矿井瓦斯防治(精品).ppt

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1、矿井瓦斯防治技术及标准中国煤矿安全技术培训中心中国煤矿安全技术培训中心华北科技学院华北科技学院朱建芳朱建芳朱建芳朱建芳 博士博士博士博士 副教授副教授副教授副教授 注册安全工程师注册安全工程师注册安全工程师注册安全工程师主要内容主要内容n n矿井瓦斯基础知识n n相关标准及鉴定规范n n防治技术n n通风系统n n瓦斯爆炸n n煤与瓦斯突出1.1.矿井瓦斯基础知识矿井瓦斯基础知识2.2.瓦斯爆炸及其防治瓦斯爆炸及其防治3.3.煤与瓦斯突出及其防治煤与瓦斯突出及其防治 4.4.矿井瓦斯抽放矿井瓦斯抽放 5.5.瓦斯事故瓦斯事故 一、矿井瓦斯一、矿井瓦斯广义：广义：指井下有毒、有害气体（包括指井下

2、有毒、有害气体（包括CHCH4 4、重烃重烃C Cn nH Hm m、H H2 2、COCO、COCO2 2、NONO、NONO2 2、SOSO2 2、H H2 2S S、惰性气体等）的总称。、惰性气体等）的总称。侠义：侠义：专指专指CHCH4 4。第一章 矿井瓦斯基础知识二、井下有害气体的来源二、井下有害气体的来源n n1、煤层及围岩内赋存并涌入矿井的气体。n n2、矿井生产过程中生成的气体（放炮等作业）。n n3、空气与煤、木材、其他材料之间缓慢化学反应生成的气体。n n4、放射性物质蜕变过程中生成的或地下水放出的放射性惰性气体，主要是氡Rn和氦He。三、瓦斯的生成过程三、瓦斯的生成过程矿

3、井瓦斯是成煤过程中的一种矿井瓦斯是成煤过程中的一种矿井瓦斯是成煤过程中的一种矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生产物伴生产物伴生产物伴生产物。古代植物。古代植物。古代植物。古代植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青质，同时生成瓦斯；质，同时生成瓦斯；质，同时生成瓦斯；质，同时生成瓦斯；此

4、后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时继续有大量瓦斯伴随生成。继续有大量瓦斯伴随生成。继续有大量瓦斯伴随生成。继续有大量瓦斯伴随生成。瓦斯的生成和煤的形成同时进行且贯穿于整个成煤瓦斯的生成和煤的形成同时进行且贯穿于整个成煤瓦斯的生成和煤的形成同时进行且贯穿于整个成煤瓦斯的生成和煤的形成同

5、时进行且贯穿于整个成煤过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成的断裂和裂隙的断裂和裂隙的断裂和裂隙的断裂和裂隙,部分瓦斯逸散到大气中去部分瓦斯逸散到大气中去部分瓦斯逸散到大气中去部分瓦斯逸散到大气中去,另一部分另一部分另一部分另一部分则被保存在煤体和围岩之中。则被保存在煤体和围岩之中。则被保存在煤体和围岩之中。则被保存在煤体和围岩之中。四、四、煤体储存瓦斯的原因煤体储存瓦斯的原因煤体之所以能够保存一定数量的瓦斯，煤体之所以能够保存一定数量的瓦斯，主要与煤的结构

6、状态有密切关系。主要与煤的结构状态有密切关系。煤是一种复杂的孔隙性介质，有着十分煤是一种复杂的孔隙性介质，有着十分发达的、大小不同的孔隙和裂隙，具有巨发达的、大小不同的孔隙和裂隙，具有巨大的自由空间和孔隙内表面积大的自由空间和孔隙内表面积(煤体孔隙煤体孔隙的内表面积，可达的内表面积，可达150150200m200m2 2/g)/g)。因此，因此，成煤过程中生成的瓦斯就能以不同状态存成煤过程中生成的瓦斯就能以不同状态存在于这些裂隙和孔隙内。在于这些裂隙和孔隙内。五、瓦斯在煤层中的赋存状态五、瓦斯在煤层中的赋存状态1 1、游离态：、游离态：游离瓦斯可以自由运动或从煤游离瓦斯可以自由运动或从煤(岩岩

7、)层的裂隙中散放出来层的裂隙中散放出来,因此表现出一定压力。煤体因此表现出一定压力。煤体内游离瓦斯的多少取决于储存空间的容积、瓦斯内游离瓦斯的多少取决于储存空间的容积、瓦斯压力及围岩温度（成反比）等因素。压力及围岩温度（成反比）等因素。1 1游离瓦斯游离瓦斯 2 2吸着瓦斯吸着瓦斯 3 3吸收瓦斯吸收瓦斯2 2、吸附状态、吸附状态(也称结合状态也称结合状态)按其结合形式的不同，又分为按其结合形式的不同，又分为吸着吸着和和吸收吸收2 2种状种状态。态。吸着状态：吸着状态：瓦斯气体分子被煤粒固体碳分子吸瓦斯气体分子被煤粒固体碳分子吸引，而被吸着在煤体孔隙的表面上所呈现的状引，而被吸着在煤体孔隙的表

