第二章矿井瓦斯防治技术思考题解析.doc

第二章矿井瓦斯防治技术思考题 2、试述瓦斯的主要物理及化学性质,了解这些性质对于预防处理瓦斯危害有何意义 矿井瓦斯成分很复杂,其主要成分是甲烷CH4,其次是二氧化碳CO2和氮气N2,还含有少量或微量的重烃类气体乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等、氢H2、一氧化碳CO、二氧化硫SO2、硫化氢H2S等。 甲烷CH4,俗称沼气,是无色、无味、无毒的气体。甲烷分子的直径为0.375810-9m,可以在微小的煤体空隙和裂隙里流动。其扩散速度是空气的1.34倍,从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散的巷道空间。甲烷标准状态时的密度为0.716kg/m3,比空气轻,与空气相比的相对密度为0.554。如果巷道上部有瓦斯涌出源,风速低时,容易在顶板附近形成瓦斯积聚层。瓦斯微溶于水。 甲烷虽然无毒,但其浓度如果超过57,能使空气中氧浓度降低至10以下。瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷,往往积存大量瓦斯。如果未经检查就贸然进入,因缺O2而很快地昏迷、窒息,直至死亡。 瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸。 在煤矿的采掘生产过程中,当条件合适时,会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出,产生严重的破坏作用,甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。 3、瓦斯是如何生成的,而煤内实际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。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。 古代植物在成煤过程中,经厌氧菌的作用,植物的纤维质分解产生大量瓦斯;此后,在煤的碳化变质过程中,随着煤的化学成分和结构的变化,继续有瓦斯不断生成。 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。煤的变质程度越高,生成的瓦斯量越多。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,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。所以煤层中的瓦斯含量远远小于其生成的瓦斯量。 5、在全部成煤过程中,每形成一吨无烟煤,大约可以伴生多少m3的瓦斯 在全部成煤过程中,每形成一吨烟煤,大约可以伴生600m3以上的瓦斯。而由长焰煤变质为无烟煤时,每吨煤又可以产生约240m3的瓦斯。 6、什么是矿井绝对瓦斯涌出量和相对涌出量影响瓦斯涌出量的因素有哪些 瓦斯涌出量大小的表示方法有绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两种。 1.绝对瓦斯涌出量 矿井在单位时间内涌出的瓦斯量,单位为m3/d或m3/min。它与风量、瓦斯浓度的关系 式中QCH4-绝对瓦斯涌出量,m3/min; Q风-瓦斯涌出地区的风量,m3/min; C-风流中的瓦斯体积浓度。 2.相对瓦斯涌出量 矿井在正常生产条件下,平均日产1t煤涌出的瓦斯量,单位为m3/t。 式中qCH4-相对瓦斯涌出量,m3/t QCH4-绝对瓦斯涌出量,m3/min; T-产煤量t/d; 影响瓦斯涌出的因素 瓦斯涌出量的大小,决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。如煤、岩的瓦斯含量、煤的物理化学特性、开采规模、回采顺序、落煤方式、通风系统、地面大气压、风压和风量的变化,等等。 8、影响煤层瓦斯含量的因素有哪些 主要影响因素 1、煤的吸附特性 2、.煤层赋存状态1露头2煤层倾角3埋藏深度 3、煤层和围岩的透气性 4、地质构造1褶皱构造2断层 5、水文地质条件 6、岩浆活动 9、煤层内瓦斯压力分布的一般规律如何 在未受采动影响煤层内 1沿深度沿煤层倾向 未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。 