礦井瓦斯基礎(chǔ)理論及防治技術(shù)ppt課件

1、培訓(xùn)目的：培訓(xùn)目的：為配合公司的發(fā)展目標，提升人力績效，提升為配合公司的發(fā)展目標，提升人力績效，提升員工素質(zhì)，增強員工對本職工作的能力與對企業(yè)文化的了解，員工素質(zhì)，增強員工對本職工作的能力與對企業(yè)文化的了解，并有計劃地充實其知識技能，發(fā)揮其潛在能力，建立良好的人并有計劃地充實其知識技能，發(fā)揮其潛在能力，建立良好的人際關(guān)系，進而發(fā)揚公司的企業(yè)精神。際關(guān)系，進而發(fā)揚公司的企業(yè)精神?？己丝己薼對學(xué)員的評估，主要通過課后考核的方式檢查學(xué)員的接受對學(xué)員的評估，主要通過課后考核的方式檢查學(xué)員的接受程度和效果。程度和效果。l考核的形式以定量考核為主，定性考核為輔?？己说男问揭远靠己藶橹?，定性考核為輔。l公

2、司的考核評估旨在確立目標、評價個人表現(xiàn)、提高工作公司的考核評估旨在確立目標、評價個人表現(xiàn)、提高工作效率、并且制定發(fā)展培訓(xùn)計劃。以便根據(jù)員工的表現(xiàn)進行工效率、并且制定發(fā)展培訓(xùn)計劃。以便根據(jù)員工的表現(xiàn)進行工資調(diào)整和晉升。對員工的培訓(xùn)考核結(jié)果將作為員工職位晉升、資調(diào)整和晉升。對員工的培訓(xùn)考核結(jié)果將作為員工職位晉升、工資晉升、兌現(xiàn)獎勵的依據(jù)，考核表進入個人年度考核檔案。工資晉升、兌現(xiàn)獎勵的依據(jù)，考核表進入個人年度考核檔案。礦井瓦斯1 1、概述、概述2 2、煤層瓦斯賦存與含量、煤層瓦斯賦存與含量3 3、礦井瓦斯涌出、礦井瓦斯涌出4 4、瓦斯噴出、瓦斯噴出5 5、煤、煤( (巖巖) )與瓦斯突出及其防治與

3、瓦斯突出及其防治6 6、瓦斯爆炸及其預(yù)防、瓦斯爆炸及其預(yù)防7 7、礦井瓦斯抽放、礦井瓦斯抽放 45 45戶重點監(jiān)控國有煤炭企業(yè)共戶重點監(jiān)控國有煤炭企業(yè)共3434對礦井發(fā)生過千噸級以上的特大型煤對礦井發(fā)生過千噸級以上的特大型煤與瓦斯突出，分布于與瓦斯突出，分布于1010個省市，最大個省市，最大突出煤巖量突出煤巖量12780t12780t，最大突出瓦斯量，最大突出瓦斯量350350萬萬m m3 3。要求：熟悉瓦斯性質(zhì)、礦井瓦斯生成及賦存規(guī)律；理解礦井瓦斯涌出及影響因素；了解礦井瓦斯噴出以及防治措施；了解煤（巖）與瓦斯突出機理、一般規(guī)律以及防治技術(shù)；了解礦井瓦斯爆炸條件及預(yù)防技術(shù)；了解礦井瓦斯抽放條

4、件與方法。第一節(jié) 概 述 礦井瓦斯概念 瓦斯的性質(zhì)和危害 瓦斯利用返回一、礦井瓦斯概念礦井瓦斯是成煤過程中的一種伴生氣體，地質(zhì)學(xué)上稱為瓦斯。1、廣義概念礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤層、圍巖中涌入礦井內(nèi)的各種氣體的總稱。主要成分為：CH4、CO2、N2少量成分：H2S、CO、H2、SO2、C2H6、C2H4等。甲烷是礦井瓦斯的主要成分，占瓦斯總量的8090%，在分析和研究礦井瓦斯時，又以甲烷CH4為主，其次是CO2。2、狹義概念礦井瓦斯就是指甲烷(CH4)。返回本節(jié)二、瓦斯的性質(zhì)和危害1、性質(zhì)瓦斯是一種無色、無味、無嗅的氣體。在標準狀態(tài)下，瓦斯的密度為0.7168kg/m3，為空氣密度為0.5

5、54倍。瓦斯分子直徑0.41nm，瓦斯的擴散性很強，擴散速度是空氣的1.34倍，會很快在空氣中擴散。當(dāng)無瓦斯涌出時，巷道斷面內(nèi)瓦斯的濃度是均勻分布的；當(dāng)有瓦斯涌出時，瓦斯?jié)舛瘸什痪鶆蚍植?，在有瓦斯涌出的?cè)壁附近瓦斯的濃度高。瓦斯的化學(xué)性質(zhì)不活潑，微溶于水，在200C、101.325kPa的條件下，溶解度為3.5L/100L水。返回本節(jié)2、危害(1)污染環(huán)境，加劇大氣“溫室效應(yīng)”它產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是CO2的2530倍，且產(chǎn)生溫室效應(yīng)的時效長達100150年之久。(2)瓦斯積聚可使人窒息死亡瓦斯本身無毒，其濃度57，能使空氣中氧濃度10。通風(fēng)不良或不通風(fēng)的煤巷，往往積存大量瓦斯。案例：1961年10

6、月28日，撫順某礦-330m水平52采區(qū)3斜上掘進工作面臨時停工，因水力引射器循環(huán)風(fēng)造成巷道內(nèi)瓦斯積聚，通風(fēng)人員隨即釘上柵欄并掛上“禁止入內(nèi)”的警標。11月22日，采區(qū)3名技術(shù)員為準備復(fù)工，闖進柵欄檢查，當(dāng)走進44m(盲巷全長69m)處時，全部窒息死亡，直到第二天才被發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場取樣分析表明：瓦斯?jié)舛?3.9%，二氧化碳濃度4.3%(正常0.04%)，氧氣濃度0.9%，氮氣濃度50.9%。(3)瓦斯可釀成燃燒和爆炸事故當(dāng)?shù)V井中瓦斯?jié)舛鹊陀?%或超過15%時，遇到火源，會釀成瓦斯燃燒；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_到5%15%時，遇火源將會引起爆炸。 (4)瓦斯噴出和突出現(xiàn)象發(fā)生瓦斯噴出或煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象時，大

7、量高濃度的瓦斯突然涌向采掘空間，特別是煤與瓦斯突出還伴有強大的沖擊波，不僅會造成現(xiàn)場作業(yè)人員窒息死亡。還可能引起瓦斯爆炸重大事故。如我國最大突出是于1975年8月8日在天府礦務(wù)局三匯壩一礦主平硐(+280m)，震動性放炮揭穿6號煤層時發(fā)生的，突出煤巖量1.3萬t、瓦斯140萬m3 。三、瓦斯利用根據(jù)美國環(huán)境保護總署1994年的數(shù)據(jù)，全世界地下煤礦排放瓦斯量2941109m3/年，其中2.3109m3作為燃料利用，其余被排放到大氣中去。1990年估算，中國煤礦排放到大氣層中的瓦斯量達1424109m3，約占世界總排放量的1/3。 可用作居民和礦山設(shè)備的燃料。 可用于玻璃和塑料工業(yè)生產(chǎn)中的原料碳黑

