《礦井瓦斯防治》PPT課件

第八章礦井瓦斯防治,第一節(jié)概述第二節(jié)瓦斯的賦存與含量第三節(jié)礦井瓦斯涌出量與礦井瓦斯等級(jí)劃分第四節(jié)煤（巖）與瓦斯突出第五節(jié)瓦斯爆炸及防治第六節(jié)瓦斯抽放,第一節(jié)概述,一、礦井瓦斯的概念瓦斯是指在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，從煤和圍巖中釋放出來(lái)的一種多成分的混合氣體。主要成分為甲烷，無(wú)色無(wú)味無(wú)臭無(wú)毒的氣體，但有時(shí)可以聞到類(lèi)似蘋(píng)果的香味，這是由于芳香族的碳?xì)錃怏w同瓦斯同時(shí)涌出的緣故。,瓦斯難溶于水，相對(duì)密度為0.554，擴(kuò)散性很強(qiáng)，是空氣的1.6倍。,二、瓦斯的生成,煤層瓦斯是腐殖型有機(jī)物在成煤的過(guò)程中生成的。煤的原始母質(zhì)腐殖質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷2個(gè)成氣階段：,植物,泥炭,褐煤,煙煤,無(wú)煙煤,泥炭化成氣時(shí)期,變質(zhì)作用成氣時(shí)期,（一）泥炭化作用階段瓦斯的生成,泥炭化作用階段是從成煤原始有機(jī)物堆積在沼澤環(huán)境中開(kāi)始的。在溫度不超過(guò)65條件下，成煤原始物質(zhì)經(jīng)厭氧微生物分解成瓦斯。在這個(gè)階段，成煤物質(zhì)生成的泥炭層埋深淺，上覆蓋層的膠結(jié)固化不好，生成的瓦斯通過(guò)滲透和擴(kuò)散到大氣中去，因此泥炭化作用階段生成的瓦斯一般不會(huì)大量保留在現(xiàn)有煤層內(nèi)。,（二）煤化作用階段瓦斯的生成,褐煤層進(jìn)一步沉降，壓力和溫度作用加劇，便進(jìn)入煤化變質(zhì)作用造氣階段。在100攝氏度高溫及相應(yīng)的地層壓力作用下，煤體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱力變質(zhì)成氣作用。煤化變質(zhì)作用階段，有機(jī)質(zhì)分解生成大量的以甲烷為主要成分的氣體。從褐煤到無(wú)煙煤，煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量也越多。,三、瓦斯的害與利,（一）瓦斯的危害1、瓦斯具有窒息性。2、瓦斯能燃燒和爆炸。3、當(dāng)某些地區(qū)煤（巖）體內(nèi)的瓦斯含量較大時(shí)，瓦斯會(huì)因采掘活動(dòng)的影響而以突然的猛烈的形式被釋放出來(lái)。4、環(huán)境污染方面,（二）瓦斯的利用,1、民用燃?xì)?、發(fā)電3、化工原料4、低濃度瓦斯的提純,第二節(jié)瓦斯的賦存與含量,一、瓦斯的賦存狀態(tài)1、被吸附于煤的孔隙、裂隙內(nèi)表面上的氣體，即吸附氣；2、以游離狀態(tài)存在于煤的孔（裂）隙中，即游離氣；3、溶解于煤層水中的氣體，即溶解氣。,二、煤層中瓦斯垂直分帶,三、影響瓦斯含量的地質(zhì)因素,1、煤的變質(zhì)程度2、煤層露頭3、煤層的埋藏深度4、圍巖透氣性5、煤層傾角6、地質(zhì)構(gòu)造7、水文地質(zhì)條件,四、中國(guó)煤層瓦斯分布簡(jiǎn)要特征,華北地區(qū)東部由于受印支期太平洋板塊俯沖而隆起，缺失三疊紀(jì)地層，使得二疊紀(jì)煤系地層瓦斯保存條件變差。華南地區(qū)長(zhǎng)期受太平洋板塊擠壓，煤層不穩(wěn)定，構(gòu)造煤發(fā)育，80%以上為高瓦斯礦井。西北地區(qū)由于受南北擠壓，盆地大面積抬升，煤層距地表淺，并受到風(fēng)化剝蝕作用，80%以上的礦井是低瓦斯礦井。東北地區(qū)沉積于大興安嶺東側(cè)的侏羅紀(jì)煤層以褐煤為主，并遭受風(fēng)化剝蝕，90%以上為低瓦斯礦井；沉積于松遼盆地的晚侏羅紀(jì)-早白堊紀(jì)煤層，受巖漿巖活動(dòng)影響，煤化程度高，透氣性差，多為高瓦斯礦井。