矿井瓦斯防治.ppt

,瓦斯防治,第一章、矿井瓦斯,瓦斯防治,第一章、矿井瓦斯,瓦斯防治,第一章、矿井瓦斯,第一节 基本概念和理论概述 一、矿井瓦斯的定义及性质 1矿井瓦斯的定义 矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产生并涌入到矿井内的各种气体。 其基本成分是：甲烷（ch4）、二氧化碳（co2）和氮气（n2），还有少量的硫化氢（h2s）、一氧化碳（co）、氢气（h2）、二氧化硫（so2）及其它碳氢化合物气体。,2矿井瓦斯的性质 瓦斯是无色、无味、无臭、 无毒的气体。瓦斯比空气轻， 其比重为o.554 ，因此在煤矿 井下常积聚在巷道顶部或上山 迎头。瓦斯不助燃，但条件 适宜时能发生燃烧和爆炸。 危害：燃烧、爆炸，喷出、 突出，人员窒息、环境污染,瓦斯防治,二、矿井瓦斯的成因和分带 1、矿井瓦斯的成因 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的,是与煤炭共生的气体产物。成气过程可分为两个阶段。第一阶段为生物化学成气时期，第二阶段为煤化变质作用时期。,瓦斯防治,瓦斯防治,2、煤层瓦斯垂直分带 根据井下煤层瓦斯组分 和含量，将煤层瓦斯按赋 存深度不同自上而下分为 4 个带： （见图1-1-1）。 四带： co2- n2带、n2带、 n2ch4带、ch4带。,图1-1-l 顿巴斯煤田煤层瓦斯组分 在各瓦斯带中的变化 in2-co2；iin2； iiin2-ch4；ivch4,瓦斯风化带的深度取决于煤层的地质条件和赋存状况，如围岩性质、煤层露头、断层、煤层倾角、地下水活动等。围岩透气性越大、煤层倾角越大、开放性断层越发育、地下水活动越剧烈，则瓦斯风化带下部边界就越深。有露头的煤层往往比无露头的隐伏煤层瓦斯风化带深。,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23m3/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0.10.15mpa；,瓦斯防治,瓦斯防治,三、瓦斯在煤体内存在的状态,1、 煤层中瓦斯赋存两种状态： 游离状态主要存在于大、中孔、 裂隙空间内，其间瓦斯分子作自由 热运动 吸附状态（吸着状态、吸收状态） 主要存在于小孔和微孔空间内。 分为表面吸附和吸收两种状态。 占瓦斯总量的 80%。 这两种状态处于不断的动平衡状态。,瓦斯防治,2、瓦斯在煤体内存在的状态,p升t降,p降t升,游离状态瓦斯,吸附状态瓦斯,吸附,解吸,瓦斯防治,2、煤层瓦斯的含量及其影响因素,一、影响瓦斯生成量的因素 1、成煤植物有机质。 2、炭化程度 二、影响瓦斯保存和放散条件的因素 1、煤层露头 2、煤的赋存条件 3、围岩性质 4、水文地质条件 5、地质构造,瓦斯防治,第二节、矿井瓦斯的涌出,一、矿井瓦斯涌出 （一）按瓦斯涌出的形式分为：普通涌出、和特殊涌出（喷出、突出） 1普通涌出 随着采掘工作的不断进行，瓦斯从煤层或围岩中不断地向采掘空间涌出。其特点是：范围大、时间长、量均匀，速度缓。普通涌出是煤矿瓦斯涌出的主要形式。条件,瓦斯防治,（二）按瓦斯涌出来源 掘进工作面瓦斯涌出； 回采工作面瓦斯涌出,2、特殊涌出。 包括瓦斯的喷出和煤与瓦斯突出。其特点是涌出地点为局部地点，涌出时间短、速度快、量大而集中、有机械破坏力。它是瓦斯矿井中极具危害的一种涌出形式。 特点：时间上：突然地、间隔的 空间上：非普遍存在 涌出强度：产生动力破坏。,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,zhufx,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,21岩石下山,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,突出煤岩量约 1894t, 瓦斯量25万m3 。,大平煤矿“10.20”煤与瓦斯突出过程演示,瓦斯防治,2、煤层瓦斯的含量及其影响因素,1、煤巷掘进工作面瓦斯涌出的构成及变化 （1）构成 巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。 瓦斯涌出强度随时间 的涌出而降低,瓦斯防治,（2）时空不均匀性 机掘：开机后，瓦斯涌出量逐渐增大，达到极限稳定值。 炮掘：放炮后（69min），瓦斯涌出迅速增长（520倍），然后下降经过一段时间恢复到初始值。,瓦斯防治,2、回采工作面瓦斯涌出,瓦斯涌出来源 本开采煤层：煤壁、采空区、采落煤炭； 厚煤层未采分层； 采动影响邻近层； 围岩,（一） 瓦斯涌出量的含义 矿井瓦斯涌出量是指在矿井生产过程中涌入巷道内的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。 （二）、瓦斯涌出量表示方法 1、绝对瓦斯涌出量 是指矿井在单位时间内涌出瓦斯的体积，单位为m3min 或m3/d 。