8、面上所呈现的状态。其形成一层很薄的吸附层。态。其形成一层很薄的吸附层。吸收状态：吸收状态：瓦斯分子在较高压力作用下，渗入瓦斯分子在较高压力作用下，渗入煤体胶粒结构内部与煤分子结合而呈现的一种煤体胶粒结构内部与煤分子结合而呈现的一种状态，其类似气体溶解于液体的现象。状态，其类似气体溶解于液体的现象。吸附状态吸附状态存在的瓦斯量的多少，取决于煤的孔存在的瓦斯量的多少，取决于煤的孔隙结构特点、炭化程度、瓦斯压力、温度等。隙结构特点、炭化程度、瓦斯压力、温度等。3 3、瓦斯赋存状态的转变瓦斯赋存状态的转变游离状态与吸附状态的瓦斯并不是固定不游离状态与吸附状态的瓦斯并不是固定不变的，而是处于不断交换的动

9、平衡状态。当变的，而是处于不断交换的动平衡状态。当条件发生变化，这一平衡就会遭到破坏。条件发生变化，这一平衡就会遭到破坏。在压力降低、温度升高或煤体结构受到在压力降低、温度升高或煤体结构受到破坏时，部分吸附状态的瓦斯就转化为游破坏时，部分吸附状态的瓦斯就转化为游离状态，这种现象叫离状态，这种现象叫解吸解吸；反之，当压力增大或温度降低时，部分反之，当压力增大或温度降低时，部分游离的瓦斯也会转化为吸附状态。这种现游离的瓦斯也会转化为吸附状态。这种现象叫象叫吸附吸附。六、瓦斯的性质六、瓦斯的性质1 1、无色、无味、无臭、无毒、可以燃烧和爆炸的气体。、无色、无味、无臭、无毒、可以燃烧和爆炸的气体。2

10、2、密度为、密度为0.7168Kkg/m0.7168Kkg/m3 3，比空气轻，相对密度为，比空气轻，相对密度为0.5540.554，故，故常积聚在巷道的顶部、上山掘进面及顶板冒落空洞中。常积聚在巷道的顶部、上山掘进面及顶板冒落空洞中。3 3、微溶于水，在、微溶于水，在2020、1atm1atm条件下条件下,溶解度为溶解度为3.5L/100L3.5L/100L水。水。4 4、扩散性很强，扩散速度是空气的、扩散性很强，扩散速度是空气的1.341.34倍，会很快的在空气倍，会很快的在空气中扩散。中扩散。5 5、本身无毒，浓度较高时会降低空气中的氧气浓度，使人窒、本身无毒，浓度较高时会降低空气中的氧

11、气浓度，使人窒息。息。人误入高浓度瓦斯的盲巷中会发生死亡事故，人误入高浓度瓦斯的盲巷中会发生死亡事故，当瓦斯浓度当瓦斯浓度达到达到43%43%时，氧的浓度就会被冲淡到时，氧的浓度就会被冲淡到12%,12%,人就会感到呼吸困难；人就会感到呼吸困难；当瓦斯浓度达到当瓦斯浓度达到57%57%时，氧气浓度就会降到时，氧气浓度就会降到9%,9%,这时人若误入其这时人若误入其中，短时间就会因缺氧窒息而死。中，短时间就会因缺氧窒息而死。6 6、不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇到高温火焰时、不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇到高温火焰时能够燃烧或爆炸。能够燃烧或爆炸。矿井瓦斯的危害矿井瓦斯的危害n窒

12、息窒息n燃烧燃烧n爆炸爆炸n突出突出七、煤层瓦斯含量及其表示方法七、煤层瓦斯含量及其表示方法1 1、瓦斯含量是指煤层或岩层在天然条件下，单位体、瓦斯含量是指煤层或岩层在天然条件下，单位体积或质量煤体中含有的瓦斯量。一般用积或质量煤体中含有的瓦斯量。一般用m m3 3/t/t表示其大表示其大小，即小，即1t1t煤中所含瓦斯的立方米数。煤中所含瓦斯的立方米数。2 2、煤体从植物遗体到无烟煤的变质过程中，每、煤体从植物遗体到无烟煤的变质过程中，每t t煤煤至少生成至少生成100m100m3 3以上的瓦斯，但保存在天然煤层中的以上的瓦斯，但保存在天然煤层中的瓦斯一般不超过瓦斯一般不超过5050m m3

13、 3/t/t。3 3、煤层瓦斯包括游离瓦斯和吸附瓦斯、煤层瓦斯包括游离瓦斯和吸附瓦斯2 2部分，其中部分，其中游离瓦斯约占游离瓦斯约占10%10%20%20%，吸附瓦斯约占，吸附瓦斯约占90%90%80%80%。4、影响煤层瓦斯含量的主要因素影响煤层瓦斯含量的主要因素1 1）煤的变质程度）煤的变质程度一般说来，煤的变质程度越高，成煤过程中生成并保存下来一般说来，煤的变质程度越高，成煤过程中生成并保存下来的瓦斯量越大，因而煤层瓦斯含量也越大。的瓦斯量越大，因而煤层瓦斯含量也越大。2 2）围岩的性质）围岩的性质如果煤层的围岩，特别是顶板岩层致密而完整，煤层中的瓦如果煤层的围岩，特别是顶板岩层致密而

