第二三节矿井瓦斯与防治及煤与瓦斯突出防治演示文稿

第二三节矿井瓦斯与防治及煤与瓦斯突出防治演示文稿1本文档共104页；当前第1页；编辑于星期二\19点22分优选第二三节矿井瓦斯与防治及煤与瓦斯突出防治本文档共104页；当前第2页；编辑于星期二\19点22分32.2矿井瓦斯的生成及赋存2.2.1煤层瓦斯的生成

煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的，主要可以划分为两个生成阶段第一阶段：生物化学成气时期

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。本文档共104页；当前第3页；编辑于星期二\19点22分4第二阶段：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，泥炭转化为褐煤并进人变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO22.2.2煤层瓦斯赋存1瓦斯在煤体内存在的状态游离瓦斯：以自由气体形式存在；吸附瓦斯：分为吸着状态与吸收状态；在现今开采深度内，煤层内的瓦斯主要是以吸附状态存在，游离状态的瓦斯只占总量的10％左右本文档共104页；当前第4页；编辑于星期二\19点22分52、煤层瓦斯垂向分带：当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，使煤层瓦斯呈现出垂直分带特征表9-1煤层瓦斯垂直分带及各带气体成分

气带名称（从上往下）气带成因瓦斯成分％N2CO2CH4CO2－N2

生物化学－空气20～8020～80<10N2空气成因>80<10~20<20N2-CH4变质成因20~80<10~2020~80CH4变质成因<20<10>80本文档共104页；当前第5页；编辑于星期二\19点22分6瓦斯风化带：“CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三带统称瓦斯风化带。瓦斯风化带内的井、区为低瓦斯井、区。甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的瓦斯带。甲烷带内煤层瓦斯压力、含量随埋藏深度的增加而增长，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。3、煤的孔隙特征煤的孔隙分类：微孔：直径<0.01µm，构成煤中的吸附容积小孔：直径＝0.01µm～0.1µm，构成毛细管凝结和瓦斯扩散空间中孔：直径＝0.1µm～1.0µm，构成缓慢的层流渗透区间大孔：直径＝1.0µm～100µm，构成强烈的层流渗透区间可见孔及裂隙：直径>100µm，构成层流及紊流混合渗透的区间渗透容积：小孔至可见孔的孔隙体积之和煤的孔隙率：吸附容积与渗透容积之和称为总孔隙体积，总孔隙体积占煤的体积的百分比成为煤的孔隙率本文档共104页；当前第6页；编辑于星期二\19点22分74、煤层瓦斯压力概念：煤层裂隙和孔隙内由于气体分子热运动撞击所产生的作用力意义：煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数测量原理：打一穿透待测煤层(或直接打在煤层中)的钻孔，插入一根测压管(5mm一12mm的铜管或10mm～13mm的镀锌铁管)后再把钻孔封堵好，在测压管的外端接上压力表，待压力稳定后就可以读取瓦斯压力值本文档共104页；当前第7页；编辑于星期二\19点22分85、煤层瓦斯含量1）概念：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)，包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分2）影响因素煤岩结构(如透气性)和物理化学特性(如吸附性能)；成煤后的地质运动和地质构造；煤层的赋存条件。本文档共104页；当前第8页；编辑于星期二\19点22分92.3矿井瓦斯涌出2.3.1煤层瓦斯流动的基本规律

煤层与围岩属于孔隙－裂隙结构体，不同煤层和岩层的孔隙、裂隙尺寸、结构形式以及发育程度等的差别式很大，并且对地应力的作用很敏感。1、煤层瓦斯流场分类概念：煤层内瓦斯流动的空间称为煤层瓦斯流场，在流场内瓦斯具有流向、流速和压力梯度和浓度梯度本文档共104页；当前第9页；编辑于星期二\19点22分101）按流场的流向分类：单向流场：在x、y、z三维空间中，只有一个方向有流速；径向流场：在x、y、z三维空间中，在两个方向有分速度，可以用柱坐标系描述；球向流场：在x、y、z三维空间中，三个方向都有分速度，可以用球坐标系描述。2）按流场的稳定性分类：定常流场：流场中任何一点的流速、流向和瓦斯压力均不随时间变化。非定常流场；流场中的流速、流向或瓦斯压力中至少有一参数随时间变化。2、扩散流与渗透流瓦斯在孔隙－裂隙内的运移基本上可以分为两类：1）扩散流动：瓦斯在小孔（<1µm）和微孔（<0.1µm）内的运移主要为扩散运动，瓦斯在浓度梯度驱动下从高浓度向的浓度的方向运移，可以用菲克定律描述：

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ux＝在x方向上的扩散流的速度（m/s）D＝扩散系数（m2/s但更多用的是cm2/s）c＝特定气体的浓度（m3/m3煤）2）渗透流动瓦斯在中孔（>1µm）以上的孔隙或裂隙中的运移，可能有两种形式：层流和紊流层流：层流又可以分为线性层流和非线性层流线性层流：Re<1~10，粘滞力占优势，符合达西定律非线性层流：Re<10~100，服从非线性渗透定律紊流：Re>100，惯性力占优势，流动阻力与流速的平方成正比。本文档共104页；当前第11页；编辑于星期二\19点22分12达西定律：流体的流速与其压力梯度成正比，即u＝瓦斯流速（m/s）

k＝渗透率（m2） ＝动态粘滞度（Pa·m） ＝气压梯度（Pa/m）2.3.2瓦斯涌出量及主要影响因素矿井瓦斯涌出量是指在矿井生产建设过程中涌进巷道或管道的瓦斯量。其表达的方法有两种：绝对瓦斯涌出量——单位时间内涌入巷道的瓦斯量，以体积表示，单位为m3/min或m3/d；相对瓦斯涌出量——每采一吨煤平均涌出的瓦斯量，单位是m3/t。两者的关系为：本文档共104页；当前第12页；编辑于星期二\19点22分13

qe——相对瓦斯涌出量，m3/t；qa——绝对瓦斯涌出量，m3/d；A——单位时间内采掘地区的产煤量，t/d。

影响瓦斯涌出量的因素主要有：

1)煤层和围岩的瓦斯含量在甲烷带内，开采越深、规模越大，绝对、相对瓦斯涌出量越高。

2)开采顺序与回采方法先开采的煤层或分层，其相对瓦斯涌出量大，后开采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面开始回采初期瓦斯涌出量小，当顶板第一次冒落以后，由于围岩及邻近层的瓦斯涌入开采层，所以涌出量增加。本文档共104页；当前第13页；编辑于星期二\19点22分143)生产工艺过程从暴露面采落煤炭和钻孔涌出的瓦斯量，一般都是随着时间的增长而逐渐下降。所以，落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序，老顶来压冒落时涌出量高于其它时期。落煤时瓦斯涌出量与煤的瓦斯含量、落煤速度、煤的粉碎程度等有关。风镐落煤时，瓦斯涌出量可增大1.1～1.3倍，打眼放炮时1.4～2.0倍，采煤机采煤时，1.3～1.6倍，水枪落煤时，2～4倍等，其增加的倍数与工作面瓦斯来源的构成有关。开采单一中厚煤层，落煤时增加的倍数比开采有邻近层的煤层要大些。本文档共104页；当前第14页；编辑于星期二\19点22分154)通风压力与通风系统

