矿井瓦斯防治.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,矿井瓦斯防治技术及标准,中国煤矿安全技术培训中心,华北科技学院,朱建芳,博士 副教授 注册安全工程师,主要内容,矿井瓦斯基础知识,相关标准及鉴定规范,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,CH,4,、重烃,C,n,H,m,、,H,2,、,CO,、,CO,2,、,NO,、,NO,2,、,SO,2,、,H,2,S,、惰性气体等）的总称。,侠义：,专指,CH,4,。,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，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,150,200m,2,/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。,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,0.7168Kkg/m,3,，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,m,3,/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,100m,3,以上的瓦斯，但保存在天然煤层中的瓦斯一般不超过,50,m,3,/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，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,m,3,/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，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,),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,1,8,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,CO,2,或,N,2,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,）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,；,p,0,瓦斯风化带,H,0,深处的瓦斯压力，取,0.15,0.2MPa,；,H,0,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,0.007,0.012MPa/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=0.0015,0.015,，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,t,0,；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,t,0,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。,5,）根据煤屑解吸指标,h,2,测算瓦斯压力,煤屑解吸指标,h,2,的大小反映了煤样采集地点煤层的瓦斯压力、煤的变质程度和煤的强度特性。这种方法的基本原理是通过在实验室对煤样进行瓦斯解吸规律研究，然后根据解吸数据反求出所测地点的煤层瓦斯压力。,MD-2,型煤屑瓦斯解吸仪,6,）利用井下煤屑瓦斯解吸量测算瓦斯压力,近年来，煤炭科学研究总院抚顺研究院基于瓦斯解吸规律，开发了,WP-1,型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从而计算出煤层瓦斯含量,w,、瓦斯压力,P,及防突指标,K,1,、,K,t,等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排放带深度后，每隔,1,2m,定点采集煤钻屑样，利用,WP-1,型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在,5min,内即可获得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤对瓦斯的吸附常数,a,、,b,值。