矿井通风第9章矿井瓦斯(精品).ppt

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1、1/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第九章第九章 矿井瓦斯矿井瓦斯2/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第二节 煤层瓦斯赋存与含量第一节 概述第三节 矿井瓦斯涌出第四节 瓦斯喷出第五节 煤（岩）与瓦斯突出及其预防第六节 瓦斯爆炸及其预防第七节 瓦斯抽放3/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录本章的主要内容：本章的主要内容：瓦斯概念、煤层瓦斯赋存与含量、矿井瓦斯涌出、瓦斯概念、煤层瓦斯赋存与含量、矿井瓦斯涌出、瓦斯喷出与突出、瓦斯爆炸与预防、瓦斯抽放瓦斯喷出与突出、瓦斯爆炸与预防、瓦斯抽放本章的

2、难点：本章的难点：瓦斯含量的概念和影响因素、瓦斯涌出量的概念和瓦斯含量的概念和影响因素、瓦斯涌出量的概念和影响因素煤与瓦斯突出瓦斯爆炸及其预防影响因素煤与瓦斯突出瓦斯爆炸及其预防教学难点：教学难点：突出机理影响瓦斯爆炸浓度的参数瓦斯含量及瓦斯突出机理影响瓦斯爆炸浓度的参数瓦斯含量及瓦斯涌出量的影响因素涌出量的影响因素 4/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第一节第一节 概述概述一、瓦斯的定义一、瓦斯的定义 广义上：广义上：矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的以甲烷为主的各以甲烷为主的各种有害气体种有害气体的总称。

3、煤矿井下的有害气体有甲烷（沼气）、乙烷、二氧化碳、的总称。煤矿井下的有害气体有甲烷（沼气）、乙烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氢、氮等，其中甲烷所占比重最大，一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氢、氮等，其中甲烷所占比重最大，在在8080以上。以上。狭义上：狭义上：矿井瓦斯单指矿井瓦斯单指甲烷甲烷。二、瓦斯的化学性质二、瓦斯的化学性质 瓦斯的化学名称叫瓦斯的化学名称叫甲烷甲烷(CH(CH4 4)，是无色、无味、无毒的气体。瓦斯混合到空，是无色、无味、无毒的气体。瓦斯混合到空气中后，既看不见，又摸不着，还闻不出来，只能依靠专门的仪器才能检测到。气中后，既看不见，又摸不着，还

4、闻不出来，只能依靠专门的仪器才能检测到。甲烷分子的直径为甲烷分子的直径为0.3758100.375810-9-9m m，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。其，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。其扩散速度是空气的扩散速度是空气的1.341.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。甲烷倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。甲烷标准状态时的密度为标准状态时的密度为0.716kg0.716kgm m3 3，比空气轻，与空气相比的相对密度为，比空气轻，与空气相比的相对密度为0.5540.554。瓦斯微溶于水。瓦斯微溶于水。5/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯

5、目录三、瓦斯的三、瓦斯的“三害一用三害一用”1 1窒息：窒息：甲烷虽然无毒，但其浓度如果超过甲烷虽然无毒，但其浓度如果超过5757，能使空气中氧浓度降低至能使空气中氧浓度降低至1010以下。以下。瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷，往往积存大量瓦斯如果未经检查就贸然进入，因缺瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷，往往积存大量瓦斯如果未经检查就贸然进入，因缺O O2 2而很快地昏迷、窒息，直至死亡，此类事故在煤矿井不鲜见。而很快地昏迷、窒息，直至死亡，此类事故在煤矿井不鲜见。2 2燃烧爆炸：燃烧爆炸：瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸。瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸。3 3突出：突出：在煤矿的采掘生产过程中，当条

6、件合适时，会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出，在煤矿的采掘生产过程中，当条件合适时，会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出，产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。4 4利用：利用：瓦斯可作为燃料和化工原料（碳黑和甲醛）。把煤层中的瓦斯抽到地面可以瓦斯可作为燃料和化工原料（碳黑和甲醛）。把煤层中的瓦斯抽到地面可以变害为利。变害为利。四、事故案例四、事故案例 湖南省嘉禾县何家山煤窑糊涂地认为瓦斯大时能用鼻子闻出来，他们没有瓦斯检测设湖南省嘉禾县何家山煤窑糊涂地认为瓦斯大时能用鼻子闻出来，他们没有瓦斯检测设备，靠人闻瓦斯，备，靠人闻瓦斯，1989

