第章礦井瓦斯ppt課件

第九章礦井瓦斯 第二節(jié)煤層瓦斯賦存與含量 第一節(jié)概述 第三節(jié)礦井瓦斯涌出 第四節(jié)瓦斯噴出 第五節(jié)煤 巖 與瓦斯突出及其預防 第六節(jié)瓦斯爆炸及其預防 第七節(jié)瓦斯抽放 本章的主要內(nèi)容 瓦斯概念 煤層瓦斯賦存與含量 礦井瓦斯涌出 瓦斯噴出與突出 瓦斯爆炸與預防 瓦斯抽放本章的難點 瓦斯含量的概念和影響因素 瓦斯涌出量的概念和影響因素煤與瓦斯突出瓦斯爆炸及其預防教學難點 突出機理影響瓦斯爆炸濃度的參數(shù)瓦斯含量及瓦斯涌出量的影響因素 第一節(jié)概述一 瓦斯的定義廣義上 礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中 從煤 巖內(nèi)涌出的以甲烷為主的各種有害氣體的總稱 煤礦井下的有害氣體有甲烷 沼氣 乙烷 二氧化碳 一氧化碳 硫化氫 二氧化硫 氮氧化物 氫 氮等 其中甲烷所占比重最大 在80 以上 狹義上 礦井瓦斯單指甲烷 二 瓦斯的化學性質瓦斯的化學名稱叫甲烷 CH4 是無色 無味 無毒的氣體 瓦斯混合到空氣中后 既看不見 又摸不著 還聞不出來 只能依靠專門的儀器才能檢測到 甲烷分子的直徑為0 3758 10 9m 可以在微小的煤體孔隙和裂隙里流動 其擴散速度是空氣的1 34倍 從煤巖中涌出的瓦斯會很快擴散到巷道空間 甲烷標準狀態(tài)時的密度為0 716kg m3 比空氣輕 與空氣相比的相對密度為0 554 瓦斯微溶于水 三 瓦斯的 三害一用 1 窒息 甲烷雖然無毒 但其濃度如果超過57 能使空氣中氧濃度降低至10 以下 瓦斯礦井通風不良或不通風的煤巷 往往積存大量瓦斯 如果未經(jīng)檢查就貿(mào)然進入 因缺O(jiān)2而很快地昏迷 窒息 直至死亡 此類事故在煤礦井不鮮見 2 燃燒爆炸 瓦斯在適當?shù)臐舛饶苋紵捅?3 突出 在煤礦的采掘生產(chǎn)過程中 當條件合適時 會發(fā)生瓦斯噴出或煤與瓦斯突出 產(chǎn)生嚴重的破壞作用 甚至造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡 4 利用 瓦斯可作為燃料和化工原料 碳黑和甲醛 把煤層中的瓦斯抽到地面可以變害為利 四 事故案例湖南省嘉禾縣何家山煤窯糊涂地認為瓦斯大時能用鼻子聞出來 他們沒有瓦斯檢測設備 靠人聞瓦斯 1989年4月28日發(fā)生特大瓦斯爆炸事故 當場死亡17人 自1675年英國茅斯汀礦發(fā)生第一次大型瓦斯爆炸事故以后 我國最早關于瓦斯爆炸的文獻記載見于1603年 世界各產(chǎn)煤國家都發(fā)生過各種損失程度的瓦斯爆炸事故 天工開物 之 燔石 章論及豎井采煤在井下安裝巨竹筒以排除瓦斯和巷道支護的技術 第二節(jié)煤層瓦斯賦存與含量一 瓦斯的成因與賦存 一 礦井瓦斯的成因煤礦并下的瓦斯主要來自煤層和煤系地層 關于它的成因學說有多種多樣 但是 目前國內(nèi)外多數(shù)學者認為煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用過程中形成的 即有機成因說 有機成因說認為 煤層瓦斯是腐植型有機物 植物 在成煤過程中生成的 成氣過程可分為兩個階段 1 生物化學成氣時期 從植物遺體到泥炭居于生物化學成氣時期 在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中 有機物 主要成分纖維素和木質素 在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65 的條件下 被厭氧微生物分解為CH4 CO2和H2O 由于這一過程發(fā)生于地表附近 上覆蓋層不厚且透氣性較好 因而生成的氣體大部分散失于古大氣中 隨泥炭層的逐漸下沉和地層沉積厚度的增加 壓力和溫度也隨之增加 生物化學作用逐漸減弱并最終停止 2 煤化變質作用時期 從褐煤到煙煤 直到無煙煤屬于煤化變質作用成氣時期 隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加 泥炭轉化為褐煤并進入變質作用時期 有機物在高溫 高壓作用下 揮發(fā)分減少 固定碳增加 這時生成的氣體主要為CH4和CO2 這個階段中 瓦斯生成量隨著煤的變質程度增高而增多 但在漫長的地質年代中 在地質構造 地層的隆起 浸蝕和斷裂 的形成和變化過程中 瓦斯本身在其壓力差和濃度差的驅動下進行運移 一部分或大部分瓦斯擴散到大氣中 或轉移到圍巖內(nèi) 所以不同煤田 甚至同一煤田不同區(qū)域煤層的瓦斯含量差別可能很大 二 瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)煤體是一種復雜的多孔性固體 包括原生孔隙和運動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) 1 游離狀態(tài) 也叫自由狀態(tài) 這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在 存在于煤體或圍巖的裂隙和較大孔隙 孔徑大于0 01um 內(nèi) 游離瓦斯量的大小與貯存空間的容積和瓦斯壓力成正比 與瓦斯溫度成反比 二 瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) 2 吸附狀態(tài) 吸附狀態(tài)的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上 吸著瓦斯 和煤的微粒結構內(nèi)部 吸收瓦斯 吸著態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下 瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上 形成很薄的吸附層 而吸收狀態(tài)是瓦斯分子充填到幾埃到十幾埃的微細孔隙內(nèi) 占據(jù)著煤分子結構的空位和煤分子之間的空間 如同氣體溶解于液體中的狀態(tài) 固溶體 煤體中的瓦斯含量是一定的 但以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在的瓦斯量是可以相互轉化的 這取決于溫度和壓力以及煤中水分等條件的變化 例如 當溫度降低或壓力升高時 一部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉化為吸附狀態(tài) 這種現(xiàn)象叫做吸附 