14、完整，煤层中的瓦斯就容易破保存下来，瓦斯含量就较高；反之，瓦斯容易逸散，斯就容易破保存下来，瓦斯含量就较高；反之，瓦斯容易逸散，煤层瓦斯含量就较低。煤层瓦斯含量就较低。通常泥岩、页岩、砂页岩、粉砂岩和致通常泥岩、页岩、砂页岩、粉砂岩和致室的灰岩等透气性差，易于形成高瓦斯压力，瓦斯含量大；室的灰岩等透气性差，易于形成高瓦斯压力，瓦斯含量大；若地层中岩石以中砂岩、粗砂岩、砾岩和裂隙或溶洞发育的若地层中岩石以中砂岩、粗砂岩、砾岩和裂隙或溶洞发育的灰岩为主时，其透气性好，煤层瓦斯含量小。灰岩为主时，其透气性好，煤层瓦斯含量小。3 3）煤层赋存条件）煤层赋存条件一般情况下，煤层埋藏越深，煤层瓦斯越难通过

15、深厚一般情况下，煤层埋藏越深，煤层瓦斯越难通过深厚的覆盖地层散入大气，其瓦斯含量就越高，反之则低。的覆盖地层散入大气，其瓦斯含量就越高，反之则低。煤层内的瓦斯含量一般随着深度的增加而逐渐增大。煤层内的瓦斯含量一般随着深度的增加而逐渐增大。另外，倾角小的煤层在相同深度及相同地质条件下，另外，倾角小的煤层在相同深度及相同地质条件下，往往比倾角大的煤层瓦斯含量高。往往比倾角大的煤层瓦斯含量高。4 4）水文地质条件）水文地质条件煤层中有较大的含水缝隙或有地下水通过时，尽管瓦煤层中有较大的含水缝隙或有地下水通过时，尽管瓦斯在水中的溶解度很小，但在长期的作用下，水仍能斯在水中的溶解度很小，但在长期的作用下

16、，水仍能从煤层中带走大量瓦斯，从而降低煤层的瓦斯含量。从煤层中带走大量瓦斯，从而降低煤层的瓦斯含量。5 5）地质构造）地质构造（1 1）地质构造，特别是断层，往往是造成同一煤田）地质构造，特别是断层，往往是造成同一煤田的瓦斯含量分布不均衡的主要原因。的瓦斯含量分布不均衡的主要原因。开放性断层是煤层与地表相联的通道，有利于瓦斯的释放，开放性断层是煤层与地表相联的通道，有利于瓦斯的释放，因而开放性断层发育的煤层，其瓦斯含量就较小；因而开放性断层发育的煤层，其瓦斯含量就较小；封闭性断层可以割断煤层与地表的联系，是瓦斯向地表流封闭性断层可以割断煤层与地表的联系，是瓦斯向地表流动的屏障，因而封闭性断层发

17、育的煤层，其瓦斯含量就较动的屏障，因而封闭性断层发育的煤层，其瓦斯含量就较大。大。（2 2）煤田内褶曲构造）煤田内褶曲构造(包括背斜和向斜包括背斜和向斜)轴部的瓦斯轴部的瓦斯含量较其它地区会增大或减小。含量较其它地区会增大或减小。（3 3）火成岩侵入体附近，煤的变质程度增高，瓦斯）火成岩侵入体附近，煤的变质程度增高，瓦斯含量可能会增大。含量可能会增大。八、矿井瓦斯涌出及其涌出形式八、矿井瓦斯涌出及其涌出形式1 1、涌出形式、涌出形式1 1）普通涌出）普通涌出即瓦斯从采落的煤炭及煤层、岩层的暴露面上，通过细即瓦斯从采落的煤炭及煤层、岩层的暴露面上，通过细小的孔隙缓慢而长时间的放出。首先是游离瓦斯

18、，而后小的孔隙缓慢而长时间的放出。首先是游离瓦斯，而后是部分解吸的吸附瓦斯。是部分解吸的吸附瓦斯。普通涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式，不仅范围广，而普通涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式，不仅范围广，而且数量大。且数量大。2 2）特殊涌出）特殊涌出采掘时，煤层或岩层中采掘时，煤层或岩层中的瓦斯在极短的时间内，突然的、的瓦斯在极短的时间内，突然的、大量的涌出大量的涌出,并伴有煤粉、煤块或岩石的现象。并伴有煤粉、煤块或岩石的现象。瓦斯特殊涌出的范围是局部的、短暂的、突发性的，但瓦斯特殊涌出的范围是局部的、短暂的、突发性的，但其危害极大。其危害极大。2 2、矿井瓦斯涌出量及其表示方法、矿井瓦斯涌出量及其表示

