好啊网：矿井瓦斯防治

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1、矿井瓦斯防治技术,朱建芳,主要内容,矿井瓦斯基础知识 防治技术 通风系统 瓦斯爆炸 煤与瓦斯突出,1.矿井瓦斯基础知识 2.瓦斯爆炸及其防治 3.煤与瓦斯突出及其防治 4.矿井瓦斯抽放 5.瓦斯事故,一、矿井瓦斯 广义：指井下有毒、有害气体（包括CH4、重烃CnHm、H2、CO、CO2、NO、NO2、SO2、H2S、惰性气体等）的总称。 侠义：专指CH4。,第一章 矿井瓦斯基础知识,二、井下有害气体的来源 1、煤层及围岩内赋存并涌入矿井的气体。 2、矿井生产过程中生成的气体（放炮等作业）。 3、空气与煤、木材、其他材料之间缓慢化学反应生成的气体。 4、放射性物质蜕变过程中生成的或地下水放出的放

2、射性惰性气体，主要是氡Rn和氦He。,三、瓦斯的生成过程 矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生产物。古代植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青质，同时生成瓦斯； 此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时继续有大量瓦斯伴随生成。 瓦斯的生成和煤的形成同时进行且贯穿于整个成煤过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成的断裂和裂隙,部分瓦斯逸散到大气中去,另一部分则被保存在煤体和围岩之中。,四、煤体储存瓦斯的原因 煤体之所以能够保存一定数量的瓦斯，主要与煤的结构状态有密切关系。 煤是一种复杂的孔隙性介质

3、，有着十分发达的、大小不同的孔隙和裂隙，具有巨大的自由空间和孔隙内表面积(煤体孔隙的内表面积，可达150200m2/g)。因此，成煤过程中生成的瓦斯就能以不同状态存在于这些裂隙和孔隙内。,五、瓦斯在煤层中的赋存状态 1、游离态：游离瓦斯可以自由运动或从煤(岩)层的裂隙中散放出来,因此表现出一定压力。煤体内游离瓦斯的多少取决于储存空间的容积、瓦斯压力及围岩温度（成反比）等因素。,1游离瓦斯2吸着瓦斯3吸收瓦斯,2、吸附状态(也称结合状态) 按其结合形式的不同，又分为吸着和吸收2种状态。 吸着状态：瓦斯气体分子被煤粒固体碳分子吸引，而被吸着在煤体孔隙的表面上所呈现的状态。其形成一层很薄的吸附层。

4、吸收状态：瓦斯分子在较高压力作用下，渗入煤体胶粒结构内部与煤分子结合而呈现的一种状态，其类似气体溶解于液体的现象。吸附状态存在的瓦斯量的多少，取决于煤的孔隙结构特点、炭化程度、瓦斯压力、温度等。,3、瓦斯赋存状态的转变 游离状态与吸附状态的瓦斯并不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态。当条件发生变化，这一平衡就会遭到破坏。 在压力降低、温度升高或煤体结构受到破坏时，部分吸附状态的瓦斯就转化为游离状态，这种现象叫解吸； 反之，当压力增大或温度降低时，部分游离的瓦斯也会转化为吸附状态。这种现象叫吸附。,六、瓦斯的性质 1、无色、无味、无臭、无毒、可以燃烧和爆炸的气体。 2、密度为0.7168

5、Kkg/m3，比空气轻，相对密度为0.554，故常积聚在巷道的顶部、上山掘进面及顶板冒落空洞中。 3、微溶于水，在20、1atm条件下,溶解度为3.5L/100L水。 4、扩散性很强，扩散速度是空气的1.34倍，会很快的在空气中扩散。 5、本身无毒，浓度较高时会降低空气中的氧气浓度，使人窒息。人误入高浓度瓦斯的盲巷中会发生死亡事故，当瓦斯浓度达到43%时，氧的浓度就会被冲淡到12%,人就会感到呼吸困难；当瓦斯浓度达到57%时，氧气浓度就会降到9%,这时人若误入其中，短时间就会因缺氧窒息而死。 6、不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇到高温火焰时能够燃烧或爆炸。,矿井瓦斯的危害,窒息 燃烧 爆

6、炸 突出,七、煤层瓦斯含量及其表示方法 1、瓦斯含量是指煤层或岩层在天然条件下，单位体积或质量煤体中含有的瓦斯量。一般用m3/t表示其大小，即1t煤中所含瓦斯的立方米数。 2、煤体从植物遗体到无烟煤的变质过程中，每t煤至少生成100m3以上的瓦斯，但保存在天然煤层中的瓦斯一般不超过50m3/t。 3、煤层瓦斯包括游离瓦斯和吸附瓦斯2部分，其中游离瓦斯约占10%20%，吸附瓦斯约占90%80%。,4、影响煤层瓦斯含量的主要因素 1）煤的变质程度 一般说来，煤的变质程度越高，成煤过程中生成并保存下来的瓦斯量越大，因而煤层瓦斯含量也越大。 2）围岩的性质 如果煤层的围岩，特别是顶板岩层致密而完整，煤

