第9章矿井瓦斯.ppt

第九章矿井瓦斯 第二节煤层瓦斯赋存与含量 第一节概述 第三节矿井瓦斯涌出 第四节瓦斯喷出 第五节煤 岩 与瓦斯突出及其预防 第六节瓦斯爆炸及其预防 第七节瓦斯抽放 本章的主要内容 瓦斯概念 煤层瓦斯赋存与含量 矿井瓦斯涌出 瓦斯喷出与突出 瓦斯爆炸与预防 瓦斯抽放本章的难点 瓦斯含量的概念和影响因素 瓦斯涌出量的概念和影响因素煤与瓦斯突出瓦斯爆炸及其预防教学难点 突出机理影响瓦斯爆炸浓度的参数瓦斯含量及瓦斯涌出量的影响因素 第一节概述一 瓦斯的定义广义上 矿井瓦斯是煤矿生产过程中 从煤 岩内涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称 煤矿井下的有害气体有甲烷 沼气 乙烷 二氧化碳 一氧化碳 硫化氢 二氧化硫 氮氧化物 氢 氮等 其中甲烷所占比重最大 在80 以上 狭义上 矿井瓦斯单指甲烷 二 瓦斯的化学性质瓦斯的化学名称叫甲烷 CH4 是无色 无味 无毒的气体 瓦斯混合到空气中后 既看不见 又摸不着 还闻不出来 只能依靠专门的仪器才能检测到 甲烷分子的直径为0 3758 10 9m 可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动 其扩散速度是空气的1 34倍 从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间 甲烷标准状态时的密度为0 716kg m3 比空气轻 与空气相比的相对密度为0 554 瓦斯微溶于水 三 瓦斯的 三害一用 1 窒息 甲烷虽然无毒 但其浓度如果超过57 能使空气中氧浓度降低至10 以下 瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷 往往积存大量瓦斯 如果未经检查就贸然进入 因缺O2而很快地昏迷 窒息 直至死亡 此类事故在煤矿井不鲜见 2 燃烧爆炸 瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸 3 突出 在煤矿的采掘生产过程中 当条件合适时 会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出 产生严重的破坏作用 甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡 4 利用 瓦斯可作为燃料和化工原料 碳黑和甲醛 把煤层中的瓦斯抽到地面可以变害为利 四 事故案例湖南省嘉禾县何家山煤窑糊涂地认为瓦斯大时能用鼻子闻出来 他们没有瓦斯检测设备 靠人闻瓦斯 1989年4月28日发生特大瓦斯爆炸事故 当场死亡17人 自1675年英国茅斯汀矿发生第一次大型瓦斯爆炸事故以后 我国最早关于瓦斯爆炸的文献记载见于1603年 世界各产煤国家都发生过各种损失程度的瓦斯爆炸事故 天工开物 之 燔石 章论及竖井采煤在井下安装巨竹筒以排除瓦斯和巷道支护的技术 第二节煤层瓦斯赋存与含量一 瓦斯的成因与赋存 一 矿井瓦斯的成因煤矿并下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层 关于它的成因学说有多种多样 但是 目前国内外多数学者认为煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用过程中形成的 即有机成因说 有机成因说认为 煤层瓦斯是腐植型有机物 植物 在成煤过程中生成的 成气过程可分为两个阶段 1 生物化学成气时期 从植物遗体到泥炭居于生物化学成气时期 在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中 有机物 主要成分纤维素和木质素 在隔绝外部氧气进入和温度不超过65 的条件下 被厌氧微生物分解为CH4 CO2和H2O 由于这一过程发生于地表附近 上覆盖层不厚且透气性较好 因而生成的气体大部分散失于古大气中 随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加 压力和温度也随之增加 生物化学作用逐渐减弱并最终停止 2 煤化变质作用时期 从褐煤到烟煤 直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期 随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加 泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期 有机物在高温 高压作用下 挥发分减少 固定碳增加 这时生成的气体主要为CH4和CO2 这个阶段中 瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多 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 所以不同煤田 甚至同一煤田不同区域煤层的瓦斯含量差别可能很大 二 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 煤层中瓦斯赋存两种状态 游离状态 吸附状态 1 游离状态 也叫自由状态 这种状态的瓦斯以自由气体存在 存在于煤体或围岩的裂隙和较大孔隙 孔径大于0 01um 内 游离瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比 与瓦斯温度成反比 二 瓦斯在煤体内存在的状态 2 吸附状态 吸附状态的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上 吸着瓦斯 和煤的微粒结构内部 吸收瓦斯 吸着态是在孔隙表面的固体分子引力作用下 瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上 形成很薄的吸附层 而吸收状态是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙内 占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间 如同气体溶解于液体中的状态 固溶体 煤体中的瓦斯含量是一定的 但以游离状态和吸附状态存在的瓦斯量是可以相互转化的 这取决于温度和压力以及煤中水分等条件的变化 例如 当温度降低或压力升高时 一部分瓦斯将由游离状态转化为吸附状态 这种现象叫做吸附 反之 如果温度升高或压力降低时 一部分瓦斯就由吸附状态转化为游离状态 这种现象叫做解吸 在现今开采深度内 煤层内的瓦斯主要是以吸附状态存在 游离状态的瓦斯只占总量的10 左右 二 煤层中瓦斯垂直分带形成原因 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 N2 CH4带 CH4带 前三个带称为瓦斯风化带 在近代开采深度内 瓦斯带内煤层的瓦斯含量和涌出量随深度增加而有规律地增大 所以确定瓦斯风化带深度 有重要的现实意义 我国大部分低瓦斯矿井皆是在瓦斯风化带内进行生产的 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 0 1 5m3 t C M 气煤1 5 2 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 0 4 0m3 t C M 无烟煤5 0 7 0m3 t C M 此处的C M 是指煤中可燃质既固定碳和挥发分 瓦斯风化带深度决定于煤层的地质条件和赋存情况 变化很大 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 三影响煤层瓦斯含量的因素 一 煤的瓦斯含量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 煤层未受采动影响时的瓦斯含量 称为原始瓦斯含量 如煤层受采动影响 已部分排出瓦斯 则剩余在煤层中的瓦斯量称为残余瓦斯含量 二 主要影响因素 1 煤的吸附特性 瓦斯保存条件 煤的吸附性能决定于煤化程度 一般情况下煤的煤化程度越高 存储瓦斯的能力越强 主要是物理吸附 煤分子与瓦斯分子间的作用力 范德华力 2 煤层露头 长时间与大气接触3 煤层的埋藏深度 深 瓦斯大4 围岩透气性 泥岩 完整石灰岩低透气性5 煤层倾角 大 瓦斯小 小 瓦斯大6 地质构造 封闭地质构造 瓦斯大 开放的地质构造 瓦斯小7 水文地质条件 水流 带走瓦斯 水大瓦斯小 水小瓦斯大 四 煤层内的瓦斯压力1 定义是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动撞击所产生的作用力 2 意义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 当煤的吸附瓦斯能力相同时 煤层瓦斯压力越高 煤中瓦斯量也就越大 在研究与评价瓦斯储量 瓦斯涌出 瓦斯流动 瓦斯抽放与瓦斯突出问题时 都要事先掌握准确的瓦斯压力数据 规程 规定 开采有煤与瓦斯突出危险煤层时 必须测定煤层的瓦斯压力 四 煤层内的瓦斯压力3 测定方法 1 直接测定法直接测定煤层瓦斯压力的方法是用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定测量瓦斯压力的地点打一钻孔 然后在钻孔中放置测压装置 再将钻孔严密封闭堵塞并将压力表和测压装置相连来测出瓦斯压力的 直接测压法中的关键是封闭钻孔的质量 2 间接测定法一般情况下 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通过不同深度煤层瓦斯压力测定 求出该煤层的瓦斯压力梯度 就可以预测其他深度的瓦斯压力 瓦斯带内瓦斯压力变化规律 末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 或 第三节矿井瓦斯涌出瓦斯能够长时间地 持续地从煤体中释放出来 这是瓦斯涌出的基本形式 又叫瓦斯的普通涌出 与其对应的瓦斯特殊涌出是指在时间上突然 在空间上集中 大量的瓦斯涌出 称为特殊涌出 主要有瓦斯喷出和煤与瓦斯突出 一 瓦斯涌出量1 含义 矿井建设或生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量 矿井瓦斯涌出量或翼 采区或工作面的瓦斯涌出量 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 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 对应Qg为m3 d 注意 瓦斯涌出量与瓦斯含量的大小不相等 因为瓦斯涌出量中除开采煤层涌出的瓦斯外 还有来自临近层和围岩的瓦斯 所以相对瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大 矿井瓦斯涌出量是决定矿井瓦斯等级和计算风量的依据 由于绝对瓦斯涌出量不能反映出矿井瓦斯涌出的严重程度 煤炭生产中通常采用相对瓦斯涌出量 煤矿井巷和工作面的瓦斯主要有四个来源 1 从采落下来的煤炭中放出瓦斯 2 从采掘工作面煤壁内放出瓦斯 3 从煤巷两帮及顶底板放出瓦斯 4 从采空区及邻近煤层中放出瓦斯 二 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 一 自然因素1 煤层和围岩的瓦斯含量 瓦斯含量越高 瓦斯涌出量越大 