2沿走向 在地质条件相近的块段内,相同深度的同一煤层,具有大体相同的瓦斯压力。 采动影响区煤层 瓦斯压力发生变化,十分复杂,一般随深度增加瓦斯压力逐渐增大。 11、矿井瓦斯等级是如何划分的 矿井瓦斯等级按矿井绝对瓦斯涌出量、相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为 ①低瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量≤40m3/min。 ②高瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min。 ③煤岩与瓦斯二氧化碳突出矿井发生过一次煤岩与瓦斯二氧化碳突出的矿井。 16、瓦斯爆炸的危害因素有哪些各有哪些特点和危害 矿内瓦斯爆炸的有害因素是,高温、冲击波和有害气体。 1、火焰锋面 瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和燃烧带的总称。 特点 1传播速度几m/s2500m/s; 2温度大于1000℃; 3传播距离几十m几百m。 危害 1造成人员大面积皮肤深度烧伤,呼吸器官粘膜烫伤; 2破坏电气设备; 3引燃井巷可燃物。 2、冲击波 在瓦斯爆炸过程中,由于能力突然释放即会产生冲击波,它是由压力波发展而成的。正向冲击波传播时,其压力一般为10kPa2MPa,但其遇叠加或反射时,常常可形成高达10MPa 的压力。冲击波的传播速度高于音速340m/s。 正向冲击波波峰压力几十kP2Mpa。 反向冲击波压力波叠加,压力高达10MPa, 冲击波传播速度≮音速。 传播距离几千m,甚至波及地面。 危害 冲击波通过时会对人体造成危害,多数情况下,这些创伤具有综合创伤、烧伤等多样的特点。 3、高温灼热 在瓦斯浓度为9.5条件下,爆炸时的瞬时温度在自由空间内可达1850℃;在封闭空间内最高可达2650℃。井下巷道呈半封闭状态,其爆温将在1850℃与2650℃之间。这样高的火焰温度,很短时间内足以灼伤人的皮肤和肌肉、损伤人的器官,点爆煤尘,点燃坑木。4、井巷大气成分变化 由瓦斯爆炸反应,我们知道,由于瓦斯浓度和氧气浓度的不同,使得爆炸产生的有毒气体CO和CO2的浓度差异很大,特别是由于瓦斯爆炸破坏了通风系统,使爆炸后的有毒气体CO 和CO2不易扩散和稀释。从以往事故分析看爆炸后的有毒有害气体的中毒是造成人死亡的主要原因,占死亡总数的7080。 特点 1O2大幅度下降; 2产生大量有毒、有害气体CO2、CO、H2O; 3形成爆炸性气体CO; 4影响范围极远,与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况等有关。 危害 1引起人员中毒和死亡; 2造成人员窒息死亡; 3造成后果严重。 18、什么是瓦斯爆炸界限影响爆炸界限的因素受有那些 瓦斯的爆炸界限不是固定不变的,它受到许多因素的影响,其中有 1、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14 16。在正常空气中瓦斯浓度为9.5时,化学反应最完全,产生的温度与压力也最大;瓦斯浓度78是最容易爆炸。 瓦斯浓度低于爆炸下限时,遇高温火源并不爆炸,只能在火焰外围形成稳定的燃烧层,此燃烧层呈浅兰或淡青色。浓度高于爆炸上限时,在该混合气体内不会爆炸,也不燃烧。如有新鲜空气供给时,可以在混合气体与新鲜空气的接触面上进行燃烧。 2、环境温度 环境温度升高甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限扩大。 3、气压 爆炸初始时环境的气压对烷空气体的爆炸界限有很大的影响, 气压升高甲烷的爆炸下限变化很小,上限上升。 4、氧浓度 常温下,CH4的爆炸界限与混合气体中氧浓度的关系,呈三角形,人们称为“爆炸三角形”。实验表明,瓦斯爆炸界限随混合气体中氧浓度的降低而缩小。当氧浓度降低时,瓦斯爆炸下限缓慢地增高,如图中的BE线所示,爆炸上限则迅速下降,如图中的CE线所示。氧浓度降低到12时,瓦斯混合气体即失去爆炸性,遇火也不会爆炸。 5、煤尘的影响 降低CH4的爆炸下限。 因为煤尘本身有爆炸性,且煤尘遇热300400℃时会干馏出可燃气体,使爆炸下限降低。 6、其它可燃气体 当烷空气体混有碳氢类气体或CO时,可用勒.查特里埃Le.Chatelier法则计算混合气体的爆炸界限。 7、引火源点火能量的影响 引火源向邻近的烷空气体传输的能量愈大,爆炸范围愈大。 