可用下式计算： q绝=qc6024 式中 q矿井总回风道风量，m3/d； c回风流中的平均瓦斯浓度，%。,二、矿井瓦斯涌出量,2、相对瓦斯涌出量 -相对瓦斯涌出量（q相）是指在正常生产条件下开采1吨煤所涌出的瓦斯体积，其单位为m3/t。 q相=（ q绝n）/t 式中 q绝矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d； n矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d/月； t矿井瓦斯鉴定月的产量，t/月。,（三）、瓦斯涌出的影响因素 1）、煤层和围岩的瓦斯含量； 2）、开采深度； 3）、开采规模； 4）、开采顺序与开采方法； 5）、地面大气,三、矿井瓦斯等级及鉴定,原则和依据：按矿井瓦斯涌出量的大小和瓦斯涌出形式。 意义：便于进行分级管理，使矿井瓦斯管理趋于科学化。 瓦斯矿井：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。（第133条） 突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过1次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿井。 突出煤层：发生突出的煤层即为突出煤层。,（一）、矿井瓦斯等级划分 1、瓦斯等级划分的必要性。 便于进行分级管理，保证安全性和经济性；使矿井瓦斯管理趋于科学化。 2、规程对瓦斯等级划分的规定： 矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、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10 m3 /t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m3 /min。 （2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min。 （3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。,（一）、矿井瓦斯等级鉴定 每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理的部门审批，并报省级煤矿安全监察机构备案。 1、鉴定时的生产条件 正常生产，产量不低该地区总产量的60%。 2、鉴定时间 根据矿井生产和气候变化规律，选在瓦斯涌出量较大的一个月份。,3、鉴定工作内容及要求 （1）一月上、中、下旬某一天分三班进行。在矿井、煤层、一翼、水平和采区回风道中，分别测定风量和瓦斯浓度，每班应测定三次，取其平均值作为该班的的测定结果。 （2）抽放瓦斯矿井，鉴定期间的抽放量应计算。 （3）计算瓦斯涌出量。 （4）编写鉴定报告 最好理解的就是用这组号码113333。,一、瓦斯爆炸的过程及其危害： 1、瓦斯爆炸：是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。 最终的化学反应式为：ch42o2co2+2h2o 如果煤矿井下o2不足，反应的最终式为： ch4+o2co+h2+h2o。,第三节 矿井瓦斯爆炸及其预防,2、瓦斯爆炸的危害 1）、产生高温； （1）造成人员大面积皮肤深度烧伤，呼吸器官粘膜烫伤； （2）破坏电气设备； （3）引燃井巷可燃物。,2）、爆炸产生强烈冲击波；高压冲击； （1）造成人体创伤； （2）移动、翻倒和破坏电气设备、机械设备； （3）破坏支架、引起冒落，堵塞巷道； （4）破坏通风设施和通风系统，不仅扩大灾情，而且会使抢险救灾、救人困难化复杂化。,瓦斯防治,3）、可能会发生连续爆炸。 4）、产生有毒有害气体。 （1）引起人员中毒和死亡； （2）造成人员窒息死亡； 世界上最大一次瓦斯爆炸： 1942年，辽宁本溪，死亡：1549人，伤:146人。,瓦斯防治,二、瓦斯爆炸条件及其影响因素,1、瓦斯爆炸的基本条件及其影响因素 1）、瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为流 5%-16%。 2）、混合气体中氧的浓度不低于12% 3）、引火热源。 三个条件必须同时具备，缺一不可。, 5% 时，发生燃烧。 15% 时，新鲜空气界面处燃烧。9.5%时，爆炸最剧烈。 7 8 %时，爆炸最容易。,影响瓦斯爆炸发生的因素 （1）其它可燃气体的影响。煤尘的影响 降低ch4的爆炸下限 （2）氧浓度和过量惰气的影响。惰性气体的影响 爆炸下限提高，上限降低，即爆炸范围缩小。 （3）温度的影响。t升高甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限扩大。 （4）气压的影响。p升高下限变化很小，上限上升。