矿井瓦斯事故防范技术.ppt

矿井瓦斯事故防范技术 乐乐收集整理 主要内容 一 矿井瓦斯的性质二 煤层瓦斯的赋存及涌出三 矿井瓦斯等级及其鉴定 四 瓦斯抽放五 矿井瓦斯爆炸及预防措施六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 第二节矿井瓦斯的防治 201 一 矿井瓦斯的性质1 概念 煤矿井下以甲烷为主的有毒 有害气体的总称 一般单指甲烷 2 组成 广义 1 可燃气体 烷烃类 CnH2n 2 环烷烃类 CnH2n H2 CO H2S 2 有毒气体 H2S CO SO2 NH3 NO2 3 有害气体 N2 CH4 CO2 H2 4 放射性气体 氡气 3 来源 煤 岩 涌出 井下放炮 井下气体间反应等 瓦斯的性质 特性 201 二 特性 狭义 1 无色 无味 无嗅 但有时同其它气体混合产生苹果香味 2 标准状态下绝对密度0 716kg m3 相对密度0 554 扩散性极强 无风时会首先积聚在巷道上部 扩散后有不可逆性 3 浓度达到43 氧气稀释到12 以下 有窒息危险 4 本身不燃不爆 与空气混合可燃可爆 注 因井下有空气 所以一般把瓦斯认为可燃性气体 二 煤层瓦斯的存在形式及涌出 201 一 煤层中的瓦斯存在状态1 煤是多孔物质 瓦斯可以赋存在其中 2 瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中 1 游离瓦斯 运动状态 约为瓦斯总量10 20 2 吸附瓦斯 静止状态 又分吸收 吸着两种 约为瓦斯总量80 90 如图6 2 1 瓦斯在煤层中的赋存状态 煤层中的瓦斯 带状分布 204 氮气 二氧化碳带 氮气带 氮气 甲烷带 甲烷带 二 煤层瓦斯含量及其影响因素 202 煤层瓦斯含量 指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量 包括游离和吸附两种形态单位m3 t或m3 m3当前煤层瓦斯的含量取决于煤层瓦斯运移的条件和保存瓦斯的能力 煤层瓦斯含量的影响因素 202 1 煤的变质程度 2 煤层露头 3 煤层的赋存深度 4 围岩性质 5 地质构造 6 煤层的倾角 7 水文地质条件 四 煤层瓦斯压力 204 瓦斯压力 煤层中游离瓦斯的压力 P P0 m H H0 其中P 深度H处的瓦斯压力 MPa P0 瓦斯风化深度的瓦斯压力 MPa H0 瓦斯风化深度 mm 瓦斯压力梯度 MPa m 五 矿井瓦斯的涌出及预测 204 补充 涌出来源 矿井瓦斯涌出按其来源可分为三个方面 即 煤壁涌出的瓦斯 邻近煤层通过裂隙涌出的瓦斯及采落煤炭放散的瓦斯 1 瓦斯涌出量 生产过程中瓦斯涌出到风流中的数量 衡量指标 1 绝对涌出量 单位时间内瓦斯涌出数量 立方米 分 立方米 天 计算如下 五 矿井瓦斯的涌出及预测 204 QcH4 Q C单位 立方米 分 立方米 天 其中 QcH4 瓦斯绝对涌出量 立方米 分 立方米 天 C 总回风瓦斯量 Q 总回风量 立方米 分 2 相对瓦斯涌出量 正常生产条件下 生产每吨煤瓦斯涌出数量 单位 立方米 吨 计算公式 qcH4 QcH4 A 单位 立方米 吨其中 qcH4 瓦斯相对涌出量 QcH4 瓦斯绝对涌出量 立方米 天 A 煤产量 吨 天 五 矿井瓦斯的涌出及预测 204 补充 涌出形式 按瓦斯涌出的形式可以分为普通涌出和特殊涌出 或一般涌出和异常涌出 1 普通涌出 指在时间与空间上比较均匀 普遍发生的不间断涌出 它是矿井正常状态下的涌出 2 特殊涌出 指在时间与空间上突然 集中发生的涌出 涌出速率很不均匀 如瓦斯喷出 煤与瓦斯突出 五 矿井瓦斯的涌出及预测 204 2 影响因素一 自然因素1 煤层的瓦斯含量及特性 瓦斯含量越高 瓦斯压力越高 涌出量越大 煤层透气性越好 涌出量越大 2 埋藏特性 开采深度越大 瓦斯涌出量增大 相邻煤层越多 瓦斯涌出量增大 3 地面大气压的影响 大气压力越高 瓦斯涌出量降低 大气压力越低 瓦斯涌出量增高 二 矿井瓦斯涌出量 二 开采技术因素1 开采规模 强度和产量 回采速度越快 绝对瓦斯涌出量越大 而相对瓦斯涌出量影响不大 2 开采顺序和回采工艺 先开采的煤层涌出量大 后开采的煤层涌出量减少 全部陷落法和放顶煤开采 瓦斯涌出量大 充填法开采 瓦斯涌出量减少 3 生产工艺 落煤时瓦斯涌出量越大 4 工作面通风方式和通风压力 在保证采掘供风的基础上 工作面采取均压措施 可减少采空区的瓦斯涌出量 工作面负压越高 瓦斯从上隅角涌出越大 三 矿井瓦斯等级的划分 划分依据 瓦斯绝对涌出量 