,7,）理论计算,我国学者鲜学福等人采用解析算法，在考虑地应力和地温影响的基础上，提出了煤层瓦斯渗透率,k,（,，,）与平均应力和地温的关系及一维稳定流动的瓦斯渗流方程，并根据煤层在地表有无露头和通道的情况，推导出了煤矿深部开采时煤层瓦斯压力的解析式。,第二章,瓦斯爆炸及预防,主要内容,第一节,瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件,第二节 瓦斯爆炸的影响因素,第三节 瓦斯爆炸的危害,第四节 瓦斯爆炸事故的防治,第一节,瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件,一、瓦斯爆炸及其爆炸事故分类,1.,概念,瓦斯爆炸的实质，就是一定数量的瓦斯与空气中的氧气进行剧烈化学反应的结果。在这个过程中能产生巨大的冲击力，可使沿途巷道支架和设备受到损坏，人员出现伤亡。瓦斯爆炸有十分严重的危害性和破坏性，为煤矿各种灾害之首。,2.,分类,根据瓦斯爆炸的特点和波及范围，瓦斯爆炸事故一般可分为,3,类：局部瓦斯爆炸、大型瓦斯爆炸和瓦斯连续爆炸。,二、瓦斯燃烧与爆炸的区别,瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体。在高温作用下，一定浓度的瓦斯与空气中的氧气会发生激烈复杂的氧化反应,生成二氧化碳和水,并放出大量的热，而这些热量又能够使生成的二氧化碳和水蒸汽迅速膨胀，从而形成高温、高压并以极高的速度,(,每秒可达数百米,),向外冲击的冲击波，并伴有声响，这就形成了瓦斯爆炸。,当瓦斯与氧的化学反应比较缓慢，无明显动力效应时，就是燃烧；如果化学反应进行得十分剧烈并且有显著的动力效应，就是瓦斯爆炸。,三、瓦斯爆炸的条件,瓦斯爆炸必须具备三个基本条件，缺一不可。一是空气中瓦斯浓度达到,5%,16%,；二是要有温度为,650,750,的引爆火源；三是空气中氧含量不低于,12%,。,四、瓦斯爆炸界限,瓦斯只有在,5%,16%,这个浓度范围内才能爆炸，这个范围称为瓦斯爆炸界限。,5%,是最低爆炸浓度，叫爆炸下限；,16%,是最高爆炸浓度，叫爆炸上限。,必须指出，瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，当受到,定因素影响时，爆炸界限会相应缩小或扩大。,当瓦斯浓度低于,5%,时，由于参加化学反应的瓦斯数量较少，不能形成热量积聚，因此，只能燃烧，不能爆炸；当瓦斯浓度高于,16%,时，由于空气中的氧气相对减少和不足，满足不了氧化反应的全都需要,只能有一部分的瓦斯与氧气发生反应，因所生成的热量还会被多余的瓦斯和周围介质吸收而降温，所以也不能爆炸。,五、爆炸威力最强的瓦斯浓度,1.,理论浓度,在新鲜空气中,瓦斯爆炸最强烈的浓度是,9.5%,。因为这时混合气体中的全部氧气和瓦斯都能参与化学反应，既无多余的瓦斯，也无多余的氧气，化学反应最完全，最充分，生成的热也最多，因而这时的爆炸力最强，威力最大。,2.,理论分析,从理论上分析,一个体积的瓦斯要有两个体积的氧气才能进行最充分、最完全的化学反应。众所周知，新鲜空气中氧气占,20.96%,，剩余的,79.04%,为氮气和其他气体。如果把空气中的氧气看为,1,个体积，那么，氮气和其他惰性气体就是,79.0420.96,3.77,个体积，整个空气就可看作,1+3.77=4.77,个体积。,五、爆炸威力最强的瓦斯浓度,3.,理论计算,根据上述分析可知：如果有一个体积的氧气参加化学反应，就要有,4.77,个体积的空气。由于一个体积的瓦斯需要有,2,个体积的氧气才能进行充分完全的化学反应，因而这时的空气应为,24.77,9.54,个体积,所以,此时的瓦斯浓度为,1/(1+9.54)100%,9.5%,。,4.,实际浓度,上述是在地面新鲜空气条件下的理论计算。对煤矿井下空气，实测表明，爆炸威力最强的实际瓦斯浓度为,8.5%,左右，这是因为井下空气氧浓度减小、湿度较大，氧化反应不可能进行得十分充分的缘故。,第二节,影响瓦斯爆炸的因素,一、瓦斯爆炸的主要影响因素,影响瓦斯爆炸的因素很多、很复杂，其主要因素有：,1.,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。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。,一、瓦斯爆炸的主要影响因素,2.,爆炸性煤尘的混入,如果混入有爆炸性煤尘时，由于煤尘本身遇到火源能够放出可燃性气体，因此能使瓦斯爆炸下限降低。