8、惰性气体的影响 惰性气体的混入,使氧浓度降低,并阻碍活化中心的形成,可以降低瓦斯爆炸的危险性。爆炸下限提高,上限降低,即爆炸范围缩小。 20、什么是瓦斯爆炸的感应期 瓦斯与高温热源接触时,不是立即燃烧或爆炸,而是要经过一个很短的间隔时间,这种现象称引火延迟性,间隔的这段时间称感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、火源温度和火源性质有关,而且瓦斯燃烧的感应期总是小于爆炸的感应期。根据为瓦斯爆炸的感应期与火源温度关系可知,火源温度升高,感应期迅速下降;瓦斯浓度增加,感应期略有增加。 21、在相同条件下瓦斯爆炸时的最大爆炸压力与爆炸空间的几何形状有何关系 最大爆炸压力与爆炸空间的几何形状的关系 相同条件下圆球体正方体圆柱体立方体 22、何谓瓦斯积聚预防措施有哪些 瓦斯积聚是指局部空间的瓦斯浓度达到2,其体积超过0.5m3的现象。 防止瓦斯积聚的基本方法如下 1保证工作面的供风量 用适当的风量将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排至地面,是预防瓦斯积聚的基本措施。 ①合理选择通风系统,正确确定矿井风量,并进行合理分配,使井下所有工作地点都有足够的风量。 ②每一矿井都必须采用机械通风,主要通风机的安装和使用,必须符合规程规定。 ③每一生产水平和每一采区,都必须布置单独的回风巷,实行分区通风。在准备采区时,必须在采区构成通风系统后,方可开掘其他巷道。采煤工作面必须构成全风压通风系统后,方可回采。 ④采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。 ⑤掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机通风,不得采用扩散通风。 ⑥正确选择构筑物的位置,并加强维护与管理,防止大量漏风。 2认真进行瓦斯检查与监测 严格按照规程规定进行瓦斯检查与监测是及时发现和处理瓦斯积聚的前提。 矿井必须建立瓦斯检查制度。低瓦斯矿井的采掘工作面,每班至少检查2次;高瓦斯矿井中每班至少检查3次。有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较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查,并安设甲烷断电仪。 3及时处理局部积存的瓦斯 生产中容易积存瓦斯的地点有采煤工作面上隅角,独头掘进工作面的巷道隅角,顶板冒落的空洞内,低风速巷道的顶板附近,停风的盲巷中,采煤工作面采空区边界处,以及采掘机械切割部周围,等等。及时处理生产井巷中局部积存的瓦斯,是矿井日常瓦斯管理的重要内容,也是预防瓦斯爆炸事故,保证安全生产的关键工作。通常采用的方法有向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速,将瓦斯冲淡排出,将盲巷和顶板空洞内积存的瓦斯封闭隔绝,必要 时应采取抽放瓦斯的措施。 23、井下引燃瓦斯的热源种类有哪些防止瓦斯引燃的原则和措施有哪些 防止瓦斯引燃的原则是对一切非生产必需的热源,要坚决禁绝。引燃瓦斯的火源有明火、放炮、电火、摩擦火花及静电火花等。针对这些火源,应采取下列预防措施 1严禁携带烟草和点火物品下井 井口房、通风机房和抽放瓦斯泵站附近20m内,不得有烟火或用火炉取暖;井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉。井下和井口房内不得从事电焊、气焊、喷灯焊接等工作,如果必须在井下主要硐室、主要进风巷和井口房内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作,要制订安全措施和审批手续,并遵守规程规定;矿灯应完好,否则,不得发出,应该爱护矿灯,严禁拆开、敲打、撞击;严格管理井下火区。 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 使用煤矿许用毫秒延期电雷管时,最后一段的延期时间不得超过130ms。打眼、装药、封泥和放炮都必须符合规程规定。 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 井下不得带电检修、搬迁电气设备包括电缆和电线;井下防爆电气设备的运行、维护和修理工作,必须符合防爆性能的各项技术要求。