煤矿瓦斯灾害防治.doc

矿井瓦斯防治矿井瓦斯是煤矿生产中必然遇到的有害气体。在煤矿生产过程中，伴随着生产的进行，瓦斯涌出到生产空间，对井下安全生产构成威胁。瓦斯不论其涌出量多少，一直都是矿井主产量最主要的一个危险源，瓦斯灾害、粉尘灾害、火灾、火灾和顶板灾害构成了煤矿的五大自然灾害，瓦斯爆炸事故是矿井五大自然灾害之首。瓦斯灾害的治理是矿井最根本的、最重要的任务。第一章 矿井瓦斯基础知识一、 矿井瓦斯的概念矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。在组成瓦斯的各种气体中，甲烷往往占总量的90%以上，因此瓦斯的概念通常单独指甲烷。矿井瓦斯来自煤层和煤系地层，它的形成经历了两个不同的造气时期，从植物遗体到形成泥炭，属于生物化学造气时期；从褐煤、烟煤到无烟煤，属于变质作用造气时期。由于在生化作用造气时期泥炭的埋藏较浅，覆盖层的胶结固化也不好，因此生成的气体通过渗透和扩散很容易排放到大气中，留存在现今煤层中的瓦斯，只是其中很少的部分。二、 瓦斯的性质瓦斯通常指甲烷，分子式为CH4，它是一种无色、无味、无臭的气体。在标准状态下（气温为0，大气压为1.0105pa），1m3甲烷的质量为0.717kg，而13空气的质量为1.293kg，因此，瓦斯比空气轻，（其相对密度为0.554）。因此，巷道顶板、冒落区顶部往往容易积聚瓦斯。瓦斯有很强的渗透性的扩散性，扩散速度是空气的1.34倍。瓦斯具有燃烧和爆炸性。三、 矿井瓦斯的危害1、 瓦斯窒息瓦斯本身虽然无毒，但空气中瓦斯浓度较高时，就会相对降低空中气氧气浓度。在压力不变的情况下，当瓦斯浓度达到43%时，氧气浓度就会被冲淡到12%，人就会感到呼吸困难；当瓦斯浓度达到57%时，氧气浓度就会降到9%，这时人若误入期中，短时间内就会因缺氧气窒息而死亡。因此煤矿安全规程规定，凡井下盲巷或通风不良的地区，都必须及时封闭或设置栅栏，并悬挂“禁止入内”的警标，严禁人员入内。2、 瓦斯的燃烧和爆炸当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦发生爆炸事故，会造成大量井下作业人员的伤亡，给国家财产造成巨大损失。四、 瓦斯的赋存状态瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种，一种是游离状态，另一种是吸附状态。1、 游离状态这种状态的瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔洞中，其分子可自由运动，处于承压状态。2、吸附状态吸附状态的瓦斯按照结合形式的不同，又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是指瓦斯被吸着在煤体或岩体表面，在表面形成瓦斯薄膜；吸收状态是指瓦斯被溶解于煤体号煤的分子相结合，即瓦斯分子进入煤体胶粒结构，类似于气体溶解于液体的现象。煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态，当条件发生变化时，这一平衡就会被打破。由于压力增高或温度降低使一部分游离瓦斯转化为吸附瓦斯的现象称为瓦斯吸附。五、 矿井瓦斯涌出1、 矿井瓦斯涌出的形式当煤层被开采时，煤体受到破坏，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象称为瓦斯涌出。（1）普通涌出。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涌出。首先是游离瓦斯，而后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，而且数量大。（2）特殊涌出。如果煤层或岩层中含有大量瓦斯、采掘时，这些瓦斯有时会在极短的时间内，突然地、大量地涌出，可能还伴有煤粉、煤块或岩块，瓦斯的这种涌出形式称为特殊涌出。瓦斯特殊涌出是一种动力现象，分为瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。瓦斯特殊涌出的范围是局部的、短暂的、突发生的，但其危害极大。2、 矿井瓦斯涌出量的概念与计算矿井瓦斯涌出量是指在开采过程中，单位时间内或单位重量煤中涌出的瓦斯量，仅指普通涌出。表示矿井瓦斯涌出量的方法有两种。（1）绝对瓦斯涌出量。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，可用下式进行计算：QCH4=QC （6-1）或 QCH4=1440QC （6-2）式中QCH4矿井（或采区）绝对瓦斯涌出量，m3/min或m3/d；Q矿井（或采区）总回量，m3/min；C矿井（或采区）总回风流中的瓦斯浓度，%；14401昼夜的分钟数。（2）相对瓦斯涌出量。相对瓦斯涌出量是指在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。可用下式进行计算：qCH4= （6-3）式中qCH4矿井（或采区）相对瓦斯涌出量，m3/t；QCH4矿井（或采区）绝对瓦斯涌出量，m3/min；T矿井瓦斯鉴定月矿井（或采区）的月产煤量，t；n矿井瓦斯鉴定月矿井（或采区）的月工作天数。必须指出，对于抽放瓦斯的矿井，在计算矿井瓦斯涌出量时，应包括抽放的瓦斯量。六、 矿井瓦斯等级的划分1、 矿井瓦斯等级划分的目的矿井瓦斯等级是矿井瓦斯涌出量大小和安全程度的基本标志。由于不同煤田瓦斯生成与赋存的条件不同，开采时间不同矿井的瓦斯涌出量就有很大差异。