矿井瓦斯防治课程复习题(1).doc

复习思考题1. 煤层瓦斯的成气时期有哪些？生物化学成气时期：植物在厌氧、潮湿，温度小于65的条件下产生瓦斯。煤化变质作用成气时期：褐煤层进一步沉降，在高温及地层压力在下，便进入变质作用造气阶段。2. 煤层瓦斯的垂直分带及其特征？煤层瓦斯垂向一般分为瓦斯风化带和甲烷带，瓦斯风化带是CO2 N2带、N2带、N2CH4带的统称，各带不仅瓦斯组分不同，而且瓦斯含量也不同。3. 甲烷带内瓦斯含量、瓦斯压力分布特征？（1）煤层瓦斯含量随埋深增加而增大；（2）煤层瓦斯压力随埋深增加而增大；（3）矿井相对瓦斯涌出量随埋深增大而增大；（4）随着埋深增加，有可能出现瓦斯异常涌出、瓦斯喷出、甚至瓦斯突出的情况4. 煤的孔隙分类及其与瓦斯运移特征的关系？微孔：直径小于10nm，构成煤中的吸附容积；小孔：直径10nm-100nm，构成毛细管凝结及瓦斯扩散空间；中孔：直径100nm-1000nm，构成缓慢的层流渗透区域；大孔：直径1000nm-100000nm，构成强烈层流渗透区域；可见孔/裂隙：直径大于100000nm，构成层流及紊流混合区域。5. 煤的孔隙率与变质程度的关系？煤的孔隙率随变质程度的变化呈一马鞍型变化关系，即中变质程度的焦煤和瘦煤孔隙率最低，低变质程度的褐煤和高变质程度的无烟煤孔隙率均较大。6. 煤的吸附、解吸及其Langmuir吸附方程。吸附：分子由自由态进入到吸附位的过程，是吸热过程。解吸：分子由自由态进入到吸附位的过程，是放热过程。Langmuir方程：式中：a吸附常数，表示在给定温度下，单位质量固体的表面饱和吸附气体时，吸附的气体体积，, cm3/g，一般为15-55 m3/t ；b吸附常数，MPa-1，一般为0.5-5.0MPa-1；p吸附平衡时的瓦斯压力，MPa；V在给定温度下，瓦斯压力为p时单位质量固体的表面吸附的气体体积，m3/t。7. 煤层瓦斯含量的影响因素？煤的变质程度: 变质程度越高，瓦斯生成量越大，保留下来的瓦斯量相对也较大；变质程度越高，对瓦斯的吸附能力越大，瓦斯解吸、逸散的可能性相对较小；高变质程度的煤的瓦斯含量较大。煤层和围岩的透气性:透气性越大，瓦斯越容易流失，瓦斯含量小；反之，瓦斯易于保存，煤层瓦斯含量大。埋藏深度：埋藏越深，运移距离越长，地层压力越大，二者都有利于封存瓦斯。煤层倾角：倾角大，多数遭受过剧烈地层抬升过程，使大部分瓦斯得以释放，有利于瓦斯逸散。煤层露头：煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多，反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量较高。地质构造：封闭型地质构造有利于封存瓦斯，开放型地质构造有利于排放瓦斯。地层的地质变迁史：地质过程及其延续时间的长短都对煤层瓦斯含量的大小产生巨大的影响。水文地质：水溶解、驱替、携带瓦斯，使瓦斯含量降低。 水吸附于孔隙表面，阻碍了瓦斯解吸。即“水大瓦斯小，水小瓦斯大”8. 煤层瓦斯流场的分类及其井下实例？按空间瓦斯流动方向变化，流场可分为单向流动（如薄及中厚煤层中的煤巷与回采工作面煤壁内的瓦斯流动就属于单向流动）、径向流动（如石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时，在煤壁内的瓦斯流动就属于这一类）、球向流动（如在厚煤层中煤巷的掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出瓦斯的流动。）。按流场在时间上的变化，可分为稳定流动（如煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场。）、非稳定流动（如经过长期排放的煤壁趋于稳定流场）9. Fick定律的含义及定义式？瓦斯在小孔(1m)与微孔(0.1m)内的运移主要为扩散运动，即瓦斯分子在其浓度(或密度)梯度的作用下由高浓度向低浓度方向运移。可用菲克(Fick)定律来描述。 式中：dm微单元上的瓦斯扩散量，m3/m2；dc/dl瓦斯浓度梯度或密度梯度， （m3/m3）/m;D 扩散系数，m2/s10. Darcy定律的含义及定义式？瓦斯在小孔(1m)以上的孔隙或裂隙内流动的雷若数Re1-10时，此时为线性层流，符合达西定律。