第四章_礦山瓦斯防治技術(shù).pptx

第一節(jié) 煤礦瓦斯概述 第二節(jié) 瓦斯致災(zāi)類(lèi)型 第三節(jié) 瓦斯治理技術(shù),第一節(jié) 煤礦瓦斯概述,一、煤礦瓦斯的性質(zhì) 二、煤礦瓦斯的生成 三、瓦斯的賦存 四、礦井瓦斯涌出,一、煤礦瓦斯的性質(zhì),瓦斯(通常指甲烷ch4)是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為0、大氣壓為101325pa)下，瓦斯密度為0.7168kg/m3，相對(duì)密度為0.554。由于瓦斯較輕，故常積聚在巷道的頂部、上山掘進(jìn)面及頂板冒落空洞中。 瓦斯微溶于水，在20、101.3kpa條件下，溶解度為3.5l/100l水。瓦斯的擴(kuò)散性很強(qiáng)，擴(kuò)散速度是空氣的1.34倍，會(huì)很快地在空氣中擴(kuò)散。,二、煤礦瓦斯的生成,(一)生物化學(xué)造氣時(shí)期 (二)煤化變質(zhì)作用造氣時(shí)期,(一)生物化學(xué)造氣時(shí)期,這是成煤作用的第一階段，即泥炭化或腐泥化階段。在該階段，植物在泥炭沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖，其遺體在微生物參加下不斷分解、化合和聚積。在這個(gè)階段中,起主導(dǎo)作用的是生物化學(xué)作用，低等植物經(jīng)生物化學(xué)作用形成腐泥，高等植物形成泥炭。,(二)煤化變質(zhì)作用造氣時(shí)期,這是成煤作用的第二階段，即泥炭、腐泥在以溫度和壓力為主的作用下變化為煤的過(guò)程。在該階段中，由于埋藏較深且覆蓋層已固化，故在壓力和溫度影響下，泥炭進(jìn)一步變?yōu)楹置海置涸僮優(yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤。,三、瓦斯的賦存,(一)瓦斯的存在狀態(tài) (二)影響煤層瓦斯賦存及含量的主要因素,(一)瓦斯的存在狀態(tài),1.游離狀態(tài)(也稱(chēng)自由狀態(tài)) 2.吸附狀態(tài)(也稱(chēng)結(jié)合狀態(tài)),(一)瓦斯的存在狀態(tài),圖4-1 瓦斯在煤體中的存在狀態(tài) 1游離瓦斯 2吸著瓦斯 3吸收瓦斯,1.游離狀態(tài)(也稱(chēng)自由狀態(tài)),這種瓦斯以完全自由的氣體狀態(tài)存在于煤體或圍巖的較大裂縫、孔隙或空洞之中(如圖4-1中1所示)。游離瓦斯可以自由運(yùn)動(dòng)或從煤(巖)層的裂隙中散放出來(lái)，因此表現(xiàn)出一定壓力。煤體內(nèi)游離瓦斯的多少取決于儲(chǔ)存空間的容積、瓦斯壓力及圍巖溫度等因素。,2.吸附狀態(tài)(也稱(chēng)結(jié)合狀態(tài)),按其結(jié)合形式的不同，又分為吸著和吸收兩種狀態(tài)。吸著狀態(tài)是瓦斯氣體分子在其與煤粒固體分子間的引力作用下而被吸著在煤體孔隙的內(nèi)表面上所呈現(xiàn)的狀態(tài)，其形成一層很薄的吸附層(如圖4-1中2所示)；吸收狀態(tài)是瓦斯分子進(jìn)入煤體膠粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部與煤分子結(jié)合而呈現(xiàn)的一種狀態(tài)，其類(lèi)似氣體溶解于液體的現(xiàn)象(如圖4-1中3所示)。吸附狀態(tài)存在的瓦斯量的多少，取決于煤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、炭化程度等。,(二)影響煤層瓦斯賦存及含量的主要因素,1.煤層的埋藏深度 2.煤層和圍巖的透氣性 3.煤層傾角 4.煤層露頭 5.煤化作用程度 6.煤系地層的地質(zhì)史,1.煤層的埋藏深度,煤層埋藏深度的增加不僅會(huì)因地應(yīng)力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運(yùn)移的距離也增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯而不利于瓦斯擴(kuò)散的方向發(fā)展。研究表明：當(dāng)深度不大時(shí)，煤層瓦斯含量隨埋深的增大基本上呈線性規(guī)律增加；當(dāng)埋深達(dá)到一定值后，煤層瓦斯含量將趨于常量。,2.煤層和圍巖的透氣性,3.煤層傾角,在同一埋深及條件相同的情況下，煤層傾角越小，煤層的瓦斯含量就越高。這種現(xiàn)象的主要原因在于煤層透氣性一般大于圍巖；煤層傾角越小，在頂板巖性密封好的條件下，瓦斯不易通過(guò)煤層排出，煤體中的瓦斯容易得到儲(chǔ)存，故而煤層的瓦斯含量高。,4.煤層露頭,煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口。因此，露頭存在的時(shí)間越長(zhǎng)，瓦斯排放就越多。,5.煤化作用程度,6.煤系地層的地質(zhì)史,成煤有機(jī)物沉積以后，直到現(xiàn)今煤化階段，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代。其地層多次下降或上升、覆蓋層加厚或遭受剝蝕、陸相與海相交替變化、遭受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞等，所有這些地質(zhì)過(guò)程及其延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，都對(duì)煤層瓦斯含量的大小產(chǎn)生影響。,四、礦井瓦斯涌出,(一)礦井瓦斯涌出形式 (二)礦井瓦斯涌出量表示方法和計(jì)算 (三)影響礦井瓦斯涌出量的主要因素 (四)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 (五)瓦斯涌出不均衡系數(shù)、壓力和梯度,(一)礦井瓦斯涌出形式,1.普通涌出 2.特殊涌出,1.普通涌出,即瓦斯從采落的煤炭及煤層、巖層的暴露面上，通過(guò)細(xì)小的孔隙緩慢而長(zhǎng)時(shí)間地放出。首先是游離瓦斯，而后是部分解吸的吸附瓦斯。普通涌出是礦井瓦斯涌出的主要形式，不僅范圍廣，而且數(shù)量大。,2.特殊涌出,礦井瓦斯涌出量是指礦井生產(chǎn)過(guò)程中涌入巷道的瓦斯量，可用絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來(lái)表示。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量是指礦井在單位時(shí)間內(nèi)涌出瓦斯的體積，通常所用的單位為m3/min或m3/d。礦井相對(duì)瓦斯涌出量是指礦井在正常生產(chǎn)條件下月平均日采1t煤所涌出的瓦斯體積，單位是m3/t。,(二)礦井瓦斯涌出量表示方法和計(jì)算,1.絕對(duì)瓦斯涌出量 2.相對(duì)瓦斯涌出量,1.絕對(duì)瓦斯涌出量,單位時(shí)間內(nèi)涌進(jìn)采掘空間的瓦斯數(shù)量，叫做絕對(duì)瓦斯涌出量。用單位m3/min或m3/d表示?？捎孟率接?jì)算：,2.相對(duì)瓦斯涌出量,在礦井正常生產(chǎn)條件下，月平均日產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯數(shù)量，叫做相對(duì)瓦斯涌出量。用m3/t表示?？捎孟率接?jì)算：,(三)影響礦井瓦斯涌出量的主要因素,1.煤層和圍巖的瓦斯含量 2.開(kāi)采規(guī)模 3.開(kāi)采順序與開(kāi)采方法 4.地面大氣壓力的變化,1.煤層和圍巖的瓦斯含量,煤層(包括可采層和非可采層)和圍巖的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定因素，瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大。當(dāng)前礦井的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)把煤層瓦斯含量作為主要依據(jù)。