《煤礦安全技術》模塊安全生產(chǎn)方針及瓦斯防治技術

煤礦安全技術平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院資源開發(fā)系通風安全教研室1安全生產(chǎn)方針與法律法規(guī)

2

一、煤礦主要災害

◆

自然災害：礦井瓦斯、礦井水災、礦井火災、礦井粉塵、礦井冒頂、礦山?jīng)_擊地壓、礦山地熱等。

◆

生產(chǎn)事故災害：爆破事故、電氣事故、提升運輸事故等。煤礦安全生產(chǎn)知識3

一、煤礦安全生產(chǎn)方針

1.安全生產(chǎn)方針

“安全生第一、預防為主、綜合治理

”（1）“安全生第一”：即處理安全與生產(chǎn)及其他工作的關系，強調突出安全，把安全放在一切工作的首要位置。（2）“預防為主”：即把事故和職業(yè)病防治于形成之前，消滅在萌芽之中。

2.貫徹安全生產(chǎn)方針基本原則與方法（1）基本原則：“管理、裝備和培訓”三并舉。

（2）方法：“推行綜合治理”煤礦安全生產(chǎn)知識4一、煤礦安全生產(chǎn)方針安全第一、怎樣做到預防為主

1規(guī)范人的不安全行為2消除物的不安全狀況消滅環(huán)境的不安全因素

物人工具對象第一講

煤礦安全生產(chǎn)方針預防為主、綜合治理。5

3.落實安全生產(chǎn)方針的標準（1）把安全工作、安全技術、技措工程和安全培訓等列入工作計劃；（2）建立健全安全生產(chǎn)責任制和獎懲辦法；（3）安全人員配備齊全、物資保證供應、資金保證到位；（4）嚴肅執(zhí)行安全規(guī)程和指令性文件；（5）把思想工作貫穿于安全生產(chǎn)的全過程；（6）堅持“四不生產(chǎn)”原則；（7）安全教育和安全培訓制度化；（8）礦井安全感強。煤礦安全生產(chǎn)知識6

二、煤礦安全工作及重要性（1）貫徹執(zhí)行安全生產(chǎn)方針和法律、法規(guī)，實施安全監(jiān)管，杜絕生產(chǎn)事故；（2）研究事故與災害發(fā)生規(guī)律，排除一切災害隱患，預防事故發(fā)生；（3）組織處理事故，搶救遇難人員；（4）創(chuàng)造礦井安全工作環(huán)境，保護作業(yè)人員生命安全和身體健康；（5）保障礦井安全生產(chǎn)，促進采礦業(yè)健康發(fā)展。

煤礦安全生產(chǎn)知識7落實安全生產(chǎn)方針的原則：管理、裝備、培訓三并重

8綜合治理是運用法律手段，經(jīng)濟手段和必要的行政手段。從發(fā)展規(guī)劃、行業(yè)管理、安全投入、科學技術、經(jīng)濟政策、教育培訓、安全立法、激勵約束、企業(yè)管理、監(jiān)管體制、社會監(jiān)督以及追究事故責任，查處違法違紀

等方面著手，抓緊解決影響制約我國安全生產(chǎn)的歷史性、深層次問題，做到思想認識上警鐘長鳴，制度保證上嚴密有效，技術支持上堅強有力，監(jiān)督檢查上嚴格細致，事故處理上嚴肅認真，綜合治理的基本方法和途徑就是要堅持標本兼治，重在治本，在采取斷然措施遏止重特大事故，實現(xiàn)治標的同時，積極探索和實施治本之策。9

2002年6月29日頒布，

2002年11月1日施行安全生產(chǎn)法第二講10

加強安全生產(chǎn)監(jiān)督管理，防止和減少生產(chǎn)安全事故，保障人民群眾生命和財產(chǎn)安全，促進經(jīng)濟發(fā)展。一、立法目的11課程模塊單元策劃設計模塊一礦井瓦斯防治技術課題任務相關知識知識鏈接理論實踐課題1礦井瓦斯涌出與管理任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定任務2礦井瓦斯檢測與管理（1）礦井瓦斯性質（2）煤層瓦斯生成與賦存（3）礦井瓦斯涌出與等級劃分（1）煤層瓦斯預測（2）礦井瓦斯?jié)舛葴y定44課題2煤礦瓦斯災害防治任務1瓦斯爆炸防治措施任務2煤與瓦斯突出防治（1）礦井瓦斯爆炸機理（2）煤與瓦斯突出機理（1）防止礦井瓦斯爆炸措施（2）防突技術措施66任務實施方法1.理論（應知）：互動討論（分學習小組）、案例分析研討；2.技能（應會）：實驗論證、體驗操作訓練、仿真操作實訓3.考核方式：任務過程綜合考評12

知識點：

◆

礦井瓦斯賦存

◆

礦井瓦斯涌出形式

技能點：

◆

煤層瓦斯的測定

◆

礦井瓦斯安全管理任務描述：

煤層瓦斯的涌出直接影響著礦井正常的生產(chǎn)，預測煤層瓦斯可以從本質把握其規(guī)律，采取有效地防治技術措施你。任務分析：

煤層瓦斯或涌出是引發(fā)礦井瓦斯事故的基礎；掌握礦井瓦斯的性質和涌出規(guī)律，可以從根本治理瓦斯。課題1礦井瓦斯涌出與管理13任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定相關知識一、礦井瓦斯性質

礦井瓦斯：礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體。1.一般性質（1）無色、無味、無臭的氣體；（2）滲透性與擴散性強；比空氣輕，相對空氣比重0.55易積存在巷道的頂部。2.災害性（1）燃燒性：混合空氣CH4濃度＜5%；（2）爆炸性：混合空氣CH4濃度5%～16%；（3）窒息：混合空氣CH4濃度＞40%；（4）噴出或突出：煤層瓦斯壓力