,煤矿常见火源： （1）明火、 （2）炮火 （3）冲击、摩擦火源 （4）电火花、（5）静电火花、（6）热辐射 大功率白炽灯取暖烤焦木板着火。,瓦斯防治,瓦斯,热源,氧,爆炸,爆炸,煤矿常见火源： （1）明火 原因：高温、明火本身燃烧反应生成链载体。 种类：火柴明火（1200）、香烟火灾。 （2）炮火 原因：不合格炸药、放糊炮、炮孔封孔不严。 （3）冲击、摩擦火源 原因：金属器具冲击、坚硬顶板冒落； 皮带摩擦出火、截齿切割。 包括：岩石与岩石，岩石与金属，金属与金属之间的强力撞击或摩擦。 （4）电火花 包括：电器失爆、电焊作业、架线电机车运行、放炮母线短路、不合格矿灯等 （5）静电火花 高电阻物体或处于绝缘状态的物体，紧密接触后分离或摩擦时，产生静电。 （6）热辐射 大功率白炽灯取暖烤焦木板着火。,三、矿井瓦斯爆炸的致因,1瓦斯积聚 2火源 3.人为因素,瓦斯积聚是指体积超过0.5m3时的空间瓦斯浓度超过2的现象。局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源,煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、电火花、 赤热的金属表面以及撞击和摩擦火花，都能 点燃瓦斯。此外，采空区内岩石悬顶冒落时 产生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃烧或爆炸,（1）违反技术政策；违反规程及违反纪律 （2）瓦斯检查制度执行不严； （3）局部通风管理不好； （4）违章放炮； （5）井下电气设备失爆,河南郑局大平煤矿发生瓦斯爆炸事故，当时井下有446人工作，298人成功逃脱，死亡148人。,三、矿井瓦斯爆炸的致因,1采煤工作面瓦斯积聚的原因 （1）工作面上隅角 （2）刮板输送机底槽 （3）采煤机滚筒附近 2掘进工作面易发生瓦斯爆炸的原因 一是瓦斯涌出量大， 局部通风机可靠性差，易积聚； 二是使用的电气设备较多及经常 爆破，出现引燃的机会多 3.引燃种类,四、预防矿井瓦斯爆炸的措施,预 防 措 施,防止瓦斯聚集的措施,防止瓦斯引燃的措施,防止爆炸范围扩大措施,1.加强通风 2.加强瓦斯检查 3.及时处理局部聚集的瓦斯回采工作面上隅角挂风障引流法；风筒导风法；移动泵站抽放法；尾巷排放瓦斯法。 掘进工作面局部瓦斯积聚的处理方法：充填法；引风法；瓦斯抽放法。 4.瓦斯抽放,1、加强管理，提高防火意识。 2、防止放炮火源 3、防止电气和静电火源。 4、防止摩擦和撞击点火。 5、防止明火点燃。 6、防止其他火源。,设置隔爆、阻爆装置 用岩粉阻隔爆炸的蔓延（撒布岩粉、设置岩粉棚） 用水预防和阻隔爆炸（水棚，隔爆水幕） 自动式防爆棚（利用压力或温度传感器，自动喷洒）,按照煤矿安全规程的要求做好通风工作 （1）矿井通风必须采用机械通风。 （2）各作业地点、所有没有封闭的巷道、采掘工作面和硐室必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速，使瓦斯不能达到积聚的条件。 （3）采煤工作面必须保持风路畅通，每个掘进工作面必须有合理的进、回风路线，避免形成串连通风。 （4）掘进工作面供风最容易出现安全问题，特别是在更换、检修局部通风机或通风机停运时，必须加强管理。严格禁止非专门人员操作局部通风机和随意开停通风机。 （5）瓦斯治理方针：“先抽后采、监测监控、以风定产”。 （6）整个矿井的生产和通风是相匹配的。,防止瓦斯积聚的措施,1、加强通风管理 2、加强瓦斯检测与监测 3、及时处理局部积聚的瓦斯,1严格按规程有关规定进行瓦斯检查；井下各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施 2煤矿安全规程关于矿井瓦斯检查的制度要求 采掘工作面的瓦斯浓度检查次数： 低瓦斯矿井每班至少检查两次，高瓦斯矿井每班至少检查3 次。 有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，以及有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量较大、变化异常的采掘工作面，都必须有专人经常检查瓦斯，并安设甲烷断电仪。,煤矿安全规程关于矿井瓦斯检查的制度要求 (l）采掘工作面的瓦斯浓度检查次数： 低瓦斯矿井每班至少检查两次，高瓦斯矿井每班至少检查3 次。 有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，以及有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量较大、变化异常的采掘工作面，都必须有专人经常检查瓦斯，并安设甲烷断电仪。,(2）采掘工作面co2 浓度每班至少应检查两次；有煤（岩）与co2突出危险的采掘工作面，以及co2 涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查co2浓度。