8、。 可用于發(fā)電，1990年撫順老虎臺礦建立了中國第一家1200kW的瓦斯發(fā)電廠。2009年7月29日寧夏汝箕溝礦建成年利用瓦斯4000萬m3、發(fā)電9000萬kWh的瓦斯發(fā)電項目。返回本節(jié)變壓吸附（變壓吸附（Pressure Swing Pressure Swing AbsorptionAbsorption，簡稱，簡稱PSA)PSA)技術(shù)是利用吸附技術(shù)是利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加的特性，進行加壓吸附、減壓脫附。的特性，進行加壓吸附、減壓脫附。瓦斯的提純瓦斯的提純（1 1）變壓吸附技術(shù)）變壓吸附技術(shù)（2 2）甲烷冰）甲烷冰合成甲烷冰照片合成甲烷冰照

9、片 甲烷冰燃燒照片甲烷冰燃燒照片 利用低濃度瓦斯發(fā)電（利用低濃度瓦斯發(fā)電（5%以上）以上）山東勝動低濃度瓦斯發(fā)電機組 礦井乏風(fēng)利用礦井乏風(fēng)利用 礦井乏風(fēng)的濃度很低，可以用于燃煤鍋爐和燃氣輪礦井乏風(fēng)的濃度很低，可以用于燃煤鍋爐和燃氣輪機，作為混合燃料的一部分，可取代周圍的空氣用于內(nèi)機，作為混合燃料的一部分，可取代周圍的空氣用于內(nèi)燃機、燃氣輪機作為助燃劑，這樣可以節(jié)約部分燃料，燃機、燃氣輪機作為助燃劑，這樣可以節(jié)約部分燃料，減少瓦斯排放量。減少瓦斯排放量。 礦井乏風(fēng)的排放量大，一旦這方面的應(yīng)用經(jīng)濟性得到礦井乏風(fēng)的排放量大，一旦這方面的應(yīng)用經(jīng)濟性得到驗證，則通風(fēng)瓦斯的利用也有著十分廣闊的前景。驗證，

10、則通風(fēng)瓦斯的利用也有著十分廣闊的前景。 第二節(jié) 煤層瓦斯賦存與含量 瓦斯的成因與賦存 煤層瓦斯垂直分帶 影響煤層瓦斯含量的因素 煤層內(nèi)的瓦斯壓力返回一、瓦斯的成因與賦存1、礦井瓦斯的生成煤層瓦斯是腐植型有機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(xué)成氣時期在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過650C的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。在這個階段生成的泥炭層，埋深淺，生成的瓦斯易排放到古大氣中去，一般不會保留在現(xiàn)有煤層內(nèi)。隨著泥炭層下沉，上覆蓋層變厚，溫度和壓力增高，生物化學(xué)作用逐漸減弱直至結(jié)束，在較高的壓力與溫度作用下泥炭轉(zhuǎn)化

11、成褐煤，并逐漸進入煤化變質(zhì)作用階段。返回本節(jié)(2)煤化變質(zhì)作用成氣時期褐煤進一步沉降，壓力與溫度作用加劇，便進入煤化變質(zhì)作用造氣階段。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 。從褐煤到無煙煤，煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量也越多。 2、 煤層瓦斯賦存 煤是天然的空隙裂隙體：空隙率一般為518%；每克煤內(nèi)空隙的表面積達20200m2/g甚至更多。 豐城煤張扭裂隙，放大5400倍雞西煤的孔隙，放大720倍 瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) (1)游離狀態(tài)(自由狀態(tài))瓦斯以自由氣體的狀態(tài)存在于煤體的孔隙和裂隙中，呈現(xiàn)出壓力，服從氣體狀態(tài)方程。游離瓦斯量的大小與貯存

12、空間的容積和瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。1吸收瓦斯2游離瓦斯3吸著瓦斯(2)吸附狀態(tài)吸著狀態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，氣體分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層。吸收狀態(tài)是瓦斯分子進入煤體膠粒結(jié)構(gòu)與煤分子結(jié)合而呈現(xiàn)的一種狀態(tài)，類似于氣體溶解于液體的現(xiàn)象。煤層賦存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%90%，游離瓦斯量占10%20%。1吸收瓦斯2游離瓦斯3吸著瓦斯 (3)兩種狀態(tài)的關(guān)系在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界溫度的壓力不變的條件下處于動平衡狀態(tài)。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(zhuǎn)化的。當(dāng)壓力升高或溫度降低時，一部分瓦斯由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)

13、化為吸附狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為吸附。如果壓力降低或溫度升高時，一部分瓦斯就由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為解吸。煤層受到采動影響后，形成的壓力梯度使瓦斯流動，煤體內(nèi)瓦斯壓力的降低將促進解吸作用。二、煤層中瓦斯垂直分帶形成原因：當(dāng)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。瓦斯瓦斯空氣空氣-1000m-800m-600m-400m-200m返回本節(jié)煤層自上向下分為四個帶：CO2-N2帶、N2帶、N2-CH4帶、CH4帶，前三個帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶，第四個帶甲烷帶。劃分的意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，

14、是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。規(guī)律： 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，瓦斯涌出量與深度之間無規(guī)律性。 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險性。 在CH4帶內(nèi)，瓦斯含量和涌出量隨著深度的增加而增大。在瓦斯風(fēng)化帶開采煤層時，相對瓦斯涌出量一般2m3/t，瓦斯對生產(chǎn)不構(gòu)成主要威脅。 我國大部分低瓦斯礦井都是在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)進行生產(chǎn)的。煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分 瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界深度確定依據(jù)： 根據(jù)下列指標中的任何一項確定： 煤層的相對瓦斯涌出量等于23m3/t處； 煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達到80%（體積比）； 煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.15MPa； 煤的瓦斯含量為23m3/t（煙煤）和5

15、7m3/t（無煙煤）。 瓦斯風(fēng)化帶深度決定于煤層的具體條件，變化很大，即使在同一井田有時也相差很大，南桐魚田堡礦的瓦斯風(fēng)化帶為30m，開灤趙各莊礦為467m。 三、影響煤層瓦斯含量的因素 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或m3/t。 煤層瓦斯原始含量：指未受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)的瓦斯含量。煤層瓦斯殘余含量：指受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)現(xiàn)存的瓦斯含量。煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯。返回本節(jié)影響煤層瓦斯含量的因素 1、煤的吸附特性 煤的吸附性能決定于煤化程度。煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強。因此，在其它條件相

16、同時，高變質(zhì)煤比低變質(zhì)煤瓦斯含量大。 2、煤層露頭 煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時間越長，瓦斯排放越多；反之地表無露頭的煤層，瓦斯含量較高。 3、煤層的埋藏深度 煤層的埋藏深度的增加，有利于封存瓦斯。瓦斯風(fēng)化帶中瓦斯含量小，不會發(fā)生瓦斯突出。甲烷帶內(nèi)同，瓦斯含量隨深度的增加而增大。如：陽泉3號煤層為無煙煤，揮發(fā)分為7%，瓦斯壓力1.3MPa，瓦斯含量為25m3/t；撫順勝利礦為氣煤，發(fā)分為45%，瓦斯壓力1.7MPa，瓦斯含量僅7m3/t。4、圍巖透氣性 圍巖為致密完整的低透氣性巖層，如泥巖，完整的石灰?guī)r，煤層中的瓦斯就易于保存下來，瓦斯含量就大，瓦斯壓力也大。圍巖透氣性大，如中粗

