矿井瓦斯综合治理

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1、矿井瓦斯综合治理主讲:田坤能源工程系陕西能源职业技术学院2010年2月1主要内容 1 1 矿井瓦斯基础理论 矿井瓦斯基础理论 3 3 矿井瓦斯爆炸矿井瓦斯爆炸 4 4 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 5 5 煤矿瓦斯抽放 煤矿瓦斯抽放 2 2 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测21 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.1 矿井瓦斯概论矿井瓦斯概念井下有害气 体的总称广 义专指甲烷 狭义31 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.2 矿井瓦斯来源矿井瓦斯来源煤、岩层 和地下水释放 出来的天然气 。化学及生 物化学作用产 生的。如坑木腐 烂

2、、煤氧化的 气态产物。煤炭生 产过程中产 生的。如井下 作、比人员 呼吸、火药 爆破、充电 等。41 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.3 矿井瓦斯性质瓦斯性质甲烷 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甲烷 氢气爆炸性51 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.4 煤矿常见有害气体最高允许浓度61 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.5 煤矿常见气体危害71 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.1 瓦斯的来源与性质q1.1.5 煤矿常见气体危害81

3、矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 2 煤层瓦斯生成及分带q1.2.1 瓦斯成因瓦 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。 9q1.2.2 煤层瓦斯垂向分带各带气体组分1 矿井

4、瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 2 煤层瓦斯生成及分带101 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 3 煤层瓦斯赋存q1.3.1 瓦斯在煤体内存在状态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。11q1.4.1 煤的吸附能力主要影响因素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

5、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1 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 4 煤的吸附性质12q1.4.2 煤层瓦斯含量主要决定因素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

6、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。1 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 4 煤的吸附性质131 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦斯涌出q1.5. 1 矿井瓦斯涌出方式矿井瓦斯涌出方式特殊涌

7、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，瓦斯由煤体、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。14q1.5.2 矿井瓦斯涌出量主要影响因素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

8、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1 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1.

9、5 矿井瓦斯涌出15q1.5.3 矿井瓦斯等级划分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40 m3/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低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于 1010m m3 3/t/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作 面）为高瓦斯区，该区

10、按高瓦斯矿井管理。面）为高瓦斯区，该区按高瓦斯矿井管理。1 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 5 矿井瓦斯涌出16q1.5.4 矿井瓦斯等级鉴定1 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 5 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。

11、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。171 矿井瓦斯基础理论矿井瓦斯基础理论 1. 6 矿井瓦斯的危害q1.6.1 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515%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

12、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 2530倍， 时效长达100 150年之久 。 182 瓦斯涌出量预测技术q预测方法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

13、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。19q 2.1 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：2 瓦斯涌出量预测技术 2.1 矿山统计法20q 2.1 矿山统计法 （2） 瓦斯测定资料统计分析式中：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

14、/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)。2 瓦斯涌出量预测技术 2.1 矿山统计法21q 2.1 矿山统计法 （3） 使用条件及要点 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。 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； 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。 在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量

15、，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 。 应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100200m，沿煤 层倾斜方向不超过600m。 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。2 瓦斯涌出量预测技术 2.1 矿山统计法222 瓦斯涌出量预测技术 2.2 分源预测法q 2.2 分源预测法 2.2.1 矿井瓦斯涌出的源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。23q 2.2 分源预测法 2.2.2 计算方法（1） 开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算： 厚煤层分层开采时按下式计算： （2） 邻近层瓦斯涌出量2 瓦斯涌出量预测技术 2.2 分源预测法24q 2.2 分源预测法 2.2.2 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2 瓦斯涌出量预测技术 2.2 分源预测法25q 2.2 分源预测法 2.2.2 计算方法（7） 生产采区瓦斯涌出量 （8） 矿井瓦