本班未进行工作的采掘工作面，瓦斯和co2应每班至少检查一次；可能涌出或积聚瓦斯或co2的硐室和巷道的瓦斯或co2应每班至少检查一次。,(3）在有自燃发火危险的矿井，必须定期检查co 浓度、气体温度等的变化情况。 (4）井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查一次，挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查一次。 (5）在爆破过程中，严格执行“一炮三检制”，爆破工、班（组）长、瓦斯检查员每次检测瓦斯的结果都要互相核对，并且每次都以3 人中检测所得最大瓦斯浓度值作为检测结果和处理依据。 (6）其它作业地点或应该检查瓦斯和co2地点，瓦斯和co2检查次数由矿总工程师决定，但每班至少检查一次。,(7）瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。 (8）通风安全管理部门的值班人员，必须审阅瓦斯检查班报表，掌握瓦斯变化情况，发现问题及时处理，并向矿调度室汇报。,煤矿安全规程对矿井瓦斯检查仪器、仪表的要求 安全监测所使用的仪器、仪表必须定期进行调试、校正，每月至少一次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用催化元件的设备，每隔10天必须使用校准气样和空气样按使用说明书的要求调校一次，每隔10天必须对甲烷断电功能进行测试。 矿务局（公司）、矿区应建立安全仪表计量检验机构，对矿区内各矿井使用的检测仪器、仪表进行性能检验、计量鉴定和标准气样配置等工作，并对矿区安全仪器、仪表检修部门进行技术指导,图1-3-2 小型液压局部通风机处理上隅角积聚的瓦斯 1-工作面液压支架；2-甲烷传感器；3-柔性风筒； 4-小型液压通风机5-中心控制处理器；6-液压泵站；7-磁力启动器；8-油管,3、及时处理局部积聚的瓦斯,1）采煤工作面 回风隅角瓦斯积聚 的处理方法： （1）挂风障引流法； （2）风筒导风法； （3）小型液压局部通风机 （4）尾巷排放瓦斯法。 （5）水风扇排放法 (6)移动泵站抽放法 ；,警戒牌,爆破命令牌,爆破牌,2）刮板输送机底槽的瓦斯积聚处理技术 （1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽畅通，使瓦斯不易积聚。 （2）保持输送机经常运转，即使不出煤也让输送机继续运转，以防止瓦斯积聚。 （3）如果发现输送机底槽内有瓦斯超限的区段，可把输送机吊起来，使空气流通排除瓦斯。 （4）有压风管路的地点可以将压风引至底槽进行通风，排除积聚的瓦斯。,3）机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理 （1）加大工作面的进风量。 （2）降低瓦斯涌出的不均匀性。 （3）抽放瓦斯和煤壁注水。 （4）采煤机附近局部瓦斯积聚，可在采煤机的切割部或牵引部安装小型局扇或水力引射器，吹散积存的瓦斯。,4）顶板附近层状瓦斯聚积的处理 （1）加大巷道内风流速度。 （2）加大顶板附近的风速。 （3）喷浆封闭法。 （4）瓦斯抽放法。 5）顶板冒落空洞内积存瓦斯处理 顶板冒落空洞内积聚瓦斯处理的方法通常有以下几种： （1）充填法。 （2）引风吹散法,防止瓦斯引燃的措施,1、加强管理，提高防火意识。 2、防止放炮火源 3、防止电气和静电火源。 4、防止摩擦和撞击点火。 5、防止明火点燃。 6、防止其他火源。,提高井下工人和工程技术人员的素质，加强其防火、防爆意识，是做好杜绝瓦斯点火源在井下出现的基础。因此，大力宣传井下的防火、防爆知识，贯彻执行有关规定，发现隐患和违章就严格处理，对防止点火源的出现有重要的意义。,（1）煤矿井下的爆破必须使用符合 煤矿安全规程 规定的安全炸药； （2）有爆破作业的工作面必须严格执行“一炮三检”的瓦斯检查制度，保证放炮前后的瓦斯浓度在规定的界限内； （3）禁止使用明接头或裸露的放炮母线； （4）炮眼的深度、位置、装药量要符合该工作面作业规程的要求，炮眼充填要填满、填实，严禁使用可燃性物质代替炮泥充填炮眼，要坚持使用水炮泥； （5）禁止放明炮、糊炮； （6）严格执行井下火药、雷管的存放、运输的管理规定，爆破工作人员要持证上岗。,在摩擦发热的装置上安设过热保护装置和温度检测报警断电装置；在摩擦部件的金属表面，附着活性低的金属，使其形成的摩擦火花难以引燃瓦斯；并在摩擦部件的合金表面涂上苯乙烯醇酸，以防止摩擦火花的产生。工作面遇坚硬夹石或硫化铁夹层时，不能强行截割，应放松动炮或弱化处理。定期检查截齿和其后的喷水装置，保证其正常运行。,（1）严禁携带烟草、点火物品入井，严禁携带易燃物品入井；必须带入井下的易燃物品要经过矿总工程师的批准，并指定专人负责。 （2）严禁在井口房、通风机房、瓦斯泵房周围20 m范围内使用明火、吸烟或用火炉取暖。 （3）不得在井下和井口房内从事电气焊作业。 （4）严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等，井下使用的棉纱、布头、润滑油等必须放在有盖的铁桶内，严禁乱扔乱放或抛在巷道、硐室及采空区内。 （5）井下严禁使用电炉或灯泡取暖。,矿井电气设备的选用应符合规程的要求，井口和井下设备必须有防雷和防短路保护装置；所有电缆接头不准有“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头；不准带电作业；严禁在井下拆开、敲打、撞击矿灯的灯头和灯盒。,防止爆炸事故范围扩大的措施,除建立完善合理、抗灾能力强的矿井通风系统外，为防止瓦斯爆炸灾害扩大，还应采取下列措施。 （1）.编制灾害预防与处理计划 矿井每年都要编制有针对性的、切合实际的“矿井灾害预防与处理计划”每季度根据矿井变化的情况进行修订和补充，并且组织所有人井职工认真学习、贯彻，使每个人井人员都能了解和熟悉一旦发生瓦斯爆炸时的撤出和躲避的路线与地点。每年由矿长组织一次实战演习。,防止爆炸事故范围扩大的措施,（2）实行分区通风。各水平、采区或工作面都应有独立的进、回风系统。 （3） 通风系统简单、合理、可靠。应保证发生爆炸后进风流与回风流不发生短路。,防止爆炸事故范围扩大的措施,（4）安装主要通风机的出风井口处，必须装设防爆门或防爆井盖，以便在下发生瓦斯爆炸时，冲击波将防爆门（或井盖）冲开，释放能量，防止通风机受到破坏。 （5）主要通风机必须有反风设备，每季度至少检查一次一年至少进行一次反风演习，操作时间和反风风量达到规程规定要求，必须在10分钟内改变风流方向；反风后的风量不小于正常风量的,瓦斯防治,（6）安设阻爆、隔爆设施。隔爆设施是根据瓦斯或煤尘爆炸时所产生的冲击波与火焰的速度差的原理设计的。爆炸时产生的冲击波在前，可使隔爆设施动作，将随后而来的火焰扑灭、隔住，从而使爆炸灾害范围不再扩大。隔爆设施主要是在巷道中架设岩粉棚和水棚等。 （7）佩带自救器。每个人井人员不仅要随身佩带自救器，还要懂原理、会使用，在发生瓦斯爆炸或其他灾害时，能安全逃生。,1含义：在煤矿井下生产过程中，突然从煤（岩）壁内部向采掘空间喷出煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）的现象，称之为煤（岩）与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。04_02瓦斯突出.swf,第五节、煤与瓦斯突出及其防治,一、煤与瓦斯突出概述,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，甚至引起火灾和瓦斯爆炸的二次事故，更严重时会导致整个矿井正常生产系统的瘫痪。,1834年法国发生了世界上第一次瓦斯突出,我国1938年在吉林燎原煤矿发生了突出现象。 1950年开始发生突出，每年都有突出发生,根据突出的力学特征和显现特点不同，将突出现象分为4类防治煤与瓦斯突出细则： 1煤与瓦斯（二氧化炭）突出 2煤的突然压出并大量涌出瓦斯（简称压出） 3煤的突然倾出并大量涌出瓦斯（简称倾出） 岩石与二氧化碳（瓦斯）突出,煤与瓦斯突出防治,一、煤与瓦斯突出概述,以突出的煤（岩）量作为划分依据。 1.小型突出：突出强度100吨； 2.中型突出：突出强度100500吨（含100吨）； 3.大型突出：突出强度5001000吨（含500吨）； 4.特大型突出：突出强度1000吨。,2、分类,2、突出的危害： 破坏巷道及设施； 破坏通风系统、 造成人员窒息 和发生瓦斯爆炸、 燃烧及煤埋人事故。 3、突出原因假说 怎样发生？原因何在？过程如何？,1）、瓦斯作用说 认为煤内存在高压瓦斯是突出中起主要作用的因素。 “瓦斯包”： “多聚甲烷”：ch4在煤中形成不稳定的多聚甲烷（ ch4 ）n）或结晶水合物（），当煤层揭开后，促使它们急剧分解，从而放出大量瓦斯并夹带大量煤炭而喷出。 2）、地应力作用说 突出主要是高地应力作用结果。 3）、综合作用说 突出主要是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用结果。,3、煤与瓦斯突出的一般规律,（1）突出危险性随深度增加而增大。 （2）突出绝大多数发生在掘进工作面。 （3）突出危险性随煤层厚度增大而增大。 （4）突出调节主要诱导因素是采掘作业，其次是爆破、风镐、手镐作业。 （5）上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而增多 （6）一般有突出预兆5个方面（声响、结构变化、地压、瓦斯、其它） （6）突出多发生在地质构造带。,4、突出的预兆： 地压呈现：煤炮声、支架声响、掉碴、巷道底鼓、煤壁外鼓、等。 瓦斯涌出：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小，使煤尘增大，工作面气温下降，气味异常。 煤的力学性能与结构：层理紊乱、煤强度松软、煤质暗淡无光，煤厚变化，煤干燥等。 无声预兆：（煤结构预兆；瓦斯涌出预兆；地压显现预兆）。 有声预兆。