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第一章 矿井瓦斯灾害防治 复习题 1．什么是矿井瓦斯瓦斯的主要物理及化学性质有哪些 从广义上讲，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产生并涌入到矿井内的各种气体。狭义的讲，矿井瓦斯专指甲烷（CH4）。 瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯在大气压力为101.325KPa，温度为0℃ 的标准状态下，容重为0.716 kg/m3。瓦斯比空气轻，其比重为O.554 ，瓦斯的扩散能力是空气的1.6 倍，且渗透能力很强。瓦斯微溶于水，在20℃ 和101.325KPa时，其溶解度仅3.31％ ,0℃时为5.56％。瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。 2．瓦斯是如何生成的煤内实际含有的瓦斯量是否等于生成量 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的,是与煤炭共生的气体产物。成气过程可分为两个阶段。第一阶段为生物化学成气时期。第二阶段为煤化变质作用时期。 但在漫长的地质年代中，在地质构造（地层的隆起、浸蚀和断裂）的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。所以煤内实际含有的瓦斯量是不等于生成量。 3．瓦斯在煤内存在的形态有哪些相互之问有何关系 矿井瓦斯在煤、岩层中以自由状态和吸附状态存在。自由状态又称游离状态，是指瓦斯以自由气体状态存在于煤、岩层的裂隙或空洞之中。吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。 自由瓦斯和吸附瓦斯的关系二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。我们把由自由瓦斯转化为吸附瓦斯的现象叫做瓦斯的吸附，把吸附瓦斯转化为自由瓦斯的现象叫做瓦斯的解吸。当外界压力增高或温度降低时，一部分自由瓦斯被吸附而转化为吸附瓦斯，当外界压力降低或温度升高时，一部分吸附瓦斯又可解吸为自由瓦斯。 4．煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量有什么关系影响煤层瓦斯含量的因素有哪些 煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，当煤吸附瓦斯的能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤中所含的瓦斯量也就越大。在煤与瓦斯突出的发生、发展过程中，瓦斯压力起着重大作用。 影响煤层瓦斯含量的因素有以下几个方面 （1）煤田地质史。（2）地质构造。（3）煤层的赋存条件。（4）煤层的围岩性质。（5）煤的变质程度。（6）岩浆活动。（7）水文地质条件。 5. 矿井瓦斯涌出形式有哪些矿井的瓦斯涌出量如何表示 瓦斯从煤层或围岩中涌出的形式有两种 （1）普通涌出；（2）特殊涌出。 矿井瓦斯涌出量可用绝对瓦斯涌出量（Q绝QC6024）和相对瓦斯涌出量两个参数来表示（q相 Q绝n/T ）。 6．某采区的月产量为9000t，月工作日为30大，测得该采区的回风量为 480m3／min，瓦斯浓度为0.16％。求该采区的瓦斯涌出量。（答案2.88m3 / min；13.8m3 / t 。） 7．影响瓦斯涌出量的因素有哪此 （1）煤层和围岩的瓦斯含量。（2）开采深度。（3）开采规模。（4）开采顺序与开采方法。（5）地面气压的变化。 8．我国的矿井瓦斯等级是如何划分的 煤矿安全规程规定一个矿井中，只要有一个煤（岩）层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式划分为 低瓦斯矿井10 m3 及其以下； 高瓦斯矿井10 m3以上； 煤与瓦斯突出矿井。 矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。 9．瓦斯爆炸的条件是什么爆炸界限是多少 瓦斯爆炸的发生必须具备3 个基本条件 ① 瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％。② 混合气体中的氧浓度不低于12％。