7、1989年年4 4月月2828日发生特大瓦斯爆炸事故，当场死亡日发生特大瓦斯爆炸事故，当场死亡1717人。人。自自16751675年英国茅斯汀矿发生第一次大型瓦斯爆炸事故以后（我国最早关于瓦斯爆炸的年英国茅斯汀矿发生第一次大型瓦斯爆炸事故以后（我国最早关于瓦斯爆炸的文献记载见于文献记载见于16031603年），世界各产煤国家都发生过各种损失程度的瓦斯爆炸事故。年），世界各产煤国家都发生过各种损失程度的瓦斯爆炸事故。天工开物天工开物之之燔石燔石章论及竖井采煤在井下安装巨竹筒以排除瓦斯和巷道支护的技术。章论及竖井采煤在井下安装巨竹筒以排除瓦斯和巷道支护的技术。6/137河南理工大学河南理工大学 安

8、全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第二节第二节 煤层瓦斯赋存与含量煤层瓦斯赋存与含量一、瓦斯的成因与赋存一、瓦斯的成因与赋存 （一）矿井瓦斯的成因（一）矿井瓦斯的成因 煤矿并下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，关于它的成因学说有多种多样。但是目前煤矿并下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，关于它的成因学说有多种多样。但是目前国内外多数学者认为煤中的国内外多数学者认为煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用过程中形成的即有机成因说瓦斯是在成煤的煤化作用过程中形成的即有机成因说。有机成因说认为：有机成因说认为：煤层瓦斯是煤层瓦斯是腐植型有机物腐植型有机物(植物植物)在成煤过程中生成的。成气过程可在成煤过程中生成的。成气

9、过程可分为两个阶段。分为两个阶段。（1 1）生物化学成气时期：）生物化学成气时期：从植物遗体到泥炭居于从植物遗体到泥炭居于生物化学成气时期生物化学成气时期。在植物沉积成煤。在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物（主要成分纤维素和木质素）在隔绝外部氧气进入和温度不初期的泥炭化过程中，有机物（主要成分纤维素和木质素）在隔绝外部氧气进入和温度不超过超过6565的条件下，被的条件下，被厌氧微生物厌氧微生物分解为分解为CHCH4 4、COCO2 2和和H H2 2O O。由于这一过程发生于地表附近，。由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。随泥炭层的逐

10、渐下上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。（2 2）煤化变质作用时期：）煤化变质作用时期：从从褐煤到烟煤，直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期褐煤到烟煤，直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期。随。随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期，有机着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期，有机物在物在高温、高压高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳

11、增加，这时生成的气体主要为作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CHCH4 4和和COCO2 2。这。这个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。但在漫长的地质年代中，在地质构个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。但在漫长的地质年代中，在地质构造造(地层的隆起、浸蚀和断裂地层的隆起、浸蚀和断裂)的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。所以不同煤田，甚至下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。所以不同煤田，甚至同一煤田不同区

12、域煤层的瓦斯含量差别可能很大。同一煤田不同区域煤层的瓦斯含量差别可能很大。7/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录（二）瓦斯在煤体内存在的状态（二）瓦斯在煤体内存在的状态 煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态、吸附状态游离状态、吸附状态 (1)(1)游离状态：游离状态：也叫也叫自由状态自由状态，这种状态的瓦斯以这种状态的瓦斯以自由气体自由气体存在

13、，存在，存在于存在于煤体或围岩的裂隙和较大煤体或围岩的裂隙和较大孔隙孔隙(孔径大于孔径大于0.01um)0.01um)内。游离瓦内。游离瓦斯量的大小与贮存空间的斯量的大小与贮存空间的容积和瓦容积和瓦斯压力斯压力成正比，与成正比，与瓦斯温度瓦斯温度成反比。成反比。8/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录（二）瓦斯在煤体内存在的状态（二）瓦斯在煤体内存在的状态 （2 2）吸吸附附状状态态：吸吸附附状状态态的的瓦瓦斯斯主主要要吸吸附附在在煤煤的的微微孔孔表表面面上上（吸吸着着瓦瓦斯斯）和和煤煤的的微微粒粒结结构构内内部部（吸吸收收瓦瓦斯斯），吸吸着着态态是是在在孔孔隙

