矿井瓦斯预测与瓦斯防治.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,*,*,*,主要内容,煤层瓦斯赋存与瓦斯含量,矿井瓦斯涌出量预测,矿井瓦斯爆炸及其防治,煤与瓦斯突出预测及其防治,瓦斯抽采,矿井瓦斯赋存与瓦斯含量,矿井瓦斯：井下有害气体的总称。成份包括甲烷、重烃、氢、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢等,来源：,(1)生产过程中产生的气体。如井下作业人员呼吸、火药爆破、充电等；,(2)由化学及生物化学作用产生的气体。如坑木腐烂、煤氧化的气态产物；,(3)煤层、围岩和地下水释放的天然气。,甲烷的性质,瓦斯的化学名称叫甲烷，是一种无色、无味、无毒的气体。甲烷分子的直径为0.375810-9m，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动，其扩散速度是空气的1.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。甲烷的分子量为16.042kg/kmol，标准状态时的密度为0.7168kg/m3，对空气的比重为0.5545，如果巷道上部有瓦斯涌出源，风速低时，容易在顶板附近形成瓦斯积聚层。瓦斯微溶于水，在20和0.1013MPa（1atm）时，100 L水可以溶解3.31L甲烷，0时可以溶解5.56L甲烷。,瓦斯的危害,(5)污染环境，加剧大气“温室效应”,瓦斯对环境的污染主要表现为加剧大气“温室效应”。据有关研究成果报道，瓦斯（CH4）是仅次于氟利昂的温室气体，它产生的温室效应是CO2的2530倍，且产生温室效应的时效长达100150年之久。全世界煤矿每年向大气排放600多亿m3，其中我国煤矿排放到大气中的瓦斯就多达190多亿m3，约占全世界煤矿排入大气瓦斯总量的三分之一。过去200300年来大气中瓦斯浓度已增加了一倍。,瓦斯的益处,居民家用,动力发电,煤层瓦斯赋存规律,煤层经过漫长地质年代煤化过程生成的瓦斯，在其压力与浓度差的驱动下进行运移，其中大部分脱离产气煤层排放到大气中；当在运移途中遇到良好的封闭和贮存条件时，会聚集起来形成天然气藏。留存在现今煤层中的瓦斯，仅是其中的一小部分（占324%）。煤层保存瓦斯量的多少，主要取决于封闭条件（如煤层埋藏深度、煤层及围岩的透气性、地质构造等）与存贮条件（如煤的吸附性能、孔隙率、含水程度、温度与压力等）。,煤层瓦斯赋存规律,(1)沿煤层的垂向瓦斯具有分带性,当煤层具有露头或在冲积层之下有含煤盆地时，由于煤层内的瓦斯向地表运移和地面空气向煤层深部渗透、扩散，其结果是煤层沿垂向一般会出现四个分带：即“CO,2,N,2,”、“N,2,”、“N,2,CH,4,”、和“CH,4,”带。各带的气体成分组成如表3-3所示。“CO,2,N,2,”、“N,2,”、“N,2,CH,4,”三带统称为瓦斯风化带。瓦斯风化带的深度视地质条件而异。“CH,4,”带称为瓦斯带，该带内煤层瓦斯含量随埋深增加而有规律的增长，但是增长的梯度因地质条件而定。,煤层瓦斯垂向分带各带气体组分,带名,（从上往下）,气带,成因,CO,2,N,2,CH,4,%,(按体积),m,3,/t煤,%,(按体积),m,3,/t煤,%,(按体积),m,3,/t煤,CO,2,-N,2,空气,生化成因,2080,0.192.24,2080,0.151.42,010,00.16,N,2,空气,成因,020,00.27,80100,0.221.86,020,00.22,N,2,-CH,4,变质,成因,020,00.39,2080,0.251.78,2080,0.065.27,CH,4,变质,成因,010,00.37,020,01.93,80100,0.6110.5,风氧化带的确定,瓦斯风化带下界的确定，主要是依据瓦斯成分。但如果一些矿井缺乏瓦斯成分资料，还可借助于其他一些指标。确定瓦斯风化带下界的指标有：,（1）煤层瓦斯中所含瓦斯的甲烷成分大于80%；,（2）煤层瓦斯压力为0.10.15Mpa;,（3）在同样的自然条件下，与上述瓦斯压力相当的瓦斯含量，或瓦斯含量大于2m3/t；,（4）矿井相对瓦斯涌出量大于2m3/t.daf。,煤层瓦斯赋存规律,(2)瓦斯在煤体中的赋存状态,瓦斯在煤体内的赋存呈两种状态：在煤内小孔以上包括裂隙空间内的瓦斯主要呈自由状态，称为游离瓦斯或自由瓦斯，由于瓦斯分子的热运动，它显示出一定的压力，这种状态的瓦斯服从气体定律即气体状态方程；另一种称为吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部，占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。,实测表明，在目前开采深度（10002000m以内）煤层的吸附瓦斯量占7095%，而游离瓦斯量仅占530%。