煤矿瓦斯防治基本常识

《煤矿瓦斯防治基本常识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿瓦斯防治基本常识（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、煤矿瓦斯防治基本常识一、瓦斯的性质1、瓦斯：广义地讲，煤矿瓦斯是煤矿所有有毒、有害气体的总称，由于其 中沼气的含量占 80%以上，所以习惯上又把沼气叫做瓦斯。在某些特定场合中， 沼气也叫做甲烷，化学分子式写成 CH4.2、煤矿瓦斯是在煤的生成过程中伴随产生的。古代植物在成煤过程中，经 过化学作用，其纤维质分解产生大量沼气。在以后煤的变质过程中，随着煤的 化学成分和结构的改变，继续有沼气不断生成。在漫长的地质年代里，大部分 沼气早已逸散于大气之中，只有少部分还保留于煤层和围岩中。当人们进行采 矿活动时，这部分气体便会涌出来，成为危害矿井安全的瓦斯。3、瓦斯具有以下几方面性质：（1）瓦斯是无色、无

2、味、无臭的气体。（2）瓦斯的相对密度为 0.554.（3）瓦斯的扩散性很强，是空气的1.6 倍。（4）瓦斯微溶于水。（5）瓦斯不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇火源可以燃烧、爆炸。（6）瓦斯本身无毒，但空气中瓦斯浓度增加时，会使氧含量相应减少，当 空气中氧含量降低到一定程度时，会使人缺氧窒息。4、瓦斯无色、无味、无臭的性质对人的危害：瓦斯的性质是无色人看不见；无味人品尝不出来；无臭人闻 不出来，所以人们在井下很难发现瓦斯的存在。正因为瓦斯具有很强的隐蔽性 和高速的扩散性，只有当人被熏倒、发生中毒后，才知道瓦斯已经超限了，这 时预防瓦斯事故就非常被动了。故必须对瓦斯慎之又慎，真正防止瓦斯事故

3、的 发生。5、瓦斯的相对密度0.554 的危害：瓦斯的相对密度为 0.554，约为空气的一半，所以经常积聚在巷道空间的上部，特别是巷道冒顶空洞中，采煤工作面上隅角和采空区高冒处，积聚的瓦斯 浓度容易达到爆炸界限，但又不容易察觉或不容易检测出来，在放顶煤开采的 综采工作面，采空区高浓度瓦斯长积聚在高冒处，处理起来十分困难，成为瓦 斯爆炸的重要原因之一。另外，当发生瓦斯突出事故或瓦斯涌出加大时，高浓度瓦斯大部分位于巷 道上部，人们在巷道中行走或避灾时，最容易吸入，造成不安全隐患，这时人 们必须弯腰或者爬在地面上前进。6、瓦斯燃烧、爆炸的危害：瓦斯在一定条件下，会发生燃烧、爆炸。燃烧、爆炸形成的高温

4、能烧伤、 烧死人员，烧毁设备、材料和煤炭资源；燃烧、爆炸生成的大量有毒、有害气 体，会使大批人员窒息、中毒甚至死亡，巷道和设备毁坏；爆炸还可以扬起大 面积巷道积尘，使之参与爆炸，后果更加惨烈。7、瓦斯爆炸的本质是，一定浓度的瓦斯和空气中的氧气，在一定温度作用 下产生激烈的化学反应。反应过程非常复杂，而且在极短的时间内活化反应越 来越迅速，以极其猛烈地爆炸形式表现出来。瓦斯爆炸的化学反应式是：CH +20 +C0 +2H 0+829.3KJ42228、瓦斯爆炸的基本条件是以下3个，且却一不可：（1）一定浓度的瓦斯。（2）一定浓度的引炸火源。（3）一定浓度的氧气。9、瓦斯浓度与瓦斯爆炸的关系：瓦斯

5、爆炸是在一定瓦斯浓度范围内发生的。这个浓度范围叫做爆炸界限。 最低浓度界限叫做爆炸下限，最高浓度界限叫做爆炸上线。在新鲜空气中瓦斯 爆炸界限一般为5%16%。当瓦斯浓度低于 5%时，遇火源不爆炸，只在火焰外围呈浅蓝色或淡青色燃 烧层。当瓦斯浓度高于 16%时，遇火源既不燃烧也不会爆炸。但是，如果继续供给 新鲜空气，将使瓦斯浓度降到爆炸界限以内，发生瓦斯爆炸。瓦斯浓度达到9.5%时，瓦斯爆炸时混合气体中的氧气和瓦斯全部参与爆炸， 爆炸威力最强。但是，瓦斯爆炸界限与很多因素有关，例如，在混合气体中混入其他可燃 气体和煤尘，或者混合气体的压力和温度升高，将使瓦斯爆炸界限扩大；如果 混入惰性气体，还可