③ 有足够能量的点火源，通常为650℃，最低点燃能量为0.28mJ 。爆炸界限一般为5％～16％。 10.局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，积聚原因主要是什么 瓦斯积聚原因主要是（1）通风系统不合理；（2）正常生产时期，煤矿井下的通风设施被随意改变其状态；（3）采掘工作面的串联通风；（4）局部通风机随意停止运转；（5）对封闭的区域或停工一段时间的工作面恢复通风，未制定专门的排放瓦斯措施；（6）采空区和盲巷中往往积存大量高浓度的瓦斯；（7）当采掘工作面推进到地质构造异常区域时，有可能发生瓦斯异常涌出，造成瓦斯积聚；（8）巷道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。 11．小煤矿的瓦斯积聚的主要特点是什么 小煤矿的瓦斯积聚除第10题几个方面外，还有以下几点① 独眼井开采，没有形成通风系统。② 未安装主要通风机，依靠自然风压进行通风。③ 使用局部通风机代替主要通风机，通风机能力不匹配，井下风量过小。④ 回风井筒兼作提升，矿井漏风严重，通风机不能发挥作用。⑤ 矿井停工停风或掘进工作面停工停风。⑥ 井下通风系统混乱，串联通风严重。⑦ 掘进工作面无局部通风机，或只有一台局部通风机给多个掘进头通风。⑧ 没有瓦斯检查、监测制度或制度很不完善，缺乏相应的瓦斯检查仪器或瓦斯检查仪器仪表超期使用误差太大。⑨ 无专门的安全技术人员从事安全管理工作，或安全技术及管理人员的素质太低等。 12．煤岩与瓦斯突出分类 按照突出物质的不同，突出可分为煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、砂岩和二氧化碳突出，以及煤、岩、二氧化碳和甲烷突出。按照突出动力源的不同，突出又可分为倾出、压出和突出。 13．煤与瓦斯突出的一般规律和预兆有哪些 我国煤与瓦斯突出的一般规律有以下几点 （1）危险性随开采深度及煤层厚度增大而增大。 （2）绝大多数发生在掘进工作面。 （3）引起应力状态突然变化的区域。 （4）主要诱导因素是采掘作业，其次为爆破、风镐、手镐作业。 突出预兆主要有以下几种 ① 声响预兆；② 煤结构变化预兆；③ 地压方面的预兆；④ 瓦斯方面的预兆；⑤ 其他预兆。 14．怎样防止采煤工作面上隅角的瓦斯积聚 回采工作面上隅角的瓦斯积聚处理技术1、增风吹散法（1）风障引流法。（2）液压局部通风机吹散法。（3）脉动通风技术吹散法。2、无火花设备抽排法（1）风筒引射导风法。（2）移动泵站抽放法。3、尾巷排放法。 15．如何处理机械化采煤工作面瓦斯积聚 （1）加大工作面的进风量。 （3）降低瓦斯涌出的不均匀性。（4）抽放瓦斯和煤壁注水。（5）采煤机附近局部瓦斯积聚，可在采煤机的切割部或牵引部安装小型局扇或水力引射器，吹散积存的瓦斯。 16．如何处理顶板冒落空洞内积存瓦斯处理 顶板冒落空洞内积聚瓦斯处理的方法通常有以下几种 （1）隔离法；（2）引风吹散法①导风板引风吹散法；②风筒分支吹散法；③压风管分支吹散法。 17．如何处理掘进工作面局部积聚的瓦斯 （1）对于瓦斯涌出量大的掘进工作面尽量使用双巷掘进，每隔一定距离开掘联络巷，构成全负压通风，以保证工作面的供风量。 （2）盲巷部分要安设局部通风机供风，使掘进排除的瓦斯直接流入回风道中。 （3）掘进工作面及其巷道中很容易出现冒落空洞或裂隙发育带，对于这些地点积聚的瓦斯应使用上述有关方法予以及时处理。 18．规程关于井下各处允许的瓦斯浓度值分别是多少超限时的处理措施有哪些 规程对井下各处允许瓦斯浓度的限值及超限时应采取的措施，都作了明确的规定，详见下表 井下各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施 地 点 允许瓦斯浓度（） 超过允许浓度时必须采取的措施 矿井总回风或一翼回风巷 ≤0.75 矿总工程师立即调查原因、进行处理并报告局总工程师 采区回风巷、采掘工作面回风流 ≤1 停止作业，由矿总工程师负责采取有效措施进行处理 采掘工作面风流中 ＜1 停止电钻打眼，采取措施 ＜1.5 停止工作、切断电源，进行处理 采掘工作面个别地点 ＜2 立即进行处理，附近20m 内停止进行其他工作 使用机械采煤或掘进的工作面 局部积聚＜2 附近20m 内必须停止机器运转，并切断电源进行处理，只有瓦斯浓度降到1 ％以下时，才允许开动机器 放炮地点附近20m 以内风流中 ＜1 禁止放炮 电动机附近20m 以内的风流中 ＜1.5 必须停止设备运转、切断电源进行处理，只有在瓦斯浓度降到1 ％以下，才允许开动机器 19．