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开采瓦斯突出煤层方法培训 第1讲 矿井瓦斯概述 内容： 一、瓦斯概念、瓦斯的形成、物理与化学性 质 二、瓦斯的赋存状态 三、矿井瓦斯的涌出 四、矿井瓦斯等级与鉴定 五、矿井瓦斯管理 一、瓦斯概念、物理与化学性质 、瓦斯的形成 1、瓦斯概念 矿井瓦斯是煤矿生产过程中， 从煤、岩内涌出的各种气体（以甲 烷为主的各种有毒、有害气体）的 总称。煤矿术语中的瓦斯一般常指 的是甲烷（CH4） 。 2、瓦斯物理与化学性质 无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水； 甲烷的分子直径为0.375810-9m，可以在微 小的煤体孔隙或裂隙里流动； 在标准状态（气温为摄氏0度、大气压力为 101361.53P）下，1立方米甲烷的质量为0.716 8kg，而1立方米空气的质量为1.293kg,甲烷比空 气轻,其相对密度为0.554； 甲烷的扩散性很强，扩散的速率是空气的 1.34倍。 3、危害 爆炸（瓦斯在空气中达到一定浓度，如 5%16%后，遇到高温热源能燃烧和爆炸） 是矿山的威胁性灾害 ；突出；人员窒息、环 境污染。 4、作用 矿物资源，可以做燃料（能源）和化工原 料 。 5、矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物 ）在成煤过程中生成的。 成气过程两个阶段一是生物化学 成气时期；二是煤化变质作用时期。 （1）生物化学成气时期 植物沉积，有机物在隔绝氧气进入不高于摄氏65 度状态下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和水，而沉 积植物遗体渐渐形成泥炭，这属于生物化学成气时期 。 （2）煤化变质作用时期 随泥炭层的沉降，上覆盖层增厚，压力和温度上 升，泥炭转化为褐煤，挥发分减少，固定碳增加，褐 煤进而变质为烟煤、无烟煤，这属于变质作用成气时 期。由于在生化成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 容易排放到古大气中，一般不会保留在煤层内。留存 在现今煤层中的瓦斯，仅是变质作用生成的气体总量 的3%24%。 二、瓦斯的赋存状态（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孔隙和裂隙，形成 了很大的自由空间和孔隙表面。 （一）煤层中 瓦斯赋存两种状态： 1、游离状态 2、吸附状态 吸着状态 吸收状态 （二）煤层中瓦斯垂直分带 1、形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲 积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透 ，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征（瓦斯风化带与甲烷带） 。 2、四带（1）瓦斯风化带：CO2-N2、N2、N2-CH4带（2）甲烷CH4带 。 3、确定瓦斯风化带和甲烷带深度的重要意 义 确定瓦斯风化带和甲烷带的深度是很 重要的，因为： （1）在甲烷带内，煤层中瓦斯含 量、瓦斯压力、以及在开采条件变化不大 的前提下的瓦斯涌出量都随着深度的增加 而有规律地增大； （2）研究这些规律及其影响因素 ，是防治矿井瓦斯灾害的基本工作之一。 4、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 ： （1）煤层的相对瓦斯涌出量等于2 3m3/t处； （2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃 浓度总和达到80%（体积比）； （3）煤层内的瓦斯压力为0.1 0.15MPa； （4）煤的瓦斯含量达到下列数值处： 长焰煤1.01.5 m3/t（C.M.），气 煤1.52.0m3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.0 2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5 3.0m3/t(C.M.)，贫煤3.04.0m3/t(C.M.) ，无烟煤5.07.0m3/t(C.M.) 此处的C.M.是指煤中可燃质即固定碳 C和挥发分M。 三、矿井瓦斯的涌出 （一） 影响煤层瓦斯含量的因素 （二） 煤层内的瓦斯压力 （三） 矿井瓦斯涌出量及分源治理 （一） 影响煤层瓦斯含量的因素 1、煤的瓦斯含量概念 是指单位体积或重量的煤在自然状态 下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体 积），单位为 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦 斯含量之和，其中游离瓦斯约占10%20%， 吸附瓦斯约占80%90% 2、影响煤层瓦斯含量的因素： （1）煤的吸附特性 煤的吸附性能决定于煤化程度（煤的变质程度） ， 一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强即煤 的变质程度越高，生成的气体量就越大，煤体的微孔隙就 越多，吸附瓦斯的量就越大，含瓦斯能力（煤的吸附特性 ）就越强。