,煤层瓦斯基础参数,煤层瓦斯压力,煤层瓦斯含量,钻孔流量衰减系数,煤层透气性系数,煤层瓦斯压力,煤层瓦斯压力是指煤层孔隙中所含游离瓦斯所呈现的压力，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，不论是煤中的游离瓦斯量，还是吸附瓦斯量，皆与瓦斯压力密切相关。当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正比例，当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量越大。用间接法测定煤层瓦斯含量时，必需知道煤层瓦斯压力；在煤与瓦斯突出发生、发展过程中，瓦斯压力起着重大的作用，瓦斯压力是突出预测的主要指标之一。,煤层瓦斯压力,煤层瓦斯压力是煤层瓦斯重要参数之一，我国煤矿安全规程（以下简称规程）规定“在石门揭开突出煤层前必须打钻孔测定煤层压力”。我国煤层瓦斯压力最高的矿区是北票、天府、南桐和淮南等矿区，其实测的煤层最高瓦斯压力已达8.0MPa以上。迄今我国煤层瓦斯压力最大值为8.25MPa，这一压力是在北票台吉矿550水平西5石门揭10层煤实测的煤层瓦斯压力，测压地点距地表的垂深为729m。,煤层瓦斯含量,煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积(换算为标难状态)量，单位是m3/t或mLg。煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤(去掉煤中水分和灰分)的瓦斯体积表示，单位是m3t燃。,煤层未受采动影响时的瓦斯含量称为原始(或天然)瓦斯含量，如煤层受采动影响，已部分徘放瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯量称为残存瓦斯含量。,煤层瓦斯含量,煤层围岩中有时也含有瓦斯，单位质量(或体积)岩石中所含的瓦斯体积称为岩层瓦斯含量。,煤的瓦斯容量指在一定瓦斯压力、温度、水分和孔隙率条件下，煤中所含有的瓦斯量。煤的瓦斯容量是根据试验室测出的煤的吸附瓦斯等温线和孔隙率，计算确定的。如瓦斯压力、温度和水分等试验条件与煤层相同，则计算得出的瓦斯容量即为煤层的瓦斯含量。,影响煤层瓦斯含量的因素,在成煤过程中每形成1t煤所生成的瓦斯量理论上约为100400 m3，但国内外大量实测资料表明，现今的煤层原始瓦斯含量一般最大不超过3040 m3/t，这就说明成煤过程中生成的瓦斯绝大部分已逸散到地表，或在地质条件适合时，如煤盆地地层中有大面积隔气层和储气构造，煤层中的瓦斯运移到储气构造中，形成煤成气藏，因此，煤层瓦斯含量除与生成瓦斯量有关外，主要取决于煤生成后瓦斯运移条件和煤保存瓦斯的能力（吸附性、孔隙率等），,影响煤层瓦斯含量的因素,煤田地质史,从植物的堆积一直到煤炭的形成，经历了长期复杂的地质变化，这些变化对煤中瓦斯的生成和排放都起着一定的作用。煤层中瓦斯生成量、煤田范围内瓦斯含量的分布以及煤层瓦斯向地表的运移，归根到底都有取决于煤田的地质史。成煤后地壳的上升将使剥蚀作用加强，从而给煤层瓦斯向地表运移提供了条件；当成煤后地表下沉时，煤田为新的覆盖物覆盖，从而减缓了煤层瓦斯的逸散。如开平煤田东欢坨区，石炭二叠系煤层直接由厚150600m的第四系冲积层覆盖，该区在第四系冲积层沉积前，煤层瓦斯已经过漫长地质年代的排放，实测表明，在距地表680700m深处，煤层的瓦斯含量仅1.42.2 m3/t。,瓦斯含量的影响因素,地质构造,断层对煤层瓦斯含量可以有性质上截然不同的两种影响，开放性断层是煤层瓦斯排放的通道，在这类断层附近，煤层瓦斯含量减小，封闭性断层本身透气性差，而且截断了煤层与地表的联系，往往使封闭区段的煤层瓦斯含量增大。淮南谢家集二井的F18号断层上盘的煤与地表毗连，处于瓦斯风化带，而断层下盘的煤层由于被断层封闭，煤层瓦斯含量增大，处于断层下盘的一水平北部区，其相对瓦斯涌出量一直保持在1020 m,3,/t；而处于断层上盘的南部区，虽然开采深度与北部区相同，但相对瓦斯涌出量却小于5 m,3,/t。,在被基岩覆盖的闭合和半闭合背斜转折区，由于煤层运移路线加长和瓦斯排出口不断缩小，增大了瓦斯运移的阻力，因此，在同一开采深度下比构造两翼瓦斯含量大；而在向斜转折处则恰恰相反，煤层瓦斯含量减小，这是由于供应瓦斯区域逐渐减小，而瓦斯向地表运移的通道逐渐扩大的结果。,煤层的赋存条件,煤层有无露头对煤层瓦斯含量有一定影响。煤层有露头时，瓦斯易于排放；无露头时，煤层瓦斯易于保存。例如，中梁山煤田煤层呈覆舟状，地表无露头，煤层瓦斯不仅含量大而且有煤与瓦斯突出危险。,煤层埋藏深度是决定煤层瓦斯含量大小的重要因素。