＞0.74MPa。14三、瓦斯的性質如下：

1、瓦斯是無色、無味、無臭的氣體。要檢查空氣中是否含有瓦斯及其濃度，必須使用專用的瓦斯檢測儀才能檢測出來。

2、瓦斯比空氣輕，在風速低的時候它會積聚在巷道頂部、冒落空洞和上山迎頭等處，因此，必須加強這些部位的瓦斯檢查和處理。

3、瓦斯有很強的擴散性。一處有瓦斯涌出，就能擴散到巷道附近。15

二、煤層瓦斯生成與賦存

1.煤層瓦斯的生成

生成過程：植物遺體→高溫和高壓作用→生成煤和瓦斯2.煤層瓦斯的賦存狀態(tài)

任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定吸附瓦斯游離瓦斯吸收狀態(tài)吸著狀態(tài)煤體孔隙※游離瓦斯呈現(xiàn)的壓力——煤層瓦斯壓力※外界壓力降低或溫度升高時，煤體吸附瓦斯向游離瓦斯狀態(tài)轉化。

16

三、煤層瓦斯含量

定義：在礦井大氣條件下（環(huán)境溫度為20℃，環(huán)境大氣壓力為0.1Mpa）單位質量煤體中所含的瓦斯氣體體積，一般用m3/t表示。任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定煤層瓦斯含量影響因素成煤與碳化程度：成煤前含有機質多，瓦斯生成量大；炭化程高，瓦斯生成量大，保存條件好，瓦斯含量大。

煤層賦存條件：煤層的瓦斯含量隨著深度的增加而逐漸增大；煤層的傾角小，瓦斯含量大。煤層瓦斯保存條件：煤層圍巖致密致密完整；瓦斯含量大；開放性斷層有利于瓦斯排放，瓦斯含量減少；褶曲背斜軸部瓦斯含量大于向斜。17

四、煤層瓦斯賦存的垂直分帶1.垂直分帶依據(jù)（CO2-N2、N2、N2-CH4為瓦斯風化帶）任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定帶名（從上到下）氣帶成因CO2N2CH4（按體積）%（按體積）%（按體積）%CO2-N2空氣~生化成因20～8020～800～10N2空氣成因0～2080～1000～20N2-CH4變質成因0～2020～8020～80CH4變質成因0～100～2080～100深18

一、煤層瓦斯含量預測

預測目的：作為確定礦井瓦斯涌出量基礎數(shù)據(jù)；為礦井通風及瓦斯抽放設計提供參數(shù)。

預測方法：地質勘探鉆孔法和井下測定法兩類。1.地質勘探鉆孔法（1）預測實質：勘探鉆孔煤樣解吸法測定煤層原始瓦斯含量

。（2）預測步驟：地勘鉆孔見煤層采取煤樣→現(xiàn)場測定煤樣瓦斯解吸量→推算煤樣損失瓦斯量→試驗室測定煤樣殘存瓦斯含量→數(shù)據(jù)整理計算煤層瓦斯含量。任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定真空脫氣裝置任務實施19

2.井下測定法（1）預測實質：利用煤屑瓦斯初速度與煤層氣體含量的直接關系測算瓦斯含量。

（2）預測方法：間接法、解吸法和解吸系數(shù)法。間接預測法：利用煤層瓦斯壓力和煤的吸附等溫線確定煤的瓦斯含量。該法是在已揭露的煤層測壓，測定結果的可信度更低。

解吸預測法：是地勘解吸法在井下的應用。

解吸系數(shù)預測法：利用多參數(shù)氣體解吸儀通過井下煤層鉆屑氣體解吸初速度，直接測定瓦斯含量。（3）井下煤層瓦斯含量快速測定步驟：調節(jié)儀器參數(shù)進入工作狀態(tài)→記錄煤樣暴露時間→測定煤樣分篩裝罐與儀器進氣口連接

→讀取記錄測定數(shù)值任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定20

一、煤層瓦斯壓力預測

預測目的：為研究煤層瓦斯含量、瓦斯涌出、瓦斯流動、煤與瓦斯突出、瓦斯抽放設計等，提供重要參數(shù)。1.煤層深部瓦斯壓力預測根據(jù)煤層瓦斯帶內(nèi)的瓦斯壓力隨深度的增加而增加，多數(shù)煤層呈線性增加規(guī)律，推算深部煤層瓦斯壓力。

Pi=P0+ｇ（H-H0)

據(jù)我國各煤礦瓦斯壓力隨深度變化實測，瓦斯壓力梯度ｇ一般在0.007～0.012MPa/m。瓦斯風化帶下部邊界瓦斯壓力P0一般為０.２MPa。任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定０２４６８10200400600800100021

2.井下煤層瓦斯壓力的直接測定

測定原理：通過鉆孔揭露煤層，安設測定儀表并密封鉆孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測定在鉆孔揭露處達到平衡的瓦斯壓力。

測定過程：鉆孔→

安設測壓裝置→封孔→觀測瓦斯氣體壓力→記錄任務1瓦斯基本參數(shù)及其測定1—三通；2—壓力表；3—密封粘液罐；4—阻退楔；5—輸液管；6—膠囊；7—密封粘液；8—膠囊2；9—壓力水罐；10—鉆孔