7、层中的瓦斯就容易破保存下来，瓦斯含量就较高；反之，瓦斯容易逸散，煤层瓦斯含量就较低。通常泥岩、页岩、砂页岩、粉砂岩和致室的灰岩等透气性差，易于形成高瓦斯压力，瓦斯含量大； 若地层中岩石以中砂岩、粗砂岩、砾岩和裂隙或溶洞发育的灰岩为主时，其透气性好，煤层瓦斯含量小。,3）煤层赋存条件 一般情况下，煤层埋藏越深，煤层瓦斯越难通过深厚的覆盖地层散入大气，其瓦斯含量就越高，反之则低。煤层内的瓦斯含量一般随着深度的增加而逐渐增大。另外，倾角小的煤层在相同深度及相同地质条件下，往往比倾角大的煤层瓦斯含量高。 4）水文地质条件 煤层中有较大的含水缝隙或有地下水通过时，尽管瓦斯在水中的溶解度很小，但在长期的作

8、用下，水仍能从煤层中带走大量瓦斯，从而降低煤层的瓦斯含量。,5）地质构造 （1）地质构造，特别是断层，往往是造成同一煤田的瓦斯含量分布不均衡的主要原因。 开放性断层是煤层与地表相联的通道，有利于瓦斯的释放，因而开放性断层发育的煤层，其瓦斯含量就较小； 封闭性断层可以割断煤层与地表的联系，是瓦斯向地表流动的屏障，因而封闭性断层发育的煤层，其瓦斯含量就较大。 （2）煤田内褶曲构造(包括背斜和向斜)轴部的瓦斯含量较其它地区会增大或减小。 （3）火成岩侵入体附近，煤的变质程度增高，瓦斯含量可能会增大。,八、矿井瓦斯涌出及其涌出形式 1、涌出形式 1）普通涌出 即瓦斯从采落的煤炭及煤层、岩层的暴露面上，

9、通过细小的孔隙缓慢而长时间的放出。首先是游离瓦斯，而后是部分解吸的吸附瓦斯。 普通涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式，不仅范围广，而且数量大。 2）特殊涌出 采掘时，煤层或岩层中的瓦斯在极短的时间内，突然的、大量的涌出,并伴有煤粉、煤块或岩石的现象。 瓦斯特殊涌出的范围是局部的、短暂的、突发性的，但其危害极大。,2、矿井瓦斯涌出量及其表示方法 1）绝对瓦斯涌出量 单位时间内涌进采掘空间的瓦斯数量 2)相对瓦斯涌出量 在矿井正常生产条件下,月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量，用m3/t表示。,3、矿井瓦斯涌出量的计算 1）绝对瓦斯涌出量,2）相对瓦斯涌出量,4、矿井瓦斯涌出量的主要影响因素 1）煤层瓦斯

10、含量 决定因素。开采煤层的原始瓦斯含量越高，瓦斯涌出量就越大。 2）开采规模 开采深度越深，煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大； 开拓与开采范围越大，瓦斯涌出的暴露面积越大，其涌出量也就越大； 在其他条件相同时，产量高的矿井，其瓦斯涌出量一般较大。 3）开采程序 分层开采时，首先开采的分层，瓦斯涌出量较大。这是由于采动影响，其他分层的瓦斯也会沿裂隙渗入开采分层的缘故。,4）采煤方法与顶板管理方法 机械化采煤，煤破碎严重,瓦斯涌出量较大； 采用全部陷落法管理顶板时,由于会造成顶底板更大范围的松动及采空区存留有大量散煤等原因,其瓦斯涌出量比采用充填法管理顶板时要大。 回采率低的采煤法，采空区瓦斯涌出

11、量也较大。 5）生产工序 落煤时瓦斯涌出量大于其他工序。 6）地面大气压力的变化 当大气压力突然降低时，瓦斯涌出的压力就高于风流压力，就破坏了原来的相对平衡状态,瓦斯涌出量就会增大； 反之,瓦斯涌出量变小。 因此,当地面大气压力突然下降时,必须十分警惕，加强瓦斯检查与管理；否则，可能造成重大事故。,7）通风压力 采用负压通风(抽出式)的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就越大； 而采用正压通风(压入式)的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就越小；这主要是风压与瓦斯涌出压力相互作用的结果。 8）采空区管理方法 一般说来，采空区都积存有大量高浓度瓦斯，如果该封闭而未封闭或密闭质量很差，就会造成采空区瓦斯向外涌出，