对同一煤田或煤层，在瓦斯风化带以下，煤层瓦斯压力随深度加大呈线性增大趋势，故煤层瓦斯含量随深度增大而增大，它反映了煤层瓦斯由深部向地表运移的总规律，该规律已被大量生产和科研实践所证实。,由于煤层的透气性一般比围岩大得多，而倾角越小瓦斯运移的途径越长，因此在其它条件大致相同的情况下，在同一开采深度上，煤层倾角越小，煤层所含瓦斯越大。,瓦斯含量的影响因素煤层围岩性质,围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。大同和抚顺两煤田瓦斯的对比可作为围岩性质对煤层瓦斯含量影响的典型例子。大同煤田煤的变质程度高（无烟煤），其成煤过程生成瓦斯量和煤的吸附能力均较抚顺煤田的煤层为大，但大同煤田的煤层瓦斯含量却远比抚顺煤田为小，这是因为大同煤田煤层的顶板由孔隙发育、透气良好的砂岩、砾岩和砂页岩组成，煤层中的瓦斯绝大部分已逸散；而抚顺煤田煤层的顶板则为厚达百米的致密的油母页岩和绿色页岩，大量瓦斯得以保存。,瓦斯含量的影响因素,煤的变质程度,由表3-2可以看出，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大，因此，在其它条件相同的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力随煤的变质程度的提高而增大，故在同一瓦斯压力和温度条件下，变质程度高的煤层往往能保存更多的瓦斯。但应指出，当由无烟煤向超级无烟煤过渡时，煤的吸附能力急剧减小，煤层瓦斯含量大为减低。,瓦斯含量的影响因素,岩浆活动,岩浆活动对煤层瓦斯含量的影响较为复杂。在岩浆接触变质和热力变质的影响下，煤能够再一次生成瓦斯，并由于煤变质程度的提高而增大了吸附能力，因而岩浆活动影响区域煤层的瓦斯含量增大。但在无隔气层的情况下，由于岩浆的高温作用强化了煤层排放瓦斯，从而煤层瓦斯含量减小。故对不同煤田，岩浆活动对煤层瓦斯含量的影响可能是各不相同的。在北票煤田，火成岩侵入区域煤层瓦斯含量较大,且煤与瓦斯突出严重。,瓦斯含量的影响因素,水文地质条件,尽管瓦斯在水中的溶解度仅1%4%，但在地下水交换活跃地区，水却能从煤层中带走大量瓦斯，从而使煤层瓦斯含量明显减少。例如，南桐直属二井的突出煤层，在地下水活跃区域的煤层瓦斯含量很小，且无煤与瓦斯突出危险。,瓦斯含量的影响因素,钻孔流量衰减系数,钻孔流量衰减系数是表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数，是瓦斯抽放的重要参数，直接反应了开采层预抽瓦斯的难易程度。钻孔流量衰减系数测定方法简单，通常选择有代表性的地区，打直径75mm的钻孔，测定其初始瓦斯流量Q0，经过t(10d以后)，测其流量Qt，因钻孔瓦斯流量按负指数函数规律衰减，用负指数函数表示则有：,式中：钻孔流量衰减系数，d1；,Q,0,钻孔初始瓦斯流量，m3d；,Q,t,经过t时间的钻孔瓦斯流量，m3d；,t时间，d。,煤层透气性系数,煤层透气性表征煤层对瓦斯流动的阻力，它反映着瓦斯沿煤层流动的难易程度，通常用透气性系数表示。用煤层透气性系数说明抽放难易程度最直观，透气性系数大就容易抽放，透气性系数小就难于抽放；但由于井下测定煤层透气性较为复杂，因而不如钻孔流量衰减系数容易为各抽放矿井掌握。,原始煤层的渗透性往往是很低的，瓦斯在煤层中的流速也很小，每昼夜几厘米到几米，流动状态属于层流运动，一般符合达西定律，即瓦斯流动速度与压力梯度成正比，与煤的渗透率成正比，可用下式表示：,式中：v瓦斯流动速度，cms；,K煤的渗透事，cm2；,瓦斯(CH,4,)的绝对粘度，1.0810-8 Ns/cm,2,；,dp在dx长度内的压差，MPa；,dx与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，cm。,我国的煤层透气性系数常用单位为m,2,Mpad，其物理意义是在lm长的煤体上，当压力平方差为1Mpa,2,时，通过lm,2,煤体的断面，1昼夜流过的瓦斯量(m3)。1m,2,Mpad相当于0.025mD。,试验室测定煤样的渗透性不能代表地下煤层的透气性能，因为试验室的煤样在制备过程中煤的大裂隙多半不存在了，同时煤层埋藏于地下深处，有地应力、煤层水分和在应力作用下煤中裂隙的闭合程度等堵因素的影响，其与试验煤样的透气性能差异甚大。因此，我国煤矿均在井下实测煤层透气性的大小，其中基于煤层瓦斯向钻孔的流动状态为径向不稳定流动之基础上建立的测定方法应用广泛。,矿井瓦斯涌出,在有瓦斯煤层中进行开采作业时，瓦斯涌出是威胁煤矿安全生产的最主要因素。矿井瓦斯涌出量是指矿井生产过程中涌入采掘空间及抽入抽放管道中的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量来表示。绝对瓦斯涌出量是指矿井在单位时间内涌出的瓦期体积，单位为m,3,min；相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产条件下，采1t煤涌出的瓦斯体积，单位为m,3,t。