《矿井瓦斯防治技术》.doc

采煤概论 论文 矿井瓦斯防治技术 学 院乌海职业技术学院 课 程 名 称采 煤 概 论 班 级 0 8 矿 山 机 电 姓 名 田 龙 学 号 ２００８８１０１７０ 指 导 教 师苏 宝 程 目录 一、内容摘要1 二、煤层瓦斯赋存2 三、瓦斯爆炸及其预防３ 四、瓦斯管理与检测3 五、结论8 六、参考文献8 摘要 我国煤炭资源丰富，煤炭开采历史悠久。煤炭工业呈多层次发展，煤炭企业按所有制分为国有重点煤矿、国有地方煤矿和乡镇煤矿。这三类煤矿分别处于机械化、半机械化和基本为手工劳动的生产技术水平。国内既有世界第一流的综合机械化高产高效矿井，又有原始落后的手工作业的矿井。井工式煤矿占95以上，井深平均在400m以上。 我国煤矿地质构造比较复杂，自然灾害严重。煤矿安全状况发展很不平衡，国有重点煤矿安全状况良好，国有地方煤矿较差，乡镇煤矿最差。井入21世纪以来，我国加大了对煤矿的监管力度，关闭了一批不具备基本生产条件的小煤矿，乡镇煤矿经过了停业整顿；国有地方煤矿深化了安全专项整治，加大安全投入，完善安全设施和装备，增强了矿井防灾、抗灾能力；国有重点煤矿通过国家技改资金扶持以及“一通三防”专项监察和重点监控，改善了煤矿安全装备和设施。全国煤矿安全状况有了较大的好转。 煤矿生产一般是地下作业，除了工作环境恶劣，工作地点经常移动外，还随时受到矿井瓦斯、矿尘、矿井火灾、矿井水灾和冒顶等五大自然灾害的威胁，其中瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害事故。因此，加强煤矿安全管理，防治灾害事故的发生，是关系到煤矿职工生命和国家财产安全的大事。 安全生产是社会主义企业生产建设与管理的一条重要原则。而井下生产条件和自然条件比较复杂，经常受到水灾、火灾、煤尘、瓦斯爆炸、顶板事故等自然灾害的威胁。因此，加强煤矿生产管理，是防止灾害事故发生、保障煤矿职工生命和国家财产安全的大事。 安全是人类最重要和最根本的需求，是人民生命健康和国家财产的基本保障，可以说，安全就是生命，安全就是效益，安全更是人类社会文明的标志。然而，重大事故的不断发生，使人们认识到在现代工矿企业生产中潜伏着巨大的危险性，因而对安全的研究越来越受到人们的重视。特别是矿山企业，灾害事故占我国工矿企业中重大灾害事故的40，是我国职业灾害事故的最大来源。而矿山事故中，尤以通防事故为主。 关键字瓦斯预防、瓦斯管理、瓦斯检测 第一篇 煤层瓦斯赋存 矿井瓦斯是指煤矿建设和生产过程中，从煤、岩体中涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称。 矿井瓦斯的成分比较复杂，除甲烷（可达8090以上）外，还含有其他烃类，如乙烷、丙烷以及CO和稀有气体。 1、 瓦斯的生成 在煤化作用阶段，是煤质变化成气时期。有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加。这时生成的气体主要为CH4和CO2。这个阶段中生成的瓦斯，由于煤的物理化学性质变化和埋藏于地表以下而得以保存在煤层内。在以后漫长的地质年代中，随地层的隆起、浸蚀和断裂以及瓦斯本身在地层内的流动，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内（在适合的条件下能形成煤气田）。所以不同煤田，甚至同一煤田的不同地点的瓦斯含量可能差别很大。 二、瓦斯在煤体中的存在状态 煤体所以能保存一定数量的瓦斯，与煤的结构有密切的关系。煤是一种 复杂的孔隙性介质，有着十分发达的、各种不同直径的微孔隙和裂隙，形成了庞大的自由空间和孔隙表面。因此，成煤过程中生成的瓦斯就能以游离状态存在于这些孔隙和裂隙内。 3、 煤层瓦斯含量及其影响因素 瓦斯含量是指单位体积或单位质量的煤或围岩中自然所有的含量，是游离瓦斯和吸附瓦斯的总和，通常以m3/t或m3/m3来表示。 煤层瓦斯含量的大小，决定于成煤过程中生成的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件。也就是说，成煤过程生成的瓦斯，大部分都已转移到围岩或大气中去了。