反之 如果溫度升高或壓力降低時 一部分瓦斯就由吸附狀態(tài)轉化為游離狀態(tài) 這種現(xiàn)象叫做解吸 在現(xiàn)今開采深度內(nèi) 煤層內(nèi)的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在 游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10 左右 二 煤層中瓦斯垂直分帶形成原因 當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時 由于煤層中瓦斯向上運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 四帶 CO2 N2帶 N2帶 N2 CH4帶 CH4帶 前三個帶稱為瓦斯風化帶 在近代開采深度內(nèi) 瓦斯帶內(nèi)煤層的瓦斯含量和涌出量隨深度增加而有規(guī)律地增大 所以確定瓦斯風化帶深度 有重要的現(xiàn)實意義 我國大部分低瓦斯礦井皆是在瓦斯風化帶內(nèi)進行生產(chǎn)的 瓦斯風化帶下界深度確定依據(jù) 可以根據(jù)下列指標中的任何一項確定 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烴濃度總和達到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 是指煤中可燃質既固定碳和揮發(fā)分 瓦斯風化帶深度決定于煤層的地質條件和賦存情況 變化很大 圍巖透氣性越大 煤層傾角越大 開放性斷層越發(fā)育 地下水活動越劇烈 則瓦斯風化帶下部邊界就越深 三影響煤層瓦斯含量的因素 一 煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量 標準狀態(tài)下的瓦斯體積 單位為m3 m3 cm3 cm3 或m3 t cm3 g 煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和 煤層未受采動影響時的瓦斯含量 稱為原始瓦斯含量 如煤層受采動影響 已部分排出瓦斯 則剩余在煤層中的瓦斯量稱為殘余瓦斯含量 二 主要影響因素 1 煤的吸附特性 瓦斯保存條件 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 主要是物理吸附 煤分子與瓦斯分子間的作用力 范德華力 2 煤層露頭 長時間與大氣接觸3 煤層的埋藏深度 深 瓦斯大4 圍巖透氣性 泥巖 完整石灰?guī)r低透氣性5 煤層傾角 大 瓦斯小 小 瓦斯大6 地質構造 封閉地質構造 瓦斯大 開放的地質構造 瓦斯小7 水文地質條件 水流 帶走瓦斯 水大瓦斯小 水小瓦斯大 四 煤層內(nèi)的瓦斯壓力1 定義是處于煤的裂隙和孔隙中的游離瓦斯分子熱運動撞擊所產(chǎn)生的作用力 2 意義煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量 瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù) 當煤的吸附瓦斯能力相同時 煤層瓦斯壓力越高 煤中瓦斯量也就越大 在研究與評價瓦斯儲量 瓦斯涌出 瓦斯流動 瓦斯抽放與瓦斯突出問題時 都要事先掌握準確的瓦斯壓力數(shù)據(jù) 規(guī)程 規(guī)定 開采有煤與瓦斯突出危險煤層時 必須測定煤層的瓦斯壓力 四 煤層內(nèi)的瓦斯壓力3 測定方法 1 直接測定法直接測定煤層瓦斯壓力的方法是用鉆機由巖層巷道或煤層巷道向預定測量瓦斯壓力的地點打一鉆孔 然后在鉆孔中放置測壓裝置 再將鉆孔嚴密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝置相連來測出瓦斯壓力的 直接測壓法中的關鍵是封閉鉆孔的質量 2 間接測定法一般情況下 未受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力 隨深度的增加而有規(guī)律地增加通過不同深度煤層瓦斯壓力測定 求出該煤層的瓦斯壓力梯度 就可以預測其他深度的瓦斯壓力 瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律 末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力 隨深度的增加而有規(guī)律地增加 可以大于 等于或小于靜水壓 瓦斯壓力梯度 或 第三節(jié)礦井瓦斯涌出瓦斯能夠長時間地 持續(xù)地從煤體中釋放出來 這是瓦斯涌出的基本形式 又叫瓦斯的普通涌出 與其對應的瓦斯特殊涌出是指在時間上突然 在空間上集中 大量的瓦斯涌出 稱為特殊涌出 主要有瓦斯噴出和煤與瓦斯突出 一 瓦斯涌出量1 含義 礦井建設或生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量 礦井瓦斯涌出量或翼 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 單位時間涌出的瓦斯體積 單位為m3 d或m3 min 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 對應Qg為m3 d 注意 瓦斯涌出量與瓦斯含量的大小不相等 因為瓦斯涌出量中除開采煤層涌出的瓦斯外 還有來自臨近層和圍巖的瓦斯 所以相對瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大 礦井瓦斯涌出量是決定礦井瓦斯等級和計算風量的依據(jù) 由于絕對瓦斯涌出量不能反映出礦井瓦斯涌出的嚴重程度 煤炭生產(chǎn)中通常采用相對瓦斯涌出量 煤礦井巷和工作面的瓦斯主要有四個來源 1 從采落下來的煤炭中放出瓦斯 2 從采掘工作面煤壁內(nèi)放出瓦斯 3 從煤巷兩幫及頂?shù)装宸懦鐾咚?4 從采空區(qū)及鄰近煤層中放出瓦斯 二 影響瓦斯涌出的因素決定于自然因素和開采技術因素的綜合影響 一 自然因素1 煤層和圍巖的瓦斯含量 瓦斯含量越高 瓦斯涌出量越大 當前礦井的瓦斯涌出量預測把煤層瓦斯含量作為主要因素 2 地面大氣壓變化 當?shù)孛娲髿鈮和蝗幌陆禃r 瓦斯積存區(qū)的氣體壓力將高于風流的壓力 瓦斯就會更多地涌入風流中 使礦井的瓦斯涌出量增大 反之 礦井的瓦斯涌出量將減少 二 開采技術因素1 開采規(guī)模 產(chǎn)量與瓦斯涌出量的關系復雜 開采深度 