为保障安全生产，并做到经济合理，所选用的通风设备、通风要求及有关管理制度都应有所不同。因此，根据瓦斯涌出量和涌出形式将矿井瓦斯划分为不同等级，对矿井瓦斯实行分级管理，是十分必要的。2、 矿井瓦斯等级划分的依据煤矿安全规程，一个矿井中只要有一个煤（岩）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。矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦期涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：（1）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。（2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。（3）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用处量的鉴定工作，报省负责煤炭行业管理部门审批，并报省级煤矿安全监察机构备案，上报时应包括开采煤层最短发火期和自然倾向性，煤尘爆炸性的鉴定结果。新矿井设计文件中，应有各煤层的瓦斯含量资料。第二章 瓦斯爆炸的基本条件及危害一、瓦斯爆炸的基本条件瓦斯爆炸是空气中的氧气与瓦斯在高温火源的作用下，进行的剧烈氧化反应。反应性成二氧化碳和水蒸气，并放出大量的热量，这些热量使生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压并以极高的速度向外冲击。当空气中氧气不足或反应进行不完全时会产生大量的一氧化碳。1、 瓦斯爆炸的条件瓦斯爆炸的发生必须具备3个基本条件：（1）瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%16%；（2）混合气体中氧的逍度不低于12%；（3）有足够能量的引火源。引火源温度不低于650-750，能量大于0.28ml，且持续时间大于瓦斯爆炸的感应期。当点火源与混合气体接触时，爆炸不是立刻就发生，而是有一个延迟时间，这段时间称为爆炸的感应期。感应期的长短与点火源的强度、温度、火源的性质、瓦斯的浓度或煤尘的挥发分有关。2、 影响瓦斯爆炸界限的因素瓦斯爆炸下限5%，上限16%是指瓦斯空气混合气体爆炸的大致范围，随着其他可燃气体的混入，瓦斯爆炸界限会发生变化，而环境温度压力及点燃源的能量等对瓦斯爆炸界限有影响，因此，瓦斯爆炸的界限并不是一个固定不变的常数。（1）可燃气气体的混入。混合气体中如果有一些可燃性气体的混入，如硫化氢、乙烷等，这些气体本身具有爆炸性，不仅增加了爆炸气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸下限降低，从而扩大了瓦斯爆炸的界限。（2）爆炸性煤尘的混入。混合气体中混入了爆炸性煤尘，由于煤尘本身遇到火源会放出可燃性气体，因而会使瓦斯爆炸下限降低。（3）惰性气体的混入。惰性气体的混入会使混合气体中氧气的含量降低，因而可以缩小瓦斯的爆炸界限，降低瓦斯爆炸的危险性。（4）混合气体的压力。混合气体的压力越大，所需的点火温度就越低，也就越容易发生瓦斯爆炸事故。（5）混合气体的初始温度。混合气体的初始温度越高，瓦斯爆炸的界限就越大。（6）瓦斯浓度与点火温度。不同的瓦斯浓度，所需的点火温度不同，瓦斯浓度在7%8%时，所需的点火温度最低。一定的温度条件下，火源的面积越大，火源存在的时间越长，就越容易引爆瓦斯。面当火源的存在时间小于瓦斯爆炸的感应期时，瓦期不会发生爆炸。3、引燃瓦斯的点火源（1）明火火焰。这类点火源的特点是伴随有燃烧化学反应。如明火、井下焊接产生的火焰、爆破火焰、煤炭自然产生的明火、设备失爆产生的火焰、油火等。（2）炽热表面和炽热气体。炽热的表面，如电炉、白炽灯、过电流引起的线路灼热、输送带打滑机械摩擦引起的金属表面炽热等都会引起瓦斯爆炸。白炽灯中钨丝的工作温度高达2000，在该温度下钨丝暴露于空气中就会生激烈的氧化，便会立刻点燃瓦斯。因此，煤矿井下使用专用的照明工具，以防止灯泡破裂时引燃瓦斯。炽热的废气或火灾产生的高温烟流与瓦斯相遇时生发氧化、燃烧等化学反应，也会引起瓦斯爆炸。瓦斯的引燃温度在650，机械、电气设备等的表面温度持续升高或防爆电器发生失爆时，都可能达到这一温度。（3）机械摩擦及撞击火花。矿用设备在使用过程中的摩擦和撞击所产生的火花可引燃瓦斯。如跑车时车辆和轨道的摩擦、金属器件之间的撞击、钢件与岩石的碰撞、矿用机械的割齿同巷道坚固岩石的摩擦、巷道塌落的岩石的碰撞（主要是炭浆岩等坚硬的石间的碰撞）等都能产生足以引燃瓦斯的火花。（4）电火花。电火花主要包括弧放电、电气火花和静电产生的火花。瓦斯爆炸的最小点燃能量是0.28mj，假设人体的电容为200pF，化纤衣服静电电位为15KW，则其放电的能量可通22.5mj，大大超过了瓦斯爆炸的最小点燃能量。因此井下工作人员必须穿棉织品衣物。井下输电线的短路、接头不符合要求及带电检修等都是造成瓦斯爆炸的主要原因。地面闪电通过矿用管路传输到井下也可能引燃瓦斯。此外，据俄罗斯的研究结果，井下测量的激光因其光束窄、能量集中的特点，也有点燃瓦斯的能力。在使用该类设备时不仅要保证其中外壳及电路的安全性，还应该保持其激光辐射的安全性。二、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸产生的主要危害因素有冲击波、火焰锋面以及大量的有害气体。1、爆炸冲击波在爆炸发生时，首先到达的是爆炸冲击波。