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1、10/22/2018,1,一、矿井瓦斯的基本知识1.概念（1）瓦斯是一种混合气体，其主要成分为甲烷(CH4，占90以上)，所以，瓦斯通常专指甲烷。（2）瓦斯矿井：一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。（3）煤矿安全规程规定：矿井瓦斯等级，根,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,2,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： （1）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min。（2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大
2、于40 m3/min。 （3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,3,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,4,2.矿井瓦斯性质,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,5,3.瓦斯在煤体内存在状态,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,6,4.煤的吸附能力主要影响因素,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,9,2.矿井瓦斯涌出量,瓦斯涌出量大小的表示方法,相对瓦斯涌出量,绝对瓦斯涌出量,矿井单位时间内涌进采掘空间的瓦斯量（m3/min)。,在矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯量(m3/t)。,第五章 矿井瓦斯防
3、治,QCH4Q风C,式中：QCH4绝对瓦斯涌出量；m3/min；Q风流经巷道中的风量m3/min；C风流中瓦斯体积浓度；即风量 中瓦斯体积与风流中总体积的百分比。,式中：qCH4相对瓦斯涌出量；m3/t；QCH4绝对瓦斯涌出量；m3/d；T产煤量；t/d。,10/22/2018,10,3.矿井瓦斯涌出量主要影响因素,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,11,4.矿井瓦斯等级,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,12,5.矿井瓦斯等级鉴定,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,13,三、瓦斯爆炸及其预防1.矿井瓦斯的爆炸（1）瓦斯爆炸机理瓦斯爆炸的化学反应过程化学反应式为：
4、+882.6KJ/mol井下空气O2不足，反应的最终式为：,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,14,上述反应是放热反应，当反应生成热的速度大于 散热速度时，则热量积聚，反应物的温度上升，反应 速度进一步加快，最后形成爆炸。 瓦斯爆炸的产生与传播过程爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，就将发生瓦斯的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰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,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,15,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
5、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，使已迈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02，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,16,（2）瓦斯的危害,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,17,(3)瓦斯爆炸发生条件,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,18,（4）瓦斯爆炸的界限瓦斯浓度,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,19,井下引燃瓦斯的火源种类井下的一切高温热源都可以引起瓦斯燃烧或爆炸, 但主要火源
6、是放炮和机电火花。随着煤矿机械化程度的提高，摩擦火花引燃瓦斯的事故逐渐增多。一是明火和热辐射。明火有多种，例如，火柴的明火(12000C)，香烟明火(6500C8000C，香烟点燃未吸时温度为4500C5000C )，气焊、喷,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,20,灯明火，火灾明火等。 二是放炮火焰。使用不合格炸药，放糊炮，炮孔封泥不足或不严，用可燃物做封炮眼填 料等都有可能产生火焰引燃瓦斯。 三是冲击、摩擦火花。 四是电弧、静电火花。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,21,氧气浓度大量实验表明，瓦斯爆炸界限随混合气体中氧浓度的降低而缩小。正常大气压和常温时，瓦斯爆炸浓
7、度与氧浓度的关系，如柯瓦德爆炸三角形所示。当氧浓度降低时，爆炸下限缓慢增高(BE线)，爆炸上限则明显降低(CE线)。氧浓度低于12时，混合气体就失去爆炸性，遇火也不会爆炸。,第五章 矿井瓦斯防治,柯瓦德爆炸三角形,10/22/2018,22,瓦斯爆炸易发区从国内外煤矿发生瓦斯爆炸资料统计，可以得出如下结论：煤矿内的任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能性，诸如电气设备附近、爆炸地点、火区周围、产生摩擦火花及可能出现明火的地点，甚至进、回风的井口房和选煤厂内也有瓦斯爆炸事故的发生。但大部分发生在瓦斯煤层的采掘工作面，其,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,23,中又以掘进工作面占多数。据统计，瓦
8、斯然烧或爆炸事故发生在掘进工作面的约占三分之一。影响瓦斯爆炸界限的主要因素a.可燃性气体的混入当瓦斯和空气的混合气体中混入可燃性气体（见下表）时，由于这些气体(如氢、硫化氢、乙烷、一氧化碳等)本身具有爆炸性，不仅增加了爆炸气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸下限降低。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,24,煤矿内常见几种可燃性气体的爆炸界限,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,25,从而扩大了瓦斯爆炸的界限。因此，井下发生火灾或产生有其他可燃性气体时，即使平时瓦斯涌出量不大的矿井，也可能发生瓦斯爆炸，应特别引起注意。瓦斯混入可燃性气体时，瓦斯爆炸下限降低。b.爆炸性煤尘的混入如果
