矿井瓦斯综合治理.ppt

矿井通风与安全,Email:zhangjin_0067,第九章矿井瓦斯,9.1瓦斯概述9.1.1矿井瓦斯概论,1、概念：广义上指井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称。狭义上指单独指甲烷。2、来源：煤层及围岩内赋存并能涌出到矿井中的气体；矿井生产中产生的气体如放炮产生的炮烟等；井下空气与煤、岩、矿用材料等反应生成的气体井下人员呼吸生成的气体。3、性质：无色、无味、无嗅的气体，可以燃烧或爆炸，微溶于水，扩散性，窒息性，标准状态下密度0.716kg/m3，为空气密度的0.554倍，无风时会首先积聚在巷道上部。,3,4、矿井瓦斯的危害,4,9.2煤层瓦斯赋存与含量9.2.1瓦斯成因,5,9.2.2瓦斯在煤体内存在状态,6,9.2.3煤层瓦斯垂向分带各带气体组分,瓦斯风化带下部边界确定,煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa,在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2m3/t,煤的瓦斯含量达到23m3/t（烟煤）和57m3/t（无烟煤）,煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）,氮气二氧化碳带、氮气带、氮气甲烷带统称为瓦斯风化带,瓦斯风化带下部边界的确定,8,9.2.4煤层瓦斯含量主要决定因素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，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。,煤的平均甲烷含量与其变质程度的定量关系曲线,2）、煤层的赋存状态（a）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。（b）煤层倾角煤层倾角愈大，煤层瓦斯含量愈低。Exp:芙蓉矿，北翼：4080,南翼：612，,（c）埋藏深度埋深增加，地应力增高，煤层的透气性变差，瓦斯向地表运移距离增加，有利于封存瓦斯。在近代开采深度内，CH4带，但是如果埋藏深度继续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢而趋于常量。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。exp:北京京西煤矿，不论是下侏罗统或是石炭二叠系的煤层，尽管煤的牌号为无烟煤，由于煤层顶板为1216m的厚层中粒砂岩，透气性好，因此煤层瓦斯含量小，矿井瓦斯涌出量低。,4)、地质构造是影响煤层瓦斯含量的主要因素之一。表现：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件。(1)褶皱构造褶皱的类型、封闭情况和复杂程度，对瓦斯赋存均有影响。当煤层顶板岩石透气性差，且未遭构造破坏时，背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造，背斜轴部的瓦斯会相对聚集，瓦斯含量增大。形成“气顶”。,在向斜盆地构造的矿区，顶板封闭条件良好时，瓦斯沿垂直地层方向运移是比较困难的，大部分瓦斯仅能沿两翼流向地表。煤包、地垒、地堑都为高瓦斯区。（2）断层断层破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。有的断层有利于瓦斯排放，也有的断层对瓦斯排放起阻挡作用，成为逸散的屏障。前者称开放型断层，后者称封闭型断层。,1不透气性岩层2瓦斯含量增高部位3煤层a背斜b叠瓦状构造c、d、e煤包f、向斜g、地垒h、地堑,地质构造,原因,在轴部地带，上面受到强大的压应力作用，而下面受到深部地层的阻力，是地应力较高的地带。,地质构造,原因,帚状构造的收敛端常常是应力集中的区域,鱼田堡矿东部边界扭转区突出分布示意图,地质构造,原因,受到强大扭力的作用，煤层逐渐发生倒转，构造应力高度集中,煤层厚度变化,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。瓦斯在水中的溶解度仅为14%。地下水和瓦斯占有的空间是互补的，这种相逆的关系，常表现为水大地带瓦斯小，反之亦然。