矿井瓦斯防治培训班讲义

矿井瓦斯防治培训班讲义第1页，共104页，2023年，2月20日，星期一安全第一预防为主1.1安全生产方针1.2瓦斯治理十二字方针先抽后采以风定产监测监控安全技术概述2第2页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.3矿山安全法规

⑴《中华人民共和国劳动法》⑵《中华人民共和国安全生产法》⑶《中华人民共和国矿山安全法》⑷《煤矿安全规程》⑸《煤矿安全监察条例》⑹《煤矿安全评价导则》⑺《安全生产许可证条例》⑻《煤矿建设工程安全实施竣工验收标准》⑼其它适用于安全评价的法律、法规、安全标准、技术标准、设计规范、安全细则、安全条例以及国家煤矿安全监察局、省煤矿安全监察局相关文件。如：《煤矿防治水工作条例》、《矿井通风安全装备标准》、《中华人民共和国矿山安全法实施条例》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《矿井瓦斯抽放管理规范》等等。安全技术概述3第3页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.4安全管理机构设置政策法规司人事培训司生产安全应急救援办公室规划科技司办公室(国际合作司、财务司)安全生产协调司(国家安全生产监察专员办公室)监督管理一司(海洋石油作业安全办公室)监督管理二司机关党委国家安全生产监督管理总局安全技术概述4第4页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.4安全管理机构设置安全技术概述安全监察司事故调查司综合司国家煤矿安全监察局综合业务、煤矿安全技术装备安全监察执法、地方政府煤矿安全监督管理监督指导煤矿事故调查处理、执法监督5第5页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.4安全管理机构设置省煤矿安全监察局省煤炭工业局国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局省煤矿安全监察局办事处矿务局（集团公司）安检局矿安检科矿务局住矿安检处安全技术概述6第6页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.5全国煤矿数量安全技术概述7第7页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.6全国煤炭生产情况

安全技术概述8第8页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.72001-2005年度煤矿事故情况

安全技术概述9第9页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.82001-2005年度特大事故情况

安全技术概述10第10页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.92001-2005年度百万吨死亡率情况

安全技术概述11第11页，共104页，2023年，2月20日，星期一1.101949-2005年度100人以上死亡事故安全技术概述12第12页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.1.1矿井瓦斯来源矿井瓦斯及其防治

2.1瓦斯的来源与性质矿井瓦斯来源煤（岩）层和地下水释放出来的化学及生物化学作用产生的煤炭生产过程中产生的13第13页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.1.2矿井瓦斯性质矿井瓦斯及其防治

2.1瓦斯的来源与性质瓦斯性质甲烷重烃氢气甲烷二氧化碳氮气一氧化碳硫化氢二氧化硫二氧化氮可燃性室息性有毒性14第14页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.1.3煤矿常见气体的部分物理性质矿井瓦斯及其防治

2.1瓦斯的来源与性质15第15页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.2.1瓦斯成因矿井瓦斯及其防治

2.2煤层瓦斯生成及分带瓦斯成因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。

泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。生物化学成气时期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.有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为CH4和CO2。16第16页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.2.2成煤过程中瓦斯生成量矿井瓦斯及其防治

2.2煤层瓦斯生成及分带17第17页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.2.3煤层瓦斯垂向分带各带气体组分矿井瓦斯及其防治

2.2煤层瓦斯生成及分带18第18页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.3.1瓦斯在煤体内存在状态矿井瓦斯及其防治

2.3煤层瓦斯赋存1瓦斯在煤体内存在状态吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态以自由气体分子存在于煤体或围岩的较大裂隙、孔隙和空洞之中。在与颗粒固体在分子之间引力作用下，被吸着在煤体孔隙的内表面上。图例瓦斯在煤层内存在状态1-游离瓦斯；2-吸收瓦斯；3-吸着瓦斯

瓦斯分子进入煤体颗粒结构内部，与煤体固体分子相结合。19第19页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.1

煤的孔隙分类矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质微孔：直径<10-5

mm,构成煤中吸附容积。可见孔及裂隙，>10-1

mm，层流和紊流混合渗透区间。

煤中孔隙分类渗透容积：小孔至可见孔孔隙体积之和。总孔隙体积：吸附容积和渗透容积之和。中孔：直径10-4mm～10-3mm，缓慢层流渗透区间。大孔：直径10-3mm～10-1mm，强烈的层流渗透区间。小孔：直径10-5mm～10-4mm，毛细凝结和瓦斯扩散空间。20第20页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.2

不同变质程度煤的孔隙分布矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质21第21页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.3

煤的吸附等温线矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质

1916年郎格缪尔导出单分子层吸附状态方程--郎格缪尔方程：

式中：X——给定温度下，瓦斯压力为p时单位质量固体表面吸附的气体体积，m3/t；p——煤层平衡的瓦斯压力，MPa；a——吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，m3/t；b——吸附常数，MPa-1。22第22页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.4

煤的吸附能力主要影响因素

矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质1瓦斯压力

煤的吸附能力主要影响因素5煤中水分4变质程度温度每升高1度，吸附瓦斯的能力要降低8%。CO2>CH4>N2

在给定温度下，吸附量与瓦斯压力呈双曲线变化。艾琴格尔经验公式：式中：Xw——湿煤的瓦斯吸附量，m3/t；Xd——干煤的瓦斯吸附量，m3/t；Mad——煤中水分含量，%。变质程度和孔隙结构和比表面积及化学成份有关，呈马鞍型变化。3温度2气体性质23第23页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.5

不同变质程度煤的吸附瓦斯量矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质图2不同变质程度煤的吸附瓦斯量（“t=30℃，p=2MPa）1、2、3一非突出煤；4、5，6一突出煤；1、4一新容量法2、5一重量法，3、6一旧容量法24第24页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.4.6