,根据矿井相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出的不同形式，我国规程第一百三十三条根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10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。,2.高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。,3.煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。,煤层瓦斯涌出形式,正常瓦斯涌出,瓦斯喷出,煤与瓦斯突出,正常瓦斯涌出,从煤层、岩层以及采落的煤(矸石)中比较均匀的释放出瓦斯现象即为正常式涌出瓦这是煤层瓦斯涌出的主要形式。,瓦斯喷出,从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯（二氧化碳）异常涌出的现象即为瓦斯喷出。一般都伴随有声响效应，如吱吱声、哨声、水的沸腾声等。一般认为，在正常通风条件下，短时间内很快使巷道瓦斯浓度严重超限，并持续一定时间(少则几十分钟，多则几年)的瓦斯涌出属于瓦斯喷出。2001版规程对首次对瓦斯喷出进行了定量规定，即：“在20m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1.0m3/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区即定为瓦斯（二氧化碳）喷出危险区域。”,喷出式瓦斯涌出必须有大量积聚游离瓦斯的瓦斯源，按不同生成类型，瓦斯喷出源有两种：地质生成瓦斯源和生产生成瓦斯源。地质生成瓦斯源是指喷出的瓦斯来源于成煤地质过程中，大量瓦斯积聚在地质的裂隙和空洞内，当采矿工程揭露这些地层时，瓦斯就从裂隙及空洞中涌出，形成瓦斯喷出如阳泉、中梁山等矿区从顶底板石灰岩的溶洞型隙中喷出大量瓦斯就是属于地质生成瓦斯源。阳泉一矿12号煤层(四尺煤)三下山底板，当钻孔穿过K3层石灰岩时，在一年时间内从裂隙中喷出了1132万m3瓦斯。生产生成瓦斯源是指喷出的瓦斯来源于：因开采松动卸压的影响，使开采层邻近的煤层卸压而形成大量解吸瓦斯，当游离瓦斯积集达到一定能量时，冲破层间岩石而向回采巷道喷出。,喷出式瓦斯涌出可以发生在各类巷道，如井筒、石门、准备巷道、回采工作面以及钻孔中，它的危险性在于其突然性。对地质生成的瓦斯喷出危险，应在有喷出危险的区域中进行采矿工程时，加强地质工作，如采取打前探钻孔、打排瓦斯钻孔，加大危险区域的风量，将喷出的瓦斯直接引入回风巷或抽放瓦斯管路内，严禁工作面之间的串联通风；为防治生产生成的瓦斯喷出，在开采近距离保护层时，必须加强回采初期被保护层卸压瓦斯的抽放，如加密钻孔等，搞好顶板管理工作，当悬顶过长时，应采取人工强制放顶等。,煤与瓦斯突出,煤(岩)与瓦斯(甲烷或二氧化碳)突出是含瓦斯的煤、岩体，在压力(地层应力、重力、瓦斯压力等)作用下，破碎的煤和解吸的瓦斯从煤体内部突然向采掘空间大量喷出的一种动力现象。在突出过程中，瞬间瓦斯涌出量及瓦斯涌出总量是非常惊人的，如我国最大的天府三汇一矿6号煤层的突出，在突出后lh实测瞬间瓦斯涌出量达3960m,3,min，在突出后的2h45min时，瓦斯涌出量仍有35m,3,min，在这期间总计涌出瓦斯量为140万m,3,，抛出煤炭及岩石共12780t。,影响矿井瓦斯涌出量的因素,矿井瓦斯涌出量的大小主要不仅取决于煤层赋存条件，而且决定于矿井的开采技术条件。,1.煤层和围岩的瓦斯含量,煤层（包括可采层和邻近层）和围岩的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的决定因素，一般煤层瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。当前矿井的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要依据。,2.开采深度,随着开采深度的增大，煤层的瓦斯含量将增大，因而矿井瓦斯涌出量也会相应地增大。,3.开采规模,开采规模是针对矿井开拓、开采范围以及矿井的产量而言。对一矿井来说，开采规模越大，矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大；但就矿井的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。如果矿井是靠改进采煤工艺，提高工作面单产来增大产量的，则相对瓦斯涌出量会有明显的减少，原因是与采面无关的瓦斯源的瓦斯涌出量在产量提高时无明显增大，同时，随着开采速度加快，邻近层及采落煤的残存瓦斯量将增大。