所以决定煤层实际瓦斯含量的因素，主要是煤炭生成后保存瓦斯的条件，如煤的结构和物理化学特性，成煤后的地质运动和地质构造，煤层的赋存条件，围岩性质等。现就其主要因素1.、煤的变质程度2、煤层露头3、煤层的赋存在深度4、围岩性质5、地质构造6、煤层倾角7、水文地质条件。 4． 煤层的瓦斯垂直分带 当煤层具有露头或在冲击层之下有含煤盆地时，在煤层内存在两个不同方向的气体运移，即煤层生成的瓦斯由深部向上运移；而地面空气、表土中的生物化学和化学反应生成的气体向煤层深部渗透扩散，从而使赋存在煤层内的瓦斯表现出垂向分带特征。煤层瓦斯的带状分布是煤层瓦斯含量及巷道瓦斯涌出量预测的基础，也是搞好瓦斯管理的依据。煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带瓦斯风化带与瓦斯带。 （1） 瓦斯风化带 瓦斯风化带式“CO2N2”、“N2”与“CO2CH4”带的统称，各带不仅瓦斯组分不同而且瓦斯含量也不同，具体见下表。现代的瓦斯风化带深度是煤田在长期地质进程的结果，是由下述一系列地质因素综合作用所致剥蚀过程可使瓦斯风化减少；长期风化、自由排放瓦斯时间愈长，瓦斯风化带深度增加；地层破坏程度愈高，瓦斯排放的不均匀性和风化深度就愈大；致密透气性差的覆盖层可阻止瓦斯风化带的扩大，等等。因此，不同矿区瓦斯风化带的深度在较大的范围内变化。 煤层垂向各带气体组分表 带名（从上往下） 气带成因 CO2/ N2/ CH4/ CO2N2 空气一生化成因 2080 2080 010 N2 空气成因 020 80100 020 N2CH4 变质成因 020 2080 2080 CH4 变质成因 020 020 80100 （2） 瓦斯带 位于瓦斯风化带边界以下的即为瓦斯带，其煤层的瓦斯压力、瓦斯含量随埋藏深度的增加呈有规律的增长。增长的梯度，在不同煤质（煤化程度）、不同地质构造与赋存条件下有所不同。相对瓦斯涌出量也随开采深度的增加而有规律地增加。从瓦斯带内某一深度起，某些矿井除一般瓦斯涌出外，还出现了特殊瓦斯涌出，即瓦斯喷出与煤和瓦斯突出。因此，在瓦斯带内的矿井或区域，不仅在风量不足和停风时有窒息危险（CH4）及瓦斯爆炸危险，而且在正常通风条件下，当出现特殊瓦斯涌出现象时，也可能发生窒息、爆炸及煤流埋人等事故。因此只有掌握矿井瓦斯的赋存与运动规律，采取相应的措施，才能预防一般和特殊的瓦斯涌出。 第二篇 瓦斯爆炸及其预防 1、 瓦斯爆炸的机理 物质从一种状态迅速变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量的同时产生巨大声响的现象称为爆炸。瓦斯爆炸是瓦斯和氧气组成的爆炸性混合气体遇火源点燃所产生的一种复杂的激烈的氧化反应。其化学反应为 CH42O2CO22H2O882.6 kJ/mol 矿井瓦斯爆炸是一种热链反应过程（也称连锁反应）。当爆炸混合物吸收一定量后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也称自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。 二瓦斯爆炸的效应 爆炸效应是指爆炸的效果或结果，亦即爆炸对矿井造成的危害。 （1） 产生高温高压 瓦斯爆炸时反应速度快，瞬间放出大量热量，使气体的温度和压力骤然升高。试验表明，空气中瓦斯浓度为9.5时，在自由空间爆炸后，气体温度可达1875℃；在密闭空间内可达2150℃2650℃。爆炸压力是由于爆炸时产生的高温引起的。根据计算，当温度为2150℃2650℃时，相应的爆炸压力为700kPa1000kPa。发生连续爆炸时爆炸后的压力可能会更高。 （2） 产生冲击波和火焰锋面 爆炸时产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度（可达每秒几百米）向外传播，形成冲击波，它能造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘使之参与爆炸，还可能引燃坑木等可燃物而引起火灾。 伴随冲击波产生的另一危害因素是火焰锋面。