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矿井瓦斯考试复习题1. 什么是矿井瓦斯？答：广义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。狭义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。由于甲烷（俗称沼气）是矿井瓦斯的主要成分，因而人们习惯上所说的瓦斯，通常指甲烷而言。2. 瓦斯是如何生成的，而煤内实际含有的瓦斯量是否等于生成量？答:煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤的过程中生成的。煤的原始母质-腐植质沉积以后，一般经历两个成煤时期：从植物遗体到泥炭属于生物化学成气时期；在地层的高压高温作用下从褐煤到烟煤知道无烟煤属于煤化变质作用成气时期。瓦斯生成量的多少主要取决于原始母质的组成和煤化作用所处的阶段。在生物化学成气时期，由于埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。在煤化变质作用成气时期煤层瓦斯含量远小于生成量。减少的原因：（1）地质构造运动； （2）运移到适于贮存地点，形成气藏； （3）溶解于水中（长久地质年代过程中）； （4）逸散于大气中（从煤层露头）。3. 煤层瓦斯赋存沿垂向如何分带？答：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。四带： CO2- N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。4. 各种直径煤孔隙的表面积与其孔隙体积的关系是什么？答：各类孔隙在总孔隙中所占百分比。分类孔隙体积百分比/%孔隙表面积百分比/%微微孔12.562.2微孔42.235.1小孔28.12.5中孔17.20.2从表中可知微微孔和微孔体积还不到微微孔至中孔孔隙体积的55%。而其孔隙表面积却占整个表面积的97%以上。从表中可知微孔发育的煤，尽管孔隙率可能不高，可是却有相当可观的表面积。5. 瓦斯在煤内存在的形态有哪些？相互之间有何关系？答：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。1、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，显示相应的瓦斯压力。在现今采深下，占瓦斯总量的 5 12%。2、吸附状态：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%。3、其它形态-结晶水化物6. 影响煤层瓦斯含量的因素有哪些？答：煤层瓦斯含量主要取决于：瓦斯生成量；瓦斯运移条件；煤层贮存瓦斯的性能。具体包括以下几点：1、煤的碳化程度在碳化作用过程中，不断地产生瓦斯，碳化程度越高，生成的瓦斯量越多。相同的条件下，2、煤层的赋存状态（1）露头，成煤的地质年代中，若有露头长时间与大气相通，瓦斯沿煤层流动，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。（2）煤层倾角，煤层倾角愈大，煤层瓦斯含量愈低。倾角越小含量越高煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。（3）埋藏深度， 埋深增加，地应力增高，煤层及围岩的透气性变差，瓦斯向地表运移距离增加，有利于封存瓦斯。3、煤层和围岩的透气性。煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如泥岩、页岩、油母页岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来；顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯容易逸散。4、地质构造，是影响煤层瓦斯含量的主要因素之一。(1) 褶皱构造（2）断层5水文地质条件地下水与瓦斯共存于煤层及围岩之中，其共性是均 为流体，运移和赋存都与煤、岩层的孔隙、裂隙通道有关。由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移，另一方面又带动溶解于水中的瓦斯一起流动。6岩浆活动，岩浆活动对瓦斯赋存的影响比较复杂。一方面，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，增大了瓦斯的生成量和对瓦斯的吸附能力。另一方面，在没有隔气盖层、封闭条件不好的情况下，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。所以说，岩浆活动对瓦斯赋存既有生成、保存瓦斯的作用，在某些条件下又有使瓦斯逸散的可能性。 7. 煤层瓦斯流动的基本规律是什么？答：1、瓦斯扩散运动，瓦斯在小孔（1m）与微孔（ 0.1m ）内运移主要是扩散运动，即瓦斯分子在其浓度梯度作用下由高浓度向低浓度方向运移。可用Fick定律描述，即：式中：D-扩散系数，m2/s ； -瓦斯浓度梯度,(m3/m3)/m；dt-时间增量,s； dm-在dt时间内通过单位面积的扩散量。2、煤粒扩散运动方程 若煤层由服从Fick定律的煤粒组成，根据Fick定律和质量守恒定律，得煤粒扩散运动微分方程。 式中：X-煤粒瓦斯含量；r-煤粒内任一点半径。3、瓦斯渗透运动 瓦斯在中孔（1m）以上的孔隙或裂隙内，由于压差作用下而产生的运动。 流态：层流，粘性力（在滑动面上产生的摩擦力）为主，Re110。紊流，惯性力（反作用力）为主。8. 瓦斯涌出量与瓦斯含量在数值上是否相等？答：相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。9. 某采区的月产量为9000t，月工作日为30天，测得该采区的回风量为480m3/min ，瓦斯浓度为0.16%。求该采区的瓦斯涌出量。解：10. 影响瓦斯涌出量的因素有那些？