煤矿瓦斯防治

1、第五章煤矿”一通三防”安全管理,注册安全工程师：郭永清 电话第二节 矿井瓦斯灾害防治,一、瓦斯基础知识 广义：由煤层涌出的有毒有害气体 狭义：甲烷 （一）煤层瓦斯的赋存状态 游离状态（占1020%）、吸附状态（占8090%）互相转化的，吸附瓦斯变为游离瓦斯的现象称为解析现象。,（二）煤层瓦斯含量及瓦斯压力 煤层瓦斯含量及其影响因素 煤的变质程度： 煤层露头 煤层的赋存深度 围岩性质 地质构造 煤层倾角 水文地质,（三）瓦斯的涌出 瓦斯涌出形式 （1）普通涌出。瓦斯的涌出是指受采动影响的煤层、岩层，以及采落的煤、矸石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象。 （2）特殊涌出是指在

2、时间上突然，在空间上集中、大量的瓦斯涌出，包括喷出和突出。,瓦斯喷出。是指在开采过程中，从煤或岩体裂隙、孔洞、或炮眼中大量承压瓦斯异常涌出的现象。 瓦斯突出。在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘工作面抛出的异常的动力现象。 2、瓦斯涌出量 绝对涌出量，是指矿井在单位时间内从煤层以及采落的煤（岩）涌入矿井风中的气体总量 QCH4=QC,相对瓦斯涌出量 是指矿井在正常生产条件下，一昼夜时间内平均每产1t煤排出的瓦斯量 qCH4= 1440*QCH4 /Td,（四）矿井瓦斯等级鉴定 矿井瓦斯等级,低瓦斯矿井 同时满足以下条件的矿井为瓦斯矿井： 矿井相对瓦斯涌出量小于

3、或等于10m3/t 矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min； 矿井各掘进工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于3m3/min； 矿井各采煤工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于5m3/min；,高瓦斯矿井 满足下列条件之一的矿井为高瓦斯矿井： 矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t； 矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min； 矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min； 矿井任一采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min；,突出矿井 满足下列条件之一的矿井为突出矿井： 发生过煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的； 经鉴定具有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的； 依照有关规定按突出矿井管理，在规定期

4、限内未进行突出鉴定的。,相关规定 瓦斯矿井每两年进行一次瓦斯等级坚定。高瓦斯和突出矿井不再进行周期性瓦斯 等级鉴定，但应每年测定和计算矿井、采区、 工作面瓦斯涌出量。经鉴定或认定为突出矿井的不得改定为瓦斯或高瓦斯矿井 新建矿井在可行性研究阶段，对矿井内采掘工程可能揭露的所有平均厚度在0.3m以上的煤层进行防突危险性评估。,瓦斯矿井出现下列情况之一的，应在6个月内完成瓦斯等级鉴定工作： 新建矿井建设完成的； 矿井核定生产能力提高的 改扩建矿井改扩建完成的； 开采新水平或新煤层的； 资源整合矿井整合完成的。 瓦斯矿井生产过程中出现高瓦斯矿井情形之一的，煤矿企业应当立即认定为 高瓦斯矿井，并报省煤炭

5、部门批准变更为矿井瓦斯等级,非突出矿井或突出矿井非突出煤层出现下列情况之一的，该煤层应当立即按照突出煤层管理 采掘过程中出现瓦斯动力现象的； 相邻矿井开采的同一层煤发生突出的； 煤层瓦斯压力达到0.74MPa以上的。,矿井有按照突出管理的煤层，可以直接申请省级煤炭行业管理部门批准认定突出矿井；不直接申请认定的，应当在确定煤层按照突出管理之日起半年内完成该煤层的突出危险性鉴定。 矿井发生生产安全事故，经过事故调查分析确定为突出事故的，应当直接认定该煤层为突出煤层、该矿井为突出矿井,二、煤与瓦斯突出防治 煤矿在采掘过程中，在地应力和瓦斯(含二氧化碳)的共同作用下，破碎的煤(岩)和瓦斯由煤(岩)体内

6、突然向采掘空间抛出的异常动力现象，叫做煤与瓦斯突出。,煤与瓦斯突出的分类 按动力现象的力学特征，分：突出、压出和倾出。 按突出强度可分： (1)小型突出：突出的煤(岩)数量小于100 t。 (2)中型突出：突出的煤(岩)数量为100500 t (3)大型突出：突出的煤(岩)数量为5001 000 t (4)特大型突出：突出的煤(岩)数量大于1 000 t,突出：发生突出的主要因素是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主、瓦斯压力为辅。实现突出的基本能量是煤体内积蓄的高瓦斯能量。 基本特征： (1)突出的固体物具有气体搬运的特征。突出的煤有明显的分选性，由外向突出点的煤的颗粒度从粉末状到煤