,2.開(kāi)采規(guī)模,開(kāi)采規(guī)模是指礦井的開(kāi)采深度,開(kāi)拓、開(kāi)采范圍,以及礦井的產(chǎn)量而言。隨著開(kāi)采深度的增大，煤層的瓦斯含量將增大，因而瓦斯涌出量也相應(yīng)地增大。對(duì)某一礦井來(lái)說(shuō)，開(kāi)采規(guī)模越大，礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量也就越大，但就礦井的相對(duì)瓦斯涌出量來(lái)說(shuō)，情況比較復(fù)雜。如果礦井是靠改進(jìn)采煤工藝、提高工作面單產(chǎn)來(lái)增大產(chǎn)量的，則相對(duì)瓦斯涌出量明顯地減少，其原因：一是與采面無(wú)關(guān)的瓦斯源的瓦斯涌出量在產(chǎn)量提高時(shí)無(wú)明顯增大；二是隨著開(kāi)采速度加快，鄰近層及采落煤的殘存瓦斯量將增大。如果礦井僅是靠擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模來(lái)增大產(chǎn)量的，則礦井相對(duì)瓦斯涌出量或保持不變或增大。,3.開(kāi)采順序與開(kāi)采方法,在開(kāi)采煤層群中的首采煤層時(shí)，由于其涌出的瓦斯不僅來(lái)源于本煤層本身，而且還來(lái)源于上、下鄰近層。因此，開(kāi)采首采煤層時(shí)的瓦斯涌出量往往比開(kāi)采其他各層時(shí)大好幾倍。為了使礦井瓦斯涌出量不發(fā)生大波動(dòng)，在開(kāi)采煤層群時(shí)，應(yīng)搭配好首采煤層和其他各層的比例。,4.地面大氣壓力的變化,地面大氣壓力變化，必然引起井下空氣壓力的變化。根據(jù)測(cè)定，地面大氣壓力在1年內(nèi)的變化量可達(dá)(58)10-3mpa，1d內(nèi)的最大變化量可達(dá)(24)10-3mpa，但與煤層瓦斯壓力相比，地面大氣壓的變化量是很微小的。,(四)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法,1.統(tǒng)計(jì)法 2.煤層瓦斯含量法,1.統(tǒng)計(jì)法,由已采水平不同深度的瓦斯涌出量觀測(cè)數(shù)據(jù)可按下式計(jì)算瓦斯涌出量增深率： 已知瓦斯涌出量增深率和瓦斯風(fēng)化帶下界限時(shí)，就可用下式預(yù)測(cè)相對(duì)瓦斯涌出量： 礦井的相對(duì)瓦斯涌出量與深度之間為非線性關(guān)系，其回歸方程可采用下列形式：,2.煤層瓦斯含量法,單一煤層開(kāi)采時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量： 開(kāi)采有鄰近層的煤層時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量： 瓦斯含量與本煤層相同時(shí)，qei由下式計(jì)算：,(五)瓦斯涌出不均衡系數(shù)、壓力和梯度,1.瓦斯涌出不均衡系數(shù) 2.瓦斯壓力 3.瓦斯梯度,1.瓦斯涌出不均衡系數(shù),在開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、大氣壓力及生產(chǎn)工藝的不同和影響，每時(shí)每刻涌出的瓦斯量都不一樣，有時(shí)大,有時(shí)小，并不均勻。為了便于通風(fēng)和瓦斯管理引入瓦斯涌出不均衡系數(shù)，其值就是最大絕對(duì)瓦斯涌出量與平均絕對(duì)瓦斯涌出量的比值?！懊旱V安全規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)程)執(zhí)行說(shuō)明”規(guī)定，對(duì)于一個(gè)采區(qū)或采面，在正常生產(chǎn)情況下，至少要連續(xù)進(jìn)行5晝夜測(cè)算，所得的比值中的最大值即為該區(qū)(面)的瓦斯涌出不均衡系數(shù)。顯然，瓦斯涌出不均衡系數(shù)總是大于1的。其用途是，在進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算時(shí)要乘上瓦斯涌出不均衡系數(shù)，這樣算出的風(fēng)量才能滿足安全生產(chǎn)的要求。,2.瓦斯壓力,瓦斯壓力是指瓦斯在煤層中所呈現(xiàn)的壓力。它是由煤層孔隙和裂隙中的游離瓦斯的自由熱運(yùn)動(dòng)對(duì)孔隙和裂隙的空間壁面所產(chǎn)生的作用力體現(xiàn)出來(lái)的。瓦斯壓力是衡量煤層瓦斯含量大小的一個(gè)重要指標(biāo)，也是抽放瓦斯和防止煤與瓦斯突出的重要依據(jù)之一。,3.瓦斯梯度,對(duì)于某一礦井或煤層來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，其相對(duì)瓦斯涌出量是隨開(kāi)采深度的增加而增加的，而且，相對(duì)瓦斯涌出量的增加量與所增加的開(kāi)采深度之間的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)習(xí)慣上就稱(chēng)為瓦斯梯度。其含義是，在瓦斯風(fēng)化帶以下，深度每增加一單位時(shí)，相對(duì)瓦斯涌出量增加的數(shù)量。瓦斯梯度的用途是，可以用來(lái)推算和預(yù)測(cè)深部尚待開(kāi)采水平或采區(qū)的相對(duì)瓦斯涌出量；其對(duì)于預(yù)抽瓦斯和新采區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。,第二節(jié) 瓦斯致災(zāi)類(lèi)型,一、瓦斯噴出 二、瓦斯燃燒爆炸 三、瓦斯突出 四、瓦斯窒息,一、瓦斯噴出,(一)瓦斯噴出特點(diǎn)與危害 (二)瓦斯噴出分類(lèi) (三)瓦斯噴出原因 (四)瓦斯噴出的規(guī)律,(一)瓦斯噴出特點(diǎn)與危害,目前認(rèn)為，大量的承壓狀態(tài)的瓦斯從肉眼可見(jiàn)的煤、巖裂縫中快速?lài)姵龅默F(xiàn)象，稱(chēng)為瓦斯噴出。因此，瓦斯噴出主要取決于兩個(gè)因素，即瓦斯壓力的大小和周?chē)骸r裂隙狀態(tài)。但是，由于礦井中煤、巖裂隙分布狀態(tài)復(fù)雜多變，同時(shí)承壓狀態(tài)的瓦斯也時(shí)常發(fā)生變化，所以導(dǎo)致了噴出時(shí)的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)變化不定，增加了研究、測(cè)試工作的難度。因此，時(shí)至今日，人們的研究工作還僅僅是初步的。由于瓦斯噴出在時(shí)間上往往表現(xiàn)為突然性，而在空間上又表現(xiàn)為集中性，所以對(duì)礦井安全生產(chǎn)的威脅是很大的。,(二)瓦斯噴出分類(lèi),1.瓦斯沿原地質(zhì)構(gòu)造裂隙的噴出 2.瓦斯沿采掘地壓生成的裂縫的噴出,1.瓦斯沿原地質(zhì)構(gòu)造裂隙的噴出,這類(lèi)噴出大多數(shù)發(fā)生在地質(zhì)破壞帶，石灰?guī)r溶洞裂縫區(qū)，背斜或向斜軸部?jī)?chǔ)瓦斯區(qū)以及其他一些儲(chǔ)瓦斯構(gòu)造與原始裂縫相通的區(qū)域。這類(lèi)瓦斯噴出的特點(diǎn)是：在一般情況下噴出的瓦斯流量較大，持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)明顯的地壓顯現(xiàn)預(yù)兆；而且掘進(jìn)巷道的瓦斯噴出一般位于工作面迎頭周?chē)?。這類(lèi)瓦斯噴出時(shí)的流動(dòng)多數(shù)為紊流運(yùn)動(dòng)；當(dāng)然，這主要取決于噴出時(shí)的瓦斯流動(dòng)速度。,2.瓦斯沿采掘地壓生成的裂縫的噴出,這類(lèi)瓦斯噴出不僅與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，而且還與采掘地壓有關(guān)。