溶洞、破坏带打超前钻,75mm,2,75mm,2个，超个，超5m5m2022-6-15第五节第五节 煤与瓦斯突出及其预防煤与瓦斯突出及其预防一、概述一、概述 含义：在极短时间内，从煤岩内以极快速度向采掘空间涌出煤岩和瓦斯。含义：在极短时间内，从煤岩内以极快速度向采掘空间涌出煤岩和瓦斯。 危害：危害：二、突出的机理二、突出的机理 突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。多数人认为，突出是地然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。多数人认为，突出是地压、瓦斯、煤的力学

20、性质和重力综合作用的结果。压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。三、突出的一般规律三、突出的一般规律1 1、突出多发生在一定的采深以后；、突出多发生在一定的采深以后；2 2、突出多发生在地质构造带、应力集中区；、突出多发生在地质构造带、应力集中区；3 3、突出的强度和次数，与煤层厚度、倾角、硬度、透气性等有关；、突出的强度和次数，与煤层厚度、倾角、硬度、透气性等有关；4 4、突出与瓦斯关系，瓦斯压力小含量低，可能发生突出。、突出与瓦斯关系，瓦斯压力小含量低，可能发生突出。4 4、突出大多发生在落煤、放炮工序、突出大多发生在落煤、放炮工序5 5、突出前有预兆、突出前有预兆 2022-6-1

21、6四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施 防突措施分类：防突措施分类： 区域性防突措施：区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；区域性防突措施； 局部防突措施：局部防突措施：实施以后可使局部区域实施以后可使局部区域( (如掘进工作面如掘进工作面) )消除突出危险性的消除突出危险性的措施称为局部防突措施。措施称为局部防突措施。( (一一) )、区域性防突措施、区域性防突措施 区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。1

22、 1、开采保护层、开采保护层 保护层：保护层：在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。 被保护层被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。护层，位于下方的叫下保护层。 1)1)、开采保护层的作用、开采保护层的作用( (1)1)地压减少，弹性潜能缓慢释放；地压减少，弹性潜能缓慢释放； (2) (2)煤层膨胀变形，形

23、成裂隙与孔道，透气性增加；煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加； (3) (3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加2022-6-172).2).保护范围保护范围 保护范围：指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险保护范围：指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围。的有效范围。（1 1）垂直保护距离）垂直保护距离 保护层与被保护层间的有效垂距保护层与被保护层间的有效垂距: :上：急上：急60m,60m,缓：缓：50m50m 下：急下：急80m80m，缓：，缓：100m1.5m1.5m2 2）、炮眼数和炮眼布置，单列三组楔形掏槽）、炮眼数和炮

24、眼布置，单列三组楔形掏槽3 3）、装药量：）、装药量：f=34,45kg/mf=34,45kg/m3 3, f=68,57kg/m, f=68,57kg/m3 34 4）、注意事项）、注意事项(1)(1)撤人；撤人；(2)(2)断电，断电，(3)30min(3)30min检查；检查；(4)(4)防止扩大防止扩大( (矸石堆和反向风门矸石堆和反向风门) )3/22/15 . 5fSN 2022-6-20五、突出的预测五、突出的预测 突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。突出危险突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。突出危险性预测包括性预测包括区域性预测区域性预测和和工作面

25、预测工作面预测。( (一一) )、预测指标、预测指标1 1、煤的瓦斯放散指数煤的瓦斯放散指数PP： 一般情况下，一般情况下，PP15152525时有突出危险。时有突出危险。2 2、煤的坚固系数煤的坚固系数f f ： 当当f f 0.8时有突出危险；时有突出危险；f f1.21.2时，无突出危险。时，无突出危险。3 3、软煤比软煤比 软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比，亦称揉皱系数。软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比，亦称揉皱系数。该值越高，煤层越不稳定，突出可能性越大。该值越高，煤层越不稳定，突出可能性越大。4 4、钻孔瓦斯涌出量和钻渣量钻孔瓦斯涌出量和钻渣量 这是一种可

26、以在掘进工作面即时预测有这是一种可以在掘进工作面即时预测有无突出危险的方法，它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、无突出危险的方法，它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、瓦斯涌出速度和岩层应力状态。瓦斯涌出速度和岩层应力状态。（二）、突出预兆（二）、突出预兆 1 1、煤层结构和构造、煤层结构和构造 2 2、地压增大、地压增大 3 3、瓦斯及其它、瓦斯及其它2022-6-21第六节第六节 爆炸及其预防爆炸及其预防一、瓦斯爆炸过程及其危害一、瓦斯爆炸过程及其危害. .瓦斯爆炸的化学反应过程瓦斯爆炸的化学反应过程 瓦斯爆炸瓦斯爆炸 最终的化学反应式为：最终的化学反应式为：CHCH4 4+