14、隙表表面面的的固固体体分分子子引引力力作作用用下下，瓦瓦斯斯分分子子被被紧紧密密地地吸吸附附于于孔孔隙隙表表面面上上，形形成成很很薄薄的的吸吸附附层层；而而吸吸收收状状态态是是瓦瓦斯斯分分子子充充填填到到几几埃埃到到十十几几埃埃的的微微细细孔孔隙隙内内，占占据据着着煤煤分分子子结结构构的的空空位位和煤分子之间的空间，和煤分子之间的空间，如同如同气体溶解于液体中的状态（固溶体）气体溶解于液体中的状态（固溶体）。煤煤体体中中的的瓦瓦斯斯含含量量是是一一定定的的，但但以以游游离离状状态态和和吸吸附附状状态态存存在在的的瓦瓦斯斯量量是是可可以以相相互互转转化化的的，这这取取决决于于温温度度和和压压力力

15、以以及及煤煤中中水水分分等等条条件件的的变变化化。例例如如，当当温温度度降降低低或或压压力力升升高高时时，一一部部分分瓦瓦斯斯将将由由游游离离状状态态转转化化为为吸吸附附状状态态，这这种种现现象象叫叫做做吸吸附附。反反之之，如如果果温温度度升升高高或或压压力力降降低低时时，一一部部分分瓦瓦斯斯就就由由吸吸附附状状态转化为游离状态，这种现象叫做态转化为游离状态，这种现象叫做解吸解吸。在在现现今今开开采采深深度度内内，煤煤层层内内的的瓦瓦斯斯主主要要是是以以吸吸附附状状态态存存在在，游游离离状状态态的的瓦瓦斯只占总量的斯只占总量的1010左右左右。9/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学

16、院矿井瓦斯矿井瓦斯目录二、煤层中瓦斯垂直分带二、煤层中瓦斯垂直分带 形形成成原原因因：当当煤煤层层直直达达地地表表或或直直接接为为透透气气性性较较好好的的第第四四系系冲冲积积层层覆覆盖盖时时，由由于于煤煤层层中中瓦瓦斯斯向向上上运运移移和和地地面面空空气气向向煤煤层层中中渗渗透透，使使煤煤层内的瓦斯呈现出层内的瓦斯呈现出垂直分带特征垂直分带特征。四四带带：COCO2 2-N N2 2带带、N N2 2带带、N N2 2CHCH4 4带带、CHCH4 4带带。前前三三个个带带称称为为瓦瓦斯斯风化带。风化带。在近代开采深度内，瓦斯带内煤层的在近代开采深度内，瓦斯带内煤层的瓦斯含量和涌出量瓦斯含量和

17、涌出量随深度增随深度增加而有加而有规律地增大规律地增大，所以确定瓦斯风化带深度，有重要的现实意义。，所以确定瓦斯风化带深度，有重要的现实意义。我国大部分低瓦斯矿井皆是在我国大部分低瓦斯矿井皆是在瓦斯风化带瓦斯风化带内进行生产的。内进行生产的。10/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录瓦斯风化带下界深度确定依据：瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。可以根据下列指标中的任何一项确定。（1 1）煤层的相对瓦斯涌出量等于）煤层的相对瓦斯涌出量等于2 23m3m3 3/t/t处；处；（2 2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到）煤层内的瓦斯

18、组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%80%（体积比）；（体积比）；（3 3）煤层内的瓦斯压力为）煤层内的瓦斯压力为0.10.10.15MPa0.15MPa；（4 4）煤煤的的瓦瓦斯斯含含量量达达到到下下列列数数值值处处：长长焰焰煤煤1.01.01.5 1.5 m m3 3/t/t（C.M.C.M.），气气煤煤1.51.52.0m2.0m3 3/t/t（C.M.C.M.），肥肥煤煤与与焦焦煤煤2.02.02.5m2.5m3 3/t(C.M)/t(C.M)，瘦瘦煤煤2.52.5 3.0m3.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)，贫贫 煤煤 3.03.0 4.0m4.0m3 3/t(C.M.)/

19、t(C.M.)，无无 烟烟 煤煤 5.05.07.0m7.0m3 3/t(C.M.)/t(C.M.)（此处的此处的C.M.C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）瓦瓦斯斯风风化化带带深深度度决决定定于于煤煤层层的的地地质质条条件件和和赋赋存存情情况况，变变化化很很大大。围围岩岩透透气气性性越越大大、煤煤层层倾倾角角越越大大、开开放放性性断断层层越越发发育育、地地下下水水活活动动越越剧剧烈烈，则瓦斯风化带下部边界就则瓦斯风化带下部边界就越深越深。11/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录三三 影响煤层瓦斯含量的因素影响煤层瓦斯含量的