因此，在其他条件相同的情况下，变质程度高 的煤层，瓦斯含量就越大。煤的变质程度增高的顺序是： 褐煤、烟煤、无烟煤。根据实验室测定：煤层含有瓦斯的 最大能力，一般不超过60 立方米/吨。 此外，煤层中的灰分和杂质会降低煤层吸附瓦斯的 能力；煤中的水分，不仅占据了孔隙表面，也降低了煤的 含瓦斯能力。 （2）煤层露头： 煤层有露头时一般存在着瓦斯风化带，在该风化 带内瓦斯沿煤层向大气中运移阻力较小，煤层的瓦斯 很容易放散到大气中去。 （3）煤层的埋藏深度： 深，瓦斯大。煤层埋藏深度增加，保存瓦斯的条 件就变好，煤层吸附瓦斯的能力就加大，瓦斯放散就 越困难。在甲烷带内，煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随 埋藏深度的增加而增加，可用瓦斯压力梯度指标来表 达。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。瓦斯压力梯度gp =p / h (MPa/m) （4）围岩透气性： 煤层被透气性很低的岩层包围，煤层的 瓦斯放散不出去，瓦斯含量就高；反之，瓦 斯含量就低。如，泥岩、完整石灰岩透气性 低。 （5）煤层倾角： 大，瓦斯小，小，瓦斯大。因为煤层倾 角小，瓦斯岩层运移的路径长，阻力大，煤 层瓦斯不易流失，导致煤层瓦斯量大；反之 ，若煤层倾角大，则煤层瓦斯容易放散，含 量就会变小。 （6）地质构造： 封闭地质瓦斯大，开放则瓦斯小。闭合的和 倾伏的背斜或穹窿，通常是储藏瓦斯构造体，在 其轴部区域形成瓦斯包，即所谓的“气顶”。 （7）煤层的地质升降变迁： 一般来说，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，煤层瓦斯含量则降低。 （8）水文地质条件： 水流，带走瓦斯。 （二）煤层内的瓦斯压力 1、煤层瓦斯压力 煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量 、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象 的基本参数。 2、瓦斯压力测定 打钻、封孔、测压。 3、瓦斯带内瓦斯压力变化规律： 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，可以大于 、等于或小于静水压。 瓦斯压力梯度表示瓦斯压力变化规律 。 瓦斯压力梯度 gp =p / h (MPa/m) 甲烷带内深H(m)处瓦斯压力计算（预测）： 或 式中 P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPa gp瓦斯压力梯度，MPa/m P1，P2甲烷带内深度为H1、H2(m)处的瓦斯压力 ，MPa。 P0 甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa 。 H0 甲烷带上部边界深度，m。 （三） 矿井瓦斯涌出量及分源治理 分为普通涌出（持续释放）与特殊涌出（喷出、突出）。 1、瓦斯涌出量 （1）含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量（ 对于抽放瓦斯的矿井，涌出量，还应包括抽放的瓦斯量） 。 （2）瓦斯涌出量表示方法 绝对瓦斯涌出量- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或 m3/min： C矿井（或采区）总回风流中的瓦斯浓度，%； 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 m3/t 2、影响瓦斯涌出的因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合 影响： (1) 自然因素 煤层和围岩的瓦斯含量， 地面大气压变化。 （2）开采技术因素 开采规模（深度、范围和产量） 产量与 瓦斯涌出量的关系复杂 开采顺序先开采，大；回采率低，大 生产工艺初期大，呈指数下降（见下图） 风量变化单一煤层， 随风量减（增）而变大（小） 煤层群随风量增升始大后小。 采区通风系统 采空区的密闭质量 回采方法与顶板管理 机械化采煤，煤的破碎较严重，瓦斯涌 出量高； 水力采煤，水包围着采落的煤体，对其 中的瓦斯的排出起阻碍作用，导致湿煤中残 余瓦斯含量增大，其瓦斯涌出量较少； 采用全部陷落法管理顶板，由于能够造 成顶底板更大范围的松动，以及采空区存留 大量散煤等原因其瓦斯涌出量比采用充填法 管理顶板时要高； 回采率低的采煤方法，相对瓦斯涌出量 就高。 3、矿井瓦斯涌出来源分析与分源治理 按划分目的的不同，对矿井瓦斯来 源有三种划分方式： .（1）按水平、翼、采区来进行划分，作为 风量分配的依据之一； .（2）按掘进区、回采区和已采区来划分， 它是日常治理瓦斯工作的基础； .（3）按开采区、临近区划分，它是采煤工 作面治理瓦斯工作的基础。 例如，按掘进区、回采区和已采区来划 分，它是日常治理瓦斯工作的基础： 掘进区，即煤巷掘进时从煤壁和 落煤中涌出的瓦斯； 采煤区，即工作面煤壁、巷壁和 落煤中涌出的瓦斯； 已采区，即已采区的顶底板和浮 煤中涌出的瓦斯。 矿井瓦斯涌出的分源治理： 如果瓦斯涌出主要来自采区（采煤区） ，就应采取合理布置采区、减少煤的破碎程 度、预抽瓦斯或边抽边采等措施。 