（响煤炮；支架出现嘎嘎响、打钻时会喷煤、喷瓦斯）,二、综合防突措施： 四位一体的防治体系 1、突出危险性预测，-第一个环节 2、采取防治突出措施-第二个环节 3、防治突出措施效果检验-第三个环节 4、安全防护措施-第四个环节,二、煤与瓦斯突出预测,突出危险性预测,区域突出危险性预测 （简称为区域预测） 工作面突出危险性预测,区域预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层。 突出煤层经区域预测后可划分为 突出危险区、 突出威胁区 无突出危险区。,（包括石门和竖、斜井揭煤、煤巷掘进、采煤工作面的突出危险性预测）。,采掘工作面经预测后，可划分为突出危险工作面和无突出危险工作面,三、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施,防突措施分类： 区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施； 局部防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施称为局部防突措施。,（一）区域性防突出措施 区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。开采保护层是预防突出最有效、最经济的措施。 1开采保护层 在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。,l）开采保护层的作用 (l)地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。 (2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。 (3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。,2）保护范围 划定保护范围，也就是在空间和时间上确定卸压区的有效范围。突出危险矿井应根据实际观测资料，确定合适的保护范围，标明在矿井开采平面图上，如无实测资料，可参考下列数据。,(1)垂直保护距离 保护层与被保护层之间的有效垂距应符合表1-4-1所列数值。,(2)沿倾向的保护范围 确定沿倾向的保护范围就是沿倾向划定被保护层的上、下边界。,（3） 沿走向的保护范围-超前距 超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少不小于30m。 目的：使被保护层能充分卸压和排放瓦斯。,2大面积预抽煤层瓦斯 采用大面积预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施，主要是通过加密钻孔预抽，使其周围煤体的瓦斯得到排放，瓦斯压力降低，瓦斯含量减少，释放了瓦斯潜能。随着瓦斯的不断排出，煤体发生收缩变形，透气性大幅度增高，又导致钻孔抽放影响范围的扩大和抽放瓦斯效果的进一步提高，同时煤的机械强度也相应增高，提高了煤体的抗破坏能力。综合这些因素的变化，最终达到削弱和消除突出危险的效果。,（二）局部防突措施 1水力冲孔 水力冲孔是在安全岩（煤）柱的防护下，向煤层打钻后，用高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。此外，在高压水射流的冲击作用下，冲孔过程中能诱发小型突出，使煤岩中蕴藏的潜在能量逐渐释放，避免大型突出的发生。,图1-4-5 水力冲孔工艺流程图 1-套管；2-三通管；3-钻杆；4-钻机；5-阀门； 6-高压水管；7-压力表；8-射流泵；9-排煤水管,2超前钻孔 它是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部。,13-测压孔；4-排瓦斯孔,3、松动爆破 松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区，打几个钻孔装药爆破，使煤体松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。松动爆破分为深孔和浅孔两种。,4、震动爆破 震动放炮是一种诱导突出的方法，在人员远离工作面的条件下进行，是防止发生突出等人身伤亡事故的安全防护措施。 其做法是在工作面布置比较多的炮眼，装药较多，全断面一次爆破。因爆破产生的强大震动力和破碎，使其前方煤体的应力和瓦斯力学状态突然改变，给突出发生创造了有利条件，使突出在被控制中发生。,5、超前支架 括煤巷掘进超前支架和石门揭煤超前支架2种：,三、安全防护措施 为了防止预测和检验失误带来灾难性后果，无论是否有突出危险或措施是否有效，在突出煤层中采掘作业时，都必须采取安全防护措施。 安全防护措施包括： 远距离爆破； 反向风门 设置避难硐室和压风自救系统,反向风门是防止突出的瓦斯逆流进入进 风巷道而安设的风门，通常和震动放炮配 合使用。