矿井通风与安全9.ppt

第九章矿井瓦斯,本章主要内容1、瓦斯概念2、煤层瓦斯赋存与含量3、矿井瓦斯涌出4、瓦斯喷出与突出5、瓦斯爆炸与预防6、瓦斯抽放,第九章矿井瓦斯,第一节概述矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。危害爆炸，突出，人员窒息、环境污染。作用能源、化工原料。第二节煤层瓦斯赋存与含量一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。,（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态游离状态吸附状态吸着状态吸收状态,二、煤层中瓦斯垂直分带形成原因当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。四带CO2-N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,瓦斯风化带下界深度确定依据可以根据下列指标中的任何一项确定。（1）煤层的相对瓦斯涌出量等于2～3m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80（体积比）；（3）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处长焰煤1.0～1.5m3/t（C.M.），气煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.0～2.5m3/tC.M，瘦煤2.5～3.0m3/tC.M.，贫煤3.0～4.0m3/tC.M.，无烟煤5.0～7.0m3/tC.M.（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）三影响煤层瓦斯含量的因素煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位为m3/m3cm3/cm3或m3/tcm3/g。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。,主要影响因素1、煤的吸附特性煤的吸附性能决定于煤化程度，一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。2、.煤层露头3、煤层的埋藏深度---深，瓦斯大4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性5、煤层倾角----大，瓦斯小，小，瓦斯大6、地质构造----封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小7、水文地质条件----水流，带走瓦斯四、煤层内的瓦斯压力瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。瓦斯压力测定打钻、封孔、测压,瓦斯带内瓦斯压力变化规律末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。瓦斯压力梯度或式中P预测的甲烷带内深Hm处的瓦斯压力，MPagp瓦斯压力梯度，MPa/mP1，P2甲烷带内深度为H1、H2m处的瓦斯压力，MPa。P0--甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa。H0---甲烷带上部边界深度，m。,第三节矿井瓦斯涌出普通涌出特殊涌出一、瓦斯涌出量1、含义矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量2、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量--单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min相对瓦斯涌出量--平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。二、影响瓦斯涌出的因素决定于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，2、地面大气压变化。,（二）开采技术因素1、开采规模产量与瓦斯涌出量的关系复杂2、开采顺序与回采方法---先开采，大；回采率低，大；顶板管理3、生产工艺-初期大，呈指数下降4、风量变化---单一煤层，随风量减而增，煤层群5、采区通风系统6、采空区的密闭质量三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式.按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；.按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础；.按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础,四、瓦斯涌出不均系数正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为kgQmax/Qa式中kg－给定时间内瓦斯涌出不均系数；Qmax－该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa－该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；方法确定区域，进回风量、瓦斯浓度五、矿井瓦斯等级1.矿井瓦斯等级划分依据按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式，划分为低瓦斯矿井10m3及其以下；高瓦斯矿井10m3以上；煤与瓦斯突出矿井。,2、矿井瓦斯等级鉴定（1）鉴定时间和基本条件矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。（2）测点选择和测定内容及要求。（3）矿井瓦斯等级的确定。六、矿井瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量的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的工作。瓦斯涌出量的预测的方法（1）统计法A、瓦斯涌出量梯度深度与相对涌出量的比值B、物理含义C、计算（2）计算法以煤层瓦斯含量为基础进行计算。,第四节瓦斯喷出瓦斯喷出大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。一、瓦斯喷出的分类根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成地质来源形成的和采掘卸压形成的两大类。二、瓦斯喷出的预防预防瓦斯喷出，首先要加强地质工作，查清楚施工地区的地质构造、断层、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯储量和压力等情况，采取相应的预防或处理措施。分为1、当瓦斯喷出量和压力不大时，黄泥或水泥沙浆等充填材料堵塞喷出口；2、当瓦斯喷出量和压力较大时，可能的喷出地点附近打前探钻孔，探测、排放。,前探钻孔的要求110m外，打钻75mm，3个2边掘边打超前钻，超前5m，不少3个孔；3裂隙、溶洞、破坏带打超前钻,75mm,2个，超5m,第五节煤与瓦斯突出及其预防一、概述含义在极短时间内，从煤岩内以极快速度向采掘空间涌出煤岩和瓦斯。危害二、突出的机理突出的机理是关于解释突出的原因和过程的理论。突出是十分复杂的自然现象，它的机理还没有统一的见解，假说很多。多数人认为，突出是地压、瓦斯、煤的力学性质和重力综合作用的结果。三、突出的一般规律1、突出多发生在一定的采深以后；2、突出多发生在地质构造带、应力集中区；3、突出的强度和次数，与煤层厚度、倾角、硬度、透气性等有关；4、突出与瓦斯关系，瓦斯压力小含量低，可能发生突出。