17、砂巖、礫巖等，瓦斯越易流失，煤層瓦斯含量就小。 5、煤層傾角 埋藏深度相同時，煤層傾角越小，煤層的瓦斯含量就越高。如芙蓉煤礦北翼煤層傾角40800，瓦斯涌出量約20m3/t，無瓦斯突出現(xiàn)象；南翼煤層傾角6120，瓦斯涌出量高達150m3/t，具有發(fā)生瓦斯突出的危險性。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，瓦斯不易通過煤層排放，煤體中的瓦斯容易得到貯存。 6、地質(zhì)構(gòu)造 封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于封存瓦斯，開放型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯排放。(1)褶曲構(gòu)造背斜構(gòu)造瓦斯風(fēng)化帶以下，背斜頂板為致密巖層又未遭到破壞時，在背斜軸部的瓦斯容易積聚和保存下來，形成瓦斯含量

18、較高的“氣頂”，稱為儲瓦斯構(gòu)造。當(dāng)背斜軸部的頂部巖(煤)層因張力作用而形成有連通地表的裂隙時，背斜軸部的瓦斯就會流失掉，瓦斯含量就會降低。1-不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層向斜構(gòu)造向斜構(gòu)造一般軸部的瓦斯含量比翼部高，這是軸部巖層受到強力擠壓，圍巖的透氣性會變得更低，則軸部封存較多瓦斯。1-不透氣巖層不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層煤層(2) 斷裂構(gòu)造開放性斷層(張性、張扭性斷層)，不論其與地表是否直接相通，都會因其有利于瓦斯的散放而使瓦斯含量降低，如圖a、b。而封閉性斷層(壓性、壓扭性斷層)不利于瓦斯的排放，煤層瓦斯含量則較高，如圖c。1-瓦斯喪失區(qū)域

19、；2-瓦斯含量降低區(qū)；3-瓦斯含量異常增高區(qū)；4-瓦斯含量正常增高區(qū)(3)其他構(gòu)造煤包儲瓦斯構(gòu)造局部煤層突然變厚而形成的大“煤包”會出現(xiàn)瓦斯含量增高現(xiàn)象。 因為煤包周圍在構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用下，煤層被壓薄，形成對大煤包封閉的條件，有利于瓦斯的封存。1-不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層地壘地塹儲瓦斯構(gòu)造由兩條封閉斷層與致密圍巖圈閉而形成的“地壘”或“地塹”等構(gòu)造，因為有著良好的圈閉條件，生成的瓦斯難于擴散或排放，其瓦斯含量較其他地點要高。另外，火成巖侵入體的附近，煤的變質(zhì)程度較高，瓦斯含量也會增大。1-不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層7、水文地質(zhì)條件地下水活躍的地區(qū)，煤層瓦斯含量

20、減小。其原因有二：一是瓦斯能溶于水，盡管其溶解度很小，但經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，可以從煤層中帶走數(shù)量可觀的被溶解的瓦斯；二是地下水溶蝕一部分礦物質(zhì)，使地層得到卸壓，地應(yīng)力降低，導(dǎo)致煤巖層裂隙發(fā)育和透氣性的增加，從而增強了煤層瓦斯的流失。國內(nèi)煤礦普遍存在凡是不大的礦井瓦斯小，水小的礦井瓦斯大的規(guī)律。以上是對這些因素的簡要說明，在分析某一煤層瓦斯含量以及有無突出危險時，需要根據(jù)這些因素以及地應(yīng)力等因素作綜合的研究。找出影響本煤田、本礦井瓦斯含量的主要因素。四、煤層內(nèi)的瓦斯壓力1、瓦斯壓力的定義煤層瓦斯壓力是煤層裂隙和孔隙內(nèi)由于氣體分子熱運動撞擊所產(chǎn)生的作用力。煤層瓦斯原始壓力：指未受采礦采動影響及抽采

21、影響的煤體內(nèi)的瓦斯壓力。煤層瓦斯殘存壓力：指受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)現(xiàn)存的瓦斯壓力。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)象的潛能大小的基本參數(shù)。瓦斯壓力是造成突出的重要動力，如1MPa的壓力作用在1m2的面積上能產(chǎn)生980kN的推力，這樣大的力量足以將幾十噸的煤炭拋出。返回本節(jié)2、煤層瓦斯壓力分布的規(guī)律根據(jù)國內(nèi)外在瓦斯煤層大量的測定結(jié)果，在甲烷帶內(nèi)，煤層的瓦斯壓力隨深度的增加而增加，多數(shù)煤層呈線性增加。存在：p2p1H2H1式中p1、p2甲烷帶內(nèi)深度為H1、H2 (m)處的瓦斯壓力，MPa。單位下降的深度瓦斯壓力的增加值即為瓦斯壓力梯度gp。 gp(p2p1

22、)/(H2H1)MPa/m 則甲烷帶內(nèi)某一深度 H 預(yù)測的瓦斯壓力 p 為 pgp(HH1)p1 MPa 3、煤層瓦斯壓力測定 測量原理：打一穿透待測煤層的鉆孔，插入一根測壓管后再把鉆孔封堵好，在測壓管的外端接上壓力表，待壓力穩(wěn)定后就可以讀取瓦斯壓力值。測壓步驟打鉆要求：測定地點無大裂隙，沒有地質(zhì)構(gòu)造帶，含水小。 一般由圍巖向煤層打穿層鉆孔，鉆孔直徑為4575mm。 封孔鉆孔到位后，用壓氣清渣。封孔材料：黃泥、水泥、木楔。前端篩管前端篩管壓力表壓力表鉆孔鉆孔4575mm測壓管測壓管610mm木鍥木鍥黃泥黃泥擋料擋料圓盤圓盤5m水泥水泥前端篩管前端篩管壓力表壓力表鉆孔鉆孔4575mm測壓管測壓管

23、610mm木鍥木鍥黃泥黃泥擋料擋料圓盤圓盤5m水泥水泥返回第三節(jié) 礦井瓦斯涌出煤層瓦斯流動的基本規(guī)律瓦斯涌出形式與涌出量影響瓦斯涌出的因素礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理瓦斯涌出不均系數(shù)礦井瓦斯等級礦井瓦斯涌出量預(yù)測1-瓦斯流向2-等瓦斯壓力線一、煤層瓦斯流動的基本規(guī)律1、煤層瓦斯流場分類概念：煤層內(nèi)瓦斯流動的空間稱為煤層瓦斯流場，在流場內(nèi)瓦斯具有流向、流速和壓力梯度和濃度梯度。(1)按流場空間流向分類 單向流動在直角坐標x、y、z三維空間內(nèi)，只有一個方向有流速，其余兩個方向流速為零的流動。返回本節(jié)徑向流動在直角坐標x、y、z三維空間內(nèi)，在兩個方向上有分速度，第三個方向的分速度為零的流動。如石

