矿井瓦斯灾害防治.ppt

目录，第一章矿井瓦斯灾害防治，第二章矿井防尘，第三章矿井防火，预防，第五章煤矿爆破事故预防，第六章煤矿顶板灾害防治，第七章煤矿安全管理技术，第八章矿井救援，第一章矿井瓦斯灾害防治目录，第一节基本概念和理论概述，第二节瓦斯爆炸与防治技术，第三节煤与瓦斯突出与防治技术，第四节矿井瓦斯抽放思考复习题，第一节总结基本概念和理论的主要内容。一、矿井瓦斯的定义和性质。二、矿井瓦斯的成因及分区。第三，煤层瓦斯的赋存状态。第四，矿井瓦斯的排放。第五，瓦斯涌出的影响因素。第六，矿井瓦斯排放源的分析与控制。第七，矿井瓦斯等级。一、矿井瓦斯的定义和性质。首先，矿井瓦斯的定义。广义而言，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中排出的或在生产过程中产生并注入矿井的各种气体。从狭义上讲，矿井瓦斯特指甲烷(CH4)。下面几章讨论的气体概念通常是甲烷。2.矿井瓦斯的性质这种气体无色、无味、无嗅、无毒。气体比空气轻，比重为0.554，因此在煤矿中经常积聚在巷道顶部或迎头山上。气体的扩散率是空气的1.34倍，气体的渗透率是空气的1.6倍。气体微溶于水，不支持燃烧，但在合适的条件下会燃烧和爆炸。矿井瓦斯成因及分区。矿井瓦斯成因矿井瓦斯来自煤层和煤系地层，主要由高等植物的煤化作用形成。成气过程可分为两个阶段：(1)在生物化学成气阶段(泥炭或腐泥阶段)，腐殖有机物沉积在沼泽和三角洲相，甲烷、二氧化碳和水由厌氧微生物(细菌)在低于65的条件下化学降解产生。泥炭的生化过程分为两个阶段：植物中的有机物通过氧化分解和水解转化为简单的化学活性化合物。(2)分解产物相互作用形成新的更稳定的有机化合物。在此期间，埋深不大，覆盖层的胶结和固化程度不够，大部分产生的气体逃逸到大气中。(2)在煤化变质过程中(煤化阶段)，泥炭和腐泥在温度和压力的作用下转化为煤。图1-1-顿巴斯煤田各气层-N2-CO2煤层瓦斯成分变化；二N2；三N2甲烷；四-甲烷，2。煤层气垂直分带根据地下煤层气的组成和含量，煤层气按照赋存深度从上到下分为4个带：N2-CO2带、N2带、N2-CH4带和CH4带(见图1-1-1)。图1-1-2煤中瓦斯赋存状态图1-游离瓦斯；2-冒烟的气体；3-吸收气体；4-煤体；5-间隙，3、煤层瓦斯的赋存状态，1、瓦斯矿井瓦斯在煤和岩石中的赋存状态有两种，即自由状态和吸附状态。自由状态也被称为自由状态。吸附状态可以分为两种形式，即吸附状态和吸收状态。自由气体与吸附气体的关系：两者处于动态平衡状态，即自由气体和吸附气体在一定条件下可以相互转化。各层气体的组成和含量：气体风化带上部深度的测定(以下任一项)煤层相对瓦斯涌出量为2-3 m3/t(2)煤层瓦斯组分中甲烷和重烃的总浓度达到80%。(3)煤层瓦斯压力为0.1兆帕。煤的瓦斯含量达到以下值：长焰煤1.0-1.5立方米/吨，气煤1.5-2.0立方米/吨，肥煤和炼焦煤2.0-2.5立方米/吨，贫煤2.5-3.0立方米/吨，贫煤3.0-4.0立方米/吨，无烟煤5.0-7.0立方米/吨。(1)煤的变质程度越高，瓦斯含量越大；灰分、杂质和水分降低了煤中的气体含量。(2)含煤地层的气体保存条件(1)煤层储存条件(1)煤的吸附特性。煤化程度高，储气能力强。(2)煤层露头。(3)煤层埋深。(2)围岩渗透性致密完整的低渗透岩层具有较高的气碳比(3)煤层地质历史是一个地质活动过程，其主要变化是下降、覆盖层增厚和海相沉积，这将导致瓦斯含量增加。相反，气体含量减少。(4)煤层倾角埋深相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。(5)地质构造等条件，(6)地下水活跃、煤层瓦斯含量小的水文地质条件。(1)地下水带走一些溶解气体；(2)地下水渗流通道也是气体渗流通道；(3)地下水带走了溶解的矿物质，减轻了围岩和煤层的压力，增加了渗透性，造成了气体的损失。3.煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离气体的瓦斯压力，即作用在孔隙壁上的瓦斯压力。煤层瓦斯压力越高，吸附的瓦斯量越大。(1)煤层或围岩的瓦斯涌出有两种形式：(1)普通涌出：瓦斯可以从煤体中长时间连续释放。(2)特殊排放(喷出、突出):时间上突然，空间上集中大量的气体排放。2 .矿井瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中，煤和岩石放出的瓦斯量。