爆炸冲击波的传播速度总大于音速，最高可达1000m/s发上，冲击波正向传播的峰值压力一般为5-8个大气压，最高可达20个大气压。冲击波造成的危害主要是人员的创伤、巷道支架的毁坏、冒顶、井下设备的翻倒和破坏。摧毁矿井通风设施等。冲击波会扬起沉积在巷道中的煤尘或破环矿井通风系统，形成新的瓦斯、煤法爆炸源；当遇到火焰锋面通过或再生火源时就引发二次爆炸。在高瓦斯矿井发生瓦斯爆炸后，对灾害区域进行封闭时，由于封闭域内再生火源和风量的大幅度减少，可能迅速形成二次爆炸的条件，对救灾工作构成很大的威胁。因此，当封闭工作需要时间较长时，应建立相应的防护设施。2、火焰锋面紧跟在冲击波之后的是发生剧烈化学反应的火焰锋面。火焰锋面的温度可达2150-2650，锋面经过时会造成人体大面积皮肤烧伤和呼吸器官及食道、胃等黏膜烧伤，可烧坏井下的电气设备、电缆，并可引燃井巷中的可燃物，产生新的火源。3、有害气体瓦斯爆炸过后，矿井中氧气的浓度下降，燃烧生成大量的二氧化碳和水蒸气。某些煤矿分析爆炸后气体成分为氧气：6-10%；N2：82%-88%；二氧化碳：4%-8%；一氧化碳：2%-4%。如果有煤尘参与爆炸，则生成的一氧化碳更多，成为井下人员伤亡的主要因素之一。上述三个有害因素的危险程度与它们波及的范围有关，火焰锋面的传播范围较小，一般为几十米至几百米，少数情况下可达到几千米。冲击波的传播一般为几千米，甚至冲出地面。爆炸产物的波及范围与爆炸后通风系统的状况有关，如果爆炸摧毁了矿井主要的通风系统，则由此造成的灾害将波及整个下风侧的生产区域。第三章 防止瓦斯爆炸的措施根据瓦斯爆炸的条件在井下总能满足，预防瓦斯爆炸一般应从两个方面采取措施，即防止瓦斯积聚和防止瓦斯被引燃。另外，防止瓦斯爆炸事故扩大的措施。通常被作为预防瓦斯爆炸措施的一部分。一、防止瓦斯积聚的措施瓦斯积聚是指局部空间（体积大于0.5m3）瓦斯浓度达到或超过2%的现象。煤矿井下容易发生瓦斯积聚的地点是采掘工作面和通风不良的场所，防止瓦斯积聚要从以下几个方面采取措施。1、加强通风加强通风是防止瓦斯积聚的基本方法之一，主要包括建立合理的通风系统和加强通风管理两个方面。每一矿井的通风系统和通风管理工作都必须符合煤矿安全规程的要求；严禁采用独眼井开采；严禁采用不符合煤矿安全规程规定的串联通风，掘进工作面禁止采用扩散通风；矿井的产量必须与矿井通风能力相适应，严禁超通风能力生产；要完善通风系统，保护好通风设施；加强局部通风管理；避免出现任何形式的盲巷，长期不用的巷道要及时封闭等。2、 加强瓦斯检查与监控瓦斯检查和监控是预防瓦斯爆炸事故的主要措施之一。瓦斯检查工作搞好了，就能够及时、准确地撑握井下的瓦斯浓度，及时发现瓦斯超限和瓦斯积聚等事故隐患。加强瓦斯检查可以从瓦斯检查人员配备和培训，仪器装备的购置、使用和维护以及管理制度的建立和执行三个方面去做工作。瓦斯监控的方法主要有人为监测和监测系统监测两种。1） 矿井瓦斯的重点监控一般来说，凡井下有瓦斯涌出或有可能积存瓦斯的区域和地点，都应进行瓦斯检查。主要有以下地点：（1）采、掘工作面及其进、回风巷中的风流；（2）各采区、水平、一翼回风风流和矿井总回风风流；（3）爆破地点、电动机及其开关附近的风流；（4）进入串联工作面或机电硐室的风流；（5）各种钻场、密闭和盲巷以及顶板冒落等可能发生瓦斯积聚的地点和部位；（6）局部通风机恢复通风前的停风区、局部通风机其开关附近的风流。2）井下工程施工瓦斯的重点监控（1）重点监控的工程：在瓦斯涌出量大、涌出速度高的地点进行施工的工程；在靠近瓦斯积聚的瓦斯或火源的工程；直接处理积聚区域，可能沟通积聚瓦斯的工程；会引起涌风风流突然变化或瓦斯涌出突然变化的工程；矿井灾害时期的各类工程。（2）重点监控的内容：了解整个工程的施工过程和波及的工作空间，确定监测测点；了解施工过程中瓦斯涌出的来源和基本规律，根据涌出的不均衡性和工程需要确定监测的时间和次数；制定重点工程瓦斯监测制度，确定监测人员和使用的仪器；制定监测结果和异常情况的记录、汇报、处理程序。3、 及时处理局部积聚的瓦斯煤矿井下易发生局部瓦斯积聚的地点主要有：采煤工作面上隅角、采煤机附近、顶板冒落空洞中、采煤工作面切顶线附近、低风速巷道的顶板附近等。1）采煤工作面隅角局部瓦斯积聚的处理方法（1）风障法。利用风筒布、木板或其他材料在工作面上隅角设置风障，迫使部分风流经过上隅角，可消除上隅角的瓦斯积聚。（2）水力引射器排除法。水力引射器的特点是无转动的叶轮且不用电，因此不会产生任何火花。（3）尾巷排除法。由于回风尾巷的存在使采空区的漏风方向发生了改变，这时采空区的瓦斯会随同漏风进入回风尾巷，通过回风尾巷和回风上山排出。但是，采煤工作面设置回风尾必须遵守煤矿安全规程的规定。此种方法的缺点是增加了采区的漏风范围和漏风量，有可能导致自然发火。（4）改变采空区的漏风方向。将工作面上部区段空区的密闭墙拆开，采煤工作面采空区的漏风方向将发生改变，大部分漏风不再进入上隅角，能使上隅角的瓦斯来源减少，瓦斯浓度下降。此种方法只适用于不易自燃的煤层。（5）利用小型液压通风机吹散法。在工作面上隅角附近安设小型液压通风机，向上隅角送风，吹散上隔角的积聚瓦斯。（6）利用移动式抽放站抽放法。利用移动式抽放站和通过上隅角埋入采空区一定距离的瓦斯抽放管路抽放瓦斯，抽出的瓦斯排至采区回风巷。（7）用脉动通风技术治理上隅角瓦斯积聚。肪动通风技术就是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关的理论，研制的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动风机。