煤礦安全地質(zhì)學

1、第二章 安全地質(zhì)條件教學目的： 通過本章的學習，使大家掌握礦井瓦斯的基本特征，瓦斯含量、煤與瓦斯突出的影響因素；掌握煤層自燃和煤塵爆炸的危害和影響因素；掌握地溫的基本知識。教學內(nèi)容： 2-1 瓦斯地質(zhì)2-2 煤的自燃2-3 煤塵重點和難點12-1 瓦斯地質(zhì)一、瓦斯概述（一）瓦斯的概念1.瓦斯 瓦斯是指在煤礦生產(chǎn)的過程中，從煤層和圍巖中釋放出的一種多成分的混合氣體。 22.瓦斯的成分和性質(zhì)（1）成分CH4N2CO2（2）性質(zhì)3無色、無味、無嗅、無毒，可燃和具爆炸性的氣體。在標準狀態(tài)下，1m3的甲烷重0.716Kg，對空氣的相對密度為0.554，比空氣輕，聚積在巷道的上部?；瘜W性穩(wěn)定，微溶于水，易

2、于擴散，滲透巖體的能力為空氣的1.6倍。當空氣中混有5%16%的甲烷時，遇高溫或明火能引起爆炸。可能引起瓦斯爆炸的甲烷最低濃度稱為爆炸下限；最高濃度稱為爆炸上限。甲烷雖然無毒，但當空氣中含量較大時，使人頭痛、嘔吐，喪失行動能力，當甲烷的濃度超過40%，氧氣的含量低于12%時，使人窒息死亡。4（二）瓦斯在煤體內(nèi)的賦存狀態(tài)（1）游離瓦斯（2）吸著瓦斯（吸附、吸收）動平衡5（三）瓦斯的成因.1生物成因 C6H10O5CH4+CO2 +5H2O+C9H6O10.煤變質(zhì)作用6（四）影響瓦斯含量的因素瓦斯含量m3/t1.煤的變質(zhì)程度2.煤層和圍巖的透氣性3.地質(zhì)構(gòu)造7未受破壞時背斜軸高向斜軸低受構(gòu)造破壞時

3、相反壓性斷裂高張性斷裂低84.煤層的埋藏深度（1）瓦斯分帶 CO2 N2 N2 N2CH4CH4瓦斯風化帶（2）瓦斯風化帶以下瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯涌出量有規(guī)律的增加（3）瓦斯梯度 瓦斯含量梯度 瓦斯壓力梯度 9確定瓦斯風化帶下線的參數(shù)：甲烷及重烴的體積分數(shù)80%;瓦斯壓力0.10.15MPa;相對瓦斯涌出量為23m3/t；煤層的瓦斯含量（與煤類有關(guān)）P46：105.地下水的活動6.煤田的暴露程度1112二、礦井瓦斯涌出量及礦井瓦斯等級（一）礦井瓦斯涌出 在采掘過程中，因采動影響從煤層及采落煤體、矸石中向井下空間放出瓦斯的現(xiàn)象。1.普通瓦斯涌出長期緩慢逸出的現(xiàn)象2.特殊瓦斯涌出（1）瓦斯噴出

4、指大量承壓瓦斯從煤巖層的裂隙中快速噴出的現(xiàn)象。噴出時伴有咝咝的聲響，但不產(chǎn)生煤和巖石拋出的動力現(xiàn)象 。（2）煤與瓦斯突出指在采掘過程中，在很短的時間內(nèi)，從采掘面內(nèi)部向采掘空間突然噴出大量煤、巖石和瓦斯的現(xiàn)象。它是一種伴有聲響和猛烈力能的效應的動力現(xiàn)象。 13（二）礦井瓦斯涌出量1.絕對瓦斯涌出量 指礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯數(shù)量，單位為m3/d或m3/min。2.相對瓦斯涌出量 指礦井在正常生產(chǎn)條件下，平均日產(chǎn)1t煤涌出的瓦斯數(shù)量。單位為m3/t。14（三）礦井瓦斯等級（1）低瓦斯礦井 q10m3/t或Q 40m3/min （2）高瓦斯礦井 q10m3/t或Q 40m3/min （3）煤與瓦斯

