矿井瓦斯及其防治.ppt

28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,1,什么是瓦斯？,瓦斯是一个外来语，其本意是煤层气，广义上瓦斯是以甲烷为主的矿井有害气体的总称。在研究矿井瓦斯的早期阶段，认为瓦斯成份就是沼气（CH4占矿井有害气体的80左右），所以过去习惯上就把沼气叫做瓦斯，流传至今，这就是狭义瓦斯的概念。我们在现场所说的瓦斯一般就是指沼气。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,2,一、沼气的生成,沼气是伴随煤碳同时生成的。古代的植物在成煤的过程中，经厌氧菌的作用，植物的纤维质分解产生大量沼气；此后在煤的碳化过程中，继续有沼气不断生成。每生成一吨煤，可生成1000M3左右的沼气。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,3,二、沼气的性质,（一）物理性质1.沼气难溶于水，在标准状态下（一个大气压，20）的溶解度为3.5；2.沼气是一种无色、无味、无臭的气体；3.沼气的比重为0.554，比空气轻一半，容易在较高的地方积聚；4.沼气的扩散性很强，是空气的1.6倍，容易穿过煤岩层的裂隙而到其它煤层的采空区和巷道中去。（二）化学性质1.沼气不助燃，但当空气中沼气浓度达到一定数值时，遇到高温火源能引起燃烧或爆炸；2.沼气本身无毒，也不能维持呼吸，空气中的沼气浓度增加时，氧气浓度就要下降，会因缺氧而使人窒息。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,4,三、矿井沼气涌出与等级划分,（一）沼气的涌出形势1.普通涌出：沼气从暴露的煤岩表面的细微的缝隙中缓慢、均匀、持久的涌出。主是矿井沼气的主要涌出形式。2.特殊涌出：包括沼气喷出及煤与沼气突出。（二）矿井沼气涌出量1.绝对沼气涌出量。单位时间内涌出的沼气体积量。、（M3/h、M3/min、M3/s）2.相对沼气涌出量。平均日生产一吨煤涌出的沼气量。（M3/t）,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,5,三、矿井沼气涌出与等级划分,（三）矿井沼气等级的划分规程规定：在一个矿井中，只要有一个煤、岩层中发现一次沼气，该矿井即定为沼气矿井，并依照矿井沼气等级的工作制度进行管理。规程还规定：矿井沼气等级，按照平均日产一吨煤沼气涌出量和沼气涌出形式，划分为：低沼气矿井：10M3/日.T及其以下；高沼气矿井：10M3/日.T以上；煤与沼气突出矿井。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,6,四、矿井沼气爆炸,沼气爆炸是煤矿生产的主要灾害之一，国内外已有不少由于沼气爆炸而造成人员伤亡和严重影响生产的惨痛教训。因此，必须很好地了解沼气爆炸发生、发展的规律，从而有针对性地采取有效措施，杜绝此类事故的发生，确保矿井的安全生产。沼气爆炸实质是一定浓度的沼气与空气中的氧混合，在高温火源点燃的条件下，发生激烈的氧化反应。CH4+2O2CO2+2H2O+热量（51.92kj/g）如果井下氧气不足时，反应式为CH4+O2CO+H2O+H2,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,7,五、矿井沼气爆炸的危害,瓦斯爆炸的危害是极其严重的，主要表现在以下几个方面。1.瓦斯爆炸产生高温高压气体及冲击；温度：通常在1850至2650之间；压力：7.4至10.2个大气压；气体冲击（正向冲击）：每秒可达数百米，甚至上千米。造成人员伤亡、巷道和机械设备被破坏。2.产生反向冲击沼气爆炸后，爆源附近将形成气体稀薄的低压区。于是，冲出去的气体又以高速反向冲回爆源地。