我國(guó)瓦斯分布的總體規(guī)律是，南方瓦斯大，北方瓦斯較小。,第三節(jié)礦井瓦斯涌出量與礦井瓦斯等級(jí)劃分,一、礦井瓦斯涌出量瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量，對(duì)應(yīng)于整個(gè)礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對(duì)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。瓦斯涌出量表示方法有兩種：絕對(duì)瓦斯涌出量（absolutegasemissionrate）礦井在單位時(shí)間內(nèi)涌出的瓦斯量。單位為m3/d或m3/min；相對(duì)瓦斯涌出量（relativegasemissionrate）正常情況下，平均每生產(chǎn)1噸煤所涌出的瓦斯量（m3/t）。,（二）煤層瓦斯涌出形式,瓦斯涌出形式指瓦斯涌出在時(shí)間和空間上的分布形式，可以分為普通（一般）涌出和特殊（異常）涌出。普通涌出是在時(shí)間和空間上比較均勻、普遍發(fā)生的不間斷涌出，它決定了煤礦的瓦斯平衡和風(fēng)量分配；特殊瓦斯涌出是在時(shí)間和空間上突然、集中發(fā)生，涌出量很不均勻的間斷涌出，后者包括瓦斯噴出和煤（巖）與瓦斯突出。,（三）影響瓦斯涌出的因素,瓦斯涌出量決定于自然因素和開(kāi)采技術(shù)因素的綜合影響。,1、自然因素,（1）煤層的瓦斯含量是影響瓦斯涌出量的決定因素。（2）在瓦斯帶內(nèi)開(kāi)采的礦井，隨著開(kāi)采深度的增加，相對(duì)瓦斯涌出量增高。（3）地面大氣壓變化時(shí)引起井下大氣壓的相應(yīng)變化，它對(duì)采空區(qū)（包括采煤工作面后部采空區(qū)和封閉不嚴(yán)的老空區(qū)）或坍冒處瓦斯涌出的影響比較顯著。,2、開(kāi)采技術(shù)因素,（1）開(kāi)采強(qiáng)度和產(chǎn)量礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量與開(kāi)采速度或礦井產(chǎn)量成正比，而相對(duì)瓦斯涌出量變化較小。當(dāng)回采速度較高時(shí)，相對(duì)瓦斯涌出量中開(kāi)采煤層涌出的量和鄰近煤層涌出的量反而相對(duì)減少，使得相對(duì)瓦斯涌出量降低。（2）開(kāi)采順序和回采方法厚煤層分層開(kāi)采或開(kāi)采煤層群時(shí)，首先開(kāi)采的煤層瓦斯涌出量較大，除本煤層或本分層瓦斯涌出外，鄰近層或未開(kāi)采分層的瓦斯也要通過(guò)開(kāi)采產(chǎn)生的裂隙與孔洞滲透出來(lái)，增大瓦斯涌出量，其他層開(kāi)采時(shí)，瓦斯涌出量大大減少。（3）風(fēng)量的變化風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛扔稍瓉?lái)的穩(wěn)定狀態(tài)，逐漸過(guò)渡為另一穩(wěn)定狀態(tài)。風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，漏風(fēng)量和漏風(fēng)中的瓦斯?jié)舛纫矔?huì)隨之變化。井巷的瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生異常的變化,2、開(kāi)采技術(shù)因素,（4）生產(chǎn)工藝瓦斯從煤體暴露而涌出的特點(diǎn)是初期瓦斯涌出強(qiáng)度大，然后按指數(shù)函數(shù)逐漸衰減，所以采煤工作面破煤時(shí)瓦斯涌出量總是大于其他工序。（5）通風(fēng)壓力礦井通風(fēng)壓力的變化對(duì)瓦斯涌出量的影響與大氣壓力影響相似。