6).地层的地质史滨海相大于陆相,7)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。8).开采工作影响,20,9.3.1矿井瓦斯涌出方式,9.3矿井瓦斯涌出与等级鉴定,9.3.2瓦斯涌出量的概念1、含义指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。2、瓦斯涌出量表示方法A）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：qg=qC/100式中qg绝对瓦斯涌出量，m3/min；q风量，m3/min；C风流中的平均瓦斯浓度，。B）相对瓦斯涌出量矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体积。,qe=1440qg/A式中：qe相对瓦斯涌出量，m3/t；qg绝对瓦斯涌出量，m3/min；A平均日产量，t/d说明：（1）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。（2）相对涌出量的单位：m3/t，过去采用m3/(t.d)是不正确的。（3）绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量是衡量矿井瓦斯危害是否严重的重要指标。,9.3.3回采工作面瓦斯涌出A、瓦斯涌出来源本开采煤层：煤壁、采空区、落煤；厚煤层未采分层；采动影响邻近层；围岩。B、时空不均匀性a）落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。水采：24倍；炮采：1.42.0倍；机采：1.31.6倍；风镐：1.11.3倍。见下页图b）从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定（初次来压后），随老顶周期来压，瓦斯涌出呈周期性变化。,c）对上行通风，从工作面下口至上口，瓦斯浓度逐渐增大，上隅角达到最大。d）沿走向方向瓦斯浓度分布,9.3.4掘进巷道的瓦斯涌出煤巷掘进工作面瓦斯涌出来源巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。a随时间变化,b时空不均匀性机掘：开机后，瓦斯涌出量逐渐增大，达到极限稳定值。炮掘：放炮后（69min），瓦斯涌出迅速增长（520倍），然后下降经过一段时间恢复到初始值。时间与空间上存在瓦斯涌出与浓度的不均匀性是种潜在危险。,9.3.5影响瓦斯涌出量的主要因素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。Exp：焦作中马村矿,淮南谢二矿C13煤，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。美国：19101960，1/2的爆炸发生在气压急剧变化时期。,（二）瓦斯抽采方法及其抽采量（三）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。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、工序和周期来压瓦斯从煤层暴露面（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。,5、采场通风系统采场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。,大全部进入,进空回煤,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。,太信一井矿井负压与瓦斯涌出量关系表,9.3.6矿井瓦斯涌出量预测-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。1、矿山统计法瓦斯梯度是指相对瓦斯涌出量每增加1m3/t时,深度增加的米数。计算式：2、瓦斯地质类比法3、煤层瓦斯地质图预测,4、瓦斯含量法瓦斯含量法又称分源预测法。这种方法以煤层瓦斯含量为矿井瓦斯涌出量预测的主要依据，故称瓦斯含量法。世界上一些主要产煤国家如英国、前西德、法国、波兰、前苏联等，都进行煤层瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌出量的研究，提出了各自的计算公式。