5、突出礦井凡發(fā)生過煤與瓦斯突出的礦井15三、煤與瓦斯突出（一）煤與瓦斯突出類型及其特征1.按突出的力學特征分類（1）煤與瓦斯突出 造成突出的基本能源為高壓瓦斯的壓縮能突出的煤或巖石由采掘工作面瞬時猛烈沖出，并產(chǎn)生巨響。拋出物具有一定的分選性。突出物表面被一層極細的如同水泥一樣的煤粉鋪蓋，稱為“微塵”或“狂塵”，厚度由內(nèi)向外變薄。突出物由氣流搬運，可隨巷道拐彎。拋出物前沿的安息角，小于煤的自然安息角。 在拋出物堆滿的巷道內(nèi)，頂部有一瓦斯通道。煤層內(nèi)的突出孔洞，常呈口小肚大的梨形。突出時有大量瓦斯噴出，瓦斯可以逆風流前進。根據(jù)突出的強度不同，逆風流的距離有大有小，可由數(shù)十米到千米，能嚴重破壞礦井的通

6、風系統(tǒng) 。1617（2）煤與瓦斯壓出 造成壓出的基本能源為煤層和圍巖中積聚的彈性應變能 在一聲或幾聲巨響下，工作面煤壁整體向外移動，或破碎跨落，或底板隆起。壓碎的煤和巖石呈大小不等的碎塊，就地堆積，沒有分選現(xiàn)象。壓出點往往形成袋形、楔形或縫形孔洞，外大內(nèi)小，外寬內(nèi)窄。壓出時有大量瓦斯涌出，有時瓦斯從裂縫中噴出，但極少見到瓦斯逆風流現(xiàn)象。壓出可拆斷支架，推走采掘設(shè)備。 1819（3）煤與瓦斯傾出 造成傾出的基本能源為重力位能傾出煤堆積在原來位置的下方，煤堆積角度為自然安息角。傾出煤呈大小不等的碎塊。傾出形成舌形、梨形和袋形孔洞；孔洞沿煤層傾向延伸，深度從幾米到幾十米，軸線傾角大于45，位于原地應

7、力集中帶內(nèi)；只發(fā)生在傾角大于45的煤層內(nèi)。伴隨有大量瓦斯涌出。 20212.按突出強度分類（1）小型突出 50t（2）中型突出 5099t（3）次大型突出 100499t（4）大型突出 500999t（5）特大型突出 1000t3.按突出發(fā)生的地點分類（1）石門突出（2）平巷突出（3）上山突出（4）下山突出（5）回采工作面突出22（三）煤與瓦斯突出的影響因素突出機理： 瓦斯為主導作用的假說（瓦斯包說，突出波說，瓦斯膨脹說） 地應力主導作用假說（巖石變形潛能說，集中應力說，地應力疊加說） 化學本質(zhì)假說（煤體化學反應引起的） 綜合作用說231.煤層的埋藏深度2.構(gòu)造應力 褶皺帶 扭轉(zhuǎn)帶 傾角急劇變

8、化帶 斷裂帶 構(gòu)造應力集中帶3.煤體結(jié)構(gòu)破壞程度4.煤的變質(zhì)程度5.煤厚變化24（四）煤與瓦斯突出規(guī)律1突出一般發(fā)生在一定深度以下。隨著開采深度的增加，突出次數(shù)增加，強度增大，突出煤層數(shù)增多，突出危險區(qū)擴大。2突出次數(shù)和強度隨著煤層厚度，特別是軟煤分層厚度的增加而增加。突出最嚴重的煤層往往是最厚的主采煤層。3突出與地質(zhì)構(gòu)造的性質(zhì)、型式和部位有關(guān)，特別是構(gòu)造應力集中的封閉型構(gòu)造突出危險性大為增加。這些構(gòu)造主要是指向斜軸部、向斜中的局部隆起、向斜與斷層或褶皺交匯地區(qū)，以及壓性或壓扭性斷裂帶、走向拐彎和傾角驟陡及煤層扭轉(zhuǎn)地區(qū)、頂?shù)装咫A梯狀凸起地段等。254突出瓦斯的主要成分為沼氣，個別為二氧化碳。突

