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瓦斯灾害防治培训课件

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煤矿瓦斯灾害防治

第一章 我国煤矿瓦斯灾害概况
我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，但煤层赋存条件差异大，含瓦斯煤层多，瓦斯储量大，煤与瓦斯突出严重。
我国现有国有重点井工矿为701个、地方国有矿井1650个，其中高瓦斯矿井和突出矿井有1034个，占全国国有矿井总数的44%。
瓦斯给煤矿生产带来极大的危害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸和突出事故灾害，在我国无论是发生的次数或者是伤亡的人数均居于煤矿“五大”自然灾害之首。
全国煤矿1953-2004年各类事故的总死亡人数为186134人，其中瓦斯事故死亡人数为54718人，占总死亡人数的29.5%。
建国60年来，我国一次死亡l00人以上的特别重大事故25次，死亡3930人，其中瓦斯灾害占18次，死亡2447人。
近年来，国有重点煤矿开采强度大、井下作业人员多，因瓦斯灾害造成多人伤亡事故时有发生。
如2004年11月28日7时06分陕西铜川矿务局陈家山煤矿发生瓦斯爆炸，造成166人死亡事故。
事故发生过程
11月23日l0时30分左右，回顺老塘侧放顶放炮后不久，在上隅角采空区发生瓦斯爆燃，83～89号液压支架后溜槽处发现明火，井伴随大量青烟。经矿救护队员采用干粉灭火器将明火扑灭，随后，工作面采取了洒水等措施降温。24日12时10分上隅角再次发生瓦斯爆燃，且工作面烟雾很大，随后发现53号液压支架的尾梁下部着火，经采用泡沫灭火器和洒水等措施将明火扑灭。在扑灭了23、24日先后发生的两次瓦斯爆燃引起的明火之后，从24日开始，井下工作面加快推进速度，不放顶煤。同时在灌浆巷灌浆、注凝胶，在工作面架间喷洒阻化剂，在联络巷利用抽放钻孔向采空区注水，井下由一个救护小队现场进行监护。到28日，工作面向前推进了27米。28日7时10分，井下四泵房安检员向调度室汇报听到爆炸声、巷道烟雾大，随后安子沟抽放泵站电话汇报，安子沟风井防爆门被摧毁，有黑烟冒出，瓦斯爆炸事故发生。
事故直接原因
位于415工作面顶部的l号联络巷与高位巷连接处，2004年11月24日8点班封闭后，造成1号联络巷为盲巷，并形成瓦斯积聚。积聚的瓦斯通过1号联络巷与运输顺槽连接的交叉口及周围裂隙不断涌入工作面下隅角液压支架尾梁后侧区域。由于1号支架处冒顶增大了该处顶部裂隙，进一步增加了瓦斯涌出量，使该区域瓦斯积聚并达到爆炸界限；在下隅角靠采空区侧进行强制放顶时，违章放炮产生明火引燃瓦斯。
2012年8月29日四川省攀枝花市西区肖家湾煤矿发生瓦斯爆炸，已死亡48人。
造成48人死亡的肖家湾煤矿“8．29”特别重大瓦斯爆炸事故的主要原因：非法违法组织生产，超层越界非法采矿；如“迷宫”般地乱采滥挖，冒险蛮干；超能力、超定员、超强度生产，矿井设计定员为274人，而事故发生时共有职工753人；技术管理缺失，现场管理混乱。在批准开采区域外17个煤层中共布置41个非法采掘作业点。在该区域内采用非正规采煤方法，以掘代采、乱采滥挖。自2011年至发生事故前，该矿在批准的开采区域仅生产煤炭1.43万吨，而在非法违法区域的产煤量达21.14万吨。为了隐瞒非法违法开采区域的情况，逃避政府及有关部门检查，采取伪造报表记录等原始资料和在井下巷道打密闭的方式对付检查。在有关部门检查前，如果预先接到通知，就提前对所采区域9处巷道进行密闭；如果面临突然检查，就利用检查人员在地面看图纸资料和做下井准备的间隙突击进行密闭。该矿采取活动式伪装密闭，伪装外表与巷道形式、形状一致，隐瞒非法违法生产真相，蓄意逃避监管。该矿没有一张能反映井下真实情况的图纸，如“迷宫”般地乱采滥挖，冒险蛮干。
事故直接原因:
10号煤层提升下山采掘作业点和+1220米平巷下部8号、9号煤层部分采掘作业点无风微风作业，瓦斯积聚达到爆炸浓度；10号煤层提升下山采掘作业点提升绞车信号装置失爆，操作时产生电火花、引爆瓦斯；在爆炸冲击波高温作用下，+1220米平巷下部8号、9号煤层部分采掘作业点积聚的瓦斯发生二次爆炸。
2013年上半年吉林省通化市八宝煤矿“3·29‘’、“4·1”瓦斯爆炸事故；和龙市庆兴煤矿“4·20‘’瓦斯爆炸事故，短短23天内，百余人死伤。使吉林这个不是产煤的大省，却因煤矿事故成为焦点。
事故的直接原因是八宝煤矿忽视防灭火管理工作，措施不落实，－4164东水采工作面上区段采空区漏风，煤炭自然发火，引起采空区瓦斯爆炸，爆炸产生的冲击波和大量有毒有害气体造成人员伤亡。
2014年4月21日零时30分左右，曲靖市富源县后所镇红土田煤矿发生重大煤矿安全事故，造成14名矿工遇难。