如果瓦斯涌出主要来自掘进区，应该采 取合理安排采掘比和开拓区的布置、预抽或 边抽（边掘边抽）瓦斯等措施。 如果瓦斯涌出主要来自已采区，应当采 取提高采出率、少留煤柱、采空区充填或封 闭及抽放瓦斯等措施。 4、瓦斯涌出不均系数 正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的 影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均 值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数 。 矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg=Qmax/Qa 式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min； 5、矿井瓦斯涌出量预测 瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按 照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域 瓦斯涌出量的工作。 瓦斯涌出量的预测的方法： （1）统计法 A、 瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值 B、 物理含义 C、 计算 （2）计算法: 以煤层瓦斯含量为基础进行计算。 四、矿井瓦斯等级与鉴定 注意： 煤矿安全规程（以下简称规 程）规定：一个矿井中，只要有一个 煤（岩）层发现过瓦斯，该矿井即定位 瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作 制度进行管理。 四、矿井瓦斯等级与鉴定 1.矿井瓦斯等级划分 依据：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相 对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，划分为： 低瓦斯矿井： 相对瓦斯涌出量10m3/t且绝对瓦斯涌出量40m3/min； 高瓦斯矿井： 相对瓦斯涌出量10m3/t且绝对瓦斯涌出量40m3/min； 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井： 采掘中，只要发生一次煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突 出，该矿井（该煤层）即为煤与瓦斯突出矿井（煤层） 。 注：各矿井每年必须组织进行矿井瓦斯等级和二氧化碳 涌出量的鉴定工作，将鉴定结果报省主管部门审批，并 报省煤矿安全监察机构备案。 2、矿井瓦斯等级鉴定 （1）测定时间与方法 （2）测点选择和测定内容及要求。 （3）矿井瓦斯等级的确定。 （1）测定时间与方法 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常 生产的条件下进行。 （1）测定时间与方法 根据当地气候条件，应选择瓦斯涌出量最大的一 个月（一般为7月或8月）为鉴定月； 在鉴定月的月初、月中和月末各选一天（间隔10 天），如选5日、15日、25日，为鉴定日，鉴定日的 产量、通风瓦斯管理必须正常； 在鉴定日内分早、中、晚三班进行测定，并且在 本班正常生产时进行测定； 在每一班的时间内，应在班初、班中和班末各测 一次，取其平均值； 在每次测定时，对风流瓦斯浓度、二氧化碳浓度 和温度等，要在同一断面的上、中、下分别测定， 取其平均值，风量测定按测风要求进行； 将测定数据及时记入标准格式的记录表中。 （2）测点选择和测定内容及要求 选定测点（测点选择）： 选点的原则是所选点能反映全矿井、各水 平、各煤层、各采区（工作面）等区域的回 风量和瓦斯涌出情况； 选点位置一般选在矿井总回风道、各独立 通风区域的回风道内的合适地点； 对测点要求与测风站标准相同，可用原有 测风站，如无测风站，可选在断面规整、无 杂物、距岔风口15m30m以外的一段平直巷 道（其长10m）内。 测定内容及要求： 风量； 风流瓦斯浓度； 风流二氧化碳浓度； 气象条件（地面和井下的气温、气压、湿 度等）。 注：在计算各区域瓦斯涌出量时，要扣除相 应的进风流中的瓦斯量。同样，在计算各测 定区二氧化碳涌出量时，也应扣除地面空气 中的二氧化碳含量。不重复计算。 （3）矿井瓦斯等级的确定 在鉴定月的上、中、下三旬进行测定的3 天中，选出瓦斯涌出总量最大的一天，并依 此计算出瓦斯的涌出量。 根据规程关于矿井瓦斯等级划分的 规定，即可确定出该矿井瓦斯的等级。需要 说明的是，对矿井的二氧化碳涌出量也要进 行鉴定。 矿务局（市煤管局）根据鉴定结果，提 出确定矿井瓦斯等级的意见，连同有关资料 一同报省主管部门审批，并报省煤矿安全监 察机构备案。 五、矿井瓦斯管理 1、意义 加强对矿井瓦斯的检测、监控与管 理，不仅对防治发生瓦斯的危险积聚具 有重要意义，而且对于进一步掌握瓦斯 积聚与爆炸发生的规律，研究防治瓦斯 事故的新技术措施也具有重要意义。因 此，加强瓦斯监测、监控与管理，是煤 矿治理瓦斯工作的最积极、最根本的措 施之一。 2、矿井瓦斯浓度的有关规定及处理要求 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理 要求，见表62。 