当前矿井的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要因素 2 地面大气压变化 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 二 开采技术因素1 开采规模 产量与瓦斯涌出量的关系复杂 开采深度 开拓与开采范围和矿井产量大 矿井瓦斯涌出量也就越大 2 开采顺序与回采方法 先开采 大 回采率低 大 顶板管理3 生产工艺 初期大 呈指数下降 落煤时瓦斯涌出量大4 风量变化 单一煤层 随风量减而增 煤层群随风量增而增5 采区通风系统 上隅角大6 采空区的密闭质量 采空区积存着大量高浓度的瓦斯 可达60 70 三 矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理为了有效地治理瓦斯 每一个矿井都要掌握影响瓦斯涌出的主要因素和各涌出来源在总量中所占的比重 这是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础 按划分目的不同 对矿井瓦斯来源有三种划分方式 按水平 翼 采区来进行划分 作为风量分配的依据之一 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 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一般是将全矿 或冀 水平 的瓦斯来源分为回采区 包括回采工作面的采空区 掘进区和已采区三部分 其测定方法是同时测定全矿井 各回采区和各掘进区的绝对瓦斯涌出量 四 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方法 确定区域 进回风量 瓦斯浓度 五 矿井瓦斯等级1 矿井瓦斯等级划分 规程 第一百三十三条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 瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理 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 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 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 煤炭管理部门审批 并报省 自治区 直辖市 煤矿安全监察机构备案 新矿井设计文件中 应有各煤层的瓦斯含量资料 矿井在采掘过程中 只要发生过煤层定为突出煤层 2 矿井瓦斯等级鉴定 1 鉴定时间和基本条件矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行 选择矿井瓦斯绝对涌出量较大的月份 一般在七 八月份 2 测点选择和测定内容及要求 确定矿井瓦斯等级时 是按每一自然矿井 煤层 一翼 水平和各采区分别计算相对瓦斯涌出量 并取其中最大值 而不是全矿井的平均值 所以测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风硐 各水平 各煤层和各采区的回风道测风站内 3 矿井瓦斯等级的确定 矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量和有 无煤与瓦斯突出 按分级标准确定 六 矿井瓦斯涌出量预测1 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 从目前的研究现状来看 瓦斯涌出量预测方法主要可分为两类 其一是建立在数理统计规律基础上的统计预测法 该方法是依据矿井瓦斯涌出量与开采深度等参数之间的统计规律 外推到预测区域的瓦斯涌出量 主要用于生产矿井 其二是以煤层瓦斯含量为基本参数的分源计算 通过计算井下各瓦斯涌出源的涌出量 得到矿井或某一预测区域的相对瓦斯涌出量 主要用于新建矿井 以煤层瓦斯含量为基础进行计算 统计预测法是国内外有关矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法 该方法的基本原理是 根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度 采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程 用于对深部 或条件相同矿井 未采区域的瓦斯涌出量作出预测 目前在瓦斯矿井中 最常用 最简单的预测方法还是线性回归法 2 简易统计法预测步骤及计算方法使用这种预测方法时 一般分为两步 即首先需将矿井历年生产过程中积累的实际测定的相对瓦斯涌出量 计算出相对瓦斯涌出量梯度 其次 根据计算出的瓦斯涌出量梯度 外推至预测深部区域 计算出深部待采煤层的相对瓦斯 3 注意事项使用这种方法预测时 应注意如下几个方面 1 该法只适用于甲烷带 外推 预测 的深度不宜超过200m 煤层倾角越小 外推的深度也应越小 否则可能会有较大的误差 2 预测工作的精度决定于原始统计资料的精度和预测区同已采区的采矿及地质条件的相似程度 因此 要求已采水平和设计水平的开采条件 包括煤层开采顺序 采煤方法 顶板管理方法等 以及地质构造条件 包括煤层的地层顺序 构造等 应该相似 第四节瓦斯喷出瓦斯喷出 大量承压状态的瓦斯从煤 岩裂缝中快速喷出的现象 它是瓦斯特殊涌出中的一种形式 其特点是瓦斯在短时间内从煤 岩层的某一特定地点突然涌向采矿空间 而且涌出量可能很大 风流中的瓦斯突然增加 由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性 