22

一、礦井瓦斯涌出瓦斯涌出：礦井建設和生產(chǎn)過程中煤巖體內(nèi)的部分瓦斯釋放到井巷和采掘工作面空間的現(xiàn)象。

任務2礦井瓦斯檢測與管理礦井瓦斯涌出形式

普通涌出形式：瓦斯通過煤巖裂隙均勻、緩慢、連續(xù)不斷地向采掘工作面空間釋放。

特點：觀察不出、面廣普遍，涌出持久。

特殊涌出形式：

瓦斯噴出——煤體裂隙、空洞內(nèi)的高壓游離瓦斯，通過煤體破壞裂隙或鉆孔噴出。煤與瓦斯突出——煤體高壓瓦斯與破壞性碎煤巖突然突出。

特點：呈強大動力，涌出瓦斯量大、局部突發(fā)性。相關知識23

二、礦井瓦斯涌出量及表示方法

礦井瓦斯涌出量：單位時間內(nèi)從煤層以及采落的煤（巖）體涌入礦井中的氣體總量，礦井進行瓦斯抽放時包括抽放瓦斯量。任務2礦井瓦斯檢測與管理礦井瓦斯涌出量表示方法

絕對瓦斯涌出量QCH4：單位時間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位

m3/min或m3／d

QCH4=Qf×C

相對瓦斯涌出量qCH4：正常生產(chǎn)條件下平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位m3/t

24

三、礦井瓦斯涌出來源

任務2礦井瓦斯檢測與管理※

礦井建設時期瓦斯主要來源于井巷掘進區(qū)；※礦井生產(chǎn)時期瓦斯主要來源于采煤區(qū)和采空區(qū)。25

四、礦井瓦斯等級劃分

1.劃分依據(jù)

礦井相對瓦斯涌出量、絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式。

2.劃分標準:

低瓦斯礦井：qCH4≤10m3/t且QCH4≤40m3/min

高瓦斯礦井：qCH4≥10m3/t或QCH4≥40m3/min

煤與瓦斯（二氧化碳）突出礦井：只要發(fā)生過一次突出五、礦井瓦斯管理礦井瓦斯管理：就是依據(jù)礦井瓦斯等級，按掘進區(qū)瓦斯、回采區(qū)瓦斯和采空區(qū)瓦斯來源和作業(yè)特點，采取相應的管理措施。任務2礦井瓦斯檢測與管理26

五、礦井瓦斯管理礦井瓦斯管理：就是依據(jù)礦井瓦斯等級，按掘進區(qū)瓦斯、回采區(qū)瓦斯和采空區(qū)瓦斯的來源和工作面作業(yè)特點，采取相應的管理措施。1.瓦斯鑒定管理

（1）每年必須進行一次礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定，并報煤炭管理部門審批，報煤礦安全監(jiān)察機構備案。（2）煤與瓦斯（二氧化碳）突出礦井必須按《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》進行鑒定，報省級煤炭行業(yè)管理部門、煤礦安全監(jiān)管部門、煤礦安全監(jiān)察機構備案。

任務2礦井瓦斯檢測與管理27

2.瓦斯檢查管理（1）礦井總回風巷或一翼回風巷風流中CH4或CO2濃度超過0.75%時，必須必須查明原因，采取措施進行處理，并報告礦務局總工程師。（2）采區(qū)回風巷、采掘工作面回風巷風流中瓦斯?jié)舛瘸^1%時，必須停止作業(yè)，采取有效措施，進行處理。（3）采掘工作面風流中瓦斯?jié)舛冗_到1%時，必須停止用電鉆打眼；達到1.5%時，必須停止工作，切斷電源，進行處理；采掘工作面?zhèn)€別地點積聚瓦斯?jié)舛冗_到2%時，要立即進行處理，附近20m內(nèi)，必須停止機器運轉，并切斷電源。只有在瓦斯?jié)舛冉档?%以下，才許開動機器。（4）放炮地點附近20m以內(nèi)風流中的瓦斯?jié)舛冗_到1%時，禁止放炮。（5）煤與瓦斯突出礦井，要實行“四位一體”的綜合防突措施，即采取以防治突出技術措施為主，同時進行突出危險性預測、防治突出技術措施的效果檢驗。任務2礦井瓦斯檢測與管理28

一、礦井瓦斯?jié)舛葯z測

井下測定瓦斯?jié)舛饶康模簻蚀_掌握瓦斯情況，有針對性地采取各種預防措施，確保安全生產(chǎn)。

（一）檢查地點1.掘進工作面檢測掘進巷道的A點和B點要重點瓦斯，A點位置距工作面200mm，B點位置距掘進巷道5m～10m。此外，在掘進巷道冒頂處上方，有向外涌出瓦斯的掘進巷道內(nèi)裂縫、裂隙處都要設測點檢查瓦斯。任務2礦井瓦斯檢測與管理任務實施壓入式掘進工作面瓦斯測點布置AB

5m～10m

200mm29

2.采煤工作面及其附近采煤工作面的瓦斯來源于煤壁和采空區(qū)。下列地點要設測點檢查瓦斯：采煤工作面上、中、下部；采煤工作面上隅角和尾巷內(nèi)；工作面回風巷與運輸巷；采煤工作面冒頂處。3.其他巷道和洞室在不通風的地方或通風不好的地方均要設測點，如采煤工作面開切眼；密閉墻外面；并聯(lián)通風巷道中風速較低的巷道內(nèi)；礦井總回風巷或一翼總回風巷；可能有瓦斯積聚的機電調室內(nèi)，如采區(qū)絞車房等。任務2礦井瓦斯檢測與管理采煤工作面運輸機巷機電硐室30