20、因素 (一一)、煤煤的的瓦瓦斯斯含含量量是是指指单单位位体体积积或或重重量量的的煤煤在在自自然然状状态态下下所所含含有有的的瓦瓦斯斯量（标准状态下的瓦斯体积），量（标准状态下的瓦斯体积），单位为单位为 m m3 3/m/m3 3(cm(cm3 3/cm/cm3 3)或或 m m3 3/t(cm/t(cm3 3/g)/g)。煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量包括包括游离瓦斯游离瓦斯和和吸附瓦斯吸附瓦斯含量之和含量之和。煤煤层层未未受受采采动动影影响响时时的的瓦瓦斯斯含含量量，称称为为原原始始瓦瓦斯斯含含量量，如如煤煤层层受受采采动动影影响响，已部分排出瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯量称为已部分排出瓦斯，则剩余

21、在煤层中的瓦斯量称为残余瓦斯含量残余瓦斯含量。(二二)、主要影响因素：、主要影响因素：1 1、煤煤的的吸吸附附特特性性(瓦瓦斯斯保保存存条条件件)煤煤的的吸吸附附性性能能决决定定于于煤煤化化程程度度，一一般般情情况况下下煤煤的的煤煤化化程程度度越越高高，存存储储瓦瓦斯斯的的能能力力越越强强。主主要要是是物物理理吸吸附附，煤煤分分子子与与瓦斯分子间的作用力瓦斯分子间的作用力(范德华力范德华力)2 2、煤层露头煤层露头-长时间与大气接触长时间与大气接触 3 3、煤层的埋藏深度煤层的埋藏深度 -深，瓦斯大深，瓦斯大 4 4、围岩透气性围岩透气性-泥岩、完整石灰岩低透气性泥岩、完整石灰岩低透气性 5

22、5、煤层倾角煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大大，瓦斯小，小，瓦斯大 6 6、地质构造地质构造-封闭地质构造，瓦斯大；开放的地质构造，瓦斯小封闭地质构造，瓦斯大；开放的地质构造，瓦斯小 7 7、水文地质条件水文地质条件-水流，带走瓦斯；水大瓦斯小，水小瓦斯大水流，带走瓦斯；水大瓦斯小，水小瓦斯大 12/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录四、煤层内的瓦斯压力四、煤层内的瓦斯压力 1 1定义定义 是处于是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动撞击所产生的撞击所产生的作用力作用力。2 2意义意义 煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯压力是决

23、定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现现象的基本参数。当煤的吸附瓦斯象的基本参数。当煤的吸附瓦斯能力相同能力相同时，时，煤层瓦斯压力越高，煤中瓦煤层瓦斯压力越高，煤中瓦斯量也就越大斯量也就越大。在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽放。在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽放与瓦斯突出问题时，都要事先掌握准确的瓦斯压力数据。与瓦斯突出问题时，都要事先掌握准确的瓦斯压力数据。规程规程规定，开采有煤与瓦斯突出危险煤层时，必须测定煤层的瓦斯规定，开采有煤与瓦斯突出危险煤层时，必须测定煤层的瓦斯压力。压力。13/137河南理工大学河

24、南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录四、煤层内的瓦斯压力四、煤层内的瓦斯压力 3 3测定方法测定方法 （1 1）直接测定法）直接测定法 直接测定煤层瓦斯压力的方法是用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定测量瓦斯压直接测定煤层瓦斯压力的方法是用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定测量瓦斯压力的地点打一钻孔，然后在钻孔中放置测压装置，再将钻孔严密封闭堵塞并将压力表力的地点打一钻孔，然后在钻孔中放置测压装置，再将钻孔严密封闭堵塞并将压力表和测压装置相连来测出瓦斯压力的。和测压装置相连来测出瓦斯压力的。直接测压法中的关键是封闭钻孔的质量。直接测压法中的关键是封闭钻孔的质量。（2 2）间接测定法）间接测

25、定法 一般情况下，未受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加一般情况下，未受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加通过不同深度煤层瓦斯压力测定，求出该煤层的瓦斯压力梯度，就可以预测其他深度通过不同深度煤层瓦斯压力测定，求出该煤层的瓦斯压力梯度，就可以预测其他深度的瓦斯压力。的瓦斯压力。瓦斯带内瓦斯压力变化规律：瓦斯带内瓦斯压力变化规律：末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。等于或小于静水压。瓦斯压力梯度：瓦斯压力梯度：或或14/137河南理工大