原理：采场相对瓦斯涌出量等于平均每采一吨煤各瓦斯涌出分量之和。每一涌出分量为：式中：mi/m1-瓦斯涌出源所在煤层厚度与采高之比；x0-瓦斯涌出源所在煤层原始瓦斯含量；x1-运到地面煤的残余瓦斯含量；Ci-i个瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。,回采工作面瓦斯涌出量计算a单一煤层开采时相对瓦斯涌出量开采煤层煤柱采空区浮煤和残留分层b有邻近层的煤层开采相对瓦斯涌出量开采煤层煤柱采空区浮煤和残留分层邻近层邻近层涌出到开采层瓦斯,35,9.3.7矿井瓦斯等级划分,36,9.4瓦斯喷出及其预防,9.4.1瓦斯喷出的分类及其特点概念：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂隙中迅速喷出的现象。特点：时间突然，空间上集中，动力效应。危害：造成局部地区、采区、一翼充满高浓度瓦斯；窒息、遇火燃能烧引起瓦斯爆炸、火灾。根据瓦斯喷出裂隙呈现不同分：1、瓦斯沿原生地质构造洞缝喷出发生地点：地质破坏带、石灰溶洞裂隙区、背斜或向斜轴部储瓦斯区、断层、断裂区。特点：瓦斯流量大，持续时间长，无明显地压呈现预兆。举例：中梁山南井+390m水平北茅口灰岩大巷,中梁山南井+390水平茅口灰岩大巷喷出,2、瓦斯沿采掘地压生成的裂缝喷出发生地点：往往与地质构造有关，在地质破坏区，原来处于封闭状态的构造裂隙容易被利用，即在采掘地压和瓦斯压力联合作用下会突然张开，成为瓦斯喷出通道。特点：喷出时有地压显现，有显著的预兆（工作面来压、支架响、掉碴、支架折断），持续时间较短。举例：淮北集团芦岭煤矿2003.5.13特大爆炸事故二、瓦斯喷出的防治1、第一类瓦斯喷出的防治、加强地质工作采取打前探钻孔查明采掘区域前方地质构造、溶洞裂缝的位置分布及其瓦斯储量。,根据瓦斯压力、瓦斯量和地质采掘条件制订防治瓦斯喷出的设计与安全措施。利用封堵缝口（瓦斯量小，裂缝不宽时）、引排瓦斯、加强通风等综合措施治理喷出瓦斯。,2、第二类瓦斯喷出的防治、加强地质工作掌握层间岩性与厚度变化，邻近层的瓦斯压力与瓦斯含量，地压大小，顶底板的活动规律。、估算卸压瓦斯量，以确定抽放卸压钻孔的数量及孔位。、做好巷道布置和采掘计划，尽量避开集中应力区。、掌握喷出征兆，配备隔离式自救器，熟悉避灾路线。、加强工作面支护工作，必要时强制放顶。、搞好通风工作，加强瓦斯抽采和预测预报。,9.5煤与瓦斯突出及其防治,9.5.1煤与瓦斯突出概况煤与瓦斯突出是矿井开采中危险性最大的灾害，是世界各主要产煤国突出矿井共同面临的技术难题。概念：煤矿地下采掘过程中，在很短时间内从煤（岩）壁内部向采掘工作面突然喷出大量煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）的现象。危害：1、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破坏矿井通风系统。2、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，造成煤流埋人。4、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。到2000年，全世界约发生2.36万次突出,其中比较严重的国家有我国、俄罗斯、法国、波兰、日本、匈牙利、比利时、澳大利亚、德国、加拿大、英国等19个国家,其中我国、俄罗斯、法国、波兰、日本突出次数在1000次以上的严重突出国家。参看煤与瓦斯突出示意图,44,45,46,国内外对煤与瓦斯突出的认识,瓦斯为主导作用的假说,综合假说,地应力为主导作用的假说,强调瓦斯是突出的主要能源,1、地压和瓦斯压力是导致突出的能源；2、瓦斯起着抛出体和搬运煤体的作用，是完成突出的主要能源；3、当煤的强度很低、煤与围岩的摩擦力不大时，地压造成的变形潜能使煤体破碎。,突出的主要因素和能源是地应力,9.5.2煤与瓦斯突出机理、条件和过程1、煤与瓦斯突出机理,化学本质假说,突出是由于煤在变质时发生的化学反应而引起的,48,2、煤与瓦斯突出发生条件,49,3、煤与瓦斯突出发展过程,9.5.3矿井煤与瓦斯突出分类1、按动力现象的力学特征分类a、煤（岩）与瓦斯突然喷出-突出主要特点：突出物的搬运特征：形成固体与气体两相混合流，可以流动到很远处。