当空气中煤尘含量为,5g/m,3,时，瓦斯爆炸下限降到,3%,；煤尘含量为,8g/m,3,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。,3.,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。如每加入,1%,的氮气,瓦斯爆炸下限就提高,0.017%,、上限降低,O.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%,。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。,一、瓦斯爆炸的主要影响因素,4.,混合气体的初始温度,(,即爆炸前混合气体温度,),试验表明,初始温度越高,瓦斯爆炸界限就越大。当初始温度为,20,时,瓦斯爆炸界限为,6.0%,13.4%;,初始温度为,700,时,爆炸界限为,3.25%,18.75%,。因此,井下发生火灾或爆炸时，高温会使原来并未达到爆炸浓度的瓦斯发生爆炸，这一点在救灾时应特别注意。,5.,瓦斯浓度与引火温度,不同的瓦斯浓度，所需的引火温度,(,引起爆炸的最低温度,),也不同。一般说来,当瓦斯浓度为,7%,8%,时,其引火温度最低,就是说,瓦斯最容易引爆的浓度是,7%,8%,；高于或低于这个浓度,所需引火温度都较高。,6.,混合气体的压力,压力越大，所需引火温度越低。当混合气体瞬间被压缩到原来体积的,1/20,时，由于混合气体被压缩而自身产生的热量就能使其自行爆炸。煤矿生产中的放炮作业,能造成很大的气体压力,从而大大降低了引火温度,就比较容易发生瓦斯爆炸事故。,二、瓦斯爆炸感应期及其意义,1.,概念,瓦斯爆炸需要有引火源。若引火源存留时间短，也不能使瓦斯立刻爆炸，而需要延迟一个很短的时间，才能使瓦斯爆炸。瓦斯的这种延迟一个很短时间才爆炸的现象称为引火延迟现象，而引火延迟的时间称为瓦斯爆炸感应期。,2.,意义,利用这一特性，想办法缩短高温火源的存在时间，使其不超过瓦斯爆炸的感应期，从而大大减少或消除爆炸的可能性。例如，目前使用的毫秒雷管和安全炸药，在一定程度上就是根据这一特性而研制和生产的。,严格禁止存留时间长、超过瓦斯爆炸感应期的高温火源。如明火、电火等，在瓦斯矿井中都要严加防止。,第三节,瓦斯爆炸的危害,一、瓦斯爆炸的主要危害,瓦斯爆炸的危害主要表现在以下,3,个方面。,1.,爆炸产生高温,试验研究表明，当瓦斯浓度为,9.5%,时，爆炸产生的瞬间温度可达,1850,2650,。这样高的温度，不仅会烧伤人员、烧坏设备，还可能点燃木材、支架和煤尘，引起井下火灾和煤尘爆炸事故，扩大灾情。,2.,爆炸产生高压,经实验和理论计算，瓦斯爆炸后的气体压力是爆炸前的,7,10,倍。气体压力的骤然增大，将形成强大的冲击波,(,每秒几百米或几千米,),向前冲击，从而推倒支架、损坏设备、使巷道或工作面顶板坍塌和人员伤亡，使矿井遭受严重破坏。,3.,爆炸产生大量有害气体,瓦斯爆炸后,不仅氧减少而且会产生大量有害气体。据分析,瓦斯爆炸后的气体为：,O,2,6%,10%,、,N,2,82%,88%,、,CO,2,8,4%,、,C04%,2%,。,而当空气中一氧化碳浓度达到,0.4%,时，人就会中毒死亡；当氧气浓度减少到,10%,12%,时，人就会失去知觉窒息而死。统计表明,在瓦斯、煤尘爆炸事故中,死于一氧化碳中毒的人占总死亡人数的,70%,以上。因此，强调入井人员佩带自救器是非常必要的。,二、瓦斯爆炸的正、反向冲击与危害,1.,正向冲击,瓦斯爆炸产生的高温、高压使爆源附近的气体以极大的速度向四周扩散，在所经过的路程上形成威力巨大的冲击波现象，称为正向冲击,(,也称进程冲击,),。正向冲击由于是高温、高压气流，因此，能造成人员伤亡、巷道和设施破坏，还能扬起大量煤尘使之参与爆炸，从而造成更大的破坏，还可点燃坑木或其他可燃物而引起火灾。,二、瓦斯爆炸的正、反向冲击与危害,2.,反向冲击,爆炸发生后，由于爆炸气体从爆源点高速向外冲击，加上爆炸后生成的部分水蒸汽很快冷却和凝聚，因而，在爆源附近就形成了气体稀薄的低压区，这样，在压差的作用下爆炸气体就会连同爆源外围的气体，又以极高的速度反向冲回爆炸地点。这一过程称为反向冲击,(,也称回程冲击,),。,反向冲击的危害是,，虽然这种冲击的力量较正向冲击的力量小，但由于它是在正向冲击的基础上发生的，是沿着已经遭受破坏的路程和区域反冲，所以其破坏性往往更大。,反向冲击还可能引起连续爆炸事故。