7、块逐渐增加；煤(岩)被高瓦斯气流运至远处，随巷道而拐弯。（2）突出的固体物具有被高压气体粉碎的特征。大量的极细的煤炭粉末是突出时煤炭被高压瓦斯膨胀粉碎的结果，有时突出固体物被捣固压实，需要人员用风镐或手镐来清理。(3)突出时大量的瓦斯(有的煤矿是二氧化碳)喷出，有瓦斯逆流现象。突出强度越大，瓦斯逆流越远，100 t以下的突出一般为几十米；1000t以下的大型突出的瓦斯逆流达几百米，甚至达千米；超过1000t的特大型突出的瓦斯逆流可达千米至数千米以上，能严重破坏矿井通风系统。,压出并涌出大量瓦斯，发生与实现煤压出的主要因素是煤层受采动影响所产生的地应力，瓦斯压力和煤的自重力是次要因素。基本特征是

8、：(1)压出的固体物按弹性能释放的方向堆积，即压出的煤炭堆积在原来的位置，或在煤的自重力的参与下稍有偏移；煤炭堆积坡度一般小于自然安息角。(2)压出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章；有时煤整体位移，向外鼓出。(3)压出时往往出现楔形、缝形或袋形等形状的孔洞，口大肚小，外宽内窄，深度一般为几米，多数压出看不到孔洞。 (4)压出时有大量的瓦斯(二氧化碳)涌出，有时从煤层或岩石的裂缝喷出瓦斯(二氧化碳)，一般没有瓦斯逆流现象。(5)发生压出时的瓦斯(二氧化碳)压力可推走设备和折断支架。,倾出的主要因素是地应力，即结构松软、富含瓦斯、内聚力小的煤(岩)，在较高的地应力的作用下，突然被破坏，失去平衡，为其

9、能量的释放创造了条件。实现突然倾出的主要动力是失稳煤体的自重力。倾出基本特征：并涌出大量瓦斯。(1)倾出的煤按重力方向堆积，即煤堆积在原来的位置的下方。煤堆积的坡度等于自然安息角。(2)倾出的煤为大小不同的碎块，杂乱无章。 (3)倾出一般都有规则的孔洞，一般为舌形、梨形或袋形等口大内小的形状；洞的深度一般为几米到数十米。 (4)倾出时有大量瓦斯(二氧化碳)涌出，但一般没有逆流现象。,规程对采掘工作面防突的规定 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。突出矿井及突出煤层的确定，由煤矿企业提出报告，经国家煤矿安全监察局授

10、权单位鉴定，报省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理的部门审批，并报省级煤矿安全监察机构备案。（176）,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、安全防护措施等综合防治突出措施。（177） 开采突出煤层时，每个采掘工作面的专职瓦斯检查工必须随时检查瓦斯，掌握突出预兆。当发现有突出预兆时，瓦斯检查工有权停止工作面作业，并协助班组长立即组织人员按避灾路线撤出、报告矿调度室。（182）,有突出危险的采掘工作面爆破落煤前，所有不装药的眼、孔都应用不燃性材料充填，充填深度应不小于爆破孔深度的1.5倍。（184） 井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，必须采取震

11、动爆破、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。 （209）突出矿井的入井人员必须携带隔离式自救器。,煤与瓦斯突出 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”综合防治突出措施。 突出矿井必须对突出煤层进行区域突出危险性预测（简称区域预测）和工作面突出危险性预测（简称工作面预测）。 突出煤层经区域预测可划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。采掘工作面经工作面预测可划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。 （186）,区域性防治突出措施：对于有突出危险煤层，应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施。

12、局部防治突出措施：钻孔排放，松动爆破、水力疏松等。 防突措施效果检验：在突出危险区内进行采掘作业时，必须采取综合防治突出措施。当预测为突出危险工作面时，应采取防治突出措施，只有经措施效果检验证实措施有效后，方可在采取安全防护措施的情况下进行采掘作业。,石门(井筒)揭煤的其他防突措施 在石门揭煤和其他揭煤防突措施中,除瓦斯抽放外,还有水力冲孔、排放钻孔、水力冲刷、金属骨架等。,水力冲孔。采用水力冲孔措施进行揭煤 排放钻孔。在石门掘至离煤层垂直距58m处，沿倾斜走向均匀地布置23圈孔，形成足够的卸压和排放瓦斯范围 水力冲刷。利用高压水枪冲刷石门工作面前方煤体，形成超前孔洞，存在作业地点不安全环境