煤层瓦斯含量主要决定因素矿井瓦斯及其防治

2.4煤的性质煤的变质程度煤层瓦斯含量主要决定因素水文地质条件地质构造煤层赋存条件煤层围岩性质煤层有露头瓦斯易于排放，无露头瓦斯易于保存；对同一煤层，瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量随深度加大而增大；在其它条件相同，同一开采深度上，煤层倾角越小，煤层所含瓦斯越多。围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大。地下水交换活跃地区，水能从煤层中带走大量瓦斯，从而使煤层瓦斯含量明显减少。开放性构造是煤层有利于瓦斯的放散，因此开放性构造发育煤层，瓦斯含量就小；封闭性构造，阻断瓦斯放散通道，相应煤层瓦斯含量大。25第25页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.1

煤层瓦斯流动1、原始煤体：瓦斯在煤层中以呈压缩状态，煤层瓦斯压力随深度增大而增大，是在漫长的地质年代里，煤层瓦斯由深龈向地表流动的结果，但这种煤层瓦斯流动是极其缓慢的，在采矿工程中，研究煤层瓦斯流动时，一般忽略这种缓慢的瓦斯流动。通常认为，在采掘工作或钻孔未影响到的煤层，瓦斯处于平衡状态，不会发生瓦斯流动。

矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动26第26页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.1

煤层瓦斯流动2、采掘影响区：由于采掘破坏了原有的瓦斯压力平衡状态，引起瓦斯流动，形成瓦斯流动场。应响影响煤层瓦斯流动的因素很多，诸如煤层赋存条件、瓦斯压力、含量、煤层透气性以及采掘技术条件等等，但主要影响因素为瓦斯压力和煤层透气性，前者是瓦斯流动的动力，后者是瓦斯流动的阻力。

矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动27第27页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.2

煤层瓦斯流动方式①当孔隙直径为10-5～10-4时，由于孔径大于瓦斯分子的平均自由程l0-5cm，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透，这时瓦斯流动符合费克或达西定律。②当孔隙直径为10-4～2×10-4cm时，瓦斯流动为层流渗透，符合达西定律。③当孔径或可见裂隙宽度大于2×10-4

cm时，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流。④当孔隙直径小于10-5

cm时，瓦斯流动属于分子扩散。⑤当孔径小于3×10-7cm时，会出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散。煤层中上述各种瓦斯流动形式是同时存在的，但为了简化煤层瓦斯流动状态，通常用线性渗透规律来描述，即认为煤层中瓦斯流动属层流渗透，即符合达西定律。矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动28第28页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.3

瓦斯流动场

瓦斯在煤层中由高压流向低压，在煤层中即形成一定的流动范围——瓦斯流动场。从时间因素来看：流动类型可分为稳定流动和非稳定流动两种类型，前者流动场不随时间而变化，后者流动场随时间而改变。煤层瓦斯流动属非稳定流动类型。从空间形态来看：瓦斯流动类型分为单向流动、径向流动和球向流动三种类型。

矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动29第29页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.3

瓦斯流动场

矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动

(一)单向流动单向流动的特点是煤层瓦斯沿单一方向流动，流线相互平行。沿煤层开掘高度大于煤层厚度的巷道后，巷道两侧煤层中的瓦斯皆沿垂直于巷道的方向流动，这种流动属单向流动。

煤层瓦斯单向流动1－瓦斯流线，2－等瓦斯压力线

30第30页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.3

瓦斯流动场

矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动(二)径向流动径向流动是平面流动。径向流动时，等瓦斯压力线为一组同心圆，瓦斯流线沿圆的径向发展。在煤矿井下，石门或钻孔垂直揭穿煤层时，煤层中的瓦斯流动就是径向流动。

煤层瓦斯径向流动1－瓦斯流线，2－等瓦斯压力线

31第31页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.5.3

瓦斯流动场(三)球向流动球向流动的特点是等瓦斯压力线为一组同心球状，瓦斯流线沿球的径向发展。在煤矿井下属球向流动的情况很少见。石门揭特厚煤层，特厚煤层中的掘进面迎头和钻孔孔底以及煤块的瓦斯放散等都可近似地视为球向流动。矿井瓦斯及其防治

2.5煤层瓦斯流动32第32页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.6.1矿井瓦斯涌出方式矿井瓦斯及其防治

2.6矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出方式特除涌出一般涌出煤与瓦斯突出瓦斯喷出由采落煤炭和煤层、岩层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，缓慢、长时间的涌出。采掘时，在极短的时间内，瓦斯又煤体、围岩内突然、大量的涌出，有时还伴有煤粉、煤块和岩石等。瓦斯（CO2）喷出从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯（CO2）异常涌出的现象。在20m巷道范围内，涌出瓦斯量≥1.0m3/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区即定为瓦斯（CO）喷出危险区域。33第33页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.6.2矿井瓦斯涌出表达方式矿井瓦斯及其防治

2.6矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出表达方式相对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量矿井单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量（m3/min)。在矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯量(m3/t)。34第34页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.6.3矿井瓦斯涌出量主要影响因素矿井瓦斯及其防治

2.6矿井瓦斯涌出煤层瓦斯含量矿井瓦斯涌出量主要影响因素采煤方法

开采顺序厚煤层分层开采时，首分层瓦斯涌出量最大，最后一个分层瓦斯涌出量最小。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，情况比较复杂。是决定因素。瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。顶板管理方法

生产工序

通风压力大气压力变化负压通风，风压越高瓦斯涌出量越大；正压通风，风压越高瓦斯涌出量越小。地面大气压的变化对对采空区瓦斯涌出有较大的影响。落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。开采规模一般采空区存有大量瓦斯，未封闭或封闭不严，采空区瓦斯大量涌出，矿井瓦斯涌出量增大。采空区管理方式35第35页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.6.4矿井瓦斯等级矿井瓦斯及其防治

