煤礦專業(yè)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）論文（設(shè)計）題目： 礦井瓦斯與防治 摘 要 礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。有時單獨指甲烷(沼氣)。它是在煤的生成和煤的變質(zhì)過程中伴生的氣體。在成煤的過程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。另外，在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學作用，繼續(xù)生成瓦斯，并且產(chǎn)生的一系列瓦斯突出現(xiàn)象與瓦斯爆炸現(xiàn)象。 關(guān)鍵詞：有害氣體；高溫；高壓; 瓦斯突出；瓦斯爆炸目 錄1 引言42 煤礦瓦斯42.1瓦斯的定義42.2瓦斯的賦存狀態(tài)53 煤與瓦斯突出53.1 瓦斯突出的概念53.2瓦斯突出的基本特征及其規(guī)律63

2、.3 瓦斯突出的強度分類63.4瓦斯突出的預(yù)兆64 瓦斯爆炸7 4.1瓦斯爆炸的概念7 4.2瓦斯爆炸的條件86 總論9參考文獻9致 謝10 1 引言 我國煤炭資源豐富，煤炭開采歷史悠久，礦地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，自然災(zāi)害嚴重。煤炭工業(yè)呈多層次發(fā)展，煤炭企業(yè)按所有制分為國有重點煤礦、國有地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦。煤礦安全狀況發(fā)展很不平衡，國有重點煤礦安全狀況良好，國有地方煤礦較差，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦最差。21世紀以來，加大了對煤礦的監(jiān)管力度，關(guān)閉了一批不具備基本生產(chǎn)條件的小煤礦，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦經(jīng)過了停業(yè)整頓；國有地方煤礦深化了安全專項整治，加大安全投入，完善安全設(shè)施和裝備，增強了礦井防災(zāi)、抗災(zāi)能力；國有重點煤礦通過國家技

3、改資金扶持以及“一通三防”專項監(jiān)察和重點監(jiān)控，改善了煤礦安全裝備和設(shè)施。2 煤礦瓦斯2.1瓦斯的定義 瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，但有時可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳氫氣體同瓦斯同時涌出的緣故。瓦斯對空氣的相對密度是0.554，在標準狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716kg，所以，它常積聚在巷道的上部及高頂處。瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒或爆炸。瓦斯的燃燒、爆炸性是礦井主要災(zāi)害之一。2.2瓦斯的賦存狀態(tài) 瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在的。 瓦斯在煤內(nèi)的存在形態(tài)示意圖游離狀態(tài)也稱為自由狀態(tài)，這

4、種瓦斯以自由氣體狀態(tài)存在于煤體或圍巖的裂縫、孔隙之中，其量的大小主要決定于貯存空間的體積、壓力和溫度。 吸附狀態(tài)又稱結(jié)合狀態(tài)，其特點是瓦斯與煤或某些巖石結(jié)合成一體，不再以自由氣態(tài)形式存在。按其結(jié)合形式不同又可分為吸附及吸收兩種。吸附狀態(tài)是由于固體粒子與氣體分子之間分子吸引力的作用，使氣體分子在固體粒子表面上緊密附著一個薄層；吸收狀態(tài)是氣體分子已進入煤分子團的內(nèi)部。3 煤與瓦斯突出3.1 瓦斯突出的概念煤與瓦斯突出：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力現(xiàn)象。3.2基本特征及其規(guī)律 3.2.1瓦斯突出的特征 (1) 拋出的固體物具有明顯的氣體搬運

5、特征。在突出現(xiàn)場可以看到突出的煤和巖塊從突出口搬至較遠的地方，甚至拐了幾個彎；煤、巖塊的堆積角度小于自然安息角；堆積物中大的顆粒落在近處和下部，小的顆粒飄到遠處并覆蓋在突出物的上方，這種現(xiàn)象也稱為分選性堆積。(2) 突出物中呈現(xiàn)出明顯的高壓氣體爆炸的特征。軟煤被拋出后，由于其中的高壓氣體迅速膨脹，破碎煤體，因而突出物中含有大量的極細的粉塵。有時候突出過程還對拋出的軟煤進行了重新固結(jié)和搗實，需要鎬刨才能運走。(3) 突出的孔洞具有一些特殊的形狀。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的軸線往往沿煤層傾斜方向延伸或與傾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的長度約為幾米到幾十米。有時候則看不到突出孔洞，拋出煤

6、體的地方充滿了松散的碎煤。 (4) 突出過程中伴隨有大量的瓦斯涌出。在突出過程中，拋出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。當涌出的瓦斯量十分大時，瓦斯會逆著礦井的風流而行達到幾十米，甚至幾百米、上千米，嚴重地破壞礦井的通風系統(tǒng)和設(shè)施。 3.2.2瓦斯突出的規(guī)律 （1）突出發(fā)生在一定深度上。隨著深度增加，突出的危險性增加，這表現(xiàn)為突出次數(shù)增多、突出強度增大、突出煤層數(shù)增加，突出危險區(qū)域擴大。（2）突出次數(shù)和強度，隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。（3）突出的氣體主要是甲烷，個別礦區(qū)突出氣體是CO2突出危險煤層開采時的相對瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出發(fā)生在高瓦斯礦。同一煤層，瓦斯壓力越高