這是因?yàn)椋诟鞣N地質(zhì)構(gòu)造破壞區(qū)內(nèi)，原來(lái)處于封閉狀態(tài)的構(gòu)造裂隙在采掘地壓和瓦斯壓力的聯(lián)合作用下往往會(huì)突然張開(kāi)，成為瓦斯噴出的通道。此外，在采掘地壓的作用下，也往往會(huì)產(chǎn)生新的裂隙，構(gòu)成瓦斯噴出的通道。這類(lèi)瓦斯噴出的特點(diǎn)是：噴出瀕臨發(fā)生時(shí)，往往伴隨著地壓顯現(xiàn)效應(yīng)，出現(xiàn)多種顯著預(yù)兆。這類(lèi)瓦斯噴出時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)則取決于噴出源的瓦斯壓力、裂隙分布狀態(tài)及其流動(dòng)阻力。,(三)瓦斯噴出原因,(1)內(nèi)因：煤層或巖層的構(gòu)造裂縫中儲(chǔ)存有大量高瓦斯。 (2)外因：在采掘過(guò)程中，由于爆破穿透、機(jī)械振動(dòng)或地壓活動(dòng)，使煤炭造成卸壓縫隙，構(gòu)成瓦斯噴出的通道是其外在因素。,(四)瓦斯噴出的規(guī)律,(1)瓦斯噴出往往發(fā)生在地址變化帶，瓦斯噴出前往往有先兆。 (2)易發(fā)生在煤層頂、底板巖層中有溶洞、裂隙發(fā)育的石灰?guī)r。 (3)具有明顯的噴出口或裂隙。 (4)瓦斯噴出量有大有小，噴出的持續(xù)時(shí)間從幾分鐘到幾年，甚至十幾年。,二、瓦斯燃燒爆炸,(一)瓦斯爆炸的條件 (二)瓦斯爆炸的過(guò)程和危害 (三)瓦斯爆炸的原因分析 (四)影響瓦斯爆炸發(fā)生的因素,(一)瓦斯爆炸的條件,1.與空氣混合氣體中瓦斯的含量 2.氧氣的含量 3.足夠能量的點(diǎn)火源,1.與空氣混合氣體中瓦斯的含量,瓦斯發(fā)生爆炸的界限指的是瓦斯與空氣的混合氣體中瓦斯的體積比含量，當(dāng)瓦斯含量達(dá)到9.5%時(shí)，理論上瓦斯可以同空氣中的氧氣完全反應(yīng)，從而放出最多的熱量，因此，爆炸的強(qiáng)度最大。在實(shí)際測(cè)量中，最大瓦斯爆炸強(qiáng)度往往比該含量高一點(diǎn)，達(dá)到10%左右。當(dāng)與瓦斯混合的空氣成分發(fā)生變化時(shí)，例如其中混入了其他可燃?xì)怏w或認(rèn)為加入了過(guò)量的惰性氣體，則上述瓦斯爆炸的界限就要發(fā)生變化，這種變化通常是不能忽略的。,2.氧氣的含量,瓦斯空氣混合氣體中氧氣的含量必須大于12%，否則爆炸反應(yīng)不能持續(xù)。礦井下的封閉區(qū)域、采空區(qū)內(nèi)及其他裂隙等處，由于氧氣消耗或沒(méi)有供氧條件，可能會(huì)出現(xiàn)氧氣含量低于12%的情況，其他巷道、工作場(chǎng)所等一般不存在氧氣含量低于12%的條件，因?yàn)?，在此條件下人員在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)窒息死亡。,3.足夠能量的點(diǎn)火源,點(diǎn)火源能夠引起瓦斯爆炸的三個(gè)條件是溫度不低于650、能量大于0.28mj和持續(xù)時(shí)間大于爆炸感應(yīng)期。這三個(gè)條件通常很容易滿足。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)一些不可避免的火源有時(shí)需要采取特殊的技術(shù)，使其不能滿足點(diǎn)燃瓦斯的點(diǎn)火條件。例如，井下爆破時(shí)產(chǎn)生的火焰，溫度高達(dá)2000，但持續(xù)的時(shí)間很短，小于爆炸感應(yīng)期，因此，不會(huì)引起瓦斯爆炸。,(二)瓦斯爆炸的過(guò)程和危害,1.瓦斯爆炸的原理和過(guò)程 2.瓦斯爆炸的主要危害,1.瓦斯爆炸的原理和過(guò)程,瓦斯爆炸是一種熱鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(也叫做鏈鎖反應(yīng))。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量(通常是點(diǎn)火源給予的熱能)后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基(也叫做自由基)。這類(lèi)游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個(gè)游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來(lái)越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來(lái)越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一定含量的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。其方程式為：,2.瓦斯爆炸的主要危害,(1)爆炸沖擊波。 (2)火焰鋒面。 (3)大氣成分的變化。,(1)爆炸沖擊波。,在爆炸發(fā)生時(shí)，首先到達(dá)的是爆炸沖擊波。爆炸沖擊波的傳播速度總大于聲速，最高聲速可達(dá)1000m/s以上。沖擊波正向傳播的峰值壓力一般為58個(gè)大氣壓，最高可達(dá)20個(gè)大氣壓。沖擊波造成的危害主要是人員的創(chuàng)傷、巷道支架的毀壞、冒頂、井下設(shè)備的翻倒和破壞、摧毀礦井通風(fēng)設(shè)施等。沖擊波會(huì)揚(yáng)起沉積在巷道中的煤塵或破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)，形成新的瓦斯、煤塵爆炸源；當(dāng)遇到火焰峰面經(jīng)過(guò)或再生火源時(shí)就引發(fā)二次爆炸。,(2)火焰鋒面。,緊跟在沖擊波之后的是發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的火焰鋒面。火焰鋒面在形成爆炸的初期，傳播速度較低，從每秒幾十厘米發(fā)展到幾十米。當(dāng)燃燒波傳播至巷道寬度的510倍距離時(shí)，其傳播速度迅速增加，可從100m/s迅速增長(zhǎng)到聲速以上，獨(dú)頭巷道、巷道中放置的機(jī)械設(shè)備及巷道斷面的縮小等因素都會(huì)加速這一過(guò)程?；鹧驿h面的溫度可達(dá)21502650。鋒面經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)造成人體大面積皮膚燒傷或呼吸器官及食道、胃等粘膜燒傷，可燒壞井下電器設(shè)備、電纜，并可能引燃井巷中的可燃物，產(chǎn)生新的火源。,(3)大氣成分的變化。,瓦斯爆炸過(guò)后，礦井中氧的含量下降，燃燒生成大量的co2和h2o。不完全反應(yīng)產(chǎn)生的co含量一般可達(dá)到0.4%以上，成為井下人員傷亡的主要因素之一。,(三)瓦斯爆炸的原因分析,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：礦井瓦斯爆炸大部分發(fā)生在煤層的采掘工作面附近，其中，又以掘進(jìn)工作面居多。掘進(jìn)工作面易發(fā)生瓦斯爆炸事故，究其原因，一是，掘進(jìn)工作面大多采用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)(也有少數(shù)掘進(jìn)工作面采用擴(kuò)散通風(fēng)或風(fēng)障通風(fēng))，系統(tǒng)不健全，供風(fēng)量有限，通風(fēng)能力不足；二是，風(fēng)筒沒(méi)有及時(shí)跟到工作面，風(fēng)筒末端距工作面較遠(yuǎn)，送到工作面的風(fēng)量不足以擾動(dòng)分流、排除瓦斯和粉塵；三是，風(fēng)筒質(zhì)量低劣，吊掛高低不平，接頭不平不嚴(yán)，阻力損失大，漏風(fēng)嚴(yán)重，工作面有效風(fēng)量不足；四是，局部通風(fēng)機(jī)沒(méi)有專(zhuān)用電源(沒(méi)實(shí)行“三專(zhuān)”(專(zhuān)用開(kāi)關(guān)，專(zhuān)用變壓器，專(zhuān)用線路)，停電、停風(fēng)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，局部通風(fēng)很不穩(wěn)定；五是，掘進(jìn)工作面作業(yè)場(chǎng)所狹窄，條件差，是瓦斯、煤塵的發(fā)生地，也是瓦斯、煤塵的積聚地；六是，掘進(jìn)工作面除使用煤電鉆打眼等電氣設(shè)備外，同時(shí)，還采用放炮作業(yè)，爆破落煤生產(chǎn)工藝。