抽出式通风负压增加时，瓦斯涌出量增大。

U型通风系统的回采工作面，其上隅角容易聚积瓦斯。采用U型加尾巷的通风系统，瓦斯聚积点移至采空区内的尾巷入风口。Y形与W型通风系统由于采空区内有漏风通道，采空区与邻近层涌出的瓦斯很少会涌入工作面，加之进风多了一条风路，工作面的瓦斯浓度较低，适用于高瓦斯高产要求。本文档共104页；当前第15页；编辑于星期二\19点22分162.3.3瓦斯涌出不均系数

在正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响，其数值在一段时间内围绕平均值上下波动，我们把其峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。在确定矿井总风量选取风量备用系数时，要考虑矿井瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为：

kg—给定时间内瓦斯涌出不均系数；

Qmax——该时间内的最大瓦斯涌出量，m3／min；

Qa——该时间内的平均瓦斯涌出量，m3／min。任何矿井的瓦斯涌出在时间上与空间上都是不均匀的。在生产过程中要有针对性地采取措施，使瓦斯涌出比较均匀稳定。例如尽可能均衡生产，错开相邻工作面的落煤、放顶时间等。本文档共104页；当前第16页；编辑于星期二\19点22分172.3.4矿井瓦斯等级1、矿井瓦斯等级划分

《规程》规定：一个矿井中，只要有一个煤(岩)层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级按照日产吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式分为：(一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。（二）高瓦斯矿井：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。（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。煤与瓦斯突出矿井:矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井煤层定为突出煤层。截止1991年的统计，我国有334个产煤矿区，1982处国有煤矿。其中高瓦斯矿区149个，低瓦斯矿区185个，有煤与瓦斯突出和煤岩与二氧化碳突出矿区79个，高瓦斯矿井825处，低瓦斯矿井1157处。

本文档共104页；当前第17页；编辑于星期二\19点22分182、矿井瓦斯等级鉴定

新矿井设计前，地质勘探部门根据各煤层的瓦斯含量资料，预测矿井瓦斯等级，作为算风量的依据。生产矿井每年必须进行矿井瓦斯等级的鉴定工作，同时还应进行矿井二氧化碳涌出量的测定，作为核定和调整风量的依据。

1)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条件下进行。根据当地气候条件，选择矿井绝对瓦斯涌出量较大的月份进行，一般在七月或八月。在鉴定月的上、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。所谓正常生产，即被鉴定的矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60％。测定前必须做好组织分工和仪表校正等准备工作。2)测点选择和测定内容及要求

确定矿井瓦斯等级时，是按每一自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量，并取其中最大值(而不是全矿井的平均值)。所以测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风峒、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一段平直巷道做测点。本文档共104页；当前第18页；编辑于星期二\19点22分19

测定内容为风量和风流中瓦斯浓度。如果进风流中含有瓦斯时，还应在进风流中测风量和瓦斯浓度。进、回风流的瓦斯涌出量之差，就是鉴定地区的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的矿井，在鉴定月内应在相应的地区测定抽出的瓦斯量，矿井瓦斯等级划分时，必须包括抽放的瓦斯量。每一测定班的测定时间应选在生产正常时刻，并尽可能在同一时刻进行测定工作。

3)矿井瓦斯等级的确定矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定。并附以必要的文字说明，如产量、采掘比例、地质构造等因素和瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等情况，报上级审批。正在建设中的矿井，也应进行瓦斯等级的鉴定，如果鉴定结果，特别是在煤层揭开以后，实际的瓦斯涌出量超过原设计确定的等级时，应提出修改矿井瓦斯等级的专门报告，报原设计审批单位批准。本文档共104页；当前第19页；编辑于星期二\19点22分202.4矿井瓦斯喷出及其预防2.4.1概念：瓦斯喷出是指大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。它是瓦斯特殊涌出中的一种形式。2.4.2特点：是瓦斯在短时间内从煤、岩层的某一特定地点突然涌向采矿空间，而且涌出量可能很大，风流中的瓦斯突然增加。由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性，可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。本文档共104页；当前第20页；编辑于星期二\19点22分212.4.3瓦斯喷出的分类：

瓦斯喷出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内，积存着大量高压游离瓦斯，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出，如同喷泉一样。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和采掘卸压形成的两大类。1、地质来源例如，四川中梁山煤矿南井在+390水平茅口石灰岩中掘进运输大巷时，当掘进工作接近一处积聚着大量游离瓦斯的溶洞时，放炮时与连通溶洞的裂隙(两条各宽10～100mm)沟通引发了瓦斯喷出。当时，随炮声响起一轰鸣声，像压气管破裂似地从裂缝中大量喷出瓦斯(甲烷)，“雾”气弥漫，充满整个回风巷，两小时后测得瓦斯流量为486m3／min，喷出时间持续两周，共喷出瓦斯3.6×105m3。本文档共104页；当前第21页；编辑于星期二\19点22分222、采掘卸压如南桐煤矿三号层(层厚0.4m，倾角27°，距地表310m)0307工作面回采了346m2时出现瓦斯涌出的“嘶嘶”声，随后出现底板破裂，裂缝宽达100mm，底板上鼓最高达0.6m，支柱折断，瓦斯突然大量喷出。喷出的瓦斯使供风量为200m3／min的风流逆转距离达180m，瓦斯浓度在50％以上，估计初期的瓦斯喷出量为500m3／min，4小时后为26m3／min，喷出持续109小时，总喷出量为75100m3。这是典型的由卸压产生裂隙及原有构造裂隙张开，形成卸压瓦斯喷出的通道而引发的瓦斯喷出。

喷出的瓦斯量和持续时间，决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力，从几m’到几十万m’，几分钟到几年，甚至几十年。

