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河南理工大学 安全工程 瓦斯知识点 作者： 日期：2 一什么是矿井瓦斯？瓦斯的主要物理及化学性质有哪些？从广义上讲，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。狭义的讲，矿井瓦斯专指甲烷（CH4）。瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯在大气压力为101.325KPa，温度为0 的标准状态下，容重为0.716 kg/m3。瓦斯比空气轻，其比重为O.554 ，瓦斯的扩散能力是空气的1.6 倍，且渗透能力很强。瓦斯微溶于水，在20 和101.325KPa时，其溶解度仅3.31 ,0时为5.56。瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。二瓦斯是如何生成的？煤内实际含有的瓦斯量是否等于生成量？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。但在漫长的地质年代中，在地质构造（地层的隆起、浸蚀和断裂）的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。所以煤内实际含有的瓦斯量是不等于生成量。三 瓦斯赋存垂向分带1） 瓦斯风化带：CO2-N2 ,N2 ,N2-CH42） 甲烷带 四瓦斯在煤内存在的形态有哪些？相互之问有何关系？矿井瓦斯在煤、岩层中以自由状态和吸附状态存在。自由状态又称游离状态，是指瓦斯以自由气体状态存在于煤、岩层的裂隙或空洞之中。吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。自由瓦斯和吸附瓦斯的关系：二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。我们把由自由瓦斯转化为吸附瓦斯的现象叫做瓦斯的吸附，把吸附瓦斯转化为自由瓦斯的现象叫做瓦斯的解吸。当外界压力增高或温度降低时，一部分自由瓦斯被吸附而转化为吸附瓦斯，当外界压力降低或温度升高时，一部分吸附瓦斯又可解吸为自由瓦斯。五 影响吸附量的主要因素1瓦斯压力的影响 2温度的影响 3瓦斯性质的影响 4煤化变质程度的影响 5煤中水分的影响六 煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量有什么关系？影响煤层瓦斯含量的因素有哪些？煤层瓦斯压力是煤层空隙内气体分子自由热运动中介所产生的作用力煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，当煤吸附瓦斯的能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤中所含的瓦斯量也就越大。在煤与瓦斯突出的发生、发展过程中，瓦斯压力起着重大作用。影响煤层瓦斯含量的因素有以下几个方面：（1） 煤层埋藏深度。（2）煤层与围岩的透气性。（3）煤层倾角。（4）煤层露头。（5）地质构造。（6）煤化程度。（7）地层地质史。8 水文地质条件七 瓦斯涌出量概念瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量绝对瓦斯涌出量-指在单位时间内涌出的瓦斯量 单位相对瓦斯涌出量-指平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量 单位八 矿井瓦斯涌出形式有哪些？矿井的瓦斯涌出量如何表示？瓦斯从煤层或围岩中涌出的形式有两种：（1）普通涌出；（2）特殊涌出。矿井瓦斯涌出量可用绝对瓦斯涌出量（Q绝=QC6024）和相对瓦斯涌出量两个参数来表示（q相= Q绝n/T ）。九 某采区的月产量为9000t，月工作日为30大，测得该采区的回风量为 480m3min，瓦斯浓度为0.16。求该采区的瓦斯涌出量。（答案：2.88m3 / min；13.8m3 / t 。）十 影响瓦斯涌出量的因素有哪此？A自然因素（1）煤层和围岩的瓦斯含量。（2）开采深度。（3）地面气压的变化。B开采技术因素（1）开采顺序与开采方法。（2）回采速度与产量 （3）落煤工艺与老顶来压步距 （4）通风压力与采空区封闭质量 （5）采场通风系统十一我国的矿井瓦斯等级是如何划分的？煤矿安全规程规定：一个矿井中，只要有一个煤（岩）层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式划分为：低瓦斯矿井：10 m3 及其以下；高瓦斯矿井：10 m3以上；煤与瓦斯突出矿井。矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。十二 矿山统计法根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯涌出量的方法。采用矿山统计法必须具备所需预测的矿井或采区煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理、地质构造、煤层赋存、煤质等与生产矿井或生产区域相同或类似的条件。 