26、学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第三节第三节 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出瓦斯能够长时间地、持续地从煤体中释放出来，这是瓦斯涌出的基本形式，瓦斯能够长时间地、持续地从煤体中释放出来，这是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的又叫瓦斯的普通涌出普通涌出。与其对应的瓦斯特殊涌出是指在时间上突然，在空间上集。与其对应的瓦斯特殊涌出是指在时间上突然，在空间上集中、大量的瓦斯涌出，称为中、大量的瓦斯涌出，称为特殊涌出，特殊涌出，主要有主要有瓦斯喷出和煤与瓦斯突出瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。一、瓦斯涌出量一、瓦斯涌出量1 1、含含义义：矿矿井井建建设设或或生生产产过过程程中中从从煤煤与与岩岩石石内内涌

27、涌出出的的瓦瓦斯斯量量；矿矿井井瓦瓦斯斯涌涌出出量量或或翼、采区或工作面的瓦斯涌出量翼、采区或工作面的瓦斯涌出量。2 2、瓦斯涌出量表示方法、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量-单位时间涌出的瓦斯体积，单位为单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m m3 3/d/d或或m m3 3/min/min：相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量-平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m m3 3/t/t。（对应（对应Q Qg g为为m m3 3/d/d）15/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录 注意：注意：瓦斯涌出量与瓦斯含量的大

28、小不相等！瓦斯涌出量与瓦斯含量的大小不相等！因为瓦斯涌出量中除开因为瓦斯涌出量中除开采煤层涌出的瓦斯外，还有来自临近层和围岩的瓦斯，所以采煤层涌出的瓦斯外，还有来自临近层和围岩的瓦斯，所以相对瓦斯涌出相对瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大量一般要比瓦斯含量大。矿井瓦斯涌出量是决定矿井瓦斯等级和计算风量。矿井瓦斯涌出量是决定矿井瓦斯等级和计算风量的依据。的依据。由于绝对瓦斯涌出量不能反映出矿井瓦斯涌出的严重程度。煤炭生产由于绝对瓦斯涌出量不能反映出矿井瓦斯涌出的严重程度。煤炭生产中通常采用中通常采用相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量。煤矿井巷和工作面的瓦斯主要有四个来源：煤矿井巷和工作面的瓦斯主要有四个来源

29、：（1 1）从采落下来的煤炭中放出瓦斯：）从采落下来的煤炭中放出瓦斯：（2 2）从采掘工作面煤壁内放出瓦斯；）从采掘工作面煤壁内放出瓦斯；（3 3）从煤巷两帮及顶底板放出瓦斯，）从煤巷两帮及顶底板放出瓦斯，（4 4）从采空区及邻近煤层中放出瓦斯。）从采空区及邻近煤层中放出瓦斯。16/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录二、影响瓦斯涌出的因素二、影响瓦斯涌出的因素 决定于决定于自然因素自然因素和和开采技术因素开采技术因素的综合影响。的综合影响。(一一)自然因素自然因素 1 1、煤层和围岩的瓦斯含量煤层和围岩的瓦斯含量。瓦斯含量。瓦斯含量越高越高，瓦斯涌出量，瓦斯涌

30、出量越大越大。当前矿井的瓦斯当前矿井的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要因素。涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要因素。2 2、地面大气压变化。地面大气压变化。当地面大气压突然下降时，瓦斯积存区的气体压力将高于当地面大气压突然下降时，瓦斯积存区的气体压力将高于风流的压力，瓦斯就会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井风流的压力，瓦斯就会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井的瓦斯涌出量将减少的瓦斯涌出量将减少。（二）开采技术因素（二）开采技术因素 1 1、开开采采规规模模产产量量与与瓦瓦斯斯涌涌出出量量的的关关系系复复杂杂，开开采采深深度度、开开拓拓与与开开采采范范围

31、围和和矿矿井井产产量量大大，矿井瓦斯涌出量也就越大。矿井瓦斯涌出量也就越大。2 2、开采顺序与回采方法开采顺序与回采方法 -先开采，大；回采率低，大；顶板管理先开采，大；回采率低，大；顶板管理 3 3、生产工艺生产工艺-初期大，呈指数下降；落煤时瓦斯涌出量大初期大，呈指数下降；落煤时瓦斯涌出量大 4 4、风量变化风量变化-单一煤层，随风量减而增；煤层群随风量增而增单一煤层，随风量减而增；煤层群随风量增而增 5 5、采区通风系统采区通风系统-上隅角大上隅角大 6 6、采空区的密闭质量采空区的密闭质量-采空区积存着大量高浓度的瓦斯（可达采空区积存着大量高浓度的瓦斯（可达60607070）17/13