瓦斯喷出的预兆，如风流中的瓦斯浓度增加，或忽大忽小，嘶嘶的喷出声，顶底板来压的轰鸣声，煤层变湿、变软等。本文档共104页；当前第22页；编辑于星期二\19点22分232.4.4瓦速喷出的防治1、原始洞缝中瓦斯喷出的防治1)加强地质工作。施工前一定要通过前探钻孔探明采掘区域与岩巷(井)前方的地质构造，溶洞裂缝的位置分布以及瓦斯的储量。预先制订好防治喷出的设计与安全措施。

2)利用封堵、引排、抽放等综合方法处理瓦斯。如果通风的方法解决不了喷出的瓦斯，则可用罩子或其它设施将喷出裂隙封盖好，并利用管路把瓦斯引排到回风巷或地面。或设置引排罩，利用管路将瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩时，可以打钻孔抽放。当瓦斯喷出十分强烈不能采用上述方法时，必须把喷出瓦斯巷道密闭。

3)搞好通风和严格瓦斯检查制度、防止瓦斯超限。本文档共104页；当前第23页；编辑于星期二\19点22分24本文档共104页；当前第24页；编辑于星期二\19点22分252、采掘地压形成裂缝中瓦斯喷出的防治

开采近距离煤层时，必须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。

1)搞好地质工作，掌握层间岩石性质与厚度的变化，了解邻近层的瓦斯压力和瓦斯含量，地压的大小等。

2)根据初期卸压面积计算卸压瓦斯量。确定预排初期卸压瓦斯钻孔的数量及孔位。尽可能提高抽放瓦斯负压，以求增大预排瓦斯量。

3)加强职工安全教育，人人掌握瓦斯喷出预兆，配备隔绝式自救器，熟悉避灾路线

4)搞好顶板管理，加强支架质量检查，必要时采取人工卸压措施，以防大面积突然卸压。

5)搞好工作面通风，加强瓦斯检查，掌握瓦斯涌出动态与抽放动态，以便预报瓦斯喷出。本文档共104页；当前第25页；编辑于星期二\19点22分26本文档共104页；当前第26页；编辑于星期二\19点22分272.5煤与瓦斯突出及其预防2.5.1煤矿井下动力现象及分类

1、煤矿井下的动力现象，指的是发生在巷道周围的一切具有运动和声响特征的现象。

2、任何一种井下动力现象的发生都离不开“力”和“介质”。因此，对井下动力现象的分类应该从“力”和“介质”两个方面进行。

本文档共104页；当前第27页；编辑于星期二\19点22分283、动力现象分类的结果本文档共104页；当前第28页；编辑于星期二\19点22分29煤与瓦斯突出实例及分析煤与瓦斯突出在采掘过程中，突然从煤（岩）壁内部向采掘空间喷出煤岩和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出，简称突出。自行冲破岩柱突出实例本文档共104页；当前第29页；编辑于星期二\19点22分30煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第30页；编辑于星期二\19点22分31煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第31页；编辑于星期二\19点22分32煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第32页；编辑于星期二\19点22分33煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第33页；编辑于星期二\19点22分34煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第34页；编辑于星期二\19点22分35煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第35页；编辑于星期二\19点22分36煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第36页；编辑于星期二\19点22分37煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第37页；编辑于星期二\19点22分38煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第38页；编辑于星期二\19点22分39煤与瓦斯突出实例及分析南桐东林矿石门突出突出煤量130t本文档共104页；当前第39页；编辑于星期二\19点22分大平煤矿“10.20”特大瓦斯事故

技术分析图示本文档共104页；当前第40页；编辑于星期二\19点22分22时09分53秒～22时12分26秒瓦斯0.1%到40%以上.大平煤矿“10.20”事故瓦斯突出及扩散过程演示22时29分~22时39分瓦斯1.29%到7.3%.22时34分~22时36分,瓦斯2.48%到4%.本文档共104页；当前第41页；编辑于星期二\19点22分本文档共104页；当前第42页；编辑于星期二\19点22分大平煤矿“10.20”瓦斯爆炸传播过程演示本文档共104页；当前第43页；编辑于星期二\19点22分442.5.2煤与瓦斯突出的概念：

指煤与瓦斯在一个很短的时间内突然地连续地自煤壁暴露面抛向巷道空间所引起的动力现象。煤与瓦斯突出是煤矿最严重的灾害之一2.5.3突出的基本特征：(1)抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。在突出现场可以看到突出的煤和岩块从突出口搬至较远的地方，甚至拐了几个弯；煤、岩块的堆积角度小于自然安息角；堆积物中大的颗粒落在近处和下部，小的颗粒飘到远处并覆盖在突出物的上方，这种现象也称为分选性堆积。(2)突出物中呈现出明显的高压气体爆炸的特征。软煤被抛出后，由于其中的高压气体迅速膨胀，破碎煤体，因而突出物中含有大量的极细的粉尘。有时候突出过程还对抛出的软煤进行了重新固结和捣实，需要镐刨才能运走。本文档共104页；当前第44页；编辑于星期二\19点22分45(3)突出的孔洞具有一些特殊的形状。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的轴线往往沿煤层倾斜方向延伸或与倾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的长度约为几米到几十米。有时候则看不到突出孔洞，抛出煤体的地方充满了松散的碎煤。

(4)突出过程中伴随有大量的瓦斯涌出。在突出过程中，抛出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。当涌出的瓦斯量十分大时，瓦斯会逆着矿井的风流而行达到几十米，甚至几百米、上千米，严重地破坏矿井的通风系统和设施。本文档共104页；当前第45页；编辑于星期二\19点22分462.5.4突出概况

1834年3月22日，法国伊萨克矿井发生了世界上第一次有记载的突出。支架工架棚子时，发现煤壁外移，三个工人立即撤离，但煤炭冲入巷道13m，巷道煤尘弥漫，一人被煤流埋没，一人窒息牺牲，一人幸免于难。

迄今为止，世界各主要产煤国家都发生过煤和瓦斯突出现象。世界上最大的一次煤与瓦斯突出发生在1969年7月13日苏联加加林矿，在710m水平主石门揭穿厚仅1.03m煤层时，发生了这次突出，突出煤14000t，瓦斯25万m3：。

我国记载的第一次突出是1950年吉林省辽源矿务局富国西二坑，在垂深280m煤巷掘进时突出。目前我国突出矿井达到200多个，突出次数一万多次。最大突出强度为12780t，喷出瓦斯120万m3，它是1975年8月8日在天府矿务局三汇坝一矿主平峒放震动炮揭穿6号煤层时发生的。本文档共104页；当前第46页；编辑于星期二\19点22分472.5.5突出的机理