第二章 煤矿瓦斯特征及危害
煤矿瓦斯是矿井采掘空间及围岩内有害气体的总称，其主要成分为甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(C02)、氮气(N2)、一氧化碳(CO)等。
1.瓦斯特征
1.1.瓦斯的性质
(1) 矿井瓦斯是无色、无味、无臭的气体
要检查空气中是否含有瓦斯及其浓度，仅靠人的感观检查是不行的，必须使用专用的检查仪。
（2）瓦斯比空气轻
与空气的相对密度为0.554，比空气轻一半。在风速低的情况下它总存在巷道和采空区顶部。
(3)瓦斯有很强的扩散性
瓦斯扩散速度是空气的1.34倍，一处有瓦斯涌出，就能扩散到巷道附近。这样，既增加了检查瓦斯诵出源的难度，也使瓦斯的危害范围扩大。
（4）瓦斯的渗透性很强
在一定瓦斯压力和地压共同作用下，瓦斯能从煤岩中向采掘空间涌出,甚至喷出或突出。
（5）瓦斯可溶解于水
在101.3KPA压力下，当温度为20度时，100升水可溶解3.31升甲烷。零度时， 100升水可溶解5.56升甲烷。
1.2瓦斯的生成
瓦斯的生成划分为两个时期：
(1) 生物化学成气时期
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。
由于泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用时期产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。
(2) 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。
1.3 瓦斯在煤体中状态
煤是一种多孔性的固体，煤体中分布着大量的不同直径的微小孔隙，瓦斯赋存在这些孔隙中，其赋存状况可分为游离、吸附、吸收 3 种状态。