9、出煤層的相對瓦斯涌出量都在10m3/t，發(fā)生瓦斯突出的瓦斯壓力一般要在0.71.0Mpa以上。同一煤層瓦斯壓力越高，突出危險性越大。5突出與圍巖的層厚和堅硬性有一定關(guān)系。煤層頂板厚度大、硬度高時，突出危險性增大。6突出煤層具有的特點是力學強度低，軟硬不均，透氣性差，瓦斯放散速度較高，濕度小，煤原生結(jié)構(gòu)遭受強烈構(gòu)造破壞，層理紊亂，揉皺和滑動鏡面發(fā)育。7.突出的動力作用方向大都是由上而下，突出的危險性隨煤層傾角增大而增大。268突出與采掘形成的集中應力有關(guān)。在采動應力集中的地區(qū)施工，突出危險性劇增，不僅突出次數(shù)增多，而且突出強度也大。這些地區(qū)是指臨近層的煤柱上下、相向采掘接近區(qū)、巷道開口處或兩巷道

10、貫通的煤柱內(nèi)、采煤工作面的集中應力帶內(nèi)掘進上山等。9突出絕大多數(shù)發(fā)生在落煤時，尤其是爆破震動煤體，常為誘發(fā)突出的動力因素。10突出危險性最大，發(fā)生次數(shù)最多的是石門揭穿煤層的過程中，其間突出強度極高，危險性極大 。2711突出前一般都有一些可被人們直接感覺到、細心觀察到或被儀表測定到的先兆，這些先兆主要表現(xiàn)在：在地壓顯現(xiàn)方面有煤炮聲、支架聲響、煤巖開裂、掉渣、底鼓、巖煤自行剝落、煤壁顫動、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿等；在瓦斯突出方面有瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂　⒚簤m增大、氣溫異常、氣體異常、打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、風聲、蜂鳴聲等；在煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面有層理紊亂、煤強度松軟或不均、煤暗淡無光澤、

11、煤厚增大，傾角變陡、擠壓褶皺、波狀隆起、煤體干燥、頂?shù)装咫A梯狀凸起等。28（五）突出煤層的鑒定指標.煤層瓦斯壓力.煤的破壞類型（51表2-7） 3.瓦斯放散初速度p 4.煤的堅固性系數(shù)f29（六）煤與瓦斯突出預測 1區(qū)域預測 簡稱預測。它是根據(jù)地質(zhì)和瓦斯資料，在分析突出發(fā)生規(guī)律的基礎(chǔ)上，預測礦井不同煤層和不同區(qū)域的突出危險程度，為合理制定瓦斯突出分區(qū)管理方案提供依據(jù)。（P5860） 2局部預測 簡稱預報。它是在區(qū)域預測的基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆探、采掘和專門測試資料，進一步預測礦井或采區(qū)內(nèi)局部地帶或地點的突出危險程度。作為制定防災措施，檢驗措施效果的依據(jù)。（P6064） 3突出警報 簡稱警報。它是在預測

12、預報的基礎(chǔ)上，根據(jù)突出前的預兆及儀表信息指示而發(fā)生的突出危險警報。 突出預測、預報的準確程度，取決于地質(zhì)、瓦斯資料的可靠程度和對突出規(guī)律的認識程度。 30 （七）煤與瓦斯突出的防治 1區(qū)域性措施 目前，廣泛應用的區(qū)域性防突措施是開采解放層。在開采煤層群的條件下，首先開采無突出危險或突出危險較小的煤層。籍助于它的采動影響，使突出危險煤層對應區(qū)域內(nèi)的地應力和瓦斯壓力大大降低，從而減小和消除突出煤層采掘過程中的突出威脅，故稱先采煤層為解放層。 為了保證解放層的安全開采和突出煤層瓦斯的迅速釋放，還可預先布置鉆孔抽放鄰近煤層的卸壓瓦斯，被抽放的瓦斯可供綜合利用。 2局部性措施 局部性防突措施較多，如水力