解释突出原因和突出过程的理论称为突出机理。突出是个很复杂的动力现象，至今巳提出许多假说，概括起来有三大类：1）瓦斯作用说。认为煤内存储的瓦斯在突出中起着主要的作用2）地应力说。认为突出主要是地应力作用的结果，3）综合说。认为突出是地应力、瓦斯压力和煤的结构性能综合作用的结果，国内外大多数学者拥护综合说。本文档共104页；当前第47页；编辑于星期二\19点22分482.5.6瓦斯突出的一般规律1）突出发生在一定深度上。随着深度增加，突出的危险性增加，这表现为突出次数增多、突出强度增大、突出煤层数增加，突出危险区域扩大。2）突出次数和强度，随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。3）突出的气体主要是甲烷，个别矿区突出气体是CO2突出危险煤层开采时的相对瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出发生在高瓦斯矿。同一煤层，瓦斯压力越高，突出危险性越大。不同煤层，瓦斯压力与突出危险性之间无直接关系。（突出与瓦斯、应力、煤结构强度等因素有关），突出的瓦斯压力一般要在600kPa以上。本文档共104页；当前第48页；编辑于星期二\19点22分494）突出煤层的特点是煤的力学强度低、变化大，透气系数小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，湿度小，层理紊乱，遭地质构造力严重破坏的“构造煤”。

5）煤自重的影响。突出的次数有随着煤层倾角的增大而增加的趋势。6）突出危险区呈带状分布。突出与地质构造有密切关系。本文档共104页；当前第49页；编辑于星期二\19点22分507）绝大多数突出发生在落煤时，尤其在爆破时。其中放炮诱导突出作用最强，此外，水力冲刷，风镐落煤,手镐落煤都引起过突出。8）大多数突出都有预兆

地压显现方面的预兆：煤炮声，支架声响，岩煤开裂，掉碴，底鼓，煤岩自行剥落，煤壁颤动，钻孔变形，垮孔顶钻，夹钻杆，钻机过负荷等瓦斯涌出方面的预兆：瓦斯涌出异常，瓦斯浓度忽大忽小，煤尘增大，气温、气味异常，打钻喷瓦斯、喷煤、哨声、风声、蜂鸣声等煤层结构与构造方面的预兆，层理紊乱，煤强度松软或不均匀，煤暗淡无光泽，煤厚增大，倾角变陡，挤压褶曲，波状隆起，煤体干燥，顶底板阶梯凸起，断层等。9）突出危险性随着硬而厚的围岩(硅质灰岩、砂岩等)，存在而增高。本文档共104页；当前第50页；编辑于星期二\19点22分512.5.7预防煤与瓦斯突出的主要技术措施1、开采有突出危险的矿井，必须采取防治突出的措施。防突措施可以分为两大类：1)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；2)局部性防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施。防治突出技术归纳为“四位一体”的综合性防突措施：突出危险性预测；防治突出措施；防突措施的效果检验安全防护措施。本文档共104页；当前第51页；编辑于星期二\19点22分522、区域性防突1）开采保护层

在突出矿井中，预先开采的、并能使其他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，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。本文档共104页；当前第52页；编辑于星期二\19点22分53①开采保护层的作用

现以天府南井2号层(保护层)开采后，有突出危险的9号层内与突出有关的若干参数的变化，来说明保护层的作用。从上图可见，保护层(2号层)采到距离测点0m处时，被保护层(9号层)已经开始膨胀，接着是透气系数增大。采过测点20m后，瓦斯流量开始上升，采过40m后的瓦斯压力开始下降，并稳定地保持很长时间。保护层开采后，由于采空区的顶底板岩石冒落，移动，引起开采煤层周围应力的重新分布，采空区上、下形成应力降低(卸压)区，在这个区域内的未开采煤层将发生下述变化：a.地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。b.煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内；瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由0.3～0.5增加到1.0～1.5。本文档共104页；当前第53页；编辑于星期二\19点22分54②保护范围

保护范围是指保护层开采后，在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。它受地质采矿因素影响，各矿根据实际考察研究确定这个范围。也可以参考以下资料a.保护层与被保护层之间的有效垂距：b.倾斜方向的保护范围。保护层开采以后，岩层沿倾斜方向的移动是沿着最大下沉角θ0方向发展的，所以倾斜方向的保护范围应以最大下沉角的斜线为基准，即以最大下沉角θ0的斜线为基准线向内偏一个角度γ。本文档共104页；当前第54页；编辑于星期二\19点22分552）预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯是指，通过一定时间的预先抽放瓦斯，降低突出危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，并由此引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气系数增加和煤的强度提高等效应，使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱突出危险性。本文档共104页；当前第55页；编辑于星期二\19点22分563、局部防突措施大型突出往往发生于石门揭开突出危险煤层时。所以石门揭开突出危险煤层，以及有突出倾向的建设矿井或突出矿井开拓新水平时，井巷揭开所有这类煤层都必须采取防治突出的措施，并编制专门设计。（1）松动爆破：在进行普通放炮时，同时爆破几个7—10m以上的深炮孔，使深部煤体破裂与松动，应力集中带和高压瓦斯带移向深部，以便在工作面前方造成较长的卸压和排放瓦斯区，从而预防突出的发生。（2）钻孔排放瓦斯：石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻，将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力降到安全压力以下时，再进行采掘工作。钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定，每m2断面不得少于3.5～4.5孔。(3)水力冲孔:水力冲孔是在安全岩(煤)柱的防护下，向煤层打钻后，用高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。本文档共104页；当前第56页；编辑于星期二\19点22分57(5)超前钻孔:在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部。(6)超前支架:多用于有突出危险的急倾斜煤层、厚煤层的煤层平巷掘进时。为了防止因工作面顶部煤体松软垮落而导致突出，在工作面前方巷道顶部事先打上一排超前支架，增加煤层的稳定性。(7)卸压槽:预先在工作面前方切割出一个缝槽，以增加工作面前方的卸压范围，掘进时保持一定的超前距就可避免突出或冲击地压的发生。(8)震动放炮：震动放炮是采用增加炮眼数和装药量，一次爆破揭穿煤层并成巷的爆破方法。所以震动放炮基本上是一种人为的诱使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出发生在没有人员在场和采取了预防瓦斯、煤尘爆炸措施的情况下。本文档共104页；当前第57页；编辑于星期二\19点22分582.6矿井瓦斯爆炸及其预防