24、門、豎井、鉆孔垂直穿透煤層時，在煤壁內(nèi)的瓦斯流動就屬于這一類，其瓦斯壓力線平行煤壁呈近似同心圓。1-瓦斯流向2-等瓦斯壓力線球向流動在直角坐標x、y、z三維空間內(nèi)，在三個方向都有分速度的流動如厚煤層中的掘進工作面、鉆孔或石門剛進入煤層時的煤壁內(nèi)的瓦斯流動，以及采落煤塊中涌出的瓦斯的流動。1-流向2-揭露煤層的井巷3-等瓦斯壓力線(2)按流場的穩(wěn)定性分類穩(wěn)定流場穩(wěn)定流場中，任何一點的運動要素即瓦斯流速、流向和壓力均不隨時間而變化。只有在某一巨大瓦斯源附近，瓦斯通過煤層或裂隙穩(wěn)定地流到巷道空間時，才能出現(xiàn)這一情況。非穩(wěn)定流場非穩(wěn)定流場中，任何一點的瓦斯流速、流向和壓力都隨時間而發(fā)生變化。其特點是沒

25、有固定的瓦斯源，煤層既是瓦斯的來源又是瓦斯流過的通道，隨著瓦斯的不斷流出，煤層內(nèi)瓦斯壓力不斷降低，流動場不斷擴大，所以它的流動場是變化的，而且各點的瓦斯壓力梯度也在改變。dtdldcDdm從上式可知，擴散量與擴散系數(shù)成正比，濃度梯度越高，擴散量也就越大。負號表示流動方向沿著瓦斯?jié)舛冉档偷姆较蜻M行。2、煤層瓦斯的運動規(guī)律瓦斯在煤層中的運動，根據(jù)煤孔隙和裂隙的大小，可分為擴散運動和滲透運動。(1)擴散運動瓦斯在小孔(1m)與微孔(0.1m)內(nèi)運移主要是擴散運動，瓦斯分子在其濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度方向運移。單向擴散的瓦斯量dm符合費克(Fick)定律，即式中 dm瓦斯擴散量，m3/m2；

26、D瓦斯擴散系數(shù)，m2/s； dc/dl瓦斯?jié)舛忍荻龋?m3/m3)/m； dt時間，s。lpKv(2)滲透運動瓦斯在中孔(1m)以上的孔隙或裂隙內(nèi)，由于壓差作用下而產(chǎn)生的運動。線性滲透運動達西定律瓦斯的流速與煤層中的瓦斯壓力梯度成正比，呈線性規(guī)律，符合達西(Darcy)定律，即式中K煤層滲透率，m2；流體的絕對粘度，Pas；p/l流體的壓力梯度，Pa/m； v流速，m/s瓦斯在煤體中的流動可分為三個區(qū)域：a.低雷諾數(shù)區(qū)雷諾數(shù)Re110，瓦斯的粘滯力占優(yōu)勢，屬于線性層流區(qū)域，符合達西定律；b.中雷諾數(shù)區(qū)雷諾數(shù)Re=10100，為非線性層流區(qū)域，不服從達西定律，服從非線性滲透定律；c.高雷諾數(shù)區(qū)R

27、e100，為紊流，慣性力占優(yōu)勢，流動阻力和流速平方成正比?？梢哉J為瓦斯在煤層中的流動是擴散-滲透；或者是低滲透-滲透規(guī)律。從簡化計算和工程實用性出發(fā)，采用達西定律來計算煤層的流動是完全可以的。 3、煤層透氣系數(shù)煤層透氣系數(shù)是煤層對于瓦斯流動的難易程度的標志。由于瓦斯是可壓縮性流體，考慮流速換算成標準壓力下的值，并按等溫過程則達西定律式有式中 q比流量，在1大氣壓，溫度為t時，1m2煤面上每日流過 的瓦斯流量，m3/(m2d)； P瓦斯壓力p的平方，P=p2，MPa2； 煤層透氣系數(shù)，m2/(MPa2d)。dldPq 透氣系數(shù)的物理意義在1m2煤體兩側(cè)，瓦斯壓力平方差為1MPa2時，通過1m長度

28、的煤體，在1m2煤面上每日流過的瓦斯量。1m2/(MPa2d)相當(dāng)于該煤層的滲透率為2.510-17m2。煤層透氣性的大小主要取決于煤層內(nèi)裂隙的大小及其分布。煤層的裂隙一部分是由于煤體內(nèi)部作用形成的裂隙，另一部分由是由于煤體受到外部作用而形成的裂隙，也就是地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用和采掘工作產(chǎn)生的裂隙。煤層透氣系數(shù)的變化范圍很大，如撫順龍鳳礦140150 m2/(MPa2d)，而北票臺吉煤礦5號煤層為0.00 6m2/(MPa2d)。be0采掘工作能使煤層透氣系數(shù)發(fā)生很大變化。在集中應(yīng)力帶，煤層的透氣系數(shù)可降低50%，甚至更多；而在卸壓帶可增大數(shù)倍甚至數(shù)千倍。卸壓作用可增大煤層透氣系數(shù)、加速煤層中瓦斯的

29、流動。煤的孔隙裂隙系統(tǒng)對地應(yīng)力的作用非常敏感，當(dāng)?shù)貞?yīng)力增高時，煤的透氣系數(shù)下降；反之地應(yīng)力減少時，煤的透氣系數(shù)則增大。當(dāng)壓應(yīng)力在40MPa以內(nèi)時，煤樣透氣性與壓應(yīng)力的關(guān)系可用以下經(jīng)驗式。式中承壓煤樣的透氣系數(shù)，m2/(MPa2d)；0未承壓煤樣的透氣系數(shù)，m2/(MPa2d)；煤樣承受的壓應(yīng)力，MPa；b系數(shù)，MPa-1。二、瓦斯涌出形式與涌出量1、瓦斯涌出形式瓦斯涌出的形式是指礦井瓦斯在時間、空間上的分布形式。(1)普通涌出 長時間地、均勻地從煤體中涌出瓦斯。 特點：時間上：連續(xù)不斷 空間上：普遍存在 涌出強度：緩慢、均勻。(2)特殊涌出礦井生產(chǎn)過程中，在某些特定地點、突然地于一段時間內(nèi)大量

30、涌出瓦斯的現(xiàn)象。特點：時間上：突然地、不均勻的間斷涌出 空間上：非普遍存在 涌出強度：產(chǎn)生動力破壞。特殊涌出分為瓦斯噴出和煤與瓦斯突出。返回本節(jié)2、瓦斯涌出量(1)瓦斯涌出量的含義指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。它是確定礦井瓦斯等級、進行礦井通風(fēng)計算等方面的依據(jù)。對應(yīng)于整個礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對應(yīng)于翼、采區(qū)或工作面的，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 指單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min。 Qg=QC/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?，。若一個采區(qū)、一個