開拓與開采范圍和礦井產(chǎn)量大 礦井瓦斯涌出量也就越大 2 開采順序與回采方法 先開采 大 回采率低 大 頂板管理3 生產(chǎn)工藝 初期大 呈指數(shù)下降 落煤時瓦斯涌出量大4 風量變化 單一煤層 隨風量減而增 煤層群隨風量增而增5 采區(qū)通風系統(tǒng) 上隅角大6 采空區(qū)的密閉質量 采空區(qū)積存著大量高濃度的瓦斯 可達60 70 三 礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理為了有效地治理瓦斯 每一個礦井都要掌握影響瓦斯涌出的主要因素和各涌出來源在總量中所占的比重 這是礦井風量分配和日常瓦斯治理工作的基礎 按劃分目的不同 對礦井瓦斯來源有三種劃分方式 按水平 翼 采區(qū)來進行劃分 作為風量分配的依據(jù)之一 按掘進區(qū) 回采區(qū)和已采區(qū)來劃分 它是日常治理瓦斯工作的基礎 按開采區(qū) 臨近區(qū)劃分 它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎一般是將全礦 或冀 水平 的瓦斯來源分為回采區(qū) 包括回采工作面的采空區(qū) 掘進區(qū)和已采區(qū)三部分 其測定方法是同時測定全礦井 各回采區(qū)和各掘進區(qū)的絕對瓦斯涌出量 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 但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動 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方法 確定區(qū)域 進回風量 瓦斯?jié)舛?五 礦井瓦斯等級1 礦井瓦斯等級劃分 規(guī)程 第一百三十三條一個礦井中只要有一個煤 巖 層發(fā)現(xiàn)瓦斯 該礦井即為瓦斯礦井 瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進行管理 礦井瓦斯等級 根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量 礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為 一 低瓦斯礦井 礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3 t 且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40m3 min 二 高瓦斯礦井 礦井相對瓦斯涌出量大于10m3 t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3 min 三 煤 巖 與瓦斯 二氧化碳 突出礦井 每年必須對礦井進行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作 報省 自治區(qū) 直轄市 煤炭管理部門審批 并報省 自治區(qū) 直轄市 煤礦安全監(jiān)察機構備案 新礦井設計文件中 應有各煤層的瓦斯含量資料 礦井在采掘過程中 只要發(fā)生過煤層定為突出煤層 2 礦井瓦斯等級鑒定 1 鑒定時間和基本條件礦井瓦斯等級的鑒定工作應在正常生產(chǎn)的條件下進行 選擇礦井瓦斯絕對涌出量較大的月份 一般在七 八月份 2 測點選擇和測定內(nèi)容及要求 確定礦井瓦斯等級時 是按每一自然礦井 煤層 一翼 水平和各采區(qū)分別計算相對瓦斯涌出量 并取其中最大值 而不是全礦井的平均值 所以測點應布置在每一通風系統(tǒng)的主要通風機的風硐 各水平 各煤層和各采區(qū)的回風道測風站內(nèi) 3 礦井瓦斯等級的確定 礦井瓦斯等級以最大的相對瓦斯涌出量和有 無煤與瓦斯突出 按分級標準確定 六 礦井瓦斯涌出量預測1 瓦斯涌出量的預測 指根據(jù)某些已知相關數(shù)據(jù) 按照一定的方法和規(guī)律 預先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作 瓦斯涌出量的預測的方法 從目前的研究現(xiàn)狀來看 瓦斯涌出量預測方法主要可分為兩類 其一是建立在數(shù)理統(tǒng)計規(guī)律基礎上的統(tǒng)計預測法 該方法是依據(jù)礦井瓦斯涌出量與開采深度等參數(shù)之間的統(tǒng)計規(guī)律 外推到預測區(qū)域的瓦斯涌出量 主要用于生產(chǎn)礦井 其二是以煤層瓦斯含量為基本參數(shù)的分源計算 通過計算井下各瓦斯涌出源的涌出量 得到礦井或某一預測區(qū)域的相對瓦斯涌出量 主要用于新建礦井 以煤層瓦斯含量為基礎進行計算 統(tǒng)計預測法是國內(nèi)外有關礦井長期以來普遍采用的礦井瓦斯涌出量預測方法 該方法的基本原理是 根據(jù)礦井已采區(qū)域歷年測定的相對瓦斯涌出量及相應的開采深度 采用數(shù)理統(tǒng)計方法建立二者之間的線性或非線性回歸方程 用于對深部 或條件相同礦井 未采區(qū)域的瓦斯涌出量作出預測 目前在瓦斯礦井中 最常用 最簡單的預測方法還是線性回歸法 2 簡易統(tǒng)計法預測步驟及計算方法使用這種預測方法時 一般分為兩步 即首先需將礦井歷年生產(chǎn)過程中積累的實際測定的相對瓦斯涌出量 計算出相對瓦斯涌出量梯度 其次 根據(jù)計算出的瓦斯涌出量梯度 外推至預測深部區(qū)域 計算出深部待采煤層的相對瓦斯 3 注意事項使用這種方法預測時 應注意如下幾個方面 1 該法只適用于甲烷帶 外推 預測 的深度不宜超過200m 煤層傾角越小 外推的深度也應越小 否則可能會有較大的誤差 2 預測工作的精度決定于原始統(tǒng)計資料的精度和預測區(qū)同已采區(qū)的采礦及地質條件的相似程度 因此 要求已采水平和設計水平的開采條件 包括煤層開采順序 采煤方法 頂板管理方法等 以及地質構造條件 包括煤層的地層順序 構造等 應該相似 第四節(jié)瓦斯噴出瓦斯噴出 大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤 巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象 它是瓦斯特殊涌出中的一種形式 其特點是瓦斯在短時間內(nèi)從煤 巖層的某一特定地點突然涌向采礦空間 而且涌出量可能很大 風流中的瓦斯突然增加 由于噴出瓦斯在時間上的突然性和空間上的集中性 可能導致噴出地點人員的窒息 高濃度瓦斯在流動過程中遇高溫熱源有可能發(fā)生爆炸 有時強大的噴出還可以產(chǎn)生動力效應并導致破壞作用 一 瓦斯噴出的原因及分類1 原因產(chǎn)生瓦斯噴出的原因是 天然的或因采掘工作形成的孔洞 裂隙內(nèi) 積存著大量高壓游離瓦斯 當采掘工作接近或溝通這樣的地區(qū)時 高壓瓦斯就能沿裂隙突然噴出 2 特點噴出時的瓦斯涌出量和持續(xù)時間 決定于積存的瓦斯量和瓦斯壓力 從幾m3到幾十萬m3 幾分鐘到幾年 甚至幾十年 瓦斯噴出時并不帶出煤 所以煤體中沒有噴出空洞 一般地 瓦斯噴出前都有明顯的預兆 如煤層變軟 變濕頂板來壓 支架斷裂和底鼓 工作面風流中的瓦斯?jié)舛仍黾踊蚝龃蠛鲂?