瓦斯的最大危害就是发生爆炸。不仅能造成人员伤亡，而且会严重摧毁井下设施，中断生产。有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾，从而加重了灾害，使生产难以在短期内恢复。1942年日本霸占我国东北时期，在本溪煤矿由电气火花引起的瓦斯爆炸和煤尘爆炸，共有1549人死亡。

2000年贵州木冲沟“9·27”1622004年河南大平“10·20”1482004年陕西陈家山“11.28”1662005年辽宁孙家湾“2·14”214

本文档共104页；当前第58页；编辑于星期二\19点22分592.6.1瓦斯爆炸过程及其机理1、瓦斯爆炸的总包化学反应式瓦斯爆炸是甲烷和空气组成的爆炸性混合气体在火源诱发下发生迅猛的氧化反应并伴随有强烈力学效应的现象。其方程式概括为：从上式知，混合气体中的氧与甲烷都全部燃尽时，一个体积的甲烷要同二个体积的氧气化合，也就是要同2+7.52=2.52个体积的空气化合。这时甲烷在混合气体中的浓度为1/(1+2.52)×100％＝2.5％；这一浓度是理论上爆炸最猛烈的浓度。1摩尔的甲烷爆炸后将产生882.6kJ的热量。lkg碳氢化合物相当于4kg梯恩梯炸药。本文档共104页；当前第59页；编辑于星期二\19点22分602、

引燃甲烷—空气混合物的感应期烃类氧化有感应期，感应期之后是一快速反应。从接触引火源起到烃类——空气混合物转为快速燃烧爆炸的时间间隔称为感应期。随着引火源温度的升高和甲烷浓度的下降，感应期将缩短。本文档共104页；当前第60页；编辑于星期二\19点22分61

在甲烷同系物(甲烷、乙烷、丙烷等)与空气混合的爆炸性气体中，以甲烷的感应期最长，其它气体则较短。因此，在甲烷—空气混合物中混有乙烷时，感应期缩短。矿用安全炸药正是利用了烷—空混合气体存在感应期的特性。在感应期间内，保证安全炸药爆破时的高温产物能够冷却，不致于使烷—空混合气体达到引火爆炸的温度。其原理是，在矿用安全炸药中加入了一定数量的消焰剂。消焰剂有两个作用，一是它的热容量较大，可以吸收一部分爆热从而降低爆温、减少火焰存在的时间，二是它对甲烷的氧化燃烧反应起负催化作用，可以破坏甲烷氧化燃烧链锁反应的活化中心，阻止烷—空混合气体的爆炸。在消焰剂的这两个作用中，负催化作用是主要的。本文档共104页；当前第61页；编辑于星期二\19点22分623、

链式反应理论

化学反应式仅表示一系列复杂化学反应的最终结果，链式反应理论却能够对甲烷爆炸的实际反应过程与机理作出解释。

链式反应理论认为甲烷爆炸是反应物分子首先离解成一些自由基(自由原子或自由原子团)，自由基具有很大的化学活性，能成为反应连续进行的活化中心，经过一系列链锁反应步骤后完成整个反应。链起始：分子离解成自由基链传递：某自由基与某分子作用生成另一自由基链分支：该步骤每消耗一个自由基可生成两个自由基链破坏：自由基变成分子如果在连锁反应过程中链分支反应增多，自由基数目成倍增长，反应链的数目增加，反应速度迅速增加(即同时参与反应的甲烷分子增多)，短时间内将释放出大量的能量，如此循环下去，将使反应加速到爆炸速度。本文档共104页；当前第62页；编辑于星期二\19点22分63较低温度下，甲烷氧化链式反应的基元反应方程组：CH4+O2·CH3·+HO2·（1）链引发CH3·+O2

CH2O+OH·（2）OH·+CH4H2O+CH3·（3）链传递OH·+CH2OH2O+HCO·（4）CH20+O2HO2·+HCO·（5）链分支HCO·+O2CO+HO2·（6）HO2·+CH4H2O2+HCO·（7）链传递HO2·+CH2OH2O2+HCO·（8）OH·器壁（9）CH2O·

器壁（10）链中止本文档共104页；当前第63页；编辑于星期二\19点22分64加热法与光化法都可以使链起始，后者是指短波光线的照射引起分子离解。在矿井内，高温热源与火源加热是常见的起链方法。为了起链需要消耗一定的活化能。在甲烷气体爆炸的过程中，产生的自由基有[CH3]、[H]、[CH2O]、[OH]、[O]等，在甲烷爆炸的过程它们都是转瞬即熄中间产物，并且在这一过程中，这些中间产物增多或减少影响着爆炸过程的发展。如在含甲烷的空气中加入惰性的，吸热降温的物质，或能够同自由基结合形成分子的物质，就能起到链终止的效果，使含甲烷气体不爆炸或爆炸威力降低。如在含甲烷的空气中加入4.2%的一溴三氟甲烷CF3Br（哈龙1301）能防止甲烷爆炸，就是由于它可以捕获自由基。本文档共104页；当前第64页；编辑于星期二\19点22分652.6.2瓦斯爆炸的传播及后果1、瓦斯爆炸的传播爆炸可以分为物理性爆炸和化学性爆炸物理性爆炸：物质因状态和压力发生突然变化而形成的爆炸，如锅炉爆炸、液化气体超压爆炸等化学性爆炸：物质发生迅速的化学反应、产生高温、高压而引起的爆炸。瓦斯爆炸属于化学性爆炸。火焰锋面：在可爆炸甲烷浓度的混合气体中出现了点火源，则此气体就会在火源点被点燃形成最初火焰(人们称这一点为爆源)，在大气压条件下，该火焰厚度非常薄，仅0.1—0.01mm，它是一个燃烧带并在烷空气体中传播。燃烧速度：火焰锋面相对于未燃混合气体的传播速度叫做燃烧速度。本文档共104页；当前第65页；编辑于星期二\19点22分66瓦斯爆炸根据爆炸传播速度可分为以下三类：爆燃——传播速度为每秒数十厘米至数米，爆炸——传播速度为每秒数十米至数百米，爆轰——传播速度超过声速，可达每秒数千米。冲击波：火焰锋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，使已遭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O2，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。本文档共104页；当前第66页；编辑于星期二\19点22分672、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸时会产生三个致命的因素：火焰锋面，冲击波，井巷大气成分的变化。1）火焰锋面：火焰锋面是瓦斯爆炸时沿巷遣运动的化学反应带和烧热的气体总称。其传播速度可在宽阔的范围内变化，从数米每秒到最大的爆轰传播速度2500m／s。