火焰锋面是瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和烧热的气体总称。其传播速度可在宽阔的范围内变化，从每秒数米到最大的爆轰传播速度达2500m/s。火焰锋面好像沿巷道运动的活塞一样，把烷空气体收集起来并点燃。这种活塞的长度从火焰锋面最慢传播时的几十厘米到爆轰是的几十米。 火焰锋面通过时，可使人的衣服被扯下，造成大面积皮肤的深度烧伤、呼吸器官甚至食道和胃的黏膜烫伤；烧坏电气设备与电缆，甚至引燃井巷的可燃物造成严重的矿井火灾。 （3） 产生有毒有害气体 瓦斯爆炸后生成大量有害气体，实验中对某些煤矿爆炸后的气体成分进行分析，结果为O2610，N28288，CO224。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量将更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。例如，日本三池煤矿在1963年发生特大瓦斯爆炸，死亡1200余人，其中90以上为中毒致死。 三、瓦斯爆炸的条件及其影响因素 （一）瓦斯浓度 瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限。其最低浓度界限为爆炸下限，最高浓度界限为爆炸上限。瓦斯在新鲜空气中的爆炸下限为56，上限为1416。 （2） 一定温度的引燃火源 1、 瓦斯的点燃温度与点燃能量 2、 瓦斯的引火延迟性 3、 井下引燃瓦斯的热源种类（1）明火和热辐射；（2）放炮火焰；（3）冲击、摩擦火花；（4）电弧、静电火花 （三）足够的氧含量 四、预防瓦斯爆炸的措施 瓦斯爆炸必须同时具备三个条件即瓦斯浓度在爆炸界限内；高温热源存在时间大于瓦斯的引火感应期；瓦斯与空气混合气体中的氧浓度大于12。在正常生产的矿井，所有工作的地点和井巷中氧气浓度始终大于12，所以预防瓦斯爆炸的措施，就只能是防止瓦斯的集聚和杜绝、限制高温热源的出现。 （1） 防止瓦斯积聚 1、保证工作面的供风量 2、认真进行瓦斯检查与监测 3、及时处理局部积存的瓦斯 1采煤工作面上偶角瓦斯积聚的处理 （1）风障引导风流法，（2）风筒导排风流法，（3）尾巷排放法（4）调整通风方式法 2）掘进巷道瓦斯积聚的处理 （1）增加风量稀释法，（2）引导风流排放法，（3）填堵抹缝法 3）综合机械化机组附近积聚瓦斯的处理方法 （1） 加大风量，（2）当采煤机附近出现局部瓦斯积聚时，可安装小型局部通风机或水力引射器，吹散排出积聚的瓦斯 4）刮板输送机下部瓦斯积聚的处理方法 （1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽通畅，使瓦斯不易积聚。 （2）保持输送机经常运转，即使不出煤也让输送机断续运转，以防止瓦斯积聚。 （3）吊起输送机处理积聚的瓦斯。 （4）压风排瓦斯。 ５）防止钻孔瓦斯积聚和引燃的安全措施 （1）打钻作业时的安全措施。（2）采掘工作面已有钻孔的处理方法。（3）采掘作业时的安全技术措施。 （2） 防止瓦斯引燃的措施 （1） 严禁携带烟草和点火物品下井。（2）采掘工作面都必须使用取得产品许可证的煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管（3）井下使用的机械和电气设备、供电网路都必须符合规程规定（4）防止机械摩擦火花引燃瓦斯。 （3） 限制瓦斯爆炸范围扩大的措施 （1） 实行分区通风（2）通风系统力求简单（3）装有主要通风机的出风口应安装防爆门，以防止发生爆炸时通风机被毁，造成救灾和恢复生产的困难（4）生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。（5）开采有煤尘、瓦斯爆炸危险的矿井，在矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层和相邻的工作面，都必须用岩粉棚或水棚隔开。（6）每一矿井，每年必须由矿井技术负责人组织编制矿井灾害预防和处理计划。 第三篇 瓦斯管理与检测 瓦斯管理与检测是煤矿安全生产中的一项重要内容，搞好瓦斯管理与检测对煤矿安全生产有着重要的意义。 