如果矿井仅是靠扩大开采规模来增大产量的，则矿井相对瓦斯涌出量或增大或保持不变。,影响矿井瓦斯涌出量的因素,4.开采顺序与开采方法,在开采煤层群中的首采煤层时，由于其涌出的瓦斯不仅来源于开采层本身，而且还来源于上、下邻近层，因此，开采首采煤层时的瓦斯涌出量往往比开采其它各层时大好几倍。为了使矿井瓦斯涌出量不发生大的波动，在开采煤层群时，应搭配好首采煤层和其他各层的比例。,在厚煤层分层开采时，不同分层的瓦斯涌出量也有很大的差别。一般情况是，第一分层瓦斯涌出量最大，最后一个分层瓦斯涌出量最小。,采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。在开采煤层群时，由于采用陷落法管理顶板比采用填法管理顶板时能造成顶板更大范围的破坏与松动，因而采用陷落法管理顶板的工作面的瓦斯涌出量比采用充填法管理顶板的工作面的瓦斯涌出量大。,影响矿井瓦斯涌出量的因素,5.地面大气压力的变化,地面大气压力的变化，会引起井下空气压力的变化。根据测定，地面大气压力在一年内的变化量可达58103MPa，一天内的最大变化量可达24103MPa，但与煤层瓦斯压力相比，地面大气压的变化量是很微小的。地面大气压的变化对煤层暴露面的瓦斯涌出量没有多大影响，但对采空区瓦斯涌出有较大的影响。在生产规模较大，采空区瓦斯涌出量占很大比重的矿井，当气压突然下降时，采空区积存的瓦斯会更多地涌入风流中，使矿井瓦斯涌出量增大；当气压变大时，矿井瓦斯涌出量会明显减小。例如，峰峰局羊渠河矿当气压由0.09976MPa增至0.1013MPa时，矿井瓦斯涌出量由11.61m3/min降至8.06m3/min。,影响矿井瓦斯涌出量的因素,矿井瓦斯等级鉴定,新矿井设计前，地质勘探部门应根据各煤层的瓦斯含量资料，预测矿井瓦斯等级，作为计算风量的依据。生产矿井每年必须进行矿井瓦斯等级的鉴定工作，同时还应进行矿井二氧化碳涌出量的测定，作为核定和调整风量的依据。,矿井瓦斯等级鉴定,1.鉴定时间和基本条件,矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。根据当地气候条件，选择矿井绝对瓦斯涌出量较大的月份进行，一般在七月或八月。在鉴定月的上、中、下旬中各取一天（间隔10天），分三个班（或四个班）进行测定工作。所谓正常生产，即被鉴定的矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60。,测定前必须做好组织分工和仪表校正等准备工作。,矿井瓦斯等级鉴定,2.测点选择和测定内容及要求,确定矿井瓦斯等级时，是按每一自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全矿井的平均值）。所以测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风硐、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。如无测风站，可选取断面规整并无杂物堆积的段平直巷道做测点。,测定内容为风量和风流中瓦斯浓度。如果进风流中含有瓦斯时，还应在进风流中测风量和瓦斯浓度。进、回风流的瓦斯涌出量之差，就是鉴定地区的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的矿井，在鉴定月内应在相应的地区测定抽出的瓦斯量，矿井瓦斯等级划分时，必须包括抽放的瓦斯量。,每一测定班的测定时间应选在生产正常时刻，井尽可能在同一时刻进行测定工作。,矿井瓦斯等级鉴定,3.矿井瓦斯等级的确定,矿井瓦斯等级以绝对瓦斯涌出量、最大的相对瓦斯涌出量和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定。井附以必要的文字说明，如产量、采掘比例、地质构造等因素和瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等情况，报上级审批。,正在建设中的矿井，也应进行瓦斯等级的鉴定，如果鉴定结果，特别是在煤层揭开以后，实际的瓦斯涌出量超过原设计确定的等级时，应提出修改矿井瓦斯等级的专门报告，报原设计审批单位批准。,矿井瓦斯涌出量预测,矿井瓦斯涌出量预测的目的与任务,矿井瓦斯涌出量预测的任务是确定新矿井、新水平、新采区、新工作面投产前瓦斯涌出量的大小，为矿井、采区和工作面通风提供瓦斯涌出方面的基础数据，它是矿井通风设计、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基础参数。,矿井瓦斯涌出量主要影响因素,煤层瓦斯含量,矿井瓦斯涌出量主要影响因素,采煤方法,开采顺序,厚煤层分层开采时，首分层瓦斯涌出量最大，最后一个分层瓦斯涌出量最小。