可能导致喷出地点人员的窒息 高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸 有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用 一 瓦斯喷出的原因及分类1 原因产生瓦斯喷出的原因是 天然的或因采掘工作形成的孔洞 裂隙内 积存着大量高压游离瓦斯 当采掘工作接近或沟通这样的地区时 高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出 2 特点喷出时的瓦斯涌出量和持续时间 决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力 从几m3到几十万m3 几分钟到几年 甚至几十年 瓦斯喷出时并不带出煤 所以煤体中没有喷出空洞 一般地 瓦斯喷出前都有明显的预兆 如煤层变软 变湿顶板来压 支架断裂和底鼓 工作面风流中的瓦斯浓度增加或忽大忽小 有嘶嘶的瓦斯涌出声等 3 分类瓦斯喷出按成因分为两大类 1 地质来源的 瓦斯喷出一般发生在能贮存瓦斯的地质构造破坏带 如断层 破裂 褶曲和石灰溶洞附近 2 采掘卸压形成的 发生于煤层顶 底 板 围岩分层断裂的回采工作面 二 瓦斯喷出的预防根据一些矿井的经验 总结为 探 排 引 堵 探 探明地质构造 在瓦斯喷出可能性大的地区掘进时 可在掘进巷道的前方和两侧打钻孔 探明是否存在断层 裂隙和溶洞 以便了解它们的位置 大小和瓦斯赋存情况 排 排放或抽放瓦斯 如探明断层 裂隙 溶洞不大或瓦斯量不多时 则可让它自然排放 如溶洞体积大 范围广 瓦斯量大 喷出强度大 持续时间长 则可插管进行抽放 如在掘进工作面上喷出瓦斯的裂隙多 而已分布较广 可暂时停止掘进 封闭巷道接管抽放 二 瓦斯喷出的预防引 引导瓦斯到回风道 喷出瓦斯的裂隙范围较小且瓦斯喷出量不大时 可用风筒将瓦斯引到回风道或引到距离工作面20米以外的巷道中 以保证工作面能安全放炮 堵 堵塞裂隙 当喷出瓦斯的裂隙范围较广 但喷出量很小时 可用黄泥或水泥堵住裂隙 阻止瓦斯喷出 以保证掘进工作面的安全 对于有瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量 职工配备隔离式自救器 并熟悉避灾路线 前探钻孔的要求 1 立井和石门掘进有喷出危险的煤层时 煤层10m外打钻 直径不小于75mm 不少于3个 2 在有喷出危险的煤层掘巷道时 边掘边打超前钻 超前工作面5m 不少3个孔 钻孔控制范围要超出井巷侧壁2 3m 3 巷道掘进时 如果瓦斯从裂隙 溶洞 破坏带喷出时 打超前钻 75mm 2个 超5m 第五节煤与瓦斯突出及其预防一 概述1 定义 煤矿地下采掘过程中 在极短的时间内 几秒到几分钟 从煤 岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤 岩 和瓦斯 CH4 CO2 的现象 称为煤与瓦斯突出 规程 中所指的煤与瓦斯突出是突出 压出和倾出的总称 2 危害 1 它所产生的高速瓦斯流 含煤粉或岩粉 能够摧毁巷道设施 破坏通风系统 甚至造成风流逆转 2 喷出的瓦斯由几百到几万m3 能使井巷充满瓦斯 造成人员窒息 引起瓦斯燃烧或爆炸 3 喷出的煤 岩由几千吨到万吨以上 能够造成煤淹埋人 4 猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生 突出的瓦斯主要为甲烷 但在法国 波兰和我国个别矿井 如营城煤矿 都发生过煤与CO2突出 突出的固体物主要是煤或煤与岩石 钾盐矿井则为盐或盐与岩石 煤矿内单纯的岩石 主要为砂岩 与瓦斯突出发生于井田深部开采时 近年有逐渐增多的趋势 我国是世界上瓦斯突出灾害最严重的国家 截至2004年底 累计发生突出15600多次 占世界总突出次数的40 以上 我国有600多个突出矿井 国有重点煤矿154个 地方煤矿200多个 乡镇煤矿300多个 几乎所有采煤省份都有突出矿井 严重突出矿区北票 六枝 南桐 天府 芙蓉 松藻 英岗岭 涟邵 白沙 焦作 鸡西 阜新 沈阳 国有重点煤矿矿井类型构成 低瓦斯矿 瓦斯突出矿 高瓦斯矿 2001年 2004年 我国发生有人员死亡的瓦斯突出事故185起 死亡746人 其中 一次死亡10人以上的突出事故12起 死亡334人 1834年3月22日法国鲁阿尔煤田伊萨克矿井在急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了世界上第一次有记载的突出 支架工在架棚子时 发现工作面煤壁外移 三个工人立即逃跑 巷道煤尘弥漫 一人被煤流埋没死亡 一人被瓦斯窒息牺牲 一人逃跑得救 1879年4月17日比利时阿拉波二号井 向上掘进580 610m水平之间的上山眼时 发生了世界上第一次猛烈的突出 突出强度420t煤 瓦斯50万m3以上 最初瓦斯喷出量2000m3 min以上 瓦斯逆风流从提升井冲至地面 距该井口23m处的绞车房附近的火炉引燃了瓦斯 火焰高达50m 井口建筑物烧成一片废墟 2小时后火焰将要熄时 又连续发生7次瓦斯爆炸 每隔7分钟左右1次 井下209人 死亡121人 地面21人烧死 11人烧伤 目前世界上的各主要产煤国都曾发生过突出 3 突出的外部特征 1 突出的煤 岩在高压气流搬运过程中 呈现分选性堆积 即从上到下 由近至远煤粒度逐渐减小 堆积坡度小于煤的自然安息角 一般为40 煤在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度 2 突出过程中煤岩进一步被粉碎 产生极细的粉尘 手捻无粒感的 狂粉 有时突出的堆积物好似风力充填一样密实 3 突出孔洞口小肚大 呈梨型 倒瓶型 其轴线往往沿煤层倾斜向上延伸 或与倾向线成不大的夹角 4 