火焰锋面好象沿巷道运动的活塞一样，把烷空气体收集起来并点燃。这种活塞的长度从火焰锋面最慢传播时的几十厘米到爆轰时的几十米。火焰锋面通过时，可使人的衣服被扯下，造成大面积皮肤的深度烧伤、呼吸器官甚至食道和胃的粘膜烫伤，烧坏电气设备与电缆，当电缆有电时可能引起二次性的电气火灾，引燃井巷的可燃物造成二次性灾害——火灾。

本文档共104页；当前第67页；编辑于星期二\19点22分682）冲击波在正向冲击波传播时，其波峰的压力可从数十kPa到2MPa的范围内变化：当正向冲击波叠加和反回时，可形成高达1OMPa的压力。冲击波的传播速度不可能低于音速。如果爆炸减弱，则冲击波就转变为声波。正向、反向和斜向冲击波通过时会引起：人体的创伤，在大多数情况下这些创伤具有综合和多样的特征，如创伤和烧伤综合，这给急救造成困难，需要细心护理，移动，翻倒和破坏电气设备、机械设备，甚至可能发生二次性着火，破坏支架、堵塞巷遭、引起冒顶，破坏通风设施与通风系统，这不仅会扩大灾情，而且会使抢险救灾、救人困难化复杂化。本文档共104页；当前第68页；编辑于星期二\19点22分693）井巷大气成分的变化

瓦斯爆炸时矿井大气成分会发生下列变化：氧浓度下降，产生有毒有害气体，形成爆炸性气体。在数量上的变化与参加爆炸的可燃组分及其浓度有关例如甲烷是一种物理性质与化学性质固定的气体，它的每一浓度对应着一定的气体产物。瓦斯与煤尘爆炸的最终产物的大概组成下表。上述三个有害因素的可比危险程度首先与它们的波及范围大小有关，火焰锋面(爆燃与爆炸)的传播范围较小，一般为数十米到数百米，只在极少的情况下达到几千米，冲击波(爆轰)的传播范围就大得多，一般为几千米，有时甚至波及到地面。爆炸产物的波及范围与通风系统、通风风量以及爆炸时对通风系统破坏情况等有关，爆炸产物的运动，在冲击波消失和火焰锋面停止后继续随风流进行，因此甲烷和煤尘爆炸的最大危险性在于矿井大气成分的改变，它在大多数情况下造成严重的后果。本文档共104页；当前第69页；编辑于星期二\19点22分70矿井大气成分变化甲烷煤尘甲烷和煤尘共同参与爆炸时的浓度爆炸下限最佳爆炸浓度爆炸上限爆炸下限最佳爆炸浓度爆炸上限残余氧浓度（％）16～18625～162～53～80CO（％）－微量121～24～82～7<16CO2（％）微量9微量5～106～94～8<12水蒸汽（％）10<16<48～1612～206～10<24H2（％）－微量120～11～50～5<16甲烷及其同系物－－－0～22～50～3<5本文档共104页；当前第70页；编辑于星期二\19点22分712.6.3煤矿爆炸性气体的安全技术参数

1、爆炸极限爆炸性气体与空气混合，只在某些浓度范围之内才可能爆炸。可能产生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度为上限。上、下爆炸极限常用气体与空气混合的体积百分比浓度表示。这些值是在混合气体的压力为101.3kPa，温度为20℃时测定的。这时甲烷的爆炸上限是15%，下限是5%。在100℃以下的环境温度时，爆炸极限与混合气体的温度无关；在100℃以上时，随爆炸地点温度增加，下限下降，上限上升，就是爆炸范围扩大。本文档共104页；当前第71页；编辑于星期二\19点22分72随着混合气体中氧气浓度的降低，甲烷爆炸范围缩小，爆炸下限几乎保持不变，而爆炸上限下降较大；当氧浓度降至极限值(即失爆氧浓度10％左右)时，爆炸上、下限重合在一点(5％CH4)，见图2—34。我们将BCE区域称作爆炸三角形。它对封闭或启封火区以及在密闭区内灭火时，判断火区有无瓦斯爆炸危险，以及采用惰气灭火时判断瓦斯爆炸危险的变化趋势具有指导意义。例如，封闭火区过程中，由于切断了向火区的供风，火区内的瓦斯浓度将逐渐增加，如果没有惰气混入，那么甲烷浓度与氧浓度所决定的座标点落入BCE区内时，遇火便会发生瓦斯爆炸。本文档共104页；当前第72页；编辑于星期二\19点22分73惰化过程：用不同的惰性气体(N2，CO2)充入采空区，与烷—空气体混合，使烷—空气体的爆炸范围减小的过程。这时爆炸地点的失爆氧浓度是不同的(N2：2.47%；CO2：12.32%)。与氮气相比，二氧化碳的惰化效果良好，因为CO2的失爆氧浓度比N2高2.5～3%。因此，用CO2作为惰化气时，其用量要比N2节省10％以上。但是不少矿区由于当地有廉价的液氮来源，所以实际上用N2惰化火区的矿井还是比较多的。2、最低点燃温度取少量被测定气体试样放进爱伦迈尔烧瓶中，把烧瓶放在电炉上加热，改变瓶壁温度和气体浓度，用一系列测定试验找出使气样直接发生燃烧的瓶壁最低温度，这个温度称为该气体的自燃温度(气样的测试环境压力为101.3kPa)，亦即最低点燃温度。本文档共104页；当前第73页；编辑于星期二\19点22分74

最低点燃温度是重要的安全技术参数之一。它不仅可以决定在什么样的爆炸混合气体内，使用什么型式的防爆电器设备，而且还可以决定矿井里其它设备的允许温升。甲烷的最低点燃温度是595℃，在含有甲烷的环境下，设备的温升必须远低于此值。3、最大爆炸压力最大爆炸压力是衡量物质特性的一种参数，可以判断它的爆炸危险性的大小。最大爆炸压力是指在一个5L的密闭容器内，改变可燃气体的浓度，进行一系列爆炸试验，测得爆炸压力的极大值(环境压力为101.3kPa，温度为20℃)。

井下发生瓦斯爆炸，是在长度很大的巷道中进行的，可能会出现更高的压力。本文档共104页；当前第74页；编辑于星期二\19点22分75

爆炸压力是由于爆炸时产生的高温引起的。当甲烷浓度为2.5％时，在自由空间可测得1850℃或在密闭空间达到2150～2650℃的瞬时高温，相应的爆炸压力为700～1000kPa。

