瓦斯基础知识

瓦斯基础知识瓦斯概念什么叫瓦斯?瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体。煤矿井下以甲烷为主的有毒、有害气体的总称。通常人们把甲烷叫做瓦斯。煤的形成经历两个不同的造气时期;①从植物遗体到形成泥炭，生物化学造气时期。②从褐煤、烟煤到无烟煤，变质造气时期。由植物变成煤炭究竞生成多少瓦斯?研究人员认为:①由褐煤转化为长焰煤，瓦斯生成量为70m3/t~80m3/t;②转化为贫煤生成120m3/t~150m3/t;③转化为无烟煤生成240m3/t煤的最大瓦斯含量一般不超过60m3/t。由生成造气时期的埋藏较浅，覆盖层的胶结固化不好，生成的气体通过渗透和扩散很容易排放到大气中，留在煤层中的瓦斯只是其中很少部分。瓦斯性质瓦斯通常指甲烷，无色、无味，标准状态下(气温为0℃、大气压为1.01×105pa)1m3甲烷质量0.7618㎏，1m3空气的质量为1.293㎏，相对密度为0.554，比空气轻，常聚积于巷道的上部。瓦斯有很强的扩散性，扩散速度是空气的1.34倍。瓦斯具有燃烧性和爆炸性。瓦斯具有窒息性。甲烷本身无毒。当空气中氧含量相对降低，就会产生缺氧窒息。甲烷过43%时，氧下降到12%人呼吸困难;甲烷达57%时，氧下降到9%人会缺氧窒息而死亡。瓦斯在煤层中的垂直分带。煤的变质生成瓦斯，在地壳运动过程中，其压力差与浓度的驱动下，不断向古大气中运移，而地表空气通过渗透和扩散也不断向煤层深部运移，这就导致沿煤层垂深出现特别明显的4个分带。⑴CO2⑵N2⑶N2~CH4⑷CH4前3个又统称为瓦斯风化带，最后1个带称为瓦斯(甲烷)带。瓦斯涌出量随着深度的增加而有规律的增大。瓦斯的赋存游离状态。瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔洞中，分子可自由运动，处于承压状态。吸附状态。瓦斯按理结合形式不同，分为吸着状态和吸收状态。①吸着状态是指瓦被吸着在煤体或岩体微孔表面，在表面形成瓦斯薄膜。②吸收状态是指瓦斯被溶解于煤体中，与煤分子结行，进入煤体胶粒结构，类似于气体溶解于液体的现象。瓦斯存在状态不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态。当条件发生变化，这一平衡就被打破。压力降低或温度升高使一部分吸附瓦斯转化为游离瓦斯的现象，叫做瓦斯解吸。煤层瓦斯含量一煤层在自然条件下单位体积所含有的瓦斯量。般用m3/t或m3/m3表示。煤系地层保存瓦斯的条件1、煤层有无露头有露头存在瓦斯风化带，瓦斯沿煤层向大气中运移阻力小，容易放散到大气中。瓦斯含量低。2、煤层埋藏深度煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随埋藏深度的增加而增加。瓦斯压力梯度是指煤层埋藏深度每增加1m，煤层内瓦斯压力的增加值。3、围岩的透气性围岩透气性低瓦斯含量高，反之瓦斯低。4、煤层的地质史成煤的地质年代，以下降、覆盖层加厚和海相沉积为主要变化的地质活动过程，会导致煤层瓦斯含量增高;反之含量降低。5、地质构造及其条件开放性断层(张性、张扭性或导水的压性断层)会导致瓦斯含量降应;封闭性断层(压性、压扭性或不导水断层)会导致瓦斯含量增高。煤层倾角小，瓦斯运移路径长，阻力大，瓦斯含量大;反之含量小。地下水活跃煤层，瓦斯含量小。①地下水活跃带走部分溶解瓦斯;②地下水渗透的通道成为瓦斯渗透的通道;③地下水带走溶解的矿物，使围岩及煤层卸压，透气性增大，造成瓦斯流失。矿井瓦斯涌出煤层开采时，煤体受到破坏，贮存在煤体内的瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象叫做瓦斯涌出。1、普通涌出。瓦斯从采落的煤、岩的暴露面上，通过细小孔隙缓慢而长时间的涌出。2、特殊涌出。采掘时瓦斯、煤、岩在极短的时间内，突然的、大量的涌出，叫做特殊涌出。瓦斯特殊涌出是一种动力现象。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。矿井瓦斯涌出来源⑴煤岩壁瓦斯涌出，⑵采落煤炭瓦斯涌出，⑴⑶采空区瓦斯涌出⑷邻近煤层瓦斯涌出矿井瓦斯涌出量⑴绝对瓦斯涌出量。