突出物的堆积特征：分选、沉积轮回，堆积角安息角（3540）突出物的破碎特征：产生大量手捻无颗粒的微尘。瓦斯量：突出瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；喷孔孔形状：口小内大的梨形，倒瓶形（与应力分布一致）作用力：地应力（煤岩弹性潜能）瓦斯压力（瓦斯潜能）重力。,b、煤（岩）突然压出并涌出大量瓦斯-压出主要特点：突出物的搬运特征：煤呈整体外移，碎体抛出一定距离。突出物的堆积特征：就地堆积（or很近距离）、无分选性、无沉积轮回，安息角（3540）突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；喷孔孔形状：口大内小、外宽内窄、楔形作用力：地应力（煤岩弹性潜能）,c、煤（岩）突然倾出并涌出大量瓦斯-倾出主要特点：突出物的搬运特征：煤沿倾斜下落，碎体抛出不远距离；突出物的堆积特征：就地堆积（or很近距离）、无分选性、无沉积轮回，安息角（3540）突出物的破碎特征：大小不同的块体与碎末混杂。瓦斯量：瓦斯量（m3/t煤）瓦斯含量；喷孔孔形状：口小内大、舌形作用力：地应力（围岩弹性变形能）、重力。多发生于急倾斜煤层，低强度时，易与冒落和突出混淆。三类动力现象的发生都以地应力为主，所以它们的预兆相似，但三者的基本能源不同。人们习惯上将三类现象统称为煤与瓦斯突出。,2、按强度分类强度-每次动力现象抛出的煤（岩）数量（torm3为单位）和瓦斯量(m3)。a、小型突出：强度100t/次（突出后几小时，瓦斯浓度恢复正常）；b、中型突出：100499t/次（突出后一天，瓦斯浓度恢复正常）；c、大型突出：500999t/次（突出后几天，瓦斯浓度恢复正常）；d、特大型突出：1000t/次（突出后很长时间，瓦斯浓度恢复正常）。,3、突出危险程度划分a、突出矿井和突出煤层：矿井在采掘过程中，只要发生过1次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层即为突出煤层。b、突出危险区和无突出危险区：突出煤层经区域预测可划分为突出危险区和无突出危险区。c、突出危险工作面和无突出危险工作面：突出危险区的工作面经煤与瓦斯突出预测。4、突出地点分类石门揭煤、煤层平巷、煤层上山、煤层下山、采煤工作面石门揭煤：放炮揭煤、过煤门、自行冲破岩柱、延期突出。,9.5.4突出发生的一般规律1、突出发生在一定深度以后。随着开采深度增加，煤层突出危险性增高。始突深度：矿井开始发生突出的最浅深度。一般地，矿井始突深度均大于瓦斯风化带下边界深度；不同矿区差别很大，最小50m，郴州罗卜安矿；最大640m，抚顺老虎台矿2、对同一矿区、同一矿井来说，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、同一煤层，其瓦斯压力越高，突出危险性越大。安全规程：取0.74MPa。4、突出煤层的力学强度低，且变化大；透气性差，瓦斯放散速度高；湿度小，层理紊乱，多为构造煤。5、突出危险区呈带状分布。地质构造呈带状；采动形成集中应力带,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、绝大多数突出发生在落煤时，尤以爆破为甚。8、突出前大多有预兆。包括地压显现、瓦斯异常、煤层异常9、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。10、绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面，但石门突出危险性最高。,60,9.5.5煤与瓦斯突出预兆,9.5.6预防煤与瓦斯突出,1、煤矿瓦斯突出防治技术体系,防治煤与瓦斯突出技术体系,合理采掘部署煤层开采顺序，巷道布置，掘、保、抽、采接替,区域综合防突技术措施,区域突出危险性预测瓦斯参数结合瓦斯地质分析,区域性防突措施,开采保护层,区域性预抽煤层瓦斯,工作面突出预测,钻屑瓦斯解吸指标:,钻孔瓦斯涌出初速度指标,工作面防突措施,小直径超前排放钻孔,松动爆破,预抽瓦斯,水力冲孔,金属骨架、煤体固化等,工作面措施效果检验,安全防护措施,管理制度,安全设施,设备、器材,局部综合防突技术措施,钻屑量指标,区域措施效果检验,区域验证,煤层注水,2、矿井和煤层突出危险性鉴定防治煤与瓦斯突出规定（以下简称规定）第12条规定：突出煤层和突出矿井的鉴定由煤矿企业委托具有突出危险性鉴定资质的单位进行。