使用条件及要点 生产矿井的延深水平、生产水平的新采区、与生产矿井邻近的新矿井，在应用中必须保证预测区的开采技术条件、地质条件与生产区相同或类似。 工作面从开切眼形成到第一次放顶期间，由于瓦斯涌出尚未达正常状态，在该段时间内的测定数据不能在统计分析中应用； 某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系，即a值不是常数，此时，应首先根据实际资料确定a值随开采深度的变化规律。 在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量，以及地质变化带采区瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。 应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。 在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。十三 煤(岩)与瓦斯突出分类按照突出物质的不同，突出可分为煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石和二氧化碳突出，以及煤、岩、二氧化碳和瓦斯突出。按照突出动力源的不同，突出又可分为倾出、压出和突出。按突出发生地点的不同石门突出、平巷突出、下山突出、上山突出、回采工作面突出十四 煤与瓦斯突出的基本特征： 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(CO2)涌出，瓦斯(CO2)涌出量远远超过突出煤的瓦斯(CO2)含量，有时会使风流逆转； 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的共同作用下发生的，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压弹性潜能和瓦斯潜能。 突出是三种中危害最大的。煤与瓦斯压出的基本特征： 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(CO2)涌出量增大； 压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。 发动与实现压出的主要作用力是地应力，尤其是构造应力和开采的集中应力引起的，瓦斯压力与煤的自重应力是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性潜能。 煤与瓦斯压出一般有煤的整体位移和煤有一定距离的抛出两种类型。 煤与瓦斯倾出的基本特征： 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方向(厚煤层)发展； 无明显动力效应； 倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中； 巷道瓦斯(CO2)涌出量明显增大。发动倾出的主要因素是失稳的煤重力，煤的物理力学性质起辅助作用。即结构松软、同时含有瓦斯致使煤体内聚力降低，在较高的地应力和自重应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件。煤的倾出能可能引起和转化为煤与瓦斯突出。 倾出一般多发生急倾斜煤层和厚煤层开采过程中。十五 预防瓦斯喷出和突出的措施 1预防瓦斯喷出的措施 预防处理瓦斯喷出的措施，应根据瓦斯喷出量的大小和瓦斯压力的高低来制定，一般采取“探、排、引、堵”等措施。 (1)“探”就是探明地质构造和瓦斯情况。 (2)“排” 就是排放和抽放瓦斯。如探明断层、裂隙、溶洞大小或瓦斯量不多时，可让它自然排放。如瓦斯量大，喷出强度大，持续时间长，则可插管进行抽放。 (3)“引” 就是引导瓦斯到回风巷。 (4)“堵”就是堵塞裂隙。可用黄泥或水泥堵住裂隙，防止瓦斯喷出。 同时，对于瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量。 2预防瓦斯突出的措施 预防煤和瓦斯突出的措施分为区域性措施和局部性措施。开采解放层是最经济、最有效的区域性措施。首先开采的非突出层称为解放层，后开采的突出层称为被解放层。局部性措施是指突出危险煤层采掘时采用的影响范围较小的预防措施。主要方法是排出瓦斯，增大卸压范围；加固煤体，增强煤体抵抗能力；人为诱使煤和瓦斯突出，减少突出损失。 十六 煤与瓦斯突出的一般规律和预兆有哪些？我国煤与瓦斯突出的一般规律有以下几点：（1）突出发生在一定的深度上，危险性随开采深度及煤层厚度增大而增大。（2）突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增加（3）突出的气体类型主要是甲烷 个别矿井突出二氧化碳（4）石门突出危险性最大（5）突出大多数发生在地质构造带（6）绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面，大多数突出前有作业方式诱导（7）突出前大多有突出预兆（8）煤体破坏程度越高突出危险性越大（9）煤层突出危险区常呈区域条带状分布（10）突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增大 （11）受煤的自重影响突出预兆主要有以下几种： 声响预兆（ 煤体发生的闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡瓮声。