,(四)影響瓦斯爆炸發(fā)生的因素,1.其他可燃?xì)怏w的影響 2.氧含量和過(guò)量惰性氣體的影響 3.溫度的影響 4.氣壓的影響 5.點(diǎn)燃源能量的影響,1.其他可燃?xì)怏w的影響,當(dāng)空氣中混入多種可燃?xì)怏w，且各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，爆炸性混合物的爆炸界限可以根據(jù)里査特(le chatelier)法則計(jì)算，即：,1.其他可燃?xì)怏w的影響,2.氧含量和過(guò)量惰性氣體的影響,3.溫度的影響,4.氣壓的影響,井下環(huán)境中，空氣壓力發(fā)生顯著變化的情況很少。但在爆炸沖擊波或其他原因引起的沖擊波波峰作用范圍內(nèi)，氣壓會(huì)顯著地增高。氣壓的增高，使點(diǎn)燃源向鄰近氣體層傳輸?shù)哪芰υ龃?，燃燒反?yīng)可自發(fā)進(jìn)行的含量范圍增寬；對(duì)瓦斯爆炸界限的影響是：爆炸下限變化很小，而爆炸上限則大幅度增高。,5.點(diǎn)燃源能量的影響,(五)燃燒和爆炸的區(qū)別,瓦斯燃燒是一種復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。游離基的鍵式反應(yīng)說(shuō)明瓦斯燃燒反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，光和熱說(shuō)明瓦斯燃燒過(guò)程中發(fā)生的物理現(xiàn)象。瓦斯燃燒或爆炸的本質(zhì)是可燃?xì)怏w(甲烷)燃燒的不同表現(xiàn)形式。,三、瓦斯突出,(一)煤與瓦斯突出機(jī)理 (二)突出發(fā)生的條件 (三)突出發(fā)展過(guò)程 (四)瓦斯突出的分類(lèi)及危險(xiǎn)等級(jí)劃分,(一)煤與瓦斯突出機(jī)理,1.國(guó)外對(duì)煤和瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí) 2.國(guó)內(nèi)對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí),1.國(guó)外對(duì)煤和瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí),(1)以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說(shuō)。 (2)以地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的假說(shuō)。 (3)化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)。 (4)綜合假說(shuō)。,(1)以瓦斯為主導(dǎo)作用的假說(shuō)。,這類(lèi)假說(shuō)強(qiáng)調(diào)瓦斯是突出的主要能源，高壓瓦斯突破煤壁，攜帶碎煤猛烈噴出，形成突出。,(2)以地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的假說(shuō)。,這類(lèi)假說(shuō)認(rèn)為突出的主要因素和能源是地應(yīng)力，而瓦斯是次要因素。突出的發(fā)生是由于積聚在煤層周?chē)鷰r石的彈性變形潛能所引起的。,(3)化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)。,認(rèn)為突出是由于煤在很大的深度內(nèi)變質(zhì)時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而引起的。,(4)綜合假說(shuō)。,1)煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、高壓瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能等三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，除了地壓和瓦斯壓力外，在煤層中不存在任何其他導(dǎo)致突出的能源。 2)地壓破碎煤體是造成突出的首要因素，而瓦斯則起著拋出煤體和搬運(yùn)煤體的作用，從突出的總能量來(lái)說(shuō)，瓦斯是完成突出的主要能源。 3)煤的強(qiáng)度是形成突出的一個(gè)主要因素，只有當(dāng)煤強(qiáng)度很低、煤與圍巖的摩擦力不大時(shí)，地壓造成的變形潛能才能使煤體破碎。,2.國(guó)內(nèi)對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí),(1)中心擴(kuò)張學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤和瓦斯突出是從離工作面某一距離處的中心開(kāi)始，爾后向周?chē)鷶U(kuò)展，由發(fā)動(dòng)中心周?chē)拿簬r石瓦斯體系提供能量并參與活動(dòng)。 (2)流變說(shuō)認(rèn)為煤和瓦斯突出是含瓦斯煤體在采動(dòng)影響后，地應(yīng)力與瓦斯氣體耦合的一種流變過(guò)程。 (3)二相流體說(shuō)認(rèn)為突出的本質(zhì)是突出中形成了煤粒和瓦斯的二相流體。 (4)固流耦合失穩(wěn)理論認(rèn)為突出是含瓦斯煤體在采掘活動(dòng)影響下，局部發(fā)生迅速、突然破壞而生成的現(xiàn)象。 (5)球殼失穩(wěn)觀點(diǎn)認(rèn)為突出實(shí)質(zhì)是地壓力破壞煤體、煤體釋放瓦斯、瓦斯使煤體裂隙擴(kuò)張并使形成的煤殼失穩(wěn)破壞的過(guò)程。,(二)突出發(fā)生的條件,煤和瓦斯突出是地應(yīng)力、煤中的瓦斯及煤的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)綜合作用的動(dòng)力現(xiàn)象。突出過(guò)程中，地應(yīng)力、瓦斯壓力是發(fā)動(dòng)與發(fā)展煤和瓦斯突出的動(dòng)力，煤的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)則是突出發(fā)生的阻礙因素。它們存在于一個(gè)共同體中，有其內(nèi)在聯(lián)系，但不同因素對(duì)突出的作用不同，不同的突出起主要作用的因素也不一樣。,(三)突出發(fā)展過(guò)程,1.準(zhǔn)備階段 2.激發(fā)階段 3.發(fā)展階段 4.終止階段,1.準(zhǔn)備階段,該階段的特點(diǎn)是：在工作面附近的煤壁內(nèi)形成高的地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度。即在有利的約束條件(石門(mén)巖柱，煤巷的硬煤包裹體)下，煤內(nèi)地應(yīng)力梯度急劇增高，能夠疊加各種地應(yīng)力，形成很高的應(yīng)力集中，積聚著很大的變形能；同時(shí)由于孔隙裂隙的壓縮，使瓦斯壓力增高，瓦斯內(nèi)能也增大。在這個(gè)階段，會(huì)顯現(xiàn)多種有聲的與無(wú)聲的突出預(yù)兆。準(zhǔn)備階段的時(shí)間可在很大范圍內(nèi)變化，也可在幾秒鐘內(nèi)完成(如在振動(dòng)放炮或頂板動(dòng)能沖擊條件下)。,2.