（二）礦井瓦斯?jié)舛葴y定儀器

1.光學瓦斯測定器（理研型）利用氣體物質與光干涉變化關系測定CH4和CO2的濃度。

2.瓦斯測定警報儀（無焰燃燒型）利用載體催化元件（或熱導元件）將CH4非電物理量轉換成電量物理量，測定顯示CH4濃度值，并實施設定超限濃度的聲光報警。

任務2礦井瓦斯檢測與管理便攜式光學瓦斯?jié)舛葴y定器便攜式瓦斯?jié)舛葴y定警報儀瓦斯?jié)舛葴y定傳感器31

1.檢查前的準備工作實訓：光學瓦斯測定器的操作方法◆

水分吸收管藥品（氯化鈣或硅膠）：藍色、呈顆粒狀，為合格。

◆

CO2吸收管藥品(鈉石灰)：粉紅色，顆粒直徑在3～5mm，為合格。

檢測前準備工作檢查藥品性能檢查氣路系統(tǒng)檢查光路系統(tǒng)◆

檢查漏氣：堵住進氣口，用手捏扁吸氣球，然后放松，球體不膨起表明儀器密封良好。

◆

檢查氣路暢通：放開進氣口，吸氣球立即膨起，表明氣路暢通。

◆檢查光譜：按下光源電門，分劃板刻度和光干涉條紋清晰，為合格。

◆

檢查微讀數(shù)：按下微讀數(shù)電門，微讀數(shù)窗口光線明亮，為合格。

32

2.井下檢測瓦斯操作步驟（1）清洗瓦斯室：新鮮風流中捏放吸氣球5～6次，使新鮮空氣充滿瓦斯室。

（2）調零：微讀數(shù)調零、光譜調零。（3）采取CH4氣樣：在檢測定地點將瓦斯測定器的進氣軟管送到待測位置處（距巷道頂板

200～300mm)，捏放橡皮球5～6次，使待測氣體吸入瓦斯室。

（4）讀取測定數(shù)值：按下光源電門，讀出選定黑基線位移后的整數(shù)值。任務2礦井瓦斯檢測與管理33

3.使用注意事項

（1）主調螺旋保護蓋不要擰得過緊，避免造成零位飄移。

（2）清洗氣室與調零操作步驟應在同一地點進行。

（3）藥品失效必須更換后，方可使用。

（4）井下檢測地點空氣濕度過大時，可外裝一個水分吸收藥品管。任務2礦井瓦斯檢測與管理34

二、安全監(jiān)測系統(tǒng)瓦斯傳感器的設置

1.設置要求

（1）根據(jù)瓦斯密度小于空氣密度的性質，垂直懸掛在巷道頂板（頂梁）下，距頂板（頂梁）不大于300mm，距巷道側壁不小于200mm；在有風筒的巷道中，嚴禁掛在風筒出口和風筒漏風處。（2）瓦斯傳感器必須布置在巷道頂板堅固、無淋水、安裝維護方便處。（3）傳感器設置的報警濃度、斷電濃度、復電濃度和斷電范圍符合《規(guī)程》規(guī)定。任務2礦井瓦斯檢測與管理35

2.采煤工作面瓦斯傳感器的設置（1）低瓦斯礦井采煤工作面任務2礦井瓦斯檢測與管理設置要求：報警濃度為1.0%CH4；斷電濃度為1.5%CH4；復電濃度為1.0%CH4，斷電范圍為工作面及回風巷中全部非本質安全型電氣設備。36

（2）高瓦斯礦井采煤工作面任務2礦井瓦斯檢測與管理設置要求：S1、S2報警濃度均為1.0%CH4；S1斷電濃度為1.5%CH4，S2斷電濃度為1.0%CH4；S1

、S2

復電濃度均為為1.0%CH4，斷電范圍S1、S2均為工作面及回風巷中全部非本質安全型電氣設備。

37

（3）煤與瓦斯突出礦井采煤工作面任務2礦井瓦斯檢測與管理設置要求：S1

、S2報警濃度均為1.0%CH4；S1斷電濃度為1.5%CH4，S2斷電濃度為為1.0%CH4，S1

、S2復電濃度均為為1.0%CH4；S3斷電濃度為0.5%CH4，S3復電濃度為0.5%CH4，斷電范圍S3為工作面及進回風巷內(nèi)全部非本質安全型電氣設備。38

3.掘進工作面瓦斯傳感器的設置（1）高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面任務2礦井瓦斯檢測與管理設置要求：S1和S2報警濃度均為1.0%CH4；斷電濃度S1為1.5%CH4，S2為1.0%CH4；復電濃度S1和S2

均為1.0%CH4；斷電范圍S1和S2均為掘進巷道內(nèi)全部非本質安全型電氣設備。

39

（2）掘進工作面與掘進工作面串聯(lián)通風任務2礦井瓦斯檢測與管理設置要求：S3報警濃度和斷電濃度0.5%CH4；復電濃度為0.5%CH4；斷電范圍為被串掘進巷道內(nèi)全部非本質安全型電氣設備。40

課題2煤礦瓦斯瓦斯災害防治知識點：

◆

礦井瓦斯爆炸機理

◆

礦井瓦斯致因技能點：

◆

礦井瓦斯的檢測定

◆

礦井瓦斯爆炸事故的防治任務描述：礦井瓦斯的涌出直接影響著礦井的生產(chǎn)安全，礦井瓦斯檢查和防治突出措施地從根本抑制瓦斯事故的形成。任務分析：礦井瓦斯的存在是誘發(fā)瓦斯事故的基礎；掌握礦井礦井瓦斯爆炸和突出規(guī)律，可以從根本治理瓦斯事故。41