煤矿企业应当将鉴定结果报省级煤炭行业管理部门、煤矿安全监管部门、煤矿安全监察机构备案。煤矿发生瓦斯动力现象造成生产安全事故，经事故调查认定为突出事故的，该煤层即为突出煤层，该矿井即为突出矿井。第11条规定：矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定；鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：（1）煤层有瓦斯动力现象的；（2）相邻矿井开采的同一煤层发生突出的；（3）煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的。第13条规定：突出煤层鉴定应当首先根据实际发生的瓦斯动力现象进行。当动力现象特征不明显或者没有动力现象时，应当依据瓦斯压力P、煤的破坏类型、p和f值等指标进行鉴定。,3、区域性防突技术措施A、开采保护层概念：保护层：在突出矿井中，预先开采的、能使其它相邻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。,防突原理,(1)地应力减少，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。保护作用实质：卸压和排放瓦斯，其中卸压作用是首要的、决定性的。,保护范围保护范围：指保护层开采后，在空间上使危险层丧失突出危险的有效范围。（1）保护层与被保护层之间的有效垂直距离下保护层影响范围大于上保护层，且与保护层的厚度、层间岩性、煤层倾角等因素有关。,（2）沿倾斜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。为岩石卸压角，查表得出。见下页（3）沿走向的保护范围-超前距超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的三倍，至少不小于100m。目的：使被保护层能充分卸压和排放瓦斯。,保护线,（4）煤柱的影响保护层开采后，在采空区上、下形成卸压区，而煤柱上方则产生集中应力区，在集中应力区内，增加了突出危险性。影响范围根据考察结果确定，否则，按以下角度确定。、开采保护层应注意的几个问题（1）尽量不在保护层采空区留煤柱；（2）保护层采高小于0.5m时，必须检查其保护效果，否则要采取其它防突补充措施；（3）开采保护层，具有瓦斯抽放系统的矿井，应同时抽放卸压瓦斯。,、选择保护层的原则（1）首先选择无突出危险的煤层作为保护层；（2）当所有煤层均有突出危险时，选择突出危险性小的煤层作为保护层；（3）优先选择上保护层。在选择开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。选择下保护层时，其最小层间距应满足下式：式中Hmin-允许采用的最小层间距；M-保护层厚度；k-系数。（4）所有可采煤层均有严重突出危险时，可选择不可采煤层作为保护层；有条件的矿井，还可以开采软岩层。,B、预抽煤层瓦斯应用：无保护层可采、单一突出煤层开采。经过试验预抽瓦斯有效果时。方式：地面井预抽煤层瓦斯、井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔或顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤层瓦斯等。,预抽瓦斯防突机理,地面预抽煤层瓦斯穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯,穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯,顺层钻孔预抽回采区煤层瓦斯穿层钻孔预抽回采区煤层瓦斯,穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯,预抽瓦斯防突机理（表述）通过向突出煤层内打大量的密集钻孔，达到：钻孔造成煤层局部卸压；通过钻孔排放瓦斯，释放煤层瓦斯潜能；通过长时间抽放瓦斯，进一步降低煤层瓦斯涌出压力和瓦斯含量；引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气性和煤的坚固性系数增加。