,开采规模越大，矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大；但就矿井的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。,是决定因素。瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。,陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。,采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。,顶板管理方法,生产工序,通风压力,大气压力变化,负压通风，风压越高瓦斯涌出量越大；正压通风，风压越高瓦斯涌出量越小。,地面大气压的变化对对采空区瓦斯涌出有较大的影响。,落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。,开采规模,一般采空区存有大量瓦斯，未封闭或封闭不严，采空区瓦斯大量涌出，矿井瓦斯涌出量增大。,采空区管理方式,矿井瓦斯涌出量预测方法,矿山统计法,瓦斯含量法,分源预测法,瓦斯地质图法,矿山统计法,矿山统计法的实质是根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得出矿井瓦斯涌出量与开采深度的关系，来预测新井或延深水平的瓦斯涌出量。,适用范围,生产矿井的延深水平，生产矿井开采水平的新区，与生产矿井邻近的新矿井。在应用中，必须保证预测区的开采技术条件（煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理等）和地质条件（地质构造、煤层赋存条件、煤质等）与生产区相同或类似。应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。,统计法工作基础,（1）生产矿井瓦斯涌出量统计；,（2）分析影响矿井瓦斯涌出量的主要地质条件和开采技术条件；,（3）确定矿井瓦斯涌出量与开采深度的函数关系；,（4）用确定的函数关系式预测新井或延深水平的瓦斯涌出量。,在瓦斯风化带以下的甲烷带内，当煤层瓦斯地质条件和开采技术条件变化不大时，相对瓦斯涌出量随采深呈线性关系。矿井相对瓦斯涌出量增加1m3/t，矿井开采深度的增加量，称为瓦斯涌出量增深率，其单位t/m2。由已采水平（甲烷带内）不同深度的瓦斯涌出量实际测量数据可按下式计算瓦斯涌出量增深率：,a=（H,2,-H,1,）,/（q,1,-q,2,）,式中：,a,瓦斯涌出量增深率，,t/m2,；,H,1,、,H,2,瓦斯风化带以下两个已知瓦斯涌出 量的深度，,m,；,q,1,、,q,2,对应于,H1,、,H2,深度处的相对瓦斯涌出 量，,m,3,/t。,已知瓦斯涌出量增深率和瓦斯风化带下界限时，就可用下式预测相对瓦斯涌出量：,q=,（,H,H,0,）,/a+q,式中：,q欲求深度的相对瓦斯涌出量，m,3,/t；,H对应于q的深度，m；,H,0,瓦斯风化带的深度，m；,q,0,H,0,处的相对瓦斯涌出量，m,3,/t。,在煤层瓦斯地质条件和开采技术条件有明显变化时，即使在同一井田的同一煤层同一水平，瓦斯梯度也会有较大差异，这种情况下应采用分区段求出瓦斯涌出量增深率，进行分区段预测。某些矿井瓦斯涌出量增深率随深度渐变，即矿井的相对瓦斯涌出量与深度之间为线性关系，其回归方程可采用下列形式：,q=b（HH,0,）n+q,式中：,b、n回归常数，其余符号的意义同上。,分源预测法,分源预测法的实质是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，按矿井瓦斯主要涌出源回采(包括开采层，围岩和邻近层)，掘进及采空区瓦斯涌出规律，对矿井各回采工作面，掘进工作面进行预测计算，达到预测各采区、全矿井瓦斯涌出量之目的。,需要准备如下的资料：,（）各煤层瓦斯含量测定资料、瓦斯风化带深度以及瓦斯含量等值线图；,（）地层剖面和柱面图；,（）煤的工业分析指标（灰分、水分、挥发分和密度）和煤质牌号；,（）开拓和开采系统图，应有煤层开采顺序、采煤方法、通风方式等。,按照瓦斯涌出地点分，井下瓦斯源有5个，即开采层（包括围岩）、邻近层、掘进巷道、生产采空区和已采区采空区。,汇：矿井瓦斯涌出,生产采区瓦斯涌出,源：已采采区采空区瓦斯涌出,回采工作面瓦斯涌出,源：开采层瓦斯涌出,源：生产采区采空区瓦斯涌出,掘进工作面瓦斯涌出,源：邻近层瓦斯涌出,源：煤壁瓦斯涌出,源：落煤瓦斯涌出,矿井瓦斯涌出源、汇关系,计算方法,开始分别计算开采层、邻近层、掘进工作面煤壁与落煤的瓦斯涌出量，然后向上按相关顺序计算出采煤工作面和掘进工作面瓦斯涌出量，再加上生产采区采空区瓦斯涌出量。