PAGE1PAGE55第九章礦井瓦斯福建省煤礦以前采深較小，露頭煤較多，一部分瓦斯沿露頭逸散，加上福建煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，90%為開放性半開放性的斷層較發(fā)育，這就給瓦斯的逸散、釋放提供了良好的通道。因此，福建省煤礦礦井均為低瓦斯礦井，在開采時(shí)瓦斯涌出量較低，沒有瓦斯噴出的現(xiàn)象及瓦斯抽放的做法。故此，這兩節(jié)整節(jié)刪除。序言福建省煤礦瓦斯?fàn)顩r就福建煤礦而言，均為低瓦斯礦井。福建省煤田大部分屬于晚古生代早二迭紀(jì)煤系，98%為高變質(zhì)程度的無煙煤。據(jù)研究，無煙煤原生的瓦斯量較大。但因福建省煤礦以前采深較小，露頭煤較多，瓦斯沿露頭逸散一部分，加之福建煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，90%為開放性半開放性的斷層較發(fā)育等原因，給瓦斯的逸散、釋放提供了良好的通道。故此，福建省煤礦礦井在開采時(shí)瓦斯涌出量較低。但是，1989年7月22日漳平某礦也發(fā)生過瓦斯爆炸，死亡3人，其它的瓦斯爆炸事故也時(shí)有發(fā)生。本章主要內(nèi)容1、瓦斯概念2、煤層瓦斯賦存與含量3、礦井瓦斯涌出4、瓦斯噴出與突出5、瓦斯爆炸與預(yù)防6、瓦斯抽放第一節(jié)概述礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。物理化學(xué)性質(zhì)。危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。作用：能源、化工原料。第二節(jié)煤層瓦斯賦存與含量一、瓦斯的成因與賦存（一）礦井瓦斯的生成煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的。成氣過程兩個(gè)階段一是生物化學(xué)成氣時(shí)期；二是煤化變質(zhì)作用時(shí)期。（二）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運(yùn)動(dòng)形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：游離狀態(tài)吸附狀態(tài)吸著狀態(tài)吸收狀態(tài)二、煤層中瓦斯垂直分帶形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時(shí)，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。垂直分為四帶：CO2-N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。名稱氣帶成因瓦斯成分%N2CO2CH4CO2—N2帶生物化學(xué)—空氣20～8020～8010N2帶空氣＞8010～2020N2—CH4帶空氣—變質(zhì)～8010～20～80CH4帶變質(zhì)2010＞80瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：可以根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項(xiàng)確定。（1）煤層的相對瓦斯涌出量等于2～3m3/t處；（2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達(dá)到80%（體積比）；（3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處：長焰煤1.0～1.5m3/t（C.M.），氣煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，貧煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）三影響煤層瓦斯含量的因素主要影響因素：1、煤的吸附特性煤的吸附性能決定于煤化程度，一般情況下煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強(qiáng)。2、.煤層露頭煤層如果有或曾經(jīng)有過露頭長時(shí)間與大氣相通，瓦斯含量就不會(huì)很大。反之，如果煤層沒有通達(dá)地表的露頭，瓦斯難以逸散，它的含量就較大。3、煤層的埋藏深度煤層的埋藏深度越深，煤層中的瓦斯向地表運(yùn)移的距離就越長，散失就越困難4、圍巖透氣性煤系巖性組合和煤層圍巖性質(zhì)對煤層瓦斯含量影響很大。如果圍巖為致密完整的低透氣性巖層，圍巖的透氣性差，所以煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r組成，則煤層瓦斯含量小。5、煤層傾角6、地質(zhì)構(gòu)造7、水文地質(zhì)條件四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力第三節(jié)礦井瓦斯涌出普通涌出特殊涌出一、瓦斯涌出量1、含義瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量，對應(yīng)于整個(gè)礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對應(yīng)于翼、采區(qū)或工作面，叫翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量2、瓦斯涌出量表示方法絕對瓦斯涌出量—單位時(shí)間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min：Qg=Q×C/100式中Qg—絕對瓦斯涌出量，m3/min；Q—風(fēng)量，m3/min；C—風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛?