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1、矿 井 瓦 斯 防 治云南煤矿安全技术中心高家礼,第一讲：矿井瓦斯基础知识 第二讲：瓦斯爆炸及预防 第三讲：矿井瓦斯监测 第四讲：煤与瓦斯突出防治 第五讲：瓦斯爆炸事故的处理,第一讲：矿井瓦斯基础知识,一、矿井瓦斯概念一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井就是瓦斯矿井。 矿井瓦斯就是有毒有害气体的总称，包括N、2其中主要成分是，占70-左右。,1、瓦斯的生成 矿井瓦斯（甲烷CH4）是伴随着煤的生成而生成的,而煤的形成是植物残骸在潮湿的高温、高压的环境中，进行缓慢的氧化作用形成了煤炭，在生成煤炭中，形成甲烷、二氧化碳、水蒸气的气体，但大量的已排放到空气中，只有其中很少部分埋藏在地下与空气
2、隔绝保存下来。 煤层中的灰分、水分、其他杂质不仅占据煤层中 的孔隙，也占据煤层的孔隙表面，降低了煤的含瓦斯能力。,2、影响煤层瓦斯含量的因素,煤层瓦斯含量的大小由两个方面的因素决定： 1）煤的变质程度。煤的碳化程度决定成煤过程中各种气体伴生的量。煤的变质程度越高，生成的气体量越大，煤的孔隙越多，表面积就越大，吸附瓦斯的量也就越多。试验测定：（1煤的孔隙总表面积可达200M2，煤层含瓦斯量的最大能力一般不超过60M3/吨）,煤的形成,古代植物 泥炭化阶段 成煤阶段,浸泡、厌氧细菌,高温、高压,成煤阶段及碳化程度,无烟煤贫 煤瘦 煤焦 煤肥 煤气 煤弱粘煤不粘煤长焰煤褐 煤,2、煤系地层保存瓦斯的
3、条件（1）煤层有无露头，有露头的煤层瓦斯会降低 （2）煤层埋藏深度，埋藏深度增加，保存瓦斯的条件就越好，煤层吸附瓦斯的能力就加大。煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随埋藏深度的增加而增加。（3）围岩的透气性（4）煤层的地质史，成煤的有机物沉积，地层多次上升下降，以下降、覆盖层加厚为主要变化的地质活动，瓦斯含量增高。（5）地质构造及其他条件,地质构造对瓦斯含量的影响,封闭型构造 瓦斯高开放型构造瓦斯低,背斜,向斜,断层,二、瓦斯的性质,瓦斯的性质（通常指甲烷，分子式CH4）它是一种无色无味的气体，在标准状态下，1立方米甲烷的质量为0.76，而空气为1.29 。瓦斯比空气轻，瓦斯有很强的扩散性，扩散是空气的
4、1.34倍。 当瓦斯涌出时，在巷道顶板、冒落区顶部往往积聚瓦斯。 瓦斯具有燃烧和爆炸性,三、瓦斯的危害,1、窒息甲烷本身无毒，但空气中的瓦斯浓度增加，就会降低空气中的氧含量。大气中的氧含量20.9%,规程规定，矿井中氧含量不低20%，经测定：当甲烷达43%时，氧浓度降到12%，呼吸困难；当甲烷达57%时，氧浓度降到9%，短时间就会缺氧窒息。 2、燃烧和爆炸瓦斯燃烧和爆炸是煤矿五大自然灾害之首,四、瓦斯的赋存,瓦斯的赋存有两种状态1、游离状态-瓦斯以自由气体状态存在煤层孔隙中，其分子可以自由运动，处于乘压状态，占10%-20%2、吸附状态，占80%-90%（1）吸着状态瓦斯被吸着在煤炭微孔表面，
5、在表面形成瓦斯薄膜。（2）吸收状态瓦斯被溶解于煤炭中，与煤的分子相结合。煤体中的瓦斯存在状态不是固定不变的，当压力降低或温度升高时，使一部分吸附瓦斯转化为游离瓦斯，叫瓦斯解吸。因此，季节变化时，要加强瓦斯管理。,瓦斯的赋存,煤体内瓦斯的赋存状态示意图 1-自由瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体； 5-孔隙,五、瓦斯的涌出,瓦斯涌出定义当煤层被开采时，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象叫做瓦斯涌出。 1、涌出形式 （1）普通涌出瓦斯缓慢而长时间的涌出。 （2）特殊涌出在采掘活动中，瓦斯在极短的时间内，突然的、大量的涌出，有时还伴有煤粉、煤块。这种涌出叫特殊涌出。,