在正常通风风流中叠加脉动风流，从而增加风流的紊流扩散系数，提高风流驱散局部积聚瓦斯的能力，从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚问题。针对脉动通风机运行环境的特殊安全要求，在其动力方面考虑采用气压或液压作为动力源。由于综采工作面都有配套的乳化液泵站，因此对于综采工作面确定采用高压乳化液作为动力源，这样也可简化通风机的动力系统。在叶轮材质方面，选用具有抗静电和阻燃性能的高强度工程塑料。脉动风流的产生是因为风机体旋转，在风机体周围获得脉动风流。该通风机主要特性，乳化液动力源和抗静电和阻燃工程塑料叶轮，具有可靠的无火花防爆性能，可在有矿井瓦斯或可燃气体爆炸危险的通风工程中使用；液压马达驱动叶轮和机体，产生双旋转脉动动射流，不仅有效射程远，冲淡瓦斯的扩散系数高，而且还有对瓦斯仓储区的柔性排放效应等特性，特别适合于采煤工作面上隅角瓦斯积聚的有效治理或类似的目的；风式开放与螺式封闭巧妙结合的防护笼体，不仅提高了脉动通风的效果，而且对作业人员的安全和健康具有保护作用。（8）用高压水射流风机引排上隅角瓦斯。高压水射流风的工作原理：高压水通过固定引风器内的特制喷头，形成旋转雾化射流，高速雾粒与空气的动量交换和高压水射流的卷吸作用，带动气流前进形成风流，在进风口处产生负压，把含有瓦斯或粉尘的空气吸进风机，从而达到通风和降尘的目的。在处理采煤工作面上隅角积聚的瓦斯时，高压水射流风机利用高压水作动力形成引射流，可将积聚在上隅角的瓦斯抽放或吹散到回风巷，使其与主风流混合从而达到解决瓦斯积聚的目的。（9）用抽出式无火花风机治理上隅角瓦斯积聚。主要结构GDS-1型瓦斯自动排放系统排放上隅角积聚瓦斯时，其主要由2个瓦斯传感器、控制装置、调节风门、吸风器、无火花风机和若干风筒构成。技术原理：当用无火花风机排放上隅角积聚瓦斯时，需对风筒内瓦斯浓度进行实时监测，自动控制调节“掺新”风量，在保证安全的前提下，实现最大的排放功率。抽出式风机为排放上隅角瓦斯提供动力。上隅角的高浓度瓦斯经吸风器X进入硬质风筒Y，双级传感器T1、T2检测过调节风门K调节“掺新风”后风筒内的瓦斯浓度值。控制装置接收到传感器的浓度信号后，控制装置内的单片微机根据瓦斯浓度的变化值和最大值来确定调节风门K开或关以及开关角度的大小，并给出控制指令到控制装置中驱动器，驱动器驱动电机转动，实现对调控风门K的开关和开关角度的大小，从而改变“掺新风”的风量，使排放瓦斯风筒内瓦斯浓度不超过安全控制限，并保证最大排放效率。整套系统检测、调节、控制全部实现智能化，具有安装使用方便、结构简单紧凑等优点。在工作面绝对瓦斯涌出量超过5-6m3/min的情况下，单独采用上述方法难以收到预期效果，必须进行瓦斯抽放，以降低整个工作面的瓦斯涌出量。2）采煤机附近局部瓦斯积聚的处理由于采煤机在生产过程中不断破碎煤体，并形成新钱的煤层暴露面，以及采煤机附近通风不畅等原因，采煤机附近易形成高浓高瓦斯区。煤层中若含有硬的夹矸或黄铁矿、采煤机在割煤过程中还易形成摩擦火花。因此，采煤机附近是发生瓦斯爆炸危险性较大的区域。防止采煤机附近积聚瓦斯的措施有：增加工作面的风量；降低瓦斯涌出的不均匀性，增加采煤机在1日或1班中的工作时间，同时降低采煤机的牵引速度和减小截深；在采煤机上安装小型水力引射器。3）掘进巷道局部冒落空洞积聚瓦斯的处理方法（1）用导风板引风法。即在冒落空洞中设法固定一块木板，并注意使木板下头适当伸出冒落空洞。（2）充填法。即在棚梁上铺设一定厚度的木板或荆芭，然后用黄土或砂子将冒落空洞填满。（3）接分支风筒法。在有风筒的巷道中，可自风筒上接一直径较小的分支进入冒落空洞，引导部分风流中散瓦斯。（4）压风排除法。在有压风管通过的巷道中，可自压风管上接一分支进入冒落空洞，并在支管上设若干喷嘴，利用压风将瓦斯吹散。4）巷道顶板附近层状瓦斯积聚的处理方法如果巷道周围或某一位置瓦斯涌出量较大，在巷道内的风速太小的情况下，瓦斯就会积聚于巷道顶板附近，形成一个比较稳定的带状瓦斯断层，这就是所谓的层状瓦斯积聚。层厚由几厘米到几十厘米，积聚长度由几米到几十米，层内瓦斯浓度由下向上逐渐增大。巷道顶板附近层状瓦斯积聚的处理方法有：（1）增大巷道的风速，促使瓦斯与风流的充分混合。一般认为，防止层状瓦斯积聚的平均风速不应低于0.5-1m/s。（2）增大顶板附近的风速。如在顶梁下面加导风板，或沿顶铺设风筒，或铺设按有短管的压气管，将积聚的瓦斯吹散；在瓦斯涌出比较集中的地点，可安装引射器将瓦斯吹散。（3）将瓦斯源封闭。如果巷道顶板裂隙发育，有大量的瓦斯涌出，可采用木板和黏土将其填实隔绝，或注入砂浆等凝固材料，堵塞较大的裂隙。4、进行瓦斯抽放当矿井或某一区域的瓦斯涌出量较大，采用通风的方法已不能可靠地控制瓦斯浓度时，应结合采取抽放措施。二、防止瓦斯引燃的措施1、防止明火。煤矿安全规程规定：严禁携带烟草和点火物品下井；井口房、通风机房和抽放瓦斯泵站附近20m内，不得有烟火或用炉取暖；井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊接等工作。如果必须在井下主要硐室、主要进风井巷和井口房内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作，每次都必须根据现场条件和煤矿安全规定要求制定严密的安全措施，并认真贯彻执行。2、防止出现电火花。井下必须使用防爆型电气设备；所有电缆接头不准有“鸡抓子”、“羊尾巴”和明接头；井下不准带电作业；严禁在井下拆开敲打和撞击矿灯；矿灯必须有可靠的短路保护装置；高瓦斯矿井应装有短路保护费。3、防止出现炮火。