相对涌出量 划分等级及标准 1 低瓦斯矿 q010m t或q 40m min 3 煤与瓦斯突出矿 4 规程 规定 一个矿井只要有一个煤层发现瓦斯 该矿井煤层即为瓦斯矿井 三 矿井瓦斯等级及其鉴定 1 鉴定时间 一般7 8月份2 鉴定条件 正常生产条件下 至少设计产量60 以上 3 鉴定要求 鉴定月的上 中 下旬各一天 4 瓦斯绝对涌出量计算 q Q qw 60 q 每班的瓦斯涌出量 m min Q 总回风量m s qw 总回风瓦斯浓度 每班相对涌出量 qo q A T m t qo 每班相对瓦斯涌出量 q 每班绝对瓦斯涌出量 T 每班工作时间A 每班煤产量 5 每年必须对煤矿进行CH4 CO2鉴定 报省级煤炭管理部门审批 并报省级煤炭安监机构备案 四 瓦斯抽放 208 一 抽放条件 1 当一个煤矿的最大通风能力不能稀释瓦斯而达到安全浓度时 2 规程 145条规定 1 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3 min时 2 一个掘进工作面瓦斯绝对涌出量大于3m3 min 采用通风方法解决瓦斯问题不合理时 应采取抽放瓦斯措施 3 瓦斯绝对涌出量达到以下条件的1 q 40m min 2 年产量1 0 1 5Mt q 30m min 3 年产量0 6 1 0Mt q 25m min 4 年产量0 4 0 6Mt q 20m min 5 年产量15m min 6 煤与瓦斯突出矿井 二 抽放方法 208 1 按抽放区域和瓦斯来源可分 1 本煤层抽放 2 邻近煤层抽放 3 采空区抽放 4 围岩抽放 2 按抽放瓦斯煤层是否卸压可分 1 未卸压煤层抽放瓦斯 2 卸压煤层抽放瓦斯 3 按抽放时间顺序分 1 采掘前预抽 2 边采边抽 3 采后抽放 4 按抽放施工方法分 1 钻孔抽放 2 巷道抽放 3 钻孔钻孔混合抽放 临时抽放瓦斯泵站的抽放浓度 补充 井下临时抽放瓦斯泵站抽出的瓦斯可引排到总回风巷 一翼回风巷 但稀释后的风流瓦斯浓度不得超过0 75 引排到采区回风巷则不得超过1 如果临时抽放泵站抽出的瓦斯直接送至永久抽放系统的管路中 则必须保证永久抽放系统管路内的瓦斯浓度不得低于25 干式抽放设备 利用瓦斯时则不得低于30 五 瓦斯爆炸机理和事故原因 210 瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件 即 瓦斯浓度在爆炸界限内 一般为5 16 混合气体中氧的浓度不低于12 有足够能量的点火源 以一个断面积8m2的煤巷掘进工作面为例 若正常通风时期供风量为200m3 min 回风流瓦斯浓度0 5 则工作面绝对瓦斯涌出量为1m3 min 假设新揭露断面及距该断面10m范围内的煤壁涌出的瓦斯占掘进工作面总瓦斯涌出量的50 则如果工作面停止供风 该10m范围内平均瓦斯浓度达到爆炸下限5 只需要 五 瓦斯爆炸机理和事故原因 补充 警告 瓦斯爆炸下限5 上限16 是指瓦斯空气混合气体爆炸的大致范围 随下列因素将使瓦斯爆炸界限扩大 1 其它可燃气体和煤尘的混入 2 氧浓度增高 3 气压增高 4 环境温度升高 5 点燃源的能量增大等等 瓦斯煤尘爆炸惨像 瓦斯煤尘爆炸惨状 瓦斯煤尘爆炸现场遗留物 瓦斯爆炸的主要防治措施 212 一 防瓦斯积聚1 保证工作面的供风量 加强通风管理 2 加强瓦斯的检查和监测 严格按 规程 管理 3 及时处理采掘工作面瓦斯局部积聚 具体见213 二 防瓦斯引燃1 加强管理 提高防火意识 2 严防放炮 电器 静电 机械 明火等火源出现 瓦斯爆炸的主要防治措施 215 三 防事故扩大1 实行分区通风 消灭串联通风 2 安全出口 防爆门 反风装置符合规定 3 隔爆 阻爆装置符合规定 如下图4 加强瓦斯事故防范的培训教育 提高安全意识 5 必须由矿井技术负责人组织编织灾害预防和处理计划并认真实施 隔爆水袋示意图 形同虚设的隔爆水袋 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 215 煤矿井下瓦斯浓度的检测 是了解瓦斯涌出情况 掌握其变化规律 防止瓦斯事故的前提 煤矿安全规程 第一百四十九条规定 矿井必须建立瓦斯 二氧化碳和其他有害气体检查制度 矿长 矿技术负责人 爆破工 采 掘 通风的区队长 工程技术人员 班长 流动电钳工下井时 必须携带便携式甲烷检测仪 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 煤矿瓦斯检测按其方法可分为四大类 一是实验室分析法 