一、瓦斯爆炸機理和效應

1.瓦斯爆成機理

瓦斯爆炸——是CH4與O2組成爆炸性混合氣體遇熱源產(chǎn)生激烈化學反應的結果。（1）爆炸性混合氣體CH4與O2充分反應時：

CH4+2O2=CO2+2H2O+882.6KJ/mol（2）爆炸性混合氣體CH4與O2反應不充分時：

CH4+O2=CO+H2+H2O※

礦井特殊的環(huán)境條件CH4與O2混合性爆炸氣體,一般為反應不充分爆炸。相關知識任務1礦井瓦斯爆炸的防治42

2.瓦斯爆炸效應（1）爆炸氣體溫度：CH4濃度9.5%爆炸產(chǎn)生的溫度，自由空間達1850℃，封閉空間達2650℃；（2）爆炸沖擊波：由爆炸前空氣壓力增大到0.75MPa；但爆炸正向沖擊波峰壓力高達2MPa；正向沖擊波疊加和反回時，可形成高達1OMPa的壓力。（3）爆炸傳播速度：每秒數(shù)百米至數(shù)千米，爆轟式傳播速度可達2500m/s。（4）產(chǎn)生有毒有害氣體。據(jù)瓦斯爆炸后的氣體成分測定，O2為6%～10%；N2為82%～88%；CO2為4%～8%；CO為2%～4%。任務1礦井瓦斯爆炸的防治43

二、瓦斯爆炸條件及其影響因素1.瓦斯爆炸基礎條件（1）瓦斯爆炸濃度：CH4爆炸濃度下限為5%，CH4爆炸濃度上限為15%。CH4濃度為9.5%時瓦斯爆炸威力最強。CH4濃度在7％～8％時最容易爆炸。（2）氧氣的濃度：爆炸混合氣體中O2＞12%。（3）引燃熱源溫度：不低于650℃～750℃、最小點燃能量為0.28mJ。任務1礦井瓦斯爆炸的防治44

2.影響礦井瓦斯爆炸的因素（1）可燃可爆性氣體的摻入：混合氣體爆炸下限降低或上限升高。如混合氣體中的CH4為3%，乙烷(C2H6)為1%時，混合氣體的爆炸下限為4.4%.

（2）可爆性煤塵的摻入：增強爆炸的猛烈程度，還可降低瓦斯的爆炸下限。如瓦斯混合氣體中煤塵濃度達68g/m3時，瓦斯的爆炸下限降低到2.5%。（3）惰性氣體的摻入：阻礙爆炸活化中性的形成，可以升高瓦斯爆炸的下限、降低上限、減小爆炸區(qū)間的范圍，又可以降低氧的濃度。如瓦斯混合氣體中加入36%N2或25.5%的CO2，可以使瓦斯空氣混合物喪失爆炸性。（4）環(huán)境初始溫度：溫度越高，瓦斯混合氣體熱化反應越快，爆炸范圍越大。（5）環(huán)境初始氣壓：壓力升高時，爆炸下限變化很小，而爆炸上限則大幅度增高。任務1礦井瓦斯爆炸的防治45

一、設備儀器及材料

1.設備儀器

（1）瓦斯爆炸試驗裝置。（2）多種氣體采樣器。

2.實驗材料

（1）標準CH4氣樣（濃度100%）。（2）CO、CO2、O2氣體檢定管。實驗

礦井瓦斯性驗證46

二、實驗步驟

1.準備工作

（1）接通電源，啟動計算機；瓦斯實驗裝置電源開關打開；（2）用紙封閉瓦斯實驗裝置的爆炸筒兩端；2.實驗操作

（1）接上瓦斯瓶充氣管充入甲烷氣體，待爆炸實驗裝置顯示器GH4濃度達所預定值后，關閉充氣閥，拔掉充氣管；（2）啟動氣壓泵，待壓力表指示0.2MPa后，關閉氣壓泵；（3）雙擊桌面實驗圖標，出現(xiàn)對話框，使監(jiān)測實驗瓦斯?jié)舛染獾剿鑼嶒炛?；?）點擊計算機實驗控制對話框中確定調節(jié)參數(shù)按鈕后，再點擊開始起爆按鈕，使爆炸裝置點火器點火引爆瓦斯。實驗

礦井瓦斯性驗證47

三、實驗結果分析

1.分析CH4在不同濃度的燃燒與爆炸實驗結果；2.CH4爆炸后的CO、CO2、O2氣體濃度。

3.瓦斯爆炸氣體成分分析。四、實驗操作安全注意事項1.實驗裝置中的點火器必須在安全切斷電源情況下，方可充入瓦斯氣體。

2.待實驗裝置沖入預定瓦斯?jié)舛群?，必須將充氣閥門和瓦斯瓶閥門關閉，并拔掉充氣軟管。

3.操作瓦斯爆炸實驗時，嚴禁爆炸管兩端站人。實驗礦井瓦斯性驗證48

三、礦井瓦斯爆炸事故引發(fā)的主要致因1.礦井瓦斯超限或積聚（1）作業(yè)場風流不足或煤巖內(nèi)瓦斯涌出異常，致使空氣中瓦斯?jié)舛瘸^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全濃度值。（2）通風不良或無風造成礦井局部空間瓦斯?jié)舛冗_2%，體積超過0.5m3。2.不安全引爆火源存在