19、方法1 1）绝对瓦斯涌出量）绝对瓦斯涌出量单位时间内涌进采掘空间的瓦斯数量单位时间内涌进采掘空间的瓦斯数量2)2)相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量在矿井正常生产条件下在矿井正常生产条件下,月平均日产月平均日产1t1t煤所涌煤所涌出的瓦斯数量，用出的瓦斯数量，用m m3 3/t/t表示。表示。3 3、矿井瓦斯涌出量的计算、矿井瓦斯涌出量的计算1 1）绝对瓦斯涌出量）绝对瓦斯涌出量2 2）相对瓦斯涌出量）相对瓦斯涌出量4 4、矿井瓦斯涌出量的主要影响因素、矿井瓦斯涌出量的主要影响因素1 1）煤层瓦斯含量）煤层瓦斯含量决定因素。开采煤层的原始瓦斯含量越高，瓦斯涌出量就越决定因素。开采煤层的原始瓦斯含量越

20、高，瓦斯涌出量就越大。大。2 2）开采规模）开采规模开采深度越深，煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大；开采深度越深，煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大；开拓与开采范围越大，瓦斯涌出的暴露面积越大，其涌出量开拓与开采范围越大，瓦斯涌出的暴露面积越大，其涌出量也就越大；也就越大；在其他条件相同时，产量高的矿井，其瓦斯涌出量一般较大。在其他条件相同时，产量高的矿井，其瓦斯涌出量一般较大。3 3）开采程序）开采程序分层开采时，首先开采的分层，瓦斯涌出量较大。这是由于分层开采时，首先开采的分层，瓦斯涌出量较大。这是由于采动影响，其他分层的瓦斯也会沿裂隙渗入开采分层的缘故。采动影响，其他分层的瓦斯也会沿裂隙渗

21、入开采分层的缘故。4 4）采煤方法与顶板管理方法）采煤方法与顶板管理方法机械化采煤，煤破碎严重机械化采煤，煤破碎严重,瓦斯涌出量较大；瓦斯涌出量较大；采用全部陷落法管理顶板时采用全部陷落法管理顶板时,由于会造成顶底板更大范围的松由于会造成顶底板更大范围的松动及采空区存留有大量散煤等原因动及采空区存留有大量散煤等原因,其瓦斯涌出量比采用充填其瓦斯涌出量比采用充填法管理顶板时要大。法管理顶板时要大。回采率低的采煤法，采空区瓦斯涌出量也较大。回采率低的采煤法，采空区瓦斯涌出量也较大。5 5）生产工序）生产工序落煤时瓦斯涌出量大于其他工序。落煤时瓦斯涌出量大于其他工序。6 6）地面大气压力的变化）地面

22、大气压力的变化当大气压力突然降低时，瓦斯涌出的压力就高于风流压力，当大气压力突然降低时，瓦斯涌出的压力就高于风流压力，就破坏了原来的相对平衡状态就破坏了原来的相对平衡状态,瓦斯涌出量就会增大；瓦斯涌出量就会增大；反之反之,瓦斯涌出量变小。瓦斯涌出量变小。因此因此,当地面大气压力突然下降时当地面大气压力突然下降时,必须十分警惕，加强瓦斯必须十分警惕，加强瓦斯检查与管理；否则，可能造成重大事故。检查与管理；否则，可能造成重大事故。7 7）通风压力）通风压力采用负压通风采用负压通风(抽出式抽出式)的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就越的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就越大；大；而采用正压通风而采用正压通风(压

23、入式压入式)的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就的矿井，风压越高，瓦斯涌出量就越小；这主要是风压与瓦斯涌出压力相互作用的结果。越小；这主要是风压与瓦斯涌出压力相互作用的结果。8 8）采空区管理方法）采空区管理方法一般说来，采空区都积存有大量高浓度瓦斯，如果该封闭而一般说来，采空区都积存有大量高浓度瓦斯，如果该封闭而未封闭或密闭质量很差，就会造成采空区瓦斯向外涌出，从而未封闭或密闭质量很差，就会造成采空区瓦斯向外涌出，从而导致瓦斯涌出量增大，对采空区进行合理抽放会降低其向外涌导致瓦斯涌出量增大，对采空区进行合理抽放会降低其向外涌出的瓦斯量。出的瓦斯量。总之，影响矿井瓦斯涌出量的因素很多，但有主有次，总

24、之，影响矿井瓦斯涌出量的因素很多，但有主有次，应根据不同矿井的具体条件找出其主要因素及影响规律，应根据不同矿井的具体条件找出其主要因素及影响规律，以采取针对性防治措施。以采取针对性防治措施。5 5、矿井瓦斯、矿井瓦斯的来源及其测定方法的来源及其测定方法1)1)来源来源（1 1）掘进区）掘进区（2 2）回采区）回采区（3 3）已采区）已采区2)2)测定方法测定方法在全矿井同时测定各班掘进区、回采区和已在全矿井同时测定各班掘进区、回采区和已采区的绝对瓦斯涌出量，然后分别计算出各自采区的绝对瓦斯涌出量，然后分别计算出各自占总量的百分比。占总量的百分比。6 6、瓦斯涌出不均衡系数、瓦斯涌出不均衡系数1