2.6矿井瓦斯涌出矿井瓦斯等级划分高瓦斯矿井低瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量小于10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于40m3/min。

矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。

煤与瓦斯突出矿井

发生煤（岩）与瓦斯突出矿井、鉴定有煤与瓦斯突出危险的矿井。根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：

低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区按高瓦斯矿井管理。36第36页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.6.4矿井瓦斯等级矿井瓦斯及其防治

2.6矿井瓦斯涌出矿井瓦斯等级鉴定测点选择鉴定时间和基本条件在七月或八月上、中、下旬中各取一天（间隔10天），分三个班（或四个班）进行测定工作。被鉴定的矿井、煤层、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60％。通风机的风硐、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。如无测风站，可选取断面规整并无杂物堆积的－段平直巷道做测点。测定内容测定内容为风量和风流中甲烷、二氧化碳浓度。

生产矿井每年必须进行矿井瓦斯等级鉴定，同时进行二氧化碳涌出量的测定，作为核定和调整风量的依据。

新井没计前，地勘部门根据各煤层的瓦斯含量资料，预测矿井瓦斯等级，作为计算风量的依据。37第37页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.7.1矿井瓦斯的危害矿井瓦斯及其防治

2.7矿井瓦斯的危害矿井瓦斯的危害污染环境瓦斯窒息煤与瓦斯突出瓦斯爆炸瓦斯燃烧

当CH4升至43%，O2降至12%，人感到呼吸困难；当CH4升至57%，O2降到9%以下，人短时间窒息死亡。当巷道或采场空气中的瓦斯浓度在5～15%范围内时，一旦存在点火源，将会引起瓦斯爆炸事故。当巷道内的瓦斯浓度低于5%或超过15%时，一旦存在点火源，会酿成瓦斯燃烧事故。当煤层瓦斯压力较高、地质构造复杂、地应力较大、煤体破坏严重时，在该地区采掘作业时易发生煤与瓦斯突出。

CH4是仅次于氟利昂的温室气体，产生的温室效应是CO2的25～30倍，时效长达100～150年之久。38第38页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.1预测方法矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测预测方法矿山统计法

分源预测法

矿山统计法的实质是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，来推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出量的大小。应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、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。39第39页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.2矿山统计法（1）基本公式开采实践表明，在一定深度范围内，矿井相对瓦斯涌出量与开采深度呈如下线性关系：矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测40第40页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.2矿山统计法（2）瓦斯测定资料统计分析矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测式中：q为采区或工作面瓦斯涌出量的月平均值，m3/t；Qi、Ci为月内每次测得的回风量(m3/min)和回风流中瓦斯浓度(%)；n为统计月份的测定次数；A为统计月平均日产量，t/d；Hc为全矿井加权平均开采深度(m)；Hi、Ai为鉴定月份第i采区的采深(m)和产量(t)。41第41页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.2矿山统计法（3）使用条件及要点①生产矿井的延深水平、生产水平的新采区、与生产矿井邻近的新矿井，在应用中必须保证预测区的开采技术条件、地质条件与生产区相同或类似。②应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100～200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。③某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系，即a值不是常数，此时，应首先根据实际资料确定a值随开采深度的变化规律。④工作面从开切眼形成到第一次放顶期间，由于瓦斯涌出尚未达正常状态，在该段时间内的测定数据不能在统计分析中应用；⑤在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量，以及地质变化带采区瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。⑥在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测42第42页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.3分源预测法1)矿井瓦斯涌出的源

矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出量的大小。应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、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。43第43页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.3分源预测法2)计算方法（1）开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量①薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算：

②厚煤层分层开采时按下式计算：（2）邻近层瓦斯涌出量矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测44第44页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.3分源预测法2)计算方法（3）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量（4）掘进落煤的瓦斯涌出量（5）回采工作面瓦斯涌出量（6）掘进工作面瓦斯涌出量矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测45第45页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.8.3分源预测法2)计算方法（7）生产采区瓦斯涌出量（8）矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯及其防治

2.8矿井瓦斯涌出量预测46第46页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.1瓦斯爆炸机理(1)瓦斯爆炸的化学反应过程化学反应式为：井下空气O2不足，反应的最终式为：

(2)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，就将发生瓦斯的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。

爆炸时由于爆源附近气体高速向外冲击，在爆源附近形成气体稀薄的低压区，于是产生反向冲击波，使已迈破坏的区域再一次受到破坏。如果反向冲击波的空气中含有足够的CH4和02，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸47第47页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.2瓦斯爆炸发生条件矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸瓦斯爆炸的基本条件引爆火源瓦斯浓度5～16%瓦斯。650～750℃的引爆火源。氧含量空气中氧含量不低于12%。48第48页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.3瓦斯爆炸的界限矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸瓦斯爆炸的界限49第49页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.4瓦斯爆炸的主要影响因素矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸可燃气体的混入瓦斯爆炸的主要影响因素混合气体的初始温度惰性气体的混入惰性气体混入，减少氧浓度，爆炸界限缩小。N2每增加1％，下限上升0.017%，上限下降0.54％；CO2每增加1%，下限上升0.0033％，上限下降0.26％。粉尘放出可燃气体，爆炸下限降低。5g/m3，3％爆炸，8g/m3，2.5％爆炸。增大爆炸气体总浓度，降低爆炸下限，扩大爆炸界限。压力越大，所需引火温度越低。当瓦斯压缩到原来体积1/120时，自身热量就能使其自动爆炸。初始温度越高，爆炸界限越大。20℃时瓦斯爆炸界限6.0--13.4％；700℃时为3.25－18.75％n瓦斯浓度与引火火源混合气体的压力