有嘶嘶的瓦斯涌出聲等 3 分類瓦斯噴出按成因分為兩大類 1 地質來源的 瓦斯噴出一般發(fā)生在能貯存瓦斯的地質構造破壞帶 如斷層 破裂 褶曲和石灰溶洞附近 2 采掘卸壓形成的 發(fā)生于煤層頂 底 板 圍巖分層斷裂的回采工作面 二 瓦斯噴出的預防根據(jù)一些礦井的經(jīng)驗 總結為 探 排 引 堵 探 探明地質構造 在瓦斯噴出可能性大的地區(qū)掘進時 可在掘進巷道的前方和兩側打鉆孔 探明是否存在斷層 裂隙和溶洞 以便了解它們的位置 大小和瓦斯賦存情況 排 排放或抽放瓦斯 如探明斷層 裂隙 溶洞不大或瓦斯量不多時 則可讓它自然排放 如溶洞體積大 范圍廣 瓦斯量大 噴出強度大 持續(xù)時間長 則可插管進行抽放 如在掘進工作面上噴出瓦斯的裂隙多 而已分布較廣 可暫時停止掘進 封閉巷道接管抽放 二 瓦斯噴出的預防引 引導瓦斯到回風道 噴出瓦斯的裂隙范圍較小且瓦斯噴出量不大時 可用風筒將瓦斯引到回風道或引到距離工作面20米以外的巷道中 以保證工作面能安全放炮 堵 堵塞裂隙 當噴出瓦斯的裂隙范圍較廣 但噴出量很小時 可用黃泥或水泥堵住裂隙 阻止瓦斯噴出 以保證掘進工作面的安全 對于有瓦斯噴出的工作面要有獨立的通風系統(tǒng)并加大供風量 職工配備隔離式自救器 并熟悉避災路線 前探鉆孔的要求 1 立井和石門掘進有噴出危險的煤層時 煤層10m外打鉆 直徑不小于75mm 不少于3個 2 在有噴出危險的煤層掘巷道時 邊掘邊打超前鉆 超前工作面5m 不少3個孔 鉆孔控制范圍要超出井巷側壁2 3m 3 巷道掘進時 如果瓦斯從裂隙 溶洞 破壞帶噴出時 打超前鉆 75mm 2個 超5m 第五節(jié)煤與瓦斯突出及其預防一 概述1 定義 煤礦地下采掘過程中 在極短的時間內(nèi) 幾秒到幾分鐘 從煤 巖層內(nèi)以極快的速度向采掘空間內(nèi)噴出煤 巖 和瓦斯 CH4 CO2 的現(xiàn)象 稱為煤與瓦斯突出 規(guī)程 中所指的煤與瓦斯突出是突出 壓出和傾出的總稱 2 危害 1 它所產(chǎn)生的高速瓦斯流 含煤粉或巖粉 能夠摧毀巷道設施 破壞通風系統(tǒng) 甚至造成風流逆轉 2 噴出的瓦斯由幾百到幾萬m3 能使井巷充滿瓦斯 造成人員窒息 引起瓦斯燃燒或爆炸 3 噴出的煤 巖由幾千噸到萬噸以上 能夠造成煤淹埋人 4 猛烈的動力效應可能導致冒頂和火災事故的發(fā)生 突出的瓦斯主要為甲烷 但在法國 波蘭和我國個別礦井 如營城煤礦 都發(fā)生過煤與CO2突出 突出的固體物主要是煤或煤與巖石 鉀鹽礦井則為鹽或鹽與巖石 煤礦內(nèi)單純的巖石 主要為砂巖 與瓦斯突出發(fā)生于井田深部開采時 近年有逐漸增多的趨勢 我國是世界上瓦斯突出災害最嚴重的國家 截至2004年底 累計發(fā)生突出15600多次 占世界總突出次數(shù)的40 以上 我國有600多個突出礦井 國有重點煤礦154個 地方煤礦200多個 鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦300多個 幾乎所有采煤省份都有突出礦井 嚴重突出礦區(qū)北票 六枝 南桐 天府 芙蓉 松藻 英崗嶺 漣邵 白沙 焦作 雞西 阜新 沈陽 國有重點煤礦礦井類型構成 低瓦斯礦 瓦斯突出礦 高瓦斯礦 2001年 2004年 我國發(fā)生有人員死亡的瓦斯突出事故185起 死亡746人 其中 一次死亡10人以上的突出事故12起 死亡334人 1834年3月22日法國魯阿爾煤田伊薩克礦井在急傾斜厚煤層平巷掘進工作面發(fā)生了世界上第一次有記載的突出 支架工在架棚子時 發(fā)現(xiàn)工作面煤壁外移 三個工人立即逃跑 巷道煤塵彌漫 一人被煤流埋沒死亡 一人被瓦斯窒息犧牲 一人逃跑得救 1879年4月17日比利時阿拉波二號井 向上掘進580 610m水平之間的上山眼時 發(fā)生了世界上第一次猛烈的突出 突出強度420t煤 瓦斯50萬m3以上 最初瓦斯噴出量2000m3 min以上 瓦斯逆風流從提升井沖至地面 距該井口23m處的絞車房附近的火爐引燃了瓦斯 火焰高達50m 井口建筑物燒成一片廢墟 2小時后火焰將要熄時 又連續(xù)發(fā)生7次瓦斯爆炸 每隔7分鐘左右1次 井下209人 死亡121人 地面21人燒死 11人燒傷 目前世界上的各主要產(chǎn)煤國都曾發(fā)生過突出 3 突出的外部特征 1 突出的煤 巖在高壓氣流搬運過程中 呈現(xiàn)分選性堆積 即從上到下 由近至遠煤粒度逐漸減小 堆積坡度小于煤的自然安息角 一般為40 煤在堆放時能夠保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度 2 突出過程中煤巖進一步被粉碎 產(chǎn)生極細的粉塵 手捻無粒感的 狂粉 有時突出的堆積物好似風力充填一樣密實 3 突出孔洞口小肚大 呈梨型 倒瓶型 其軸線往往沿煤層傾斜向上延伸 或與傾向線成不大的夾角 4 突出的相對瓦斯涌出量可以大于煤層的瓦斯含量 5 有明顯的動力效應 破壞支架 推倒礦車等 二 突出的機理突出的機理是關于解釋突出的原因和過程的理論 突出是十分復雜的自然現(xiàn)象 它的機理還沒有統(tǒng)一的見解 假說很多 多數(shù)人認為 突出是地壓 瓦斯 煤的力學性質和重力綜合作用的結果 概括起來 突出假說大概有三類 1 瓦斯作用說 認為煤內(nèi)存儲的瓦斯在突出中起著主要的積極作用 2 地應力說 認為突出主要是地應力作用的結果 3 綜合作用說 認為煤和瓦斯突出是地壓 包括巖層靜壓力 地質構造力和集中應力等 瓦斯 包括瓦斯壓力 含量和吸附瓦斯瞬時解吸速度等 重力 急傾斜煤層 和煤的力學性質 包括煤的強度和破壞類型 綜合作用的結果 綜合作用說綜合考慮了突出動力 地應 瓦斯等 和阻力 煤的強度 兩個方面的因素 因此 該假說得到了國內(nèi)外的普遍承認 突出的發(fā)展過程包括 1 準備階段 