27、2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O O 如果如果O O2 2不足，反应的最终式为：不足，反应的最终式为：CHCH4 4+O+O2 2=CO+H=CO+H2 2+H+H2 2O O 矿井瓦斯爆炸是一种矿井瓦斯爆炸是一种热链反应热链反应过程过程( (也称连锁反应也称连锁反应) )。. .瓦斯爆炸的产生与传播过程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，爆炸性的混合气体与高温火源同时存在， 初燃初燃( (初爆初爆) ) 焰面焰面 冲击波冲击波 新的爆炸混合物新的爆炸混合物、瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的危害 高温高温-21502650-21502650；高压；高压

28、-几几20at20at，有害气体，有害气体COCO，冲击波，冲击波2022-6-22二二 瓦斯爆炸的主要参数瓦斯爆炸的主要参数1 1 瓦斯的爆炸浓度瓦斯的爆炸浓度 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度范围称瓦斯的爆炸界限爆炸界限，其最低浓度界限叫，其最低浓度界限叫爆炸下限爆炸下限，其最高，其最高浓度界限叫浓度界限叫爆炸上限爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为，瓦斯在空气中的爆炸下限为5 56 6，上限上限为为14141616。 瓦斯爆炸界限不是瓦斯爆炸界限不是 固定不变的，它受到固定不变的，它受到 许多因

29、素的影响，许多因素的影响， 其中重要的有：其中重要的有： （1 1） 氧的浓度氧的浓度 2022-6-23（2 2）其它可燃气体）其它可燃气体 混合气体中有两种以上可燃气体同时存在时，其爆炸界限决定于各可燃混合气体中有两种以上可燃气体同时存在时，其爆炸界限决定于各可燃气体的爆炸界限和它们的浓度。可由公式求出：气体的爆炸界限和它们的浓度。可由公式求出： N N多种可燃气体同时存在时的混合气体爆炸上限或下限，多种可燃气体同时存在时的混合气体爆炸上限或下限， ； C C1 1、C C2 2、C C3 3.Cn.Cn分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比，；分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比，

30、； C C1 1+ + C C2 2+ + C C3 3+.+.Cn Cn =100=100 N N1 1、N N2 2、N N3 3.Nn.Nn分别为各可燃气体的爆炸上限或下限，分别为各可燃气体的爆炸上限或下限， ；（3 3）煤尘）煤尘 - -本身具有爆炸，本身具有爆炸，300400 300400 挥发挥发 气体气体（4 4）空气压力）空气压力 - -压力大，分子接近，碰撞几率增加范围扩大压力大，分子接近，碰撞几率增加范围扩大 （5 5）惰性气体）惰性气体 可以降低瓦斯爆炸的危险性。可以降低瓦斯爆炸的危险性。 )/(10021nnNCNCN2022-6-242 2 瓦斯的最低点燃温度和最小点

31、燃能量瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量 瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，瓦斯瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，瓦斯- -空气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩时空气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩时565565，其它情况时，其它情况时650650。 最低点燃能量为最低点燃能量为0.28mJ0.28mJ。 3 3 瓦斯的引火延迟性瓦斯的引火延迟性 引火延迟性：引火延迟性： 安全意义。安全意义。三三 煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析 1 1、火源、火源 井下的一切高温热源井下的一切高温热源电气、放炮、摩擦、静电电气、放炮、摩擦、静

32、电 2 2、发生地点、发生地点 掘进工作面占掘进工作面占80%90%80%90%，采煤工作面占，采煤工作面占10%20%10%20% 采煤工作面发生地点上隅角，采煤机药割附近采煤工作面发生地点上隅角，采煤机药割附近 掘进面发生的原因：掘进面发生的原因：2022-6-25四、预防瓦斯爆炸的措施四、预防瓦斯爆炸的措施( (一一) )防止瓦斯积聚防止瓦斯积聚 所谓瓦斯积聚是指瓦斯浓度超过所谓瓦斯积聚是指瓦斯浓度超过2 2，其体积超过，其体积超过0.5m0.5m3 3的现象。的现象。 1 1、搞好通风。、搞好通风。 2 2、及时处理局部积存的瓦斯。、及时处理局部积存的瓦斯。 1 1）、采面上隅角瓦斯积