突出的相对瓦斯涌出量可以大于煤层的瓦斯含量 5 有明显的动力效应 破坏支架 推倒矿车等 二 突出的机理突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论 突出是十分复杂的自然现象 它的机理还没有统一的见解 假说很多 多数人认为 突出是地压 瓦斯 煤的力学性质和重力综合作用的结果 概括起来 突出假说大概有三类 1 瓦斯作用说 认为煤内存储的瓦斯在突出中起着主要的积极作用 2 地应力说 认为突出主要是地应力作用的结果 3 综合作用说 认为煤和瓦斯突出是地压 包括岩层静压力 地质构造力和集中应力等 瓦斯 包括瓦斯压力 含量和吸附瓦斯瞬时解吸速度等 重力 急倾斜煤层 和煤的力学性质 包括煤的强度和破坏类型 综合作用的结果 综合作用说综合考虑了突出动力 地应 瓦斯等 和阻力 煤的强度 两个方面的因素 因此 该假说得到了国内外的普遍承认 突出的发展过程包括 1 准备阶段 指突出前工作面前方煤体及围岩中能量的局部积聚过程 在回采和掘进工作面前方煤层内形成所谓 极限应力状态区 该区内煤层的完整性遭到破坏 但与围岩还保持着力学上的联系 煤层的稳定性由煤层内部向外逐渐下降 透气性则逐渐增加 游离瓦斯含量增高 产生了沿巷轴方向的瓦斯压力梯度 此时的煤壁强度已处于一触即溃的极限状态 2 激发阶段 即发动阶段 当工作面瞬间向前推进 如震动放炮时 或煤层 围岩的强度发生变化 或煤层突然卸压 增压等情况下 处于极限应力状态的部分煤体突然破碎卸压 发出巨响和冲击 同时突然释放的高压瓦斯开始膨胀形成瓦斯流 瓦斯作用在破碎煤体上的推力向巷道自由方向突然增加几倍至几十倍 使破碎煤体得以随高速瓦斯流被搬运和抛出 突出的发展过程包括 3 发展阶段 煤体发生自发性的连续破碎 形成破碎波 已破碎的煤在高速瓦斯流的携带下向巷道抛出 新暴露煤体所受支撑压力 包括前期突出所产生的动压 如果大于煤体强度 煤体将由外向内连续剥离破碎 与此同时进一步暴露的煤壁和新破碎的煤体内的瓦斯大量涌出补充瓦斯流并运走碎煤 使突出得以向煤体深部发展 4 停止阶段 在突出进行的过程中 或由于煤 岩力学性质的变化 破碎发展遇到硬煤段 地应力和瓦斯压力不足以继续破坏煤体 或由于喷出物的阻塞作用 突出物将孔洞堵塞 煤层能够达到新的力学平衡时 突出得以终止 但是突出孔周围煤壁和突出的煤炭中 还能继续涌出大量瓦斯 三 突出的一般规律 1 突出发生在一定的采掘深度以后 对于一个矿区 矿井或煤层来说 有一个发生突出的距地表最小深度 当小于该深度时不会发生突出 该深度简称始突深度 一般取为实际发生突出的最小深度 自此以下 突出的次数增多 强度增大 因为开采深度越深 发动突出的两个因素即瓦斯压力和地应力也相应增大 2 突出多发生在地质构造附近 如断层 褶曲 扭转和火成岩侵入区附近 3 突出多发生在集中应力区 如巷道的上隅角 相向掘进工作面接近时 煤层留有煤柱的相对应上 下方煤层处 回采工作面的集中应力区内掘进时 等等 4 突出次数和强度 随煤层厚度 特别是软分层厚度的增加而增加 突出最严重的煤层一般都是最厚的主采煤层 煤层倾角愈大 突出的危险性也愈大 这是由于煤自重的影响 5 突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力之间没有固定的关系 三 突出的一般规律 6 突出煤层的特点是强度低 而且软硬相同 透气系数小 瓦斯的放散速度高 煤的原生结构遭到破坏 层理紊乱 无明显节理 光泽暗淡 易粉碎 突出的阻力小 如果煤层的顶板坚硬致密 突出危险性增大 7 大多数突出发生在放炮和落煤工序 爆破作业引起的突出次数最大 突出的平均强度最大 放炮后没有立即发生的突出 称延期突出 廷迟的时间由几分钟到十几小时 它的危害性更大 8 突出绝大多数发生在掘进工作面 其中石门揭穿煤层发生的突出虽然次数少 但强度大 采煤工作面发生突出较少 原因为 当前我国突出煤层的绝大多数采煤工作面机械化程度低 推进速度慢 三 突出的一般规律 9 突出前常有预兆发生 a 声响预兆 煤体中发出闷雷声 爆竹声 机枪声 嗡嗡声 这些声响在许多地方统称为 煤炮 b 煤结构变化 煤质干燥 光泽暗淡 层理紊乱 煤尘增多 c 地压方面预兆 煤体和支架压力增大 煤壁移动加剧 煤壁向外鼓出 掉碴 煤块进出 d 瓦斯方面预兆 瓦斯增大或忽大忽小 打钻时顶钻或夹钻 e 其他预兆 煤壁和工作面温度降低 特殊气味等 瓦斯预抽开采保护层 四 预防煤与瓦斯突出的主要技术措施 四 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 我国有关专家学者和现场工程技术人员 经过几十年的不断探索 发展和完善 使我国的防突技术走在了世界的前列 有关部门在系统地总结我国防突工作经验的基础上 于1995年5月1日制订并颁发了 防治煤与瓦斯突出细则 对防治突出的各个环节都做出了具体的规定 将防治突出技术归纳为 四位一体 的综合性防突措施 其内容包括 突出危险性预测 防治突出措施 防突措施的效果检验和安全防护措施 一 区域性防突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 1 开采保护层开采保护层是预防突出最有效 最经济的措施 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 被保护层 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 一 区域性防突措施1 开采保护层的作用保护层开采后 由于采空区的顶底板岩石冒落 移动 引起开采煤层周围应力的重新分布 采空区上 下形成应力降低 卸压 区 在这个区域内的未开采煤层将发生下述变化 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 