1、 矿井瓦斯管理 （1） 建立健全矿井瓦斯管理制度 各矿井，尤其是高突矿井应该根据规程有关规定，结合本矿井的实际情况，建立和健全矿井瓦斯管理的有关规定和制度。这主要包括健全专业机构，配足检查人员，定期培训和不断提高专业人员技术素质的规定建立各级领导和检查人员区域分工巡回检查、汇报制度，建立矿长、总工程师每天阅签瓦斯日报的制度；建立盲巷、旧区和密闭启封等瓦斯管理规定；健全放炮过程中的瓦斯管理制度；健全排放瓦斯的有关规定及瓦斯检测装备的使用、管理的有关规定；健全矿井瓦斯抽放、防止煤与瓦斯突出的规定等。 （2） 加强掘进工作面的通风管理 统计资料表明，有60以上的瓦斯爆炸事故发生在掘进工作面。因此，加强掘进工作面的通风管理是防止瓦斯爆炸的重点工作之一。 1. 、严格局部通风机管理 （1） 局部通风机要挂牌指定专人管理或派专人看管。（2）一台局部通风机只准一个掘进工作面供风，严禁单台局部通风机供多头的通风方式（3）安设局部通风机的进风巷道所通过的风量，必须大于局部通风机的吸风量，保证局部通风机不发生循环风（4）局部通风机不准任意开停。 2、 严格风筒“三个末端”管理 严格风筒“三个末端”管理是指风筒末端距掘进工作面距离必须符合作业规程要求，风筒末端出口风量大于40m3/min，风筒末端处回风瓦斯浓度必须符合规程规定。 3、 高、突矿井掘进工作面局部通风机供电的要求 在瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井的所有掘进工作面的局部通风机，都应安装“三专两闭锁”设施。所谓“三专”，既是专用变压器、专用开关、专用线路；所谓“两闭锁”，是指局部通风机安设的“风电闭锁”和“瓦斯电闭锁”装置。 （3） 加强盲巷和采空区瓦斯日常管理 （1） 井下应尽量避免出现任何形式的盲巷。（2）对于掘进施工的独头巷道，局部通风机必须保持正常运转，临时停工也不得停风。（3）长期停工、瓦斯涌出量较大的岩石巷道也必须封闭，没有瓦斯涌出或涌出量不大的岩巷可不封闭，但必须在巷口设置栅栏、揭示警标，禁止人员入内并定期检查（4）凡封闭的巷道，要对密闭坚持定期检查，至少每周一次，并对密闭质量、内外压差，密闭内气体成分、温度等进行检测和分析，发现问题采取相应措施及时处理（5）恢复有瓦斯积存的盲巷，或打开密闭时，瓦斯处理工作应特别慎重，事先必须编制专门的安全措施，报矿总工程师批准。 （4） 加强爆破过程中的瓦斯管理 规程规定爆破地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1时，严禁爆破。严格执行爆破过程中的瓦斯管理，必须严格检查制度，严格执行“一炮三检”和“三人连锁放炮”制度。 1、 “一炮三检”制度 “一炮三检”是要求爆破工在井下爆破工艺过程中的装药前、爆破前和爆破后必须分别检查爆破地点附近20m内风流中的瓦斯浓度，只有在瓦斯浓度符合规程有关规定时，方准许进行装药、爆破。 2、 “三人连锁放炮”制度 “三人连锁放炮”制度，是为安全爆破而采取的有效措施，既可防止瓦斯燃爆事故的发生，又可防止爆破伤人。 三人连锁中的“三人”，是指生产小组长、爆破工和瓦斯检测工；连锁的方法是，瓦斯检查工携带爆破起爆器的“钥匙”，生产组长携带“工作牌”，爆破工携带“爆破牌”。 二矿井瓦斯检查 矿井瓦斯检查是煤矿安全生产管理中不可缺少的一项内容，是矿井瓦斯管理的一项重要的工作。检查矿井瓦斯的目的有1了解和掌握井下不同地点、不同时间的瓦斯涌出情况，以便进行风量计算和分配，调节所需风量，达到安全、经济、合理通风的目的；2防止和及时发现瓦斯超限或积聚等隐患，采取针对性的措施，妥善处理，防止瓦斯事故的发生。 （1） 井下瓦斯及二氧化碳浓度的测定，应在所测地点的巷道风流中进行。巷道风流是巷道风流中瓦斯浓度的检查测定 指距巷道顶、底板及两帮一定距离的巷道空间内的风流。 巷道风流范围的划定有支架的巷道，距支架和巷底各为50mm的划定空间内的风流；无支架或用锚喷、砌碹支护的巷道，距巷道顶、帮、底各为200mm的巷道空间内的风流。 测定瓦斯浓度时，应在巷道风流的上部进行，即将光学甲烷检测仪的二氧化碳吸收管进气口置于巷道风流的上部边缘进行采气，连续测定3次，取其平均值。