6、以使爆炸界限缩小，甚至失去爆炸性。10、引炸火源温度： 点燃瓦斯所需要的最低温度叫做引爆火源温度。在一般情况下瓦斯引火温 度为650750C。在煤矿井下，明火、煤炭自燃、电气火花、杂散电流、赤热的金属表面、 撞击或摩擦等都是以瓦斯引炸火源。另外，火柴的明火温度可达1200C，点燃 香烟温度600800C，它们也可以成为瓦斯引炸火源。11、瓦斯爆炸引火延迟现象： 由于瓦斯爆炸是一个极其复杂的化学反应过程，爆炸的生产与形成需要一定的时间，所以即使瓦斯浓度达到了爆炸界限，但遇到高温火源也不会立即爆 炸。这种需要延迟一个很短时间才能爆炸的现象叫做引火延迟现象。12、瓦斯爆炸感应期：指的是瓦斯爆炸所需要

7、的引火延迟时间。 感应期的长短与瓦斯浓度、引火温度的压力有关系。一般来说，瓦斯浓度越大，感应期越长；引火温度越高，感应期越短；压力越大，感应期越短。瓦斯爆炸的感应期虽然很短，例如，当瓦斯浓度6%、火温温度700C时， 感应期约为10.2s,也就是说在这中条件下瓦斯不会发生爆炸，人们可以利用这 10.2s 时间，做好安全工作。举例说明如下：(1) 在井下爆破工程中，炸药爆炸的初温达2000C，爆炸产物温度高达 4500C，但是这种高温存在的时间通常很短，小于瓦斯爆炸的感应期，不会引 起瓦斯爆炸。但如果使用劣质炸药或非煤矿安全炸药，高温存在的时间可能大 于感应期，容易引起瓦斯爆炸。(2) 矿用安全

8、电气设备，在发生故障时能够迅速断电，其断电所需要的时 间小于感应期，也不会发生瓦斯爆炸。13、氧气浓度与瓦斯爆炸的关系： 瓦斯爆炸界限与混合气体中氧气浓度密切相关。当氧气浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓慢升高，而上线则急速降低，即瓦斯爆炸界限跟随氧气浓度的降低 而变小。当氧气浓度降到 12%时，瓦斯混合气体就不会爆炸。煤矿安全规程中规定，井下采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%。所以井下普遍存在着引炸瓦斯的氧气浓度。但是，如果对火区封闭不严， 或启封火区时，由于新鲜空气不断流入，氧气浓度增加到12%以上，就有可能发 生瓦斯爆炸。14、瓦斯爆炸产生的高温对矿井安全和人体的危害：瓦斯浓度为9.5%

9、时爆炸的瞬间温度，在自由空间内可达1850C，在封闭空 间内最高可达2650C。井下巷道呈半封闭状态，其爆炸温度将在18502650C 之间，这样的高温灼热，不但人的皮肤和肌肉会被烧伤，就连呼吸器官和消化 器官的黏膜也会遭到严重损伤；电气设备遭到毁坏，尤其是电缆和易燃材料， 容易形成“二次火源”，引发火灾；还会引炸煤尘。15、瓦斯爆炸形成的冲击波对矿井安全和人体的危害：在瓦斯爆炸过程中，气体温度骤然升高，引起气体压力的突然增大，据有 关计算，爆炸后气体压力约为爆炸前的9倍。压力波发展产生冲击波。冲击波 对巷道和巷道中的物体产生破坏作用。例如，移动和毁坏设备、巷道支护歪扭 倾倒、顶板垮落、巷道断

10、面变形、通风系统和通风设施遭到破坏。同时，冲击 波通过时给人体带来创伤，甚至是致命的创伤。16、瓦斯爆炸正向冲击和瓦斯爆炸反向冲击：瓦斯发生爆炸时，爆源附近的气体高速向外冲击，叫正向冲击。瓦斯爆炸 发生时，由于正向冲击，加上爆炸后生成的一部分水蒸气很快凝聚，在爆源附 近形成气体稀薄的低压区，于是被正向冲击的气体连同爆源周围气体又以高速 从外向向爆源冲击，这种反向冲回爆源地的冲击叫做反向冲击。17、瓦斯爆炸反向冲击比正向冲击破坏力更大，主要表现在以下两个方面：（1）瓦斯爆炸时产生的反向冲击力虽然比正向冲击力小，但是由于它是沿 着被破坏的巷道反向破坏，所以损失更为惨重。（2）如果反向冲击的空气中含