25、 1）含义）含义时间和空间上。最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯时间和空间上。最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量的比值。涌出量的比值。2 2）确定方法）确定方法对于一个采区或采面，在正常生产情况下，至少要连对于一个采区或采面，在正常生产情况下，至少要连续进行续进行5 5昼夜昼夜测算。所得的测算。所得的5 5个比值中的最大值个比值中的最大值即为该即为该区区(面面)的瓦斯涌出不均衡系数。的瓦斯涌出不均衡系数。3 3）用途）用途在进行风量计算时要乘上瓦斯涌出不均衡系数，这样在进行风量计算时要乘上瓦斯涌出不均衡系数，这样算出的风量才能满足安全生产的要求。算出的风量才能满足安全生产的要求。九、九、瓦斯

26、压力瓦斯压力瓦斯压力是指瓦斯在煤层中所呈现的压力。瓦斯压力是指瓦斯在煤层中所呈现的压力。它是由煤层孔隙和裂隙中的游离瓦斯的自由热它是由煤层孔隙和裂隙中的游离瓦斯的自由热运动对孔隙和裂隙的空间壁面所产生的作用力运动对孔隙和裂隙的空间壁面所产生的作用力而体现出来的。而体现出来的。瓦斯压力是衡量煤层瓦斯含量大小的一个重瓦斯压力是衡量煤层瓦斯含量大小的一个重要指标，也是抽放瓦斯和防止煤与瓦斯突出的要指标，也是抽放瓦斯和防止煤与瓦斯突出的重要依据之一。重要依据之一。规程规程规定：开采有煤与瓦斯突出危险的规定：开采有煤与瓦斯突出危险的煤层时，必须测定煤层中的瓦斯压力。煤层时，必须测定煤层中的瓦斯压力。煤层

27、原始瓦斯压力的测量间接法间接法：煤层瓦斯流动的规律、煤层的透气系数、瓦斯解吸规律和煤层瓦斯含量系数煤层瓦斯流动的规律、煤层的透气系数、瓦斯解吸规律和煤层瓦斯含量系数 曲线，在测压地点附近测定煤层瓦斯涌出量或统计采掘中的涌出量等参数，曲线，在测压地点附近测定煤层瓦斯涌出量或统计采掘中的涌出量等参数，进行计算推测出需要测定地点的瓦斯压力的方法。进行计算推测出需要测定地点的瓦斯压力的方法。直接法直接法测压测压方式方式主动式测压主动式测压被动式测压被动式测压封孔封孔材料材料黄黄泥、水泥砂浆封孔泥、水泥砂浆封孔胶襄、密封粘液封孔胶襄、密封粘液封孔注浆（膨胀水泥）封孔注浆（膨胀水泥）封孔图图1 1手工封孔

28、示意图手工封孔示意图1压力表；压力表；2三通；三通；3木楔；木楔；4测压管；测压管；5挡板；挡板；6前端筛管；前端筛管；7煤层煤层黄泥、水泥砂浆封孔测压黄泥、水泥砂浆封孔测压胶襄、密封粘液封孔图图1 18 8胶圈压力粘液封孔测压仪胶圈压力粘液封孔测压仪1注气口；2手把；3加压手轮；4推力轴承；5胶圈；6压力表；7封孔胶圈；8高压软管；9阀门；10高压CO2或N2瓶；11粘液；12粘液缸注浆（膨胀水泥）封孔图图3 3 注浆封孔示意图注浆封孔示意图1 1测压室；测压室；2 2测压管；测压管；3 3挡板；挡板；4 4检查管；检查管；5 5水泥砂浆；水泥砂浆；6 6木楔；木楔；7 7压力表；压力表；8

29、 8注浆泵注浆泵 瓦斯压力间接测算法n n1 1）按瓦斯压力梯度推算煤层瓦斯压力）按瓦斯压力梯度推算煤层瓦斯压力 式中，式中，式中，式中，p p在深度在深度在深度在深度H H H H处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，MPaMPaMPaMPa；p p0 0瓦斯风化带瓦斯风化带瓦斯风化带瓦斯风化带HH0 0深处的瓦斯压力，取深处的瓦斯压力，取深处的瓦斯压力，取深处的瓦斯压力，取 0.150.150.150.15 0.2MPa0.2MPa0.2MPa0.2MPa；HH0 0瓦斯风化带深度，瓦斯风化带深度，瓦斯风化带深度，瓦斯风化带深度，m m m m；HH距地表垂深，距地表垂深

30、，距地表垂深，距地表垂深，m m m m；mm瓦斯压力梯度，我国矿井一般在瓦斯压力梯度，我国矿井一般在瓦斯压力梯度，我国矿井一般在瓦斯压力梯度，我国矿井一般在 0.0070.0070.0070.007 0.012MPa/m0.012MPa/m0.012MPa/m0.012MPa/m之间。之间。之间。之间。n n此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，直采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，直采深度范围内瓦斯压力与开