（1）游离状态
以自由气体状态存在煤岩的孔隙中，可自由运动，并呈一定的压力。占瓦斯总量的10~20%，比例很少。
（2）吸附状态
由于煤分子的吸引力的作用，使瓦斯分子吸附在煤岩表面形式一层薄膜，这种瓦斯叫吸附状态。
（3）吸收状态
瓦斯与煤分子紧密结合在一起，跟气体溶解于液体中一样，这种瓦斯叫吸收瓦斯。
吸附瓦斯和吸收瓦斯不呈现有压力，但占煤层瓦斯总量的80%-90%。
采掘中，自由瓦斯先涌出来，吸附瓦斯也被解析随之也涌出来。
1.4 煤矿瓦斯涌出形式
(1) 一般涌出
煤矿生产过程中，由采落煤炭和煤层、岩层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，瓦斯以较长时间、均匀、缓慢的速度向采掘空间逸出。
它是一种较为普通的也是主要的形式，易于防范。
（2）特殊喷出
采掘过程中，处于裂缝或空洞中有压力的瓦斯以较短的时间涌入的现象叫喷出，其特点是：
时间短、喷出量大、不带煤岩、使采掘空间很快充满大量爆炸窒息瓦斯。
在20m巷道范围内，涌出瓦斯量≥1.0 m3/min，且持续时间在 8 h 以上时，该采掘区即定为瓦斯（CO2）喷出危险区域。
（3)煤与瓦斯突出
短时间内大量的瓦斯并带有大量的煤岩，有时伴有高压气浪和声响抛向空间的现象。突出对安全生产危害极大，摧毁巷道和设备、甚至引起爆炸、造成人员中毒和伤亡。
2.煤矿瓦斯的危害
瓦斯爆炸（燃烧）煤与瓦斯突出 瓦斯窒息

2.1 瓦斯爆炸
1) 瓦斯爆炸条件
(1) 瓦斯浓度
最低爆炸浓度是5%，最高爆炸浓度是16%，9.5%时爆炸威力最大。
瓦斯爆炸界线并不是固定不变的。如有别的可燃气体或煤尘混入,或温度、压力增高后,瓦斯爆炸界线就会扩大,浓度不到5%也可能爆炸,趋过16%更会爆炸。
瓦斯爆炸的界限

（2）引爆火源
瓦斯点燃的最低温度650-750度.且火源存在的时间大于瓦斯爆炸感应期。明火、煤炭自燃、电器火花、吸烟、放炮、架线火花、撞击和摩擦火花以及静电火花均可导致瓦斯爆炸。
（3）足够的氧气
氧气含量不低于12%. 在生产中不可能采用降低空气中氧气含量的办法来防止瓦斯爆炸。对于已封闭的火区、正在处理中的火区、高瓦斯矿井火区，可以采取注入惰性气体、降低氧气含量的方法来防止瓦斯爆炸。
以上三个条件只有在同一时空集合时，才会发生瓦斯爆炸。
可燃气体的混入
瓦斯爆炸的主要影响因素
混合气体的初始温度
惰性气体的混入
　惰性气体混入，减少氧浓度，爆炸界限缩小。 N2每增加1％，下限上升0.017%，上限下降 0.54％；CO2每增加1%，下限上升0.0033％，上限下降0.26％。
　　粉尘遇到火源能够放出可燃气体，爆炸下限降低。当煤尘含量为5g/m3时，3％爆炸，8g/m3时，2.5％爆炸。
增大爆炸气体的总浓度，爆炸下限降低，从而扩大了爆炸界限。因此，瓦斯涌出量不大矿井也可能发生爆炸。
压力越大，所需引火温度越低。当瓦斯压缩到原来体积1/120时，自身热量就能使其自动爆炸。
　初始温度越高，爆炸界限越大。20℃时瓦斯爆炸界限6.0--13.4％；700℃时为3.25－18.75％n
瓦斯浓度与引火火源
混合气体的压力
　瓦斯浓度7－8％时，引火温度最低，即浓度为，7－8％时，瓦斯最容易引爆。
爆炸性粉尘的混入