(1)Q=QC6024(1-1-1)，其中Q为矿井总回风量，m3/min；c-回风中的平均气体浓度，%。(2)q相=Q绝对n/T(1-1-2)，其中Q绝对-矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d；n-矿井瓦斯鉴定月工作日，d/月；t-矿井瓦斯鉴定月产量，t/月。(1)自然因素(1)煤层及围岩瓦斯含量煤层瓦斯含量越高，开采过程中瓦斯涌出量越大。(气体含量越小，气体排放量越小？(2)地面气压变化一年内夏冬地面气压差为5.3-8千帕，一天之差可达2-2.7千帕。(3)开采深度在气层内。随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增加。5.气体排放的影响因素2。开采技术因素1)开采规模(开采深度、开发开采范围和矿井产量)在瓦斯地带，开采越深越大，瓦斯涌出量越高。2)开采顺序和开采方法先开采的煤层瓦斯涌出量大。采空区煤炭损失量大、回收率低的采煤方法导致矿区瓦斯涌出量大。顶板管理采用综放开采时，瓦斯涌出量大。当采煤工作面受到周期性压力时，瓦斯涌出量增加。3)当生产过程中碎煤时，瓦斯涌出量总是大于其他过程。4)当吸入负压由于空气量的变化而增加时，气体排放增加。5)采区Y型和W型通风系统优于U型通风，工作面瓦斯涌出量较低。6)采空区封闭质量采空区瓦斯浓度可达60%-70%。6.矿井瓦斯排放源分析及源头控制1。三种气源(1)按水平、翼和矿区划分；(成分分布)(2)按掘进区、采区和采区划分；(日常管理)(3)根据矿区、相邻区域划分；(采煤工作面控制)2。气体排放不平衡系数在一段时间内，气体排放的峰值与平均值之比称为气体排放不平衡系数。Kg=Qmax/Qa，3。矿井瓦斯涌出量预测(1)统计法(生产矿井)(2)瓦斯含量法(新矿井)实例：抚顺龙凤矿在不同加权平均开采深度下的相对瓦斯涌出量如下表所示。抚顺龙凤矿500深度瓦斯涌出量为QM=QM1(H1)/GA=33.0(500.0-410.0)/10.9=41.2 m3/t，500深度瓦斯涌出量为41.5m3/t，误差为0.7%。统计预测注意事项：统计方法仅适用于瓦斯带以下1-2级开采的矿井，外推深度不超过100-200米，煤层倾角和瓦斯涌出量的梯度值越小，外推深度越小。(2)累计气体排放数据应至少超过一年。数据越多，精确度越高。开采层的气体地质和开采技术越接近新的设计层，预测的可靠性就越高。，规程规定：在矿井中，只要在煤(岩)层中发现有瓦斯，该矿井就被指定为瓦斯矿井，并按照矿井瓦斯等级工作制度进行管理。矿井瓦斯等级分为：低瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量10m3/t，绝对瓦斯涌出量 40m3/min，根据一吨煤的平均日产量和瓦斯涌出形式；高瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量10m3/t，绝对瓦斯涌出量40 m3/min；煤与瓦斯突出矿井：开采过程中一旦发生煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，突出煤层定义为突出煤层。七、矿井瓦斯等级、第二节瓦斯爆炸及防治技术的主要内容，一、瓦斯爆炸二、防止瓦斯积聚的技术措施三、防止点火源的发生四、加强瓦斯检查和监测五、瓦斯爆炸处理点，统计显示2000-2008年共发生重大瓦斯爆炸事故117起，死亡10人，死亡30人， 37起特大瓦斯爆炸事故，死亡30人，其中7起100人以上发生在低瓦斯地区，具体统计数据见图1-图10。 (1)瓦斯爆炸过程及其危害1。瓦斯爆炸的化学反应过程最终化学反应公式为：CH4 2O2=CO2 2H2O如果煤矿中O2不足，最终反应公式为：CH4 O2=CO H2 H2O2.气体爆炸的产生和传播过程爆炸性混合气体高温火源初始气体爆炸(火焰前沿、高温混合气体、压力冲击)正向冲击波，1。气体爆炸；3.瓦斯爆炸对煤矿瓦斯爆炸的有害因素有：高温、冲击波和有害气体。(1)火焰产生高温前沿传播速度为500-700米/秒，爆轰传播速度为2500米/秒，火焰温度高达2150-2650。(2)形成冲击波冲击波的前压力范围从几个大气压到20个大气压，直到100个大气压。(3)产生大量有害气体氧气：0.6%-10%氮气：82%-88%二氧化碳：4%-8%一氧化碳：2%-4%，1。