31、采深度之间的关系，直采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，直接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：式中，式中，式中，式中，p p距地表深度处的瓦斯压力，距地表深度处的瓦斯压力，距地表深度处的瓦斯压力，距地表深度处的瓦斯压力，MPaMPaMPaMPa；HH距地表垂深，距地表垂深，距地表垂深，距地表垂深，m m m m；B B系数，系数，系数，系数，MPa/mMPa/mMPa/mMPa/m。根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而言，根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而

32、言，根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而言，根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而言，B=0.0015B=0.0015B=0.0015B=0.0015 0.0150.0150.0150.015，其中，高瓦斯煤层，其中，高瓦斯煤层，其中，高瓦斯煤层，其中，高瓦斯煤层B=0.0064B=0.0064B=0.0064B=0.0064。n n2 2）根据煤层瓦斯涌出量间接测定瓦斯压力）根据煤层瓦斯涌出量间接测定瓦斯压力n n当某一采区瓦斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘当某一采区瓦斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘当某一采区瓦斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘当某一采区瓦

33、斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压力，其计算式为：力，其计算式为：力，其计算式为：力，其计算式为：n n3 3）根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力）根据煤层原始瓦

34、斯含量推算瓦斯压力n n即利用特制的密闭钻头从煤体内部预定地点采即利用特制的密闭钻头从煤体内部预定地点采取煤样，然后采用解吸法将煤样中的瓦斯全部取煤样，然后采用解吸法将煤样中的瓦斯全部抽出，根据煤样的重量或体积和解吸出的总的抽出，根据煤样的重量或体积和解吸出的总的瓦斯量求出单位重量或体积的瓦斯量，再按瓦瓦斯量求出单位重量或体积的瓦斯量，再按瓦斯含量曲线或瓦斯含量计算公式反求出瓦斯压斯含量曲线或瓦斯含量计算公式反求出瓦斯压力。该方法要求密封钻头的密封性能良好；当力。该方法要求密封钻头的密封性能良好；当密封性能良好时，其所求得瓦斯压力比较准确。密封性能良好时，其所求得瓦斯压力比较准确。n n4 4

35、）根据残余瓦斯含量推算煤层瓦斯压力）根据残余瓦斯含量推算煤层瓦斯压力n n其基本原理与根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力的其基本原理与根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力的方法相同，不同之处在于这种方法采用普通岩心管采方法相同，不同之处在于这种方法采用普通岩心管采样，而不用密闭钻头。取出煤样后迅速放入煤样密闭样，而不用密闭钻头。取出煤样后迅速放入煤样密闭罐中，并记录从开始取样到放入罐中的时间罐中，并记录从开始取样到放入罐中的时间t t0 0；然后；然后再到地面实验室测出煤样中的剩余瓦斯含量。每次测再到地面实验室测出煤样中的剩余瓦斯含量。每次测量完毕后再充以瓦斯，达到某一瓦斯压力后，突然放量完毕后再充

36、以瓦斯，达到某一瓦斯压力后，突然放散瓦斯，放散瓦斯的时间与散瓦斯，放散瓦斯的时间与t t0 0相同，然后再测其剩余相同，然后再测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力，重复操作几次，根据瓦斯含量。如此变换瓦斯压力，重复操作几次，根据测量结果绘制出真实瓦斯压力测量结果绘制出真实瓦斯压力P P和放散瓦斯时间和放散瓦斯时间t0t0后后的剩余瓦斯含量的剩余瓦斯含量XMXM的关系曲线，即可求得煤层瓦斯压的关系曲线，即可求得煤层瓦斯压力。力。n n5 5）根据煤屑解吸指标）根据煤屑解吸指标h h2 2测算瓦斯压力测算瓦斯压力n n煤屑解吸指标煤屑解吸指标h h2 2的大小反映了煤样采集地的大小反映了煤样采集地点

37、煤层的瓦斯压力、煤的变质程度和煤的强点煤层的瓦斯压力、煤的变质程度和煤的强度特性。这种方法的基本原理是通过在实验度特性。这种方法的基本原理是通过在实验室对煤样进行瓦斯解吸规律研究，然后根据室对煤样进行瓦斯解吸规律研究，然后根据解吸数据反求出所测地点的煤层瓦斯压力。解吸数据反求出所测地点的煤层瓦斯压力。n nMD-2型煤屑瓦斯解吸仪型煤屑瓦斯解吸仪 n n6 6）利用井下煤屑瓦斯解吸量测算瓦斯压力）利用井下煤屑瓦斯解吸量测算瓦斯压力n n近年来，煤炭科学研究总院抚顺研究院基于瓦斯解近年来，煤炭科学研究总院抚顺研究院基于瓦斯解近年来，煤炭科学研究总院抚顺研究院基于瓦斯解近年来，煤炭科学研究总院抚顺