,三、瓦斯连续爆炸,井下发生瓦斯连续爆炸的原因一般说来有两种可能：,一是,由于瓦斯爆炸产生的高温点燃了坑木或其他可燃物而引起发火，而附近有瓦斯继续涌出且达到一定浓度和有足够氧气，就可能发生第二次爆炸，甚至第三次、第四次；,二是,在反向冲击过程中，反向冲击的空气中含有足够的瓦斯和氧气，而爆源附近的火源尚未熄灭，或因爆炸产生有新火源,就可能造成第二次甚至多次连续爆炸事故。,第四节,瓦斯爆炸事故的防治,一、煤矿井下容易发生瓦斯爆炸的地点及原因,井下任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能，但大部分发生在煤掘工作面和回采工作面的上隅角。据统计，我国国有重点煤矿,1982-1989,年间发生的,96,次特大瓦斯爆炸事故中，发生在采掘工作面的有,84,次,占总次数的,87.5%,其中掘进工作面,61,次,占总次数的,63.5%,。,1.,掘进工作面发生瓦斯爆炸的原因,局部通风管理不善,如局部通风机任意停开而临时停风、风筒损坏或接设不严而漏风、风筒末端距工作面太远而风量不足风速过低等，都不能将瓦斯及时冲淡、排出，常导致瓦斯积聚达到爆炸浓度。,机电设备失爆和放炮不合规定,煤巷掘进多用电钻打眼，经常放炮，出现机电设备失爆和放炮不合规定而产生引爆火源的可能性也较多。,2.,回采工作面上隅角发生瓦斯爆炸的原因,上隅角容易出现瓦斯积聚,这是因为：其一，采空区内积存的高浓度瓦斯容易从上隅角附近逸散出来；其二，上隅角又往往是采空区漏风的主要出口，采空区的瓦斯容易被漏风带至上隅角；其三，工作面上隅角的风流直角拐弯，易成涡流区，瓦斯难于被风流带走。,上隅角易产生引爆火源,上隅角附近往往设置有回柱绞车等机电设备，同时放炮时容易产生虚炮等，产生引爆火源的机会较多。,二、瓦斯爆炸的主要原因,瓦斯爆炸由,3,个方面的因素促成：即,瓦斯积聚、引爆火源和管理工作不善,与,某些人员的失职,。,前,2,个因素是瓦斯爆炸的基本条件，瓦斯爆炸大多是因后一个因素的存在而形成。,也,就是说，如果没有某些人员的违章或失职，瓦斯积聚或引爆火源就不会出现，且即使出现也大都能得到及时妥善处理、爆炸事故能被控制或杜绝。大量事实充分表明，多数瓦斯爆炸事故是因某些人，尤其是负有特殊工作的人员,(,如瓦检员、放炮工、电钳工及班组长等,),不能尽职尽责、麻痹大意、甚至违章违纪造成的。,三、引起瓦斯积聚的主要原因,引起瓦斯积聚而导致瓦斯爆炸的原因很多、很复杂，主要有：,1.,局部通风机停止运转,这种现象导致瓦斯积聚而引起爆炸的比例最大。有的是设备检修，有计划停电、停风；有的是机电故障、掘进面停工而停风；还有的是局部通风机管理混乱，任意开停等。,2.,风筒断开或严重漏风,主要是施工人员不爱护通风设施，将风筒掐断、压扁、刮坏等。而通风人员又不能及时发现和进行维护、修补，造成掘进面风量不足而导致瓦斯积聚。,风机无人管,谁想开就开,想关就关,要及时检查风筒连接件的状态,3.,采掘面风量不足,造成风量不足的原因多种多样，如不按需要配风，通风巷道冒顶堵塞、单台局部通风机供多头、风筒出口距掘进面太远等，都可能造成采掘面风量小、风速低而导致瓦斯积聚。,4.,局部通风机出现循环风,由于局扇安设位置不合规定或全风压供给风量小于该处局扇吸入风量等原因,都可能使局扇出现循环风,致使掘进面涌出的瓦斯反复回到掘进面，越积越多而达到爆炸浓度。,5.,风流短路,如打开风门而不关闭、巷道贯通后不及时调整通风系统等,都可能造成通风系统的风流短路而引起瓦斯积聚。,工作面无风,岂能检修掘进机,及时检查局扇运转状态,6.,通风系统不合理、不完善,自然通风、不合规定的串联通风、扩散通风和无回风道独眼井及通风设施不齐全等，都是不合理通风，都可能引起瓦斯积聚而导致爆炸事故。,7.,采空区或盲巷,采空区或盲巷没有风流通过，往往积存有大量高浓度瓦斯，在气压变化或冒顶等使其涌出或突然压出时都可能导致瓦斯爆炸。,8.,瓦斯涌出异常,断层、褶曲或地质破碎地带是瓦斯的富集区域，在接近或通过这些地带时，瓦斯涌出可能会突然增大，或忽大忽小变比无常，而且容易冒顶造成瓦斯积聚。,6.,通风系统不合理、不完善,自然通风、不合规定的串联通风、扩散通风和无回风道独眼井及通风设施不齐全等，都是不合理通风，都可能引起瓦斯积聚而导致爆炸事故。,7.,采空区或盲巷,采空区或盲巷没有风流通过，往往积存有大量高浓度瓦斯，在气压变化或冒顶等使其涌出或突然压出时都可能导致瓦斯爆炸。,8.,瓦斯涌出异常,断层、褶曲或地质破碎地带是瓦斯的富集区域，在接近或通过这些地带时，瓦斯涌出可能会突然增大，或忽大忽小变比无常，而且容易冒顶造成瓦斯积聚。,四、煤矿井下引起瓦斯爆炸的主要火源,引爆瓦斯的主要火源有以下几种：,1.,电火花,由于对井下照明和机械设备的电源管理不善或操作不当，如，矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆漏电或短路、电缆明头或抽线、电器开关失爆、电机车架线出火及杂散电流等而产生的电火花，是引起瓦斯爆炸的主要火源之一。