6、2、瓦斯涌出的来源,A、煤岩壁瓦斯涌出。即采掘工作面积巷道周围的煤壁中涌出 B、采落的煤炭瓦斯涌出。即 采煤工作面进行采煤和掘进时从落煤中涌出的瓦斯 C、采空区的瓦斯涌出。即从采空区的顶底板和浮煤中涌出的瓦斯 D、邻近煤层瓦斯涌出。 ABC是单一煤层瓦斯涌出来源。ABCD是多煤层瓦斯涌出来源。,3、瓦斯涌出量,瓦斯涌出量的概念：单位时间内或单位重量煤中涌出的瓦斯量。 (1)绝对涌出量。是指单位时间内涌入采掘空间的瓦斯数量，用M3/min或M3/天。 QCH4=Q.C （2）相对涌出量。指矿井在正常生产条件下，月平均日产1吨煤所涌出的瓦斯量。 qCH4=1440QCH4N/A,六、瓦斯等级的划分
7、,矿井瓦斯等级划分的目的做到矿井所选用的通风设施、机电设施经济合理，适应安全管理制度的要求。 矿井瓦斯等级划分的依据 相对涌出量、绝对涌出量 1、低瓦斯矿井：相对涌出量10立方米/吨，绝对涌出量40立方米/分钟。 2、高瓦斯矿井：相对涌出量10立方米/吨，绝对涌出量 40立方米/分钟。 3、煤与瓦斯（二氧化碳）涌出。,七、影响瓦斯涌出的因素,1、煤层本身含瓦斯的量的大小 2、地面大气压的变化 3、开采规模的大小 4、开采程序 5、采煤方法与顶板管理 6、生产工艺 7、通风压力 8、采空区管理,第二讲 瓦斯爆炸及其预防,瓦斯爆炸的概念 瓦斯爆炸就是空气中的02与CH4在高温火源作用下，进行氧化反
8、应，生成二氧化碳和水蒸气等，并放出大量的热。产生的气体和水蒸气在热量的作用下迅速膨胀，形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生动力现象，这就是瓦斯爆炸。,一、瓦斯爆炸的条件（三要素）,1、一定的瓦斯浓度（第一条件） （1）瓦斯爆炸界限。就是瓦斯爆炸的服范围，一般认为516%。 （2）瓦斯在不同浓度的的燃爆特特征 当瓦斯在爆炸浓度下限5%以下时，由于参加化学反应的瓦斯较少，不能形成热量聚集，因此不能爆炸、只能燃烧。 当瓦斯在爆炸浓度上限16%以上时，氧气不足，满足不了氧化反应的全部需要，所生产的热量被多余的瓦斯和周围的介质吸收而降温，不能爆炸 当瓦斯在爆炸浓度在9.5%时，爆炸最强烈。这是氧化
9、反应十分充分的缘故。,2、引火源（一定的引火温度）,这是瓦斯爆炸的第二条件，瓦斯的引火温度一般认为650750度。井下明火、煤炭自燃，赤热的金属表面，吸烟、放炮、架线火花、摩擦火化、撞击火花、电气火花等等足以引起瓦斯事故。因此，消灭井下一切火源是防止瓦斯事故的重要措施之一。 3、充足的氧含量 氧含量不低12%，当氧含量低12%下，混合气体中的瓦斯就失去爆炸性，遇火也不会燃烧。,二、瓦斯爆炸的危害,瓦斯爆炸的危害表现在3个方面 1、爆炸温度 瓦斯爆炸产生的瞬时温度，在自由空间1850，在密封空间2650，在井下 半封闭空间爆炸温度在1850-2650之间。在这样高温下，不仅会烧伤人、烧毁设施、还
10、会引起火灾扩大灾情。 2、爆炸压力 3、有毒有害气体 爆炸后产生的一氧化碳在2-4%，是规程最高允许浓度0.0024%的1000倍，瓦斯事故中，70%是一氧化碳中毒死亡 。,一氧化碳与人体中毒程度的关系一氧华碳浓度% 中毒时间 中毒程度征 兆0.016 数小时 无征兆或轻微征兆0.048 1h 轻微中毒耳鸣、头痛、 头晕 和 心跳头晕和心跳 0.128 1h以内 严重中毒除上述外，肌 肉酸痛、四无力 呕吐、行动能力0.4 短时间 致命中毒丧失知觉、痉挛、呼吸停止 以致死亡,三、瓦斯爆炸的原因分析,瓦斯爆炸有3个方面的主要原因 1、瓦斯积聚 2、引爆火源 3、管理因素积聚的原因,瓦斯积聚的概念：