31、工作面測出其風(fēng)量以及進回流中的瓦斯?jié)舛?，絕對瓦斯涌出量為QgQ2C2/100Q1C1/100式中Q1、Q2采區(qū)或工作面的進、回風(fēng)量，m3/min；C1、C2采區(qū)或工作面的進、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋?。相對瓦斯涌出量 礦井正常生產(chǎn)條件下，平均日產(chǎn)一噸煤所涌出的瓦斯量。 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； A平均日產(chǎn)量，t/d，等于月產(chǎn)量/月工作日數(shù)。說明：相對瓦斯涌出量單位的表達式雖然與瓦斯含量的相同，但兩者的物理含義是不同的，其數(shù)值也是不相等的。例：某礦井總排風(fēng)量為22000m3/min，總排風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葹?.25%，平均日產(chǎn)煤2475t，求該

32、礦井的絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量。解：絕對瓦斯涌出量為Qg=QC/100 220000.25/10055m3/min相對瓦斯涌出量為qg=Qg/A552460/247532m3/t三、影響瓦斯涌出的因素1、自然因素(1)煤層和圍巖的瓦斯含量 煤層瓦斯含量越高，瓦斯涌出量也越大。單一的薄煤層和中厚煤層開采時，瓦斯主要來自煤層暴露面和采落的煤炭。對于煤層群或單一煤層附近有瓦斯含量較大的巖層，受采動的影響，除了開采煤層涌出外，還有鄰近層的瓦斯通過裂隙涌出。在這種情況下，瓦斯涌出量會大于煤層瓦斯含量。例如淮南謝二、謝三兩個礦井，開采13號煤層，采區(qū)相對瓦斯涌出量是該煤層瓦斯含量的1.581.73倍

33、。返回本節(jié)(2)地面大氣壓變化地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應(yīng)變化，對于從煤層暴露面涌出的瓦斯量影響甚微，但對采空區(qū)或冒落處瓦斯涌出的影響比較顯著。當(dāng)?shù)孛娲髿鈮和蝗幌陆禃r，井巷空氣絕對壓力減小，采空區(qū)瓦斯積存區(qū)的氣體壓力不變，使得采空區(qū)與井巷的氣體壓力差增加，瓦斯會更多地涌入風(fēng)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。 2、開采技術(shù)因素 (1)開采規(guī)模 開采規(guī)模指開采深度、開拓與開采范圍和礦井產(chǎn)量。 在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)開采的礦井，相對瓦斯涌出量與深度無關(guān)。在甲烷帶內(nèi)，隨著開采深度的增加，相對瓦斯涌出量增大。 開拓與開采的范圍越廣，煤巖的暴露面就越大，因此，礦井瓦斯涌出量也就越大

34、。 礦井產(chǎn)量與礦井瓦斯涌出量間的關(guān)系比較復(fù)雜，一般情況下： a.礦井達產(chǎn)之前 b.礦井達產(chǎn)后 c.開采工作逐漸收縮絕對瓦斯涌出量隨著開拓范圍的擴大而增加，絕對瓦斯涌出量大致正比于產(chǎn)量。絕對瓦斯涌出量基本隨產(chǎn)量變化并在一個穩(wěn)定數(shù)值上下波動。相對瓦斯涌出量，若瓦斯涌出主要來源于采落煤炭，影響不大；若瓦斯主要來源于采空區(qū)和圍巖，產(chǎn)量變化時，相對瓦斯涌出量有明顯變化。絕對瓦斯涌出量又隨產(chǎn)量的減少而減少，并最終穩(wěn)定在某一數(shù)值，這時相對瓦斯涌出量數(shù)值又會因產(chǎn)量低而偏大。 (2)開采順序與回采方法首先開采的煤層瓦斯涌出量大。采空區(qū)丟失煤炭多，回采率低的采煤方法，瓦斯涌出量大。頂板管理采用陷落法比充填法能造成

35、頂板更大范圍的破壞和卸壓，鄰近層瓦斯涌出量就比較大。回采工作面周期來壓時，瓦斯涌出量也會大大增加。(3)生產(chǎn)工藝瓦斯從煤層暴露面(煤壁和鉆孔)和采落的煤炭內(nèi)涌出的特點是，初期瓦斯涌出的強度大，然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減;落煤時瓦斯涌出量大于其它工序。綜合機械化工作面推進度快，產(chǎn)量高，在瓦斯含量大的煤層內(nèi)工作時，瓦斯涌出量很大。 (4)風(fēng)量變化礦井風(fēng)量變化時，瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧l(fā)生擾動，但很快就會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。單一煤層回采時，瓦斯主要來自煤壁和采落的煤炭，采空區(qū)積存的瓦斯量不大時，回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛入S風(fēng)量減少而增加或隨風(fēng)量增加而減少，絕對瓦斯涌出量變化不大。煤層群開采，采

36、空區(qū)積存大量瓦斯，風(fēng)量增加時，因負壓和采空區(qū)漏風(fēng)的加大，絕對瓦斯涌出量迅速增加，回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瓤赡芗眲∩仙?。然后，?jīng)過一段時間，絕對瓦斯涌出量恢復(fù)到或接近原有值，回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔拍芙档偷皆狄韵?。風(fēng)量減少時，情況相反。所以采區(qū)風(fēng)量調(diào)節(jié)時，特別是增加風(fēng)量時，應(yīng)注意風(fēng)流中瓦斯的濃度。為了降低風(fēng)量調(diào)節(jié)時回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊姆逯?，可以采取分次增加風(fēng)量的方法。(5)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊憽?U型通風(fēng)系統(tǒng)的回采工作面，其上隅角容易聚集瓦斯。采用U型加尾巷的通風(fēng)系統(tǒng)，瓦斯聚積點移至采空區(qū)內(nèi)的尾巷入風(fēng)口，提高工作面的安全性。U型通風(fēng)系統(tǒng) 帶尾巷的U型通風(fēng)系統(tǒng)1

37、-回風(fēng)巷2-尾巷3-頂板冒落區(qū) Y形與W型通風(fēng)系統(tǒng)由于采空區(qū)內(nèi)有漏風(fēng)通道，采空區(qū)與鄰近層涌出的瓦斯很少會涌入工作面，加之進風(fēng)多了一條風(fēng)路，工作面的瓦斯?jié)舛容^低，適用于高瓦斯高產(chǎn)要求。 (6)采空區(qū)的密閉質(zhì)量 采空區(qū)內(nèi)往往積存著大量高濃度的瓦斯，如果封閉的密閉墻質(zhì)量不好，或進、回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大，就會造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，使礦井的瓦斯涌出增大。 綜合以上所述，影響瓦斯涌出量的因素是多方面的，因各礦的條件不同，涉及各種因素的影響程度也不同，并非以上所說的各因素對每一礦井來說都是符合的。例如平頂山一礦由壓入式改為抽出式通風(fēng)時，無論是瓦斯?jié)舛?，還是絕對瓦斯涌出量都影響不大。 但是對于某一具體礦山來說，