指突出前工作面前方煤體及圍巖中能量的局部積聚過程 在回采和掘進工作面前方煤層內(nèi)形成所謂 極限應力狀態(tài)區(qū) 該區(qū)內(nèi)煤層的完整性遭到破壞 但與圍巖還保持著力學上的聯(lián)系 煤層的穩(wěn)定性由煤層內(nèi)部向外逐漸下降 透氣性則逐漸增加 游離瓦斯含量增高 產(chǎn)生了沿巷軸方向的瓦斯壓力梯度 此時的煤壁強度已處于一觸即潰的極限狀態(tài) 2 激發(fā)階段 即發(fā)動階段 當工作面瞬間向前推進 如震動放炮時 或煤層 圍巖的強度發(fā)生變化 或煤層突然卸壓 增壓等情況下 處于極限應力狀態(tài)的部分煤體突然破碎卸壓 發(fā)出巨響和沖擊 同時突然釋放的高壓瓦斯開始膨脹形成瓦斯流 瓦斯作用在破碎煤體上的推力向巷道自由方向突然增加幾倍至幾十倍 使破碎煤體得以隨高速瓦斯流被搬運和拋出 突出的發(fā)展過程包括 3 發(fā)展階段 煤體發(fā)生自發(fā)性的連續(xù)破碎 形成破碎波 已破碎的煤在高速瓦斯流的攜帶下向巷道拋出 新暴露煤體所受支撐壓力 包括前期突出所產(chǎn)生的動壓 如果大于煤體強度 煤體將由外向內(nèi)連續(xù)剝離破碎 與此同時進一步暴露的煤壁和新破碎的煤體內(nèi)的瓦斯大量涌出補充瓦斯流并運走碎煤 使突出得以向煤體深部發(fā)展 4 停止階段 在突出進行的過程中 或由于煤 巖力學性質的變化 破碎發(fā)展遇到硬煤段 地應力和瓦斯壓力不足以繼續(xù)破壞煤體 或由于噴出物的阻塞作用 突出物將孔洞堵塞 煤層能夠達到新的力學平衡時 突出得以終止 但是突出孔周圍煤壁和突出的煤炭中 還能繼續(xù)涌出大量瓦斯 三 突出的一般規(guī)律 1 突出發(fā)生在一定的采掘深度以后 對于一個礦區(qū) 礦井或煤層來說 有一個發(fā)生突出的距地表最小深度 當小于該深度時不會發(fā)生突出 該深度簡稱始突深度 一般取為實際發(fā)生突出的最小深度 自此以下 突出的次數(shù)增多 強度增大 因為開采深度越深 發(fā)動突出的兩個因素即瓦斯壓力和地應力也相應增大 2 突出多發(fā)生在地質構造附近 如斷層 褶曲 扭轉和火成巖侵入?yún)^(qū)附近 3 突出多發(fā)生在集中應力區(qū) 如巷道的上隅角 相向掘進工作面接近時 煤層留有煤柱的相對應上 下方煤層處 回采工作面的集中應力區(qū)內(nèi)掘進時 等等 4 突出次數(shù)和強度 隨煤層厚度 特別是軟分層厚度的增加而增加 突出最嚴重的煤層一般都是最厚的主采煤層 煤層傾角愈大 突出的危險性也愈大 這是由于煤自重的影響 5 突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關系 三 突出的一般規(guī)律 6 突出煤層的特點是強度低 而且軟硬相同 透氣系數(shù)小 瓦斯的放散速度高 煤的原生結構遭到破壞 層理紊亂 無明顯節(jié)理 光澤暗淡 易粉碎 突出的阻力小 如果煤層的頂板堅硬致密 突出危險性增大 7 大多數(shù)突出發(fā)生在放炮和落煤工序 爆破作業(yè)引起的突出次數(shù)最大 突出的平均強度最大 放炮后沒有立即發(fā)生的突出 稱延期突出 廷遲的時間由幾分鐘到十幾小時 它的危害性更大 8 突出絕大多數(shù)發(fā)生在掘進工作面 其中石門揭穿煤層發(fā)生的突出雖然次數(shù)少 但強度大 采煤工作面發(fā)生突出較少 原因為 當前我國突出煤層的絕大多數(shù)采煤工作面機械化程度低 推進速度慢 三 突出的一般規(guī)律 9 突出前常有預兆發(fā)生 a 聲響預兆 煤體中發(fā)出悶雷聲 爆竹聲 機槍聲 嗡嗡聲 這些聲響在許多地方統(tǒng)稱為 煤炮 b 煤結構變化 煤質干燥 光澤暗淡 層理紊亂 煤塵增多 c 地壓方面預兆 煤體和支架壓力增大 煤壁移動加劇 煤壁向外鼓出 掉碴 煤塊進出 d 瓦斯方面預兆 瓦斯增大或忽大忽小 打鉆時頂鉆或夾鉆 e 其他預兆 煤壁和工作面溫度降低 特殊氣味等 瓦斯預抽開采保護層 四 預防煤與瓦斯突出的主要技術措施 四 預防煤與瓦斯突出的主要技術措施防突措施分類 區(qū)域性防突措施 實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施 稱為區(qū)域性防突措施 局部防突措施 實施以后可使局部區(qū)域 如掘進工作面 消除突出危險性的措施稱為局部防突措施 我國有關專家學者和現(xiàn)場工程技術人員 經(jīng)過幾十年的不斷探索 發(fā)展和完善 使我國的防突技術走在了世界的前列 有關部門在系統(tǒng)地總結我國防突工作經(jīng)驗的基礎上 于1995年5月1日制訂并頒發(fā)了 防治煤與瓦斯突出細則 對防治突出的各個環(huán)節(jié)都做出了具體的規(guī)定 將防治突出技術歸納為 四位一體 的綜合性防突措施 其內(nèi)容包括 突出危險性預測 防治突出措施 防突措施的效果檢驗和安全防護措施 一 區(qū)域性防突措施區(qū)域性防突措施主要有開采保護層和預抽煤層瓦斯兩種 1 開采保護層開采保護層是預防突出最有效 最經(jīng)濟的措施 保護層 在突出礦井中 預先開采的 并能使其它相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層 被保護層 后開采的煤層稱為被保護層 保護層位于被保護層上方的叫上保護層 位于下方的叫下保護層 一 區(qū)域性防突措施1 開采保護層的作用保護層開采后 由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r石冒落 移動 引起開采煤層周圍應力的重新分布 采空區(qū)上 下形成應力降低 卸壓 區(qū) 在這個區(qū)域內(nèi)的未開采煤層將發(fā)生下述變化 1 地壓減少 彈性潛能得以緩慢釋放 2 煤層膨脹變形 形成裂隙與孔道 透氣系數(shù)增加 所以被保護層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內(nèi) 瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降 3 煤層瓦斯涌出后 煤的強度增加 所以保護層開采后 不但消除或減少了引起突出的兩個重要因素 地壓和瓦斯 而且增加了抵御突出的能力因素 煤的機械強度 這就使得在卸壓區(qū)范圍內(nèi)開采被保護層時 不再會發(fā)生煤與瓦斯突出 2 保護范圍指保護層開采后 在空向上使危險層喪失突出危險的有效范圍 1 垂直保護距離 