13、沖孔、煤層注水、震動放炮、松動放炮等。這些措施的主要作用是在采掘工作面前方造成一個人工控制的卸壓帶和瓦斯排放區(qū)，以消除采掘過程中的突出危險。 由于突出機理隨自然條件和生產(chǎn)條件的不同而各有特點，因此采取預防措施時，應根據(jù)具體條件確定。31四、瓦斯地質(zhì)工作的內(nèi)容和方法 （一）調(diào)查瓦斯賦存和突出的地質(zhì)條件 （1）調(diào)查構(gòu)造應力場和應力集中情況，分析構(gòu)造的開放性和封閉性，劃分瓦斯賦存帶。 （2）研究煤層厚度及其變化，圈定煤層急劇增厚和變薄帶。（3）調(diào)查煤層結(jié)構(gòu)特征，鑒別煤體結(jié)構(gòu)破壞類型，確定軟煤分層厚度與突出的關(guān)系。（4）測定煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，分析它們與瓦斯突出的關(guān)系。（5）調(diào)查水文地質(zhì)情況，分析

14、地下水、瓦斯和構(gòu)造三者間的關(guān)系。（6）調(diào)查煤層圍巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度和裂隙發(fā)育情況，鑒定圍巖的物理力學性質(zhì)，評定圍巖的透氣性。32（二）選擇煤層突出危險性判別指標 1.瓦斯指標（1）瓦斯壓力P 一般認為p0.196MPa（2at）時，無突出危險；p0.1960.98MPa（210at）時，可能有突出危險；P0.98MPa（10at）時，有突出危險。33（2）鉆孔瓦斯涌出特征 在工作面正頭打直徑為4050mm的超前孔，最好打在、類破壞煤分層上，孔深510m，完孔后用封孔器由內(nèi)向外，或由外向內(nèi)遠段封孔，測量并記錄每次封孔長度li和對應的瓦斯涌出量Qi計算出瓦斯涌出量梯度Ti= Qi / li

15、選出其中最大的梯度值Tmax作為預測突出和檢查防突措施效果的指標。該指標的突出危險臨界值，對不同礦區(qū)和不同煤層是不相同的，需通過具體試驗確定。（3）掘進巷道瓦斯涌出變化 掘進工作面發(fā)生突出前，瓦斯?jié)舛群龈吆龅汀Ｔ诰嗑蜻M工作面30m處定時測瓦斯?jié)舛?，如果放炮?5min所測瓦斯?jié)舛瘸^平時的2.5倍時就有突出危險。342.煤體結(jié)構(gòu)指標 （1）煤的篩分指數(shù)C 指天然煤樣中小于0.5mm的煤粒占總煤樣的重量百分比。 C2時，無突出危險； C27時，可能有突出危險； C7時，有突出危險。 （2）煤的瓦斯放散指數(shù)P 它表示充有瓦斯的煤放散瓦斯的快慢程度，與煤的微孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。 煤體破壞程度越高，P值一般

16、越大。P1525時，可能有突出危險。35（3）煤的堅固性系數(shù)f 通常采用落錘法測定。 若f1.2時，無突出危險；f0.60.8時，有突出危險。4）揉皺系數(shù)R 又稱為軟煤比。它是以煤的破壞類型為基礎(chǔ)，反映煤層總體破壞程度的一項指標。其一般計算公式為式中：m、m、m依次為煤層中碎裂煤（類）、碎粒煤（類）和糜棱煤（類）的厚度； M煤層總厚度。R的平均值0.20.3時，有突出危險；R0.50.7時，有嚴重突出危險。363.地應力指標主要包括自重應力、構(gòu)造應力、采動集中應力，以及與之有關(guān)的煤層埋藏深度、地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度變化和煤體結(jié)構(gòu)等。 4.綜合指標 （1）多因素評分法 日本矢野貞三提出“十項因素評分