瓦斯浓度7－8％时，引火温度最低，即浓度为，7－8％时，瓦斯最容易引爆。爆炸性粉尘的混入50第50页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.5瓦斯爆炸危害矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸瓦斯爆炸的危害爆炸产生高压爆炸产生高温当瓦斯浓度为9.5％时，爆炸时产生的瞬间温度可达1850-2650℃。这样高的温度，不仅会烧伤人员、烧坏设备，还可能点燃支架和煤尘，引起井下火灾和煤尘爆炸事故，扩大灾情。瓦斯爆炸后的气体压力是爆炸前压力的7～10倍。气体压力骤然增大，形成强大的冲击波，推倒支架、损坏设备、使巷道或工作面的顶板坍塌及造成现场人员伤亡将使矿井遭受严重破坏。爆炸产生大量有害气体瓦斯爆炸后，不仅氧气减少，且产生大量有害气体。爆炸后氧气6～10％、一氧化碳２～４％。而当空气中—氧化碳浓度达到0.4％时，人就会中毒死亡；当氧气浓度减少到10％－l2%时，人就会失去知觉窒息而死。在瓦斯、煤尘爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人数占死亡总人数的70％以上。51第51页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.6瓦斯爆炸发生原因矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸瓦斯积聚管理不善、人员失职引爆火源瓦斯爆炸的引起原因明火电火花放炮火花撞击、摩擦火花局扇出现循环风局部通风机停止运转风筒断开或严重漏风采掘面风量不足瓦斯异常涌出风流短路通风系统不合理采空区或盲巷存在52第52页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.6瓦斯爆炸发生原因矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸局部通风机停止运转引起瓦斯积聚的常见主要因素局扇出现循环风采掘面风量不足风筒断开或严重漏风未按要求配风、巷道堵塞、单台局扇供多头、风筒出口距掘进面太远等施工人员不爱护，通风人员不及时维修，造成掘进面风量不足而导致瓦斯积聚包括检修计划停风、机电故障停风、采掘面停工停风、风机管理混乱停风等打开风门不关闭、巷道贯通后不及时调整通风系统等造成风流短路而导致瓦斯积聚局扇位置不合《规程》要求、全风压供给风量小于局扇的吸入分量等出现循环风风流短路通风系统不合理自然通风、不合规定的串联通风、无回风道的独眼井、通风设施不全等采空区或盲巷存在瓦斯异常涌出采空区或盲巷无风流通过，发生瓦斯突然涌出裁决通过地质构造、瓦斯富集带，瓦斯涌出异常，发生瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等53第53页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.6瓦斯爆炸发生原因矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸电火花引起瓦斯爆炸的火源明火撞击、摩擦火花放炮火花主要是炮泥填装不满、最小抵抗线不够、放明炮、放糊炮、接线不良、炸药不符合要求等引起火花。煤炭自然发火及火区、井下焊接、吸烟等。照明、机械设备、电器设备的管理不善、操作不当，如矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆明头、开关失爆等产生的电火花。机械设备之间的撞击、截齿与坚硬岩石摩擦、坚硬顶板冒落撞击、金属表面之间摩擦等等产生的火花。54第54页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.7瓦斯爆炸危险性判别矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸国际上一般都采用Coward爆炸三角形进行判别。Coward以瓦斯混合气体的可燃气体体积百分比浓度为横坐标，以空气或氧的体积百分比浓度作纵坐标，将可燃气体的下限浓度Ｌ、上限浓度Ｖ及临界浓度N在坐标图上表示，构成一个三角形，即Coward瓦斯爆炸三角形。不论何种组分的可燃气体一空气一惰气混合气体，都可在大三角形AOC内用适当的坐标表示。大三角形内分成5个区：

I区：即爆炸三角形LUV，如混合气体组分的坐标位于I区内，该混合气体能爆炸；Ⅱ区：为空气不足区，混合气体不能爆炸，但混入空气使混合气体稀释，其组分坐标进入I区时仍能爆炸；Ⅲ区：为空气过量区，混合气体不能爆炸，但如混合气体中的空气被吸收或掺人了无空气的混合气体则仍能爆炸；Ⅳ区：为惰气过量区，即混合气体中惰气与可燃气体的混合比已超过窒息比，不论混合气体被空气稀释或混合气体中的空气被吸收都不会爆炸；Ⅴ区：不可能存在的甲烷－空气混合气体区。55第55页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.8防治瓦斯爆炸措施矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸防治瓦斯超限和积聚措施杜绝火源防治瓦斯爆炸措施管理措施严禁明火按要求配备防爆设备使用安全炸药及时封闭盲巷防治巷道瓦斯积聚防治工作面回风瓦斯超限防治工作面上隅角瓦斯超限加强通风管理加强机电防爆管理加强瓦斯检查管理加强监察系统管理提高人员素质防止撞击、摩擦火花局部瓦斯排放措施56第56页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.9.9防治瓦斯爆炸措施矿井瓦斯及其防治