井下爆破必须使用许用炸药和煤矿许用电雷管，选用炸药的安全等级必须符合煤矿安全规程规定，不得使用过期或严重变质的爆炸材料。井下爆破要符合煤矿安全规程规定，必面使用发爆器，严禁使用其他电源作为起爆电源。炮眼装药量要适当，炮泥必须封足封实，严禁裸露爆破。4、防止撞击和摩擦火花的产生。5、对井下火区必须加管理。6、防止其他火源的出现。要防止地面的闪电或其他突发的电流通过管道传到井下；防止出现静电火花。三、防止瓦斯爆炸事故扩大的措施1、矿井各生产水平和每一生产水平的各采区之间必须实行分区通风；采掘工作面应采用独立通风。2、通风系统力求简单。总进风道与总回风道的间距不可太近，以免发生爆炸时造成风流短路。废弃的巷道和采空区要及时封闭。3、装有主要通风机的回风井口应安装防爆门，防止瓦斯爆炸毁坏通风机给救灾和恢复生产增加困难。4、生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向。5、在矿井的两翼之间，相邻的采区，相邻的煤层以及相邻的采煤工作面间和采掘工作面巷道中设置水棚或岩粉棚。6、必须及时清除巷道中的浮煤，清扫或洗沉积煤尘。7、井下作业人员都应熟练掌握自救器的开启和佩戴方法，并熟悉自己工作地点的避灾路线。8、煤矿企业必须编制年度灾害预防和处理计划，并根据具体情况及时修改。四、排放瓦斯的基本要求瓦斯排放是指在独头巷道停风后恢复通风或封闭巷道启封时，排除巷道内的瓦斯。排放前，要查明瓦斯积聚的原因，估算积聚的瓦斯量，制定排放瓦斯的措施。1、排除独头巷道积聚的瓦斯前，须先检查瓦斯浓度，当局部通风及其开关地点附近10m以内风流中瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开动局部通风机向独头巷道送入有限的风量，逐步排放积聚的瓦斯，必须使独头巷道中排出的风流在全风压风流混合处的瓦斯浓度和二氧化碳浓度均不超过1.5%。禁止搞“一风吹”或随意加大向排放地点的供风，坚持限量排放。2、排放瓦斯时，应有瓦期检查人员在独头巷道回风流与全风压风流混合处，经常检查瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到1.5%时，应指令调节风量人员，减少向独头巷道的送进风量，确保独头巷道排出的瓦斯在全风压风流混合处的瓦斯浓度和二氧化碳浓度均不超限。3、排放瓦斯时，严禁局部通风机发生循环风。4、排放瓦斯时，独头巷道的回风系统内，必须切断电源，撤出人员；还应有矿山救护队在现场值班。5、排放瓦斯时，经检查证实，整个独头巷道内风流中的瓦斯浓度不超过1%，氧气浓度不低于20%和二氧化碳浓度不超过1.5%，且稳定30min后，瓦斯浓度没有变化，才可恢复局部通风机的正常通风。第四章 瓦斯突出及防治在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象，人们称之为煤（岩）与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。煤矿安全规程规定，矿井在采掘过程中，只要发生1次煤（岩）与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层即为突出煤层。瓦斯突出是一种破坏性极强的动力现象。它常伴有猛烈的声响和强大的动能，使井巷设施摧毁，通风系统破坏，甚至引起火灾和二次瓦斯爆炸事故，更严重时会导致整个矿井正常生产系统的瘫痪。解释煤与瓦斯突出机理的假说有多种。其中被多数人公认的是综合作用假锐。综合作用假说认为，煤与瓦斯突出是地压、瓦斯和煤的物理力学性质综合作用的结果。其中，地压是发动突出的因素，是破坏的主要动力；瓦斯是完成突出过程的主要因素，是抛出煤体并进一步破碎煤体的主要动力；而煤的物理力学性质决定了突出发生、发展的程度。一、煤与瓦斯突出的分类对突出的分类有多种方案，生产管理中一般利用防治煤与瓦斯突出细则中的分类，将突出现象分为3类。1、突出。实现瓦斯突出的基本能源是突出煤所积聚的瓦斯能。发动突出的力量，主要是地应力和瓦斯压力的合力，突出的危害性最大。其基本特征是：突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象；抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉；有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量远远超过突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有时会使风流逆转；突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其他分岔形等。2、压出。压出的基本能源是煤层所积聚的弹性能，发动和实现压出的主要力量是地应力。基本特征是：压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；压出的煤呈块状，无分选现象；巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。3、倾出。倾出的基本能源是煤的重力位能。发动倾出的力量是地应力。基本特征是：倾出的煤就地按自然安息角堆积，并无分选现象；倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向发展；无明显动力效应；倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明显增加。