38、以上各因素總有一種或幾種因素是主要的，應(yīng)找出主要影響因素的規(guī)律性，對加強通風(fēng)和瓦斯管理是很有必要的。四、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理1、礦井瓦斯來源分析(1)瓦斯來源區(qū)劃分現(xiàn)場對礦井瓦斯來源一般分為回采區(qū)(%) 掘進區(qū)(%)已采區(qū)(%)(2)測定的方法在礦井、采區(qū)和掘進區(qū)的進、回風(fēng)流中，測定瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)量，并計算絕對瓦斯涌出量QgQ2C2/100Q1C1/100式中Q1、Q2礦分源井、采區(qū)或工作面的進、回風(fēng)量，m3/min；C1、C2礦井、采區(qū)或工作面的進、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋?。(3)計算比重以全礦井的絕對瓦斯涌出量為100%，分別計算采區(qū)、掘進區(qū)和已采區(qū)的絕對瓦斯涌出量各占礦井的絕對瓦

39、斯涌出量的百分比。返回本節(jié)2、分源治理分源治理瓦斯是針對瓦斯來源特征，采取相適應(yīng)的治理措施，即通過方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，選取效果、經(jīng)濟和安全等方面最優(yōu)的治理方法。例如：采空區(qū)瓦斯涌出量大通風(fēng)沖淡密閉抽放采空區(qū)瓦斯以上幾種方法的綜合 通過方案比較選取最優(yōu)方案。又如對掘進區(qū)瓦斯來源比重大，可采取預(yù)先抽放煤層瓦斯、邊掘邊抽放瓦斯和通風(fēng)沖淡等多種方案，從中選優(yōu)。對于回采區(qū)瓦斯涌出量大，可采取抽放本煤層瓦斯、鄰近層瓦斯、采空區(qū)瓦斯；選擇工作面通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)從U型、U型-尾巷、Y型、W型等方案中選優(yōu)。agQQk/max五、瓦斯涌出不均系數(shù)瓦斯最大涌出量與平均涌出量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)

40、式中kg給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)； Qmax該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min。返回本節(jié) 確定瓦斯涌出不均系數(shù)的方法根據(jù)需要，在確定地區(qū)(工作面、采區(qū)、翼或全礦)的進、回風(fēng)流中連續(xù)測定一段時間(一個生產(chǎn)循環(huán)、一個工作班、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)平均值代人上式，即該地區(qū)在該時間間隔內(nèi)的瓦斯涌出不均系數(shù)。 任何礦井的瓦斯涌出在時間上與空間上都是不均勻的。在生產(chǎn)過程中要有針對性地采取措施，使瓦斯涌出比較均勻穩(wěn)定。例如盡可能均衡生產(chǎn)，錯開相鄰工作面的落煤、放頂時間等。六、礦井瓦斯等級煤礦

41、安全規(guī)程第133條規(guī)定：一個礦井中，只要有一個煤（巖）層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進行管理。1、礦井瓦斯等級劃分(1)低瓦斯礦井礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且絕對瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min；(2)高瓦斯礦井礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t，或絕對瓦斯涌出量大于40 m3/min；(3)煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即為突出礦井，發(fā)生突出的煤層定為突出煤層。返回本節(jié)2、礦井瓦斯等級鑒定 規(guī)程規(guī)定：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)負責(zé)煤炭行業(yè)

42、的部門審批，并報省級煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)備案。(1)鑒定時的生產(chǎn)條件 在正常生產(chǎn)條件下進行，產(chǎn)量不低該地區(qū)總產(chǎn)量的60%。(2)鑒定時間根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇礦井絕對瓦斯涌出量較大的月份進行，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)，每天早、中、晚三班，每班分班初、班中和班末進行測定工作。 (3)鑒定工作內(nèi)容及要求在礦井、煤層、一翼、水平和采區(qū)的回風(fēng)巷道中，分別測定風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?。測定地點布置在主通風(fēng)機的風(fēng)硐內(nèi)、煤層、一翼、水平、采區(qū)的進、回風(fēng)道的測風(fēng)站內(nèi)。如無測風(fēng)站，可選在巷道斷面規(guī)整并無雜物堆積的一段平直巷道為測風(fēng)站。抽放瓦斯礦井，在鑒定日應(yīng)測定瓦斯抽放量。測定前必須做

43、好組織分工和儀表校正等準備工作。鑒定月中，記錄地面和井下氣溫、氣壓和濕度，以備參考。2460100991iiigCQQ(4)測定記錄整理與計算將測定的數(shù)據(jù)填入標準表格。絕對瓦斯涌出量每一測定地點有上、中、下三旬(三天)，每天三班，每班始、中、末三次，則每天共有9組風(fēng)量和瓦斯?jié)舛鹊臏y定結(jié)果。一天中一個測點的CH4(CO2)的絕對涌出量m3/d式中Qi1-9次中各次測得的風(fēng)量，m3/min；Ci1-9次中各次測得的風(fēng)量所對應(yīng)的風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋?。對于某一煤層、一翼、水平、采區(qū)的絕對瓦斯涌出量應(yīng)等于回風(fēng)流中的絕對涌出量減去進風(fēng)流中絕對涌出量。相對瓦斯涌出量選取鑒定月上、中、下旬三天中絕對瓦斯涌出量最

44、大的一天，按下式計算式中Qgmax鑒定月上、中、下旬三天中絕對瓦斯涌出量最大一天的值，m3/d；n鑒定月工作天數(shù)，d/month；T鑒定月產(chǎn)量，t/month。TnQqggmaxm3/t(5)礦井瓦斯等級確定 一月上、中、下旬某一天分三班進行。在礦井、煤層、一翼、水平和采區(qū)回風(fēng)道中，分別測定風(fēng)量和瓦斯?jié)舛取?抽放瓦斯礦井，鑒定期間的抽放量應(yīng)計算。 計算瓦斯涌出量。 編寫鑒定報告。確定礦井瓦斯等級時，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和采區(qū)分別計算絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量，并取其中最大值。對照瓦斯等級劃分標準確定礦井瓦斯等級，有、無煤與瓦斯突出，附上文字說明材料，報省級負責(zé)煤炭行業(yè)管理部門

45、審批，并報省級煤礦安全監(jiān)察機構(gòu)備案。七、礦井瓦斯涌出量預(yù)測是指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。新建礦井、生產(chǎn)礦井的新水平或新采區(qū)，需要預(yù)測瓦斯涌出量，以便作為礦井設(shè)計和通風(fēng)瓦斯管理的依據(jù)。統(tǒng)計法是根據(jù)已往礦井生產(chǎn)中歷年積累的相對瓦斯涌出量與開采深度的數(shù)據(jù)，外推未來深部水平相對瓦斯涌出量的預(yù)測方法。方法步驟先將礦井歷年生產(chǎn)過程中積累的qg與深度，計算出瓦斯涌出量梯度gg，然后根據(jù)gg計算出深部開采的qg。返回本節(jié)iiiwAAHH(1)根據(jù)礦井歷年積累的qg與相應(yīng)的深度按表9-3-6(P194)進行整理。開采深度取加權(quán)平均式中Hw加權(quán)平均開采深