17、法”。這十項因素是：地應力、瓦斯、斷層和褶皺、走向和傾角變化、煤質(zhì)(燃質(zhì)比固定碳/揮發(fā)分)、火成巖侵入、煤層情況、頂?shù)装迩闆r、采礦條件和其它。根據(jù)上述因素各自在突出中所起作用的大小賦予一定分值，計算出各項分值的總和，并利用總分來預測突出。該法的優(yōu)點是考慮因素全面，缺點是各因素的權(quán)重不易確定，帶有一定的人為性。為了解決這一問題，可采用多元回歸方法、模糊數(shù)學綜合評判和灰色關(guān)連系統(tǒng)理論來確定各因素的權(quán)重。37 （2）公式計算法 撫順煤研所提出的突出危險性綜合指標計算公式為K = p / f 式中D煤層突出危險性綜合指標；K煤體突出危險性綜合指標；H距地表垂深；f煤的堅固性系數(shù)；P煤層瓦斯壓力，MP；

18、p煤的瓦斯放散指數(shù)。 當D0.25，K0.15時，有突出危險；D0.25，K0.15時，無突出危險。該綜合指標主要是用于地勘、基建和新井開拓時的突出預測。 38 （四）突出點資料的收集和整理 在煤與瓦斯突出發(fā)生后，應立即進行現(xiàn)場編錄。內(nèi)容包括觀測記錄突出的時間、地點、標高和垂深，突出的預兆、類型和強度，突出空洞的大小、形態(tài)、長軸方向和所在煤層部位，煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀及其變化，煤體結(jié)構(gòu)破壞類型和特征，煤質(zhì)及牌號，煤層頂?shù)装鍘r性，突出點附近的構(gòu)造情況，突出前所采取的作業(yè)方式，并繪制突出點素描圖 為便于分析和使用突出點資料，應建立突出點卡片，并在此基礎(chǔ)上編制出突出點資料匯總表。 39（四）編制瓦

19、斯地質(zhì)圖件 1.突出點剖面圖該圖是以地質(zhì)剖面圖為基礎(chǔ)，重點反映剖面上突出點的分布與地質(zhì)條件關(guān)系的圖件。圖上除了表示突出點位置、編號、突出強度、突出空洞形態(tài)外，還應反映與突出有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造和煤厚變化等 402.突出點分布圖該圖是以突出煤層采掘工程平面圖為底圖，重點反映礦井范圍內(nèi)突出點分布與地質(zhì)條件關(guān)系的圖件。圖上主要表示突出點位置、編號、突出強度和突出類型。3.瓦斯合量預測圖該圖是以煤層底板等高線圖為底圖，重點反映礦井范圍內(nèi)瓦斯含量變化特征和規(guī)律的圖件。圖的主要內(nèi)容有：瓦斯取樣點位置、各取樣點煤層的實際瓦斯含量、瓦斯風化帶界線和瓦斯含量等值線等。4.煤與瓦斯突出預測圖該圖是以煤層底板等高線圖為底

20、圖，圖上除了表示突出點的分布情況外，還應表示瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯涌出量，煤層厚度和變異系數(shù)，軟分層厚度或揉皺系數(shù)，主壓應力方向和采動集中應力帶，控突地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)情況，以及始突深度線等。根據(jù)突出危險程度劃分出嚴重突出區(qū)、一般突出區(qū)、疑突出區(qū)和無突出區(qū)等 411-突出點；2-向斜構(gòu)造；3-背斜構(gòu)造；4-斷層；5-扭折帶；6-茅口灰?guī)r張裂隙；7-煤層等高線；8-傾角等值線；9-瓦斯地質(zhì)分區(qū)界線；10-原生結(jié)構(gòu)煤；11-碎裂煤；12-碎粒煤；13-糜棱煤；14-夾矸；一般突出區(qū)；嚴重突出區(qū)42切實查明影響突出的各種地質(zhì)匯總與突出有關(guān)的地質(zhì)、瓦斯和突出資料，編繪瓦斯地質(zhì)圖件，是瓦斯地質(zhì)工作的重