2) 瓦斯爆炸的危害
(1) 产生高温
瓦斯爆炸的瞬间，瓦斯浓度为9.5% 时，温度高达1850-2650度，这样高的温度，对井下人员和设备有很大危害，还可能伴生火灾。
(2)产生高压气体
瓦斯爆炸后空气的压力为爆炸前的7-10倍,高压空气以每秒几百米的冲击波浪向四周扩散，不仅摧毁巷道支架和设备，人员伤亡,还可能引起连续爆炸。
如1940年抚顺某矿,井下连续爆炸43次,矿毁人亡。
当空气中一氧化碳浓度达到 0.4%时,人在短时间内就会中毒死亡。
当氧气浓度减少到10%-12%时,人就会失去知觉窒息而死。统计资料表明，死于一氧化碳中毒的人数占死亡总人数的70%以上。
（4）引起煤尘爆炸
冲击波导致落尘飞扬,又有高温,易引起煤尘爆炸。
2.2 煤与瓦斯突出
在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。造成：摧毁井巷设施、破坏通风系统、瓦斯逆流、人员窒息、煤流埋人、瓦斯爆炸。
2.3 窒息
空气中甲烷浓度大于47%时，氧气低于12%，人员因缺氧呼吸困难；
空气中甲烷浓度大于57%时，氧气低于9%，人员很快死亡。