(1)機械類：機械運行中的摩擦、堅硬巖石及鋼鐵支架、設備之間的撞擊。

(2)電氣類：與輸電線路、電氣設備有關的電火花、電弧、電器失爆等。

(3)火焰類：有燃燒反應的點燃，如吸煙、火災、氣體切割和焊接等。

(4)炸藥類：與炸藥爆破有關的點燃，如使用非許可炸藥、鉆孔充填不當引起爆破火焰等。任務1礦井瓦斯爆炸的防治49

一、防止瓦斯積聚技術措施1.采煤工作面上隅角瓦斯排除方法（1）掛風障或臨時當風帶排出上隅角瓦斯：利用設置在工作面上部的風障或臨時當風帶使一部分風流漏入采空區(qū)，沖淡上隅角瓦斯提高安全性。任務1礦井瓦斯爆炸的防治任務實施50

（2）工作面尾巷排出上隅角瓦斯

：利用工作面尾巷與采空區(qū)的氣壓差，使一部分風流流入采空區(qū)，經(jīng)上隅角、聯(lián)絡眼由尾巷排出。任務1礦井瓦斯爆炸的防治51

2.巷道頂板冒空處瓦斯排除方法（1）充填排除法：利用沙土等惰性物質充填到頂板冒落的空洞內(nèi)，將瓦斯排除防止積聚。（2）導風板引風法：利用安設在巷道頂部的擋風板將風流引入冒落的空洞中，稀釋排出瓦斯。（3）風筒分支排放法：在局部通風機風筒上安設三通或直徑較小的風筒，將部分風流直接送到冒落的空洞中排出瓦斯。

任務1礦井瓦斯爆炸的防治1—擋風板；2—坑木；3—風筒52

二、防止礦井瓦斯引燃措施1.加強爆破安全管理（1）嚴格“一炮三檢”的瓦斯檢查制度，保證放炮前后的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定的界限內(nèi)。（2）嚴格執(zhí)行“三人連鎖放炮”制度。（3）嚴格執(zhí)行井下火藥、雷管的存放、運輸管理規(guī)定，放炮員要持證上崗。2.堅強機電設備防爆安全管理（1）井下供電應做到：無“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭，有過電流和漏電保護，有接地裝置。

（2）使用檢漏繼電器、煤電鉆綜合保護、局扇風電閉鎖和瓦斯電閉鎖裝置。（3）加強機電設備的防爆性能檢驗。3.杜絕明火

（1）嚴禁攜帶易燃物品入井；嚴禁在井下存放汽油、煤油、變壓器油等。

（2）嚴禁在井口房、通風機房、瓦斯泵房周圍20m范圍內(nèi)使用明火、吸煙或用火爐取暖。

任務1礦井瓦斯爆炸的防治53

三、防止礦井瓦斯爆炸事故措施1.通風安全措施（1）實行分區(qū)式通風。各水平、各采區(qū)都應布置獨立的回風系統(tǒng)，采掘工作面采用獨立通風。（2）礦井主要通風機的出風井口，應安設防爆井蓋或防爆門裝置.（3）編制“礦井災害預防和處理計劃”，使每一入井人員都應熟悉災變時的避災方法和避災路線。2.安全隔爆、阻爆措施

（1）設置巖粉棚h或水棚阻隔爆炸火焰的傳播：利用巖粉或水吸收爆炸火焰的熱量及惰化空氣，阻礙爆炸的傳播。（2）設置自動式防爆棚：利用壓力或溫度傳感器，在爆炸發(fā)生時探測的爆炸波，及時將預先放置的水、巖粉、氮氣、二氧化碳、磷酸銨等噴灑到巷道中準確撲滅爆炸火焰，阻止爆炸火焰蔓延

任務1礦井瓦斯爆炸的防治54

一、煤層瓦斯噴出瓦斯噴出：煤層瓦斯壓力與采掘作業(yè)作用，高壓瓦斯快速經(jīng)煤巖裂隙或鉆孔大量噴射出。

1.瓦斯噴出的災害性（1）局部地區(qū)瓦斯積聚，造成高濃度瓦斯的窒息或瓦斯爆炸事故；（2）鉆孔瓦斯噴出引起瓦斯燃燒或爆炸事故。

2.瓦斯噴預兆（1）巖壓活動顯著，底板突然鼓起，支架破壞；（2）煤層變軟、變暗，無光澤；（3）瓦斯涌出濃度忽大忽小，煤巖壁有瓦斯涌出的嘶嘶聲。相關知識任務2瓦斯噴出及煤與瓦斯突出防治

55

3.煤層瓦斯噴出的原因和規(guī)律任務2瓦斯噴出及煤與瓦斯突出防治

瓦斯噴出原因與規(guī)律瓦斯噴出原因

瓦斯噴出規(guī)律

內(nèi)因:煤層或巖層的構造裂縫中貯存有大量高壓瓦斯；外因:在采掘過程中，由于爆破穿透、機械震動或地壓活動，使煤巖造成卸壓縫隙，構成瓦斯噴出的通道是（1）發(fā)生在地質變化帶，瓦斯噴出前往往出現(xiàn)預兆（2）煤層頂、底板巖層中有溶洞、裂隙發(fā)育的石灰?guī)r

（3）具有明顯的噴出口或裂隙

（4）瓦斯噴出量有大有小，噴出的持續(xù)時間從幾分鐘到幾年，甚至十幾年56

4.煤層瓦斯噴出類型與特點任務2瓦斯噴出及煤與瓦斯突出防治

噴出類型特點瓦斯沿原始地質構造洞縫噴出（1）流量大，持續(xù)時間長，無明顯的地壓顯現(xiàn)現(xiàn)象；（2）噴瓦斯裂縫多屬于開放性裂縫（張性或張扭性斷裂；（3）與儲氣層（煤層、砂巖層等）、溶洞或斷層帶相通。瓦斯沿采掘地壓形成的裂縫噴出（1）噴出頻臨發(fā)生時伴隨著地壓顯現(xiàn)效應，出現(xiàn)多種顯現(xiàn)預兆；（2）噴出持續(xù)的時間較短，其流量與卸壓區(qū)面積、瓦斯壓力和瓦斯含量大小等因素有關。57