抽出式通風(fēng)負(fù)壓減小時(shí)，工作面風(fēng)壓升高，采空區(qū)瓦斯涌出量減少；壓入式通風(fēng)負(fù)壓減低時(shí)，采空區(qū)瓦斯涌出量增大。（6）采空區(qū)密閉質(zhì)量采空區(qū)內(nèi)往往積存著大量高濃度的瓦斯（可達(dá)6070%），如果封閉的密閉墻質(zhì)量不好，或進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大，就會(huì)造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，使礦井的瓦斯涌出增大（7）采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)】采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊憽?二、礦井瓦斯等級(jí)鑒定,（1）低瓦斯礦井：相對(duì)瓦斯涌出量在10m3/t以下或絕對(duì)瓦斯涌出量40m3/min以下。（2）高瓦斯礦井：相對(duì)瓦斯涌出量在10m3/t以上或絕對(duì)瓦斯涌出量40m3/min以上。（3）煤（巖）與瓦斯突出礦井：在采掘過(guò)程中，有一個(gè)煤層或巖層發(fā)生過(guò)一次煤（巖）與瓦斯突出的礦井，被定為煤(巖)瓦斯突出礦井，簡(jiǎn)稱(chēng)突出礦井；發(fā)生一次瓦斯突出的煤層定為突出煤層。煤礦必需按突出礦井的安全規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)管理。,第四節(jié)煤（巖）與瓦斯突出,一、煤（巖）與瓦斯突出的概念在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常的動(dòng)力現(xiàn)象，稱(chēng)為煤（巖）與瓦斯突出（coal(rock)andgasoutburst），簡(jiǎn)稱(chēng)“突出”。拋出的煤巖從幾噸到上萬(wàn)噸，瓦斯從幾百到上百萬(wàn)立方米，并可能誘發(fā)瓦斯爆炸，產(chǎn)生更大的災(zāi)難。,二、煤（巖）與瓦斯突出的預(yù)兆,1、地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆有：煤炮聲（在煤層內(nèi)發(fā)出像機(jī)關(guān)槍、炮擊聲），支架聲響（支柱來(lái)勁，發(fā)出咔咔的響聲，或發(fā)出劈裂折斷的響聲），掉渣，巖煤開(kāi)裂、底鼓、巖與煤自行剝落、煤壁外鼓、來(lái)壓煤壁顫動(dòng)、煤塵增大、氣味異常、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿、鉆粉量增大、鉆機(jī)過(guò)負(fù)荷等等。2、瓦斯涌出方面的預(yù)兆有：瓦斯?jié)舛仍龃?，瓦斯涌出忽大忽小，鉆孔噴瓦斯，煤壁或者工作面溫度降低，等等。3、煤力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)方面的預(yù)兆有：層理紊亂，煤強(qiáng)度松軟或軟硬不均，煤暗淡無(wú)光澤，煤厚度變化大，傾角變陡，波狀隆起，褶皺，斷層等等。,三、煤（巖）與瓦斯突出的類(lèi)型,（一）按突出的力學(xué)特征分類(lèi),壓出,傾出,噴出,（二）按突出動(dòng)力現(xiàn)象的強(qiáng)度分類(lèi)小型突出一次拋出煤（巖）量小于100噸；中型突出一次拋出煤（巖）量100500噸；大型突出一次拋出煤（巖）量5001000噸；特大型突出一次拋出煤（巖）量大于1000噸。,（三）按突出危險(xiǎn)程度劃分（1）無(wú)突出危險(xiǎn)的煤層或區(qū)域：在突出礦井中，未發(fā)現(xiàn)過(guò)或不可能發(fā)生傾出、壓出和突出的煤層或區(qū)域。