38、研究院基于瓦斯解吸规律，开发了吸规律，开发了吸规律，开发了吸规律，开发了WP-1WP-1WP-1WP-1型井下煤层瓦斯含量快速测定型井下煤层瓦斯含量快速测定型井下煤层瓦斯含量快速测定型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从而计算出煤层瓦斯含量而计算出煤层瓦斯含量而计算出煤层瓦斯含量而计算出煤层瓦斯含量w w w w、瓦斯压力、瓦斯压力、瓦斯压力、瓦斯压力P P P P及防突指标及防突指标及防突指标及防突指标K K K K1 1 1 1

39、、K K K Kt t t t等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排放带深度后，每隔放带深度后，每隔放带深度后，每隔放带深度后，每隔1 1 1 1 2m2m2m2m定点采集煤钻屑样，利用定点采集煤钻屑样，利用定点采集煤钻屑样，利用定点采集煤钻屑样，利用WP-WP-WP-WP-1 1 1

40、 1型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在5min5min5min5min内即可获内即可获内即可获内即可获得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤对瓦斯的吸附常数对瓦斯的吸附常数对瓦斯的吸附常数对瓦斯的吸附常数a a a a、b b b b值。值。值。值。n n7 7）理论计算）理论计算n n我国学者鲜学福等人采用解析算法，在考虑地我国学者鲜学福等人采用解析算法，在考虑地

41、应力和地温影响的基础上，提出了煤层瓦斯渗应力和地温影响的基础上，提出了煤层瓦斯渗透率透率k k（，）与平均应力和地温的关系及）与平均应力和地温的关系及一维稳定流动的瓦斯渗流方程，并根据煤层在一维稳定流动的瓦斯渗流方程，并根据煤层在地表有无露头和通道的情况，推导出了煤矿深地表有无露头和通道的情况，推导出了煤矿深部开采时煤层瓦斯压力的解析式。部开采时煤层瓦斯压力的解析式。第二章第二章第二章第二章 瓦斯爆炸及预防瓦斯爆炸及预防瓦斯爆炸及预防瓦斯爆炸及预防 主要内容主要内容 第一节第一节 瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件 第二节第二节 瓦斯爆炸的影响因素瓦斯爆炸的影响因素 第三节第

42、三节 瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸的危害 第四节第四节 瓦斯爆炸事故的防治瓦斯爆炸事故的防治第一节第一节 瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件瓦斯爆炸的概念及其爆炸条件一、瓦斯爆炸及其爆炸事故分类一、瓦斯爆炸及其爆炸事故分类1.1.概念概念 瓦瓦斯斯爆爆炸炸的的实实质质，就就是是一一定定数数量量的的瓦瓦斯斯与与空空气气中中的的氧氧气气进进行行剧剧烈烈化化学学反反应应的的结结果果。在在这这个个过过程程中中能能产产生生巨巨大大的的冲冲击击力力，可可使使沿沿途途巷巷道道支支架架和和设设备备受受到到损损坏坏，人人员员出出现现伤伤亡亡。瓦瓦斯斯爆爆炸炸有有十十分分严严重重的的危危害害性性和和破破坏坏性性，为为煤煤矿矿各

43、种灾害之首。各种灾害之首。2.2.分类分类 根据瓦斯爆炸的特点和波及范根据瓦斯爆炸的特点和波及范围围，瓦斯爆，瓦斯爆炸事故一般可分炸事故一般可分为为3 3类类：局部瓦斯爆炸、大：局部瓦斯爆炸、大型瓦斯爆炸和瓦斯型瓦斯爆炸和瓦斯连续连续爆炸。爆炸。二、瓦斯燃烧与爆炸的区别二、瓦斯燃烧与爆炸的区别 瓦瓦斯斯是是一一种种能能够够燃燃烧烧和和爆爆炸炸的的气气体体。在在高高温温作作用用下下，一一定定浓浓度度的的瓦瓦斯斯与与空空气气中中的的氧氧气气会会发发生生激激烈烈复复杂杂的的氧氧化化反反应应,生生成成二二氧氧化化碳碳和和水水,并并放放出出大大量量的的热热，而而这这些些热热量量又又能能够够使使生生成成的

44、的二二氧氧化化碳碳和和水水蒸蒸汽汽迅迅速速膨膨胀胀，从从而而形形成成高高温温、高高压压并并以以极极高高的的速速度度(每每秒秒可可达达数数百百米米)向向外外冲冲击击的的冲冲击击波波，并并伴有声响，这就形成了瓦斯爆炸。伴有声响，这就形成了瓦斯爆炸。当当瓦瓦斯斯与与氧氧的的化化学学反反应应比比较较缓缓慢慢，无无明明显显动动力力效效应应时时，就就是是燃燃烧烧；如如果果化化学学反反应应进进行行得得十十分分剧剧烈并且有显著的动力效应，就是瓦斯爆炸。烈并且有显著的动力效应，就是瓦斯爆炸。三、瓦斯爆炸的条件三、瓦斯爆炸的条件 瓦瓦斯斯爆爆炸炸必必须须具具备备三三个个基基本本条条件件，缺缺一一不不可可。一一是是