33、聚处理；）、采面上隅角瓦斯积聚处理； 2 2）、综采面处理）、综采面处理 3 3）、顶板附近层状积聚处理；）、顶板附近层状积聚处理； 4 4）、顶板冒落孔洞内积聚处理；）、顶板冒落孔洞内积聚处理； 5 5）、恢复有大量瓦斯积存盲巷或打开封闭）、恢复有大量瓦斯积存盲巷或打开封闭 . .抽放瓦斯抽放瓦斯 4 . 4 .经常检查瓦斯浓度和通风状况经常检查瓦斯浓度和通风状况 2022-6-26（二）、防止瓦斯引燃（二）、防止瓦斯引燃 防止瓦斯引燃的原则，是对一切非生产必需的热源，要坚决禁绝。生防止瓦斯引燃的原则，是对一切非生产必需的热源，要坚决禁绝。生产中可能发生的热源，必须严加管理和控制，防止它的发

34、生或限定其产中可能发生的热源，必须严加管理和控制，防止它的发生或限定其引燃瓦斯的能力。引燃瓦斯的能力。( (三三) )、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施 万一发生爆炸，应使灾害波及范围局限在尽可能小的区域内，以减少万一发生爆炸，应使灾害波及范围局限在尽可能小的区域内，以减少损失。损失。2022-6-27第七节 瓦斯抽放一、概述一、概述 规定规定： 当回采工作面瓦斯涌出量当回采工作面瓦斯涌出量5m5m3 3/min/min； 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量3m3m3 3/min/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽

35、放瓦斯。理时，应该抽放瓦斯。 抽放瓦斯的方法：抽放瓦斯的方法： 按瓦斯的来源分按瓦斯的来源分三类；开采煤层、邻近层、采空区抽放三类；开采煤层、邻近层、采空区抽放 按抽放的机理分为按抽放的机理分为两类；未卸压和卸压抽放两类；未卸压和卸压抽放 按汇集瓦斯的方法分为按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放放 贯彻贯彻“先抽后采，监测监控，以风定产先抽后采，监测监控，以风定产”十二字方针十二字方针2022-6-28二、开采煤层的瓦斯抽放二、开采煤层的瓦斯抽放 开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开

36、采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。或巷道进行该煤层的抽放工作。1 1、未卸压的钻孔抽放、未卸压的钻孔抽放 本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。 按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。 钻孔参数：钻孔参数：钻孔方向钻孔方向 我国多为上向孔；我国多为上向孔；孔间距孔间距 3050m 3050m抽放负压抽放负压 孔口负压不超过孔口负压不超过14kPa14kPa钻孔直

37、径钻孔直径 70100mm 70100mm2 2、卸压的钻孔抽放、卸压的钻孔抽放2022-6-292、卸压的钻孔抽放1 1）、随掘随抽）、随掘随抽2 2）、随采随抽）、随采随抽顶板走向钻孔，顶板走向钻孔，顶板巷道顶板巷道1782（1）工作面1782（3）底板抽放巷钻场下 向 钻孔上向穿层钻孔112煤C13煤采空区2025m50m图31782（3）底板抽放巷钻场钻孔布置图2022-6-303 3、人工增加煤层透气系数的措施、人工增加煤层透气系数的措施1 1）、水力压裂；）、水力压裂；2 2）、水力割缝；）、水力割缝；3 3）、深孔爆破）、深孔爆破4 4）、酸性处理；）、酸性处理；5 5）、交叉钻

38、孔。）、交叉钻孔。2022-6-31三、邻近层的瓦斯抽放三、邻近层的瓦斯抽放 邻近层含义邻近层含义 为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？ 煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙带和变形带，在其底板则形成卸压带。带和变形带，在其底板则形成卸压带。增大。注意问题增大。注意问题 参数：参数：钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；孔径和抽放负压孔径和抽放负压2022-6-32 2022-6-33四、采空区抽放四、采空区抽放 采空

39、区瓦斯抽放可分为采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放全封闭式抽放和和半封闭式抽放半封闭式抽放两类。全封闭两类。全封闭式抽放又可分为式抽放又可分为密闭式抽放密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综的综合抽放等方式。半封闭式抽放是合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道放巷道( (如鸡西矿务局城子河煤矿如鸡西矿务局城子河煤矿) )，在该巷道中布置钻场向下部采，在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。抽