反向风门安设在掘进工作面的进 风侧，平时是敞开的，只在震动放炮时才 关闭,在突出危险的矿井，进入突出危险采掘工作面的人员，必须佩戴隔离式自救器。此外，在井下还应设置避难所或压风自救系统。,第六节 瓦斯抽放,一、概述 规程规定有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。 (1) 1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3min或1个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。 (2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 大于或等于40m3/min； 年产量1. 0-1. 5mt的矿井，大于30m3/min； 年产量0.6-1. 0mt的矿井，大于25m3/min； 年产量0.4-0. 6mt的矿井，大于20m3 min； 年产量小于或等于0.44mt的矿井大于5m3/min。 (3)开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,第六节 瓦斯抽放,抽放瓦斯的方法： 按瓦斯的来源分三类；开采煤层、邻近层、采空区抽放 按抽放的机理分为两类；未卸压和卸压抽放 按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放 贯彻“先抽后采，监测监控，以风定产”十二字方针,二、开采煤层的瓦斯抽放 开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。 1、未卸压的钻孔抽放 本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。 按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。 钻孔参数： 钻孔方向 我国多为上向孔； 孔间距 3050m 抽放负压 孔口负压不超过14kpa 钻孔直径 70100mm,（2）顺层钻孔 顺层钻孔适用于赋存稳定的中厚或厚煤层。通常由回风、运输平巷沿煤层倾斜打钻，或由上、下山沿煤层走向打水平孔（仰角12）。这类抽放方法常受采掘接替的限制，抽放时间不长，影响了抽放效果。加之受钻孔成孔长度和定向等因素的影响，顺层钻孔抽放较穿层钻孔抽放使用较少。但近年随着布孔方式的多样化和成孔技术的发展，顺层钻孔布孔方式有了较大的突破，应用也逐渐增多，如图1-5-3所示。较为成熟的技术有交叉式布孔抽放和顺层长钻孔抽放。,图1-5-3 顺层钻孔布置方式图,2、卸压的钻孔抽放,1）、随掘随抽 如图所示，在掘进巷道的两帮，随掘进巷道的推进，每隔1015 m 开一钻孔窝，在巷道周围卸压区内打钻孔12个，孔径4560 mm ，封孔深1.52.0m ，封孔后连接于抽放系统进行抽放。,2、卸压的钻孔抽放,2）、随采随抽 顶板走向钻孔， 顶板巷道,3、人工增加煤层透气系数的措施 1）、水力压裂； 2）、水力割缝； 3）、深孔爆破 4）、酸性处理； 5）、交叉钻孔。,三、邻近层的瓦斯抽放 邻近层含义 为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？ 煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙带和变形带，在其底板则形成卸压带。增大。注意问题 参数：钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；孔径和抽放负压,邻近层的瓦斯抽放方法 1上邻近层瓦斯抽放 上邻近层瓦斯抽放常见的方法有：顶板穿层钻孔法、顶板走向钻孔法和顶板巷道抽方法。 1）顶板穿层钻孔法 通常由开采煤层的回风巷道，由裂隙带向顶板邻近层打钻接管抽放，通常当工作面推进到钻孔附近，顶板形成大量裂隙后，才能把瓦斯抽放出来。,2）顶板走向钻孔法 顶板岩石走向钻孔抽放邻近层瓦斯技术常用于高瓦斯无煤柱综采工作面解决瓦斯超限问题，对于采掘接续紧张的矿井，其优越性更为突出。,钻场位于顶板,3）顶板巷道抽放法 （1）倾斜高抽巷。 （2）走向高抽巷。,3.下邻近层瓦斯抽放,四、采空区抽放 1封闭式采空区瓦斯抽放技术 所谓封闭式采空区瓦斯抽放是煤层或采区（工作面）全部开采结束，为减少采空区瓦斯涌向采掘空间或涌向矿井而影响生产，或为了有效地利用瓦斯资源提高瓦斯抽放率，将采空区或旧巷予以封闭而进行的瓦斯抽放。 2开放式采空区瓦斯抽放技术 采煤工作面的采空区或老空区积存大量瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工作面造成瓦斯超限而影响生产。所谓开放式采空区抽放是指对工作面回采尚未结束和封闭的采空区进行的抽放。,四、采空区抽放 2开放式采空区瓦斯抽放技术 采煤工作面的采空区或老空区积存大量瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工作面造成瓦斯超限而影响生产。