瓦斯爆炸的基本条件瓦斯浓度在爆炸极限内，一般为5%-16%；(2)混合气体中的氧浓度不低于12%；(3)具有足够能量的点火源必须同时具备上述三个条件。Kowald爆炸三角形，(2)气体爆炸的条件和影响因素，(2)影响气体爆炸发生的因素，(1)影响气体爆炸极限的因素，(1)可燃气体，当几种可燃气体同时存在时，混合气体的爆炸上限和下限：(2)爆炸性煤粉和煤粉在300-400火源下能放出可燃气体，空气中煤粉含量为5g/m3，气体爆炸下限为3%；煤粉含量为8g/m3，瓦斯爆炸下限为2.5%。表1-2-2可燃气体H2、CH4和CO爆炸损失所需的惰性气体，(3)惰性气体(表1-2-2)惰性气体增加可燃气体爆炸的下限和上限。(4)混合气体的初始温度越高，气体爆炸极限越大。当初始温度为20时，瓦斯爆炸极限为6.0%-13.4%。初始温度为700，气体爆炸极限为3.25%-18.75%。(2)影响着火温度的因素(650-750) (1)当气体浓度为7%-8%时，着火温度最低。(2)混合气体压力混合气体压力越高，点火温度越低。混合气体压力为9.8千帕，点火温度为700。压力为274千帕，点火温度为460。火源性质化学火源：明火、煤炭自燃、炮火、导火索等。冲击火源：冲击、摩擦和绝热压缩的高温；电火源：电火花、电弧、静电；高温火源：高温表面(机械设备、皮带摩擦)、热辐射。表1-2-1瓦斯爆炸诱导期火源温度/，瓦斯爆炸诱导期：瓦斯与高温热源接触后，不会立即燃烧或爆炸，而是会经过一个很短的间隔，称为点火延迟，该间隔称为诱导期。(3)矿井瓦斯爆炸原因1。瓦斯积聚瓦斯积聚是指当体积超过0.5m3时，空间内的瓦斯浓度超过2%的现象。积聚的原因有：(1)通风(2)正常生产期间，煤矿井下通风设施随意更换。(3)采煤工作面串联通风。(4)局部通风机的停止可能使掘进工作面很快达到瓦斯爆炸的极限。(5)为恢复已关闭一段时间的封闭区域或工作面的通风，未制定特殊的瓦斯排放措施。(6)采空区和盲巷经常积聚大量高浓度气体。(7)当工作面被推到地质构造异常的区域时，可能会出现异常的瓦斯涌出，导致瓦斯积聚。(8)隧道洞口通风不良，容易形成瓦斯积聚。(9)除上述方面外，小煤矿瓦斯积聚有以下几点：独眼井开采。(2)主风机未安装。(3)用局部通风机代替主通风机。(4)回风立井和提升时，矿井漏风严重，通风机不能发挥作用。(5)矿井停风或掘进工作面停风。井下通风系统混乱，串联通风严重。掘进工作面无局部通风机。没有气体检测和监控系统。没有专门的安全技术人员从事安全管理。(1)地下爆破引起的瓦斯爆炸和燃烧事故呈上升趋势。主要问题如下：使用不符合安全要求的炸药或已超过安全有效期的炸药。(2)填塞炮泥不合格，造成射击火焰存在时间过长。(3)爆破孔布置不合理，阻力极限过低，或放明枪、糊枪等。(4)爆破电路连接不合格，产生电火花。(5)爆破工不合格或使用明电爆破等。(2)电火花引起的瓦斯爆炸与电气设备不合格和人员违章操作有关。(3)摩擦和碰撞火花有时是不可避免的。(4)地下严禁使用明火。(五)其他情形。2、防止瓦斯积聚的技术措施，(一)按规程要求做好通风工作(一)矿井通风必须采用机械通风。(2)所有未封闭的道路必须保持足够的风量和风速，以将气体稀释至规定的极限。(3)采煤工作面必须保持风道畅通，避免形成串联通风。(4)掘进工作面的供气最有可能造成安全问题。(5)高瓦斯矿井必须采用“三专两锁”。(6)全矿井生产与通风相匹配。(2)及时处理局部积聚的气体1。工作面上隅角瓦斯积聚的处理方法如下：1)风加固分散法(1)风障排水法。(2)液压局部通风机的吹散方法。(3)脉动通风技术吹散法(2)无火花设备抽排水法(1)风道喷射导流法。(2)移动式泵站的排水方法。(3)尾门排水法。挡风板排水法，小型液压局部通风机处理1-工作面液压支架上隅角积聚的瓦斯；2-甲烷传感器；3-柔性闸板；4-小型液压风扇5-中央控制处理器；6-液压泵站；7-磁力起动器；8-采煤工作面上隅角的油管、空气和水喷射器的空气类型的布置。煤矿安全规程对该方法的应用提出了以下要求：工作面风量控制必须可靠；(2)专用瓦斯抽放巷道不得进行生产作业和设置电气设备。(3)专用瓦斯抽放隧道内风速不小于0.5m/s；(4)专用瓦斯抽放巷道必须由不燃材料支撑，并应有防止静电、摩擦和冲击火花的安全措施；(5)特殊瓦斯抽放巷道必须贯穿整个工作面推进长度，不得留有盲巷；6.专用废气巷道必须安装甲烷传感器，甲烷传感器应悬挂在专用废气巷道风口1015m处.煤层自燃倾向性不容易自燃。处理刮板输送机底槽瓦斯积聚的方法有几种：(1)派专人清理输送