2.9矿井瓦斯爆炸撒步岩粉措施防治瓦斯爆炸范围扩大措施当发生瓦斯爆炸时，风流把岩粉和沉积煤尘同时扬起形成岩粉一煤尘混合粉尘云；瓦斯爆炸火焰进入混合尘云区时，岩粉吸收爆炸火焰热量使系统冷却降温，同时岩粉粒子可把煤尘粒子隔开起到屏蔽热辐射、热传导等，可以有效地阻止瓦斯爆炸的发展传播，最终将其扑灭。《规程》规定，在所有运输巷和回风巷中必须撒布岩粉。岩粉可燃物的含有率不得超过5％；游离二氧化硅含有率不得超过10％；不含砷，五氧化二磷含量不超过0.01％；岩粉的粒度必须全部小于0.5mm，其中70％以上小于0.075mm。隔爆措施被动水袋棚被动岩粉棚被动水棚自动隔爆棚原理：当发生爆炸时，超前于爆炸火焰的冲击波将隔爆棚上装有岩粉、水等抑爆剂的容器被击碎或掀翻，使抑爆剂飞散开，在巷道中形成一高浓度的岩粉云区或水雾区，当滞后于爆风传播的爆炸火焰到达这一区域时被抑爆剂扑灭，阻止了爆炸继续向前传播。57第57页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.1突出分类及特征矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出突出参与突出物种类发生成因和特征岩石与瓦斯突出煤与二氧化碳突出盐与二氧化碳突出煤、岩、二氧化碳和瓦斯突出岩石与二氧化碳突出煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出突出煤与瓦斯压出压出煤与瓦斯倾出倾出58第58页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.1突出分类及特征矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出突出发生地点回采工作面突出上山突出石门突出平巷突出下山突出突出强度中型突出次大型突出特大型突出小型突出大型突出59第59页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.2煤与瓦斯突出一般规律矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出一般规律１煤层突出危险性随采深增加而增大４煤层突出危险性随煤厚增加而加大２绝大多数突出发生在掘进工作面７突出前大多有突出预兆９突出危险区常呈区域条带状分布３石门突出危险性最大８煤体破坏程度越高突出危险性越大５突出大多数发生在地质构造带10突出危险坚硬围岩存在而增大６大多数突出前有作业方式诱导60第60页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.3防突技术的发展矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出我国煤与瓦斯突出防治技术的发展五十年代防突技术研究以安全防护措施为主。目的是保证一旦煤与瓦斯突出发生时，避免造成人身伤亡事故。主要防突措施有震动放炮和远距离放炮。安全防护措施阶段从60～70年代末开采解放层的大规模工业试验和应用，并取得了较好的防突效果。局部防突措施方面，试验研究提出了超前钻孔、松动爆破、煤层注水、水力冲孔、水力冲刷、金属骨架等多种防突措施。防突措施阶段70年代末到80年代

七十年代开始,抚顺分院以与北票局、红卫煤矿合作,试验提出区域预测的单项指标、瓦斯地质统计法和综合指标法。79年在石门揭煤工作面提出了钻屑解吸法。突出预测阶段1988年以后以《防治煤与瓦斯突出细则》的颁布为标志。该阶段将突出危险性预测和措施效果检验纳入到防突工作中来,全面实施包括突出危险性预测、防突技术措施、措施效果检验和安全防护措施的综合防突技术。综合措施防突阶段61第61页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.4“四位一体”综合防突措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出防突措施安全防护措施措施效果检验突出预测《规程》209条：井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，必须采取震动爆破、远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统、自救器等安全防护措施。预抽煤层瓦斯、开采解放层和煤层注水可划分出突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。方法有单项指标法、瓦斯地质统计法和综合指标法。工作面预测区域预测局部防突措施区域防突措施划分为突出危险和无突出危险工作面。方法有钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法和钻屑指标法等。震动放炮、超前钻孔、松动爆破等“四位一体”综合防突措施62第62页，共104页，2023年，2月20日，星期一区域预测煤层突出煤层非突出煤层突出危险区突出威胁区无突出危险区区域预测采掘作业可不采取防突措施30-100m不少于2次区域预测验证超标不超标安全防护措施采掘作业突出危险工作面无突出危险工作面工作面预测安全防护措施采掘作业局部防突措施无效有效措施效果检验“四位一体”综合防突体系63第63页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.5区域预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出单项指标法区域预测综合指标法瓦斯地质统计法其它方法动力区划法坑透法瓦斯地质方法三维地震法64第64页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.5区域预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出单项指标法

《细则》第26条：预测煤层突出危险性指标可用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标ΔP、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力P。

煤的破坏类型：Ⅰ类非破坏煤，Ⅱ类破坏煤，Ⅲ类强烈破坏煤，Ⅳ类粉碎煤和Ⅴ类全粉煤。指标临界值相关规定预测指标《细则》第26条规定：新建矿井确定煤层突出危险性时，应根据地勘部门提供的突出危险性基础资料，并参照邻近矿井的突出情况和预测煤层突出危险性指标，与部授权的煤炭科研单位共同确定矿井突出危险性，方可将矿井突出危险性列入设计任务书中，报上级批准后，作为矿井设计依据。

只有全部指标达到或超过上述临界值时，方可将煤层划为突出危险煤层。≥0.74≤0.5≥10ⅢⅣⅤ突出危险煤层瓦斯压力P(MPa)煤的坚固性系数f瓦斯放散初速度ΔP煤的破坏类型煤层突出危险性65第65页，共104页，2023年，2月20日，星期一矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出破坏类型光泽构造及构造特征节理性质节理面性质断口性质强度Ⅰ类非破坏煤亮与半亮层状构造，块状构造，条带清晰明显。一组或二到三组节理，节理系统发育，有次序有充填物（方解石），次生面少，节理、劈理面平整参差阶状，贝状，波浪状坚硬，用手难以掰开Ⅱ破坏煤亮与半亮1、尚未失去层状；2、条带明显，有时扭曲，有错动；3、不规则块状，多棱角；4、有挤压特征。次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开参差多角用手极易剥成小块，中等硬度Ⅲ类强烈破坏煤半亮与半暗1、弯曲成透镜状构造；2、小片状构造；3、细小碎块，层理较紊无次序。节理不清，系统不发达，次生节理密度大有大量擦痕参差及粒状用有手捻成粉末，硬度低

Ⅳ类粉碎煤暗淡1、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤节理失去意义，成粘块状粒状可捻成粉末，疏松Ⅴ类全粉煤暗淡1、土状构造，似土质煤；2、

