矿井瓦斯防治

矿井瓦斯防治国家统一题库安全资格培训配套教材新疆煤炭工业安全技术培训中心时文玉联系电话：7736901（办）4513060（宅）主要内容一.矿井瓦斯的性质二.煤层瓦斯的赋存及涌出三.矿井瓦斯等级及其鉴定；四.瓦斯抽放五.矿井瓦斯爆炸及预防措施六.矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控第二节矿井瓦斯的防治（201）一、矿井瓦斯的性质1、概念：煤矿井下以甲烷为主的有毒、有害气体的总称；一般单指甲烷；2、组成（广义）：（1）、可燃气体：烷烃类（CnH2n＋2）、环烷烃类（CnH2n）、H2、CO、H2S；（2）、有毒气体：H2S、CO、SO2、NH3、NO2；（3）、有害气体：N2、CH4、CO2、H2；（4）、放射性气体：氡气。3、来源：煤（岩）涌出、井下放炮、井下气体间反应等。瓦斯的性质（特性）（201）–二、特性（狭义）–1、无色、无味、无嗅，但有时同其它气体混合产生苹果香味。–2、标准状态下绝对密度0.716kg/m3，相对密度0.554，扩散性极强，无风时会首先积聚在巷道上部；扩散后有不可逆性；–3、浓度达到43%(氧气稀释到12%以下）有窒息危险。–4、本身不燃不爆，与空气混合可燃可爆。–注：因井下有空气，所以一般把瓦斯认为可燃性气体。二、煤层瓦斯的存在形式及涌出（201）（一）煤层中的瓦斯存在状态1、煤是多孔物质，瓦斯可以赋存在其中；2、瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中；（1）游离瓦斯，运动状态，约为瓦斯总量10—20%；（2）吸附瓦斯，静止状态，又分吸收、吸着两种，约为瓦斯总量80—90%；如图6—2—1瓦斯在煤层中的赋存状态煤层中的瓦斯－带状分布(204)Ⅰ－氮气－二氧化碳带；Ⅱ－氮气带；Ⅲ－氮气－甲烷带；Ⅳ－甲烷带（二）煤层瓦斯含量及其影响因素（202）煤层瓦斯含量：指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，包括游离和吸附两种形态单位m3/t或m3/m3当前煤层瓦斯的含量取决于煤层瓦斯运移的条件和保存瓦斯的能力。煤层瓦斯含量的影响因素（202）1．煤的变质程度；2．煤层露头；3.煤层的赋存深度：4．围岩性质；5．地质构造；6.煤层的倾角；7.水文地质条件：(四)煤层瓦斯压力(204)瓦斯压力：煤层中游离瓦斯的压力。P=P0+m（H-H0）其中P——深度H处的瓦斯压力，MPa；P0——瓦斯风化深度的瓦斯压力，MPa；H0——瓦斯风化深度，mm—瓦斯压力梯度，MPa/m(五)矿井瓦斯的涌出及预测(204)补充：涌出来源：矿井瓦斯涌出按其来源可分为三个方面，即：煤壁涌出的瓦斯、邻近煤层通过裂隙涌出的瓦斯及采落煤炭放散的瓦斯。1、瓦斯涌出量：生产过程中瓦斯涌出到风流中的数量。衡量指标：（1）绝对涌出量：单位时间内瓦斯涌出数量。立方米/分、立方米/天。（计算如下）(五)矿井瓦斯的涌出及预测(204)QcH4=Q*C单位:立方米/分,立方米/天;其中：QcH4—瓦斯绝对涌出量（立方米/分,立方米/天）C—总回风瓦斯量，%;Q—总回风量（立方米/分）（2）相对瓦斯涌出量：正常生产条件下，生产每吨煤瓦斯涌出数量；单位：立方米/吨；计算公式：qcH4=QcH4/A;单位:立方米/吨其中：qcH4--瓦斯相对涌出量；QcH4--瓦斯绝对涌出量（立方米/天）；A--煤产量（吨/天）。(五)矿井瓦斯的涌出及预测(204)补充：涌出形式：按瓦斯涌出的形式可以分为普通涌出和特殊涌出（或一般涌出和异常涌出）。1、普通涌出：指在时间与空间上比较均匀、普遍发生的不间断涌出，它是矿井正常状态下的涌出。2、特殊涌出：指在时间与空间上突然、集中发生的涌出，涌出速率很不均匀，如瓦斯喷出、煤与瓦斯突出。(五)矿井瓦斯的涌出及预测(204)2、影响因素一）、自然因素1、煤层的瓦斯含量及特性。瓦斯含量越高，瓦斯压力越高，涌出量越大；煤层透气性越好，涌出量越大；2、埋藏特性。开采深度越大，瓦斯涌出量增大；相邻煤层越多，瓦斯涌出量增大。3、地面大气压的影响。大气压力越高，瓦斯涌出量降低；大气压力越低，瓦斯涌出量增高。二、矿井瓦斯涌出量二）、开采技术因素1、开采规模（强度和产量）。回采速度越快，绝对瓦斯涌出量越大，而相对瓦斯涌出量影响不大。