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 2 保护范围指保护层开采后 在空向上使危险层丧失突出危险的有效范围 1 垂直保护距离 保护层与被保护层间的有效垂距 上 急 60m 缓 50m下 急 80m 缓 100m一般地 层间距 沿垂直方向下保护层的影响范围大于上保护层 2 沿倾斜方向的保护范围 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 倾斜和缓倾斜煤层按岩石冒落角 1 2 划定 急倾斜煤层按煤层的法线向内减少7 划定 冒落角又称卸压角 影响冒落角的因素主要是煤层倾角 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 以冒落角 2 保护范围 3 沿走向的保护范围a 规程 规定 保护层的回采工作面 必须超前于被保护层的掘进工作面 其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 以便被保护层能充分卸压和排出瓦斯 b 保护层回采工作面始采线两侧的保护范围 必须按实际考察结果确定 4 煤柱的影响保护层开采后 在采空区上 下形成了卸压区 在其附近的煤柱 未采区 则产生了集中应力区 在集中应力区内 增加了突出危险性 对此要有充分的认识 统计资料表明 开采保护层后 被保护层内的突出 大多数发生于保护层煤柱的应力集中影响区内 煤柱附近集中应力区的宽度 随层间距的增加而加大 集中应力系数则随之减小 在这个范围内进行采掘工作时 必须采取预防突出的措施 开采保护层还必须注意以下几点 A 如煤层群中有几个保护层时 应首先考虑上保护层 不但符合由上向下的开采顺序而且突出危险层同水平的巷道能位于保护范围内 如果不得不开采下保护层时 要防止采动影响而破坏未采煤层结构 B 矿井中所有煤层都有突出危险时 可选择突出危险程度较小的煤层作为保护层 但在此保护层的采掘过程中 必须采取防治突出的措施 C 矿井中所有可采煤层都具有严重突出危险时 也可以选择不可采的煤层作为保护层为了减小劳动强度 可使用刨煤机 钢丝绳锯等采煤机械 D 开采保护层时 应同时抽放被保护层的瓦斯 保护范围 指保护层开采后 在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围 2 预抽煤层瓦斯对于无保护层或单一突出危险煤层的矿井 可以采用预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施 这种措施的实质是 通过一定时间的预先抽放瓦斯 降低突出危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量 并由此引起煤层收缩变形 地应力下降 煤层透气系数增加和煤的强度提高等效应 使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱突出危险性 需要大量的工程 要求预抽的时间长 一般为一年以上 因此 属于一般突出危险煤层可考虑局部防突措施 预抽煤层瓦斯措施的穿层布孔方式示意图 二 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 1 松动爆破作用机理 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 深孔松动爆破一般用于煤巷或半煤岩巷掘进工作面 2 钻孔排放瓦斯 3 5 4 5孔 m2作用机理 石门揭煤前 由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻 将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来 待瓦斯压力降到安全压力以下时 再进行采掘工作 钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定每m2断面不得少于3 5 4 5孔 此法适用于煤层厚 倾角大 透气系数大和瓦斯压力高的石门揭煤时 也大量用于突出危险煤层的煤巷掘进 缺点时打钻工程量大 瓦斯压力下降慢 等待时间长 二 局部防突措施3 水力冲孔 在煤岩柱保护下 高压水作用机理 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媒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 煤巷掘进水力冲孔后 由于瓦斯排放和煤炭湿润 不但预防了突出煤尘少 煤质变硬不易垮落和片帮 水力冲孔适用于地压大 瓦斯压力大 煤质松软的突出危险煤层 水力冲刷施工工艺示意图1 冲刷钻孔2 冲刷水枪3 支撑柱4 高压胶管5 高压水泵6 水管7 水车 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 4 超前钻孔作用机理 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 急倾斜中厚或厚煤层上山掘进时 可用穿透式钻机 贯穿全长后 再由上而下扩大断面然后用人工修整到所需断面 超前钻孔适用于煤层赋存稳定 透气系数较大的情况下 如果煤质松软 瓦斯压力较大 则打钻时容易发生夹钻 垮孔 顶钻 甚至孔内突出现象 二 局部防突措施5 金属骨架作用机理 金属骨架是一种超前支架 当石门掘进工作面接近煤层时 通过岩柱在巷道顶部和两帮上侧打钻 钻孔穿过煤层全厚 进入岩层0 5m 孔间距一般为0 2m左右 孔径75 100mm然后将长度大于孔深0 4 0 5m的钢管或钢轨 作为骨架插入孔内 再将骨架尾部固定 