二、煤與瓦斯突出（一）煤與瓦斯突出特征及災害性1.煤與瓦斯突出及特征煤與瓦斯突出：煤礦采掘過程中短時突然從煤巖壁涌出大量的瓦斯和碎煤（巖）現(xiàn)象。煤與瓦斯突出特征：伴有響聲和和強烈的動力能沖擊性破壞效應。2.煤與瓦斯突出的災害性（1）突出瓦斯量高達百萬m3，造成瓦斯窒息事故或引發(fā)瓦斯爆炸事故；（2）突出煤巖量可高達萬噸，嚴重堵塞巷道、破壞設備；（3）突出產(chǎn)生強大的氣流動力，破壞通風系統(tǒng)。任務2煤與瓦斯突出防治58

（二）煤與瓦斯突出分類1.按突出強度分類突出強度：指每次突出的煤巖數(shù)量和涌出的瓦斯量，主要以突出煤巖量做為劃分突出強度的依據(jù)。

小型突出：突出煤量＜100t；

中型突出：突出煤量在100t～500t

大型突出:突出煤量500t～1000t

特大型突出：突出煤量≥1000t2.按突出現(xiàn)象的理學特征分類任務2煤與瓦斯突出防治煤與瓦斯傾出煤與瓦斯突出煤與瓦斯壓出59

（三）煤與瓦斯突出規(guī)律與分布特點任務2煤與瓦斯突出防治突出規(guī)律分布特點煤與瓦斯突出危險性隨開采深度增加而增加

隨煤層埋藏深度增加煤層中的瓦斯保存條件較好，煤層瓦斯壓力及瓦斯含量增加。煤與瓦斯突出分布受地質構造控制

煤與瓦斯突出多發(fā)生在地質構造附近，突出多發(fā)生在地質構造發(fā)育和煤層條件發(fā)生變化的區(qū)域。煤與瓦斯突出分區(qū)與地質條件分區(qū)相關

突出的分區(qū)與礦區(qū)構造分區(qū)相一致，在礦區(qū)構造帶或褶皺軸部的過渡地帶，往往是煤與瓦斯突出帶。

煤與瓦斯突出與工程因素有關煤巷掘進工作面發(fā)生突出最多，平巷中發(fā)生次數(shù)高于上山和下山；突出多發(fā)生在破煤工序。60

（四）煤與瓦斯突出預兆任務2煤與瓦斯突出防治突出預兆煤炮聲、支架斷裂、巖煤開裂掉碴、底臌、巖煤自行剝落、煤壁顫動、鉆孔變形、垮孔、頂鉆、夾鉆桿、鉆機過負荷等。瓦斯涌出異常、忽大忽小，煤塵增大、氣溫異常、氣味異常，打鉆噴瓦斯，噴煤粉、哨聲、蜂鳴聲等。層理紊亂、強度降低、松軟或不均質、暗淡無光澤、厚度增大、軟分層厚度增大、傾角變陡、擠壓褶曲、波狀隆起、煤體干燥、煤體斷裂等。

地壓顯現(xiàn)預兆瓦斯涌出預兆煤體結構預兆61

（五）煤與瓦斯突出機理1.煤與瓦斯突出形成原因（1）地應力作用：煤體的自重應力、構造應力和采動應力，使煤體產(chǎn)生突然破壞和位移，增大瓦斯壓力梯度。（2）高壓瓦斯作用：壓縮煤骨架，產(chǎn)生潛能。（3）煤體結構力學性質：煤體的強度性質（抵抗破壞的能力）和結構，對突出的發(fā)動與發(fā)展起著重要的誘導作用。2.煤與瓦斯突出過程任務2煤與瓦斯突出防治突出準備階段突出發(fā)動階段突出發(fā)展階段突出停止階段62

（六）“四位一體”綜合防治煤與瓦斯突出體系任務2煤與瓦斯突出防治63

“四位一體”綜合防治煤與瓦斯突出措施：

1.突出危險性預測

方法目的：利用煤層結構、煤的理學性質、瓦斯、地應力等特征和變化情況，預測煤層突出的危險程度，為防突提供依據(jù)。

2.防治突出措施

方法目的：利用防突技術手段卸除煤體應力、降低瓦斯壓力，改變煤體物理力學性質、增大煤體的承載能力和穩(wěn)定性。3.防突措施效果檢驗方法目的：檢驗防突措施控制有效性和施工質量；確保消除突出的危險性，保證工作面安全生產(chǎn)。4.安全防護措施方法目的：利用安全防護設施或設備，保證防突作業(yè)安全和安全避災。任務2煤與瓦斯突出防治64一、區(qū)域綜合防突措施

區(qū)域綜合防突措施主要包括以下幾大項：

（一）區(qū)域突出危險性預測（二）區(qū)域防突措施（三）區(qū)域措施效果檢驗與驗證（一）區(qū)域突出危險性預測方法1.單項指標預測法根據(jù)煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標ΔP、煤的堅固性系數(shù)f和煤層瓦斯壓力等指標進行鑒定。當全部指標均達到或者超過鑒定臨界值時即為突出煤層。

。

突出煤層鑒定單項指標臨界值

任務2煤與瓦斯突出防治任務實施煤層突出危險性煤的破壞類型瓦斯放散初速度ΔP煤的堅固性系數(shù)f煤層瓦斯壓力P/MPa突出危險Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.5≥0.74652.煤層瓦斯參數(shù)結合瓦斯地質分析預測方法