21、點內(nèi)容。432-2 煤層自燃一、煤層自燃類型及其對煤礦生產(chǎn)的影響 暴露于空氣中的煤炭自身氧化積熱達到著火點溫度而自然燃燒的現(xiàn)象，稱為煤炭自燃。（一）煤田煤層自燃1.煤田火災類型 尚未開發(fā)的煤田煤層露頭及淺部一切非控制性的燃燒煤田火災44（1）構(gòu)造式煤田火災 斷裂帶上，構(gòu)造運動形成的高溫引起的自燃（2）自燃式煤田火災 煤層因上升出露于地表引起的自燃（3）開采式煤田火災 開采、冶煉、取暖引起的自燃2.煤田火災對煤礦生產(chǎn)的影響（1）燃燒煤炭資源，造成地表塌陷，局部土地退化和發(fā)生滑坡；（2）地表植被枯萎，污染大氣和地下水，造成人呼吸系統(tǒng)及其他疾病。45（二）礦井煤層自燃 礦井煤層開采中，因采空區(qū)或煤層

22、內(nèi)煤層氧化積熱而發(fā)生的自燃現(xiàn)象。危害：1.損毀煤炭資源，凍結(jié)煤炭資源，造成接續(xù)困難；2.有毒有害氣體造成人身傷害，惡化井下環(huán)境；3.著火造成井下風量、風壓紊亂;4.可引起瓦斯和煤塵爆炸；5.造成地區(qū)環(huán)境嚴重破壞。46二、煤層自燃條件及影響因素（一）煤層自燃條件及自燃階段1.自燃條件（1）碎煤（2）充分的氧氣（3）適宜的蓄熱升溫環(huán)境472.自燃階段（1）潛伏期 煤層與空氣接觸，與氧氣相互作用過程較弱，本身無明顯升溫，周圍也不顯示升溫征兆。48S = (T0-T1)/(T0-T2) 100式中S為確定煤氧化程度的指標，；T1-被檢測煤樣的著火溫度，；T2-用過氧化氫處理過的煤樣著火溫度，；T0-加

23、上了2.5的聯(lián)笨胺以后的煤樣著火溫度，。 S 值越大，表明煤炭自燃就越接近發(fā)生。49（2）自熱期 煤的溫升明顯，且上升速度逐漸加快；由于煤的吸氧能力自動加速，因而熱量進一步積聚。煤炭開始明顯升溫的特征值一般認為在6080 之間，這一溫度稱為臨界溫度。這一階段煤的熱效應明顯，并開始出現(xiàn)煤的干餾，產(chǎn)生芳香族的碳氫化合物（CmHn）、氫氣（H2）、一氧化碳（CO）。 這個階段使用常規(guī)的檢測儀表即能測量出來，甚至能被人的感官所察覺。 50（3）燃燒期 這一階段的煤氧化速度急劇加快，溫升明顯，且溫度在臨界溫度以上，而空氣和圍巖的溫度也顯著上升，巷道中出現(xiàn)煙霧及特殊的火災氣味；如果煤溫達到著火溫度，即會出