规程关于矿井瓦斯检查的制度要求有哪些 规程规定每个矿井都必须建立井下瓦斯检查制度，设立相应的瓦斯检查和通风管理机构。 矿井瓦斯检查的主要地点有所有采掘工作面、硐室、使用中的机械电气设备的设置地点、有人员作业的地点、瓦斯可能超限或积聚的地点等。其检查要求如下 l）采掘工作面的瓦斯浓度检查次数① 低瓦斯矿井每班至少检查两次，高瓦斯矿井每班至少检查3 次。② 有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量较大、变化异常的采掘工作面，都必须有专人经常检查瓦斯，并安设甲烷断电仪。 2）采掘工作面CO2浓度应每班至少检查两次；有煤（岩）与CO2突出危险的采掘工作面，CO2 涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查CO2浓度。本班未进行工作的采掘工作面，瓦斯和CO2应每班至少检查一次；可能涌出或积聚瓦斯或CO2的硐室和巷道的瓦斯或CO2应每班至少检查一次。 3）在有自燃发火危险的矿井，必须定期检查CO 浓度、气体温度等的变化情况。 4）井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查一次，挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查一次。 5）在爆破过程中，严格执行“一炮三检制”，爆破工、班（组）长、瓦斯检查员每次检测瓦斯的结果都要互相核对，并且每次都以3 人中检测所得最大瓦斯浓度值作为检测结果和处理依据。 6）其他作业地点或应该检查瓦斯和CO2地点，瓦斯和CO2检查次数由矿总工程师决定，但每班至少检查一次。 7）瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。瓦斯浓度超过 煤矿安全规程的规定时，瓦斯检查员有权责令现场工作人员停止工作，并撤到安全地点，并向有关人员汇报。瓦斯检查员应由责任心强，经过专业培训并考试合格的人员担任。严禁瓦斯检查空班、漏检、假报等，一经发现，严肃处理。 8）通风安全管理部门的值班人员，必须审阅瓦斯检查班报表，掌握瓦斯变化情况，发现问题及时处理，并向矿调度室汇报。通风、瓦斯日报表必须报矿长、总工程师审阅；一矿多井的矿必须同时送井长、井技术负责人审阅。对重大的通风、瓦斯问题，通风部门应制定措施，报矿总工程师批准，进行处理。 20．通风或瓦斯涌出异常时期应特别注意哪些事项 （1）煤与瓦斯突出造成短时间内涌出的大量瓦斯，易形成高瓦斯区。此时，必须杜绝一切可能产生的火源；切断该区域的供电、撤出人员，并对灾区实行警戒，然后制定专门措施处理积聚的瓦斯。 （2）抽放瓦斯系统停止工作时，必须及时采取增加供风、加强监测直至停产撤人的措施，防止瓦斯事故的发生。 （3）排除积存瓦斯时可能会造成局部区域的瓦斯超限，必须制定排放方案和保安措施，以保证排放工作的顺利进行。 （4）地面大气压力的急剧下降也会造成井下瓦斯涌出异常，必须加强监测，并有相应的防护措施。 （5）在工作面接近采空区边界或老顶来压时，会使涌入工作面的瓦斯突然增加，应加强对这一特殊时期瓦斯的监测，总结规律，并做到心中有数。 （6）采煤工作面大面积落煤也会造成大量的瓦斯涌出，应适当限制一次放炮的落煤量和采煤机连续工作的时间。 21．煤与瓦斯突出四位一体防治体系的主要内容是什么 （1）突出危险性预测。（2）防治突出措施。（3）防治突出措施的效果检验。（4）安全防护措施。 22．什么是开采保护层开采保护层的作用是什么怎样划定保护范围 在突出矿井中，预先开采的、并能使其他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，后开采的煤层称为被保护层。 开采保护层的作用是l地压减少，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。3煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。 划定保护范围 1垂直保护距离 保护层与被保护层之间的有效垂距应符合表1-4-1所列数值。 表1-4-1 保护层与被保护层间的有效垂距 名 称 上保护层/m 下保护层/m 急 倾 斜 煤 层 缓倾斜与倾斜煤层 60 50 80 100 2沿倾向的保护范围 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。