4、最小点燃能量点燃爆炸性混合气体所需的最小能量是另一重要参数。它是在空气中可燃性组分处于最易点燃浓度时所需的最低点燃能量。它与引火源的种类有关。用电火花点燃与用加热体点燃其数值是不同的。通过调节放电电路中电容的大小以及电极间的距离和电极的形状，在环境压力为101.3kPa和温度为20℃时，测定最易点燃的混合气体刚刚能够点燃的能量为最小点燃能量。甲烷的最小点燃能量为0.28mJ。本文档共104页；当前第75页；编辑于星期二\19点22分76

安全火花型电气设备通过限制电路的参数，使之在电路切换时放电的能量低于工作环境中可燃气体的最小点燃能量。这种设备适用于一切有爆炸危险的矿井。这是矿井弱电系统防爆技术的发展方向。5、火焰蔓延极限宽度(最大不传爆间隙)在爆炸危险环境中工作的设备上存在火源时(例如电路开关火花等)，必须在火源外围加上一个隔爆外壳。爆炸混合气体在壳内爆炸时，能可靠地防止火焰蔓延到壳外，以防引起壳外的瓦斯爆炸。壳体采用固定间隙长度结构，并保证间隙的宽度小于火焰蔓延极限宽度。它还用于各种危险物质爆炸级别的分类。最大允许不传爆间隙在隔爆电气设备设计加工以及使用时非常重要。只有保证间隙的宽度小于最大不传爆宽度，才能保证设备的隔爆性能。

本文档共104页；当前第76页；编辑于星期二\19点22分772.6.4煤矿井下瓦斯爆炸原因分析

必要条件：甲烷的浓度超过爆炸下限(即形成瓦斯积存)，氧的浓度不低于12％；具有超过最小点燃能量、长于感应期和高于甲烷最低点燃温度的点火源。1、瓦斯积聚：煤矿中有各种各样的瓦斯源，它们主要处于掘进和回采工作面附近。瓦斯源的所在地甲烷易于积存，危险性大。我国掘进工作面的瓦斯爆炸占总爆炸次数的46.9％，回采工作面占42.2％，其它仅占3.3％。在这些爆炸中，产生积聚瓦斯的直接原主要还是通风不正常。2、引火源：井下瓦斯爆炸的引火源很多。各种明火、煤炭和可燃物的自燃、电线短路、过载电流，电弧，电火花，灯泡破坏时赤热灯丝、摩擦或冲击火花、静电火花，炸药爆破火焰、赤热产物(气体与粒子)、冲击波压缩热等。本文档共104页；当前第77页；编辑于星期二\19点22分78

炮采炮掘为主的矿井，爆破热源引燃瓦斯的百分比可以增加到40％以上。随着井下机械化程度的提高，使用电气设备的数量、种类和功率越来越大，因电气设备电火花和机械摩擦火花引燃的事故百分比增加到50％以上。井下岩石与岩石，岩石与金属，金属与金属撞击或摩擦产生的火花都可能引燃瓦斯。如截煤机截齿与坚硬顶板和坚硬硫化铁结核的碰撞，都可能引起火化。此外，皮带摩擦起火，高分子材料产品发生的静电火花，及漏电形成的杂散电流火花都有可能引爆瓦斯。本文档共104页；当前第78页；编辑于星期二\19点22分793、思想麻痹、管理松懈及违章作业国内外的事故统计表明，思想麻痹、管理松懈、违章指挥、违章作业，违犯劳动纪律、作业前后不检查瓦斯浓度或‘漏检”等是发生事故的重要因素。例如有的矿井，在瓦斯涌出量很小的区域甚至在平常几乎都检查不出瓦斯存在的地点却发生了爆炸，就是这种原因所致。本文档共104页；当前第79页；编辑于星期二\19点22分802.6.5预防瓦斯爆炸技术措施1、防止瓦斯积聚的措施

所谓瓦斯积聚是指局部瓦斯浓度超过2％，其体积超过0.5m3的现象。a搞好通风b及时安全地处理积聚瓦斯c分源治理瓦斯d严格井下瓦斯浓度的检查与检测2、防止瓦斯引燃措施

防止瓦斯引燃的措施是严禁和杜绝一切火源，严格管理和控制生产中可能发生的火、热源，防止它的产生或限制其引燃瓦斯的能力。本文档共104页；当前第80页；编辑于星期二\19点22分813、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施a

编制预防和处理瓦斯爆炸事故计划。使矿工熟悉这个计划，掌握预防瓦斯的基本知识和有关的规章制度。b实行分区通风。各水平、各采区都必须布置单独的回风道，回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。这样一条通风系统的破坏将不致影响其它区域。c通风系统力求简单。入风流与回风流的布置应保证当发生瓦斯爆炸时不会发生短路。不用的巷道都要及时封闭。

d装有主扇的出风井口，应安装防爆门，防止爆炸波冲毁扇风机，影响救灾与恢复通风。

e各回采面、采区，各翼均有隔爆措施。

f设立避灾峒室，配带自救器。

本文档共104页；当前第81页；编辑于星期二\19点22分822.7矿井瓦斯检测及监测检测瓦斯浓度是预防瓦斯事故的前提，也是研究瓦斯涌出规律和评价预防瓦斯措施效果的基本依据。煤矿检测瓦斯的方法有以下三种方式：1）实验室分析。从井下采取气样，在地面实验室使用气体分析仪、气相色谱仪进行定量分析。这种方法精度高，但操作复杂，时间较长，一般用于精密度要求高的场合，2）便携式仪器分析。便携式测定仪器在井下现场就地检测，操作简易，当时就可知道结果，以满足生产要求。但精度稍差。3）瓦斯监测。可以自动连续地的遥测或监测工作面的瓦斯浓度，并且自动记录，超限报警与控制断电、供风等。测定精度稍差，它可以得到系统的瓦斯浓度动态资料，用于遥测、监测、自动控制场合，是瓦斯检测发展的技术方向。2）本文档共104页；当前第82页；编辑于星期二\19点22分832.7.1我国煤矿现在使用的便携式瓦斯检测仪表

