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1、矿井瓦斯防治技术目录第一章 瓦斯的生成与赋存 31.1 瓦斯的概念与性质 31.2 煤矿瓦斯的生成 71.3 煤层瓦斯赋存 91 .4 煤的隙特征 101 .5 煤层瓦斯的赋存 121 .6 煤层瓦斯的含量及其影响因素 15第二章 瓦斯的涌出 202 .1煤层瓦斯流动的基本规律 202.2瓦斯涌出量及其主要影响因素 232.3矿井瓦斯等级及其鉴定 282.4矿井瓦斯涌出量预测 30第三章 瓦斯的爆炸 313.1 概述 313.2 矿井瓦斯爆炸及作用机理 323.3 瓦斯爆炸的传播及其后果 333.4 煤矿爆炸性气体的安全技术参数 353.5 煤矿瓦斯爆炸原因分析 363.6 预防瓦斯爆炸的技术
2、措施 38第四章 瓦斯的喷出与突出. 394、1煤(岩)与瓦斯突出概况 394、2矿井瓦斯突出的分类及其一般规律 404、3煤与瓦斯突出机理 44第五章 瓦斯的抽放 565、1煤层瓦斯抽放技术及方法 555、2本煤层瓦斯抽放 595、3邻近层瓦斯抽放 635、4采空区瓦斯抽放 655、5提高瓦斯抽放率的技术途径 675、6矿井瓦斯抽放管理 68第六章 矿井瓦斯监测技术 71附录一：参考书目 73第一章 煤层瓦斯的赋存与含量1 1 瓦斯的概念与性质1.1瓦斯的概念 广义的矿井瓦斯是指并下有害气体的总称。主要由煤层气构成的以甲烷为主。在成煤的过程中生成的瓦斯是古植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质
3、经厌氧菌的作用分解而成。它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。另外，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。狭义的矿并瓦斯是甲烷。这些不同成因的气体，具有不同组成成分和性质。从安全的观点看，居于可燃可爆炸的气体有甲烷及其同系物烷烃、环烷烃、芳香烃等等；属于有毒的气体有H2S、SO2、CO、NH3，、NO2、No等等；属于窒息性气体有N 2，cH4、CO：与H 2；属于放射性的气体有氢气。矿并瓦斯各组分在数量上的差别是很大的，煤矿大部分瓦斯来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主，见表11，它构成威胁矿工矿井安全的主要危险，所以在煤矿狭义的矿并瓦斯是甲烷。瓦斯一
4、般它包括四类来源，第一来源是在煤层与围省内赋存并能诵入到矿井的气体；第二来源是矿井生产过程中生成的气体，例如放炮时产生的炮烟，内燃机运行时排放的废气，充电过程生成的氢气等等；第三来源是井下空气与煤、岩、矿物、支架和其它材科之间的化学或生物化学反应生成的气体等；第四来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡(Rn)及惰性气体氦(He)。在第一来源中主要是有机质在煤化过程中生成并赋存于煤(岩)中的气体，统称为有机源气体，在有火成岩侵入或碳酸盐受热分解生成的C02经断层侵入的煤田，还有无机源气体。(参考 俞启香 1990 矿井瓦斯防治 中国矿业大学出版社)1.2甲烷的性质甲烷的理化
5、常数: 国标编号 21007 CAS号 74-82-8 中文名称 甲烷 英文名称 methane；Marsh gas 别 名 沼气 分子式 CH4 外观与性状 无色无臭气体 分子量 16.04 蒸汽压 53.32kPa/-168.8 闪点：-188 熔 点 -182.5 沸点：-161.5 溶解性 微溶于水，溶于醇、乙醚 密 度 相对密度(水=1)0.42(-164)；相对密度(空气=1)0.55 稳定性 稳定 危险标记 4(易燃液体) 主要用途 用作燃料和用于炭黑、氢、乙炔、甲醛等的制造 物理性质：甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体。它是极难溶于水的可燃性气体。它对人呼吸的影响同氮
6、相似，可使人窒息。例如，由于甲烷的存在冲淡了空气中的氧，当下烷浓度为43时，空气中相应的氧浓度即降到12，人感到呼吸非常短促；当甲烷浓度在空气中达57时，相应的氧浓度被冲淡到9，人即刻处于昏迷状态，有死亡危险。化学性质：化学性质相当稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂（如KMnO4）等一般不起反应。在适当条件下会发生氧化、热解及卤代等反应。甲烷分子直径o41nm，甲烷分子是正四面体空间构型，其扩散速度是空气的134倍，它会很快地扩散到巷道空间。平烷的密度为o716kgm3(标准状况下)，为空气密度的o554倍。甲烷在巷道断面内的分布取决于该巷有无瓦斯涌出源。在自然条件下，由于甲烷在空气中表现强扩散性，