46、度，m；Hi統(tǒng)計期內(nèi)，第i采煤區(qū)段的開采深度，m；Ai統(tǒng)計期內(nèi)，第i采煤區(qū)段的產(chǎn)煤量，t。計算瓦斯涌出量梯度gg瓦斯涌出量梯度是指深度與相對瓦斯涌出量的比值。物理意義為相對瓦斯涌出量每增加1m3/t時深度所增加的米數(shù)。瓦斯涌出量梯度為1212qqHHggngqqHHg1212m/m3/t式中H1、H2甲烷帶內(nèi)兩個已采深度，m；q1、q2對應(yīng)于H1、H2深度的相對瓦斯涌出量，m3/t；n指數(shù)，在垂深1000mm內(nèi)，n1。則在開采深度1000m內(nèi)gmmgHHqq11gmgHHqq00(2)根據(jù)瓦斯涌出量梯度gg，計算H深度的相對瓦斯涌出量qmm3/t或式中 H0瓦斯風(fēng)化帶下限深度，m； q0瓦斯風(fēng)

47、化帶下界相對瓦斯涌出量，q02m3/t。使用統(tǒng)計法注意：此法只適用于甲烷帶內(nèi)，且外推深度100200m。要有充足的瓦斯涌出量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)越多，精度越高。第四節(jié) 瓦斯噴出瓦斯噴出的分類和特點瓦斯噴出的規(guī)律瓦斯噴出的預(yù)防返回瓦斯噴出是指大量的承壓瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象(大量瓦斯在壓力狀態(tài)下，從煤、巖裂縫中噴出的現(xiàn)象)。它是瓦斯特殊涌出的一種形式。特點：突然性，涌出量大，動力效應(yīng)，噴出的物質(zhì)為氣相。危害性：造成噴出地點人員窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸和火災(zāi)、強大噴出產(chǎn)生動力效應(yīng)并導(dǎo)致破壞作用。一、瓦斯噴出的分類和特點瓦斯噴出具備的兩個條件：一是存在承壓狀態(tài)的瓦斯；二是存在瓦斯噴出的通道，即周圍

48、煤巖裂隙的存在。根據(jù)噴瓦斯裂縫出呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成地質(zhì)構(gòu)造和采掘地壓形成的兩大類。1、地質(zhì)構(gòu)造形成高壓瓦斯沿原始地質(zhì)構(gòu)造孔洞或裂縫噴出。發(fā)生地點發(fā)生地點：地質(zhì)破壞帶、斷層帶、石灰溶洞裂隙區(qū)、背斜或向斜軸部儲瓦斯區(qū)等。特點特點：瓦斯流量大，持續(xù)時間長，無明顯地壓呈現(xiàn)預(yù)兆。掘進巷道的瓦斯噴出一般位于工作面迎頭周圍，噴出瓦斯裂縫多屬于開放性裂縫。返回本節(jié)實例：1960年9月4日，四川中梁山煤礦南井390m水平北茅口灰?guī)r大巷掘進，此處正位于背斜軸部，距斷層破壞帶約40m。放炮與石灰?guī)r溶洞裂隙(兩條各寬10-100mm)相遇，隨炮響后，緊接著響了一聲比炮聲更大的震動聲，大量噴出瓦斯，“霧”

49、氣彌漫，充滿整個回風(fēng)巷，高壓瓦斯氣流將人吹倒，直徑為100-200mm大的石塊飛揚，噴出瓦斯達36萬m3，使127人窒息，噴出持續(xù)2周。2、采掘地壓形成這類噴出也往往與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，使原來處于封閉狀態(tài)的構(gòu)造裂隙在采掘地壓與瓦斯壓力的共同作用下很容易張開、擴展開來，成為瓦斯噴出的通路。發(fā)生地點發(fā)生地點：往往與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，在地質(zhì)破壞區(qū)，原來處于封閉狀態(tài)的構(gòu)造裂隙。特點特點：噴出時有地壓顯現(xiàn)，有顯著的預(yù)兆（工作面來壓、支架響、掉碴、支架折斷），持續(xù)時間較短，噴出瓦斯量與卸壓區(qū)面積及其瓦斯貯量有關(guān)。 四川南桐煤礦三號層0307工作面回采了346m2時，瓦斯突然大量噴出。持續(xù)109小時，總噴出量為75

50、100m3。該工作面位于王家壩向斜軸部，這是典型的由卸壓產(chǎn)生裂隙及原有構(gòu)造裂隙張開(縫寬達100 mm以上)，形成卸壓瓦斯噴出的通道而引發(fā)的瓦斯噴出。工作面煤厚(三號煤層)0.4m，傾角270，距地表垂深310m，采高0.6m，工作面長40m，用全部陷落法管理管理頂板，本開采層是下部四號層(有嚴重瓦斯突出危險)的保護層、該工作面當(dāng)時正處在王家壩向斜軸部地區(qū)，距軸線60 m，距潛伏斷層F的距離為40 m。二、瓦斯噴出的規(guī)律1、瓦斯噴出與地質(zhì)變化有密切關(guān)系，一般噴出均發(fā)生在地質(zhì)變化帶。2、噴出與煤層頂、底板巖層中有溶洞、裂隙發(fā)育的石灰?guī)r有關(guān)。 3、噴出前一般均有預(yù)兆，如瓦斯?jié)舛容^大，或忽大忽小，以

51、及瓦斯噴出量增加時的嘶嘶聲等。4、瓦斯噴出一般具有明顯的噴出口或裂隙。返回本節(jié)三、瓦斯噴出的預(yù)防1、探明地質(zhì)構(gòu)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(cè)打前探鉆孔，探明是否存在斷層、裂隙和溶洞。前探鉆孔的要求是：(1)立井和石門掘進揭開有噴出危險的煤層時，在該煤層10m以外開始向煤層打鉆。鉆孔直徑不小于75mm，鉆孔數(shù)不少于3個，并全部穿透煤層。返回本節(jié)(2)在瓦斯噴出危險煤層中掘進巷道時，可沿煤層邊掘進邊打超前孔，鉆孔超前工作面不得少于5m?？讛?shù)不得少于3個，鉆孔控制范圍要超出井巷側(cè)壁23m。 (3)巷道掘進時，如果瓦斯將由巖石裂隙、溶洞以及破壞帶噴出時，前探鉆孔直徑不小于7

52、5mm，孔數(shù)不少于2個，超前距不小于5m。 2、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、范圍大、瓦斯量大、噴出強度大、持續(xù)時間長、則可插管進行抽放。3、引導(dǎo)瓦斯到回風(fēng)道噴出瓦斯的裂隙范圍較小且瓦斯噴出量較大時，可用風(fēng)筒將瓦斯引到回風(fēng)道或引到距工作面20米以外的巷道中，以保證工作面能安全放炮。1-引排瓦斯罩2-軟管3-瓦斯管 4、堵塞裂隙當(dāng)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，防止瓦斯噴出，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(fēng)系統(tǒng)，并加大供風(fēng)量。作業(yè)人員要配備隔離式自救器，并熟悉避災(zāi)路線。第五節(jié) 煤

53、(巖)與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出概況煤與瓦斯突出分類煤與瓦斯突出的機理和規(guī)律綜合防突措施煤與瓦斯突出的防治措施突出危險性預(yù)測返回一、煤與瓦斯突出概況1、概念煤礦地下采掘過程中，在很短時間（數(shù)分鐘）內(nèi)，從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘工作空間突然噴出煤（巖）和瓦斯的現(xiàn)象，稱為煤（巖）與瓦斯突出，簡稱瓦斯突出或突出 。突出時，常伴有聲響和較大的動力效應(yīng)，它能摧毀井巷設(shè)施，破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使井巷充滿瓦斯和煤(巖)拋出物，能造成人員窒息，煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸與火災(zāi)事故，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷等，它是煤礦最嚴重的災(zāi)害之一。返回本節(jié)2、國內(nèi)外突出情況在世界煤炭工業(yè)中已發(fā)生煤與瓦斯突出超過3萬次，中國幾乎占三分