激發(fā)階段,該階段的特點(diǎn)是地應(yīng)力狀態(tài)突然改變，即極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破壞，卸載(卸壓)并發(fā)生巨響和沖擊；向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，頓時(shí)增加幾倍到十幾倍，伴隨著裂隙的生成與擴(kuò)張，膨脹瓦斯流開(kāi)始形成，大量吸附瓦斯進(jìn)入解吸過(guò)程而參與突出。,3.發(fā)展階段,該階段具有兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，一是突出從激發(fā)點(diǎn)起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤體，二是破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運(yùn)送邊粉碎。前者是在地應(yīng)力與瓦斯壓力共同作用下完成的，后者主要是瓦斯內(nèi)能做功的過(guò)程。煤的粉化程度、游離瓦斯含量、瓦斯放散初速度、解吸的瓦斯量以及突出孔周?chē)男秹和咚沽鳎瑢?duì)瓦斯風(fēng)暴的形成與發(fā)展起著決定作用。,4.終止階段,突出的終止有以下兩種情況：一是在剝離和破碎煤體的擴(kuò)展中遇到了較硬的煤體或地應(yīng)力與瓦斯壓力降低不足以破壞煤體；二是突出孔道被堵塞，其孔壁由突出物支撐建立起新的拱平衡，或孔洞瓦斯壓力因其被堵塞而升高，地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度不足以剝離和破碎煤體。但是，這時(shí)突出雖然停止了，而突出孔周?chē)男秹簠^(qū)與突出的煤涌出瓦斯的過(guò)程并沒(méi)有停止，異常的瓦斯涌出還要持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。,(四)瓦斯突出的分類(lèi)及危險(xiǎn)等級(jí)劃分,1.煤與瓦斯突出分類(lèi) 2.礦井突出危險(xiǎn)程度分級(jí)指標(biāo)和方法,1.煤與瓦斯突出分類(lèi),(1)按動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類(lèi)。 (2)按動(dòng)力現(xiàn)象的強(qiáng)度分類(lèi)。,(1)按動(dòng)力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類(lèi)。,煤與瓦斯突出這種動(dòng)力現(xiàn)象按其動(dòng)力來(lái)源分為三類(lèi)。第一類(lèi)為突出，發(fā)生突出的力量是地應(yīng)力和瓦斯壓力的合力，其基本能源是煤中所積聚的瓦斯能；第二類(lèi)為壓出，實(shí)現(xiàn)壓出的主要力量是地應(yīng)力，其基本能源是煤中所積聚的彈性能；第三類(lèi)為傾出，造成傾出的主要力量是地應(yīng)力，其基本能源是煤的重力位能。,(2)按動(dòng)力現(xiàn)象的強(qiáng)度分類(lèi)。,強(qiáng)度是指每次動(dòng)力現(xiàn)象拋出的煤(巖)的數(shù)量(以t或m3為單位)和瓦斯量(以m3為單位)。由于在動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程中，瓦斯量的計(jì)量工作尚存在一些技術(shù)問(wèn)題(如自動(dòng)記錄儀表，統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)等)，現(xiàn)在分類(lèi)主要依據(jù)拋出的煤(巖)重量，據(jù)此可分為： 小型突出：強(qiáng)度小于50t/次(突出后，經(jīng)過(guò)幾十分鐘瓦斯含量可恢復(fù)正常)。 中型突出：強(qiáng)度5099t/次(突出后，經(jīng)過(guò)一個(gè)工作班以上瓦斯含量可逐步恢復(fù)正常)。 次大型突出：強(qiáng)度100499t/次(突出后，經(jīng)過(guò)一天以上瓦斯含量可逐步恢復(fù)正常)。 大型突出：強(qiáng)度500999t/次(突出后，經(jīng)過(guò)幾天回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯含量可逐步恢復(fù)正常)。 特大型突出：強(qiáng)度大于1000t/次(突出后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間排放瓦斯，回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯含量才恢復(fù)正常)。,2.礦井突出危險(xiǎn)程度分級(jí)指標(biāo)和方法,(1)礦井突出危險(xiǎn)程度分級(jí)指標(biāo)。 (2)突出礦井危險(xiǎn)等級(jí)劃分方法。 (3)兩級(jí)分級(jí)指標(biāo)和分級(jí)方法。,(1)礦井突出危險(xiǎn)程度分級(jí)指標(biāo)。,對(duì)于突出礦井危險(xiǎn)程度而言，包括兩方面內(nèi)容，其一是各礦井已經(jīng)發(fā)生的突出事例的比較，其二是各礦井潛在的突出危險(xiǎn)程度，即礦井突出危險(xiǎn)程度分級(jí)指標(biāo)既要有突出危害性指標(biāo)，又要有突出危險(xiǎn)性指標(biāo)。突出危害性指標(biāo)包括最大突出強(qiáng)度、平均突出強(qiáng)度、突出頻度、突出煤量、突出時(shí)最大瓦斯涌出量、突出類(lèi)型比例等。突出危險(xiǎn)性指標(biāo)包括始突深度、開(kāi)采深度。煤層最大瓦斯壓力，煤的最小堅(jiān)固性系數(shù)，工作面危險(xiǎn)性日常預(yù)測(cè)結(jié)果，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度，軟分層厚度比例等。,(2)突出礦井危險(xiǎn)等級(jí)劃分方法。,1)最大突出強(qiáng)度大于1000t/次。 2)近10年突出總次數(shù)大于100次。 3)最大突出強(qiáng)度大于400t/次，且近10年總突出次數(shù)大于10次。 1)最大突出強(qiáng)度小于100t/次。 2)近10年突出總次數(shù)小于20次。,(3)兩級(jí)分級(jí)指標(biāo)和分級(jí)方法。,四、瓦斯窒息,(一)氧氣含量減少對(duì)人體的危害 (二)產(chǎn)生瓦斯過(guò)量的原因,(一)氧氣含量減少對(duì)人體的危害,(二)產(chǎn)生瓦斯過(guò)量的原因,(1)采區(qū)巷道布置不合理，影響工作面通風(fēng)質(zhì)量，很多礦井是獨(dú)眼井開(kāi)采，根本無(wú)法形成通風(fēng)系統(tǒng)，采掘面瓦斯等煤氣極易積聚，整個(gè)礦井易形成長(zhǎng)距離的串聯(lián)通風(fēng)，甚至極易產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)，通風(fēng)狀況極為惡劣。 (2)井下瓦斯的含量，除了與煤層賦存狀況、產(chǎn)量、采煤方法、通風(fēng)系統(tǒng)、地質(zhì)構(gòu)造、通風(fēng)狀況等關(guān)系密切外，還與自然界外部條件(如降雨、氣溫、氣壓、地下水活動(dòng)情況等)相關(guān)。,第三節(jié) 瓦斯治理技術(shù),一、瓦斯抽排技術(shù) 二、瓦斯防爆技術(shù) 三、瓦斯主動(dòng)抑爆技術(shù),一、瓦斯抽排技術(shù),(一)瓦斯排放 (二)瓦斯抽放,(一)瓦斯排放,1.風(fēng)筒導(dǎo)排風(fēng)流 2.風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)法 3.尾巷排放法 4.抽放排放法 5.風(fēng)壓調(diào)節(jié)法 6.