7、所以它一经与空气均匀混合，就不会因其比重较空气轻而上浮、聚积，所以当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲烷的浓度是均匀分布的；当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈不均匀分布。在有瓦斯涌出的侧壁附近甲烷的浓度高，有时见到在巷道顶板、日落区顶部积存瓦斯，这并不是由于甲烷的密度比空气小，而是说明这里的顶部有瓦斯(源)在涌出。甲烷的化学性质不活泼。微溶于水，在10I3kPa条件下，当温度20时100L水可镕3.31L。 0时可溶解556L甲烷。1.3作用甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、坑气及煤气的主要成分之一。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及文字甲醛等物质的原料。1.4对环境的影响: 一、健康
8、危害 侵入途径：吸入。 健康危害：甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、运动失调。若不及时脱离，可致窒息死亡。皮肤接触液化本品，可致冻伤。 二、毒理学资料及环境行为 毒性：属微毒类。允许气体安全地扩散到大气中或当作燃料使用。有单纯性窒息作用，在高浓度时因缺氧窒息而引起中毒。急性毒性：小鼠吸入42%浓度60分钟，麻醉作用；兔吸入42%浓度60分钟，麻醉作用。 危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧
9、及其它强氧化剂接触剧烈反应。 燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳。 1.5煤层瓦斯危害：1.5.1矿井瓦斯爆炸危害矿力：发生瓦斯爆氓不仅毁坏井下巷道设施设备，还危及井下职工的生命安全。在我国煤矿发生的重大灾难性事故中，70左右是瓦斯煤尘爆炸所致。因此，矿井井瓦斯爆炸的危害是相当严重的。 矿井瓦斯爆炸的危害具体表现在以下方面：(1) 爆炸后产生高温。在井巷条件下， 瓦斯爆炸后产生的瞬间高温可达I 8502650度。这种高温虽然存在时间不长但足以造成人员烧伤和矿井火灾；(z)爆炸后产生高压。瓦斯爆炸后产生的高温促使产生态K， 瓦斯爆炸后产生的高压nJ达爆炸前的72I o2倍：(3)爆炸后产生冲击
10、被。瓦斯爆炸后，爆炸产生的高温、高压气体会由爆炸点，以每秒数百米甚至上千米的速度向外冲九这种冲击可报毁巷道设施设备，扬起巷适中沉积舱煤尘f使之参与爆炸，同的也是造成人员伤亡的重要原因：(4)爆炸后产生有毒有害气体，特别是产生大量的剧毒一氧化碳。瓦斯爆炸后一氧化碳浓度一般可达24%，有煤尘参与爆炸时一氧化碳的浓度会更高，这是瓦斯娱炸造成大量人员伤亡的主要原因 瓦斯本身是不会自己燃烧和爆炸的，瓦斯到一定的浓度遇火点燃就能爆炸，经过试验证明，当瓦斯浓度小于56%，迟到火源肘，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会旗炽瓦斯浓度在56到1416时，遇到大源具有爆炸仪所以56%瓦斯浓度称为瓦斯爆炸下界限，1416瓦
11、斯浓度称为瓦斯悠炸上界限。瓦斯浓度由56到95爆炸威力逐渐增论瓦斯浓度由95%到1416爆炸威力又逐渐减弱瓦斯浓度在95%时爆炸力最强。这是因为瓦斯浓度小于56%，有一部分氧气没有参加反应当瓦斯浓度大于1416时，一部分瓦斯没参加反应只有瓦斯浓度在95时，氧气和瓦斯全部参加了反应，所以爆炸威力最强。瓦斯燃烧或爆炸浓度的界限，并不是固定不变的，实际并下空气中混有飞扬的煤尘和其它可燃烧的气体例如空气中每立方米有10、12毫克的煤尘时，瓦斯浓度达到4退大就 会爆炸。所以瓦斯燃烧或爆炸的界限是变化的。1.5.2井下瓦斯燃烧当瓦斯浓度大于1416%时，一般不爆炸，但遇火能自行平静地燃烧。瓦斯浓度达到一定
12、程度，也不是遇到任何温度的火源都会燃烧或爆炸的，而是火源要达到一定温度，瓦斯才会燃烧或爆炸。小于这个温度，瓦斯是不会燃烧或爆炸的，通常把这个温度叫作克斯的引火温度。试验表明一般瓦斯的引火温度为650750度，但由于瓦斯浓度的不同，引火温度也有差异，瓦斯浓度在78%时最容易引溉不问瓦斯浓度的引火温度见表。 表1-2不同瓦斯浓度的引火温度空气中瓦斯浓度含量16%时，瓦斯的燃烧方式为扩散燃烧。空气中瓦斯浓度含量5%时，瓦斯的燃烧方式为附着式燃烧。1.5.3井下瓦斯窒息 瓦斯矿井在生产过程中，要连续不断地放出瓦斯，这些瓦斯主要靠通风的方洗由风流排出井巷和工作风排出矿井如果井巷、工作面一旦停风或不通风瓦斯排不出众就必然形成家集。瓦斯大的矿井瓦斯聚集化瓦斯小的矿井聚集设。有的矿井几分钟内既能达到很高的浓跃有的搏鲜几天、儿月，甚至几年才能聚集到高浓度瓦斯聚集只有快设之分，但无聚集与不聚集的问题。只要停风、无凡瓦斯聚集是必然的，这是瓦斯聚集的客观规律。瓦斯聚集的这一规律说明，不检查瓦斯就随意进入不通风或停风的巷道是危险的瓦斯虽然无氛但井巷空气中瓦斯聚集达到很高浓度时会使氧气的浓度大大下除一旦人员进入团缺氧而造成窒息事故。1.5.4矿井瓦斯喷出与突出在正常情况下，瓦斯从煤层里放放出农的速度是