，％。相對瓦斯涌出量平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是m3/t。qg=Qg/A式中：qg—相對瓦斯涌出量，m3/t；Qg—絕對瓦斯涌出量，m3/d；—日產(chǎn)量，t/d二、影響瓦斯涌出的因素(一)自然因素煤層和圍巖的瓦斯含量，2、地面大氣壓變化。（二）開采技術(shù)因素1、開采規(guī)模2、開采順序與回采方法3、生產(chǎn)工藝4、風(fēng)量變化5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理四、瓦斯涌出不均系數(shù)正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時(shí)間內(nèi)只在一個(gè)平均值上下波動(dòng)，峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：kg=Qmax/Qa式中：kg－給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；Qmax－該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa－該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；方法：確定區(qū)域，進(jìn)回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛却_定瓦斯涌出不均系數(shù)的方法是：根據(jù)需要，在待確定地區(qū)（工作面、采區(qū)、翼或全礦）的進(jìn)、回風(fēng)流中連續(xù)測定一段時(shí)間（一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)、一個(gè)工作班、一天、一月或一年）的風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?，一般以測定結(jié)果中的最大一次瓦斯涌出量和各次測定的算術(shù)平均值代入上式，即為該地區(qū)在該時(shí)間間隔內(nèi)的瓦斯涌出不均系數(shù)五、礦井瓦斯等級1.礦井瓦斯等級劃分依據(jù)：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，劃分為：低瓦斯礦井：10m3及其以下；高瓦斯礦井：10m3以上；煤與瓦斯突出礦井。2、礦井瓦斯等級鑒定（1）鑒定時(shí)間和基本條件礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行。一般在七月或八月。在鑒定月的上、中、下旬中各取一天（間隔10天），分三個(gè)班（或四個(gè)班）進(jìn)行測定工作。所謂正常生產(chǎn)，即被鑒定的礦井、煤層、一翼、水平或采區(qū)的回采產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到該地區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的60%。（2）測點(diǎn)選擇和測定內(nèi)容及要求。確定礦井瓦斯等級時(shí)，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區(qū)分別計(jì)算相對瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全礦井的平均值）。所以測點(diǎn)應(yīng)布置在每一通風(fēng)系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)峒、各水平、各煤層和各采區(qū)的回風(fēng)道測風(fēng)站內(nèi)。如無測風(fēng)站，可選取斷面規(guī)整并無雜物堆積的一段平直巷道作測點(diǎn)（3）礦井瓦斯等級的確定。六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測第四節(jié)瓦斯噴出（整節(jié)刪除）第五節(jié)煤與瓦斯突出及其預(yù)防（整節(jié)刪除）第六節(jié)爆炸及其預(yù)防一、瓦斯爆炸過程及其危害１.瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2=CO2+2H2O如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O礦井瓦斯爆炸是一種熱－鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。２.瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程爆炸性的混合氣體與高溫火源同時(shí)存在，初燃(初爆)→焰面→沖擊波→新的爆炸混合物３、瓦斯爆炸的危害礦內(nèi)瓦斯爆炸的有害因素是，高溫、沖擊波和有害氣體。焰面是巷道中運(yùn)動(dòng)著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度大、溫度高。從正常的燃燒速度（1～2.5m/s）到爆轟式傳播速度（2500m/s）。焰面溫度可高達(dá)2150～2650°C。焰面經(jīng)過之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi)。沖擊波鋒面壓力由幾個(gè)大氣壓到20大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時(shí)可達(dá)100大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡，設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞，巷道垮塌。