所谓开放式采空区抽放是指对工作面回采尚未结束和封闭的采空区进行的抽放。,四、采空区抽放 2开放式采空区瓦斯抽放技术 采煤工作面的采空区或老空区积存大量瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工作面造成瓦斯超限而影响生产。所谓开放式采空区抽放是指对工作面回采尚未结束和封闭的采空区进行的抽放。,淮北祁南煤矿穿层孔与顺层孔抽采,4.瓦 斯 抽 放,淮北祁南矿倾向顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采,六 、瓦斯抽放设备,抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检测仪表。 钻机：根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100120mm，插入直径7080mm的钢管。 封孔：用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时23m，围岩松软时67m，甚至10m左右。 其它：封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管(或抗静电塑料软管)、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。,1、抽放瓦斯的管道 一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为： 采区的100mm150mm， 大巷的150mm300mm， 井筒和地面的200mm400mm。,2、瓦斯泵 常用的瓦斯泵有，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。 水环式真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好(工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸)。适用于抽出量不大，要求抽放负压高矿井。 离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大（201200m3/min），管道阻力不高（45kpa）的抽放情况下。 回转式鼓风机的特点是，管道阻力变化时，风机的流量几乎不变，所以供气均匀，效率高。缺点是噪音大，检修复杂。,3、流量计 为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和各个钻场内安设测定瓦斯流量的流量计。目前井下一般采用孔板流量计， 4、其它装置 1）放水器 为了及时放出管道内的积水，以免堵塞管道。在钻孔附近和管路系统中都要安装放水器。最简单的放水器为“”形管自动放水器当型管内积水超过开口端的管长时，水就自动流出。,2）防爆、防回火装置 抽放系统正常工作状态遭到破坏，管内瓦斯浓度降低时，遇到火源瓦斯就有可能燃烧或爆炸。为了防止火焰沿管道传播,正常抽放时，瓦斯由进气口进入，经水封器由出口排出。管内发生瓦斯燃烧或爆炸时，火焰被水隔断、熄灭、爆炸波将防爆盖冲破而释放于大气中。 规程规定，利用瓦斯时，抽出瓦斯中的瓦斯浓度不得低于30；不利用瓦斯时，用干式抽气设备，瓦斯浓度不得低于25。 抽出的瓦斯，可以按其浓度的不同，合理地加以利用：浓度为3540时，主要用作工业、民用燃料；浓度50以上的瓦斯可以用作化工原料，如制造炭黑和甲醛。抚顺、阳泉、天府、中梁山和淮南等局矿都已建厂生产。,典型案例,5.瓦斯事故案例,河南大平煤矿“10.20” 特别重大瓦斯爆炸事故,2004年10月20日,大平矿位于河南省登封市与新密市交界处，距郑州市西南60公里。井田东西走向5公里，南北宽2公里，面积10平方公里。1982年开始建矿，1986年建成投产，原设计生产能力60万吨/年。2003年在完成了通风系统和提升系统改造后，核定生产能力为130万吨/年。2004年1-9月份累计生产原煤96万吨。矿井采用立井单水平上下山开拓方式，混合抽出式通风方式。矿井开采煤层为二1煤，煤层变化较大。布置有2个采煤工作面，5个煤巷掘进工作面，3个岩巷掘进工作面。矿井装有kj90安全监控系统。,大平煤矿隶属于郑州煤业集团，属国有企业。2003年瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井。,矿 井 概 况,大平煤矿,事 故 经 过,2004年10月20日22时09分，该矿21岩石下山发生煤与瓦斯突出，突出瓦斯逆流进入西大巷主要进风流中，由架线电机车电火花引发瓦斯爆炸，波及三个采区，造成148人死亡，32人受伤，直接经济损失3935.7万元。,2004年10月20日22时9分，大平煤矿通风 科监测室值班人员发现井下瓦斯探头显示情况异常，向通风科调度员贾江华汇报。贾江