11、是指采掘工作面及其他地点，体积0.5的空间内积聚，瓦斯浓度达到或超过2%的现象。 引起瓦斯积聚的主要原因 主要有：1局部通风机停止运转；2风量不够；3风筒被扯脱、划破漏风不及时修补；4通风不合理，如串连风、循环风、风流短路等等。,引爆火源 引爆瓦斯的火源主要明火有： （1）电火花。如矿灯、电气失爆，带电作业、电缆漏电、短路、明接头、电机车架线火花、井下焊接等等。占40%左右 （2）爆破火花。主要是炮泥装填不够，最小抵抗线不够，放明炮、糊炮，接线不良等等。占左右,（）撞击摩擦火花,井下因撞击和摩擦产生的火花多种多样，机械之间擦、坚硬顶板冒落的撞击，金属表面之间的摩擦等等。 （）吸烟吸烟、点火物品
12、等（5）煤炭自燃发火形成的火区。 管理因素 主要有以下几方面： 没有执行瓦斯检查制度，漏检、假检、脱岗。不尽职尽责，思想麻痹，抱有侥幸心理。 因此，在制度上规定了“一炮三检查”、“三对口”、“三连锁”等等。,四、瓦斯爆炸的防治,瓦斯爆炸的防治主要有以下个方面： 防止瓦斯积聚（包括加强通风、瓦斯检查、处理瓦斯聚集措施） 防止引爆瓦斯：主要是如何控制火源 防止瓦斯事故的扩大,防止瓦斯积聚的措施,、加强通风管理 通风是防止瓦斯积聚的主要措施，做到稳定、可靠、连续不断地向井下所有用风地点输送足够的新鲜空气，以保证及时排除和冲淡有害气体。 什么叫通风合理、稳定、可靠？ 即矿井通风系统力求简单、抗灾能力强
13、，具体讲，就是要做到： （）各采区、各水平要有单独的回风道，不得出现串连通风； （）采煤与采煤、掘进与掘进之间、采掘之间不得出现串连通风 （）局部通风机、启动实施在新鲜风流中，距回风口米 （）高瓦斯矿井采掘供电分开，实行“三专两、闭锁”等等。,、加强瓦斯检查 瓦斯检查和瓦斯监测是我们发现事故隐患的眼睛，它可以随时发现瓦斯超限和积聚，从而采取措施，使事故消灭在萌芽之中。瓦斯检查主要执行 “一炮三检查”、 “三对口”、 “三连锁” “三签字”等等。,、及时处理局部积聚的瓦斯 采煤工作面上隅角积聚瓦斯的处理方法 （）引导风流法 优点：安设简单、经济 缺点：引入风量有限，波动性大,(2) 导排风流法
14、导排风筒(风管)进风口设在上隅角瓦斯聚集地点，利用主扇负压或动力，将工作面中一部分风流经上隅角进入风筒口，把聚集的瓦斯带走。,采煤工作面上隅角积聚瓦斯动力抽排实例,（3）尾巷排放法 利用尾巷与工作面采空区的压力差，使工作面一部分风流经过上隅角采空区联络眼 尾巷。 优点：利用已有的老巷，不需增加设备，经济 缺点：尾巷瓦斯量难以控制。瓦斯会忽高 忽 低。,尾巷密闭抽瓦斯实例,（4）沿空留巷排放法在工作面回风巷沿空留巷，使部分风流通过上隅角，以冲淡和带走上隅角局部聚集的瓦斯,（5）瓦斯抽放法 就是进行采空区的瓦斯抽放，这是建立瓦斯抽放系统的矿井普遍使用的方法。,（6）充填置换法 对采空区上隅角的空间
15、进行充填，使瓦斯没有聚集的空间，这种方法还可以预防自燃发火的目的，但是，这种方法受条件的限制，除特殊要求的少数矿井外，一般很少用这种方法。,（7）调整通风方法,巷道冒落空顶区聚集瓦斯的处理,（1）导风板引导法 在高顶空间的支架上钉挡板，把一部分风流引到冒落处，吹散瓦斯。,（2）充填置换法,（3）风筒分支排放法 （4）压风排放法,防止瓦斯爆炸灾害扩大的措施,编制灾害预防处理计划 安设防暴门 安设反风装置 安设隔爆设施,第三讲：矿井瓦斯检查、监测,一、矿井瓦斯监测概述 二、矿井瓦斯检查的要求 三、矿井瓦斯监测的要求 四、矿井瓦斯监控设备的调校和技术资料要求,一、矿井瓦斯监测概述,矿井瓦斯监测-是指通过采用矿井安全监控系统、风电闭锁、瓦斯电闭锁等装置连续监测监控矿井瓦斯的方法。矿井瓦斯监测监控，是连续的时时对瓦斯进行监控，当达到或超过报警、断电时，能及时报警断电，避免了人工检查周期长、读数不准确、漏检等问题。 在没有连续对瓦斯监测的场所，人工检查是惟一的监测方法，矿井瓦斯除监测监控系统外，还必须进行瓦斯检查。,？,一、矿井瓦斯检查,（一）瓦斯检查的仪器 瓦斯检查员主要使用的仪器是光学甲烷检测仪。 光学甲烷检测仪-采用光干涉原理来测定瓦斯和二氧化碳。它具有携带方便，操作简单、安全可靠、精度高等特点。,