調(diào)整通風(fēng)方式,圖4-2 利用水力引射器排除上隅角 積聚的瓦斯示意圖,1.風(fēng)筒導(dǎo)排風(fēng)流,2.風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)法,圖4-3 風(fēng)障引導(dǎo)風(fēng)流法處理上隅 角積聚的瓦斯示意圖,圖4-4 尾巷排放法處理上隅角積聚的瓦斯示意圖,3.尾巷排放法,圖4-5 埋管抽放法處理上隅 角積聚的瓦斯示意圖,4.抽放排放法,5.風(fēng)壓調(diào)節(jié)法,圖4-6 風(fēng)壓調(diào)節(jié)法處理上隅 角積聚的瓦斯示意圖,6.調(diào)整通風(fēng)方式,根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯涌出源及大小，可通過(guò)調(diào)整適宜的通風(fēng)方式排除上隅角積聚的瓦斯。,(二)瓦斯抽放,(1)首先應(yīng)考慮選用多種抽放方法相結(jié)合的綜合抽放方法，以提高抽放效果。 (2)開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出量主要來(lái)源于開(kāi)采煤層(本煤層)時(shí)，則應(yīng)采用本煤層瓦斯抽放方法。 (3)在煤層群的條件下，首采層開(kāi)采時(shí)，鄰近層的瓦斯涌出量占有很大比例且威脅工作面的安全生產(chǎn)，則應(yīng)采用鄰近層瓦斯抽放方法。 (4)當(dāng)工作面后方采空區(qū)瓦斯涌出量較大且威脅工作面的安全生產(chǎn)，老采空區(qū)內(nèi)積存大量瓦斯向鄰近工作面涌出瓦斯、增大采區(qū)和礦井的總排瓦斯量時(shí)，應(yīng)采用采空區(qū)瓦斯抽放方法。 (5)對(duì)于瓦斯含量較高的煤層，在巷道掘進(jìn)時(shí)涌出的瓦斯量很大且難以用加大風(fēng)量稀釋時(shí)，可考慮采掘前大面積預(yù)抽瓦斯方法或采取邊掘邊抽方法。,(二)瓦斯抽放,(6)對(duì)于透氣性較低，采用預(yù)抽放方法難以直接抽出瓦斯，掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出不是很大，而回采時(shí)有大量瓦斯涌出的煤層，可采用邊采邊抽或采用水力割縫、水力壓裂、松動(dòng)爆破等措施，人為下壓后抽放瓦斯。 (7)如果煤層賦存較淺(一般在600m以?xún)?nèi))、煤層較厚或?qū)訑?shù)較多、煤層瓦斯含量較高、地面鉆孔施工條件較好時(shí)，可采用地面鉆孔抽放。 (8)若圍巖瓦斯涌出量較大，以及溶洞或裂隙帶儲(chǔ)存有高壓瓦斯并有噴出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)采取圍巖瓦斯抽放措施。 1.本煤層瓦斯抽放 2.鄰近層瓦斯抽放 3.采空區(qū)瓦斯抽放,1.本煤層瓦斯抽放,(1)本煤層未卸壓抽放。 (2)本煤層采用卸壓抽放。 (3)本煤層人為卸壓抽放。,(1)本煤層未卸壓抽放。,1)巷道預(yù)抽。 2)鉆孔預(yù)抽。,1)巷道預(yù)抽。,巷道預(yù)抽瓦斯的效果主要與煤巷暴露面積的大小有關(guān)，同時(shí)也與煤層的厚度、透氣性能以及抽放時(shí)間的長(zhǎng)短等有關(guān)。因此，一些透氣性較好的厚及中厚煤層的礦井，如淮南謝二礦、淮北蘆嶺礦和焦作李封礦等，也都進(jìn)行過(guò)巷道預(yù)抽本煤層瓦斯，取得了不錯(cuò)的效果。,2)鉆孔預(yù)抽。, 穿層鉆孔。穿層鉆孔是指將鉆孔布置在煤層底板巖石巷道中或鄰近煤層巷道中(也有的將鉆場(chǎng)布置在煤層頂板巖層中)，由鉆場(chǎng)向開(kāi)采煤層打鉆，鉆孔貫穿煤層全厚，預(yù)先抽放本煤層瓦斯。這是一種應(yīng)用較為廣泛的有效的抽放方法。經(jīng)過(guò)預(yù)抽后的開(kāi)采煤層再進(jìn)行采掘工作，從而解決了掘進(jìn)和采煤過(guò)程中的瓦斯問(wèn)題。 順層鉆孔。順層鉆孔是指巷道進(jìn)入煤層以后，沿煤層的走向或傾向所打的鉆孔。順層鉆孔可用于石門(mén)見(jiàn)煤處、煤巷及回采工作面。在我國(guó)采用較多的是回采工作面。其作用主要是，在采面準(zhǔn)備好之后，按不同的布孔方式抽放一段時(shí)間，然后再進(jìn)行開(kāi)采，以減少回采過(guò)程中的瓦斯涌出量。,(2)本煤層采用卸壓抽放。,1)邊掘邊抽。 2)邊采邊抽。,1)邊掘邊抽。,巷道掘進(jìn)所形成的空間，可使巷道兩側(cè)及掘進(jìn)工作面前方的應(yīng)力重新分布。邊掘邊抽就利用巷壁附近的卸壓區(qū)域抽放瓦斯，為了不影響掘進(jìn)工作，每隔一定距離在巷道兩側(cè)做鉆場(chǎng)向工作面前方打鉆孔。,2)邊采邊抽。,在回采工作面的前方一定距離有一個(gè)應(yīng)力集中帶，這個(gè)應(yīng)力集中帶隨工作面的推進(jìn)向前移動(dòng)。應(yīng)力集中帶與工作面之間有一個(gè)10m左右的區(qū)域，稱(chēng)為卸壓帶，在該區(qū)域可以抽放卸壓瓦斯。,(3)本煤層人為卸壓抽放。,1)人為卸壓抽放瓦斯方法的基本原則 )人為卸壓方法。,1)人為卸壓抽放瓦斯方法的基本原則, 在煤體無(wú)自由面的情況下，改善煤中裂隙的分布狀況，使煤體中產(chǎn)生透氣性良好的貫通裂隙，以提高整個(gè)煤層的透氣性。 在煤體有自由面的情況下，使煤體膨脹變形，以提高煤層的透氣性。 從煤層中取出部分物質(zhì)，形成空洞，使煤體卸壓，擴(kuò)大原有裂隙，并產(chǎn)生新裂隙，以提高煤層透氣性。,)人為卸壓方法。, 水力壓裂、破裂卸壓法。在鉆孔揭穿煤層處，注入攜帶支撐劑(一般為石英砂)的高壓水，在一定時(shí)間后瞬時(shí)卸壓。如此反復(fù)卸壓，使煤體在一定范圍內(nèi)形成無(wú)數(shù)微小裂縫，并由支撐劑支撐其微小裂縫而增大煤層的透氣性，提高抽放率。 水力割縫、空穴卸壓法。水力割縫是在鉆孔進(jìn)入煤層后，在孔內(nèi)用高壓水射流沿煤層層面割出一道裂縫，使其上下煤體松動(dòng)卸壓，增大透氣性。水力空穴卸壓的基本原理是，用水作動(dòng)力，在無(wú)自由面的情況下，強(qiáng)制煤隨高壓水一起從鉆孔中噴出，使鉆孔周?chē)纬煽昭?，煤體卸壓，改善瓦斯流動(dòng)條件。具體做法是，通過(guò)鉆孔向煤層快速輸送高壓水，然后突然卸壓放水；在高壓水放出的同時(shí)，使鉆孔周?chē)后w由于大的壓力差而破碎并隨水一起噴出，形成空穴。, 松動(dòng)爆破、預(yù)裂卸壓法。指在采掘工作面煤體中，為松動(dòng)煤體、改變煤體的應(yīng)力狀態(tài)，防止煤(巖)與煤層氣突出而打一定數(shù)量和深度的炮眼，裝適量炸藥的爆破。深孔松動(dòng)控制爆破卸壓增透技術(shù)是利用煤層瓦斯壓力、炸藥爆炸產(chǎn)生的能量及控制孔的導(dǎo)向和補(bǔ)償作用使煤體原有裂隙得以擴(kuò)展并產(chǎn)生新的裂隙，釋放應(yīng)力和瓦斯壓力并起到卸壓增透效果，從而達(dá)到提高煤層透氣性和抽放效果的目的。 物理化學(xué)卸壓法。所謂物理化學(xué)卸壓，就是向煤層注入化學(xué)活性溶液，使煤體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使堅(jiān)硬的煤層被軟化，改變其吸附瓦斯能力和加快瓦斯從煤層中的排除。例如，利用鹽酸(hcl)與煤體中的碳酸鈣(caco3)反應(yīng)生成易于溶解的氯化鈣(cacl3)的原理增大煤層的孔隙率，從而提高其透氣性。,)人為卸壓方法。,2.鄰近層瓦斯抽放,(1)井下鉆孔抽放。 (2)地面鉆孔抽放。 (3)巷道抽放。,(1)井下鉆孔抽放。,1)本煤層外巷道打鉆孔可分為以下四種方式： 鉆場(chǎng)設(shè)在本煤層的底板巖巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)打鉆抽放下鄰近層瓦斯。 鉆場(chǎng)設(shè)在本煤層的頂板巖巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)打鉆抽放上鄰近層瓦斯。 