45、空空气气中中瓦瓦斯斯浓浓度度达达到到5%5%16%16%；二二是是要要有有温温度度为为650650750750的的引引爆爆火火源源；三三是是空空气气中中氧氧含含量量不不低于低于12%12%。四、瓦斯爆炸界限四、瓦斯爆炸界限 瓦瓦斯斯只只有有在在5%5%16%16%这这个个浓浓度度范范围围内内才才能能爆爆炸炸，这这个个范范围围称称为为瓦瓦斯斯爆爆炸炸界界限限。5%5%是是最最低低爆爆炸炸浓浓度度，叫爆炸下限；叫爆炸下限；16%16%是最高爆炸浓度，叫爆炸上限。是最高爆炸浓度，叫爆炸上限。必必须须指指出出，瓦瓦斯斯爆爆炸炸界界限限并并不不是是固固定定不不变变的的，当当受受到到定定因因素素影影响响时

46、时，爆爆炸炸界界限限会会相相应应缩缩小小或或扩扩大。大。当当瓦瓦斯斯浓浓度度低低于于5%5%时时，由由于于参参加加化化学学反反应应的的瓦瓦斯斯数数量量较较少少，不不能能形形成成热热量量积积聚聚，因因此此，只只能能燃燃烧烧，不不能能爆爆炸炸；当当瓦瓦斯斯浓浓度度高高于于16%16%时时，由由于于空空气气中中的的氧氧气气相相对对减减少少和和不不足足，满满足足不不了了氧氧化化反反应应的的全全都都需需要要,只只能能有有一一部部分分的的瓦瓦斯斯与与氧氧气气发发生生反反应应，因因所所生生成成的的热热量量还还会会被被多多余余的的瓦瓦斯斯和和周周围围介介质质吸吸收而降温，所以也不能爆炸。收而降温，所以也不能爆

47、炸。五、爆炸威力最强的瓦斯浓度五、爆炸威力最强的瓦斯浓度1.1.理论浓度理论浓度 在在新新鲜鲜空空气气中中,瓦瓦斯斯爆爆炸炸最最强强烈烈的的浓浓度度是是9.5%9.5%。因因为为这这时时混混合合气气体体中中的的全全部部氧氧气气和和瓦瓦斯斯都都能能参参与与化化学学反反应应，既既无无多多余余的的瓦瓦斯斯，也也无无多多余余的的氧氧气气，化化学学反反应应最最完完全全，最最充充分分，生生成成的的热热也也最最多多，因因而这时的爆炸力最强，威力最大。而这时的爆炸力最强，威力最大。2.2.理论分析理论分析 从从理理论论上上分分析析,一一个个体体积积的的瓦瓦斯斯要要有有两两个个体体积积的的氧氧气气才才能能进进行

48、行最最充充分分、最最完完全全的的化化学学反反应应。众众所所周周知知，新新鲜鲜空空气气中中氧氧气气占占20.96%20.96%，剩剩余余的的79.04%79.04%为为氮氮气气和和其其他他气气体体。如如果果把把空空气气中中的的氧氧气气看看为为1 1个个体体 积积，那那 么么，氮氮 气气 和和 其其 他他 惰惰 性性 气气 体体 就就 是是79.0420.9679.0420.963.773.77个个体体积积，整整个个空空气气就就可可看看作作1+3.77=4.771+3.77=4.77个体积。个体积。五、爆炸威力最强的瓦斯浓度五、爆炸威力最强的瓦斯浓度3.3.理论计算理论计算 根根据据上上述述分分析

49、析可可知知：如如果果有有一一个个体体积积的的氧氧气气参参加加化化学学反反应应，就就要要有有4.774.77个个体体积积的的空空气气。由由于于一一个个体体积积的的瓦瓦斯斯需需要要有有2 2个个体体积积的的氧氧气气才才能能进进行行充充分分完完全全的的化化学学反反应应，因因而而这这时时的的空空气气应应为为24.7724.779.549.54个个 体体 积积,所所 以以,此此 时时 的的 瓦瓦 斯斯 浓浓 度度 为为1/(1+9.54)100%1/(1+9.54)100%9.5%9.5%。4.4.实际浓度实际浓度 上上述述是是在在地地面面新新鲜鲜空空气气条条件件下下的的理理论论计计算算。对对煤煤矿矿井

50、井下下空空气气，实实测测表表明明，爆爆炸炸威威力力最最强强的的实实际际瓦瓦斯斯浓浓度度为为8.5%8.5%左左右右，这这是是因因为为井井下下空空气气氧氧浓浓度度减减小小、湿湿度度较较大大，氧氧化化反反应应不不可可能能进进行行得得十十分分充充分的分的缘缘故。故。第二节第二节 影响瓦斯爆炸的因素影响瓦斯爆炸的因素一、瓦斯爆炸的主要影响因素一、瓦斯爆炸的主要影响因素 影影响响瓦瓦斯斯爆爆炸炸的的因因素素很很多多、很很复复杂杂，其其主主要因素有：要因素有：1.1.可燃性气体的混入可燃性气体的混入 当当瓦瓦斯斯和和空空气气的的混混合合气气体体中中混混入入可可燃燃性性气气体体时时,由由于于这这些些气气体体