,2.,放炮火花,主要是炮泥装填不满、最小抵抗线不够和放明炮、放糊炮、接线不良、炸药不合要求等引起的。据,1983,1989,年统计，放炮火花引爆瓦斯的次数占爆炸总次数的,35.4%,，是引爆瓦斯事故的另一主要火源。,五、预防瓦斯爆炸,加强矿井通风管理,加强通风管理,使井下各地点瓦斯浓度都不超过规定，是防止瓦斯积聚、爆炸的一项极为重要的和有效的措施,:,1.,建立合理、完善的通风系统,要做到稳定、连续的向井下所有用风地点供风，并保持足够风量。,2.,实行分区通风,各水平、各采区,(,面,),都要有单独的回风道，使污浊风流直接进入采区回风道或矿井总回风道，而不得串入其他釆掘工作面。,3.,及时建筑和管理好通风构筑物,对风门、风桥、挡风墙、凋节风窗等，要保证规格质量，并应经常检查维修，以保持完好，还应根据需要，及时调整风量。,4.,加强局部通风管理,5.,及时调整通风系统,巷道贯通后,要,及时调整通风系统，严防风流短路或风量不足引起瓦斯积聚。,六、预防瓦斯爆炸,加强矿井瓦斯管理,加强和搞好矿井瓦斯管理是防止瓦斯爆炸的关键环节。必须做到以下几点：,1.,建全机构，完善制度,各矿、井都要有适应通风瓦斯管理要求的组织机构和一支专业队伍，配足瓦斯检查人员；还必须建立一套较完善的瓦斯检查与管理制度及相应的奖惩规定，并认真执行。,2.,强化现场瓦斯检查,防止和及时发现、处理局部瓦斯积聚，严禁超限作业；,3.,严格执行,规程,有关瓦斯检查与管理规定,如：区域巡回检查瓦斯和检查次数的规定；控制各处风流瓦斯浓度及超限时必须采取相应措施的规定；停电检修或临时停工停风必须采取排放瓦斯措施的规定；“一炮三检”、“三人连锁放炮”和巷道贯通以及盲巷管理的规定等都必须严格遵守。,4.,抽放煤层瓦斯,采取有效方式，抽放煤层瓦斯，减少开采过程中的瓦斯涌出量。,5.,建立安全监测机构,按规定安设瓦斯检测报警断电装置，并及时检查维护，保证灵敏可靠和正常运行。,七、预防瓦斯爆炸,防止出现引爆火源,防止出现引爆火源的原则是,禁止一切非生产火源,;,对生产中可能产生的火源要严格管理和控制：,1.,防止出现明火,按照,规程,规定,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、吸烟；严禁携带烟草及点火器具入井,;,井下禁止使用电炉,;,需要在井下施焊时,要遵守,规程,规定,严格审批手续,;,防止煤炭自燃,;,加强火区管理防止复燃等。,2.,防止出现电火花,瓦斯矿井必须采用安全型、防爆型和安全火花型的电器设备,;,井口和井下电器设备必须,设,有防雷电和防短路保护装置,;,所有电缆接头不准有“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、撞击矿灯的灯头和灯盖等。,七、预防止瓦斯爆炸,防止出现引爆火源,3.,防止出现炮火,不准使用变质或不合格的炸药,有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井必须使用与该矿井瓦斯等级相适应的安全炸药；禁止放明炮、糊炮；禁止使用明接头或裸露的放炮母线，雷管脚线、母线与放炮器的联结要牢固；要使用水炮泥，炮眼封泥要装满填实，防止打筒；打跟、装药、放炮部必须符合,规程,要求。,4.,防止出现其他火源,在移设机械设备过程中要轻搬轻运，防止摩擦、撞击出现火花；割煤机必须设外喷雾装置，割煤过程中要喷雾晒水，防止截齿与夹石产生摩擦火花；采取针对性安全措施，防止金属、岩石等坚硬物体从高处落下，以防产生撞击火花等。,八、为防止瓦斯爆炸，对瓦检员的要求,大量事实表明，几乎所有瓦斯爆炸事故都与瓦检员的违章、违纪和未能采取有效措施有直接关系。为此，要求瓦检员必须做到：,1.,遵章守纪，不准空、漏、假检,；在井下指定地点交接班；严格执行,规程,关于巡回检查和检查次数的规定。,定期检查瓦斯浓度,并记在牌,板,上,仅这次忘记测了,!?,瓦检员要逐日登记瓦斯检测情况,八、为防止瓦斯爆炸,对瓦检员的要求,2.,清楚的,了解和掌握,分工区域内各处,瓦斯涌出状况和变化规律。,3.,对分工区域瓦斯涌出较大、变化异常的重点部位和地点，必须随时和加强检查，密切注视。,对可能出现的隐患和险情，要有超前预防意识,。,4.,要,能及时发现瓦斯积聚、超限等不安全隐患,，除立即主动采取针对性有效措施进行妥善处理外，要通知周围作业人员和向区,(,队,),长、地面调度汇报。