是指单位时间内涌入采掘空间的瓦斯数量。用m3/min或m3/d表示。⑵相对瓦斯涌出量。是指矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量。用m3/t表示。影响瓦斯涌出的因素⑴煤层瓦斯含量⑵地面大气压力的变化⑶开采规模⑷开采程序⑸采煤方法与顶板管理⑹生产工序⑺通风压力⑻采空区管理矿井瓦斯等级的划分瓦斯等级是矿井瓦斯涌出量大小和安全程度的基本标志。不同等级实行不同的管理。瓦斯等级划分的依据《规程》规定:一个矿井中只要有一个煤层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分。⑴低瓦斯矿井:相对瓦斯量≦10m3/t且绝对量≦40m3/min。⑵高瓦斯矿井:相对量﹥10m3/t或绝对量﹥40m3/min。⑶煤(岩)与瓦斯(co2)突出矿井。矿井瓦斯等级鉴定1、准备工作⑴成立由总工、通风、安全等部门参加的鉴定小组。⑵通风部门编制实施方案，并报总工审批。⑶鉴定小组备齐风表、秒表、卷尺、温度计、空盒气压计、干湿温度计、光学瓦检仪、各种记录表、计算器等用品。⑷鉴定使用的仪器仪表必须校正鉴定。⑸组织鉴定人员学习方案和措施。2、井下测定⑴选定测点。总回风巷、一翼回风巷、各水平、各煤层、各采区(工作面)的进回风道内合适地点。⑵各测风站要求断面规整、无杂物、距岔风口15~30m以外的一段(10m)平直巷道内。⑶测定内容:①测定点巷道断面，按巷道支护测量计算巷道断面。②测定平均风速，分别用风表测定3次，每次测定的结果±误差不超过5%为有效，若有超过必须重新测定，取其3次平均值，填入原始记录表。③瓦斯、二氧化碳测定在测风点内进行，连续测定3次填入原始记录表。同时测定温度、大气压力、湿度等。用作参考。⑷测定时间与方法:①选择瓦斯、二氧化碳涌出量最大的正常生产的一个月(7、8月)为鉴定月。②鉴定月中选择上、中、下旬的正常生产日(间隔10天)为鉴定日(如5、15、25)。③鉴定日的产量、通风必须正常。④鉴定日内分早、中、晚三班进行测定。⑤每班内分班初、班中、班末各测三次取其平均值。⑥每一次测定的瓦斯co2、温度、湿度、大气压力等，在同一断面内进行。⑦将测定数据及时记入记录表中。⑸资料整理①按表整理每班的数据。要校正断面、风速，计算出风量。计算出瓦斯涌出量。②将早、中、晚三班数据填入当日的记录表内，再计算三班平均涌出量。即为该旬的涌出量。⑹确定瓦斯等级①将上、中、下3旬测定的数据填入表内。②选出最大的1旬的涌出量作为矿井绝对瓦斯涌出量。m3/min。③计算当月实际生产日，用生产日去除当月的产量，即得当月平均日产量。t/d。④将绝对瓦斯涌出量乘1440，再除以平均日产量等于相对瓦斯涌出量。m3/t。⑤将上述数据填入矿井瓦斯、co2测定结果报告表。报上级审批。瓦斯爆炸及其预防瓦斯爆炸瓦斯是能燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸是空气中的氧气与瓦斯(CH4)进行剧烈氧化反应的结果。瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水蒸汽，并放出大量热，这些热能使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸汽迅速膨胀，形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生动力现象。爆炸!瓦斯爆炸的条件⑴瓦斯浓度。5~10%。①瓦斯浓度达5%(下限)，瓦斯能爆炸。②浓度在5~9.5%时，爆炸威力逐渐增强。③浓度在9.5%时，爆炸威力最强。④浓度在9.5~16%(上限)时，爆炸威力逐渐减弱的趋势。⑤浓度高于16%时，由于空气中氧化不足，满足不了氧化反应的全部需要，生成的热量被多余的瓦斯和周围介质吸收而降温。⑵引火温度650~750℃。明火、煤炭自燃、电气火花、赤热的金属表面、吸烟、放炮、安全灯网罩、架线火花、撞击火花、摩擦火花、静电火花等都是以引燃瓦斯。⑶充足的氧气氧气﹥12%。当氧气浓度低于12%时，混合气体中的瓦斯失去爆炸性。瓦斯爆炸产生的危害⑴爆炸温度1850~2650℃。烧伤人员，烧坏设备，引起井下火灾，扩大灾情。