表62 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理要求1 巷道（地点）名称 超限瓦斯浓度/% 瓦斯超限（或达到）处理要 求 矿井总回风巷或 矿总工程师必须查明原因 一翼总回风巷风流 超过0.75 进行处理，并报局总工程师 采区回风巷风流 超过1.00 必须停止工作，由矿总工程 师负责采取措施进行处理 采掘工作面 超过1.00 必须停止工作，由矿总工 程 回风巷风流 师负责采取措施进行处理 采掘工作面风流 达到1.00 必须停止用电钻打眼 达到1.50 必须停止工作切断电源处 理 放炮地点20m以 内风流 达到1.00 禁止放炮 表62 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理要求2 巷道（地点）名称 超限瓦斯浓度/% 瓦斯超限（或达到）处理要 求 采掘工作面电动机 停止运转切断电源进行处理 附近20m以内风流 达到1.50 必须降在1%以下启动 井下巷道局部地点 达到2.0体积达到0.5m 停止运转，切断电源，进行处理 ， 必须降至1%以下启动 采掘工作面局部 （包括冒顶处、 背风处、回风角、密 柱间及距顶板200mm 积聚瓦斯浓度达到 附近20m范围内，必须停止工作 ， 距煤帮300mm处） 2.00体积达到0.5m 切断电源，进行处理 临时停工停风掘进工 作面（在棚栏处检查）超过2.00 采取风流短路方法进行处理 表62 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理要求3 巷道（地点）名称 超限瓦斯浓度/% 瓦斯超限（或达到）处理要求 采煤工作面上隅角（按 规定回风巷进度棚最后 一架靠冒落侧1m处； 达到2.00 停止工作，进行处理 用液压支架工作面上隅 角； 单体液压支柱以最 后一根为准； 木垛的靠冒落侧1m处） 采煤工作面结束，末次放 顶，正常通风系统破坏后 ，回风侧浓度 达到1.50 在24h内进行密闭 采煤工作面结束末次放顶， 正常通风系统破坏后， 回风隅角浓度 达到2.50 表62 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理要求4 巷道（地点）名称 超限瓦斯浓度/% 瓦斯超限（或达到）处理要 求 井下停电后，由主要 超过2.00 救护队员方可入井检查瓦斯 通风机排除瓦斯时， 不超过1.00 通风人员方可入井检查瓦斯 通风机出口扩散器处 不超过0.75 其他人员方可入井 采煤工作面尾巷风流 停止工作面工作，由矿总工程师 （尾巷棚栏处） 达到2.50 负责，采取措施处理 井下采煤工作面之间 或掘进工作面之间 采用串联通风，进入 超过0.50 必须停止工作，切断电源， 串联工作面的风流 进行处理 表62 井下各地点瓦斯浓度的规定和处理要求5 巷道（地点）名称 超限瓦斯浓度/% 瓦斯超限（或达到）处理要 求 井下煤仓（以胶皮管伸 入煤仓2m处检查数为准） 达到1.50 停止附近20m电气设备运转进行处 理 主要通风机停电检修恢 复通风后电机车架线附 达到2.00， 不许给电机车架线送电， 近（距架线20m范围内） 体积达到0.50m 并立即处理 抽放瓦斯泵房内 （包括机房顶） 不超过0.50 发现超限，立即处理 瓦斯泵房内机体附近 （机体附近300mm内） 超过1.00 立即处理 瓦斯泵抽放浓度 低于30.0达到25.0 查明原因，进行处理，禁止利用 ， 立即停止瓦斯泵运转 3、矿井瓦斯管理的一般规定与制度 （1）建立严格的瓦斯检查制度 高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的所有采掘工作面、 排放瓦斯尾巷、利用局扇通风的煤仓和巷道，每班 至少检查3次；机电硐室、已采区、无人工作区域和 全负压通风的煤巷，每班至少检查一次。 有煤与瓦斯突出的采掘工作面，瓦斯涌出量较大 、变化异常的个别采煤工作面，都必须有专人检查 瓦斯，并安设甲烷自动检测报警断电装置。 低瓦斯矿井的所有采掘工作面、利用局扇通风的 煤仓和巷道，每班至少检查2次；机电硐室、已采区 、无人工作区域及利用全负压通风的煤巷，每班至 少检查1次。 （2）划分瓦斯检查地区 通风区要根据矿井通风系统和检查任务 的大小分别划分瓦斯检查地区，根据地区确 定检查人员，规定巡回检查路线、检查时间 和内容，并制定各区域瓦斯巡回检查计划图 表。 要求每次巡回检查时间间隔不超过2.5h， 检查时间误差不超过20min。 采掘工作面主要瓦斯检查点： 掘进工作面主要检查主副巷工作面入 风、工作面风流、工作面回风及分区回风（ 距联络巷30m）等地点瓦斯浓度。 采煤工作面主要检查工作面入风、工 作面风流、煤帮和上偶角处、工作面回风、 巷尾等点。 （4）检查煤仓瓦斯 使用甲烷检测仪检查煤仓瓦斯时，以用 胶皮管伸入煤仓2m处为准，瓦斯浓度达到 1.5%时，附近20m内停止电气设备运转。 （5）图表、牌板、汇报三对口 各地区瓦斯检查工每检查一个地点，都 要将检查的时间和结果分别记录在牌板和图 表上（包括检查地区瓦斯自动检测报警断电 装置的工作情况），并通知采掘队的有关人 员和放炮工，以便加强管理。发现问题要及 时向通风区汇报，做到图表、牌板、汇报三 对口。 （6）瓦斯检查工交接班制度 各地区瓦斯检查工要在井下指定地点交 接班，跟机跟班瓦斯检查工在工作地点交接 班。交接班时，必须交清本班的情况及下班 需要注意的问题。