一般矿井的开采顺序都是由浅到深，上水平（上阶段）回采后，对被保护层的下水平（下阶段）能起到卸压作用，所以沿倾向的上部边界可不划定。如果煤层倾角平缓，沿倾斜的保护范围可能错开1～2小阶段，这时应将上下边界都划出。水平或阶段间留有煤柱时，必须划定该煤柱沿倾向的影响范围。 3沿走向的保护范围 A．保护层回采工作面与被保护层采、掘工作面之间的超前距。规程规定，保护层的回采工作面，必须超前于被保护层的掘进工作面，其超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两倍，至少不小于30m。以便被保护层能充分卸压和排出瓦斯。随着层间距的增大，由于岩层移动减小，透气系数增加不多，或由于采深的增加，地压和瓦斯压力都增大，保护层采动后，排瓦斯时间也将增长，这个超前距就应该大些。天府矿务局上保护层与危险层的层间距为80m时超前距定为层间距的3倍；当上保护层与危险层的间距为24m时，在采深400m时，超前距为2倍，采深500m时，增至2.5～3倍。 B．保护层回采工作面始采线两侧的保护范围，必须按实际考察结果确定。我国现场多用冒落角φ3来确定，如图1-4-4 所示。南桐矿务局取为62～65，北票矿务局取为80。 4煤柱的影响 保护层开采后，在采空区上、下形成了卸压区，在其附近的煤柱（未采区）则产生了集中应力区。在集中应力区内，增加了突出危险性，对此要有充分的认识。统计资料表明，开采保护层后，被保护层内的突出，大多数发生于保护层煤柱的应力集中影响区内。如天府矿务局开采上保护层7 号煤层时，曾因煤层变薄不可采而留下煤柱，结果在煤柱下方的9号层内多次发生突出。因此，决心采石头也不留煤柱，才杜绝了这种情况下的突出事故。 23．大面积预抽煤层瓦斯的作用是什么有哪些方式 采用大面积预抽煤层瓦斯作用是主要是通过加密钻孔预抽，使其周围煤体的瓦斯得到排放，瓦斯压力降低，瓦斯含量减少，释放了瓦斯潜能。随着瓦斯的不断排出，煤体发生收缩变形，透气性大幅度增高，又导致钻孔抽放影响范围的扩大和抽放瓦斯效果的进一步提高，同时煤的机械强度也相应增高，提高了煤体的抗破坏能力。 目前，预抽煤层瓦斯常采用穿层钻孔和顺层钻孔两种方式，分别适用于不同的煤层条件。 24．局部防突措施有哪些 1．松动爆破；2．钻孔排放瓦斯；3．水力冲孔；4．超前支架（1）煤巷掘进超前支架；（2）石门揭煤超前支架；5．超前钻孔 25．局部防突安全防护措施有哪些 （1）震动放炮；2. 金属栅栏。3. 反向风门；4. 井下避难所 26．震动放炮作为安全防护措施的作用是什么进行震动放炮要注意哪此事项 震动放炮是一种诱导突出的方法，在人员远离工作面的条件下进行，是防止发生突出等人身伤亡事故的安全防护措施。 实施震动放炮措施时，应注意下列事项 （1）石门震动放炮要求一次全断面揭穿（薄煤层）或揭开（中厚煤层和厚煤层）突出煤层。对急斜和倾斜的中厚煤层和厚煤层，要求一次全断面揭入煤层的深度应不小于1.3 m；对缓斜煤层，应一次全断面揭开煤层。 （2）震动放炮前，揭穿煤层的石门工作面必须有独立的回风系统，且回风系统必须保证风流畅通。 （3）在石门进风侧的巷道中，为了防止突出的瓦斯逆流进入进风系统，应设置两道坚固的反向风门。放震动炮时，将反向风门关闭；不放炮时将风门敞开。 （4）震动放炮应一次起爆全部炮眼，崩开石门全断面的岩柱。如果第一次震动放炮未能全断面揭开煤层，第二次爆破作业仍须按震动放炮的各项要求进行，直至揭穿煤层为止。 （5）震动放炮必须有专门设计，设计中对爆破参数，爆破器材及起爆要求，爆破地点，反向风门位置，避灾路线及停电、撤人和警戒范围等必须做出明确的规定。 （6）岩石眼不得打入煤层，眼底距煤层应保持0.2 m。如已打入煤层，应在眼底充填不小于0.2 m长的炮泥。打穿煤层的炮眼在煤、岩层段应分段装药，并用长0.25 m的炮泥隔开。 （7）所有炮眼装药后都应先充填1～2个水炮泥，然后再封炮泥直至眼口。 （8）震动放炮应采用毫秒雷管，延期总时间不准超过130 ms ，严禁跳段使用。 （9）震动放炮时，回风系统内电器设备都必须切断电源，严禁人员作业和通过。 （10）放炮地点和石门工作面的距离应根据突出后瓦斯可能波及的最大范围确定。 （11）震动放炮由矿总工程师统一指挥，并有矿山救护队在指定地点值班。必须采用远距离放炮，放炮地点应设立在进风侧反向风门之外，距工作面的距离应根据放炮后突出可能波及的范围而定，但不得小于300 m。