这些由煤体内部发出的声响统称为响煤炮。）； 煤结构变化预兆（ 煤体结构预兆有层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗而无光泽、煤层产状急剧变化、煤层波状隆起以及层理逆转等。尤其是煤层软分层变厚。）； 矿压显现预兆（如支架来压、煤壁开裂、掉碴、片帮、工作面煤墙外臌、巷道底臌、钻孔顶夹钻、钻孔严重变形垮孔及炮眼装不进炸药等。）； 瓦斯预兆（风流逆转、瓦斯异常、瓦斯浓度忽大忽小、打钻喷孔及出现哨叫声、蜂鸣声等。）； 其他预兆。（在一些突出事例发生前，有出现工作面温度降低、煤墙发凉、特除气味等预兆）十七 突出过程可划分为四个阶段：准备阶段，激发阶段，发展阶段，终止阶段十八 怎样防止采煤工作面上隅角的瓦斯积聚？回采工作面上隅角的瓦斯积聚处理技术：1、增风吹散法：（1）风障引流法。（2）液压局部通风机吹散法。（3）脉动通风技术吹散法。2、无火花设备抽排法：（1）风筒引射导风法。（2）移动泵站抽放法。3、尾巷排放法。十九如何处理机械化采煤工作面瓦斯积聚？（1）加大工作面的进风量。（3）降低瓦斯涌出的不均匀性。（4）抽放瓦斯和煤壁注水。（5）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。20如何处理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）隔离法；（2）引风吹散法：导风板引风吹散法；风筒分支吹散法；压风管分支吹散法。21如何处理掘进工作面局部积聚的瓦斯？（1）对于瓦斯涌出量大的掘进工作面尽量使用双巷掘进，每隔一定距离开掘联络巷，构成全负压通风，以保证工作面的供风量。（2）盲巷部分要安设局部通风机供风，使掘进排除的瓦斯直接流入回风道中。（3）掘进工作面及其巷道中很容易出现冒落空洞或裂隙发育带，对于这些地点积聚的瓦斯应使用上述有关方法予以及时处理。22通风或瓦斯涌出异常时期应特别注意哪些事项？（1）煤与瓦斯突出造成短时间内涌出的大量瓦斯，易形成高瓦斯区。此时，必须杜绝一切可能产生的火源；切断该区域的供电、撤出人员，并对灾区实行警戒，然后制定专门措施处理积聚的瓦斯。（2）抽放瓦斯系统停止工作时，必须及时采取增加供风、加强监测直至停产撤人的措施，防止瓦斯事故的发生。（3）排除积存瓦斯时可能会造成局部区域的瓦斯超限，必须制定排放方案和保安措施，以保证排放工作的顺利进行。（4）地面大气压力的急剧下降也会造成井下瓦斯涌出异常，必须加强监测，并有相应的防护措施。（5）在工作面接近采空区边界或老顶来压时，会使涌入工作面的瓦斯突然增加，应加强对这一特殊时期瓦斯的监测，总结规律，并做到心中有数。（6）采煤工作面大面积落煤也会造成大量的瓦斯涌出，应适当限制一次放炮的落煤量和采煤机连续工作的时间。23煤与瓦斯突出四位一体防治体系的主要内容是什么？（1）突出危险性预测。（2）防治突出措施。（3）防治突出措施的效果检验。（4）安全防护措施。24什么是开采保护层？开采保护层的作用是什么？在突出矿井中，预先开采的、并能使其他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。开采保护层的作用是：(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。25区域防突措施：1）开采解放层 2）预抽煤层瓦斯3） 煤层注水 规定第47条要求：（1）开采保护层时，同时抽采被保护层的瓦斯；（2）开采近距离保护层时,采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层；规程第193条规定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。 规程第194条 ： (一) 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。 (二) 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。26局部防突措施有哪些？1松动爆破；2钻孔排放瓦斯；3水力冲孔；4超前支架：（1）煤巷掘进超前支架；（2）石门揭煤超前支架；5超前钻孔27局部防突安全防护措施有哪些？（1）震动放炮；2. 金属栅栏。3. 反向风门；4. 井下避难所28预防瓦斯爆炸的措施 引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件：一定浓度的瓦斯，一定温度的引火源和足够的氧。防止瓦斯爆炸的技术措施很多，可以分为三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯被引燃和防止瓦斯事故的扩大。根本措施是前面两个。 防止瓦斯积聚的根本措施是加强通风，包括矿井必须根据规定配足风量，采用机械通风，实行分区通风，工作面采用独立通风，采空区必须及时封闭，瓦斯矿井的掘进工作面禁止使用扩散通风等措施。防止瓦斯积聚的其他措施包括及时处理局部积存瓦斯，抽放瓦斯，加强检查等。