保護層與被保護層間的有效垂距 上 急 60m 緩 50m下 急 80m 緩 100m一般地 層間距 沿垂直方向下保護層的影響范圍大于上保護層 2 沿傾斜方向的保護范圍 確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上 下邊界 傾斜和緩傾斜煤層按巖石冒落角 1 2 劃定 急傾斜煤層按煤層的法線向內(nèi)減少7 劃定 冒落角又稱卸壓角 影響冒落角的因素主要是煤層傾角 確定沿傾向的保護范圍就是沿傾向劃定被保護層的上 下邊界 以冒落角 2 保護范圍 3 沿走向的保護范圍a 規(guī)程 規(guī)定 保護層的回采工作面 必須超前于被保護層的掘進工作面 其超前距一般不得小于兩個煤層之間垂直距離的兩倍 至少不小于30m 以便被保護層能充分卸壓和排出瓦斯 b 保護層回采工作面始采線兩側的保護范圍 必須按實際考察結果確定 4 煤柱的影響保護層開采后 在采空區(qū)上 下形成了卸壓區(qū) 在其附近的煤柱 未采區(qū) 則產(chǎn)生了集中應力區(qū) 在集中應力區(qū)內(nèi) 增加了突出危險性 對此要有充分的認識 統(tǒng)計資料表明 開采保護層后 被保護層內(nèi)的突出 大多數(shù)發(fā)生于保護層煤柱的應力集中影響區(qū)內(nèi) 煤柱附近集中應力區(qū)的寬度 隨層間距的增加而加大 集中應力系數(shù)則隨之減小 在這個范圍內(nèi)進行采掘工作時 必須采取預防突出的措施 開采保護層還必須注意以下幾點 A 如煤層群中有幾個保護層時 應首先考慮上保護層 不但符合由上向下的開采順序而且突出危險層同水平的巷道能位于保護范圍內(nèi) 如果不得不開采下保護層時 要防止采動影響而破壞未采煤層結構 B 礦井中所有煤層都有突出危險時 可選擇突出危險程度較小的煤層作為保護層 但在此保護層的采掘過程中 必須采取防治突出的措施 C 礦井中所有可采煤層都具有嚴重突出危險時 也可以選擇不可采的煤層作為保護層為了減小勞動強度 可使用刨煤機 鋼絲繩鋸等采煤機械 D 開采保護層時 應同時抽放被保護層的瓦斯 保護范圍 指保護層開采后 在空間和時間上使危險層喪失突出危險的有效范圍 2 預抽煤層瓦斯對于無保護層或單一突出危險煤層的礦井 可以采用預抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施 這種措施的實質是 通過一定時間的預先抽放瓦斯 降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量 并由此引起煤層收縮變形 地應力下降 煤層透氣系數(shù)增加和煤的強度提高等效應 使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性 需要大量的工程 要求預抽的時間長 一般為一年以上 因此 屬于一般突出危險煤層可考慮局部防突措施 預抽煤層瓦斯措施的穿層布孔方式示意圖 二 局部防突措施 實施以后可使局部區(qū)域 如掘進工作面 消除突出危險性的措施 1 松動爆破作用機理 松動爆破是向掘進工作面前方應力集中區(qū) 打幾個鉆孔裝藥爆破 使煤體松動 集中應力區(qū)向煤體深部移動 同時加快瓦斯的排出 從而在工作面前方造成較長的卸壓帶 以預防突出的發(fā)生 松動爆破分為深孔和淺孔兩種 深孔松動爆破一般用于煤巷或半煤巖巷掘進工作面 2 鉆孔排放瓦斯 3 5 4 5孔 m2作用機理 石門揭煤前 由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆 將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來 待瓦斯壓力降到安全壓力以下時 再進行采掘工作 鉆孔數(shù)和鉆孔布置應根據(jù)斷面和鉆孔排放半徑的大小來確定每m2斷面不得少于3 5 4 5孔 此法適用于煤層厚 傾角大 透氣系數(shù)大和瓦斯壓力高的石門揭煤時 也大量用于突出危險煤層的煤巷掘進 缺點時打鉆工程量大 瓦斯壓力下降慢 等待時間長 二 局部防突措施3 水力沖孔 在煤巖柱保護下 高壓水作用機理 是在安全巖 煤 柱的防護下 向煤層打鉆后 用高壓水射流在工作面前方媒體內(nèi)沖出一定的孔道 加速瓦斯排放 同時 由于孔道周圍煤體的移動變形 應力重新分布 擴大卸壓范圍 此外 在高壓水射流的沖擊作用下 沖孔過程中能誘發(fā)小型突出 使煤巖中蘊藏的潛在能量逐漸釋放 避免大型突出的發(fā)生 煤巷掘進水力沖孔后 由于瓦斯排放和煤炭濕潤 不但預防了突出煤塵少 煤質變硬不易垮落和片幫 水力沖孔適用于地壓大 瓦斯壓力大 煤質松軟的突出危險煤層 水力沖刷施工工藝示意圖1 沖刷鉆孔2 沖刷水槍3 支撐柱4 高壓膠管5 高壓水泵6 水管7 水車 1套管2三通管3鉆桿4鉆機5閥門6高壓水管7壓力表8射流泵9排煤水管 4 超前鉆孔作用機理 它是在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔 它的作用是排放瓦斯增加煤的強度 在鉆孔周圍形成卸壓區(qū) 使集中應力區(qū)移向煤體深部 急傾斜中厚或厚煤層上山掘進時 可用穿透式鉆機 貫穿全長后 再由上而下擴大斷面然后用人工修整到所需斷面 超前鉆孔適用于煤層賦存穩(wěn)定 透氣系數(shù)較大的情況下 如果煤質松軟 瓦斯壓力較大 則打鉆時容易發(fā)生夾鉆 垮孔 頂鉆 甚至孔內(nèi)突出現(xiàn)象 二 局部防突措施5 金屬骨架作用機理 金屬骨架是一種超前支架 當石門掘進工作面接近煤層時 通過巖柱在巷道頂部和兩幫上側打鉆 鉆孔穿過煤層全厚 進入巖層0 5m 孔間距一般為0 2m左右 孔徑75 100mm然后將長度大于孔深0 4 0 5m的鋼管或鋼軌 作為骨架插入孔內(nèi) 再將骨架尾部固定 最后用震動放炮揭開煤層 此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或中厚煤層 在傾角小或厚煤層中 金屬骨架長度大 易于撓曲 不能很好地阻止煤體移動 效果較差 南桐東林煤礦金屬骨架布置示意圖 6 超前支架作用機理 用于有突出危險的急傾斜煤層 厚煤層的煤層平巷掘進時 為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落面導致突出 在工作而前方巷道頂部事先打上一排超前支架 增加煤層的穩(wěn)定性 架設超前支架的方法是先打孔 孔徑50 70mm 仰角8 10 孔距200 250mm 深度大于一架棚距 然后在鉆孔內(nèi)插入鋼管或鋼軌 尾端用支架架牢 即可進行掘進 