,5.,对,任何违犯,规程,关于通风、防尘、放炮等有关规定的,违章,指挥、违章作业的任何,人,，都要,敢于坚决抵制和制止,。,九、预防瓦斯爆炸事故扩大的措施,1.,技术措施：,实行分区通风,禁止一切不合规定的串联通风；通风系统力求简单,总进、回风巷之间不宜太近。,编制“矿井灾害预防和处理计划”。每一入井人员都应熟悉灾变时的撤退路线,并能迅速抢救遇险人员,以减小灾害程度。,清扫积尘，以防止煤尘参与爆炸。,2.,安全装备和装置措施：,主要通风机出风井口装没防爆门或防爆井盖，且爆炸时能被冲开,以释放能量。,按,规程,要求安设隔爆设施,以阻隔火焰传播,防止发生连续爆炸。,入井人员佩带自救器,以便在发生爆炸时安全逃生。,第三章 煤与瓦斯突出及防治,主要内容,第一节 煤与瓦斯突出基本知识,第二节,煤与瓦斯突出防治措施,第一节 煤与瓦斯突出基本知识,一、煤与瓦斯突出的概念,在地应力和瓦斯,(,含二氧化碳,),的共同作用下，破碎的煤和瓦斯由煤体内突然喷出到采掘空间的现象叫煤与瓦斯突出。,二、煤与瓦斯突出动力现象的分类与特征,按动力现象的力学特征可分为突出、压出和倾出。,1.,煤和瓦斯突出,(,简称突出,),实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯能。突出的基本特征是：,突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象。,抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。,抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉。,1.,煤和瓦斯突出,(,简称突出,),有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施。,有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转。,突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形，倒瓶形以及其它分岔形等。,图,3-1,所示是老虎台矿,-730m,岩石掘进工作面的突出孔洞示意图。,图,3-1,岩石掘进工作面煤与瓦斯突出孔洞示意图,2.,煤突然被压出并涌出大量瓦斯,(,简称压出,),压出的基本能源是煤层所积蓄的弹性能。压出的基本特征是：,压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出。但位移和抛出的距离都较小。,压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙。,压出的煤呈块状，无分选现象。,巷道瓦斯涌出量增大。造成短时间内风流中瓦斯浓度超限。,2.,煤突然被压出并涌出大量瓦斯,(,简称压出,),压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。,图,3-2,所示是南桐直属二井相向回采引起的压出示意图。,图,3-2,煤与瓦斯压出示意图,3.,煤突然倾出并涌出大量瓦斯,(,简称倾出,),倾出的基本能源是煤的重力位能，实现倾出的力是失去平衡的煤体自身的重力。倾出的基本特征是：,倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象。,倾出的孔洞呈口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂,(,厚煤层,),方向发展。,无明显动力效应。,倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中。,巷道瓦斯涌出量明显增加。,图,3-3,所示是北票台吉一井上山倾出示意图。,图,3-3,煤与瓦斯倾出示意图,三、煤与瓦斯突出的危害,当发生煤与瓦斯突出时，采掘工作面的煤壁将遭到破坏，大量的煤与瓦斯将从煤层内部以极快的速度向巷道或采掘空间喷出，充塞巷道，煤层中会形成孔洞，同时由于伴随有强大的冲击力，巷道设施会被摧毁，通风系统会被破坏、甚至发生凤流逆转，还可能造成人员窒息和发生瓦斯爆炸、燃烧及煤流埋人事故。,四、突出矿井和突出煤层的管理,1.,突出矿井和突出煤层的概念,规程,规定，矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即定为突出矿井，发生突出的煤层即定为突出煤层。,四、突出矿井和突出煤层的管理,2.,突出矿井和突出煤层的管理要求,突出矿井都必须设置防治突出的专业机构，负责防治突出的管理、技术指导和