防止瓦斯被引燃是指防止明火、放炮和电火花、摩擦火花、冲击火花等引火源使瓦斯燃烧爆炸。 29瓦斯爆炸的条件是什么？爆炸界限是多少？ 瓦斯爆炸的发生必须具备3 个基本条件： 瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为516。 混合气体中的氧浓度不低于12。 有足够能量的点火源，通常为650，最低点燃能量为0.28mJ 。爆炸界限一般为516。30 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，就将发生瓦斯的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。 爆炸时由于爆源附近气体高速向外冲击，在爆源附近形成气体稀薄的低压区，于是产生反向冲击波，使已迈破坏的区域再一次受到破坏。如果反向冲击波的空气中含有足够的CH4和02，而火源又未消失，就可以发生第二次爆炸。31瓦斯爆炸原因分析（1）瓦斯积聚（2）引爆火源（明火，电火花 电弧，放炮火花，撞击、摩擦火花，静电火花，热辐射）（3）思想麻痹，管理松懈及违章作业32.局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，积聚原因主要是什么？瓦斯积聚原因主要是（1）通风系统不合理；（2）正常生产时期，煤矿井下的通风设施被随意改变其状态；（3）采掘工作面的串联通风；（4）局部通风机随意停止运转；（5）对封闭的区域或停工一段时间的工作面恢复通风，未制定专门的排放瓦斯措施；（6）采空区和盲巷中往往积存大量高浓度的瓦斯；（7）当采掘工作面推进到地质构造异常区域时，有可能发生瓦斯异常涌出，造成瓦斯积聚；（8）巷道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。33预防瓦斯爆炸的技术措施（1）防止瓦斯积存和超限（2）防止引燃火源（3）防止瓦斯爆炸事故的扩大的措施34瓦斯抽放的条件是什么？本煤层瓦斯抽放的方法有哪些？瓦斯抽放的条件:（1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽放瓦斯；（2）对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量5 m3/min ，掘进工作面瓦斯涌出量3 m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯；（3）对于全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量30 m3/min，或相对瓦斯涌出量1525 m3/t时应抽放瓦斯； （4）开采保护层时可考虑抽放保护层瓦斯；对于突出煤层，可以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。25大面积预抽煤层瓦斯的作用是什么？有哪些方式？采用大面积预抽煤层瓦斯作用是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。目前，预抽煤层瓦斯常采用穿层钻孔和顺层钻孔两种方式，分别适用于不同的煤层条件。36人工增加煤层透气系数的措施有哪些？煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破、交叉钻孔和煤层的酸液处理等。37邻近层的瓦斯抽放的方法有哪些？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。38采空区抽放的方法有哪些？采空区抽放时为防止煤炭自燃，应采取哪些措施？1）封闭式采空区瓦斯抽放技术2）开放式采空区瓦斯抽放技术：（1）引巷密闭插管抽放法；(2)钻孔抽放法；(3)埋管抽放法；（4）顶板（煤）巷抽放法采取防止自燃的措施:氧气浓度不得大于7%，最高不大于10%；一氧化碳浓度不得大于临界值（临界值指标由开采矿井考查确定。抚顺矿区煤炭自燃发火的临界值指标CO临50PPm ）； 瓦斯（CH4）浓度不得低于25%或30%（采用水环式真空泵抽放时，不低于25 % ；采用干式鼓风机抽放时，不低于30%)； 混合气体温度不得大于所在场所（地点）的空气温度； 回采工作面回风流和上隅角的瓦斯和一氧化碳浓度不得超过 煤矿安全规程 的规定。39何谓瓦斯的引火延迟性？煤矿生产中如何利用这一特性？瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期。瓦斯爆炸的感应期，对煤矿安全生产意义很大。在井下高温热源是不可避免的，但关键是控制其存在时间在感应期内。40怎样从开采技术因素方面降低瓦斯的涌出量和瓦斯涌出的不均匀性？在开采煤层群中的首采煤层时，由于其涌出的瓦斯不仅来源于开采层本身，而且还来源于上、下邻近层，因此，开采首采煤层时的瓦斯涌出量往往比开采其他各层时大几倍。为了使矿井瓦斯涌出量不发生大的波动，在开采煤层群时，应搭配好首采煤层和其他各层的比例。采出率越低，瓦斯涌出量就越大。在开采煤层群时，采用陷落法管理顶板比采用充填法管理顶板更能造成顶板大范围的破坏与松动，因此，前者工作面的瓦斯涌出量比后者工作面的瓦斯涌出量大。41矿井瓦斯抽放 矿井瓦斯抽放是在矿