4、突出大多发生在落煤、放炮工序5、突出前有预兆,四、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施防突措施分类区域性防突措施实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施，称为区域性防突措施；局部防突措施实施以后可使局部区域如掘进工作面消除突出危险性的措施称为局部防突措施。一、区域性防突措施区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。1、开采保护层保护层在突出矿井中，预先开采的、并能使其它相邻的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。1、开采保护层的作用1地压减少，弹性潜能缓慢释放；2煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加；3煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加,2.保护范围保护范围指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围。（1）垂直保护距离保护层与被保护层间的有效垂距上急3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。抽放瓦斯的方法按瓦斯的来源分三类；开采煤层、邻近层、采空区抽放按抽放的机理分为两类；未卸压和卸压抽放按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放贯彻“先抽后采，监测监控，以风定产”十二字方针,二、开采煤层的瓦斯抽放开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。1、未卸压的钻孔抽放本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。钻孔参数钻孔方向我国多为上向孔；孔间距3050m抽放负压孔口负压不超过14kPa钻孔直径70100mm2、卸压的钻孔抽放,2、卸压的钻孔抽放,1）、随掘随抽2）、随采随抽顶板走向钻孔，顶板巷道,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、人工增加煤层透气系数的措施1）、水力压裂；2）、水力割缝；3）、深孔爆破4）、酸性处理；5）、交叉钻孔。,三、邻近层的瓦斯抽放邻近层含义为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带冒落带、裂隙带和变形带，在其底板则形成卸压带。λ增大。注意问题参数钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；孔径和抽放负压,,四、采空区抽放采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭式抽放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道如鸡西矿务局城子河煤矿，在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个采煤工作面如松藻矿务局打通二矿，或一两个采区的局部范围如天府矿务局磨心坡煤矿，也可以是一个水平结束后的大范围抽放如中梁山矿务局。五、围岩瓦斯抽放煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放如广旺矿务局唐家河煤矿。,六、瓦斯抽放设备,抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检测仪表。钻机根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100～120mm，插入直径70～80mm的钢管。封孔用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时2～3m，围岩松软时6～7m，甚至10m左右。其它封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管或抗静电塑料软管、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。,1、抽放瓦斯的管道一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。管道直径D（m）应根据预计的抽出量，用下式计算D[4Qc/60πv]1/29-7-1式中;Qc---管内气体流量，m3/min;v----管内气体流速，m/s;管内瓦斯流速V5m/sV20m/s，一般取V10～15m/s。这样才能使选择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为采区的100mm～150mm，大巷的150mm～300mm，井筒和地面的200mm～400mm。,管道阻力计算管道铺设路线选定后，进行管道总阻力的计算，用来选择瓦斯泵。管道阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样，即选择阻力最大的一路管道，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整个系统的总阻力。摩擦阻力hfPa可用下式计算hf1-0.00446CLQc2/kD5式中L---管道的长度，m;D---管径cm;k---系数见表9-7-3Qc--管内混合气体的流量,m3/h；C---混合气体中的瓦斯浓度。表9-7-3管径cm3.24.05.07.08.010.012.515.0＞15.0k0.050.0510.0530.0560.0580.0630.0680.0710.072局部阻力一般不进行个别计算，而是以管道总摩擦阻力的10％～20％作为局部阻力。管道的总阻力hR-为,2、瓦斯泵常用的瓦斯泵有，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。水环式真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸。适用于抽出量不大，要求抽放负压高矿井。离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大（20～1200m3/min），管道阻力不高（4～5kPa）的抽放情况下。回转式鼓风机的特点是，管道阻力变化时，风机的流量几乎不变，所以供气均匀，效率高。缺点是噪音大，检修复杂。,3、流量计为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和各个钻场内安设测定瓦斯流量的流量计。目前井下一般采用孔板流量计，如图9-7-11所示。孔板两端静压差h可用水柱计测出与流过孔板的气体流量有如下关系式Q9.710-4K{hP/[0.716C1.2931-C]}1/29-7-4式中Q－-温度为20℃，压力为101.3Pa时的混合气体流量，m3/min；h－-孔板两端静压差，Pa；P－-孔板出口端绝对静压，Pa；C－-瓦斯浓度，％；K－-孔板流量系数，K＝KtcSk60m2.5/minC1－-流速收缩系数，取0.65；Kt－-孔板系数加工精度好时取1；Sk－-孔板孔口面积，m2；,4、其它装置1）放水器为了及时放出管道内的积水，以免堵塞管道。在钻孔附近和管路系统中都要安装放水器。最简单的放水器为“Ｕ”形管自动放水器当Ｕ型管内积水超过开口端的管长时，水就自动流出。2）防爆、防回火装置抽放系统正常工作状态遭到破坏，管内瓦斯浓度降低时，遇到火源瓦斯就有可能燃烧或爆炸。为了防止火焰沿管道传播,正常抽放时，瓦斯由进气口进入，经水封器由出口排出。管内发生瓦斯燃烧或爆炸时，火焰被水隔断、熄灭、爆炸波将防爆盖冲破而释放于大气中。防回火网多由4～6层导热性能好而不易生锈的铜网构成，网孔约0.5mm规程规定，利用瓦斯时，抽出瓦斯中的瓦斯浓度不得低于30％；不利用瓦斯时，用干式抽气设备，瓦斯浓度不得低于25％。抽出的瓦斯，可以按其浓度的不同，合理地加以利用浓度为35～40％时，主要用作工业、民用燃料；浓度50％以上的瓦斯可以用作化工原料，如制造炭黑和甲醛。抚顺、阳泉、天府、中梁山和淮南等局矿都已建厂生产。,