式中：V渗流流速，m/s；K煤层渗流率，m2（达西，1达西=9.86910-13m2）；流体的绝对粘度，Pas；11. 煤层透气性系数的物理意义？在1m3煤体的两侧，瓦斯压力平方差为1MPa2时，通过1m长度的煤体，在1m2煤面上每日流过的瓦斯量(t，标准大气压力下)。1m2/(MPa2d)相当于该煤层的渗透率为2.5x1017m2(0.025毫达西)。12. 煤层瓦斯含量与矿井瓦斯相对涌出量的含义辨析。煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤体中含有的瓦斯总量,包括吸附态瓦斯和游离态瓦斯，矿井瓦斯相对涌出量是指平均日产一吨煤所涌出的瓦斯量。二者表达单位相同，但是物理意义不同，数量上而已不相等，瓦斯涌出量不仅包括来自于采出煤炭所涌出的瓦斯，还包括矿井内一切煤层岩层涌出瓦斯，尽管采出煤的残余瓦斯含量随煤运至地面而没涌入矿井，但是后一来源的量大，所以相对涌出量比开采层的瓦斯含量大。13. 矿井主要瓦斯涌出源及其构成有哪些？掘进巷道的瓦斯涌出：包括巷道壁、迎头煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出。巷道瓦斯积聚层：由于瓦斯比空气轻，具有上浮的特点，加之顶煤瓦斯涌出，当顶板不平滑且风量不足时，巷道顶部可能形成高浓度瓦斯的层状积聚。回采工作面的瓦斯涌出：一部分来自本开采层，另一部分来自于受采动影响的邻近煤层与围岩。14. 影响矿井瓦斯涌出的因素有哪些？（1） 自然因素：煤层和围岩的瓦斯含量：含量越高，相对瓦斯涌出量也越大。开采深度：瓦斯风化带内，矿井瓦斯涌出量与深度无关，甲烷带内，矿井瓦斯涌出量随深度增加而增大地面大气压变化：大气压只影响封闭空间内的瓦斯涌出，对煤壁、落煤瓦斯涌出几乎无影响。（2） 开采技术因素：开采顺序与回采方法：分层开采时首采分层瓦斯涌出量大，回采率低的工作面瓦斯涌出量大；回采速度与产量：回采速度较小时，邻近层和围岩的相对瓦斯涌出量较大；产量越大，绝对瓦斯涌出量越大，但相对瓦斯涌出量却有可能减小；采落煤快速集中运输时，落煤运输过程中的瓦斯涌出量减小。落煤工艺及老顶来压步距通风压力和采空区封闭质量：高负压通风使采空区内的瓦斯更易涌出到工作面；采空区封闭质量不好，易导致其内部的瓦斯向外涌出；通风压力过大时，也对采空区瓦斯涌出有促进作用。回采工作面通风系统：沿空留巷：巷道直接与邻近采空区沟通，邻近采空区内瓦斯直接涌出到工作面区域；带有煤柱的巷道：煤柱与采空区隔离，阻止邻近采空区瓦斯向工作面区域涌出15. 现行的矿井瓦斯等级如何划分？相对瓦斯涌出量：q相、绝对瓦斯涌出量：q绝（一）低瓦斯矿井：q相10m3/t，and q绝40m3/min。（二）高瓦斯矿井： q相10m3/t or q绝40m3/min。（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井16. 矿井瓦斯治理的原则是什么？瓦斯治理“十二字”方针是什么？原则：分源治理、分级管理、综合防治方针：先抽后采、监测监控、以风定产17. 矿井瓦斯喷出的分类及危害？分类：瓦斯沿原地质构造洞缝喷出、瓦斯沿采掘地压生成的裂缝喷出、瓦斯沿钻孔喷出危害：（1） 瓦斯超限，引发瓦斯爆炸、瓦斯燃烧；（2） 吹扬煤尘，引发煤尘爆炸；（3） 顶底板变形、支柱支架破坏；（4） 岩石断裂、破坏冲击，产生火花（5） 损坏采掘设备；（6） 瓦斯气体、煤尘、煤块冲击伤人；（7） 瓦斯窒息；（8） 毁坏采掘工程，冻结煤炭资源18. 瓦斯爆炸的链式反应特点及其与防爆、阻爆的关系？(1) 当反应物浓度恒定时： 非链式反应：速度恒定； 直链反应：反应稳步加速； 支链反应：起初稳步加速，之后迅猛加速，最后到激烈反应。(2) 当反应物浓度消耗无补充时： 非链式反应：速度衰减； 直链反应：速度逐渐趋于恒定； 支链反应：先迅猛增加，后迅速衰减。(3) 感应期：链式反应产生链载体比较困难，故反应开始时进行迟缓，常存在感应期。(4) 添加物：链载体活泼，如加入物使之“消除”（阻化剂）或“产生”（引发剂），则会严重影响反应速度。