利用石門(mén)、聯(lián)絡(luò)巷作鉆場(chǎng)，向上、下鄰近層打鉆孔抽放的方式。 利用聯(lián)絡(luò)巷(煤門(mén))沿鄰近煤層布置順層鉆孔抽放的方式。順層鉆孔抽放瓦斯的關(guān)鍵技術(shù)是順層長(zhǎng)鉆孔的成孔技術(shù)。在煤層(特別是突出煤層)實(shí)施順煤層鉆孔時(shí)，往往因噴孔、卡鉆嚴(yán)重而難以達(dá)到所需的深度。為此，“九五”專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)研制了zsm-250型順層強(qiáng)力鉆機(jī)、多級(jí)組合鉆頭，研究了相應(yīng)的風(fēng)力排渣成孔工藝及孔口除塵裝置。在芙蓉白皎礦的試驗(yàn)表明，在該礦條件下，鉆孔深度可達(dá)240m。目前這套技術(shù)和裝備正在芙蓉、松藻、豐城、淮南等局推廣應(yīng)用，取得了很好的效果。 2)本煤層內(nèi)巷道打鉆孔可以分為以下兩種方式：,(1)井下鉆孔抽放。, 鉆場(chǎng)設(shè)在工作面副巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)向鄰近層打穿鉆孔的布置方式。此種布孔方式多用于抽放上鄰近層的瓦斯，其優(yōu)點(diǎn)是：抽放負(fù)壓與通風(fēng)負(fù)壓方向一致，有利于提高抽放效率，尤其是低層位的鉆孔更為明顯；瓦斯管道設(shè)在回風(fēng)巷，容易管理，有利于安全。其缺點(diǎn)是增加了抽放專(zhuān)用巷道的維護(hù)時(shí)間和工作量。 鉆場(chǎng)設(shè)在工作面的進(jìn)風(fēng)正巷內(nèi)，然后由鉆場(chǎng)向鄰近層打穿鉆孔的布置方式。此種布孔方式多用于抽放下鄰近層的瓦斯。與鉆孔布置在回風(fēng)巷相比，這種布孔方式具有巷道和鉆場(chǎng)容易維護(hù)、運(yùn)輸巷內(nèi)有電源和水源，打鉆方便，打鉆或測(cè)定工作都在新鮮風(fēng)流內(nèi)操作等優(yōu)點(diǎn)。,(2)地面鉆孔抽放。,1)瓦斯風(fēng)化帶較淺，開(kāi)采深度小于400m且瓦斯含量較高的煤層。 2)由于某些原因，從井下打鉆抽放效果不好、施工困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)。 3)地面要有打鉆施工的條件，如場(chǎng)地、供電、供水等。,3.采空區(qū)瓦斯抽放,(1)密閉抽放法。 (2)插管法。 (3)向冒落拱上方打鉆孔抽放法。 (4)在老頂巖石中打水平鉆孔抽放法。 (5)直接向采空區(qū)打鉆抽放法。 (6)地面垂直鉆孔抽放法。,(1)密閉抽放法。,這是抽放采空區(qū)瓦斯最常用和最簡(jiǎn)單的方法。該抽放法實(shí)施時(shí)，應(yīng)首先將采區(qū)或回采面的進(jìn)回風(fēng)巷均進(jìn)行密閉，然后讓抽放管穿過(guò)回風(fēng)巷的密閉墻，深入采空區(qū)進(jìn)行抽放。抽放時(shí)，對(duì)密閉墻內(nèi)的氣體成分和抽放負(fù)壓應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行監(jiān)察與調(diào)控，以防增大采空區(qū)漏風(fēng)引起采空區(qū)內(nèi)遺煤的自燃。該方法抽出的瓦斯的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)25%60%。,(2)插管法。,這種抽放方法是，把端頭帶孔眼的管子在頂板冒落之前直接插入采空區(qū)內(nèi)，進(jìn)行瓦斯抽放。插入端管子直徑為75100mm，處在采空區(qū)內(nèi)一端的長(zhǎng)度為2.5m，管壁穿有小孔，并用紗窗包好，以免發(fā)生堵塞；該管應(yīng)盡量靠近煤層頂部，以便處于瓦斯含量較高的地點(diǎn)，提高抽放效果。,(3)向冒落拱上方打鉆孔抽放法。,這種方法的特點(diǎn)是，要求鉆孔孔底應(yīng)處在采空區(qū)初始冒落拱的上方，以便捕集處于冒落破壞帶中的上部卸壓層和未開(kāi)采層的煤層中涌入采空區(qū)的瓦斯。鉆孔開(kāi)孔位置，則可根據(jù)礦井的實(shí)際條件，采用不同的布置形式。,(4)在老頂巖石中打水平鉆孔抽放法。,當(dāng)涌入采空區(qū)的瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采煤層的頂板上方，而頂板又為易于破碎的巖石，打鉆抽放確有困難時(shí)，可以采用從回風(fēng)巷一側(cè)向煤層上部掘一斜巷，一直到進(jìn)入穩(wěn)定的巖體為止。,(5)直接向采空區(qū)打鉆抽放法。,這種抽放方法主要是利用采空區(qū)周?chē)南锏?，如運(yùn)輸水平或回風(fēng)水平的底板巖巷或下部煤層的巷道，向采空區(qū)打鉆，以抽取采空區(qū)中的瓦斯。其抽放鉆孔進(jìn)入采空區(qū)的位置應(yīng)處于采空區(qū)瓦斯聚集區(qū)。,(6)地面垂直鉆孔抽放法。,在開(kāi)采深度小于400m的高瓦斯煤層，由于某些特殊原因而不能從井下巷道中打鉆到鄰近層或采空區(qū)抽放瓦斯時(shí)，可以從地面打垂直鉆孔抽放上鄰近層和采空區(qū)的瓦斯，前蘇聯(lián)和美國(guó)都采用了這種抽放方法，而且取得了顯著的效果。,二、瓦斯防爆技術(shù),(一)防火花 (二)撒布巖粉惰化技術(shù) (三)被動(dòng)式阻隔爆技術(shù) (四)自動(dòng)隔爆裝置 (五)阻隔爆新技術(shù)探討,(一)防火花,1.防止出現(xiàn)明火 2.防止出現(xiàn)電火花 3.防止出現(xiàn)炮火 4.防止出現(xiàn)摩擦撞擊火花,1.防止出現(xiàn)明火,按照規(guī)程規(guī)定，禁止在井口房、主要通風(fēng)機(jī)房和瓦斯泵站周?chē)?0m內(nèi)使用明火、吸煙；嚴(yán)禁攜帶煙草及點(diǎn)火器具入井；井下禁止使用電爐；井下和井口房?jī)?nèi)不準(zhǔn)進(jìn)行電焊、氣焊和使用噴燈焊接，如必須在井下施焊時(shí)，要遵守規(guī)程規(guī)定，制定專(zhuān)門(mén)安全措施，嚴(yán)格履行審批手續(xù)；防止煤炭自燃，加強(qiáng)火區(qū)管理，防止復(fù)燃等。,2.防止出現(xiàn)電火花,瓦斯礦井必須采用安全型、防爆型和安全火花型的電器設(shè)備；機(jī)電設(shè)備下井必須進(jìn)行防爆性能檢查，使用中必須保持良好的防爆狀態(tài)，不防爆的設(shè)備不準(zhǔn)下井使用；井口和井下電器設(shè)備必須設(shè)有防雷電和防短路保護(hù)裝置；所有電纜接頭不準(zhǔn)有“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭；不準(zhǔn)帶電作業(yè)；嚴(yán)禁在井下拆開(kāi)、敲打、撞擊礦燈的燈頭和燈盒；瓦斯礦井要安設(shè)和使用風(fēng)電閉鎖裝置，保證只有在局部通風(fēng)機(jī)送風(fēng)后工作面才能供電等。,3.防止出現(xiàn)炮火,不準(zhǔn)使用變質(zhì)或不合格的炸藥，有瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井，使用與該礦井瓦斯等級(jí)相適應(yīng)的煤礦許用炸藥；禁止將引藥反裝，不準(zhǔn)一次裝藥分次爆破及裸露爆破；禁止使用明接頭或裸露的爆破母線，雷管腳線、母線與發(fā)爆器的連接要牢固；要使用水泥炮，炮眼封泥要裝滿填實(shí)；打眼、裝藥、爆破都必須符合規(guī)程要求。,4.防止出現(xiàn)摩擦撞擊火花,(1)機(jī)械摩擦撞擊火花。 (2)巖石摩擦撞擊火花。 (3)機(jī)械和巖石摩擦撞擊火花。,(1)機(jī)械摩擦撞擊火花。,為增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備、器具的性能，減輕其重量，煤礦井下普遍采用了輕鋁合金材料硅鋁明合金。