如断层泥状土状66第66页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.5区域预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出瓦斯地质统计法①、上水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直对应区域应预测为突出危险区。②、根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定出突出点距离地质构造两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域。③、未划定的其它区域为突出威胁区。瓦斯地质统计法的实质划分方法瓦斯地质统计法的实质是根据已开采区域所发生突出点分布与地质构造的关系，结合未开采区域的地质构造条件，将未开采区域划分出突出危险区域和突出威胁区域。

①不同矿区控制突出的构造因素是不同的

②突出不仅取决于构造形态，而且更与地质构造的演化史有关。67第67页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.5区域预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出综合指标法预测指标及临界值技术方法①、在岩石工作面向突出煤层至少打两个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力。②、在打测压钻孔的过程中，每米钻孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数f。③、将坚固性系数最小值的两个煤样混合，测定煤的瓦斯放散初速度ΔP。④、将两个测压钻孔所测得的坚固性系数最小值加以平均，作为煤层软分层的平均坚固性系数。在地勘和新建矿井建设时期，突出威胁区域视为无突出危险区。当D值两括号内计算结果全为负值时，则不论D值大小，都为突出威胁区域。注意点D=(0.0075·H/f-3)(p-0.74)K=ΔP/f≥15≥20≥0.25其它煤种无烟煤综合指标K综合指标D68第68页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.6工作面预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出工作面预测地质雷达方法巷道瓦斯涌出特征法解吸指标法R值指标法煤体温度法钻孔瓦斯涌出初速度法声发射方法其它经试验证实有效的方法综合指标法瑞利波方法煤体电磁辐射方法69第69页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.6工作面预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出钻孔瓦斯涌出初速度法突出危险性判别①在掘进工作面的软分层中，靠近巷道两帮，各打一个平行于巷道掘进方向，直径42mm，深3.5m的预测钻孔。②、留0.5m长测量室封孔用专用封孔器封孔；③钻孔瓦斯涌出初速度测定必须在2min内完成。技术方法Qm(l/min)煤的挥发分(%)≥4.5≥4.0≥4.5≥5.0＞3020～3015～205～1570第70页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.6工作面预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出R值指标法

突出危险性判别技术方法

①在煤巷掘进工作面打2个或3个(直径42mm、深5.5～6.5m的预测钻孔。钻孔应布置在软分层中。

②钻孔每打1m，测定一次钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度。测定钻孔瓦斯涌出初速度时，测量室长度为1.0m。突出危险性的临界指标Rm应根据实测资料分析确定；如无实测资料时，取Rm=6。71第71页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.6工作面预测方法矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出钻屑指标法

突出危险性判别技术方法

①在煤巷掘进工作面打2个或3个直径42mm、深8～10m的预测钻孔。钻孔应布置布置在软分层中。钻孔的终孔应位于巷道轮廓线外2～4m处。②钻孔每打1m,测定一次钻屑量,每隔2m测定一次钻屑解吸指标△h2或K1。根据每个钻孔沿孔长每米的的最大钻屑量Smax和最大钻屑解吸指标△h2或K1预测工作面的突出危险性。

无突出危险工作面＜0.5＜5.4＜6＜200突出危险工作面≥0.5≥5.4≥6≥200ml/(g.min1/2)L/mKg/m突出危险性K1最大钻屑量△h2(Pa)72第72页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7防突技术措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出防治突出技术措施局部防突措施区域防突措施水平冲孔深孔松动爆破水力冲刷高压注水超前钻孔卸压槽震动放炮开采解放层预抽煤层瓦斯煤层注水掩护挡板超前支架金属骨架浅孔松动爆破浅孔煤层注水钻孔卸煤区域石门煤巷辅助采面73第73页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.1预抽煤层瓦斯措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出预抽煤层瓦斯措施预防突的有效性指标应用原则防突作用原理单一煤层或无保护层可采的突出危险煤层，煤层透气性系数≥0.001mD毫达西，都可采用预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施。由于大多数突出危险煤层透气性低，采用预抽瓦斯措施工程量大，预抽时间也长，一般适用于突出危险严重的煤层，并且不具有开采保护层条件的采区，属于一般突出危险煤层可考虑采用局部防突措施。

①预抽煤层瓦斯后，突出煤层的残余瓦斯含量应小于该煤层在该突出区域始突深度的煤层原始瓦斯含量。

②煤层瓦斯预抽率应大于30％。74第74页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.1预抽煤层瓦斯措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出预抽煤层瓦斯钻孔布置方式穿层网格钻孔布置方式沿层钻孔布置方式沿层交叉钻孔布置方式试验证明，在不增加钻孔工程量的条件下，交叉钻孔较单一平行钻孔的抽放量提高2.53倍：再利用回采面卸压带可提高抽放量0.46—1.02倍。预裂爆破爆破区域煤层透气性系数提高3.45倍，抽放瓦斯量提高1，46倍，缩短预抽期一半。该技术为松动爆破在全国推广创造了条件。75第75页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.2超前钻孔措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出超前钻孔措施防突机理

(1)孔径一般为75-120mm,直径超过120mm时，必须采用专门设备和专项安全措施；(2)超前钻孔的控制范围应包括巷道断面和上方及两侧，钻孔终孔位置应控制到巷道轮廓线外2m以上；(3)钻孔应尽量布置在煤层的软分层中；(4)钻孔数根据钻孔有效排放半径和须控制范围确定；(5)煤层赋存状态发生变化时,应及时探明情况，再重新确定超前钻孔的参数,即随之相应增减超前钻孔孔数；(6)超前钻孔实施后，必须按《细则》第35条的规定对进行效果检验,钻孔超前距于掘进工作面不小于5m。(7)超前钻孔施工前应加强工作面支护，打好迎面支架，背好工作面。