这种反向冲击，力量不如前次大，但会导致更大的破坏，甚至引起沼气的二次爆炸。3.引起煤尘爆炸具有煤尘爆炸危险的矿井，在正常情况下，飞扬在空气中的煤尘浓度一般不会达到爆炸浓度。但在沼气爆炸的冲击作用下，降落在巷道中的煤尘必然飞扬起来参与爆炸。从而使灾害扩大。4.引起连续爆炸如果反向冲击的空气中有足够的沼气和氧气，而爆源附近又有尚未熄灭的火源就有可能造成二次爆炸和连续爆炸。例如：1940年日本帝国主义侵占我国东北时，抚顺的龙凤矿曾在一昼夜内连续爆炸43次。5.产生大量有害气体氧气610，氮气8288，二氧化碳48，一氧化碳24，可以看出沼气爆炸所产生的有毒窒息性气体，是造成大量人员伤亡的主要原因。因此，发生沼气或煤尘爆炸事故后，末恢复通风前，只允许带氧气呼吸器的救护队员可以进入灾区侦察、救人外，严禁其它人员进入，以免扩大作伤亡。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,8,六、沼气爆炸的条件一,沼气的浓度：5-16时具有爆炸性。沼气浓度低于5-6时遇火能燃烧，这个浓度称为沼气爆炸的下限。当沼气的浓度高于15-16时混合气体即不燃烧也不爆炸，但有新鲜空气从外面供给时，混合气体与新鲜空气的接触面上遇火可以燃烧。这个界限称为沼气爆炸的上限。沼气浓度7-8时，最容易发生爆炸；9.1-9.5爆炸威力最强，前者需要的引燃能量最小，特别容易点燃，后者沼气和氧气的匹配恰到好处，爆炸时，反应最完全，放出的热量最大，反应速度最快。需要说明的是，沼气爆炸的下限在外部条件发生变化时，可能会有所变化。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,9,六、沼气爆炸的条件二,高温火源引燃沼气所需的最低火源温度，称为引火温度，一般为650-750。井下明火、电火、吸烟、摩擦火花、不合要求的放炮等各种火源都能引燃沼气。它的易燃性与我们日常使用的打火机气体（丁烷）一样，只需一小点火星就可以把它引燃。沼气遇到火源后并不立即发生燃烧或爆炸，而需要一个很短的时间才能被点燃，这一点燃时间称为沼气爆炸的感应期。沼气燃烧与爆炸的感应期见下表。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,10,六、沼气爆炸的条件三,氧气含量混合气体中必须有足够的氧气含量，当氧含量低于12时，任何浓度的沼气都不会发生爆炸。在正常生产的矿井中，不可能采用降低氧气含量的办法来防止沼气爆炸。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,11,七、预防沼气爆炸的措施,1.加强通风，防止沼气超限和积存。做好通风工作是防止沼气超限和积存的根本措施。为此，每个矿井必须采用机械通风。必须具有完整独立的通风系统，严禁独眼井开采。掘进工作面必须用局扇或全风压通风，保证井下各用风地点有足够的风量稀释并带走沼气，防止沼气超限和积存,使井下各处的沼气及其它有害气体的浓度符合规程的要求。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,12,七、预防沼气爆炸的措施,2.严格执行沼气检查制度时刻掌握沼气的涌出情况以及它在风流中的浓度，是我们进行沼气管理，预防沼气事故的根本需要。因此，每一矿井都必须建立严密的瓦斯检查制度，按规程规定认真检查瓦斯，并作好记录，并通知现场人员。瓦斯超限时，瓦斯检查员有权责令现场工作人员，停止工作，并撒到安全地点，根据情况依照规程规定进行处理，严禁冒险蛮干。（总回风巷0.75%，采掘回风巷1%，采掘进风巷0.5%）矿井负责人必须每日审阅瓦斯日报，掌握井下瓦斯变化情况，发现问题及时处理。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,13,3确及时处理局部积聚瓦斯例如，采面上隅角利用风幛、尾巷、局扇进行处理；顶板冒落的空洞利用导风板、分风管、或充填法进行处理。