7、，突出危險性越大。不同煤層，瓦斯壓力與突出危險性之間無直接關(guān)系。（突出與瓦斯、應(yīng)力、煤結(jié)構(gòu)強度等因素有關(guān)），突出的瓦斯壓力一般要在600kPa以上。（4）突出煤層的特點是煤的力學強度低、變化大，透氣系數(shù)小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，濕度小，層理紊亂，遭地質(zhì)構(gòu)造力嚴重破壞的“構(gòu)造煤”。 (5) 煤自重的影響。突出的次數(shù)有隨著煤層傾角的增大而增加的趨勢。 (6)突出危險區(qū)呈帶狀分布。突出與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系。3.3 瓦斯突出的強度分類強度是每次動力現(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)。由于在動力現(xiàn)象發(fā)生過程中瓦斯量的計量工作尚存在一

8、些技術(shù)問題（如自動記錄儀表，統(tǒng)一計算標準等），現(xiàn)在分類主要依據(jù)拋出的煤（巖）重量，據(jù)此可分為：小型突出：強度50t次（突出后，經(jīng)過幾十分鐘瓦斯?jié)舛瓤苫謴?fù)正常）；中型突出：強度5099 t次（突出后，經(jīng)過一個工作班以上瓦斯?jié)舛瓤苫謴?fù)正常）：次大型突出：強度100499 t|次（突出后，經(jīng)過一天以上瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）；大型突出：強度500999 t|次（突出后，經(jīng)過幾天回風系統(tǒng)瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）；特大型突出：強度1000 t|次（突出后，經(jīng)過長時間排放瓦斯，回風系統(tǒng)瓦斯?jié)舛炔呕謴?fù)正常）；3.4瓦斯突出的預(yù)兆 煤和瓦斯突出前大多數(shù)都有預(yù)兆，歸納起來分有聲預(yù)兆和無聲預(yù)兆。 1.有聲預(yù)兆 1

9、) 響煤炮。在煤層內(nèi)發(fā)出像機關(guān)槍、炮擊聲。由于條件不同，聲音大小、間隔時間也不相同。 2) 突然壓力增大。支柱來勁，發(fā)出咔咔的響聲，或發(fā)出劈裂折斷的響聲，手摸煤壁能感到?jīng)_擊和震動；有煤巖層的破裂聲；有時會聽到氣體穿過含水裂縫時的“吱吱”聲等。 2. 無聲預(yù)兆 1) 壓力增大。預(yù)板來壓，片幫、掉碴、煤壁向外鼓，煤巖自行剝落。2) 煤層發(fā)生變化。層理紊亂、變軟，暗淡無光，煤層粉碎，煤質(zhì)干燥。3)瓦斯及溫度變化。瓦斯涌出異常，忽大忽小，煤塵增大，氣味異常，發(fā)悶，打鉆時噴煤、噴瓦斯，煤壁發(fā)冷，氣溫下降等。 4 瓦斯爆炸4.1瓦斯爆炸的概念礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應(yīng)（也叫連鎖反應(yīng)）。當爆炸混合物吸收

10、一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學活性，成為反應(yīng)連續(xù)進行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學反應(yīng)速度也越來越快，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)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。4.2瓦斯爆炸的條件 一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。 瓦斯?jié)舛?有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦

11、斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%16% 當瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛葹?5%時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。 引火溫度 瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為，瓦斯的引火溫度為650750。但因受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當瓦斯含量在7%一8%時，最易引燃；當混合氣體的壓力增高時，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，越易引

12、燃瓦斯。 高溫火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業(yè)等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業(yè)，必須嚴格遵照煤礦安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。 氧的濃度 實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當氧氣濃度減少到12%以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質(zhì)對井下密閉的火區(qū)有很大影響，在密閉的火區(qū)內(nèi)往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進入，氧氣濃度達到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對火區(qū)應(yīng)嚴加管理，在啟封火區(qū)時更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。 5 總論隨著煤炭開采強度的加大,瓦斯涌出量增加,其治理除了加強抽放、加強通風、防止瓦斯積聚外,要防止瓦斯爆炸,重點還應(yīng)加強對著火源的控制,尤其是要研究防止電氣火花、摩擦火花產(chǎn)生的新技術(shù)、新設(shè)備。為保障煤礦的安全生產(chǎn),必須重視員工安全意識的培養(yǎng)，認真貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的方針，堅持做到“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”,依靠科學技術(shù)的進步,加強安全管理,提高職工安全素質(zhì),才能從根本上防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生。同時應(yīng)大力提倡和支持煤層氣開采利用，通過技術(shù)引進和科研創(chuàng)新盡快建立完整先進的煤層氣開采技術(shù)，將瓦斯這一頭號殺手變成寶藏。參考文獻：1王寒冰.煤礦瓦斯爆炸原因與防治.商業(yè)文化，2008.72紀登元.礦井瓦斯災(zāi)害的防治.中國科