即从井下采取气样送到地面实验室进行分析测定 二是用便携式检测仪器在井下就地检测 三是用瓦斯报警断电装置进行连续 远距离监测 四是用集中监测系统进行监测和监控 它除了能检测高 低浓度的瓦斯外 还可测一氧化碳 风速 温度 风压 氧气浓度等 同时 也可对井下设备的工作状态进行监测监控 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 一 矿井瓦斯浓度测定1 目前矿井瓦斯浓度测定常用光干涉型瓦斯浓度检测仪 光学瓦斯检定器 和电子仪器 国产的型号有 AQG 1 AQG 1A AQG 2 AQG 3 GWJ l GWJ 1A GWJ 2型 2 CJB4型便携式甲烷检测报警仪是采用先进的微电脑芯片设计的智能化仪器 该仪器不但具有常规的甲烷浓度自动检测 数码显示 声光报警功能 还具有独特的零点搜索 时钟设置 省电模式等多种功能 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 二 瓦斯监控系统 煤矿安全规程 第一百六十九条至第一百七十五条规定应安设甲烷传感器的地点 1 低瓦斯矿井的采煤工作面 必须在工作面设置甲烷传感器 高瓦斯和煤 岩 与瓦斯突出矿井的采煤工作面 必须在工作面及其回风巷设置甲烷传感器 在工作面上隅角设置便携式甲烷检测报警仪 若煤 岩 与瓦斯突出矿井采煤工作面的甲烷传感器不能控制其进风巷内全部非本质安全型电气设备 则必须在进风巷设置甲烷传感器 传感器设置的位置要求 传感器设置的位置要求 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 采煤工作面采用串联通风时 被串联工作面的进风巷必须设置甲烷传感器采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪 非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定 2 低瓦斯矿井的煤巷 半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面甲烷传感器 低瓦斯 煤 岩 与瓦斯突出矿井的煤巷 半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面 必须在工作面及其回风流中设置甲烷传感器 掘进工作面采用串联通风时 必须在被串联掘进工作面的局部通风机前设甲烷传感器 掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 3 在回风流中的机电设备硐室的进风侧必须设置甲烷传感器 4 高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时 装煤点风流中必须设置甲烷传感器 5 在煤 岩 与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中 进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪 柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪 当瓦斯浓度超过0 5 测时 必须停止机车运行 6 瓦斯抽放泵站必须设置甲烷传感器 抽放泵输入管路中必须设置甲烷传感器 利用瓦斯对 还应在输出管路中设置甲烷传感器 六 矿井瓦斯浓度测定与瓦斯监控 216 7 装备矿井安全监控系统的矿井 每一个采区 每一条回风巷及总回风巷的测风站应设置风速传感器 主要通风机的风硐应设置压力传感器 瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中应设置流量传感器 温度传感器和压力传感器 利用瓦斯时 还应在输出管路中设置流量传感器 温度传感器和压力传感器 装备矿井安全监控系统的开采容易自燃 自燃煤层的矿井 应设置一氧化碳传感器和温度传感器 装备矿井安全监控系统的矿井 主要通风机 局部通风机应设置开停传感器 主要风门应设置风门开关传感器 被控设备开关的负荷侧应设置馈电状态传感器 瓦斯浓度见217页表6 2 4 非矿用开关案例 风筒使用严重违章案例 井下烟物案例 瓦斯煤尘爆炸惨不任睹 第三节煤与瓦斯突出机理及防治 218 一 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出机理的假说有很多种 多数人的观点为综合假说 即 1 煤与瓦斯突出是地应力 