第三章 煤矿治理瓦斯方针、政策、理念

瓦斯灾害防治的目标：控制瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出， 实现安全生产。
防治瓦斯灾害的治本措施：抽采瓦斯。
瓦斯治理的方针：先抽后采，监测监控，以风定产。
治理瓦斯的工作体系：通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位。
树立：“瓦斯是资源、是优质清洁能源” “瓦斯事故是可以预防和避免的”的意识。
坚持：煤与瓦斯共采，实现采煤采气一体化,煤与煤层气协调开采的理念。
目的： 通过瓦斯治理与利用，构建本质安全型矿井，解放生产力，保护生命，保护资源，保护环境。
《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》将低瓦斯矿井的名称改称为瓦斯矿井新出台的《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》将矿井瓦斯等级仍分为三级，即：煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井、高瓦斯矿井和瓦斯矿井。取消“低瓦斯矿井”的叫法，将原“低瓦斯矿井”改称为“瓦斯矿井”。
近几年，低瓦斯矿井瓦斯事故多发。2010年发生的57起较大瓦斯事故，发生在低瓦斯矿井20起，占35.1%。2011年上半年发生的24起较大瓦斯事故，有8起发生在低瓦斯矿井，占33.3%。
在事故分析时，很多企业往往强调其“低瓦斯矿井”性质，不能正视瓦斯隐患和从严要求自己。
为增强低等级瓦斯矿井的瓦斯防范意识，加强瓦斯管理，新出台的《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》取消了低瓦斯矿井的叫法，改为瓦斯矿井，同时，取消低瓦斯矿井的高瓦斯区概念，只要存在高瓦斯区，整个矿井就应该按照高瓦斯矿井的标准进行管理。另外，在瓦斯事故分析会上，很多专家包括院士都建议取消低瓦斯矿井叫法，采取更有效的措施，加强瓦斯管理。
瓦斯治理措施：
1、加强通风降低瓦斯浓度
加强矿井通风，利用新鲜空气稀释瓦斯、降低瓦斯浓度并排出瓦斯，是防止瓦斯积聚最有效也是最基本的措施。
按照（规程)的要求：矿井应建立和完善合理的通风系统，加强通风管理，保证矿井有足够的新鲜空气，必须按实际供风量核定矿井产量；矿井必须采用机械通风,杜绝自然通风，确保风量符合(煤矿安全规程)的要求；所有封闭的巷道、采掘工作面和硐室必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速，使瓦斯不能达到积聚条件。
（1）独立通风系统
采区或采掘工作面采用独立通风，保持风路畅通，保证工作面的风量供给，并要特别注意采煤工作面回风隅角的瓦斯超限。
由于采区或采掘工作面的回风流直接进入回风巷而不再进入其他采掘工作面或用风地点的通风系统。独立通风系统有以下优点：
1）风路短，阻力小，漏风少，经济合理；
2）用风地点能保持新鲜风流，作业环境好；
3）当一处发生灾变时，不至于影响或波及其他地点，较为安全可靠。
（2）工作面上行通风
上行通风的主要优点：工作面涌出的瓦斯能被充分的稀释，并进入回风巷排出。
下行通风，工作面涌出的瓦斯进入运输机巷，易发生因机械或电器火花引爆瓦斯事故；运输机发生火灾时，易产生火风压而导致风流反向，直接威胁工作面内工人的生命安全。
因此，采煤工作面一般应采用上行通风。
（3）避免串联通风
被串联的采掘工作面或硐室中的空气质量无法保证，有毒有害气体和矿尘浓度全增大，恶化作业环境和增加灾害危险程度；前面的采掘工作面或硐室一旦发生灾变，将会影响或波及被串联的采掘面或硐室，将扩大灾害范围。
因此，采、掘工作面应尽量避免串联通风。
如需串联通风，应严格按照（规程）以下规定：
串联通风的次数不得超过1次；进入被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪、瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%，其他有害气体浓度应符合规定。但是，开采有瓦斯喷出或有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的煤层时，严禁任何2个工作面之间串联通风。
（4）掘进工作面避免形成循环风
循环风一般发生在掘进工作面的局部通风过程中，即部分或全部风流再进入同一进风风流中。
如乏风反复返回掘进工作面，有毒有害气体和粉尘浓度越来越大，风流中瓦斯浓度不断增加，当其进入局扇时，极易引起瓦斯爆炸。
规程）规定： 压入式局部通风机和启动装置必须安设在进风巷中，距离掘进巷道回风口的距离不得小于10 m。
局部通风机风筒的出风口距离掘进工作面迎头的距离一般不得大于5m,以防止出现通风死角和循环风；全风压供给局扇处的风量必须大于局扇的吸入风量；高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井，为防止局部通风机停风造成危险，必须使用“三专两闭锁”；局部通风机要挂牌由专人管理。
3.局部瓦斯积聚及时处理
及时处理局部积聚的瓦斯，是预防瓦斯燃烧和爆炸的主要措施之一，也是瓦斯管理工作的重要内容。
“局部瓦斯积聚”，一般是指出现瓦斯浓度达到2%、体积大于0.5m³的积存瓦斯时，即定为局部瓦斯积聚。之所以这样规定，是因为安全系数一般取瓦斯爆炸下限的5倍；而局部地点瓦斯浓度达到2%时，与瓦斯爆炸下限比较，取2.5倍的安全系数；另外，体积超过0.5m3的瓦斯达到爆炸下限浓度时，遇到高温火源足以燃爆。
严格控制火源
火源是瓦斯爆炸的必要条件之一，所以在井下杜绝火源，是防止瓦斯引燃和爆炸的关键。
严格控制火源的原则是：禁止非生产火源，对生产中可能产生的火源严格管理和控制。
其主要措施如下：
（1）防止明火：禁止在井口房、主要通风机房和瓦斯泵站周围20m内使用明火和吸烟；严禁携带烟草和点火物品下井；井下严禁使用电炉和使用灯泡取暖；防止煤炭自燃；防止火区复燃等。
（2）防止电气火花
矿井必须采用矿用防爆型电气设备；井口和井下设备必须设有防雷电和短路保护装置；所有电缆接头均不准有”鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头；不准带电作业；严禁在井下拆开、敲打、撞击矿灯。
（3)防止撞击摩擦火花
采取各种措施,如利用合金工具、喷水降温,防止撞击摩擦火花产生瓦斯爆炸事故。
（4）防止炮火
不准使用变质或不合格的炸药，而必须使用与该矿井瓦斯等级相适应的安全炸药；爆破作业要符合(煤矿安全规程)要求，要使用水炮泥，炮眼封泥要装满填实，禁止放明炮；禁止使用明接头或裸露的爆破母线等。
(5)防止其他火源
如防止地面的闪电或其他突发电流通过管道传到井下而引爆瓦斯；防止出现静电火花。

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