32、7河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理 为了有效地治理瓦斯，每一个矿井都要掌握影响为了有效地治理瓦斯，每一个矿井都要掌握影响瓦斯涌出的主要因素瓦斯涌出的主要因素和和各涌出来源在各涌出来源在总量中所占的比重总量中所占的比重，这是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础。，这是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础。按划分按划分目的目的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：按按水平、翼、采区来进行划分水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；，作为风量分配的依据之一

33、；按按掘进区、回采区和已采区来划分掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础；，它是日常治理瓦斯工作的基础；按按开采区、临近区划分开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础 一般是将全矿（或冀、水平）的瓦斯来源分为回采区（包括回采工作面的采空区）、一般是将全矿（或冀、水平）的瓦斯来源分为回采区（包括回采工作面的采空区）、掘进区和已采区三部分。其测定方法是同时测定全矿井、各回采区和各掘进区的绝对瓦掘进区和已采区三部分。其测定方法是同时测定全矿井、各回采区和各掘进区的绝对瓦斯涌出量。斯涌出量。四、瓦斯涌出不均系数四、瓦斯涌出不均系数 正正常

34、常生生产产过过程程中中，矿矿井井绝绝对对瓦瓦斯斯涌涌出出量量受受各各种种因因素素的的影影响响其其数数值值是是经经常常变变化化的的，但但在在一一段段时时间间内内只只在在一一个个平平均均值值上上下下波波动动，峰峰值值与与平平均均值值的的比比值值称称为为瓦瓦斯斯涌涌出不均系数出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为：矿井瓦斯涌出不均系数表示为：k kg g=Q Qmaxmax/Q/Qa a 方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度18/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录五、矿井瓦斯等级五、矿井瓦斯等级1.1.矿井瓦斯等级划分矿井瓦斯等级划分

35、 规程规程第一百三十三条第一百三十三条 一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为井即为瓦斯矿井瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：形式划分为：（一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量（一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于小于或等于10m10m3 3/t/t，且矿井绝对瓦斯且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于涌出量小于或等于40m40m3 3/min/m

36、in。（二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于（二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m10m3 3/t/t或矿井绝对瓦斯涌出量大或矿井绝对瓦斯涌出量大于于40m40m3 3/min/min。（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、，报省（自治区、直辖市）煤炭管理部门审批，并报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构备案。直辖市）煤炭管理部门审批，并报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构备案。新矿井设计文件中，应有各煤层的瓦斯含量资

37、料。新矿井设计文件中，应有各煤层的瓦斯含量资料。矿井在采掘过程中，只要发生过煤层定为突出煤层。矿井在采掘过程中，只要发生过煤层定为突出煤层。19/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录2 2、矿井瓦斯等级鉴定、矿井瓦斯等级鉴定（1 1）鉴定时间和基本条件）鉴定时间和基本条件 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行，选择矿井瓦斯绝对涌出量较大的月份，一般在七、的条件下进行，选择矿井瓦斯绝对涌出量较大的月份，一般在七、八月份。八月份。（2 2）测点选择和测定内容及要求）测点选择和测定内容及要求，确定矿井瓦斯等级时，是按每一确定

38、矿井瓦斯等级时，是按每一自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量，自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全矿井的平均值）。所以测点应布置在每并取其中最大值（而不是全矿井的平均值）。所以测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风硐、各水平、各煤层和各采区的回风一通风系统的主要通风机的风硐、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。道测风站内。（3 3）矿井瓦斯等级的确定）矿井瓦斯等级的确定，矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定 20/137

39、河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录六、矿井瓦斯涌出量预测六、矿井瓦斯涌出量预测 1 1、瓦瓦斯斯涌涌出出量量的的预预测测：指指根根据据某某些些已已知知相相关关数数据据，按按照照一一定定的的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的预测的方法：瓦斯涌出量的预测的方法：从目前的研究现状来看：瓦斯涌出量预测方法主要可分为两类：从目前的研究现状来看：瓦斯涌出量预测方法主要可分为两类：其其一一是是建建立立在在数数理理统统计计规规律律基基础础上上的的统统计计预预测测法法，该该方方法法是是依依据据矿矿井