11、有达到爆炸界限的瓦斯和氧气，而爆源附近 引爆火源尚未熄灭，就容易引起“二次爆炸”。18、瓦斯爆炸生成的有毒有害气体对人体的危害：瓦斯爆炸后空气成分发生变化，氧气浓度下降到6%8%，生成大量的有毒 有害气体，如二氧化碳浓度增加到4%8%，一氧化碳浓度增加到 2%4%，致使 人员因严重缺氧和吸入大量一氧化碳而窒息、中毒甚至死亡。多次爆炸事故证 明，爆炸后的有毒有害气体的中毒是造成人员死亡的主要原因，占死亡总人数 的 70%80%.19、瓦斯爆炸事故按照爆炸规模可分以下3 类：（1）局部瓦斯爆炸。局部瓦斯爆炸指的是瓦斯爆炸发生在采掘工作面、采空区或巷道的瓦斯积 聚点，波及范围小，对人员的伤害和矿井破

12、坏不严重。（2）大型瓦斯爆炸。 大型瓦斯爆炸指的是参与爆炸的瓦斯量大，波及范围广，对人员的伤害和 对矿井的破坏严重。（3）瓦斯连续爆炸。 瓦斯连续爆炸指的是，当发生瓦斯爆炸后，接着发生第二次、第三次以至 数十次爆炸，而间隔时间无规律可寻，对人员的伤害和对矿井破坏十分严重。20、煤层瓦斯含量指的是，在矿井大气条件下（环境温度20C，环境大气 压力0.1Mpa）单位质量煤体中所含有的瓦斯气体量，单位是m3/t或m3/m3,即 It或1 m3煤中所含瓦斯的体积数量。它是游离瓦斯和吸附瓦斯含量的总和。21、煤层瓦斯含量可分为以下四类： （1）煤层瓦斯原始含量。煤层瓦斯原始含量指的是，未受开采和抽放影响

13、的煤体内的瓦斯含量。（ 2）煤层瓦斯残存含量。 煤层瓦斯残存含量指的是，受开采和抽放影响的煤体内现存的瓦斯含量。（ 3）原煤瓦斯含量。 原煤瓦斯含量指的是，单位质量原煤中含有的瓦斯量。（ 4）可燃荃瓦斯含量。可燃荃瓦斯含量指的是，原煤中除去灰分和水分后的单位质量可燃部分煤 中的瓦斯含量。22、瓦斯在煤层中的赋存状态：（1）游离态（游离瓦斯）：指的是可以自由运动或从煤（岩）层得裂隙中 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等因素。（2）吸附态（吸附瓦斯）：也称综合状态，按其结合形式的不同，又分为 吸着和吸收2 种状态。a、吸着状态：瓦斯气体分

14、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。b、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得多少，取决于煤的孔隙结构特点，碳化程度、瓦 斯压力、温度等。23、游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量变化因素：（1）游离瓦斯含量与煤体中空间、瓦斯压力和围岩温度的大小有关，通常 占煤层现有瓦斯含量的10%20%。（2）吸附瓦斯含量与煤的结构特点和碳化程度有关，通常占煤层现有瓦斯 含量的 80%90%。24、瓦斯附存状态的转变： 游离状态与吸附状态的瓦斯并不是固定不变的，而是

15、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，当压力增大或温度较低时，部分游离的瓦斯也会转化为吸附状态， 这种现象叫吸附。25、影响煤层中瓦斯含量主要有以下几个因素：（1）煤层中埋藏深度。煤层埋藏越深，瓦斯含量越大。相对瓦斯涌出量每 增加 1 m3/t 时，相应开采垂深的米数则因矿井自然条件不同而异，一般为 6 27m。（2）煤层的顶、底板岩性。如果煤层的顶、底板为透气性较好的砂岩，瓦 斯容易泄放，煤层中瓦斯含量较小；如果煤层的顶、底板为透气性较差的泥岩、 页岩，瓦斯不容易泄放，煤层中瓦斯含量较大。（3）煤层倾角。煤的倾角较大时，瓦斯会沿着某些透气性较好的岩层向上 泄放，瓦斯含量变小；如果煤层的倾角较小，瓦斯不容易向上泄放，就容易被 某些透气性较差的岩层隔绝起来，煤层中瓦斯含量较大。（4）煤层露头。煤层有露头时，瓦斯可沿着煤层直接排到地面，露头存在 时间越长，煤层中瓦斯含量越小。如果地面无露头，煤层中瓦斯含量就越大。（5）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。（6）地质构造。地质构造是影响煤层瓦斯含