12、从而导致瓦斯涌出量增大，对采空区进行合理抽放会降低其向外涌出的瓦斯量。 总之，影响矿井瓦斯涌出量的因素很多，但有主有次，应根据不同矿井的具体条件找出其主要因素及影响规律，以采取针对性防治措施。,5、矿井瓦斯的来源及其测定方法 1)来源 （1）掘进区 （2）回采区 （3）已采区 2)测定方法 在全矿井同时测定各班掘进区、回采区和已采区的绝对瓦斯涌出量，然后分别计算出各自占总量的百分比。,6、瓦斯涌出不均衡系数 1）含义 时间和空间上。最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量的比值。 2）确定方法 对于一个采区或采面，在正常生产情况下，至少要连续进行5昼夜测算。所得的5个比值中的最大值即为该区(面)

13、的瓦斯涌出不均衡系数。 3）用途 在进行风量计算时要乘上瓦斯涌出不均衡系数，这样算出的风量才能满足安全生产的要求。,九、瓦斯压力 瓦斯压力是指瓦斯在煤层中所呈现的压力。它是由煤层孔隙和裂隙中的游离瓦斯的自由热运动对孔隙和裂隙的空间壁面所产生的作用力而体现出来的。 瓦斯压力是衡量煤层瓦斯含量大小的一个重要指标，也是抽放瓦斯和防止煤与瓦斯突出的重要依据之一。 规程规定：开采有煤与瓦斯突出危险的煤层时，必须测定煤层中的瓦斯压力。,煤层原始瓦斯压力的测量,间接法：煤层瓦斯流动的规律、煤层的透气系数、瓦斯解吸规律和煤层瓦斯含量系数曲线，在测压地点附近测定煤层瓦斯涌出量或统计采掘中的涌出量等参数，进行计算

14、推测出需要测定地点的瓦斯压力的方法。,直接法,测压方式,主动式测压,被动式测压,封孔材料,黄泥、水泥砂浆封孔,胶襄、密封粘液封孔,注浆（膨胀水泥）封孔,图1 手工封孔示意图 1压力表；2三通；3木楔；4测压管；5挡板；6前端筛管；7煤层,黄泥、水泥砂浆封孔测压,胶襄、密封粘液封孔,图18 胶圈压力粘液封孔测压仪 1注气口；2手把；3加压手轮；4推力轴承；5胶圈；6压力表；7封孔胶圈；8高压软管；9阀门；10高压CO2或N2瓶；11粘液；12粘液缸,注浆（膨胀水泥）封孔,图3 注浆封孔示意图 1测压室；2测压管；3挡板；4检查管；5水泥砂浆；6木楔； 7压力表；8注浆泵,瓦斯压力间接测算法,1）

15、按瓦斯压力梯度推算煤层瓦斯压力式中，p在深度H处的瓦斯压力，MPa；p0瓦斯风化带H0深处的瓦斯压力，取0.150.2MPa；H0瓦斯风化带深度，m；H距地表垂深，m；m瓦斯压力梯度，我国矿井一般在0.0070.012MPa/m之间。,此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，直接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：式中，p距地表深度处的瓦斯压力，MPa；H距地表垂深，m；B系数，MPa/m。根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而言，B=0.00150.015，其中，高瓦斯煤层B=0.0064。,2）根据煤层瓦斯涌出量间接测定瓦斯压力 当某一采区

16、瓦斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压力，其计算式为：,3）根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力 即利用特制的密闭钻头从煤体内部预定地点采取煤样，然后采用解吸法将煤样中的瓦斯全部抽出，根据煤样的重量或体积和解吸出的总的瓦斯量求出单位重量或体积的瓦斯量，再按瓦斯含量曲线或瓦斯含量计算公式反求出瓦斯压力。该方法要求密封钻头的密封性能良好；当密封性能良好时，其所求得瓦斯压力比较准确。,4）根据残余瓦斯含量推算煤层瓦斯压力 其基本原理与根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力的方法相同，不同之处在于这种方法采用普通岩心管采样，而不用密闭钻头。取出煤样后迅速放入煤样密闭罐中，并记录从开始取样到放入罐中的时间t0；然后再到地面实验室测出煤样中的剩余瓦斯含量。每次测量完毕后再充以瓦斯，达到某一瓦斯压力后，突然放散瓦斯，放散瓦斯的时间与t0相同，然后再测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力，重复操作几次，根据测量结果绘制出真实瓦斯压力P和放散瓦斯时间t0后的剩余瓦斯含量XM的关系曲线，即可求得煤层瓦斯压力。,