钻孔布置要求通过打一定数量的钻孔，使工作面前方煤体卸压并排放瓦斯达到减弱和防止突出的一种方法。超前钻孔能使工作面附近的应力集中带向远处推移,减小应力和瓦斯压力梯度,增大煤体强度,使工作面前方形成卸压和排放瓦斯带。打超前钻孔时，国内外皆发生过严重的突出事例。南桐鱼田堡矿打钻孔时，曾发生过强度达190t的钻孔突出，波兰“诺娃鲁达”矿打钻曾诱发强度达1500t煤的特大型突出。76第76页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.2超前钻孔措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出超前钻孔措施的完善扩散摸岩布孔方式

湖南省煤研所在洪山殿矿试验了密集平行水平钻孔的布孔方式，即在巷道工作面中部沿推进方向，打一排90mm、深度在8m以上的钻孔，孔间距150～250mm。实践表明，在矿压作用下孔间煤柱能产生破坏，能形成深孔卸压槽，从而提高了超前钻孔的防突效果。测定表明钻孔有效影响距离上方为2.7m,下方为0.9m。洪山殿蛇形山井安全掘进巷道303m。

风力排碴

英岗岭局地质条件复杂，煤层赋存不稳定，在掘进巷道中心沿掘进方向打一深8m钻孔。然后在同一高度在中心孔两侧，按等距打若干钻孔，形成中心第一排钻孔；然后在其上下打第二排、第三排等钻孔，排距保持0.2—0.3m。各钻孔皆应打到设计深度，或打到煤层围岩为止。密集平行水平钻孔布孔方式

为防止打钻时卡钻、喷孔和诱导突出，湖南、焦作、北票和六枝等局，将打钻的水力排碴改为风力排碴，使卡钻飞喷孔等现象大为减弱。六枝局四角田矿使用超前钻孔掘进6000余米巷道，钻孔突出发生过34次，占该矿总突出次数的一半以上。77第77页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.2超前钻孔措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出超前钻孔措施的完善QFZ-22轻便型防突钻机具主要技术指标

额定功率(Kw)2.2

额定电压(V)127

额定转矩(N•m)41

最大转矩(N•m)156

钻孔直径(mm)42～89

钻孔长度(m)<20

电机效率81％

额定转速(r/rain)520

钻进速度(m/min)0～1.5

主机重量(Kg)<3078第78页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.3深孔松动爆破矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出深孔松动爆破措施防突机理

①爆破孔径42mm，孔长不应小于8m。终孔应控制到巷道轮廓线外2m以上。孔数应根据松动爆破有效半径确定。

②深孔松动爆破的有效影响半径，应进行实测。

③装药长度为孔长减5.5-6m，药卷长度为1m。装药后，应装入不小于0.4m的水炮泥，水炮泥外侧还应充填长度不小于2m的封口炮泥。

④装药和充填炮泥时，应防止折断电雷管的脚线。

⑤深孔松动爆破后，必须按《细则》进行措施效果检验

⑥深孔松动爆破时，必须执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。⑦第一次采用松动爆破的掘进工作面，必须用超前钻孔或其它措施处理工作面前方5m的煤体，以免留下“门坎”。⑧掘进时必须留有不小于5m的超前距。炮后30m后方能进入工作面。钻孔布置要求

深孔松动爆破是通过深炮孔爆破，松动工作面前方煤体，使煤体卸压和排放瓦斯，达到消除和减弱突出的一种措施。深孔松动爆破措施，可适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。79第79页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.7.4金属骨架措施矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出金属骨架措施措施施工

《细则》第62条对金属骨架措施的要求是：

①在揭开具有软煤和软围岩的薄及中厚突出煤层时,可采用金属骨架；

②在石门上部和两侧周边外0.5-1m范围内布置骨架孔；

③骨架钻孔穿过煤层并进入煤层顶(底)板至少0.5m,钻孔间距不得大于0.3m，对于软煤要架两排金属骨架，钻孔间距应小于0.2m；

④骨架材料可选用8kg/m的钢轨、型钢或直径不小于50mm钢管,其伸出孔外端用金属框架支撑或砌入碹内；

⑤揭开煤层后，严禁拆除金属骨架；⑥采用金属骨架防治突出措施时，应与抽放瓦斯、水力冲孔或排放钻孔等措施配合使用。金属骨架措施要求

采用这一措施时，在石门工作面距煤层2m(急倾斜)或1.5m(缓倾斜、倾斜)时停止掘进，在石门上部和两侧周边外0.5-1.Om范围内布置骨架孔。骨架孔打穿煤层全厚并进入岩层0.5m以上。孔间距不得大于0.3m。对于软煤要架两排金属骨架，钻孔间距应大于0.2m。钻孔完成后，插入8kg／m的钢轨、型钢或直径不小于50mm钢管等骨架材料。骨架可用专门支架、锚杆或灌水泥浆固定。在煤质严重松软破坏时,可装设两排骨架。80第80页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.8安全防护措施

矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出突出安全防护措施突出安全防护措施相关规定

《细则》第91条、《规程》第209条规定：井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，必须采取震动爆破、远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统等安全防护措施。突出矿井的入井人员必须携带隔离式自救器。

压风自救系统自救器震动放炮避难所远距离放炮反向风门81第81页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.10.8.1震动放炮