（1）煤層瓦斯風化帶為無突出危險區(qū)域;（2）根據(jù)已開采區(qū)域確切掌握的煤層賦存特征、地質構造條件、突出分布的規(guī)律和對預測區(qū)域煤層地質構造的探測、預測結果，采用瓦斯地質分析的方法劃分出突出危險區(qū)域。

任務2煤與瓦斯突出防治瓦斯地質統(tǒng)計法推測同一地質單元內(nèi)下部區(qū)域的突出危險區(qū)域示意圖1—斷層；2—突出點；3—上部區(qū)域突出點在斷層兩側的最遠距離線；4—推測下部區(qū)域斷層兩側的突出危險區(qū)邊界線；5-推測的下部區(qū)域突出危險區(qū)上邊界線；6—突出危險區(qū)（陰影部分）663.煤層瓦斯壓力或瓦斯含量分析預測法在煤層瓦斯參數(shù)結合瓦斯地質分析預測突出危險區(qū)域以外區(qū)域，應據(jù)煤層瓦斯壓力P進行預測。如果沒有或者缺少煤層瓦斯壓力資料，也可根據(jù)煤層瓦斯含量W進行預測。

任務2煤與瓦斯突出防治根據(jù)煤層瓦斯壓力或瓦斯含量進行區(qū)域預測的臨界值瓦斯壓力P（MPa）瓦斯含量W（m3/t）區(qū)域類別P＜0.74W＜8無突出危險區(qū)其他情況突出危險區(qū)67（二）區(qū)域防突措施區(qū)域防突措施：在突出煤層進行采掘前，對突出煤層較大范圍采取的防突措施。區(qū)域防突措施包括開采保護層和預抽煤層瓦斯兩類。

1.開采保護層防突措施（1）開采保護層防突作用原理：開采保護層致使被保護層煤層的煤體發(fā)生膨脹變形，地應力和瓦斯壓力降低；煤層透氣性系數(shù)增大，煤層瓦斯排出，煤的強度加大。

任務2煤與瓦斯突出防治68

（2）開采保護層工作面必須超前于被保護層的掘進工作面，其超前距離不得小于保護層與被保護層層間垂距的3倍，并不得小于100m。

2.預抽煤層瓦斯防突措施（1）預抽煤層瓦斯：利用專門的巷道系統(tǒng)將瓦斯抽排至地面或井下回風巷道的安全地點，從而達到減少礦井瓦斯涌出量，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。（2）預抽煤層瓦斯方式：地面井預抽煤層瓦斯以及井下穿層鉆孔或順層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯、穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯、穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯、順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯等。任務2煤與瓦斯突出防治69案例：預抽煤層瓦斯防突措施鄰近層瓦斯抽放1—運輸巷；2—回風巷；3—回風副巷；4—抽放鉆孔本煤層瓦斯抽放

1-煤層；2-鉆孔；3-鉆場；4-運輸大巷；5-封閉墻；6-瓦斯管路70（三）區(qū)域措施效果檢驗與驗證

1.區(qū)域措施效果檢驗（1）開采保護層的保護效果檢驗主要采用殘余瓦斯壓力、殘余瓦斯含量、頂?shù)装逦灰屏考捌渌?jīng)試驗證實有效的指標和方法，也可結合煤層的透氣性系數(shù)變化率等輔助指標。并根據(jù)實測的最大殘余瓦斯壓力或最大殘余瓦斯含量按預測突出危險性臨界值指標，對預計被保護區(qū)域的保護效果進行判斷。若檢驗結果仍為突出危險區(qū)，保護效果為無效。（2）預抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施時，應以預抽區(qū)域的煤層殘余瓦斯壓力或殘余瓦斯含量為主要指標或其他經(jīng)試驗證實有效的指標和方法進行措施效果檢驗。

2.區(qū)域驗證（1）煤巷掘進和回采工作面采用工作面預測的方法對無突出危險區(qū)進行區(qū)域驗證。（2）工作面每推進10～50m（在地質構造復雜區(qū)域或采取了預抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施以及其他必要情況時宜取小值）至少進行兩次區(qū)域驗證；

任務2煤與瓦斯突出防治71

二、局部綜合防突措施

（一）局部工作面突出危險性預測1.突出危險性預測指標根據(jù)工作面預測突出鉆孔瓦斯壓力P、鉆屑瓦斯解吸指標Δh2

、鉆屑量S

、綜合指標D、K等預測工作面突出危險性。

任務2煤與瓦斯突出防治鉆屑指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性的參考臨界值鉆屑瓦斯解吸指標Δh2Pa鉆屑瓦斯解吸指標K1（mL/g?

）鉆屑量S（kg/m）（L/m）2000.565.4鉆屑瓦斯解吸指標法預測石門揭煤工作面突出危險性的參考臨界值煤樣Δh2指標臨界值(Pa)K1指標臨界值（mL/g?

）干煤樣2000.5濕煤樣1600.472

2.鉆孔瓦斯解吸初速度q值預測（1）預測工藝流程：布置鉆孔→清理鉆孔→裝入測桿→密封鉆孔→接好流量計→讀取流量q值→記錄分析

任務2煤與瓦斯突出防治73（2）預測突出危險性判定臨界值任務2煤與瓦斯突出防治煤的揮發(fā)份Vdaf(%)5～1515～2020～30>30qm(L/min)5.04.54.04.5判斷基本原則1.任一鉆孔q值≥突出危險臨界值qm

時，確定為突出危險工作面。2.各預測鉆孔q值＜突出危險臨界值qm

時，確定為無突出危險工作面。但沒預測循環(huán)應留2m的預測超前距。鉆孔瓦斯解吸初速度q