因此，链式反应对添加物是敏感的；(5) 容器：链载体的产生与消亡对器壁的材质、尺寸和形状等也很敏感；(6) “惰性”添加物：也对链载体的产生与消亡起促进或延缓作用，故链式反应对“情性”添加物也敏感。19. 瓦斯混合气体安全技术参数及其在实际生产中的意义？20. 瓦斯爆炸的条件有哪些？瓦斯浓度处于爆炸范围内，5-15%（常压）氧浓度超过失爆氧浓度， 12%（CO2惰化）； 9%（N2惰化）引火源的能量大于最小点燃能量（0.28mJ），温度高于最低点燃温度（595）、点燃时间长于感应期21. 造成瓦斯积聚的主要原因及其防治措施有哪些？原因：停风、供风不足、位置处于瓦斯涌出源处、瓦斯不均衡涌出、瓦斯喷出、瓦斯突出措施：（1）通风异常的对策：双回路供电，备用风机，消除无计划停风：经常巡检，及时修复，备用设施：做好防范工作，按计划做好反风演习。（2）瓦斯涌出异常的类别与对策：在异常区必须及时采取措施杜绝一切可能产生的火源，断电，恢复与加强通风、撤出人员，对灾区实行警戒等；防止停抽瓦斯；谨慎排除积存瓦斯；掌握顶板活动规律，防范冲击地压和顶板大面积陷落时瓦斯涌出异常；预抽瓦斯、加强通风与瓦斯检查；限制一次放炮的落煤量。22. 简述瓦斯动力现象的分类及其特点? 突出：突出的煤向外抛出的距离较远，具有分选现象；抛出的煤堆积角小于自然安息角；抛出的煤破碎程度较高，含有大量碎煤和一定数量手捻无粒感的煤粉；有明显的动力效应，如破坏支架，推倒矿车，损坏或移动安装在巷道内的设施等；有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，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、分岔形以及其它形状。压出：压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有细煤粉，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；巷道瓦斯涌出量增大；压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形、半圆形孔洞。倾出：倾出的煤就地按自然安息角堆积、无分选现象；倾出的孔洞多为口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅锤（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；巷道瓦斯涌出量明显增加。23. 瓦斯突出综合作用假说的要点有哪些？24. 瓦斯突出的一般规律有哪些？瓦斯突出发生在一定深度上，突出危险性随采深增加而增大；绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面；煤层突出危险性随煤厚增加而加大；突出大多数发生在地质构造带；大多数突出前有作业方式诱导；突出前大多有预兆；煤体破坏程度越高，突出危险性越大；石门突出危险性最大；煤层突出危险区常呈条带状分布25. 瓦斯突出有哪些常见的预兆？声响预兆-响煤炮 瓦斯预兆-瓦斯异常、喷孔煤结构预兆-煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化矿压显现预兆-片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻 温度预兆-温度降低、煤墙发凉26. 区域综合防突措施包括哪几个方面的内容? 区域突出危险性预测；区域防突措施；区域措施效果检验；区域验证。 27. 区域性防突措施有几类？每类有哪几种常见方法？28. 局部综合防突措施包括哪几个方面的内容？工作面突出危险性预测；工作面防突措施；工作面措施效果检验；安全防护措施29. 我国常见的工作面局部防突措施有哪几种？小直径超前排放钻孔、预抽瓦斯、松动爆破、水力冲孔、金属骨架、煤体固化30. 煤矿瓦斯抽采的意义? 保障煤矿安全生产、保护大气环境、开发利用优质清洁能源31. 简述开采层瓦斯抽采的原理？32. 简述邻近层瓦斯抽采的原理？受采动卸压的煤（岩）层，吸附瓦斯解吸形成游离瓦斯充满层间空隙，并通过层间裂隙涌入回采空间和采空区，这种层间空隙和裂隙不仅是卸压瓦斯的储存地点，也是良好的流动通道。通过施工钻孔（巷道）进入或穿透受到采动影响的邻近