24、現(xiàn)光和熱的激烈反應，而引發(fā)一場自燃火災。 51（二）煤層自燃的影響因素1.內(nèi)在因素（1）煤的化學成分及煤化程度（2）煤巖成分（3）水分（4）孔隙率、碎度和脆度（1）52532.外在因素（1）煤層賦存狀態(tài)和地質(zhì)構(gòu)造 （煤層厚度大、傾角陡、承受頂板壓力大；構(gòu)造復雜變動激烈；堅硬頂板）（2）采掘、通風條件 （丟煤、漏風）54三、礦井煤自燃的識別與預測（一）煤自燃傾向性鑒定 煤在常溫下氧化能力的內(nèi)在屬性稱為煤的自燃傾向性 。 自燃傾向性因煤種、煤的組分和煤巖成分、結(jié)構(gòu)的不同而異。551.色譜吸氧測定法（P71 圖2-10） 根據(jù)煤層燃燒需要吸收氧氣的原理，測定約定溫度下吸附流態(tài)氧量的大小，區(qū)分煤的自燃

25、傾向性級別的方法。 56表2-15 煤樣干燥無灰基Vdaf18 時煤自燃傾向性分類自燃等級自然傾向性質(zhì)煤的吸氧量(cm3g)容易自燃O.70自 燃0.400.70不易自燃0.4表2-16 煤樣干燥無灰基Vdaf18 時煤自燃傾向性分類自燃等級自燃傾向性質(zhì)煤的吸氧量(cm3g)全硫 ()容易自燃自 燃不易自然1.001.002.002.002.00572.氧化動力學測定法 氧化動力學是從化學動力學的角度研究煤氧化反應過程的方法。 煤的自燃傾向的氧化動力學測定方法，是通過測試在程序溫度條件下煤樣溫度達到70時煤樣罐出氣口氧氣濃度和之后的交叉點溫度，得出煤自燃傾向性的判別指數(shù)I，據(jù)此指數(shù)對煤的自燃傾

26、向性作出鑒定。58表2-17 煤自燃傾向性分類指標59（二）煤層自然發(fā)火期的確定 在一定條件下，煤炭從接觸到空氣到自燃所經(jīng)歷的時間稱煤層自然發(fā)火期。分為： 1.巷道自然發(fā)火期 2.工作面自然發(fā)火期 自然發(fā)火期決定于： 煤化程度、煤中催化或阻化作用的礦物、地質(zhì)構(gòu)造、開采開拓方法和通風方式。一般用經(jīng)驗統(tǒng)計法來確定開采煤層的自然發(fā)火期。60（三）煤層著火溫度測定 煤與氧氣接觸釋放出足夠的揮發(fā)分，與周圍大氣形成可燃混合物的最低燃燒溫度值-煤著火溫度著火溫度與煤類有關(guān)：褐煤、長焰煤305長焰煤、氣煤305345 氣煤、肥煤、焦煤345385 貧煤、瘦煤380410 無煙煤400 61（四）自燃效應的利用

27、1.人體感覺（1）初期產(chǎn)生水分，表現(xiàn)為巷道壁有水珠，地表裂隙出現(xiàn)霧氣；（2）從自熱到自燃，產(chǎn)生大量的碳氫化合物，出現(xiàn)人們?nèi)菀仔岬降拿河臀?、汽油味、松?jié)油味或焦油味；（3）通風系統(tǒng)的出風溫度高；（4）產(chǎn)生的CO2、CO使人頭痛、悶熱、精神不振、有疲倦感。622.自然發(fā)火標志性氣體分析 CO、 CO2、CH4、 C2H4、 C2H23.測量井下發(fā)熱體溫度（1）直接測溫（2）紅外線探測63四、煤層自燃區(qū)的特點和滅火措施（一）自燃區(qū)的特點（1）煤厚和煤質(zhì)變化（2）自燃區(qū)的大小受煤層厚度、結(jié)構(gòu)和地理條件控制（3）自燃區(qū)的分級 強烈自燃區(qū) 中等自燃區(qū) 微弱自燃區(qū)64（二）滅火措施1.預防 加強管理 避免丟