注水防突机理,C、煤层注水应用：主要应用于回采工作面。、注水防突机理、注水工艺打钻、封孔、注水、注意事项a对于湿润性差的煤，注水中可加一定浓度的湿润剂。b注水泵尽量采用排量大的高压泵；c保证封孔质量；d孔数应根据注水区与注水有效半径确定；e对于难注水煤层，尽量采用“间歇注水”。,5、局部防突技术措施、井巷揭煤防突措施预抽瓦斯超前钻孔排放钻孔水力冲孔金属骨架+扩孔卸煤煤体固化、煤巷掘进防突措施预抽瓦斯超前钻孔排放钻孔水力冲孔深孔松动爆破水力疏松前探支架、采煤面防突措施预抽瓦斯浅孔松动爆破超前排放钻孔浅孔注水以下给予简单介绍,6、安全防护措施,规程第209条规定：井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，必须采取远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统等安全防护措施。突出矿井的入井人员必须携带隔离式自救器。,2反向风门规定第103条：在突出煤层的石门揭煤和煤巷掘进工作面进风侧，必须设置至少2道牢固可靠的反向风门。风门之间的距离不得小于4m。反向风门墙垛可用砖、料石或混凝土砌筑，嵌入巷道周边岩石的深度可根据岩石的性质确定，但不得小于0.2m；墙垛厚度不得小于0.8m。人员进入工作面时必须把反向风门打开、顶牢。工作面放炮和无人时，反向风门必须关闭。挡栏主要用于发生大型和特大型突出的地点，能起到抑制突出强度的作用。,金属框架式挡栏安装示意图矸石堆和木垛挡栏示意图,4突出避难所,规定第102条有突出煤层的采区必须设置采区避难所。避难所的位置应当根据实际情况确定。避难所应当符合下列要求：（1）避难所设置向外开启的隔离门，室内净高不得低于2m，深度满足扩散通风的要求，长度和宽度应根据可能同时避难的人数确定，但至少能满足15人避难，且每人使用面积不得少于0.5m2。避难所内支护保持良好，并设有与矿(井)调度室直通的电话；（2）避难所内放置足量的饮用水、安设供给空气的设施，每人供风量不得少于0.3m3/min。如果用压缩空气供风时，设有减压装置和带有阀门控制的呼吸嘴；（3）避难所内应根据设计的最多避难人数配备足够数量的隔离式自救器。,5自救措施,压风自救系统的要求是：1、系统安设在井下压缩空气管路上；2、压风自救系统应设置在距采掘工作面2540m的巷道内、放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道有人作业处。长距离的掘进巷道中，应根据实际情况增加设置。3、每组压风自救系统一般可供58个人用，压缩空气供给量，每人不得少于0.3m3min。,突出矿井每一入井人员，必须随身携带隔离式(压缩氧和化学氧)自救器。,9.6瓦斯抽采,9.6.1概述利用钻孔、钻井或其它设施向煤层、围岩、采空区等瓦斯积聚区抽取瓦斯，加以利用或排放至总回风流中.1、抽放目的使井下各处风流中（进风、回风、上隅角、尾巷）的瓦斯浓度不超限，确保矿井安全；变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层；开发利用瓦斯资源，变害为利；保护环境，减少温室效应；CH4是造成温室效应的主要气体之一，每摩尔CH4引起气候变化的作用是每摩尔CO2的26倍，据测算，大气中CH4浓度每增加110-6，地球表面温度增加1。降低矿井通风费用，节约成本。2、抽放概况,1637年:宋应星所著天工开物记载“利用竹管引排煤中瓦斯”的方法。,中国古代煤窑瓦斯引排方法,2007年中国煤矿抽采瓦斯矿井数量分布图,全国抽采瓦斯矿井数量,1、贵州省122个2、山西省122个3、河南省44个4、辽宁省21个5、重庆市21个6、四川省20个7、安徽省19个8、黑龙江省15个9、河北省12个10、江西省8个11、宁夏6个,2007年全国煤矿抽采瓦斯量比例图,阳泉、晋城、淮南、淮北、松藻、盘江、水城、抚顺等10余个矿区年抽采量超1亿m3,19652006中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况,1965,2006,1995,1985,150,600,3000,328,2001年以来煤矿瓦斯抽采和利用情况,矿井建立瓦斯抽采系统条件瓦斯抽放的技术文件AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范,5煤层瓦斯抽放难易程度评价矿井瓦斯抽放管理规范根据煤层透气性系数和钻孔流量衰减系数，将未卸压原始煤层的抽放难易程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。