13、金属骨架，用于石门揭煤的一种超前支护,突出矿井的安全管理 编制防突的专项设计 通过突出区域预测，对突出煤层进行分区管理。 加强地质预测工作，为突出预测提供可靠的技术资料。 积累突出资料，掌握突出规律。 应有可靠的通风系统,正确布置巷道。突出矿井的巷道布置，应符合下列要求 主要巷道布置在岩层或非突出煤层中； 减少井巷揭穿突出煤层的次数； 井巷揭穿突出煤层的地点应当合理避开地质构造破坏带； 突出煤层的巷道优先布置在被保护区域或其他卸压区域，在突出煤层掘进工程量尽量要少。,开采保护层的采区，应充分利用保护层的保护范围 应尽量避开本煤层或邻近煤层工作面的应力集中带 同一煤层的同一个阶段，在应力集中影响

14、范围内不得布置两个工作面相向采煤或掘进。 设置防突出措施的专门机构 进行防治突出措施的安全培训 加强瓦斯检测,三、瓦斯抽采 瓦斯抽采基本要求 必须先抽后采 坚持“应抽尽抽，多措并举，抽、掘、采平衡”原则 落实主体，抽采达标 有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采，并实现抽采达标,开采有煤与瓦斯突出危险的煤层。 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min。 矿井绝对瓦斯涌大于或等于40m3/min； 年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min； 年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min； 年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/m

15、in； 年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。,2、瓦斯抽采基本方法 瓦斯抽采基本方法： 本煤层瓦斯抽放 邻近煤层瓦斯抽放 空区瓦斯抽放 围岩瓦斯抽放 综合抽风瓦斯、,瓦斯抽采系统 主要由管道、瓦斯泵、流量计、安全装置等组成。,四、瓦斯管理 瓦斯爆炸的条件 必须具备3个基本条件 瓦斯爆炸界限一般为5%16%，有专家提出在井下环境爆炸下限为4%，当煤尘含量为8g/m3时瓦斯的爆炸下限降低到2.5%，如在自燃发火区内爆炸下限还要下降，在高温区（900度以上）瓦斯浓度2%也会爆炸；引火温度一般认为是650750；当氧气浓度降到12%时，瓦斯失去爆炸性。,瓦斯爆炸的预防 防止瓦斯积聚

16、；防止引燃火源；防止灾害扩大。 防止瓦斯积聚的措施 加强通风 及时处理局部积存瓦斯 抽放瓦斯 加强检查,防止瓦斯燃烧的措施 井下引火源：电火花、爆破火花、撞击摩擦火花、明火。 规程规定： 采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0时，必须停止用电钻打眼； 采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。,采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。 瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到

17、1.0%以下时，方可通电开动 采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。 矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理 爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0时，严禁爆破。,某矿为瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为5.4m3/吨，在巷道采用炮掘，一次爆破落煤量为1.8吨，掘进通风量为300m3/min，假如煤体爆破瞬间瓦斯释放量占瓦斯含量的50%，如果爆破前瓦斯浓度为0.85%。爆破后爆破地点瞬间的瓦斯浓度为2.47%，如果爆破前瓦斯浓度为1.1%时，爆破后爆破地点

18、瞬间的瓦斯浓度为2.66%。在爆破时会产生大量煤尘，瓦斯浓度高于2.5%以上，如果遇到火源就有爆炸可能性。这就是爆破前为什么，要洒水；用水炮泥；瓦斯浓度达到1%时禁止装药爆破的原因之一。,防止瓦斯灾害事故扩大的措施 通风系统力求简单； 定期进行反风试验 力创区域性反风 保证防暴门可靠 减少串联通风 隔爆系统可靠 爆炸后能迅速恢复主扇通风 自救和压风系统可靠 避灾系统可靠,瓦斯积聚的处理 有关规定 瓦斯积聚安全处理 排放原则 排放盲巷积聚瓦斯方法 封闭巷道积聚瓦斯排放 顶板冒落空洞积聚瓦斯处理 回采工作面上隅角瓦斯积聚的预防和处理 其他瓦斯积聚的处理。,五、煤矿瓦斯防治能力评估 瓦斯防治能力评估的意义 对高瓦斯和突出矿井管理者的从业经历、企业的管理制度、技术装备、机构人员资金保障等进行的综合评价。 评估目的 评估对象 评估内容 评估实施,某矿“4.8”瓦斯事故 2012年4月8日零点25分某矿发生一起瓦斯事故，造成1人死亡，5人受伤。 施工队对采面顶煤超前深孔预裂爆破时引发瓦斯爆炸。,直接原因