40、井瓦瓦斯斯涌涌出出量量与与开开采采深深度度等等参参数数之之间间的的统统计计规规律律，外外推推到到预预测测区区域的瓦斯涌出量；域的瓦斯涌出量；主要用于生产矿井主要用于生产矿井；其其二二是是以以煤煤层层瓦瓦斯斯含含量量为为基基本本参参数数的的分分源源计计算算，通通过过计计算算井井下下各各瓦瓦斯斯涌涌出出源源的的涌涌出出量量，得得到到矿矿井井或或某某一一预预测测区区域域的的相相对对瓦瓦斯斯涌涌出出量量，主要用于新建矿井，以煤层瓦斯含量为基础进行计算。主要用于新建矿井，以煤层瓦斯含量为基础进行计算。21/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录 统计预测法统计预测法是国内外

41、有关矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法。该是国内外有关矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法。该方法的方法的基本原理是基本原理是：根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度，根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度，采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程，用于对深部采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程，用于对深部(或条件相同或条件相同矿井矿井)未采区域的瓦斯涌出量作出预测。未采区域的瓦斯涌出量作出预测。目前在瓦斯矿井中，最常用、最简单的预测目前在瓦斯矿井中，最常用、最简单的预测方法还是方法还是线性回归法线性回归法。2 2简

42、易统计法预测步骤及计算方法简易统计法预测步骤及计算方法 使用这种预测方法时，一般分为两步：使用这种预测方法时，一般分为两步：即首先即首先需将矿井历年生产过程中积累的实需将矿井历年生产过程中积累的实际测定的相对瓦斯涌出量，计算出相对瓦斯涌出量梯度；际测定的相对瓦斯涌出量，计算出相对瓦斯涌出量梯度；其次其次，根据计算出的瓦斯涌，根据计算出的瓦斯涌出量梯度，外推至预测深部区域，计算出深部待采煤层的相对瓦斯。出量梯度，外推至预测深部区域，计算出深部待采煤层的相对瓦斯。3 3注意事项注意事项 使用这种方法预测时，应注意如下几个方面：使用这种方法预测时，应注意如下几个方面：（1 1）该法只适用于甲烷带，外

43、推）该法只适用于甲烷带，外推(预测预测)的深度不宜的深度不宜超过超过200 m200 m，煤层倾角越小。，煤层倾角越小。外推的深度也应越小，否则可能会有较大的误差。外推的深度也应越小，否则可能会有较大的误差。（2 2）预测工作的精度决定于原始统计资料的精度和预测区同已采区的采矿及地质）预测工作的精度决定于原始统计资料的精度和预测区同已采区的采矿及地质条件的相似程度。因此要求条件的相似程度。因此要求已采水平和设计水平的开采条件已采水平和设计水平的开采条件(包括煤层开采顺序、包括煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理方法等采煤方法、顶板管理方法等)以及以及地质构造条件地质构造条件(包括煤层的地层顺序、构

44、造等包括煤层的地层顺序、构造等)应该应该相似。相似。22/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录第四节第四节 瓦斯喷出瓦斯喷出 瓦瓦斯斯喷喷出出：大大量量承承压压状状态态的的瓦瓦斯斯从从煤煤、岩岩裂裂缝缝中中快快速速喷喷出出的的现现象象。它它是是瓦瓦斯斯特特殊殊涌涌出出中中的的一一种种形形式式。其其特特点点是是瓦瓦斯斯在在短短时时间间内内从从煤煤、岩岩层层的的某某一一特特定定地地点点突突然然涌涌向向采采矿矿空空间间，而而且且涌涌出出量量可可能能很很大大，风风流流中中的的瓦瓦斯斯突突然然增增加加。由由于于喷喷出出瓦瓦斯斯在在时时间间上上的的突突然然性性和和空空间间上

45、上的的集集中中性性，可可能能导导致致喷喷出出地地点点人人员员的的窒窒息息、高高浓浓度度瓦瓦斯斯在在流流动动过过程程中中遇遇高温热源有可能发生高温热源有可能发生爆炸爆炸、有时强大的喷出还可以、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用产生动力效应并导致破坏作用。一、瓦斯喷出的原因及分类一、瓦斯喷出的原因及分类 1 1原因原因 产生瓦斯喷出的原因是，天然的或因采掘工作形成的产生瓦斯喷出的原因是，天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内，积存着大量孔洞、裂隙内，积存着大量高压游离瓦斯高压游离瓦斯，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂隙，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂

46、隙突然喷出突然喷出。2 2特点特点 喷出时的瓦斯涌出量和持续时间，决定于积存的喷出时的瓦斯涌出量和持续时间，决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力瓦斯量和瓦斯压力，从几，从几m m3 3到几到几十万十万m m3 3，几分钟到几年，甚至几十年。，几分钟到几年，甚至几十年。瓦斯喷出时并不带出煤瓦斯喷出时并不带出煤，所以煤体中没有喷出，所以煤体中没有喷出空洞。一般地，瓦斯喷出前都有明显的空洞。一般地，瓦斯喷出前都有明显的预兆，如煤层变软、变湿顶板来压、支架断裂预兆，如煤层变软、变湿顶板来压、支架断裂和底鼓、工作面风流中的瓦斯浓度增加或忽大忽小，有嘶嘶的瓦斯涌出声等。和底鼓、工作面风流中的瓦斯浓度增加或忽大忽小

47、，有嘶嘶的瓦斯涌出声等。23/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录 3 3分类分类 瓦斯喷出按成因分为两大类：瓦斯喷出按成因分为两大类：（1 1）地质来源的）地质来源的：瓦斯喷出一般发生在能贮：瓦斯喷出一般发生在能贮存瓦斯的地质构造破坏带，如断层、破裂、褶曲和石灰溶洞附近。存瓦斯的地质构造破坏带，如断层、破裂、褶曲和石灰溶洞附近。（2 2）采掘卸）采掘卸压形成的压形成的：发生于煤层顶（底）板、围岩分层断裂的回采工作面。：发生于煤层顶（底）板、围岩分层断裂的回采工作面。二、瓦斯喷出的预防二、瓦斯喷出的预防 根据一些矿井的经验，总结为根据一些矿井的经验，总结为“探、

48、排、引、堵探、排、引、堵”。探探探明地质构造探明地质构造。在瓦斯喷出可能性大的地区掘进时，可在掘进巷道的在瓦斯喷出可能性大的地区掘进时，可在掘进巷道的前方和两侧打钻孔前方和两侧打钻孔，探明是否存在断层、裂隙和溶洞探明是否存在断层、裂隙和溶洞，以便了解它们的位置、大小和瓦斯赋存情况。，以便了解它们的位置、大小和瓦斯赋存情况。排排排放或抽放瓦斯排放或抽放瓦斯。如探明断层、裂隙、溶洞不大或瓦斯量不多时，则可让它如探明断层、裂隙、溶洞不大或瓦斯量不多时，则可让它自然排放自然排放；如溶；如溶洞体积大、范围广、瓦斯量大、喷出强度大、持续时间长，则可洞体积大、范围广、瓦斯量大、喷出强度大、持续时间长，则可插

49、管进行抽放插管进行抽放。如在掘进工作面上喷出瓦斯的裂隙多，而已分布较广，可暂时停止掘进，如在掘进工作面上喷出瓦斯的裂隙多，而已分布较广，可暂时停止掘进，封闭封闭巷道接管抽放巷道接管抽放。24/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录二、瓦斯喷出的预防二、瓦斯喷出的预防 引引引导瓦斯到回风道引导瓦斯到回风道。喷出瓦斯的裂隙范围较小且瓦斯喷出量不大时，可用喷出瓦斯的裂隙范围较小且瓦斯喷出量不大时，可用风筒将瓦风筒将瓦斯引到回风道或引到距离工作面斯引到回风道或引到距离工作面2020米以外的巷道米以外的巷道中，以保证工作面中，以保证工作面能安全放炮。能安全放炮。堵堵堵塞裂隙

50、堵塞裂隙。当喷出瓦斯的裂隙范围较广，但喷出量很小时，可用当喷出瓦斯的裂隙范围较广，但喷出量很小时，可用黄泥或水黄泥或水泥堵住裂隙，阻止瓦斯喷出，泥堵住裂隙，阻止瓦斯喷出，以保证掘进工作面的安全。以保证掘进工作面的安全。对于有瓦斯喷出的工作面要有对于有瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量。独立的通风系统并加大供风量。职工配备隔离式自救器，并熟悉避灾路线职工配备隔离式自救器，并熟悉避灾路线。25/137河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院矿井瓦斯矿井瓦斯目录前探钻孔的要求：前探钻孔的要求：(1)1)立立井井和和石石门门掘掘进进有有喷喷出出危危险险的的煤煤层层时时，煤煤层层1010