二、煤与瓦斯突出的一般规律对大量的突出事例进行的分析表明，煤与瓦斯突出有一些基本规律。1、突出危险性随深度的增加而增大。我国煤层的始突深度变化范围很大，由数十米到数百米。白沙、涟邵、梅田等矿区始突深度仅为7080m，而抚顺本层煤的始突深度为620m。多数突出矿井煤层的始突深度在200-300米。河南省平顶山矿区的煤层始突深度：四矿，750米；五矿340米；八矿，354米；十矿，420米；十二矿363米。对同一煤层来说，在始突深度以下，突出的次数和强度随深度的增加而增大。2、突出危险性随煤层厚度增加而增大，尤其是软分层的增厚。对同一煤田来说，突出煤层愈厚突出危险性愈大。便如南桐矿务局的6号煤层厚1.0-1.5米，4号煤层厚2.5-3.2米。发生突出的次数分别为97次和325次；突出平均强度分别为43 t /次和88 t /次；最大突出强度分别为450 t和5000 t。3、突出大多数发生在掘进工作面。据统计，掘进工作面的突出占81.8%；采煤工作面占15.8%；执行防措施时发生突出占2.4%。在掘进工作面中，石门揭煤发生的突出虽然次数较少，占总次数的5.76%，但平均突出强度最大，达316t/次。千吨以上的特大型突出，绝大多数是在石门揭开煤层时发生的。4、突出多发生在地质构造带。地质构造带包括：断层、褶曲、火成岩侵入和煤层赋存条件（煤层厚度、倾角和走向）变化等区域。5、突出预兆。煤与瓦斯突出发生前，都会出现各种各样有声和无声预兆。有声预兆包括煤体中的闷雷声、机枪声、爆竹声、嗡嗡声等。无声预兆包括支架来压、掉碴、片帮、工作面煤壁开裂、煤壁外臌、底臌和炮眼严重变形、风流瓦斯浓度忽大忽小、顶钻、喷煤喷瓦斯、煤层层理紊乱，煤变松软、暗淡无光泽、煤变干燥和煤尘增多等。有时在突出发生前，还会出现煤壁和工作面气温降低，有特殊气味等。6、突出前作业方式。除自然因素外，对突出来说，采掘作业是一个诱导因素，尤其是爆破作业。三、“四位一体”防突体系根据防治煤与瓦斯突出细则的要求，在开采突出煤层时，必须采用以下综合措施：即“四位一体”的防突措施，包括突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验和安全防护措施。1、突出危险性预测突出危险性预测是防治突出综合措施的第一个环节。预测的目的是确定突出危险的区域和地点，以便使防治突出措施的执行更加有的放矢。实践表明，突出呈区域分布。在突出煤层开采过程中，只有很少的区域（大致占整个开采区的10%-30%）或区段才发生突出。因此，突出矿井首先应当进行突出危险性预测，它包括区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测。2、防治突出措施防治突出措施是防治突出综合措施的第二个环节，防治突出措施仅在预测有突出危险的区域和区段应用，主要有区域性防治突出措施和局部防治突出措施两类。3、防治突出措施的效果检验防治突出措施的效果检验是防治突出综合措施的第三个环节，其目的是在防治突出措施执行后，检验预测指标是否降低到突出危险值以下，以保证其防治突出效果。对防治突出采取的措施进行效果检验，相当于对已经采了以了防突措施的采掘工作面，在原来预测的基础上，再进行一次突出危险性预测。经检验证实措施有效后，方可采取安全防护措施进行采掘作业。如果经检验证实措施无效，则必须采取防治突出的补充措施并经检验有效后，方可采取安全防护措施作业。防突措施效果检验的方法与工作面突出危险性预测方法基本相同。4、安全防护措施安全防护措施是防治突出综合措施的第四个环节，为了防止因突出预测失误或防突措施失效而造成危害，无信纸是揭穿突出危险煤层还是在突出危险煤层中进行采掘作业，都必须采取安全防护措施。实践表明，各种防治突出措施，特别是局部防治突出措施，尽管试验证实防治突出是有效的，但在应用过程中，都无一例外地发生过多多少少的突出。即使在同一突出煤层，该措施在一些区域是有效的，但在有些区段则无效。防治突出措施失效的原因在于井下条件的复杂性，如煤层赋存条件的变化、地质构造条件的变化及采掘工艺方式的变化等。安全防护措施的目的在于，突出预测失误或防治突出措施失效发生突出时，避免人身伤亡事故。四、突出危险性预测1、区域突出危险性预测区域预测是预测矿井、煤层区域的突出然险性。按照煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则的规定，突出矿井的煤层应划分为突出煤层和非突出煤层。突出煤层经区域预测，可划分为突出危险区域和突出威胁区域。区域突出危险性预测的方法，有单项指标法、瓦斯地质统计法和综合指标法等。1）根据煤的破环类型、瓦斯放散初速度（P）煤的坚固性系数（f）和煤层瓦斯压力（p）等单项指标预测煤层突出危险性的方法，称为单项指标法。应用单项指标判断煤层突出危险性的临界值，应根据矿井实测资料确定，若无实测资料，对照细则给出的参考临界值。见表6-1表6-1预测煤层突出危险性单项指标法临界值煤层突出危险性煤的破坏类型瓦斯放散初速度p煤的坚固性系数(f)煤的瓦斯压力p突出危险、10.000.500.742）瓦斯地质统计法根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布规律，划分瓦斯突出区域与瓦斯威胁区域的方法，称为瓦斯地质统计法。划分突出危险区一般符合下列要求：（1）在水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直驿应区域预测为突出危险区。