答：决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。（一） 自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量 它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。2、地面大气压变化。 对回采工作面采空区和老空区、塌陷区、冒顶区瓦斯涌出有明显影响3、开采深度（二）开采技术因素 1、开采规模 开采规模指开采深度，开拓与开采范围和矿井产量。 A、在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。 B、开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。 C、矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，达产前、达产后及产量收缩期。2、开采顺序与回采方法 首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大；采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。 3、生产工艺 瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤炭内涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。所以落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序。4、风量变化 5、采区通风系统 采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。6、采空区的密闭质量 采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达6070%），如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的瓦斯涌出增大。 低负压可以减少矿井瓦斯涌出。7、回采速度和产量8、落煤工艺和老顶来压步距11. 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？答：12. 地面大气压和风量变化对瓦斯涌出的影响如何？答：地面大气压在一年内夏冬两季的差值可达5.38kPa，一天内，可达22.7kPa。 地面大气压变化引起井下大气压的相应变化。它对采空区(包括回采工作面后部采空区和封闭不严的老空区)或坍冒处瓦斯涌出的影响比较显著。当地面大气压突然下降时，瓦斯积存区的气体压力将高于风流的压力，瓦斯就会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井的瓦斯涌出量将减少。矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。无邻近层的单一煤层回采时，由于瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭，采空区积存的瓦斯量不大。回风流中的瓦斯浓度随风量减少而增加或随风量增加而减少，煤层群开采和综采放顶煤工作面的采空区内、煤巷的冒顶孔洞内，往往积存大量高浓度的瓦斯。风量增加时，起初由于负压和采空区漏风的加大，一部分高浓度瓦斯被漏风从采空区带出，绝对瓦斯涌出量迅速增加，回风流中的瓦斯浓度可能急剧上升。然后，浓度开始下降，经过一段时间，绝对瓦斯涌出量恢复到或接近原有值，回风流中的瓦斯浓度才能降低到原值以下。瓦斯浓度变化的时间，由几分钟到几天，峰值浓度和瓦斯涌出量变化决定于采空区的范围、采空区内的瓦斯浓度、漏风情况和风量调节的快慢与幅度。所以采区风量调节时、反风时、综放工作面放顶煤时，必须密切注意风流中瓦斯的浓度。为了降低风量调节时间风流中瓦斯浓度的峰值，可以采取分次增加风量的方法，使回风流中的瓦斯浓度不超过规程的规定。13. 测定瓦斯涌出来源有何实际意义？如何测定？答：14. 矿井瓦斯等级分几级？如何鉴定矿井的瓦斯等级？答：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（矿井瓦斯等级的划分）：（一）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。（二）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。 （三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。15. 某矿于8月份进行矿井瓦斯等级鉴定，该月产煤15000t，月工作日31天，测得的风量、瓦斯浓度和CO2浓度如下表所示，确定该矿的瓦斯等级和最大的相对CO2 涌出量。时间8 月上旬8 月中旬8 月下旬风 量风浓 度%风浓度， %风浓度， %班 和量CH4CO2量CH4CO2量CH4CO2次 浓度m3/minm3/minm3/min第一班8000.620.738210.630.748000.600.71第二班8300.630.738430.640.758350.610.72第三班8420.600.708340.620.728170.580.70解：绝对瓦斯涌出q绝： q绝=q排上旬：中旬：下旬：相对瓦斯涌出量q相：q相 = 1440qmax/Dq相=1440*5.24/(15000/31)=15.6m3/t16. 某矿瓦斯风化带深170m ，采深240m时相对瓦斯涌出量为7.2m3/t ，300m时为11.6m3/t，预测360m时的相对瓦斯涌出量为多少m3/t。解：17. 煤与瓦斯突出根据动力现象的力学特征不同可分为几类？各自的力学特征有何不同？答：1、煤（岩）与瓦斯突然喷出-突出，实现突出的基本能源是煤所积聚的瓦斯能，发动突出的力量主要是地应力和瓦斯压力的合力，其中绝大部分以地应力为主，少数以瓦斯压力位主。重力在这类突出中不起决定性的作用。