瓦斯爆炸后生成大量有害氣體，某些煤礦分析爆炸后的氣體成份為O26％～10％，N282％～88％，CO24％～8％，CO2％～4％。如果有煤塵參與爆炸，CO的生成量更大，往往成為人員大量傷亡的主要原因。二瓦斯爆炸的主要參數(shù)1瓦斯的爆炸濃度在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個(gè)濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6％，上限為14～16％。瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：（1）氧的濃度正常大氣壓和常溫時(shí)，瓦斯爆炸濃度與氧濃度關(guān)系，如柯瓦德爆炸三角形所示(圖9-6-1)。氧濃度降低時(shí)，爆炸下限變化不大(BE線)爆炸上限則明顯降低(CE線)。氧濃度低于12％時(shí)，混合氣體就失去爆炸性。（2）其它可燃?xì)怏w混合氣體中有兩種以上可燃?xì)怏w同時(shí)存在時(shí)，其爆炸界限決定于各可燃?xì)怏w的爆炸界限和它們的濃度?？捎晒角蟪觯篘=100/（C1/N1+C2/N2++Cn/Nn）（9-6-1）式中N——多種可燃?xì)怏w同時(shí)存在時(shí)的混合氣體爆炸上限或下限，％；C1、C2、C3...Cn——分別為各可燃?xì)怏w占可燃?xì)怏w總的體積百分比，％；C1+C2+C3+...Cn=100％N1、N2、N3...Nn——分別為各可燃?xì)怏w的爆炸上限或下限，％；（3）煤塵煤塵具有爆炸危險(xiǎn)，300～400℃時(shí)就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出多種可燃?xì)怏w，形成混合的爆炸氣體，使瓦斯的爆炸危險(xiǎn)性增加.（4）空氣壓力爆炸前的初始壓力對瓦斯爆炸上限有很大影響?？杀詺怏w壓力增高，使其分子間距更為接近，碰撞幾率增高。（5）惰性氣體可以降低瓦斯爆炸的危險(xiǎn)性。2瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)燃能量瓦斯的最低點(diǎn)燃溫度和最小點(diǎn)燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛?，瓦?空氣混合氣體的最低點(diǎn)燃溫度，絕熱壓縮時(shí)565℃，其它情況時(shí)650℃。最低點(diǎn)燃能量為0.28mJ。3瓦斯的引火延遲性引火延遲性：瓦斯與高溫?zé)嵩唇佑|后，不是立即燃燒或爆炸，而是要經(jīng)過一個(gè)很短的間隔時(shí)間，這種現(xiàn)象叫引火延遲性，間隔的這段時(shí)間稱感應(yīng)期.安全意義在井下高溫?zé)嵩词遣豢杀苊獾?，但關(guān)鍵是控制其存在時(shí)間在感應(yīng)期內(nèi)。例如，使用安全炸藥爆炸時(shí)，其初溫能達(dá)到2000℃左右，但高溫存在時(shí)間只有16-6～10-7s，都小于瓦斯的爆炸感應(yīng)期，所以不會(huì)引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格，炮泥充填不緊或放炮操作不當(dāng)，就會(huì)延長高溫存在時(shí)間，一旦時(shí)間，超過感應(yīng)期，就能發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸事故三煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析1、火源井下的一切高溫?zé)嵩础姎?、放炮、摩擦、靜電2、發(fā)生地點(diǎn)掘進(jìn)工作面占80%~90%，采煤工作面占10%~20%采煤工作面發(fā)生地點(diǎn)上隅角，采煤機(jī)藥割附近掘進(jìn)面發(fā)生的原因：一方面是這些地點(diǎn)采用局扇通風(fēng)，如果局扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)、風(fēng)筒末端距工作面較遠(yuǎn)、風(fēng)筒漏風(fēng)太大或局扇供風(fēng)能力不夠，以致風(fēng)量不足或風(fēng)速過低，瓦斯容易積聚。另一方面，放炮，掘進(jìn)機(jī)械，局扇，電鉆等的操作管理，如不符合規(guī)定，容易產(chǎn)生高溫火源。四、預(yù)防瓦斯爆炸的措施(一)防止瓦斯積聚所謂瓦斯積聚是指瓦斯?jié)舛瘸^2％，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。1、搞好通風(fēng)有效地通風(fēng)是防止瓦斯積聚的最基本最有效方法。瓦斯礦井必須做到風(fēng)流穩(wěn)定，有足夠的風(fēng)量和風(fēng)速，避免循環(huán)風(fēng)，局部通風(fēng)風(fēng)筒末端要靠近工作面，放炮時(shí)間內(nèi)也不能中斷通風(fēng)，向瓦斯積聚地點(diǎn)加大風(fēng)量和提高風(fēng)速2、及時(shí)處理局部積存的瓦斯。1）、采面上隅角瓦斯積聚處理；迫使一部分風(fēng)流流經(jīng)工作面上隅角，將該處積存的瓦斯沖淡排出全負(fù)壓引排法高瓦斯工作面采用并聯(lián)摻新的通風(fēng)系統(tǒng)上隅角排放瓦斯2）、綜采面處理3）、頂板附近層狀積聚處理；(1)加大巷道的平均風(fēng)速，使瓦斯與空氣充分地紊流混合。一般認(rèn)為，防止瓦斯層狀積聚的平均風(fēng)速不得低于0.5～1m/s。(2)加大頂板附近的風(fēng)速。如在頂梁下面加導(dǎo)風(fēng)