最后用震动放炮揭开煤层 此法适用于地压和瓦斯压力都不太大的急倾斜薄煤层或中厚煤层 在倾角小或厚煤层中 金属骨架长度大 易于挠曲 不能很好地阻止煤体移动 效果较差 南桐东林煤矿金属骨架布置示意图 6 超前支架作用机理 用于有突出危险的急倾斜煤层 厚煤层的煤层平巷掘进时 为了防止因工作面顶部煤体松软垮落面导致突出 在工作而前方巷道顶部事先打上一排超前支架 增加煤层的稳定性 架设超前支架的方法是先打孔 孔径50 70mm 仰角8 10 孔距200 250mm 深度大于一架棚距 然后在钻孔内插入钢管或钢轨 尾端用支架架牢 即可进行掘进 掘进时保持1 0 1 5m的超前距 巷道永久支架架设后 钢材可收回再用 7 卸压槽近年 在采掘工作而推广使用了卸压槽的方法 作为预防煤 岩 与瓦斯突出和冲击地压的措施 它的实质是预先在工作面前方切割出一个缝槽 以增加工作面前方的卸压范围 如图9 5 9所示 没有卸压槽时 工作面前方的卸压区很小 巷道两帮的前方更小 巷道的两帮切割出卸压槽1后 卸压范围扩大 在此范围内掘进 并保持 定的超前距 就可避免突出或冲击地压的发生 二 局部防突措施8 震动放炮震动放炮是采用增加炮眼数和装药星 一次爆破揭穿煤层并成巷的爆破方法 在此情况下 因爆破震动 围岩应力和瓦斯压差急剧变化 创造了员有利的突出条件 所以震动放炮基本上是一种人为的诱使突出的措施 而不是防止突出的方法 它使突出发生在没有人员在场和采取了预防瓦斯 煤尘爆炸措施的情况下 震动放炮的特征 1 岩柱厚度 1 5m2 炮眼数和炮眼布置 单列三组楔形掏槽3 装药量 f 3 4 4 5kg m3 f 6 8 5 7kg m34 注意事项 1 撤人 2 断电 3 30min检查 4 防止扩大 矸石堆和反向风门 扩孔钻卸煤措施 扩孔钻具卸煤的工作示意图1 收缩状态下工作2 扩张状态下工作 探索快速消突措施 实现采掘平衡 水力挤出快速消突技术 水力挤出 深孔松动爆破 水力切割 淹没射流 空气致裂 提升软煤打钻工艺 技术与装备 保压钻进 干式钻孔风力排渣 定向钻机 水平拐弯钻孔 强力钻机 保压钻进 VLD千米定向钻机 钻孔实际轨迹图 钻孔实际剖面图 干式钻孔风力排渣系统示意图1 钻具2 空口密封器3 孔外除尘器 五 瓦斯突出的预测 区域预测 点预测 煤巷掘进工作面 石门揭煤工作面 采煤工作面 综合指标法 钻屑解吸指标法 涌出初速度法 R值指标法 钻屑解吸指标法 涌出初速度法 瓦斯地质统计法 单项指标法 综合指标法 瓦斯突出预测 五 突出的预测 一 分类突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步 突出危险性预测包括区域性预测和工作面预测 区域突出危险性预测 简称区域预测 用于预测煤层和煤层区域 包括井田 新水平和新采区 的突出危险性 并在地质勘探 新井建设 新水平和新采区开拓或准备时进行 工作面预测也叫点预测 日常预测 用于工作面煤层的突出危险性预测 它包括石门揭煤工作面 煤巷掘进工作面和回采工作面的突出危险性预测 五 突出的预测 二 预测指标1 煤的瓦斯放散指数 P它是表示瓦斯从煤内放散出来快慢的相对指标 能反映煤的孔隙结构和微观破坏程度 一般情况下 P 15 25时有突出危险 2 煤的坚固系数f它也是一个相对指标 反映煤的力学性质 当f 0 6 0 8时有突出危险 f 1 2时 无突出危险 3 煤层瓦斯压力 反映瓦斯含量 瓦斯释放强度和搬运突出物的能力 4 软煤比软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比 亦称揉皱系数 该值越高 煤层越不稳定 突出可能性越大 5 钻孔瓦斯涌出量和钻屑量这是一种可以在掘进工作面即时预测有无突出危险的方法 它综合反映了工作面前方煤体渗透性 破坏程度 瓦斯涌出速度和岩层应力状态 五 突出的预测 防治煤与瓦斯突出细则 对预测指标及其临界值和确定有无突出危险性都做了具体规定 一些局矿根据各自的经验制定了适合本矿区的预测指标和方法 必须指出 由于突出是多种因素的综合 任何单一的预测方法 可靠性都很低 因此 近年来预测工作向综合多因素的方向发展 准确率有明显提高 但仍处于探索研究阶段 D K综合指标法 H 开采深度 f 煤层中软分层的平均坚固性系数 p 煤层瓦斯压力MPa p 瓦斯放散初速度 综合指标D和K的区域突出危险临界值 应根据各矿区的实测数据确定 五 突出的预测突出统计资料表明 绝大多数突出 在突出前都有预兆 研究与掌握预兆的发生规律 及时发出突出警报 撤出人员 就能减轻突出的危害 突出预兆主要有三个方面 1 煤层结构 构造预兆有 层理紊乱 煤软硬不均或变软 煤暗淡无光 煤层受挤压 厚度变大 倾角变陡 煤层干燥等 2 地压增大如来压声响 支架折断 煤炮声 煤岩开裂 煤壁外鼓 片帮 掉碴 底鼓 打钻时顶钻 夹钻等 3 瓦斯及其他主要预兆有 瓦斯涌出异常 忽大忽小 闷人 煤尘增大 煤或气温变冷 顶钻喷瓦斯 喷煤等 上述许多预兆只有比较明显的显现时 才能为人们所察觉 而且往往难以判断是否将要发生突出 所以国内外都在研究 试验比较可靠的探测突出预兆的仪器 目前进展较快的是微震仪 它的基本原理是探测井记录煤 岩在受力破坏过程中发生破裂与震动时产生的震动或声波 因为展波或声波的强度和频串增加到一定数值时 就可能出现煤的突然破坏 发生突出 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 淮北芦岭煤矿 4 7 特大煤与瓦斯突出事故 石门岩柱11 2m 突出煤10500t 瓦斯93 82万m3 死亡14人 填堵满巷道总长度796m 突出强度 事故经过 矿井概况 点评 事故原因 2002年4月7日4时18分 责任人处理 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 