2、煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯-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。瓦斯压力和重力在压出过程中不起决定作用。3、煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯-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，即结构松软的搓揉煤，在较高的地应力的作用下，突然破坏，失去平衡，为其位能的释放创造条件。实现倾出的力是失去平衡的煤体自身的重力。18. 突出的一般规律有哪些？如何确定矿井和煤层是否属于有突出危险？答：1、突出发生在一定深度以后。始突深度：矿井开始发生突出的最浅深度。不同矿区差别很大，2、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力4、突出煤层的强度低，而且变化大。5、突出危险区呈带状分布。6、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。7、采掘工作往往可以激发突出。8、突出大多有预兆。 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。9、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。10、石门突出危险性最高。19. 煤与瓦斯突出的综合假说是什么？答：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，其中又有很多种如能量说，地应力分布不均说等20. 突出过程可分为哪几个阶段？答：（1）准备阶段-能量积蓄，由于地质、采矿原因，煤体内的能量积聚逐渐发展到临界破坏，或过载的脆弱平衡状态。（2）激发阶段 特点：地应力状态突然改变。 表现为：极限应力状态的部分煤体突然破坏；发生巨响和冲击；向巷道方向作用的瓦斯压力的推力由于煤体的破裂，大大增加；膨胀瓦斯流形成，大量瓦斯解吸。 引发原因：落煤、打钻、修整工作面等。（3）发展阶段特点： a）突出从激发点起向内部连续剥离并破碎煤。（由地应力和瓦斯压力共同作用） b）破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中边运送，边粉碎，此过程主要是瓦斯内能作功的过程。 c）煤的剥离与破碎具有脉冲特性，存在多轮回过程。（4）终止阶段 两种情况突出可能终止： a）在剥离与破碎煤体的扩展中遇到较硬的煤体；或地应力和瓦斯压力降低不足以破坏煤体。 b）突出孔道被堵塞，突出物支撑建立起新的拱平衡；孔洞内瓦斯压力因堵塞而升高， 和 下降 ，不足以破坏煤体。21. 预防突出的区域性措施有哪些？答：开采保护层、预抽煤层瓦斯、煤层注水。22. 为什么开采保护层是最有效的预防突出的措施？答：保护层开采是预防突出最有效、最经济的区域性预防突出的技术措施，几乎所有发生突出的国家都采用该措施，(1) 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。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内，瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。 (3) 煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由0.30.5增加到1.01.5。 所以，保护层开采后，不但消除或减少了引起突出的两个重要因素：地压和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素煤的机械强度。这就使得在卸压区范围内开采被保护层时，不再会发生煤与瓦斯突出。23. 局部防突出措施有哪些？答：主要包括：超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔等。24. 综合防突出技术措施的程序是什么？答：p12725. 区域预测的单项指标法包括哪些指标？答：煤层突出危险性，煤的破坏类型，煤的瓦斯放散初速度，煤的坚固性系数，煤层瓦斯压力26. 链式反应由哪些过程构成？答：1、链引发2、链传递，最活跃的过程，旧载体消亡，新载体产生。3、链分支，自由基增加，反应速度剧增，形成爆炸4、链终止，链载体消失的过程。27. 瓦斯爆炸的传播过程及其后果是什么？答：1、爆燃和爆炸的传播过程爆炸过程：a) 可爆炸甲烷浓度的烷空气体中出现点火燃，形成最初火焰-爆源。b) 爆源传入未燃的烷空气体处的初始温度为T0；在预热带内将烷空气体预热到Ti，并进行放热的化学反应，形成反应带；反应带结束处达到的温度为Tb。c) 燃烧带在传播过程中，燃烧带和未燃烷空气体和燃烧产物之间进行热量和质量交换。d) 已燃气体膨胀（约515倍），形成燃气活塞，经过反复加热、加压，使火焰速度加快，波速加快。e) 形成激波，该波足够强以致依靠本身的压缩温度就能点燃烷空气体形成爆轰。2、反向冲击后果：1、火焰锋面（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、冲击波危害： （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。28. 瓦斯爆炸的引火延迟性？煤矿生产中如何利用这一特征？答：瓦斯爆炸的引火延迟性是从接触火源到氧化反应转化为快速燃烧（爆炸）的时间间隔。作用：（1）放炮，使用安全炸药；（2）切断电源。29. 爆炸界限的概念是什么？主要影响因素有哪些？答：爆炸界限- 在正常的大气环境中，可燃气体与空气或氧气混合，遇火源可以爆炸的极限浓度。1、环境温度2、气压3、氧浓度4、煤尘的影响5、其它可燃气体6、引火源点火能量的影响7、惰性气体的影响30. 煤矿井下哪些地点以及什么条件下最容易发生瓦斯燃烧爆炸事故？答：任何地点。大多发生在采掘工作面。 采煤工作面：工作面上隅角