对于停风的掘进工作面或盲巷所积聚的瓦斯,必须根据积存的瓦斯量和通风能力制定专门的排放措施,报县煤碳局审批,措施中应注意以下几点。生产班进行,在回风涉及的范围内,机电设备应停止运转,切断电源,撤出人员。排放采用局扇、风简进行，要根据该区域的通风能力和积存的瓦斯浓度决定排放速度，一般采用逐段排放方法，严禁将高浓度瓦斯一下吹出。排放时，要严格监视回风流中的瓦斯浓度，采用控制送风量的方法，确保掘进巷道排出风流在与全风压风流混合后瓦斯浓度不超过1.5。排放工作至少要有三个人进行，即电工、安全员、瓦检员各一人。若通风区内瓦斯浓度达到3，不能立即排放时，必须立即进行封闭。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,14,4.加强局扇通风管理5.防止引燃瓦斯火源6.防止电气火花引燃瓦斯7.防止放炮引燃瓦斯,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,15,八、瓦斯喷出及煤与瓦斯突出,沼气喷出大量沼气在压力状态下，从煤岩层的裂隙或孔洞中以支流的方式向外喷出的现象。煤与沼气突出-在地压和瓦斯的作用下，煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，抛出，并伴随巨大声响和冲击力的动力现象。突出具有极大的破坏力，是煤矿安全生产的大敌。世界上第一次煤与瓦斯突出是在1834年法国的鲁阿雷煤田依萨阿克矿井发生的。世界上强度最大的一次突出，是在1969年7月13日前苏联顿巴斯矿区的加加林矿，突出煤碳和岩石14200吨，瓦斯250000M3以上。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,16,煤与瓦斯突出的原因很复杂，一般是由地应力，煤层瓦斯和煤的物理性质综合作用的结果。1960年中梁山煤矿北茅口大巷掘进时，喷出瓦斯量约250000M3，这是国内外少见的大突出。高压瓦斯将人吹倒，100至200mm的岩块互相碰撞。1971年9月4日红卫煤矿里王庙井西南五横硐+8水平刮板输送机道掘进时突出煤矸量达70吨，喷出瓦斯500000M3。1977年2月3日甘肃省窑街矿务局三矿的1650岩石大巷掘进，贯穿F605断层裂隙时，10分钟内喷出二氧化碳4900M3。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,17,九、煤与瓦斯突出的预兆,煤壁冰冷，工作面气温降低，响煤炮，煤层内发出劈裂声闷雷声，工作面瓦斯涌出量忽大忽小，打钻时，出现顶钻、卡钻、电机过负载，喷煤粉，工作面顶板压力增大，支架折断，煤壁外鼓，煤层光泽暗淡层理紊乱等。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,18,十、预防煤与瓦斯突出的措施,开采解放层、煤层预抽瓦斯、石门内打排放钻孔、超前排放钻孔、水力冲孔、超前支架、松动爆破、放震动炮等。我省目前的乡镇煤矿大多不具备开采突出危险煤层的条件，在生产过程中，如遇煤层具有突出危险性时，必须制定预防煤与瓦斯突出的安全措施，报地（市）煤碳部门批准，同时争取上级主管部门的支持，配备足够的技术力量，增加投入，在生产上严格按照煤与瓦斯突出的矿井进行管理，切不可盲目开采。,28.05.2020,矿井瓦斯及其防治,19,十一、小结,本次课所学内容如下：1.瓦斯的概念及沼气的生成过程；2.沼气的性质；3.矿井沼气涌出与等级划分；4.矿井沼气爆炸；5.矿井沼气爆炸的危害；6.沼气爆炸的条件；7.预防沼气爆炸的措施；8.瓦斯喷出及煤与瓦斯突出；9.煤与瓦斯突出的预兆；10.预防煤与瓦斯突出的技术措施。,28.05.2020,矿井瓦