煤与瓦斯突出事故案例分析 第六节爆炸及其预防矿井瓦斯爆炸是煤矿一种极其严重的灾害 一旦发生 不仅造成大量人员伤亡 而且还会严重摧毁矿井设施 中断生产 有的还会引起煤尘爆炸 矿井火灾 井巷垮塌和顶板冒落落等二次灾害 从而加重了灾害后果 使生产难以在短期内恢复 例如 1942年日本帝国主义侵占我国东北时期 在本溪煤矿由电气火花引起瓦斯爆炸 进而导致更严重的煤尘连续爆炸 共有1549人死亡 在我国煤矿发生的重大灾难性事故中 70 左右是瓦斯煤尘爆炸所致根据中国政府自己的估算 2003年有6700多名矿工在各种矿井事故中丧生 平均每天有18名矿工死去 但专家称 实际数字可能超过这个数字 中国煤矿的事故发生率是美国和英国的350倍 一 瓦斯爆炸过程及其危害物质从一种状态迅速变成另一种状态 并在瞬间放出大量能量的同时产生巨大声响的观象称为爆炸 爆炸可以分为物理性爆炸和化学性爆炸 前者是由物理变化而引起的 物质因状态或压力发生突然变化而形成的爆炸现象称为物理性后爆炸 例锅炉爆炸 液化 气体起超压爆炸等 物理性爆炸前后物质的性质及化学成分均不改变 化学性爆炸是由于物质发生迅速的化学反应 产生高温 高压而引起的爆炸 化学爆炸前后物质的性质成分均发生了变化 矿井瓦斯爆炸属于化学性爆炸 瓦斯爆炸的化学反应过程瓦斯爆炸 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 CH4 2O2 CO2 2H2O 88 26Kj mol如果O2不足 反应的最终式为 CH4 O2 CO H2 H2O 88 26Kj mol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1995年6月23日零时16分 淮南矿务局谢一矿发生特大瓦斯爆炸事故 伤亡共125人 其中死亡76人 伤49人 直接经济损失327 8万元 发生10OO多次瓦斯连续爆炸 瓦斯爆炸的危害 1 高温 焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体 其速度大 温度高 焰面温度可高达2150 2650 焰面经过之处 人被烧死或大面积烧伤 可燃物被点燃而发生火灾 2 冲击波 锋面压力由几个大气压到20大气压 前向冲击波叠加和反射时可达100大气压 其传播速度总是大于声速 所到之处造成人员伤亡 设备和通风设施损坏 巷道垮塌 冲击包括 进程冲击和回程冲击 3 有害气体 井下发生瓦斯爆炸以后 将会产生大量的一氧化碳 如果有煤尘参与爆炸 CO的生成量更大 空气中的一氧化碳浓度 按体积计算达到0 4 时 人在短时间内就会中毒死亡 一氧化碳中毒是瓦斯爆炸造成人员伤亡的主要原因 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14 16 瓦斯浓度低于爆炸下限时 遇高温火源并不爆炸 只能在火焰外围形成稳定的燃烧层 浓度高于爆炸上限时 在该混合气体内不会爆炸 也不燃烧 如有新鲜空气供给时 可以在混合气体与空气的接触面上进行燃烧 原因 可用前面链式反应理论解释 若瓦斯浓度低于5 氧化生成的热量与分解的活化中心都不足 链式反应不能发展成为爆炸 若瓦斯浓度高于16 时 则氧的浓度不足 不但不能生成足够的活化中心 而且因为瓦斯吸热能力比空气大 氧化生成的热量同时被瓦斯和周围介质所吸收 当然也不能发展成爆炸 在正常空气中瓦斯浓度为9 5 时 化学反应量完全 产生的温度与压力也最大 瓦斯浓度7 8 时最容易爆炸 这个浓度称最优爆炸浓度 二瓦斯爆炸的主要参数1瓦斯的爆炸浓度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 氧的浓度正常大气压和常温时 瓦斯爆炸浓度与氧浓度关系 如柯瓦德爆炸三角形所示 它的三个顶点B C E分别是甲院与空气混合时的爆炸下限B 5 CH4 19 88 O2 上限C 15 CH4 17 79 02 和爆炸临界点E 瓦斯爆炸界限随着氧气浓度的降低而缩小 氧浓度低于12 时 混合气体就失去爆炸性 在封闭火区过程中 由于切断了向火区供风 火区内瓦斯浓度因继续有瓦期涌出和烟气渗入而增大 氧气浓度降低 当瓦斯浓度和氧气浓度所决定的坐标点落在BCE中 有爆炸危险 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 如果混入的其它可燃性气体下限比瓦斯的下限低 那么混合气体的爆炸下限也就比瓦斯单独存在时低 爆炸上限也是如此 由表可以看出 这些可燃性气体的混入都能使爆炸界限扩大 所以 井下发生火灾 产生其它可燃性气体时 即使平时瓦斯涌出量不大的矿井也有发生爆炸的可能性 同样提高警惕 3 煤尘 烟煤煤尘具有爆炸性 300 400 时就能从煤尘内挥发出可燃性气体 从而使瓦斯的爆炸下限降低 爆炸的危险性增加 4 空气压力 爆炸前的初始压力对瓦斯爆炸上限有很大影响 可爆性气体压力增高 使其分子间距更为接近 碰撞几率增高 因此使燃烧反应易进行 爆炸极限范围扩大 5 惰性气体 使氧气浓度降低 并阻碍活化中心的形成 可以降低瓦斯爆炸的危险性 2瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量点燃瓦斯所需的最低温度称为最小点燃温度 所需的最小点燃能量称为最小点燃能量 在正常大气条件下 瓦斯在空气中的点燃温度为650 750 绝热压缩时565 最低点燃能量0 28mJ 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 初压 火源的能量及其放出强度和作用时间 压力越大 点燃温度越低 最低点燃温度是重要的安全技木参数之一 它不仅决定了在什么样的爆炸混合气体内 使用什么型号的防爆电气设备 而且还决定了爆炸危险环境中设备的允