有關(guān)科研部門(mén)和具體的試驗(yàn)證明，采用射釘槍和以壓縮空氣為動(dòng)力槍械進(jìn)行高速發(fā)射，并沖擊硅鋁明合金試樣，可產(chǎn)生火花。明確驗(yàn)證了硅鋁明合金產(chǎn)生火花引燃瓦斯的情況，結(jié)果表明：即使是在能量?jī)H為26.5j那樣小的情況下，也有點(diǎn)燃瓦斯的危險(xiǎn)。因此，在煤礦井下，尤其救護(hù)人員在排放瓦斯或在高瓦斯區(qū)工作時(shí)，一定要做到科學(xué)地選用和操作輕鋁合金設(shè)備及用具，以確保安全救護(hù)工作的順利進(jìn)行。,(2)巖石摩擦撞擊火花。,煤礦井下有不少巖層為石英質(zhì)砂巖，在煤層里有不少黃鐵礦集合體。試驗(yàn)證明，兩者都具有摩擦著火的潛在因素，而且石英質(zhì)砂巖的摩擦著火強(qiáng)度隨巖石中的石英含量的增加而增加。而且與它的粒徑大小有關(guān)。當(dāng)石英粒徑大于70mm時(shí)，就能產(chǎn)生摩擦著火。黃鐵礦集合體摩擦著火的機(jī)理與石英不同，它是黃鐵礦的礦粒散放在空氣中被氧化燃燒，從而引燃瓦斯引起爆炸。因此，在高瓦斯或瓦斯突出區(qū)工作，要時(shí)刻注意檢查瓦斯的變化情況，還要隨時(shí)注意檢查工作現(xiàn)場(chǎng)頂板和巖石性質(zhì)的變化情況，采取果斷措施以防事故發(fā)生。,(3)機(jī)械和巖石摩擦撞擊火花。,機(jī)械和巖石摩擦撞擊火花的種類(lèi)很多。如采掘工作面的采掘機(jī)械截齒截入巖石產(chǎn)生的火花；掘進(jìn)迎頭風(fēng)鎬、鋼釬旋轉(zhuǎn)與巖石摩擦撞擊產(chǎn)生的火花；井下工人用鎬、釬、鐵鍬掏挖孔槽和裝卸巖石等撞擊產(chǎn)生的火花，以及巖石自由落下與金屬器具碰撞產(chǎn)生的火花等。這類(lèi)火花極易產(chǎn)生，但能量一般較小，不足以引燃瓦斯。但它是隨其相互間摩擦撞擊劇烈程度而變化的。對(duì)摩擦機(jī)械能產(chǎn)生火源的物理機(jī)理研究，以及有關(guān)研究人員在對(duì)金屬與巖石摩擦撞擊產(chǎn)生火花的機(jī)理的研究結(jié)果均表明：在金屬與巖石撞擊或相互劇烈摩擦出的部分灼熱導(dǎo)致熔化的顆粒沿著旋轉(zhuǎn)或飛散的軌跡飛濺，顆粒在離切削表面1030cm處最先產(chǎn)生火花，這時(shí)其切削面的表面溫度往往能達(dá)到或超過(guò)1400，致使瓦斯被點(diǎn)燃或引爆。,(二)撒布巖粉惰化技術(shù),煤礦安全規(guī)程規(guī)定：在所有運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷中必須撒布巖粉。撒布巖粉的作用是使沉淀在巷道底板和兩幫的煤塵中增加不燃性物質(zhì)，使其失去爆炸性和防止巷道中的落塵再度飛揚(yáng)。撒布巖粉后，在煤巖的混合體中，不燃性物質(zhì)的含量必須達(dá)到：非瓦斯礦井不低于60%，瓦斯礦井不低于75%。當(dāng)風(fēng)流速度較低時(shí)，巖粉層的粘滯性起到阻礙沉積煤塵重新飛揚(yáng)的作用，當(dāng)發(fā)生瓦斯爆炸等異常情況時(shí)，巨大的空氣震蕩或風(fēng)流把巖粉和沉積煤塵同時(shí)吹揚(yáng)起來(lái)形成巖粉-煤塵混合粉塵云；當(dāng)瓦斯爆炸火焰進(jìn)入混合塵云區(qū)時(shí)，巖粉吸收爆炸火焰的熱量使系統(tǒng)冷卻降溫，同時(shí)巖粉粒子可把煤塵粒子隔開(kāi)，起到屏蔽熱輻射、熱傳導(dǎo)的作用，從而有效地阻止瓦斯煤塵爆炸的發(fā)展傳播，最終將火撲滅。,(三)被動(dòng)式阻隔爆技術(shù),1.水槽棚 2.水槽棚的材質(zhì)和規(guī)格 3.安設(shè)水棚的一些基本要求 4.巖粉棚,(三)被動(dòng)式阻隔爆技術(shù),圖4-7 水槽棚示意圖,1.水槽棚,(1)主要隔爆棚組應(yīng)采用水槽棚，水袋棚只能作為輔助隔爆棚組。 (2)水棚組應(yīng)設(shè)置在巷道的直線段內(nèi)。 (3)相鄰水棚組中心距為0.51.0m，主要水棚組總長(zhǎng)度不小于30m，輔助水棚組不小于20m。 (4)首列水棚組距工作面的距離，必須保持在60200m范圍內(nèi)。 (5)水槽或水袋距頂板、兩幫距離不小于0.1m，其底部距軌面不小于1.8m。 (6)水內(nèi)如混入煤塵量超過(guò)5%，應(yīng)立即換水。,2.水槽棚的材質(zhì)和規(guī)格,隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了不少適合于制造水槽的塑料，一些國(guó)家先后采用了苯乙烯、一烯氯丁、聚氯乙烯、聚氨酯泡沫和其他一些人造樹(shù)脂制造水槽。這類(lèi)塑料易碎并有一定強(qiáng)度，易碎能保證被爆炸沖擊波擊碎，強(qiáng)度則能保證運(yùn)輸過(guò)程不受損壞，而且能耐溫95以上。其中，由于聚氨酯泡沫的破碎能力強(qiáng)，故適合于制造水槽。 水槽的壁厚、邊寬、邊厚、加固筋和給定斷裂處均應(yīng)根據(jù)所采用的具體材料而定。目前，國(guó)外一些使用水棚的國(guó)家所使用的水槽容積分別為：80l、70l、50l、40l、37.5l、30l和25l。水槽的容積是根據(jù)巷道斷面的大小所確定的。波蘭生產(chǎn)的聚氨酯泡沫水槽呈截頂角錐形，其規(guī)格為68cm40.5cm28cm、60cm21cm28cm等，德國(guó)生產(chǎn)的水槽邊厚17mm，壁厚13mm，規(guī)格為60cm33cm28cm等。,3.安設(shè)水棚的一些基本要求,(1)波蘭、德國(guó)等國(guó)家的煤礦安全規(guī)程對(duì)惰性巖粉棚和水棚的消火劑用量作了明確規(guī)定，即在無(wú)瓦斯煤層中，隔爆棚分散到巷道斷面上的消火劑(惰性巖粉或水)用量不得少于200kg/m2，在瓦斯煤層中須達(dá)400kg/m2。 (2)凡與煤塵區(qū)和沼氣區(qū)相連的各巷道(包括沒(méi)有使用的風(fēng)巷)均應(yīng)安設(shè)主要隔爆水槽棚。 (3)在無(wú)沼氣煤層中，炮采工作面經(jīng)常沉積大量煤塵的巷道，經(jīng)常沉積大量煤塵的巷道，以及由于經(jīng)常沉積大量煤塵而不能有效地灑水和撒布惰性巖粉的巷道，都是可能發(fā)生爆炸的地點(diǎn)，尤其是運(yùn)輸斜巷或鋪設(shè)有電纜的巷道，更有可能發(fā)生爆炸。 (4)棚子應(yīng)安設(shè)在斷面均勻的某段巷道中，而且棚子安設(shè)區(qū)前后的巷道斷面也應(yīng)相同。 (5)嚴(yán)禁將棚子安設(shè)在支架后的沼氣聚集層之上，或鋪設(shè)有與沼氣層相連的沼氣管道的位置。,3.安設(shè)水棚的一些基本要求,(6)安設(shè)輔助隔爆棚的目的在于對(duì)以下區(qū)域進(jìn)行隔絕：獨(dú)立的回采工作面；使用炸藥的獨(dú)立掘進(jìn)工作面(以巖石大巷算起，長(zhǎng)度小于60m的巷道除外)；不獨(dú)立的風(fēng)巷網(wǎng)絡(luò)；未構(gòu)筑防爆墻的活火區(qū)(如果與火區(qū)相連的巷道中的煤塵有爆炸危險(xiǎn))；煤塵區(qū)，既有大量沉積煤塵又未能有效地撒布惰性巖粉或?yàn)⑺乃芯铩?(7)如果安設(shè)水棚的巷道太短，則可按下述方法布置分散式棚子：將部分棚子安設(shè)在與這條短巷相連的其他巷道中，水槽距短巷與其他巷道的交叉口的距離不得小于50m。 (8)實(shí)踐證明，很難在回采工作面和超前巷道工作面安設(shè)隔爆棚子，即使安設(shè)了棚子，其隔爆效果也很不理想。 (9)隨著采掘工作的進(jìn)行，需移動(dòng)部分棚子，以保證其隔爆作用。 (10)煤塵爆炸事故分析表明：井下可能發(fā)生多次煤塵爆炸。,圖4-8 巖粉棚示意圖,4.巖粉棚,4.巖粉棚,(1)按巷道斷面面積計(jì)算，主要巖粉棚的巖粉量不得少于400kg/m2，輔助巖粉棚不得少于200l/m2。 (2)輕型巖粉棚的排間距為1.02.0m，重型為1.23.0m。 (3)巖粉棚的平臺(tái)與側(cè)幫立柱(或側(cè)幫)的空隙不小于50mm，巖粉表面與頂梁(頂板)的空隙不小于100mm，巖粉板距軌