生产采区瓦斯涌出量与已采采区采空区瓦斯涌出量相加，即可最终得出预计的矿井瓦斯涌出量。,瓦斯地质图法预测瓦斯涌出量,瓦斯地质图法就是在系统收集、整理建矿以来采掘工作面每日的瓦斯浓度、风量和抽放量的基础上，准确地计算出各个采、掘工作面每日的绝对瓦斯涌出量点值，每一个采、掘工作面每个月都可以得到30个瓦斯涌出量点值，这是最能反映那个位置地质条件和采掘工艺条件及开采程序条件的瓦斯涌出量点值，是信息量大、最可贵的与生产实际结合最紧密的第一手资料。将整理出来的数千个、数万个瓦斯涌出量点值再经过认真的筛选，转绘到瓦斯地质图上，就可以直观的看出与各种地质因素和开采条件之间的关系。瓦斯地质图上展绘的已采、掘工作面的瓦斯涌出量点值，熟练的工程技术人员就可以预测到临近未采面的瓦斯涌出量的大小。同时，对于不同回采工艺、不同回采顺序计算出来的瓦斯涌出量可以建立对比关系。用这种方法建立起的瓦斯涌出量预测关系式和在瓦斯地质图上展示出的大量瓦斯涌出量点、瓦斯涌出量等值线。,瓦斯地质图法预测瓦斯涌出量,通过系统整理、分析建矿以来的地质资料和瓦斯资料，尤其是已采（掘）区各综放工作面每日的瓦斯、风量和抽放量报表，从而获得瓦斯地质规律，用瓦斯地质图法进行瓦斯涌出量预测。,构造煤级别划分,破坏,类型,光泽,构造及构造,特征,节理,性质,节理面性质,断口,性质,强度,类,（非破坏煤）,亮与半亮,层状构造，块状构造，条带清晰明显,一组或二到三组节理，节理系统发育，有次序,有充填物（方解石），次生面少，节理、劈理面平整,参差阶状，贝状，波浪状,坚硬，用手难以掰开,类,（破坏煤）,亮与半亮,1、尚未失去层状,2、条带明显，有时扭曲，有错动,3、不规则块状，多棱角,有挤压特征,次生节理面多，且不规则，与原生节理呈网状节理,节理面有擦纹、滑皮，节理平整，易掰开,参差多角,用手极易剥成小块，中等硬度,构造煤级别划分,类煤,（强烈破坏煤）,半亮与半暗,1、弯曲成透镜状构造,2、小片状构造,3、细小碎块，层理较紊无次序,节理不清，系统不发达，次生节理密度大,有大量擦痕,参差及粒状,用有手捻成粉末，硬度低,类,（粉碎煤）,暗淡,1、粒状或小颗粒胶结而成，形似天然煤团,节理失去意义，成粘块状,粒状,可捻成粉末，疏松,类煤,（全粉煤）,暗淡,1、土状构造，似土质煤,如断层泥状,土状,贺驼矿二,1,煤层综放工作面实际瓦斯涌出量统计表,综放工作面,回采年月,绝对瓦斯涌出量,m,3,min,-,日产量,td,-,标高,m,11061,2006-7-9,10.955,705,-356,2006-7-15,9.506,375,-357,2006-7-24,9.506,540,-358,2006-8-2,9.621,798,-359,2006-8-14,9.72,699,-360,2006-8-22,9.621,648,-361,2006-8-28,10.186,648,-361,2006-9-19,10.544,540,-363.5,2006-9-28,10.96,576,-364.8,2006-10-10,10.188,312,-363.5,2006-10-31,9.248,468,-364.5,2006-11-2,9.248,561,-365.4,2006-11-15,10.134,237,-366.3,2006-11-26,9.936,894,-367,2006-12-31,10.59,279,-369.5,11051,2006-12-7,11.744,594,-392.2,2006-12-15,12.357,666,-392,2006-12-23,11.344,547,-391.8,2007-1-10,10.215,499,-391.5,二,1,煤层瓦斯涌出量随标高变化趋势图,Y=-0.0507x-8.4662,相关系数R,2,=0.5678,贺驼矿井瓦斯涌出量预测图,瓦斯爆炸机理,(1),瓦斯爆炸的化学反应过程,化学反应式为：,井下空气,O,2,不足，反应的最终式为：,(2),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,CH,4,和,0,2,，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。,矿井瓦斯爆炸,瓦斯爆炸发生条件,矿井瓦斯爆炸,瓦斯爆炸的基本条件,引爆火源,瓦斯浓度,515%瓦斯。,650750的引爆火源。,氧含量,空气中氧含量不低于12%。,瓦斯爆炸的界限,矿井瓦斯爆炸,瓦斯爆炸的界限,瓦斯爆炸的主要影响因素,矿井瓦斯爆炸,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。N,2,每增加1，下限上升0.017%，上限下降 0.54；CO,2,每增加1%，下限上升0.0033，上限下降0.26。,粉尘放出可燃气体，爆炸下限降低。