（2）疑突出危險(xiǎn)的煤層或區(qū)域：在突出礦井中，懷疑有突出危險(xiǎn)，需觀察待定突出危險(xiǎn)程度的煤層或區(qū)域。（3）一般突出危險(xiǎn)的煤層或區(qū)域：只發(fā)生傾出或壓出類(lèi)型，典型突出的次數(shù)不多，而且強(qiáng)度屬于小型或預(yù)計(jì)屬于小型，采煤1000t突出煤量在1t以下的煤層或區(qū)域。（4）嚴(yán)重突出危險(xiǎn)的煤層或區(qū)域：小型典型突出頻繁，曾發(fā)生過(guò)中型以上突出，采煤1000t突出煤量在1t以上的煤層或區(qū)域。,（四）影響煤（巖）與瓦斯突出的因素,（1）煤層瓦斯含量和瓦斯壓力的影響,（2）地應(yīng)力的影響,（3）煤體結(jié)構(gòu)破壞程度的影響,（五）煤與瓦斯突出的一般規(guī)律,1、突出與深度有關(guān)2、突出與煤層厚度有關(guān)3、突出與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)4、突出與瓦斯量、瓦斯壓力有關(guān)5、突出與圍巖厚度、性質(zhì)有關(guān)6、突出與煤層性質(zhì)有關(guān)7、突出與煤層傾角有關(guān)8、突出與采掘形成的集中應(yīng)力有關(guān),四、預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施,區(qū)域性防突措施：實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施，稱(chēng)為區(qū)域性防突措施；局部防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險(xiǎn)性的措施稱(chēng)為局部防突措施。,（一）區(qū)域性防突措施,1、開(kāi)采保護(hù)層2、預(yù)抽煤層瓦斯,（二）局部防突措施,1、松動(dòng)爆破2、鉆孔排放瓦斯3、水力沖孔4、超前鉆孔5、金屬骨架6、超前支架7、卸壓槽8、震動(dòng)放炮,超前鉆孔,第五節(jié)瓦斯爆炸及防治,瓦斯具有爆炸性，在適當(dāng)?shù)臐舛群鸵鹪吹淖饔孟聲?huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒和爆炸。煤礦井下的瓦斯爆炸是最嚴(yán)重的事故，每年都因此造成的大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。,一、瓦斯爆炸的原理,瓦斯爆炸（gasexplosion）是空氣中的氧與甲烷進(jìn)行的一種自加速反應(yīng)，反應(yīng)的同時(shí)放出大量的熱，形成CO2和水蒸汽。,二、瓦斯爆炸的條件,（一）瓦斯的濃度（二）氧氣的濃度（三）足夠能量的點(diǎn)火源,三、引起瓦斯爆炸的點(diǎn)火源,1、明火火焰2、熾熱表面和熾熱氣體3、機(jī)械摩擦及撞擊火花4、電火花,四、瓦斯爆炸主要危害,（一）爆炸沖擊波（二）火焰鋒面（三）大氣成份的變化,五、預(yù)防煤礦爆炸事故的技術(shù)措施,從瓦斯、煤塵爆炸的基本條件出發(fā)，可以得出預(yù)防煤礦爆炸事故就是去除引發(fā)爆炸的基本條件，即瓦斯的積聚和點(diǎn)火源的出現(xiàn)。主要有以下幾個(gè)方面：,（一）防止瓦斯積聚的技術(shù)措施,1、保證工作面的供風(fēng)量,2、處理采煤工作面回風(fēng)隅角的瓦斯積聚,3、掘進(jìn)工作面局部瓦斯積聚的處理,4、刮板輸送機(jī)底槽瓦斯積聚的處理,5、通風(fēng)異?