高压瓦斯 煤的结构性能等三个因素综合作用的结果 地应力是发动突出的主要因素 是破坏煤体的主要动力 瓦斯是完成突出过程的主要因素 煤的结构决定了突出 发展的难易程度 第三节煤与瓦斯突出机理及防治 218 2 地压破碎煤体是造成突出的首要原因 而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用 从突出的总能量来说 瓦斯是完成突出的主要能源 3 煤的强度是形成突出的一个重要因素 只有当煤的强度很低 与围岩的摩擦力不大时 地压造成的变形潜能才能使煤体破碎 第三节煤与瓦斯突出机理及防治 218 二 煤与瓦斯突出分类 一 按突出的力学特征分类1 突出 是地应力 瓦斯压力和煤岩物理力学性质的综合作用 2 压出 主要动力是由应力集中所产生的地应力 煤和围岩的弹性变形能 3 倾出 煤的结构松软 主要动力是地应力和重力 岩石与二氧化碳突出 主要动力是地应力 岩石的变形能 二氧化碳内能 瓦斯突出的基本特征图示 压出的基本特征图示 倾出的基本特征图示 二 煤与瓦斯突出分类 二 按突出强度分类突出强度是指每次突出中抛出的煤 岩 量 单位为吨 1 小型突出 突出强度 100t 2 中型突出 突出强度100 500t 含100t 3 大型突出 突出强度500 1000t 含500t 4 特大型突出 突出强度 1000t 三 煤与瓦斯突出预防 219 煤矿安全规程 规定 开采突出煤层时 必须采取突出危险性预测 防治突出措施 防治突出措施的效果检验 安全防护措施等 四位一体 的综合防治突出措施 一 突出危险性预测突出危险性预测分为区域突出危险性预测 简称为区域预测 和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 突出威胁区和无突出危险区 在突出危险区域内 工作面进行采掘前应进行工作面预测 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 煤与瓦斯突出预防 219 预测指标1 煤的瓦斯放散指数 P一般情况下 P 15 25时有突出危险 2 煤的坚固系数f当f1 2时 无突出危险 3 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 三 煤与瓦斯突出预防 219 4 钻孔瓦斯涌出量和钻渣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 二 区域性防治突出措施 219 一 开采保护层开采煤层群时必须首先开采保护层 开采保护层后 在被保护层中受到保护的地区按无突出煤层进行采掘工作 在未受到保护的地区 必须采取防治突出措施 二 预抽煤层瓦斯一个采煤工作面的瓦斯涌出量每分钟大于5m3时 或一个掘进工作面每分钟大于3m3 采用通风方法解决瓦斯问题不合理时 应采取抽放瓦斯措施 采用预抽煤层瓦斯防治突出措施时 钻孔封堵必须严密 穿层钻孔的封孔深度应不小于3m 沿层钻孔的封孔深度应不小5m 钻孔孔口抽放负压不应小13kPa 并应使波动范围尽可能的降低 局部防治突出措施 219 防局部突出措施包括 1 钻孔排放措施 2 松动爆破措施 3 水力疏松措施 五 瓦斯抽放 一 抽放条件 1 当一个煤矿的最大通风能力不能稀释瓦斯而达到安全浓度时 2 规程 145条规定 1 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3 min时 2 一个掘进工作面瓦斯绝对涌出量大于3m3 min 采用通风方法解决瓦斯问题不合理时 应采取抽放瓦斯措施 3 瓦斯绝对涌出量达到以下条件的1 q 40m min 2 年产量1 0 1 5Mt q 30m min 3 年产量0 6 1 0Mt q 25m min 4 年产量0 4 0 6Mt q 20m min 5 年产量15m min 6 煤与瓦斯突出矿井 五 瓦斯抽放 二 抽放方法1 按抽放瓦斯来源可分 1 本煤层抽放 2 邻近煤层抽放 3 采空区抽放 4 围岩抽放 2 按抽放时间顺序分 1 采掘前预抽 2 边采边抽 3 采后抽放 3 按抽放施工方法分 1 钻孔抽放 2 巷道抽放 三 瓦斯抽放的主要方法 一 煤层卸压后抽放瓦斯在煤层群中 一个煤层首先采动后 破坏了原岩应力平衡 上下岩体向采空区移动 相邻煤层卸压 显现卸压增流效应 因此 可抽出邻近层卸压瓦斯 抽放邻近层瓦斯的钻孔布置 抽放卸压瓦斯的钻孔必须进入卸压范围内 为了避免钻孔抽进井巷空气 钻孔的开口端应布置在未受采动影响的完