5g/m,3,，3爆炸，8g/m,3,，2.5爆炸。,增大爆炸气体总浓度，降低爆炸下限，扩大爆炸界限。,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3.2518.75n,瓦斯浓度与引火火源,混合气体的压力,瓦斯浓度78时，引火温度最低，即浓度为，78时，瓦斯最容易引爆。,爆炸性粉尘的混入,瓦斯爆炸危害,矿井瓦斯爆炸,瓦斯爆炸的危害,爆炸产生高压,爆炸产生高温,当瓦斯浓度为,9.5,时，爆炸时产,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，还可能点燃支架和煤尘，引起井下火灾和煤尘爆炸事故，扩大灾情。,瓦斯爆炸后的气体压力是爆炸前压力的,710倍,。气体压力骤然增大，形成强大的冲击波，推倒支架、损坏设备、使巷道或工作面的顶板坍塌及造成现场人员伤亡将使矿井遭受严重破坏。,爆炸产生大量有害气体,瓦斯爆炸后，不仅氧气减少，且产生大量有害气体。爆炸后氧气,6,10,、,一氧化碳,。而当空气中氧化碳浓度达到,0.4,时，人就会中毒死亡；当氧气浓度减少到,10,l2%,时，人就会失去知觉窒息而死。在瓦斯、煤尘爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人数占死亡总人数的,70,以上。,瓦斯爆炸发生原因,矿井瓦斯爆炸,瓦斯积聚,管理不善、人员失职,引爆火源,瓦斯爆炸的引起原因,明火,电火花,放炮火花,撞击、摩擦火花,局扇出现循环风,局部通风机停止运转,风筒断开或严重漏风,采掘面风量不足,瓦斯异常涌出,风流短路,通风系统不合理,采空区或盲巷存在,瓦斯爆炸发生原因,矿井瓦斯爆炸,局部通风机停止运转,引起瓦斯积聚的常见主要因素,局扇出现循环风,采掘面风量不足,风筒断开或严重漏风,未按要求配风、巷道堵塞、单台局扇供多头、风筒出口距掘进面太远等,施工人员不爱护，通风人员不及时维修，造成掘进面风量不足而导致瓦斯积聚,包括检修计划停风、机电故障停风、采掘面停工停风、风机管理混乱停风等,打开风门不关闭、巷道贯通后不及时调整通风系统等造成风流短路而导致瓦斯积聚,局扇位置不合规程要求、全风压供给 风量小于局扇的吸入分量等出现循环风,风流短路,通风系统不合理,自然通风、不合规定的串联通风、无回风道的独眼井、通风设施不全等,采空区或盲巷存在,瓦斯异常涌出,采空区或盲巷无风流通过，发生瓦斯突然涌出,裁决通过地质构造、瓦斯富集带，瓦斯涌出异常，发生瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等,2.9.6,瓦斯爆炸发生原因,矿井瓦斯爆炸电火花,引起瓦斯爆炸的火源,明火,撞击、摩擦火花,放炮火花,主要是炮泥填装不满、最小抵抗线不够、放明炮、放糊炮、接线不良、炸药不符合要求等引起火花。,煤炭自然发火及火区、井下焊接、吸烟等。,照明、机械设备、电器设备的管理不善、操作不当，如矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆明头、开关失爆等产生的电火花。,机械设备之间的撞击、截齿与坚硬岩石摩擦、坚硬顶板冒落撞击、金属表面之间摩擦等等产生的火花。,瓦斯爆炸危险性判别,矿井瓦斯爆炸,国际上一般都采用Coward爆炸三角形进行判别。Coward以瓦斯混合气体的可燃气体体积百分比浓度为横坐标，以空气或氧的体积百分比浓度作纵坐标，将可燃气体的下限浓度、上限浓度及临界浓度N在坐标图上表示，构成一个三角形，即Coward瓦斯爆炸三角形。不论何种组分的可燃气体一空气一惰气混合气体，都可在大三角形AOC内用适当的坐标表示。,大三角形内分成5个区：,I 区：即爆炸三角形LUV，如混合气体组分的坐标位于I区内，该混合气体能爆炸；,区：为空气不足区，混合气体不能爆炸，但混入空气使混合气体稀释，其组分坐标进入I 区时仍能爆炸；,区：为空气过量区，混合气体不能爆炸，但如混合气体中的空气被吸收或掺人了无空气的混合气体则仍能爆炸；,区：为惰气过量区，即混合气体中惰气与可燃气体的混合比已超过窒息比，不论混合气体被空气稀释或混合气体中的空气被吸收都不会爆炸；,区：不可能存在的甲烷空气混合气体区。,防治瓦斯爆炸措施,矿井瓦斯爆炸,防治瓦斯超限和积聚措施,杜绝火源,防治瓦斯爆炸措施,管理措施,严禁明火,按要求配备防爆设备,使用安全炸药,及时封闭盲巷,防治巷道瓦斯积聚,防治工作面回风瓦斯超限,防治工作面上隅角瓦斯超限,加强通风管理,加强机电防爆管理,加强瓦斯检查管理,加强监察系统管理,提高人员素质,防止撞击、摩擦火花,局部瓦斯排放措施,防治瓦斯爆炸措施,矿井瓦斯爆炸,撒步岩粉措施,防治瓦斯爆炸范围扩大措施,当发生瓦斯爆炸时，风流把岩粉和沉积煤尘同时扬起形成岩粉一煤尘混合粉尘云；瓦斯爆炸火焰进入混合尘云区时，岩粉吸收爆炸火焰热量使系统冷却降温，同时岩粉粒子可把煤尘