,9.6.2抽采瓦斯的技术、方法及其原理,89,1采前预抽煤层瓦斯,90,3地面钻孔预抽地面钻孔瓦斯抽放技术与石油天然气开发基本相同，主要采用如图所示方式抽取煤层瓦斯。通常经过钻井、完井、固井、煤层强化处理、排水、抽气和气水分离等工艺过程。,92,93,2开采层抽放瓦斯方法,94,95,3邻近层抽放瓦斯方法,96,97,98,99,100,101,4采空区瓦斯抽放,地面钻孔抽放,102,9.7瓦斯爆炸及其预防9.7.1瓦斯爆炸过程及其危害1瓦斯爆炸的化学反应过程化学反应式为：如果井下空气O2不足，反应的最终式为：2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。,103,3瓦斯爆炸的危害,9.7.2煤矿瓦斯爆炸1、瓦斯爆炸条件、CH4浓度处于爆炸范围内（正常条件515%）;、氧浓度超过失爆氧浓度（在CO2惰化下，12%，在N2惰化下，9%）；、引火源的能量大于最小点火能量（0.28mJ）、温度高于最低点火温度（595）且高温热源存在时间大于瓦斯引火感应期。注：一般矿井中，O212%，只要瓦斯积聚和火源两因素同时具备，即会发生瓦斯爆炸。2、瓦斯积聚-体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%的现象。易于积聚瓦斯地点：采煤工作面：工作面上隅角、采煤机附近、刮板运输机机头、放煤口等。掘进工作面：掘进面端头、微风区。其它：排放瓦斯下风侧巷道、密闭附近、高冒区、瓦斯喷出孔附近、煤仓、盲巷、通风不畅的硐室、低风速巷道的顶板附近等。,105,3瓦斯爆炸的主要影响因素,106,9.7.3瓦斯爆炸发生原因,107,1引起瓦斯积聚的主要因素,108,2引起瓦斯爆炸的火源,109,9.7.4防治瓦斯爆炸措施,七、预防瓦斯爆炸技术措施从瓦斯爆炸的基本因素出发，主要有以下三个方面：1、防止瓦斯积聚的技术措施2、防止点火源出现的技术措施3、防止瓦斯爆炸事故扩大的技术措施1、防止瓦斯积聚的技术措施A、搞好矿井通风工作做到系统可靠、风流稳定、风量充足、风速适当；没有循环风、扩散风、不合理的串联风；掘进面局扇要求双风机、双电源并自动切换，或者“三专”供电；采煤面选择合理通风方式，减少向采空区漏风；通风设施定期检查，及时维修；根据采掘作业要求及时调风等。,B及时安全的处理局部积聚瓦斯是矿井日常瓦斯管理工作的重要内容，也是预防瓦斯爆炸事故、保证安全生产的关键工作。治理方式a避免出现任何形式的盲巷，长期不用的巷道必须及时封闭。b处理采煤工作面回风隅角瓦斯积聚的方法主要有:风障引流、移动泵站采空区抽放、尾巷排放、增加风量、密实工作面上下隅角以减少向采空区漏风等，也可改变工作面的通风方式来消除瓦斯积聚的现象。c处理掘进工作面或独头巷道的局部瓦斯积聚。处理方法有：局部风机直接排放、风筒增阻排放法、逐段通风排放法、钻孔排放法、调风装置排放法d处理巷道冒落空洞或裂隙发育、涌出率较大的地点。处理方法主要有充填法、引风法、钻孔抽放法以及用黄泥抹缝等。e防止刮板输送机底槽瓦斯积聚。要保持底槽畅通并经常运转，或用压风排除底槽积聚的瓦斯。,挂风障处理回风隅角的瓦斯积聚尾巷排放法处理回风隅角瓦斯积聚,风筒导风法处理回风隅角积聚的瓦斯1水管；2导风筒；3水力引射器；4风幛,移动泵站排放采空区瓦斯,充填法处理冒落空洞的瓦斯积聚挡风板引风处理冒落空洞中的瓦斯1挡风板；2坑木；3风筒,风筒分支法排放瓦斯钻孔抽放裂隙带的瓦斯,C、加强瓦斯的检查和监测井下瓦斯状况的检查和监测是我们发现事故隐患的眼睛，也是判断和预测井下瓦斯状况，采取防范和处理措施的依据。每个矿井都必须建立井下瓦斯检查、监测制度，并配足相关人员，采掘段队长等必须携带便携式甲烷检测仪；瓦斯检查工必须携带光学甲烷检测仪，安全监测工也必须带以上检测仪器。检查地点：所有采掘工作面、硐室，使用中的机电设备的设置地点，有人员作业的地点都应纳入检查的范围。检查次数、瓦检员人数：低瓦斯矿井每班至少2次；高瓦斯矿井每班至少3次；每个采掘工作面必须有1个专职瓦检员一炮三检检