远距离放炮时，回风系统必须撤人、停电。放炮后至少经过30 min，由救护队员入工作面检查，根据其检查结果，确定恢复送电、通风、排除瓦斯等具体措施。 27．瓦斯抽放的条件是什么本煤层瓦斯抽放的方法有哪些 瓦斯抽放的条件 （1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽放瓦斯； （2）对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量＞5 m3/min ，掘进工作面瓦斯涌出量＞3 m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯； （3）对于全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量＞30 m3/min，或相对瓦斯涌出量＞15～25 m3/t时应抽放瓦斯； （4）开采保护层时可考虑抽放保护层瓦斯；对于突出煤层，可以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。 瓦斯抽放方法分类 依据 分类 适 用 条 件 按抽出瓦斯来源分 本煤层抽放 井下开采工作所遇到的瓦斯主要来自本煤层，且涌出量大 邻近煤层抽放 由于采动的影响，开采层上、下邻近煤层内的瓦斯涌入开采层的回采工作面而威胁生产时 采空区抽放 在工作面后方的采空区或者采空区经常泄出瓦斯，导致工作面、采区总回风或全矿井总回风中的瓦斯严重超限 按抽放区是否卸压分 未卸压抽放 适用于透气系数较大的开采煤层 卸压抽放 适用于透气系数较差的开采煤层 按抽放与采掘的时间配合分 预先抽放 用于够消除回采和掘进时的瓦斯危害 边采边抽 适用于预先抽放效果不理想或接续紧张条件下的瓦斯抽放 按抽放工艺分 井下钻孔抽放 本煤层、邻近层、采空区抽放瓦斯皆可使用，是最常见的瓦斯抽放通道 巷道抽放 煤层较厚透气性好，采掘时有大量瓦斯涌出时 钻孔、巷道混合抽放 邻近层或工作面开区抽放 采空区封闭抽放 采空区丢煤太多，放顶后涌出瓦斯量大的情况 地面钻孔抽放 采区距地表较浅，地面有施工条件的地方 28．人工增加煤层透气系数的措施有哪些 煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破、交叉钻孔和煤层的酸液处理等。 29．邻近层的瓦斯抽放的方法有哪些 上邻近层瓦斯抽放常见的方法有顶板穿层钻孔法、顶板走向钻孔法和顶板巷道抽方法。 30．采空区抽放的方法有哪些采空区抽放时为防止煤炭自燃，应采取哪些措施 1）封闭式采空区瓦斯抽放技术 2）开放式采空区瓦斯抽放技术（1）引巷密闭插管抽放法；2钻孔抽放法；3埋管抽放法；（4）顶板（煤）巷抽放法 采取防止自燃的措施 ①氧气浓度不得大于7，最高不大于10； ②一氧化碳浓度不得大于临界值（临界值指标由开采矿井考查确定。抚顺矿区煤炭自燃发火的临界值指标CO临≤50PPm ）； ③ 瓦斯（CH4）浓度不得低于25或30（采用水环式真空泵抽放时，不低于25 ；采用干式鼓风机抽放时，不低于30； ④ 混合气体温度不得大于所在场所（地点）的空气温度； ⑤ 回采工作面回风流和上隅角的瓦斯和一氧化碳浓度不得超过 煤矿安全规程 的规定。 问题思考 1．何谓瓦斯的引火延迟性煤矿生产中如何利用这一特性 瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期。瓦斯爆炸的感应期，对煤矿安全生产意义很大。在井下高温热源是不可避免的，但关键是控制其存在时间在感应期内。 2．怎样从开采技术因素方面降低瓦斯的涌出量和瓦斯涌出的不均匀性 在开采煤层群中的首采煤层时，由于其涌出的瓦斯不仅来源于开采层本身，而且还来源于上、下邻近层，因此，开采首采煤层时的瓦斯涌出量往往比开采其他各层时大几倍。为了使矿井瓦斯涌出量不发生大的波动，在开采煤层群时，应搭配好首采煤层和其他各层的比例。采出率越低，瓦斯涌出量就越大。在开采煤层群时，采用陷落法管理顶板比采用充填法管理顶板更能造成顶板大范围的破坏与松动，因此，前者工作面的瓦斯涌出量比后者工作面的瓦斯涌出量大。 3．为什么在瓦斯矿井中多采用抽出式通风地面大气压和风量变化对瓦斯涌出的影响如何 4．为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯抽放效果决定于哪些因素为什么邻近层离开采煤层越近，抽放率越低 9