各地区瓦斯检查工如当班 发现瓦斯超限，必须立即采取措施进行处理 ，未处理完瓦斯时，必须在工作地点交接班 。 （7）通风班（组）长的工作责任 通风班（组）长要审查当班瓦斯检查记 录及瓦斯检查工的工作质量，帮助处理问题 ，并按时填写班（组）长工作图表。 （8）瓦斯检查表审查 建立瓦斯检查图表逐级审查制度， 通风队要每天审查本队全部图表；通风 区每月要不定期抽查瓦斯检查图表，并 应加强区、队级干部下井查岗，在所查 图表上签写审查意见及名字，发现问题 及时处理。 （9）安全培训制度 加强对瓦斯检查工的培训，以不断 提高其技术水平和业务能力，正确掌握 瓦斯检查方法和处理瓦斯超限、积聚的 方法。 （10）通风调度制度 建立各级通风调度，对瓦斯实行24小时不 间断监控。 矿井建立通风调度站，负责接受井下各处 通风瓦斯情况汇报，安排部署各班通风瓦斯工 作，解决井下随时出现的通风瓦斯变化问题。 通风区调度站要每日填写“矿井通风调度工 作日志”并报矿长、总工程师审阅，每日向矿业 公司（管理局）通风部（处）调度值班人员汇 报当日矿井通风瓦斯情况，包括回采工作面的 风量、瓦斯浓度、瓦斯量、注水情况、局部通 风机情况、通风设施完好情况，以及各类通风 业务事故。矿业公司（管理局）通风部（处） 要相应建立调度站接受各矿24小时汇报，掌握 公司（管理局）各矿井及重点地区通风瓦斯变 化，每日应填写“矿井通风调度日志”及“电话汇 报日志”，汇报给公司（管理局）总经理（局长 ）、总工程师。 （11）审阅通风调度日志制度 矿业公司（管理局）或矿总工程师 应坚持每日审阅通风调度日志制度，对 重大问题应签署意见反馈回现场。总工 程师如因故外出不在，应委托一名副总 工程师继续坚持每日审阅，不得间断。 4、矿井安全监控系统 矿井安全监控系统是应用于煤矿，实 现对井下的甲烷、一氧化碳、风速、烟雾 、负压、温度等环境参数和采掘工作面、 原煤运输、通风（抽风、压风）、排水等 各生产环节的机电设备的工作状态进行检 测、用计算机进行分析处理，并可对设备 、局部生产环节或过程进行控制的一种全 矿或局部范围内的监测监控系统。 矿井安全监控系统一般具有下列4个组成部 分： （1）传感器和执行器，包括声光报警器、控制 器和电源等。 （2）信息传输装置，包括传输接口、分站、电 缆、接线盒和电源灯。 （3）中心站或主站的硬件，包括计算机及其外 部设备，以及模拟盘、电源装置等辅助设备。 （4）中心站或主站的计算机软件，包括应用程 序、操作系统（监控系统）及其存储介质等。 矿井监控系统对井下甲烷传感器的设置有明确要 求。 如，采掘工作面甲烷传感器的设置应按 规程规定：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；掘 进工作面甲烷传感器的设置，按规程规 定是，低瓦斯矿井的煤巷、单煤岩巷和有瓦 斯涌出的岩巷掘进工作面，必须在工作面设 置甲烷传感器。高瓦斯、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。 5、矿井瓦斯检测仪器 1、光学甲烷监测仪 光学甲烷监测仪是利用光波对空气和瓦斯折 射率不同所生的光程差引起光谱移动来测量瓦斯 浓度的。该仪器携带方便，操作简单，安全可靠 ，精度较高。 2、甲烷报警仪 甲烷报警仪的工作原理是：在瓦斯监测室中 装有热效式反应元件，含有瓦斯的空气进入检测 室后，指示器中电流能及时指示出瓦斯浓度值。 当电流表中的指针移动到预定报警电流时报警灯 就会发出间断的声响和红色闪光警报信号，瓦斯 浓度低于警报点时，警报停止，绿灯重亮。警报 仪可随身携带，也可以悬挂在工作场所监测瓦斯 。 3、甲烷断电仪 甲烷断电仪是用于矿井内连续检测瓦斯 浓度的一种现代化电子仪器。当瓦斯浓度达 到设定值时，可发出声、光报警信号和自动 切断被控区域内的电源，防止电器设备产生 火花引起瓦斯爆炸。 4、甲烷遥测仪 甲烷遥测仪是在甲烷报警仪和甲烷断电 仪的基础上，将井下所测得的瓦斯浓度值通 过传输系统传送到地面监测中心站，并能在 井下瓦斯浓度超限时发出声光报警信号的装 置。它不仅具有甲烷报警仪和甲烷断电仪的 全部功能，还能把监测数据自动传输到地面 中心站，这就为记录、研究矿井瓦斯情况提 供了便利条件，实现瓦斯遥测是煤矿瓦斯监 测系统的重要内容。 防治煤与瓦斯突出基本流程参考示意图 工作面综合防突措施区域综合防突措施 建井期间进行突出煤层、突出矿井鉴定 非突出矿井 生产矿井 突出煤层 、突出矿 井鉴定 有 突 出 煤 层 无突出煤层 ：按非突出 矿井管理 危险区 新建矿井突出危险性评估 有突出危险：按突出矿井设计无突出危险：按非突出矿井设计 突出矿井 突出煤层 开拓前区 域预测： 用于指导 新水平、 新采区设 计及开拓 工程揭煤 区 域 措 施 效 果 检 验 危险区无危险区 每 采 掘 10 50 m 进 行 区 域 验 证 有危险无危险 工 作 面 预 测 突出危险工作面无突出危险工作面 工作 面措 施效 果检 验 执 行 安 全 防 护 措 施 后 采 掘 作 业 工作 面防 突措 施 突出危险工作面 无突出危险工作面 执行 安全 防护 措施 后采 掘作 业 区 域 防 突 措 施 无危险区 开 拓 后 区 域 预 测 瓦斯突出煤层开采（矿井瓦斯防治） 内容： 第1部分 矿井瓦斯概述 第2部分 瓦斯爆炸及其防治 第3部分 煤与瓦斯突出及其防治 第2部分 瓦斯爆炸及其防治 第7讲 瓦斯爆炸概述 （2课时） 第8讲 瓦斯爆炸的基本条件与瓦斯爆炸的 影响因素（2课时） 第9讲 煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析（ 2课时） 第10讲 瓦斯爆炸发生的规律（2课时） 第11讲 预防瓦斯爆炸的措施 （瓦斯爆炸可以预防） （2课时） 第12讲局部瓦斯积聚的处理方法 （2课时） 第7讲 瓦斯爆炸概述 一、 瓦斯爆炸过程及其危害 二、 瓦斯爆炸的主要参数 一、瓦斯爆炸过程及其危害 .