测定二氧化碳浓度时，应在巷道风流的下部进行，即将光学甲烷检测仪进气口置于巷道风流的下部边缘进行采气，首先测出该处瓦斯浓度，然后去掉二氧化碳吸收管，测出该处瓦斯和二氧化碳混合气体浓度，后者减去前者乘上校正系数既是二氧化碳的浓度，这样连续三次，取其平均值。 （2） 采煤工作面及其进、回风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 1采煤工作面进、回风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 采煤工作面进风巷风流中的瓦斯（或二氧化碳）浓度应在距采煤工作面煤壁线以外10m处的采煤工作面进风巷风流中测定，并连续进行3次，取最大值作为测定结果和处理依据。其测定部位和方法与巷道风流中进行测定时相同。 2、 采煤工作面风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 采煤工作面风流即为距煤壁、顶、底板各为200mm和以采空区的切顶线为界的采煤工作面空间的风流。采用填充法管理顶板时，采空区一侧应以挡矸、砂帘为界。采煤工作面回风上隅角及一段未放顶的巷道空间至煤壁线的范围空间中的风流，都按采煤工作面风流处理。采煤工作面风流中的瓦斯和二氧化碳浓度的测定部位和方法与在巷道风流进行测定的部位和方法相同，但要取其最大值作为测定结果和处理依据。 （3） 掘进工作面风流及回风巷风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 掘进工作面风流是指掘进工作面到风筒出口这一段巷道中的风流，测定时按巷道风流划定法划定空间范围。掘进工作面风流中瓦斯和二氧化碳浓度的测定应包括工作面上部左、右角距顶、帮、煤壁各200mm处的瓦斯浓度；工作面第一架棚左、右柱窝距帮、底各200mm处的二氧化碳浓度。各取其最大值作为检查结果和处理依据。 （4） 盲巷内瓦斯和二氧化碳浓度的检查 盲巷内一般都会积聚瓦斯，如果瓦斯涌出量大或停风时间长，便会积聚大量的高浓度瓦斯。进入盲巷内检查瓦斯和其他有害气体时，要特别小心谨慎，一要防止窒息或中毒事故，二要防止爆炸事故。 检查时，检查人员必须事先检查自己携带的矿灯、自救仪器及甲烷检测仪等，确认完好可靠，方能开始检查。第一步先检查盲巷入口处的瓦斯和二氧化碳，其浓度均小于3..0时，方可由外向内逐渐检查。检查临时停风时间较短、瓦斯涌出量不大的盲巷内瓦斯和其他有害气体浓度时，可以有瓦斯检查工或其他专业检查人员1人入内检查；检查停风时间较长或瓦斯涌出量大的盲巷瓦斯和其他有害气体浓度时，最少有2人一起入内检查、2人应一前一后拉开一定距离，边检查边前进。 （5） 高冒区及突出孔洞内的瓦斯检查 高冒区由于通风不良容易积聚瓦斯，突出孔洞未通风式里面积聚有高浓度瓦斯，检查时都要特别小心，防止瓦斯窒息事故发生。 检查瓦斯时，人员不得进入高冒区或突出孔洞内，只能用瓦斯检查棍把长胶管伸到里面去检查。应由外向里逐渐检查，根据检查的结果采取相应的措施进行处理。当里面瓦斯浓度达到3.0或其他有害气体浓度超过规定时，或者瓦斯检查棍等无法伸到最高处检查时，则应进行封闭处理，不得留下任何隐患。 （6） 爆破过程中的瓦斯检查 井下爆破是在极其特殊而又恶劣的环境中进行的。爆破时煤（岩）层中会释放出大量的瓦斯，并且容易达到燃烧或爆炸浓度。如果爆破时产生火源，就会造成瓦斯燃烧或爆炸事故。因此，为防止爆破过程中瓦斯超限或发生瓦斯事故，爆破工、班组长，瓦斯检查工必须都在现场，执行“一炮三检制”。 （五）结语 除了本文所述地质影响因素外，煤层的厚度变化、岩浆侵入煤岩层等也对煤层瓦斯含量有一定的影响。所以，影响煤层瓦斯含量的地质因素是多方面交错的结果，在分析时需综合考虑。瓦斯事故的发生，对井下安全生产及人员安全造成了严重的威胁，是矿井生产的重大灾害之一。本文结合瓦斯事故的地质影响因素探讨，从瓦斯安全管理机制、火源安全管理机制和矿工不安全行为控制给出了瓦斯事故的防治措施，对矿山安全生产和可持续发展具有重要的现实意义。 参考文献 采煤概论煤炭工业出版社 王晓鸣 赵建泽 煤矿安全煤炭工业出版社 靳建伟 吕智海