爆炸压力爆炸产生高温，使气体突然膨胀引起气体压力骤然增大，再加上爆炸波的叠加作用或连续爆炸，产生的冲击压力会越高。爆炸压力是爆炸前的10倍。爆源处的气体以每秒几百米的速度向前冲击。爆炸伴生两种冲击。⑴正向冲击。爆源附近的气体以极大的速度向四周扩散，形成威力巨大的冲击波。⑵反向冲击。爆炸后气体从爆源处高速向外冲击，加上生成的一部分水蒸汽又很快冷却和凝聚，因而，爆源处附近形成气体稀薄的低压区。在压差作用下爆炸气体就会连同爆源外围的气体以极高的速度反向冲回爆炸地点，成为反向冲击。反向冲击含有足够的瓦斯和氧气，而爆源附近的火源尚末熄灭，或因爆炸产生的新火源存在时，就可能造成二次爆炸。爆炸产生的有毒有害气体一氧化碳2~4%。若煤尘参与量会更大。影响爆炸的因素⑴可燃性气体混入。增加爆炸气体的总浓度，使瓦斯爆炸下限降低，扩大瓦斯爆炸的界限。⑵爆炸性煤尘的混入。煤尘本身遇到火源会放出可燃性气体，会使瓦斯爆炸下限降低。空气中煤尘含量5g/m3时，CH4下限降低到3%;煤尘含量8g/m3时，CH4下限降低到2.5%。⑶惰性气体的混入。使氧含量降低，缩小爆炸界限，降低爆炸危险性。影响引火温度的因素⑴瓦斯浓度。瓦斯浓度在7~8%时，引火温度最低。⑵混合气体压力。压力越大，引火温度越低。瓦斯与混合气体压力9.8kpa时，引火温度为700℃;压力为274.2kp时，引火温度为460℃。当混合气体瞬间被压缩到原来体积的1/20时，由于被压缩自身产生的热量，就能使其自行爆炸。引火温度随混合气体压力增加而降低。⑶火源性质。在一定温度条件下，火源表面积越大，火源存在时间越长，越容易引爆瓦斯;反之，火源温度很高，若存在时间短，也不能使瓦斯引爆，这是因为瓦斯的热容量比较大，即使达到爆炸浓度的瓦斯遇到高温火源，也并不能立即发生爆炸，而需要延迟一个很短的时间，瓦斯的这种延迟一个很短时间才爆炸的现象，称为引火延迟现象。引火延迟的时间称为瓦斯爆炸感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、引火温度有密切关系，瓦斯浓度越高，感应期越长;引火温度越高，感应期越短。通过缩短高温火源的存在时间，使其不超过瓦斯爆炸的感应期，可减少或消除瓦斯爆炸的可能性。毫秒雷管和安全炸药，在一定程度上就是根据瓦斯感应期这一特性研制生产的。炸药的爆炸温度达2000℃左右，高温存在时间短(千分之几秒)，小于瓦爆感应期，不会引起瓦斯爆炸;若质量不合格或炮泥装填不合乎要求，爆后高温气体存在的时间延长，超过感应期时即会造成瓦斯爆炸。感应期不是固定不变的。混合气体的压力增高时，感应期就会缩短或消失。瓦斯爆炸原因分析引起瓦斯积聚的主要原因:⒈局部通风机停运转⑴设备检修，无计划停电、停风。⑵电机故障，掘进面停工停风。⑶局扇管理混乱，任意开停。⒉风筒断开或严重漏风⑴风筒掐断、压扁，刮坏。⑵风筒漏风不及时维护、修补。⒊采掘面风量不足⑴风量分配不足。⑵通风巷道冒顶、堵塞。⑶单台局扇供多个掘进头。⑷风筒出口距掘进头太远。⑸超长通风局扇能力不足。⒋局扇产生循环风⑴局扇位置不当。⑵全风压风量不足。⒌风流短路⑴风门打开不关闭。⑵巷道贯通后不及时调整通风系统。⒍通风系统不合理不完善。⑴自然通风。⑵不符合规定的串联通风。⑶不合理的扩散通风。⑷通风设施不齐全和质量差。⑸无独立回风道的硐室。⒎采空区和盲巷管理不到位⑴采空区和盲巷大量高浓度瓦斯受大气压或冒顶造成瓦斯涌出。⑵矿压影响煤岩裂隙或密闭压裂瓦斯涌出。⑶邻近煤层透过采空区裂隙瓦斯涌出。⒏瓦斯涌出异常⑴断层，褶曲。⑵地质破碎带。⑶瓦斯富集区域喷出。⒐巷道支架背后空间及高顶区⑴巷道充填不接顶。⑵风量小，风速低于最低风速规定。⒑局部地点瓦斯聚积⑴采面上隅角。⑵采煤切割机附近。⑶采掘机附近。⑷刮板机底部。⑸未充填的各种钻孔。⒒井下各种扩散通风的盲巷。⒓主扇停运⑴突然停电停风。⑵主扇维护检修。引爆火源种类⒈电火花。①矿灯失爆;②电钻失爆;③带电作业;④电缆漏电;⑤电线短路;⑥电缆明接头或抽纸;⑦电器开关失爆;⑧电机车架线火花;⑨杂散电流。⒉爆破火花。①炮泥不填满;②放明炮;③放糊炮;④接线不良;⑤炸药不合格。⒊撞击摩擦火花。①机械设备摩擦;②截齿轮与坚硬岩石的摩擦(包括钻头);③冒顶撞击;④金属表面摩擦。⒋明火。①煤自燃发火;②井下电焊;③吸