瓦斯爆炸的化学反应过程 瓦斯爆炸最终的化学反应式为：CH4+2O2=CO2+2H2O+882.6KJ/mol 如果O2不足，反应的最终式为：CH4+O2=CO+H2+H2O 矿井瓦斯爆炸是一种热链反应过程(也称连锁反应)。 .瓦斯爆炸的产生与传播过程 爆炸性的混合气体与高温火源同时存在， 初燃(初爆) 焰面 冲击波 新的爆炸混合物 、瓦斯爆炸的危害(9.5%时最大) 高温-21502650度； 高压-几 20大气压（爆后压力增长10倍以上）； 有害气体CO（2% 4%）与冲击波（气冲秒速几百米）。 瓦斯爆炸，将产生大量有害气体。据分 析，瓦斯爆炸后的气体成分为： 氧气6%10% 、氮气82%88%、二氧 化碳4%8%、一氧化碳2%4%。 爆炸后生成的如此大量的一氧化碳是 造成人员大量伤亡的主要原因。如果有煤尘 参与爆炸，一氧化碳的生成量就会更大，危 害就更为严重。 统计资料表明，在发生的瓦斯、煤尘 爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人数占总 死亡人数的70%以上。因此规程规定，入 井人员必须佩戴自救器。 二 瓦斯爆炸的主要参数 1 瓦斯的爆炸浓度 在正常的大气环境中，瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸， 这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限，其最低浓度界限叫爆炸下限 ，其最高浓度界限叫爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为5 6，上限为1416。 瓦斯爆炸界限不 是固定不变的，它受 到许多因素的影响， 其中重要的有： （1） 氧的浓度 （2）其它可燃气体 混合气体中有两种以上可燃气体同时存在时，其爆炸界限决定于各 可燃气体的爆炸界限和它们的浓度。可由公式求出： N多种可燃气体同时存在时的混合气体爆炸上限或下限， ； C1、C2、C3.Cn分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比， ； C1+ C2+ C3+.Cn =100 N1、N2、N3.Nn分别为各可燃气体的爆炸上限或下限， ； （3）煤尘 -本身具有爆炸危险，于 300400 挥发出多种可燃气体。1m3气 体中加30克煤尘,瓦爆低限就为3% （4）空气压力 -压力大，分子接近，碰 撞几率增加，爆炸范围扩大。 （5）惰性气体 可以降低瓦斯爆炸的危险性 。 2、瓦斯最低点燃温度和最小点燃能量 瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能 量决定于空气中的瓦斯浓度，瓦斯空 气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩 时565，其它情况时650。 最低点燃能量为0.28mJ如明火、煤炭自 燃、电火花、磨擦火花等等。 3、瓦斯的引火延迟性 引火延迟性：与高温热源接触不是立即 爆炸，而有个“感应期”。 火源升温 “感应期”降小；瓦斯浓度上升， “ 感应期” 略有增大。 其安全意义：井下高温热源不可避免， 关键是将其存在时间控制在“感应期” 内。 第9讲 煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析 第9讲 煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析 1、火源 井下的一切高温热源电气、放炮、摩擦、静电、明火 、煤炭自燃 2、发生地点 掘进工作面占80%90%，采煤工作面占10%20% 采煤工作面发生地点：上隅角，采煤机药割附近，溜子底 板下等。 掘进面发生的原因：总之是“瓦斯积蓄”，如局扇停转、 风筒长不够、漏风。 注意：统计表明，低沼矿爆炸事故可能比高 沼矿更严重！ 矿井瓦斯爆炸事故的直接原因、间接原因 ： 矿井瓦斯爆炸事故的直接原因，都是 有违章指挥、违章作业和违反劳动纪律的 行为引起的。 这个规律从反面说明，煤矿的瓦斯爆 炸事故是可以根除的。 瓦斯爆炸事故的间接原因往往很复杂 。 湖南两次瓦斯爆炸事故案例分析（另见案例 。 第8讲 瓦斯爆炸的基本条件与 瓦斯爆炸的影响因素 一、瓦斯爆炸的基本条件 二、瓦斯爆炸的影响因素 一、瓦斯爆炸的基本条件 瓦斯爆炸必须具备下面三个基本条件（综上述之 ） 一定的瓦斯浓度： 瓦斯爆炸界限，在新鲜空气中，瓦斯爆炸的界限 一般认为是5%16%；浓度在5%9.5%时，因为空气 中的全部瓦斯和氧气都能参与反应，所以，这时的爆 炸威力最强（这是地面条件下的理论计算。在煤矿井 下，通过实验和现场测定，爆炸威力最强烈的是瓦斯 浓度为8.5%左右）；瓦斯浓度在9.5%16%（上限） 时，爆炸威力呈逐渐减弱的趋势；当浓度高于16%时 ，由于空气中的氧气不足，满足不了氧化反应的全部 需要，只能有部分的瓦斯与氧气发生反应，所生成的 热量被多余的瓦斯和周围介质吸收而降温，所以也就 不能发生爆炸。 