（2）根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定突出点距构造线两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平均造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域。（3）未划定的其他区域为突出威胁区。3）综合指标法综合考虑煤层瓦斯压力（p）、瓦斯放散初速度（p）、煤的坚固性系数（f）的煤的突出危险性综合指标K和煤层突出危险性综合指标D来预测突出煤层区域的公安厅出危险性。这种方法称为综合指标法。煤层区域突出危险性综合指标按下式计算：D=（0.0075 -3）(p-0.74) （6-4）K= （6-5）式中D煤层突出危险性综合指标；K煤的突出危险性综合指标；H开采深度，m；P煤层瓦斯压力，取两个测压钻孔实测煤层瓦斯压力最大值，Mpa；P软分层煤的瓦斯放散初速度指标；f软分层煤的平均坚固性系数。2、工作面突出危险性预测在突出危险区域内，工作面进行采掘作业前，必须进行突出危险性预测，依据预测结果划分为突出危险工作面和突出威胁工作面。工作面突出危险性预测的方法，有综合指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法。1）综合指标法综合指标法预测石门揭煤工作面瓦斯突出危险性需要进行如下测定工作：（1）在石门揭煤工作面向煤层至少打两个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力P。（2）在打测压钻孔过程中，每米钻孔采一个煤样，测定煤的坚固性系数f，并将两个测压孔所测的坚固性系数最小值平均，作为煤层平均坚固性系数。（3）将坚固性系数最小值的两个煤样混合，测定煤的瓦斯放散初速度P。石门揭煤工作面瓦斯突出危险性综合预测指标，按公式（6-4），（6-5）计算。综合指标D、K预测突出危险性的临界值根据（表6-1）确定区域突出危险性。2）钻屑解吸指标法。采用钻屑解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性时，应在工作面留有垂距至少3-10米保护岩柱时，至少打两个直径50-70mm的预测钻孔，当钻孔进入煤层时，用1-3mm的筛子筛分钻孔煤屑，测定其瓦斯解吸指标h2或K1值。采用h2或K1指标预测突出危险性时，若预测指标超过临界值，该工作面预测为突出危险工作面，反之，预测为无突出危险工作面。3）钻孔瓦斯涌出初速度法在煤巷掘进工作面采用钻孔瓦斯涌出初速度进行突出预测时，应按下更步骤进行：（1）在掘进工作面的软分层中，靠近巷道两帮，各打一个平行于巷道掘进方向，直径42mm，深3.5m的预测钻孔。（2）用专用封孔器封孔，留0.5m长测量室。（3）在钻孔成孔2min内测定完钻孔瓦斯涌出初速度。采用钻孔瓦斯涌出初速度临界值qm预测突出危险性，应根据实测资料分析确定，如无实测资料时，可能照表6-2的临界值qm确定。当实测的q值等于或大于临界值qm时，工作面预测为突出危险工作面；实测的q值小于突出危险临界值时，工作面预测为无突出危险工作面。用钻孔瓦斯涌出初速度法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，如预测为无突出危险工作面，每循环应留有2米超前距，采用安全防护措施进行掘进作业。表6-2 判断突出危险性的钻孔瓦斯涌出初速度临界值（qm）煤的挥发分Vdaf/%5-1515-2020-3030qm/(l/min)5.04.54.04.54）R值指标法采用R值指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，应按下列步骤进行：（1）在煤巷掘进工作面打2个（倾斜和急倾斜煤层）或3个（缓倾斜煤层）直径42mm、深5.5-6.5m的预测钻孔。钻孔应布置在软分层中，一个钻孔位于巷道工作面中部，并平行于巷道掘进方向，其他钻孔的终孔应位于巷道轮廓线外2-4米处。（2）钻孔每打1米，测定一次钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度；测定钻孔瓦斯涌出初速度时，测量室长度为1米，根据每个钻也的最大钻屑量和最大钻孔瓦斯涌出初速度，按公式（6-6）计算各孔的R值：R=（Smax-1.8）(qmax-4) （6-6）式中Smax每个钻孔沿孔长最大钻屑量，l/m；qmax每个钻孔沿孔长最大钻孔瓦斯涌出初速度，l/mmin。判断煤巷掘进工作面突出危险性的临界指标Rm应根据实测资料分析确定；如无实测资料，可取Rm=6。任何一个钻孔实测的R值等于或大于临界值Rm时，工作面预测为突出危险工作面；R值小于临界值Rm时，工作面预测为无突出危险工作面。采用R值指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，如预测为突出危险工作面，每循环应留有2米超前距，采用安全防护措施进行掘进作业。需要指出，当R值为负数时，应采用单项指标进行工作面突出危险性预测。5）钻屑解吸指标法钻屑解吸指标法预测煤巷掘工作面突出危险性，应按下列步骤进行：（1）在煤巷掘进工作面打2个（倾斜和急倾斜煤层）或3个（缓倾斜煤层）直径42mm、深8-10米的预测钻孔。钻孔应布置在软分层中，一个钻孔位于巷道工作面中部，并平行的于巷道掘进方向，其他钻孔的终孔应付于巷道轮廓线外2-4米处。（2）钻孔每打1米，测定一次钻屑量，每隔2米测定一次钻屑解吸指标；根据每个钻孔长每米的最大钻屑量Smax和最大钻屑解吸指标h2和K1预测工作面的突出危险性。