掘進時保持1 0 1 5m的超前距 巷道永久支架架設后 鋼材可收回再用 7 卸壓槽近年 在采掘工作而推廣使用了卸壓槽的方法 作為預防煤 巖 與瓦斯突出和沖擊地壓的措施 它的實質是預先在工作面前方切割出一個縫槽 以增加工作面前方的卸壓范圍 如圖9 5 9所示 沒有卸壓槽時 工作面前方的卸壓區(qū)很小 巷道兩幫的前方更小 巷道的兩幫切割出卸壓槽1后 卸壓范圍擴大 在此范圍內(nèi)掘進 并保持 定的超前距 就可避免突出或沖擊地壓的發(fā)生 二 局部防突措施8 震動放炮震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥星 一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法 在此情況下 因爆破震動 圍巖應力和瓦斯壓差急劇變化 創(chuàng)造了員有利的突出條件 所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施 而不是防止突出的方法 它使突出發(fā)生在沒有人員在場和采取了預防瓦斯 煤塵爆炸措施的情況下 震動放炮的特征 1 巖柱厚度 1 5m2 炮眼數(shù)和炮眼布置 單列三組楔形掏槽3 裝藥量 f 3 4 4 5kg m3 f 6 8 5 7kg m34 注意事項 1 撤人 2 斷電 3 30min檢查 4 防止擴大 矸石堆和反向風門 擴孔鉆卸煤措施 擴孔鉆具卸煤的工作示意圖1 收縮狀態(tài)下工作2 擴張狀態(tài)下工作 探索快速消突措施 實現(xiàn)采掘平衡 水力擠出快速消突技術 水力擠出 深孔松動爆破 水力切割 淹沒射流 空氣致裂 提升軟煤打鉆工藝 技術與裝備 保壓鉆進 干式鉆孔風力排渣 定向鉆機 水平拐彎鉆孔 強力鉆機 保壓鉆進 VLD千米定向鉆機 鉆孔實際軌跡圖 鉆孔實際剖面圖 干式鉆孔風力排渣系統(tǒng)示意圖1 鉆具2 空口密封器3 孔外除塵器 五 瓦斯突出的預測 區(qū)域預測 點預測 煤巷掘進工作面 石門揭煤工作面 采煤工作面 綜合指標法 鉆屑解吸指標法 涌出初速度法 R值指標法 鉆屑解吸指標法 涌出初速度法 瓦斯地質統(tǒng)計法 單項指標法 綜合指標法 瓦斯突出預測 五 突出的預測 一 分類突出危險性預測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步 突出危險性預測包括區(qū)域性預測和工作面預測 區(qū)域突出危險性預測 簡稱區(qū)域預測 用于預測煤層和煤層區(qū)域 包括井田 新水平和新采區(qū) 的突出危險性 并在地質勘探 新井建設 新水平和新采區(qū)開拓或準備時進行 工作面預測也叫點預測 日常預測 用于工作面煤層的突出危險性預測 它包括石門揭煤工作面 煤巷掘進工作面和回采工作面的突出危險性預測 五 突出的預測 二 預測指標1 煤的瓦斯放散指數(shù) P它是表示瓦斯從煤內(nèi)放散出來快慢的相對指標 能反映煤的孔隙結構和微觀破壞程度 一般情況下 P 15 25時有突出危險 2 煤的堅固系數(shù)f它也是一個相對指標 反映煤的力學性質 當f 0 6 0 8時有突出危險 f 1 2時 無突出危險 3 煤層瓦斯壓力 反映瓦斯含量 瓦斯釋放強度和搬運突出物的能力 4 軟煤比軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比 亦稱揉皺系數(shù) 該值越高 煤層越不穩(wěn)定 突出可能性越大 5 鉆孔瓦斯涌出量和鉆屑量這是一種可以在掘進工作面即時預測有無突出危險的方法 它綜合反映了工作面前方煤體滲透性 破壞程度 瓦斯涌出速度和巖層應力狀態(tài) 五 突出的預測 防治煤與瓦斯突出細則 對預測指標及其臨界值和確定有無突出危險性都做了具體規(guī)定 一些局礦根據(jù)各自的經(jīng)驗制定了適合本礦區(qū)的預測指標和方法 必須指出 由于突出是多種因素的綜合 任何單一的預測方法 可靠性都很低 因此 近年來預測工作向綜合多因素的方向發(fā)展 準確率有明顯提高 但仍處于探索研究階段 D K綜合指標法 H 開采深度 f 煤層中軟分層的平均堅固性系數(shù) p 煤層瓦斯壓力MPa p 瓦斯放散初速度 綜合指標D和K的區(qū)域突出危險臨界值 應根據(jù)各礦區(qū)的實測數(shù)據(jù)確定 五 突出的預測突出統(tǒng)計資料表明 絕大多數(shù)突出 在突出前都有預兆 研究與掌握預兆的發(fā)生規(guī)律 及時發(fā)出突出警報 撤出人員 就能減輕突出的危害 突出預兆主要有三個方面 1 煤層結構 構造預兆有 層理紊亂 煤軟硬不均或變軟 煤暗淡無光 煤層受擠壓 厚度變大 傾角變陡 煤層干燥等 2 地壓增大如來壓聲響 支架折斷 煤炮聲 煤巖開裂 煤壁外鼓 片幫 掉碴 底鼓 打鉆時頂鉆 夾鉆等 3 瓦斯及其他主要預兆有 瓦斯涌出異常 忽大忽小 悶人 煤塵增大 煤或氣溫變冷 頂鉆噴瓦斯 噴煤等 上述許多預兆只有比較明顯的顯現(xiàn)時 才能為人們所察覺 而且往往難以判斷是否將要發(fā)生突出 所以國內(nèi)外都在研究 試驗比較可靠的探測突出預兆的儀器 目前進展較快的是微震儀 它的基本原理是探測井記錄煤 巖在受力破壞過程中發(fā)生破裂與震動時產(chǎn)生的震動或聲波 因為展波或聲波的強度和頻串增加到一定數(shù)值時 就可能出現(xiàn)煤的突然破壞 發(fā)生突出 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 淮北蘆嶺煤礦 4 7 特大煤與瓦斯突出事故 石門巖柱11 2m 突出煤10500t 瓦斯93 82萬m3 死亡14人 填堵滿巷道總長度796m 突出強度 事故經(jīng)過 礦井概況 點評 事故原因 2002年4月7日4時18分 責任人處理 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 煤與瓦斯突出事故案例分析 第六節(jié)爆炸及其預防礦井瓦斯爆炸是煤礦一種極其嚴重的災害 一旦發(fā)生 不僅造成大量人員傷亡 而且還會嚴重摧毀礦井設施 中斷生產(chǎn) 有的還會引起煤塵爆炸 礦井火災 井巷垮塌和頂板冒落落等二次災害 從而加重了災害后果 使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復 例如 1942年日本帝國主義侵占我國東北時期 在本溪煤礦由電氣火花引起瓦斯爆炸 進而導致更嚴重的煤塵連續(xù)爆炸 共有1549人死亡 在我國煤礦發(fā)生的重大災難性事故中 