一定的引火温度 瓦斯爆炸的第二个基本条件是高温 火源的存在。点燃瓦斯所需要的最低温 度，称为引火温度。瓦斯的引火温度一 般认为是650750。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、甚至 撞击和摩擦产生的火花等都足以引燃瓦 斯。因此，消灭井下一切火源是预防瓦 斯爆炸的重要措施之一。 充足的氧气含量 实验表明，瓦斯爆炸界限随着混合 气体中氧气浓度的降低而缩小。氧气浓 度降低时，瓦斯爆炸下限缓缓地提高， 而瓦斯爆炸的上限则迅速下降，当氧气 浓度降到12%时，混合气体中的瓦斯就 失去了爆炸性，遇火也不会爆炸。 由于氧气含量低于12%时，短时间内就 能导致人窒息死亡，因此规程规定，井 下工作地点的氧气含量不得低于20%，而且 在正常生产的矿井中，采用降低空气中的氧 气含量来防止瓦斯爆炸是没有实际意义的。 但是，对于已封闭的火区，采取降低氧气含 量的措施，却有着十分重要的意义，因为火 区内往往积存有大量瓦斯，且有火源存在， 如果不按规定封闭火区或火区封闭不严造成 大量漏风，一旦氧气浓度达到12%时，就有 发生爆炸的可能。 二、瓦斯爆炸的影响因素 （1）影响爆炸界限的因素 可燃气体的混入。在瓦斯和空气的混合气体中，如 果有一些可燃性气体（如硫化氢、乙烷等）混入，则由于 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。 爆炸行煤尘的混入。多数矿井的煤尘具有爆炸性。 当瓦斯和空气的混合气体中混入有爆炸危险的煤尘时，由 于煤尘遇到火源会放出可燃性气体，因而会使瓦斯爆炸下 限降低到3%；如，当沉积煤尘被爆风吹起时，达到这样 高的煤尘含量时容易促爆。因此，对于有煤尘爆炸危险的 矿井，做好防尘工作，是十分重要的。 惰性气体的混入。惰性气体是指不太容易与其他气 体分子结合、化学性质不太活跃的气体。如氮气（）、二 氧化碳()等。瓦斯和空气的混合气体中，混入惰性气体将 使氧气的含量降低，可以缩小瓦斯的爆炸界限，降低瓦斯 爆炸的危险性。 （2）影响引火温度的因素 瓦斯浓度。不同的瓦斯浓度，所需要的引 火温度也不同。一般来说，瓦斯浓度在 7%8%时，其引火温度最低。 混合气体压力。混合气体的压力越大，引 火温度就越低。例如，当瓦斯与空气混合气 体的压力为9.8KPa时，引火温度为700左右； 压力为274.4KPa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，混合 气体由于被压缩而自身产生的热量，就能使 其自行爆炸。 引火温度随着混合气体压力的增高而降低 。这对加强放炮管理很有指导意义。因为放 炮时能造成很大的气体压力，大大降低了引 火温度，因而就容易引起瓦斯爆炸事故。 火源性质。火源有多种，不同的火源有不 同的性质，它们的温度、存在时间及表面积 等也都不同，而这些都能对瓦斯爆炸的引火 温度产生很大的影响。在一定温度条件下， 火源的表面积越大，火源存在时间越长，就 越容易引爆瓦斯；反之，即使火源的温度很 高，若存在时间短，也不能使瓦斯引爆。故 对一些存在或停留时间较长的高温火源，如 明火、电火、灼热金属板（网）、摩擦火花 ，在瓦斯矿井中都要严加禁止。所以规程 对井下各地点的瓦斯浓度及可能产生的火 源都作了严格的限制和规定，这是十分必要 的，必须认真执行。 第10讲 瓦斯爆炸发生的规律 据统计，矿井内的任何地点都可能发生 瓦斯爆炸事故，但90%以上发生在采掘工作 面。采掘工作容易发生瓦斯爆炸事故的原因 ： 一是容易发生瓦斯积聚的地点多，而导 致瓦斯积聚和爆炸的自然因素复杂； 二是引起瓦斯爆炸的引爆火源出现概率 最高； 三是工作面风流中氧气充足； 四是人多手杂，“三违”现象多。 根据我国的统计资料，瓦斯爆炸事故发 生的规律可从以下几个方面分析。 （一）瓦斯积聚发生的规律 1、局部通风机停止运转引起瓦斯积聚 这种现象导致瓦斯爆炸的比例最大。其 中，有些是设备检修，无计划停电、停风； 有的是机电故障，掘进工作面临时停工而停 风；还有的是局部通风机管理混乱，任意开 停等。 2、风筒断开或严重漏风引起瓦斯积聚 这种情况主要是施工人员不爱护通风设 施，损坏了又不能及时发现和进行维护、修 补，造成掘进工作面风量不足而导致瓦斯积 聚。 3、采掘工作面风量不足引起瓦斯积聚 瓦斯积聚多因风量不足引起，而造成风 量不足的原因多种多样。没按需要风量配风 、通风巷冒顶堵塞、风流短路、单台局部通 风机供多头、风筒出口距采掘工作面太远等 等，都可能造成采掘工作面风量小、风速低 、不能稀释、带走涌出的瓦斯而导致积聚。 4、风流短路引起瓦斯积聚 造成风流短路的原因主要是打开风门而 不关闭；其次是巷道贯通没及时调整通风系 统。 5、通风系统不合理、不完善引起瓦斯积 聚 自然通风、串联通风、扩散通风、无回风 道的独眼井及局部通风机循环风等都是不合 理通风。残采和通风不良的采煤法，由于其 通风系统不正规、不完善容易引起瓦斯积聚 。 6、采空区或盲巷瓦斯积聚 采空区或盲巷往往积存大量高浓度的瓦 斯，当地面大气压力发生降压变化，采空区 发生大面积冒顶及突然导致大量漏风等情况 出现时，这些地点积聚的瓦斯可能会突然涌 入采掘空间，造成较大面积的瓦斯积聚。 7、巷道支架后空间及高顶区瓦斯积聚 掘进巷道支架后空间及高顶区，由于其 特殊的位置而不能形成好的通风条件，当巷 道风量较小，风速较低时，经常会出现瓦斯 积聚。 