9、混入有爆炸性煤尘时，由于煤尘本身遇到300400的火源能够放出可燃性气体，因,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,26,此能使瓦斯爆炸下限降低。当空气中煤尘含量为5g/m3时，瓦斯爆炸下限降到3%；煤尘含量为8g/m3时，瓦斯爆炸下限降到2.5%。可见，作好防尘工作对防止瓦斯爆炸有着十分重要的意义。c.惰性气体的混入当混入惰性气体(如二氧化碳、氮气等)时，将使氧气浓度减少，降低瓦斯爆炸危险性。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,27,如每加入1%的氮气，瓦斯爆炸下限就提高0.017%、上限降低0.54%;每加入1%的二氧化碳，瓦斯爆炸下限就提高0.0033%、上限降低0.26
10、%。二氧化碳还能降低瓦斯爆炸压力和延迟爆炸时间。当二氧化碳增加到25.5%时，无论瓦斯浓度有多大，都不会发生爆炸。d.混合气体的初温（爆炸前混合气体的温度）根据试验，初温越高，爆炸界限就越扩大，,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,28,当初温达到200C时，爆炸界限为6.0%13.4%，1000C时为5.45%13.5%，7000C时为3.25%18.75%。所以井下发生火灾或爆炸时，高温会使原来未达到爆炸浓度的瓦斯发生爆炸。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,29,第五章 矿井瓦斯防治,（5）瓦斯爆炸的主要影响因素,10/22/2018,30,第五章 矿井瓦斯防治,（6）
11、瓦斯爆炸危害,10/22/2018,31,（7）瓦斯爆炸的引起原因,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,32,第五章 矿井瓦斯防治,（8）引起瓦斯积聚的常见主要因素分析,10/22/2018,33,第五章 矿井瓦斯防治,（8）引起瓦斯爆炸的火源分析,10/22/2018,34,第五章 矿井瓦斯防治,四、防治瓦斯爆炸的措施,10/22/2018,35,（一）预防瓦斯爆炸的措施 瓦斯爆炸必须同时具备三个条件:；即瓦斯浓度在爆炸界限内；高温热源存在时间大于瓦斯的引火感应期；瓦斯与空气混合气体中的氧浓度大于12%。在正常生产的矿井，所有工作的地点和井巷中氧气浓度始终大于12% ，所以预防瓦斯爆
12、炸的措施，就只能是防止瓦斯的集聚和杜绝、限制高温热源的出现。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,36,1.防止瓦斯积聚瓦斯积聚是指局部空间的瓦斯浓度达到2%，其体积超过0.5 m3的现象。防止瓦斯聚集的基本方法如下: （1）保证工作面的供风量用适当的风量将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排至地面，是预防瓦斯积聚的基本措施。为此应该做到：,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,37,合理选择通风系统，正确确定矿井风量。每一矿井都必须采用机械通风。每一生产水平和每一采区，都必须布置单独的回风巷，实行分区通风。采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。 掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机
13、通风，不得采用扩散通风。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,38,正确选择构筑物的位置，并加强维护与管理，防止大量漏风。（2）认真进行瓦斯检查与监测 严格按照规程规定进行瓦斯检查与监测是及时发现和处理瓦斯积聚的前提。规程规定，矿井必须建立瓦斯检查制度。低瓦斯矿井的采掘工作面，每班至少检查2次；高瓦斯矿井中每班至少检查3次。有煤（岩）与瓦斯,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,39,（二氧化碳）突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并安设甲烷断电仪。关于具体的检查地点、允许的瓦斯浓度和超限时应采取的措施，都有明
14、确的规定（见下表），必须严格执行。,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,40,第五章 矿井瓦斯防治,井下各处瓦斯的允许浓度及超限时应采取的措施,10/22/2018,41,(3)及时处理局部积存的瓦斯生产中容易积存瓦斯的地点有:采煤工作面上隅角，独头掘进工作面的巷道隅角，顶板冒落的空洞内，低风速巷道的顶板附近，停风的盲巷中，采煤工作面采空区边界处，以及采掘机械切割部周围等等。及时处理生产井巷中局部积存的瓦斯，是矿井日常瓦斯管理的重要内容。也是预防瓦斯爆炸事故，保证安全生产的关键工作。通,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,42,常采用的方法有：向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速，
15、将瓦斯冲淡排出，将盲巷和顶板空洞内积存的瓦斯封闭隔绝，必要时应采取抽放瓦斯的措施。采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理 我国煤矿处理采煤工作面上隅角瓦斯积聚的方法很多，大致可以分为以下几类: a.风障引导风流法。其实质是迫使一部分风,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,43,流流经工作面上隅角，将该处积存的瓦斯冲淡排出。如下图（a）。b.风筒导排风流法。风筒导排法按其动力源的不同分为水力引射器、电动通风机和3种不同导排方式。其处理积聚瓦斯的原理和布置方法都是相同的，如下图（b）。风筒进风口设在上隅角瓦斯积聚地点后，工作面中一部分风流流经上隅角进入风筒口时，即把积聚的瓦斯冲淡、带走。这,第五章
16、 矿井瓦斯防治,10/22/2018,44,第五章 矿井瓦斯防治,图a 利用风障排放积聚瓦斯 1风障；2采空区,图b 利用水力引射器处理上隅角瓦斯1高压水管；2风筒；3喷嘴；4风障,10/22/2018,45,种方法的优点是处理能力大，适应范围广。其缺点是安设设备，并占据了一定采掘空间，影响作业环境和条件，尤其是电动通风机，虽然有很好的防爆性能，但由于采煤工作面作业条件较差，难免产生冲击、摩擦火花等，管理和维护比较困难；同时需要一定的动力为条件，不经济。c.尾巷排风法。如下图（a）所示。尾巷排放法是目前广泛采用的一种方法。此种方 法利用,第五章 矿井瓦斯防治,10/22/2018,46,第五章 矿井瓦斯防治,