采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，各指标的突出危险临界值应根据实测资料分析确定；如无实测资料时，可参照表6-3所给临界值确定突出危险性。表6-3 钻屑解吸指标预测工作面突出危险临界值h2/pa最大钻屑量K1危险性Kg/mL/mMl/(g.min1/2)突出危险工作面无突出危险工作面实测的Sm、K1或h2值等于或大于临界值时，工作面预测为突出危险工作面；实测的所有值都小于突出危险临界值时，工作面预测为无突出危险工作面。采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性是，如预测为无突出危险工作面，每循环应留有2米的超前距，采用安全防护措施进行掘进作业。一般来说h2和 K1值属同一类指标，测定时任选一个，不需要同时测定h2和 K1。五、防突措施1、区域防突措施目前采用的区域防突措施，包括开采保护层、预抽煤层瓦斯和煤体注水。1）开采保护层在突出矿井中，在煤层群中首先开采的，并能使相邻的突出煤层消除突出危险的煤层叫保护层。后开采的具有突出危险的煤层叫被保护层。位于被保护层上部的保护层叫上保护层，位于被保护层下部的保护层叫下保护层。开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的措施之一。保护层开采后，被保护层中对应区域内的煤体被充分卸压，导致煤层和围岩中积蓄的弹性能被释放，减弱了发动突出的主要动力；煤体卸压后产生大量裂隙，使煤层的透气性增加，造成瓦斯潜能的释放，减弱了完成突出过程的主要动力；高压瓦斯的大量释放，使煤层瓦斯含量降低，导致煤体强度增加，煤的坚固性系数可提高1倍以上，这就增大了突出的阻力。这些因素综合作用的结果，必然导致被保护层突出危险性减小。在突出矿井开采煤层群时，应优先选择开采保护层防治突出措施。开采保护层后，在被保护层中受到保护的区域可按无突出危险区进行采掘作业；在未受到保护的区域，必须采取综合防治突出措施。选择保护层应优先选择无突出危险的煤层作为保护层。矿井中所有煤层都有突出危险时 ，应选择突出危险程度较小的煤层作保护层；应优先选择上保护层，选择下保护层开采时，不得破坏被保护层的开采条件。被保护范围的划定方法及有关参数，应根据对矿井实际考察的结果确定。正在开采的保护层采煤工作面，必须超前于被保护层的掘进工作面，其超前距离不得小于保护层与被保护层之间法线距离的2倍，并不得小于30米。开采突出厚煤层时，可利用上分层或上区段开采后形成的卸压作用保护下分层或下阶段，但应依据对上分层或上区段卸压范围的考察结果确定其保护范围，必须将下分层或下区段的采掘工作面布置在保护范围内。开采保护层时，采空区内不得留有煤（岩）柱；特殊情况需留煤（岩）柱时，必须将煤（岩）柱的位置和尺寸准确地标在采掘平面图上。每个被保护层的瓦斯地质图上，应标出煤（岩）柱的影响范围，在这个范围内进行采掘工作时，必须采取综合防治突出措施。开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。开采近距离保护层时，必须采取措施施严防被保护层初斯卸压的瓦斯突然涌入保护层采掘工作面和误穿突出煤层。2）预抽煤层瓦斯开采保护层时，已有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放被保护层的瓦斯。单一煤层和无保护层可采的突出危险煤层，经试验预抽瓦斯有效果时，也必须采用抽放瓦斯的措施。煤层抽放瓦斯后，大量高压瓦斯的排出导致瓦斯潜能的释放，减弱了完成突出过程的主要动力；大量瓦斯的排出直接导致煤体强度的增大，增加了突出的阻力；另一方面，大量瓦斯的排出又导致了媒体的卸压，释放了积蓄在煤体和围岩中的弹性能，减弱了发动突出的主要动力。这些因素综合作用的结果，消除了突出的危险。采用预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效指标，应根据矿井实际考察确定。如果无实际考察数据，可参照下列指标之一确定：（1）预抽煤层瓦斯后，突出煤层残余瓦斯含量应小于该煤层在该突出区域始突深度的煤层瓦斯含量。（2）煤层瓦斯预抽率，即钻孔抽出瓦斯量与钻孔控制范围内煤层瓦斯储量的比值，应大于30%。3）煤体注水压力水进入煤层可以破碎工作面附近的煤体。水进入煤层内部的裂缝和孔隙后，可使原始煤体湿润，改变煤的力学性质，增加了煤的可塑性和柔性，降低了煤的弹性，使煤体疏松；可减小煤体内部的应力集中和瓦斯放散初速度，应力分布变得比较均匀，使集中应力峰值移入煤体深入，巷道工作面前方应力集中系数减小，在采掘过程中煤体弹性能的释放变得比较缓慢。同时，水进入煤体后封闭了瓦斯流动的通道，并将瓦斯向煤体内部挤压，提高了煤体承受压力的能力（煤的微孔直径越小，承受压力的能力越大），降低了瓦斯破碎煤体的可能性；另一方面，水浸入煤体的微孔隙后，使瓦斯难于排出。综上所述，煤体注水能较有效起到防止突出的作用，并能减少开采过程中粉尘的产生和飞扬，当水中加入一些阻化剂时，还可以防止煤炭自然。2、局部防突措施1）石门揭煤防治突出措施石门揭穿突出煤层前必须编制设计，采取综合防治突出措施，报企业技术负责人审批。在工作面距煤层法线距离10米（地质构造复杂、岩石破碎的区域20米）之外，至少打2个前探钻孔，掌握煤层赋存条件、地质构造、瓦斯情况等。在工作面距煤层法线距离5米以外，至少打2个穿透煤层全厚或见煤深度不少于10米的钻孔，测定煤层瓦斯压力或预测煤层突出危险性。测定煤层瓦斯压力时，钻孔应布置在岩层比较完整的