矿井瓦斯及其防治

2.10煤与瓦斯突出震动放炮

炮眼掏槽方式震动放炮参数

《细则》第92条规定：震动放炮必须编制专门设计，经矿总工程师批准后报矿务局备案。专门设计必须符合一系列要求。

《细则》第93条规定石门揭穿突出煤层采用震动放炮时，必须遵守相应规定。相关规定通过多打眼、一次放大炮以对煤体及岩层造成强烈的震动，使工作面前方煤体应力和瓦斯动力学状态突然改变，在人员撤到安全地点的条件下诱导突出，以保证作业的安全。由于震动放炮是在人员远离工作面的条件下进行的，所以它是防止发生突出人身事故的安全防护措施。爆破眼数可根据北票局总结的经验公式算出：作用原理中梁山、南桐矿务局等采用三组楔形掏槽方式布置炮眼取得较好的爆破效果，并且根据煤层厚度分别采用两种布置方式：①单列三组楔形掏槽②双列三组楔形掏槽③大钻孔掏槽式82第82页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.1煤矿瓦斯抽放技术的发展矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放我国煤矿瓦斯抽放技术的发展

50年代中期，采用穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯在阳泉获得成功，解决了煤层群开采中首采面瓦斯涌出量大的问题。同时，认识到利用煤层开采后形成的采动卸压作用进行边采边抽,可以有效地抽出瓦斯。高透气性煤层抽放瓦斯阶段邻近层卸压抽放瓦斯阶段

80年代开始，随着机采、综采和放顶煤技术的应用，开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出员大幅度增加。为了解决高产、高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的问题，必须结合矿井的地质开采条件，实施综合抽放瓦斯。

50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次成功采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，解决了抚顺矿区的关键问题，在透气性小于抚顺煤层的其它矿井未取得明显的效果。

突出煤层抽放瓦斯效果不理想、难以消除突出威胁。从60年代开始，试验研究了多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法，如煤层高、中压注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径钻孔等。低透气性煤层强化抽放瓦斯阶段综合抽瓦斯阶段83第83页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.2煤层抽放瓦斯难易程度分类指标

矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放煤层抽放瓦斯难易程度分类指标

表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数。测定方法是选择有代表性的地区，打直径75mm的钻孔，测定其初始瓦斯流量Q0，经过t(10d以后)，测其流量Qt，用负指数函数表示则有：式中：α—钻孔流量衰减系数，d﹣1；Q0—钻孔初始瓦斯流量，m3/d；Qt—经过t时间的钻孔瓦斯流量，m3／d；t—时间，d。钻孔流量衰减系数

煤层透气性系数反映瓦斯沿煤层流动的难易程度。原始煤层的渗透性往往是很低的，瓦斯在煤层中的流动状态属于层流运动，一般符合达西定律：如果把流速变成在压力为0.1013MPa、温度相当于煤体温度条件下的瓦斯流量，则：式中：v—瓦斯流动速度，cm/s；K—煤的渗透事，cm2；μ—瓦斯的绝对粘度，Ns/cm2；dp—在dx长度内的压差，MPa；dx—与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，cm。q—比流量，即在1m2煤面上1d通过的瓦斯量，m3/(m2·d)pn—0.1013MPa；λ—透气性系数，m2/(MPa2·d)。84第84页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.3瓦斯抽放难易程度评价《矿井瓦斯抽放管理规范》根据煤层透气性系数和钻孔流量衰减系数，将未卸压原始煤层的抽放难易程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放类别钻孔流量衰减系数（d-1）煤层透气性系数（m2/MPa2·d）容易抽放＜0.003＞10可以抽放0.003～0.0510～0.1较难抽放＞0.05＜0.185第85页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.4瓦斯抽放效果评价指标矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放煤层抽放瓦斯难易程度分类指标

式中：dg1—工作面（邻近层）瓦斯抽放率，%；q1c—工作面（邻近层）瓦斯抽放量，m3/min；qy—工作面（邻近层）涌向工作面的瓦斯量m3/min；矿井(或采区)抽放率开采层工作面瓦斯抽放率邻近层工作面瓦斯抽放率可抽瓦斯量式中：dk—矿井（或采区）抽放率，%；qkc—矿井抽放瓦斯量，m3/min；qkf—矿井风排瓦斯量，m3/min。式中：dgk—工作面（开采层）瓦斯抽放率%；Qg—在一定时间内工作面（开采层）抽出的总瓦斯量，万m3；Wg—抽放工作面（开采层）的瓦斯储量，万m3。式中：Q可－可抽瓦斯量，m3/min；Q储—瓦斯储量，m3/min；η－抽放率，%；86第86页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.5煤矿瓦斯抽放方法矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放①巷道抽放法②钻孔抽放法：③巷道、钻孔混合抽放法瓦斯抽放方法①采前抽放：预抽②采中抽放：③采后抽放：采空区抽故①本煤层瓦斯抽放②邻近层瓦斯抽放③采空区瓦斯抽放按抽放瓦斯来源分类按抽放与采掘时间关系分类按抽放工艺分类地面钻孔井下钻孔沿层钻孔穿层钻孔拐弯钻孔边采边抽边掘边抽87第87页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.5.1开采层抽放瓦斯方法

矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放1巷道预抽

深部截取式布置

一般式布置

网络式布置

巷道预抽瓦斯的优点①可以提前将采区的准备巷道掘出来，不影响生产正常接替。②煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽放。③在掘进瓦斯巷道时，对该区的瓦斯涌山形式，地质构造等能进行进一步了解，有利于采取对策，实现安全生产。④对下段(或下—个水平)采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。88第88页，共104页，2023年，2月20日，星期一2.11.5.1开采层抽放瓦斯方法

矿井瓦斯及其防治

2.11煤矿瓦斯抽放2钻孔预抽

沿层钻孔

穿层钻孔

抽放瓦斯钻孔参数。(1)钻孔直径：一般选用75~l00mm，有条件时可用大直径钻孔抽放瓦斯。(2)钻孔长度：沿层钻孔的长度一般为工作面长度的70一90%。(3)钻孔间距、数量、有效抽放时间：根据钻孔瓦斯流量衰减系数(α)、需要抽放瓦斯量(Qx)、钻孔极限抽出瓦斯量Qj，计算确