2、开采顺序和回采工艺。先开采的煤层涌出量大，后开采的煤层涌出量减少；全部陷落法和放顶煤开采，瓦斯涌出量大，充填法开采，瓦斯涌出量减少。3、生产工艺。落煤时瓦斯涌出量越大。4、工作面通风方式和通风压力。在保证采掘供风的基础上，工作面采取均压措施，可减少采空区的瓦斯涌出量。工作面负压越高，瓦斯从上隅角涌出越大。三、矿井瓦斯等级的划分–划分依据：瓦斯绝对涌出量、相对涌出量。–划分等级及标准：–1、低瓦斯矿：q0=10m³/t且q=40m³/min；–2、高瓦斯矿：qo10m³/t或q40m³/min；–3、煤与瓦斯突出矿；–4、《规程》规定：一个矿井只要有一个煤层发现瓦斯，该矿井煤层即为瓦斯矿井。三、矿井瓦斯等级及其鉴定1、鉴定时间：一般7—8月份2、鉴定条件：正常生产条件下（至少设计产量60%以上）；3、鉴定要求：鉴定月的上、中、下旬各一天；4、瓦斯绝对涌出量计算：q=Q*qw*60;q—每班的瓦斯涌出量（m³/min)；Q—总回风量m³/s）；qw—总回风瓦斯浓度%；每班相对涌出量：qo=q*（A/T）(m³/t);qo—每班相对瓦斯涌出量；q—每班绝对瓦斯涌出量；T—每班工作时间A—每班煤产量。5、每年必须对煤矿进行CH4、CO2鉴定，报省级煤炭管理部门审批，并报省级煤炭安监机构备案。四、瓦斯抽放（208）（一）、抽放条件：1、当一个煤矿的最大通风能力不能稀释瓦斯而达到安全浓度时；2、《规程》145条规定（1）、一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min时，（2）、一个掘进工作面瓦斯绝对涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应采取抽放瓦斯措施。–（3）、瓦斯绝对涌出量达到以下条件的–1）、q40m³/min；–2）、年产量1·0-1·5Mt，q30m³/min；–3）、年产量0·6-1·0Mt，q25m³/min；–4）、年产量0·4-0·6Mt，q20m³/min；–5）、年产量0·4Mt，q15m³/min；–6）、煤与瓦斯突出矿井。（二）、抽放方法（208）1、按抽放区域和瓦斯来源可分：（1）本煤层抽放；（2）邻近煤层抽放；（3）采空区抽放；（4）围岩抽放；2、按抽放瓦斯煤层是否卸压可分：（1）未卸压煤层抽放瓦斯；（2）卸压煤层抽放瓦斯；3、按抽放时间顺序分：（1）采掘前预抽；（2）边采边抽；（3）采后抽放；4、按抽放施工方法分：（1）钻孔抽放；（2）巷道抽放；（3）钻孔钻孔混合抽放。临时抽放瓦斯泵站的抽放浓度（补充）井下临时抽放瓦斯泵站抽出的瓦斯可引排到总回风巷、一翼回风巷，但稀释后的风流瓦斯浓度不得超过0.75％；引排到采区回风巷则不得超过1％。如果临时抽放泵站抽出的瓦斯直接送至永久抽放系统的管路中，则必须保证永久抽放系统管路内的瓦斯浓度不得低于25％(干式抽放设备)，利用瓦斯时则不得低于30％。五.瓦斯爆炸机理和事故原因（210）瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件，即：①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%～16%。②混合气体中氧的浓度不低于12%。③有足够能量的点火源。以一个断面积8m2的煤巷掘进工作面为例，若正常通风时期供风量为200m3/min，回风流瓦斯浓度0.5%，则工作面绝对瓦斯涌出量为1m3/min。假设新揭露断面及距该断面10m范围内的煤壁涌出的瓦斯占掘进工作面总瓦斯涌出量的50%，则如果工作面停止供风，该10m范围内平均瓦斯浓度达到爆炸下限5%只需要：min8%501%5108五.瓦斯爆炸机理和事故原因（补充）警告：瓦斯爆炸下限5%，上限16%是指瓦斯空气混合气体爆炸的大致范围，随下列因素将使瓦斯爆炸界限扩大：1）其它可燃气体和煤尘的混入；2）氧浓度增高；3）气压增高；4）环境温度升高；5）点燃源的能量增大等等。瓦斯煤尘爆炸惨像瓦斯煤尘爆炸惨状瓦斯煤尘爆炸现场遗留物瓦斯爆炸的主要防治措施（212）一、防瓦斯积聚1、保证工作面的供风量，加强通风管理；2、加强瓦斯的检查和监测；严格按《规程》管理；3、及时处理采掘工作面瓦斯局部积聚（具体见213）；二、防瓦斯引燃1、加强管理，提高防火意识；2、严防放炮、电器、静电、机械、明火等火源出现；瓦斯爆炸的主要防治措施（215）三、防事故扩大1、实行分区通风，消灭串联通风；2、安全出口、防爆门、反风装置符合规定；3、隔爆、阻爆装置符合规定；如下图4、加强瓦斯事故防范的培训教育，提高安全意识。