28、煤 防止向采空區(qū)送風 合理開采方法652.滅火措施（1）直接滅火法挖除火源水滅火沙土滅火泡沫滅火（2）間接滅火法黃土覆蓋打鉆灌水、注漿井下封閉662-3 煤塵一、煤塵爆炸的影響因素（一）煤塵特征1.煤塵濃度 煤塵爆炸必須是飛揚在巷道中達到一定濃度的煤塵。一般情況下，能引爆的煤塵濃度為3 0 2000gm3；當濃度為3 004 0 0 gm3時，爆炸力最強。2. 煤塵粒度（1）粒度越小，爆炸危險性越大 75m以下的煤塵特別是3075m的煤塵爆炸性最強；粒徑小于10m后，煤塵爆炸性增強的趨勢變得平緩 （2）粒度越小，爆炸性越強（3）粒度越小，爆炸所需溫度越低673.煤塵的揮發(fā)分 揮發(fā)分產(chǎn)率 ( V

29、daf ) 是影響煤塵燃爆的最主要因素，揮發(fā)份含量越高，其爆炸性越強，因此，Vdaf 值可視為煤塵爆炸指數(shù)。并據(jù)此劃分煤塵爆炸性等級： Vdaf 10， 非爆炸性煤塵； Vdaf 1015, 弱爆炸性煤塵； Vdaf 15, 強烈爆炸性煤塵，且數(shù)值越大，爆炸性越強；4.煤中灰分和水分水分、灰分會降低煤塵的爆炸性68（二）周圍環(huán)境1.巷道中瓦斯?jié)舛?隨著瓦斯?jié)舛鹊脑龈?，煤塵爆炸濃度下限急劇下降。 2.氧氣含量 空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低； 氧的含量低時，點燃煤塵云困難，當氧含量低于17%時，煤塵就不再爆炸。 煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆

30、炸壓力低。 693.引爆熱源 點燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個達到或超過最低點燃溫度和能量的引爆熱源。 引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃塵云。而且爆塵初爆的強度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強度也越小 70二、煤塵爆炸機理及特征（一）煤塵爆炸機理 煤塵爆炸需要具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵懸浮于空氣中，并達到一下的濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。 711.煤本身是可燃物質(zhì)，當它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增可，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開； 2.當溫度達到300400時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強，

31、放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1%左右的其他碳氫化合物； 3.形成的可燃氣體與空氣混合，在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心，當活化中心的能量達到一定程度后，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃； 4.閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈反應，導致閃燃過程急劇地循環(huán)進行；當燃燒不斷加劇，使火焰速度達到每秒數(shù)百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā?72（二）煤塵爆炸的特征1.形成高溫、高壓、沖擊波 煤塵爆炸火焰溫度為16001900，爆源的溫度達到2000以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。 在礦井條

32、件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736KPa，但爆炸壓力隨著離開爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時，后一欠爆炸的理論壓力將是前一次的57倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達1120m/s，沖擊波速度為2340m/s。732.煤塵爆炸具有連續(xù)性 由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導致新的爆炸，有時可如此反復多次，形成連續(xù)爆炸，這是煤塵爆炸的重要特征。 743.煤塵爆炸的感應期 煤塵爆炸也有一個感應期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據(jù)試驗，煤塵爆炸的感應期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般

33、為40%，揮發(fā)分越高，感應期越短。 4.揮發(fā)分減少或形成“粘焦”煤塵爆炸時，參與反應的揮發(fā)分約占煤塵揮發(fā)分含量的40%70%，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。對于氣煤、肥煤、焦煤等粘結(jié)性煤的煤塵，一旦發(fā)生爆炸，一部分煤塵會被焦化，粘結(jié)在一起，沉積于支架的巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物-焦炭皮渣或粘塊，統(tǒng)稱“粘焦”“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標志。 755.產(chǎn)生大量的CO 煤塵爆炸時產(chǎn)生的CO，在災區(qū)氣體中濃度可達2%3%，甚至高達到8%；爆炸事故中受害者的大多數(shù)（70%80%）是由于CO中毒造成的。76（三）煤塵爆炸的預防措施 1防止采面和巷道內(nèi)煤塵的產(chǎn)生和聚集選用產(chǎn)生煤塵最少的采掘機械；向煤層內(nèi)注水