1.光学瓦斯检定器1）结构

本文档共104页；当前第83页；编辑于星期二\19点22分842)原理检定器根据光干涉原理制成。它的光学系统如图。灯泡1发出的一束白光，经光栅2和透镜3射到平行平面镜4。平行平面镜使光束分成两路：一路自平面镜的a点反射，经右空气室、大三棱镜和左空气室回到平行平面镜，再经镜底反射到镜面的b点；另一路光在a点折射进入平行平面镜镜底，经镜底反射、镜面折射，往返通过瓦斯室也到达平面镜，于b点反射后与第一束光一同进入三棱镜，再经90°反射进入望远镜。由于这两束光存在光程(光线通过的路程及其介质的折射率的乘积)差，本文档共104页；当前第84页；编辑于星期二\19点22分85在望远镜7的焦平面上就产生了白色光特有的干涉条纹。条纹中有两条黑纹和若干条彩纹。条纹经过测微玻璃8，分划板9，场镜10到达目镜11。光通过气体介质的折射率与气体的密度有关。如果以空气室和瓦斯室都充入同样密度新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当瓦斯室充入含有瓦斯的空气时，由于气体密度的不同，引起折射率的变化，光程也就随之发生变化，于是干涉条纹产生位移，位移量的大小与瓦斯浓度的高低呈线性关系。所以根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。同理，如果瓦斯室内的气体压力与温度发生变化，气体折射率也要发生变化，干涉条纹同样产生位移，所以在仪器的空气室上附加了一盘铜制的毛细管，由于它的快速导热特性，及沟通空气室与测定环境的气压，以消除这一影响。本文档共104页；当前第85页；编辑于星期二\19点22分862．瓦斯检定灯1815年发明瓦斯检定灯，直到本世纪四十年代它一直是煤矿主要使用的瓦斯检测装置，它还可以显示出空气中CO2浓度和氧浓度降低的情况。1)构造如图所示。本文档共104页；当前第86页；编辑于星期二\19点22分872)原理当空气中的瓦斯浓度低于爆炸下限时，进入检定灯内的瓦斯就在灯焰上燃烧，形成淡兰色的第二火焰(一般称为焰冠)。瓦斯浓度越大(但不能大于爆炸下限)，淡兰色的火焰越高，因此，根据火焰高度能判断瓦斯浓度的大小。瓦斯检定灯的火焰是在双层金属网内燃烧的，即使网内发生瓦斯爆炸，由于金属网的良好散热作用，以及链式反应的活化中心与密集的网丝碰撞而失去能量，就不会引起网外瓦斯的爆炸，所以它是安全的。但如网罩破损、烧红、网罩将失去隔爆炸用，故使用时要特别小心谨慎。本文档共104页；当前第87页；编辑于星期二\19点22分883）使用方法(1)检查瓦斯时，必须先用正常火焰(焰长约25mm)进行。如若出现火焰发暗、伸长、摆动等现象，表明瓦斯浓度超过4%，必须立即停止检查。如果正常火焰无变化或变化很小，则将灯芯慢慢拧低到黄色火焰消失，根据淡兰色火焰的高度确定瓦斯的浓度。(2)检查二氧化碳时，必须用正常火焰，将灯由上向下移动。二氧化碳浓度为1％时，火焰开始发暗，3～4%时，火焰逐渐缩小而熄灭。当空气中的氧浓度降低到19%时，灯焰减为原来的三分之一，17%时，灯即熄灭，应立即撤出人员。瓦斯检定灯构造简单，使用方便，但测量范围小，精度较低。本文档共104页；当前第88页；编辑于星期二\19点22分893．热效式瓦斯检定器检定器的电桥电路由R1、R2、R3、R4等电阻元件组成。其中R1是工作元件，R2是补偿元件，R3和R4的电阻相同。电桥供电后，无瓦斯时，电桥静态平衡，即R1/R2＝R3/R4，对角电路中无电压输出。R1与R2都是由同样的铂丝绕成螺卷形，外表都涂上一层白色的Al2O3多孔粉末，称为载体。但工作元件R1上涂了一层催化剂(钯)变成黑色，称为黑元件。有瓦斯时，检测气室中的黑元件表面将产生瓦斯的无焰燃烧(温度仅420℃)，黑元件的温度升高，电阻增大。而白元件上无催化剂，仅起补偿平衡的作用。这时电桥的平衡破坏，R1/R2>R3/R4，对角电路有电压输出。在沼气浓度≤4％的范围内，电桥输出电压Vs随瓦斯浓度的增加呈正比增大。本文档共104页；当前第89页；编辑于星期二\19点22分90本文档共104页；当前第90页；编辑于星期二\19点22分91采用催化燃烧热效原理的检定仪器，测定低浓度瓦斯时，精度较高，输出的电压信号较大，不受其它可燃气体和灰尘存在的影响，信号处理和显示较简便、直观、易于超限报警、遥测和自动化。应用越来越广泛，现在成为各主要产煤国最主要的便携、警报、遥测和监测仪器。本文档共104页；当前第91页；编辑于星期二\19点22分922.7.2瓦斯自动监测监控系统(瓦斯遥测警报仪)瓦斯遥测警报仪是沼气警报器的进—步发展。如重庆煤矿安全仪器厂产的AYJ一1型瓦斯遥测警报仪是国内应用较广的产品。它可以长期、连续对井下五个测点的瓦斯浓度进行集中遥测和监视。当测点的瓦斯浓度超过规定值时，仪器分别在井下和井上发出声和光的警报信号。如果需要也可以切断工作面和本机的电源。地面接收机还配有自动记录仪。瓦斯自动监测监控系统是一种监视井下沼气动态、研究沼气涌出规律、防治沼气灾害与实现矿井自动化的重要工具。本文档共104页；当前第92页；编辑于星期二\19点22分93当瓦斯进入探头，在载体催化元件表面进行无焰燃烧时，由电桥对角电路输出直流电压信号。该信号经电缆输给主机，在主机表头上指示出相应的瓦斯浓度。同时，被放大了的直流电压信号送至主机内发送机，由电压／频率转换器变成一个个低频脉冲信号，瓦斯浓度越高，低频脉冲的个数也越多。这些方波脉冲信号调制在载波上，经过功率放大器放大后，由输出电路经井下到地面的电话线传输到地面的接收机。本文档共104页；当前第93页；编辑于星期二\19点22分94本文档共104页；当前第94页；编辑于星期二\19点22分95

接收机收到调制波信号后，把低频脉冲信号检出，由频率/电压转换器还原成直流电压信号，在显示表头上指示出对应的瓦斯浓度。当瓦斯浓度达到报警点时，报警开关电路动作，接通声光电路，井下、井上同时发出声、光报警。当瓦斯浓度达到断电点时，断电开关电路动作，切断工作面电源或本机电源。井下五台主机的信号，按不同的载波频率经过同一条电话线传送到地面，接收机分别对其接收，可以实现五路同时传输。AYJ一1型的供电电源为井上、井下分别供电。当井下测点