；蛲咚褂砍霎惓r(shí)期應(yīng)特別注意,（二）防止點(diǎn)火源的出現(xiàn),1、加強(qiáng)管理，提高防火意識(shí)2、防止放炮火源3、防止電氣火源和靜電火源4、防止摩擦和撞擊點(diǎn)火5、防止明火點(diǎn)燃6、防止其它火源,（三）加強(qiáng)瓦斯的檢查和監(jiān)測(cè),隨時(shí)檢查和監(jiān)測(cè)煤礦井下的通風(fēng)、瓦斯?fàn)顩r，是礦井安全管理的主要內(nèi)容，它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯超限和積聚，從而采取處理措施，使事故消除在萌芽狀態(tài)。每個(gè)礦都必須建立井下瓦斯檢查制度，設(shè)立相應(yīng)的瓦斯檢查和通風(fēng)管理機(jī)構(gòu)，配備相應(yīng)的瓦斯檢查儀器儀表，以監(jiān)測(cè)監(jiān)控井下的瓦斯。低瓦斯礦井每班至少檢查瓦斯2次，高瓦斯礦井至少檢查3次。高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯突出礦井、有高瓦斯區(qū)的低瓦斯礦井必須裝備礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)。,第六節(jié)瓦斯抽放,一、瓦斯抽放為了減少和解除礦井瓦斯對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅，利用機(jī)械設(shè)備和專(zhuān)用管道造成的負(fù)壓，將煤（巖）層中賦存或釋放的瓦斯抽出來(lái)，輸送到地面或其他安全地點(diǎn)的做法，叫做瓦斯抽放（gasdrainage）。,1、瓦斯抽放的目的,（1）預(yù)防瓦斯超限、確保礦井安全。（2）開(kāi)采保護(hù)層并具有抽放瓦斯系統(tǒng)的礦井，應(yīng)抽放被保護(hù)層的卸壓瓦斯。（3）無(wú)保護(hù)層可采的礦井，預(yù)抽瓦斯可作為區(qū)域性或局部防突措施來(lái)使用；（4）開(kāi)發(fā)利用瓦斯資源，變害為利。,2、抽放瓦斯的條件,（1）一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個(gè)掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)題不合理的。（2）礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：大于或等于40m3/min；年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井，大于30m3/min；年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井，大于25m3/min；年產(chǎn)量0.40.6Mt的礦井，大于20m3/min；年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m3/min；（3）開(kāi)采保護(hù)層時(shí)應(yīng)考慮抽放被保護(hù)層瓦斯。（4）開(kāi)采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。,二、瓦斯抽放的基本方法,（一）本煤層瓦斯抽放本煤層瓦斯抽放就是在煤層開(kāi)采之前或采掘的同時(shí)，用鉆孔或巷道進(jìn)行該煤層的抽放工作。如撫順煤礦在煤巷掘進(jìn)前，從底板巖石巷道打鉆穿透煤層，鉆孔中插入鋼管并將孔口周?chē)芊猓咚箯牟骞苤谐槌觥?（二）鄰近煤層中瓦斯抽放,開(kāi)采煤層群時(shí)，回采煤層的頂、底板圍巖將發(fā)生冒落、移動(dòng)和卸壓，透氣性系數(shù)增加?；夭擅簩痈浇拿簩又械耐咚?，就能向回采煤層的采空區(qū)轉(zhuǎn)移。能向開(kāi)采煤層采空區(qū)涌出瓦斯的煤層，就叫做鄰近層。鄰近層瓦斯抽放即是在有瓦斯賦存的鄰近層內(nèi)預(yù)先開(kāi)鑿抽放瓦斯的巷道，或預(yù)先從開(kāi)采煤層或圍巖大巷內(nèi)向鄰近層打鉆