40、放的采空区可以是一个采煤工作面近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个采煤工作面( (如松藻矿务如松藻矿务局打通二矿局打通二矿) )，或一两个采区的局部范围，或一两个采区的局部范围( (如天府矿务局磨心坡煤矿如天府矿务局磨心坡煤矿) )，也可以是一个水平结束后的大范围抽放也可以是一个水平结束后的大范围抽放( (如中梁山矿务局如中梁山矿务局) )。五、围岩瓦斯抽放五、围岩瓦斯抽放 煤层煤层围岩裂隙和溶洞围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方或突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘

41、进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放( (如广旺矿务局唐家河煤矿如广旺矿务局唐家河煤矿) )。 2022-6-34六 、瓦斯抽放设备 抽放瓦斯的设备主要有抽放瓦斯的设备主要有钻机钻机、封孔装置封孔装置、管道管道、瓦斯泵瓦斯泵、安全装置安全装置和和检检测仪表测仪表。 钻机：钻机：根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100100120mm120mm，插入直径，插入直径707

42、080mm80mm的钢管。的钢管。 封孔封孔：用：用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时2 23m3m，围岩松软时，围岩松软时6 67m7m，甚至，甚至10m10m左右。左右。 其它：其它：封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管( (或抗静电塑料软管或抗静电塑料软管) )、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。 2022-6-351 1、抽放瓦斯的管道、抽

43、放瓦斯的管道 一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。管道直径素之一。管道直径D D（m m）应根据预计的抽出量，用下式计算：）应根据预计的抽出量，用下式计算： D D =(4=(4Q Qc c)/(60)/(60v v)1/21/2 (9-7-1) (9-7-1)式中式中; ; Q Qc c - - 管内气体流量，管内气体流量，m m3 3/min; /min; v v - - 管内气体流速，管内气体流速，m/s;m/s; 管内瓦斯流速管内瓦斯流速 V:5m/sV20m/s V:5m/sV20m/s，一般

44、取，一般取V=10V=1015m/s15m/s。这样才能使选。这样才能使选择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为：大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为： 采区的采区的100mm100mm150mm150mm， 大巷的大巷的150mm150mm300mm300mm， 井筒和地面的井筒和地面的200mm200mm400mm400mm。2022-6-36管道阻力计算：管道阻力计算：管道铺设路线选定后，进行管道总阻力的计算，用来选择瓦管道铺设路线选定后，进行管道总阻力的计算，用来选择瓦斯泵。管道阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样，

45、即选择阻力斯泵。管道阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样，即选择阻力最大的一路管道，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整最大的一路管道，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整个系统的总阻力。个系统的总阻力。摩擦阻力摩擦阻力h hf f (Pa)(Pa)可用下式计算可用下式计算: : h hf f=(1-0.00446=(1-0.00446C C) )LQLQc c2 2/ /kDkD5 5 式中式中 L L-管道的长度，管道的长度， m; m; D D-管径管径 cm; cm; k k-系数系数 见表见表(9-7-3)(9-7-3) Q Qc c-管内混合气体的流量

46、管内混合气体的流量), m), m3 3/h/h；C C-混合气体中的瓦斯浓度。混合气体中的瓦斯浓度。 表表 9-7-3 9-7-3 管径管径cmcm 3.2 4.0 5.0 7.0 8.0 10.0 12.5 15.0 3.2 4.0 5.0 7.0 8.0 10.0 12.5 15.0 15.015.0k k 0.05 0.051 0.053 0.056 0.058 0.063 0.068 0.071 0.072 0.05 0.051 0.053 0.056 0.058 0.063 0.068 0.071 0.072 局部阻力一般不进行个别计算，而是以管道总摩擦阻力的局部阻力一般不进行个别

47、计算，而是以管道总摩擦阻力的10102020作为作为局部阻力。局部阻力。 管道的总阻力管道的总阻力h hR R- -为为: : fiRhh)2 . 11 . 1 (2022-6-372 2、瓦斯泵、瓦斯泵 常用的瓦斯泵有，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。常用的瓦斯泵有，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。 水环式真空泵水环式真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好( (工工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸) )。适用于抽出量不大，要求抽。适用于抽出量不大，要求抽放负压高矿井。放负压高矿井。 离心式鼓风机离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大（适用于瓦斯抽出量大（20201200m1200m3 3/min/min），管道阻力），管道阻力不高（不高（4 45kPa5kPa）的抽放情况下。）的抽放情况下。