8、瓦斯涌出异常引起瓦斯积聚 断层、褶曲或地质破碎地带是瓦斯的富 集地区，在接近或通过这些地带时，瓦斯涌 出量可能会突然增大，或者忽小忽大变化无 常，而且这些地带容易冒顶造成瓦斯积聚。 9、局部地点瓦斯积聚 在正常通风系统中存在的局部地点 的瓦斯积聚，往往具有更大的危险性。 如采煤工作面的上隅角、采煤机切割机 构附近、采掘工作面的机组附近、刮板 输送机底槽和未充填的各种钻孔，常常 积聚着高浓度的瓦斯。 （二）引爆火源发生的规律 1、电火花 由于管理不善或操作不当，由井下照明和设备 的电源、电器装置而产生的电火花，是引起瓦斯爆 炸的主要火源之一。其中矿灯失爆、电缆明接头及 带电作业所占比例较大。由杂散电流引爆瓦斯的事 故也是有发生。电火花引起瓦斯爆炸事故的比重约 占40%。 2、放炮火花 放炮是煤矿生产过程中的一道主要工序。放炮 产生火花是引爆瓦斯事故的另一主要火源。放炮火 花主要是炮泥装填不满、最小抵抗线不过和放明炮 、糊炮、接线不良及炸药不合要求等引起的。放炮 火花引起瓦斯爆炸事故的比重约占40%。 3、撞击摩擦火花 井下因撞击和摩擦产生火花的情形多种多样，机 械设备之间的撞击、截齿与坚固岩石之间的摩擦、 坚硬顶板冒落时的撞击、金属表面之间的摩擦等等 ，都可能产生火花而引爆瓦斯。 4、明火 井下是绝对不准出现明火的，但由于种种因素的 影响，井下明火未能杜绝，而由此引爆的瓦斯事故 也时有发生。井下明火的来源主要有煤炭自然发火 及其形成的火区、井下电焊、吸烟等。 5、静电火花和地面雷击 高分子材料表面电阻高，容易积聚电荷，放电时 可产生火花引起瓦斯爆炸。 地面雷击可以通过电话线、铁轨、金属管路等传 导到井下，引起瓦斯爆炸。 （三）瓦斯爆炸事故发生的 直接原因和间接原因分析 根据我国的统计资料，矿井瓦斯爆 炸事故的直接原因，都是有违章指挥、 违章作业和违反劳动纪律的行为引起的 。 这个规律从反面说明，煤矿的瓦斯 爆炸事故是可以根除的。 瓦斯爆炸事故的间接原因往往很复 杂，这也是煤矿安全管理的重点内容之 一。 第11讲 预防瓦斯爆炸的措施 （瓦斯爆炸可以预防） （一）防治瓦斯爆炸的一般措施 1、建立健全矿井瓦斯管理规章制度 各矿井，尤其是高突矿井应该根据规程有关 规定，结合本矿井的实际情况，建立和健全矿井瓦斯管 理的有关规定和制度。主要包括：健全专业结构，配足 检查人员，定期培训和不断提高专业人员技术素质的规 定；建立各级领导和检查人员（包括瓦斯检查工）区域 分工巡回检查、汇报制度，建立矿长、总工程师每天阅 签瓦斯日报的制度；建立盲巷、旧区和密闭启封等瓦斯 管理规定；健全放炮过程中的瓦斯管理制度；健全排放 瓦斯的有关规定及瓦斯监测装备的使用、管理的有关规 定；健全矿井瓦斯抽放、防止煤与瓦斯突出的规定等。 2、建立完善合理的矿井通风系统 建立一个完善合理的矿井通风系统，做 到稳定、可靠、连续地向井下所有用风地点 输送足够数量的新鲜空气，以保证及时排除 和冲淡矿井瓦斯和粉尘，使井下各处的瓦斯 浓度符合规程的要求，是防止矿井发生 瓦斯爆炸事故的可靠保证。一般要求矿井通 风系统要具有较强的抗灾能力，通风系统力 求简单，实行分区通风，各水平、各采区要 有单独的回风道，不得串联通风。矿井通风 设施要保证规格质量，经常检查维修，保证 完好。 统计资料表明，60%以上的瓦斯爆炸事 故发生在掘进工作面。因此，应加强掘进工 作面的通风管理，掘进工作面的通风系统应 满足下列要求： （1）局部通风机和启动装置必须安设在 新鲜风流中，距回风口不得小于10m。 （2）风筒吊挂要平直，拐弯处应设弯头 或缓慢拐弯，不能拐死弯。风筒应无破口， 接头应严密而不漏风，异径风筒要设过渡节 ，先大后小，不能花接。 （3）严格风筒“三个末端”管理，即风筒 末端距掘进工作面距离必须符合作业规程要 求，风筒末端出口风量要大于40/min，风筒 末端处回风瓦斯浓度必须符合规程规定 。 （4）高、突矿井（区域或掘进工作面） 的局部通风机和掘进工作面中的电气设备要 实现“三专（专用变压器、专用开关、专用线 路）、两闭锁（风电闭锁、瓦斯电闭锁）”。 低瓦斯矿井的采、掘工作面的供电要分开。 （5）局部通风机要挂牌并指定专人管理 或派专人看管。 （6）局部通风机不准任意开停。有计划 停电停风要编制安全措施，履行审批手续， 并严格执行。试验低压检漏装置而要停开局 部通风机时，必须有电工、瓦检工和专管局 部通风机的人员或掘进班组长同时在场，方 可进行工作；停风停电前，必须先撤出人员 和切断电源；回复通风前，必须检查瓦斯， 符合规定后，方可人工开启局部通风机。 （7）一台局部通风机只准给一个掘进工 作面供风，严禁单台局部通风机供多头的通 风方式。 （8）通风距离长且瓦斯涌出量较大 的掘进工作面要推广双风机，双电源、 自动换机、自动分风装置，以保证局部 通风机发生故障时，备用局部通风机能 自动启动，确保掘进工作面不间断供风 。 （9）安设局部通风机的进风巷道所 通过的风量，要大于局部通风机吸风量 1.43倍，以保证局部通风机不发生循环风 。 （10）由于机电故障等无计划停风 或节假日检修等有计划停风已经形成瓦 斯积聚的掘进工作面，都必须进行排放 瓦斯工作，只有在排放后恢复正常通风 、瓦斯符合规定的情况下，方可入内进 行生产活动。 （11）临时停工的掘进工作面不准 停风，并设栅栏、切断电源、加强检查 。长期停工的掘进工作面要在24h内封 闭完好，并定期检查。 （12）巷道贯通后应及时调整通风系 统。掘进巷道与其他巷道贯通必须编制