5、必须由矿井技术负责人组织编织灾害预防和处理计划并认真实施。隔爆水袋示意图形同虚设的隔爆水袋六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（215）煤矿井下瓦斯浓度的检测，是了解瓦斯涌出情况，掌握其变化规律，防止瓦斯事故的前提。《煤矿安全规程》第一百四十九条规定：矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度，矿长，矿技术负责人，爆破工，采、掘、通风的区队长，工程技术人员，班长，流动电钳工下井时，必须携带便携式甲烷检测仪。六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）煤矿瓦斯检测按其方法可分为四大类：一是实验室分析法，即从井下采取气样送到地面实验室进行分析测定。二是用便携式检测仪器在井下就地检测。三是用瓦斯报警断电装置进行连续、远距离监测。四是用集中监测系统进行监测和监控。它除了能检测高、低浓度的瓦斯外，还可测一氧化碳、风速、温度、风压、氧气浓度等，同时，也可对井下设备的工作状态进行监测监控。六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）(一)矿井瓦斯浓度测定1、目前矿井瓦斯浓度测定常用光干涉型瓦斯浓度检测仪(光学瓦斯检定器)和电子仪器。国产的型号有：AQG—1、AQG—1A、AQG—2、AQG—3、GWJ—l、GWJ—1A、GWJ—2型。2、CJB4型便携式甲烷检测报警仪是采用先进的微电脑芯片设计的智能化仪器。该仪器不但具有常规的甲烷浓度自动检测、数码显示、声光报警功能，还具有独特的零点搜索、时钟设置、省电模式等多种功能。六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）(二)瓦斯监控系统《煤矿安全规程》第一百六十九条至第一百七十五条规定应安设甲烷传感器的地点：(1)低瓦斯矿井的采煤工作面，必须在工作面设置甲烷传感器。高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面，必须在工作面及其回风巷设置甲烷传感器，在工作面上隅角设置便携式甲烷检测报警仪。若煤(岩)与瓦斯突出矿井采煤工作面的甲烷传感器不能控制其进风巷内全部非本质安全型电气设备，则必须在进风巷设置甲烷传感器。传感器设置的位置要求传感器设置的位置要求六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）采煤工作面采用串联通风时，被串联工作面的进风巷必须设置甲烷传感器采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定。(2)低瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面甲烷传感器。低瓦斯、煤(岩)与瓦斯突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，必须在工作面及其回风流中设置甲烷传感器。掘进工作面采用串联通风时，必须在被串联掘进工作面的局部通风机前设甲烷传感器。掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）(3)在回风流中的机电设备硐室的进风侧必须设置甲烷传感器。(4)高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时，装煤点风流中必须设置甲烷传感器。(5)在煤(岩)与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时，六、矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控（216）蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断