54、之一。世界上突出最嚴重的國家是中國，其次是獨聯(lián)體國家。突出在千次以上的國家有中國、法國、原蘇聯(lián)、波蘭和日本等五國。世界上第一次有記載的是1834年3月22日法國伊薩克礦井在急傾斜厚煤層平巷掘進工作面發(fā)生的突出。煤礦最大的突出發(fā)生在烏克蘭的頓巴斯的加加林礦(Gagarin Colliery)，突出煤量14,500 t，瓦斯600,000 m3。中國在1949年前煤礦開采深度較淺，突出現(xiàn)象僅偶爾所聞。我國第一次有記載的突出，是1950年在吉林省遼源市富國西二坑，垂深為280m掘進煤巷發(fā)生的。1958年6月3日，南桐直屬一井首次發(fā)生了強度為1646 t的特大型突出，爾后在湖南紅衛(wèi)煤礦，北票、天府、樂

55、平、六枝等礦務(wù)局也相繼發(fā)生了千噸的特大型突出。據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，我國已發(fā)生16000余次煤與瓦斯突出，其中突出強度在千噸以上的特大型突出有百余次，最大的突出1975年發(fā)生于天府礦務(wù)局三匯壩一礦，突出煤巖12780 t、瓦斯1.4106 m3，為世界上第二大突出，各產(chǎn)煤省均有發(fā)生煤與瓦斯突出現(xiàn)象。二、煤與瓦斯突出分類1、按突出動力現(xiàn)象的力學(xué)特征分類將礦井中有瓦斯參與拋出煤巖的現(xiàn)象稱為礦井瓦斯動力現(xiàn)象。(1)突出發(fā)動突出的主要作用力是地應(yīng)力和瓦斯壓力的聯(lián)合作用，通常以地應(yīng)力為主，瓦斯壓力為輔，重力不起決定作用。實現(xiàn)突出的基本能源是煤內(nèi)積蓄的高壓瓦斯?jié)撃堋?2)壓出發(fā)動與實現(xiàn)壓出的主要作用力是地應(yīng)

56、力，瓦斯壓力與煤的自重是次要因素，壓出的基本能源是煤巖所積蓄的彈性變形能。返回本節(jié)(3)傾出發(fā)動傾出的主要因素是地應(yīng)力，即結(jié)構(gòu)松軟，含有瓦斯致使內(nèi)聚力降低的煤，在較高地應(yīng)力作用下，突然破壞，失去平衡，為其低位能的釋放創(chuàng)造了條件，實現(xiàn)傾出的主要力是失穩(wěn)煤的自重。這三類動力現(xiàn)象的發(fā)動都以在應(yīng)力為主，對震動以及引起應(yīng)力集中的各因素都非常敏感，在應(yīng)力集中帶，地質(zhì)構(gòu)造帶、松軟煤帶都易發(fā)生這三類現(xiàn)象，反之凡能使地應(yīng)力得到緩和和減小的措施都可以減弱甚至消除它們的發(fā)生。2、按動力現(xiàn)象強度分類強度是指每次動力現(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)。(1)小型突出：強度50t/次（突

57、出后，經(jīng)過幾十分鐘瓦斯?jié)舛瓤苫謴?fù)正常）。(2)中型突出：強度5099t/次（突出后，經(jīng)過一個工作班以上瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。(3)次大型突出：強度100499t/次（突出后，經(jīng)過一天以上瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。(4)大型突出：強度500999t/次（突出后，經(jīng)過幾天回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛瓤芍鸩交謴?fù)正常）。(5)特大型突出：強度1000t/次（突出后，經(jīng)過長時間排放瓦斯，回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯?jié)舛炔呕謴?fù)正常）。3、按突出危險程度劃分根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定(2009年制定)，對于突出危險程度的劃分規(guī)定如下：(1)突出礦井與突出煤層突出礦井是指在礦井的開拓、生產(chǎn)范圍內(nèi)有突出煤層的礦井。突出煤層是指在礦井井田

58、范圍內(nèi)發(fā)生過突出的煤層或者經(jīng)鑒定有突出危險的煤層。礦井有下列情況之一的，應(yīng)當(dāng)立即進行突出煤層鑒定；鑒定未完成前，應(yīng)當(dāng)按照突出煤層管理：煤層有瓦斯動力現(xiàn)象的；相鄰礦井開采的同一煤層發(fā)生突出的；煤層瓦斯壓力達到或者超過0.74MPa的。突出煤層和突出礦井的鑒定由煤礦企業(yè)委托具有突出危險性鑒定資質(zhì)的單位進行。(2)突出危險區(qū)和無突出危險區(qū)突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測可劃分為突出危險區(qū)和無突出危險區(qū)。(3)突出危險工作面與無突出危險工作面工作面突出危險性預(yù)測是預(yù)測工作面煤體的突出危險性。突出危險工作面必須采取工作面防突措施，并進行措施效果檢驗。無突出危險工作面必須在采取安全防護措施并保留足夠的突出預(yù)測超前距或防

59、突措施超前距的條件下進行采掘作業(yè)。三、煤與瓦斯突出的機理和規(guī)律1、煤與瓦斯突出的機理解釋突出原因和突出過程的理論稱為突出機理。突出是個很復(fù)雜的動力現(xiàn)象，至今已提出許多假說，概括起來有三大類：(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作用；(2)地應(yīng)力說：認為突出主要是地應(yīng)力作用的結(jié)果；(3)綜合說：認為突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的結(jié)構(gòu)性能綜合作用的結(jié)果，國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者擁護綜合說。返回本節(jié)2、突出過程煤與瓦斯突出的發(fā)展過程，可分為準備、激發(fā)、發(fā)展和終止等四個階段。準備階段 一是能量積聚過程，如形成地應(yīng)力集中，其彈性能增加；孔隙壓縮，使瓦斯壓縮能提高。二是阻力降低過程，如落煤工序使煤

60、體由三向受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎蛏踔羻蜗蚴軌籂顟B(tài)，煤體強度突然下降等。激發(fā)階段在此階段，處于極限應(yīng)力狀態(tài)的部分煤體突然破碎卸壓，發(fā)出巨響和沖擊，向巷道方向作用的瓦斯壓力的推力由于煤體的破裂，瞬間增加幾倍至十幾倍，伴隨著裂隙的生成與擴張，膨脹瓦斯流開始形成，大量吸附瓦斯進入解吸過程而參與突出。發(fā)展階段其特點：一是由地應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用，突出從激發(fā)點起向內(nèi)部連續(xù)剝離并破碎煤。二是破碎的煤在不斷膨脹的承壓瓦斯風(fēng)暴中邊運送邊粉碎，此過程主要是瓦斯內(nèi)能作功的過程。終止階段突出的終止有兩種情況：一是要剝離與破碎煤體的擴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。二是當(dāng)突出孔發(fā)展到一定程度時，由