70 左右是瓦斯煤塵爆炸所致根據(jù)中國政府自己的估算 2003年有6700多名礦工在各種礦井事故中喪生 平均每天有18名礦工死去 但專家稱 實際數(shù)字可能超過這個數(shù)字 中國煤礦的事故發(fā)生率是美國和英國的350倍 一 瓦斯爆炸過程及其危害物質從一種狀態(tài)迅速變成另一種狀態(tài) 并在瞬間放出大量能量的同時產(chǎn)生巨大聲響的觀象稱為爆炸 爆炸可以分為物理性爆炸和化學性爆炸 前者是由物理變化而引起的 物質因狀態(tài)或壓力發(fā)生突然變化而形成的爆炸現(xiàn)象稱為物理性后爆炸 例鍋爐爆炸 液化 氣體起超壓爆炸等 物理性爆炸前后物質的性質及化學成分均不改變 化學性爆炸是由于物質發(fā)生迅速的化學反應 產(chǎn)生高溫 高壓而引起的爆炸 化學爆炸前后物質的性質成分均發(fā)生了變化 礦井瓦斯爆炸屬于化學性爆炸 瓦斯爆炸的化學反應過程瓦斯爆炸 瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫熱源的作用下發(fā)生激烈氧化反應的過程 最終的化學反應式為 CH4 2O2 CO2 2H2O 88 26Kj mol如果O2不足 反應的最終式為 CH4 O2 CO H2 H2O 88 26Kj mol礦井瓦斯爆炸是一種熱 鏈反應過程 也稱連鎖反應 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存在 初燃 初爆 焰面沖擊波新的爆炸混合物1995年6月23日零時16分 淮南礦務局謝一礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故 傷亡共125人 其中死亡76人 傷49人 直接經(jīng)濟損失327 8萬元 發(fā)生10OO多次瓦斯連續(xù)爆炸 瓦斯爆炸的危害 1 高溫 焰面是巷道中運動著的化學反應區(qū)和高溫氣體 其速度大 溫度高 焰面溫度可高達2150 2650 焰面經(jīng)過之處 人被燒死或大面積燒傷 可燃物被點燃而發(fā)生火災 2 沖擊波 鋒面壓力由幾個大氣壓到20大氣壓 前向沖擊波疊加和反射時可達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 設備和通風設施損壞 巷道垮塌 沖擊包括 進程沖擊和回程沖擊 3 有害氣體 井下發(fā)生瓦斯爆炸以后 將會產(chǎn)生大量的一氧化碳 如果有煤塵參與爆炸 CO的生成量更大 空氣中的一氧化碳濃度 按體積計算達到0 4 時 人在短時間內(nèi)就會中毒死亡 一氧化碳中毒是瓦斯爆炸造成人員傷亡的主要原因 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?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪迺r 遇高溫火源并不爆炸 只能在火焰外圍形成穩(wěn)定的燃燒層 濃度高于爆炸上限時 在該混合氣體內(nèi)不會爆炸 也不燃燒 如有新鮮空氣供給時 可以在混合氣體與空氣的接觸面上進行燃燒 原因 可用前面鏈式反應理論解釋 若瓦斯?jié)舛鹊陀? 氧化生成的熱量與分解的活化中心都不足 鏈式反應不能發(fā)展成為爆炸 若瓦斯?jié)舛雀哂?6 時 則氧的濃度不足 不但不能生成足夠的活化中心 而且因為瓦斯吸熱能力比空氣大 氧化生成的熱量同時被瓦斯和周圍介質所吸收 當然也不能發(fā)展成爆炸 在正?？諝庵型咚?jié)舛葹? 5 時 化學反應量完全 產(chǎn)生的溫度與壓力也最大 瓦斯?jié)舛? 8 時最容易爆炸 這個濃度稱最優(yōu)爆炸濃度 二瓦斯爆炸的主要參數(shù)1瓦斯的爆炸濃度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 瓦斯爆炸濃度與氧濃度關系 如柯瓦德爆炸三角形所示 它的三個頂點B C E分別是甲院與空氣混合時的爆炸下限B 5 CH4 19 88 O2 上限C 15 CH4 17 79 02 和爆炸臨界點E 瓦斯爆炸界限隨著氧氣濃度的降低而縮小 氧濃度低于12 時 混合氣體就失去爆炸性 在封閉火區(qū)過程中 由于切斷了向火區(qū)供風 火區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛纫蚶^續(xù)有瓦期涌出和煙氣滲入而增大 氧氣濃度降低 當瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛人鶝Q定的坐標點落在BCE中 有爆炸危險 2 其它可燃氣體混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時 其爆炸界限決定于各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度 可由公式求出 如果混入的其它可燃性氣體下限比瓦斯的下限低 那么混合氣體的爆炸下限也就比瓦斯單獨存在時低 爆炸上限也是如此 由表可以看出 這些可燃性氣體的混入都能使爆炸界限擴大 所以 井下發(fā)生火災 產(chǎn)生其它可燃性氣體時 即使平時瓦斯涌出量不大的礦井也有發(fā)生爆炸的可能性 同樣提高警惕 3 煤塵 煙煤煤塵具有爆炸性 300 400 時就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出可燃性氣體 從而使瓦斯的爆炸下限降低 爆炸的危險性增加 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 可爆性氣體壓力增高 使其分子間距更為接近 碰撞幾率增高 因此使燃燒反應易進行 爆炸極限范圍擴大 5 惰性氣體 使氧氣濃度降低 并阻礙活化中心的形成 可以降低瓦斯爆炸的危險性 2瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量點燃瓦斯所需的最低溫度稱為最小點燃溫度 所需的最小點燃能量稱為最小點燃能量 在正常大氣條件下 瓦斯在空氣中的點燃溫度為650 750 絕熱壓縮時565 最低點燃能量0 28mJ 瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛?初壓 火源的能量及其放出強度和作用時間 壓力越大 點燃溫度越低 最低點燃溫度是重要的安全技木參數(shù)之一 它不僅決定了在什么樣的爆炸混合氣體內(nèi) 使用什么型號的防爆電氣設備 而且還決定了爆炸危險環(huán)境中設備的