防爆性能受到破坏时的电器设备,应立即处理或更换,不得继续使用;井下供电应做到无“鸡爪子”、无“羊尾巴”、无明接头;有过电流和漏电保护,有螺栓和弹簧垫,有密封圈和挡板,有接地装置,电缆悬挂整齐、防护装置全,绝缘用具全,图纸资料全;坚持使用检漏断电器、煤电钻综合保护和局部通风机风电闭锁装置。 4防止机械摩擦火花引燃瓦斯,国内外都在对这类问题进行广泛的研究 公认的措施有禁止使用摩钝的截齿;禁止使用铝或铝合金制作的部件和仪器设备,向截槽内喷雾洒水;在摩擦部件的金属表面溶敷一层活性小的金属,例如铬,或在金属中加人少量的铍来降低摩擦火花的点燃性能。 24、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施有哪些 井下局部地区一旦发生瓦斯爆炸,应使其波及范围尽可能缩小,不致引起全矿井的瓦斯爆炸。为此,应采取以下措施 1实行分区通风。每一生产水平和每一采区,都必须布置单独的回风道,采掘工作面都应采用独立通风。 2通风系统力求简单。总进与总回布置间距不得太近,以防发生爆炸时使风流短路。采空区必须及时封闭。 3装有主要通风机的出风井口,应安装防爆门或防爆盖,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。在所有运输巷道和回风巷道中必须撒布岩粉。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。 25、局部通风机的管理措施有哪些风筒的末端管理措施有哪些 局部通风机的管理措施有 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。局部通风机和启动装置必须安设在新鲜风流中,距回风口不得小于10m。 ②一台局部通风机只准给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。有计划停电、停风要编制安全措施,履行审批手续,并严格执行。停风、停电前,必须先撤出人员和切断电源;恢复通风前,必须检查瓦斯,符合规定后,方可人工开启局部通风机。 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;风筒末端出口风量要大于40m3/min;风筒末端处回风瓦斯浓度必须符合规程规定。 26、高、突矿井掘进工作面局部通风机供电的要求有哪些 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”,即是专用变压器、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。 ①风电闭锁 1当局部通风机停止运转时,能自动切断局部通风机供风巷道中的一切动力电源; 2局部通风机启动,工作面风量符合要求后,才可向供风区域送电。 ②瓦斯电闭锁 1当掘进巷道内瓦斯超限时,能自动切断局部通风机供风巷道中的一切动力电源而局部通风机照常运转; 2若供风区内瓦斯超限,该区域的电器设备无法送电,只有排除瓦斯,浓度低于1时,才可解除闭锁,人工送电。 27、什么是“炮三检”制度什么是“三人连锁放炮”制度 1“一炮三检”制度 “炮三检”是要求爆破工在井下爆破过程中的装药前、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、进人。爆破工还必须随身携带“一炮三检记录手册”,应把检查的结果填写在上面,做到检查一次填写一次。 具体实施是采掘工作面及其他爆破地点,装药前爆破工、班组长、瓦斯检查工都必须检查爆破地点附近20m范围内瓦斯,瓦斯浓度达到1.0时,不准装药。紧接爆破前距启爆的时间不能太长,否则爆破地点及其附近瓦斯可能超过规定,3人都必须检查爆破地点附近20m 范围内风流中的瓦斯,瓦斯浓度达到1.0时,不准爆破;爆破后至少等候15min突出危险工作面至少30min,并待炮烟吹散后,瓦斯检查工在前、爆破工居中、班组长在后一同进人爆破地点检查瓦斯及爆破效果等情况。 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”,是指小组长队长、爆破工和瓦斯检查工;连锁的方法是 瓦斯检查工携带发爆器的“钥匙”,生产组长携带“工作牌”,爆破工携带“爆破牌”。 爆破前由爆破工、瓦斯检查工和组长三人检查风流瓦斯浓度和其他爆破安全事项,当符合规程要求、允许爆破时,开始交换牌子和钥匙; 生产组长把自己携带的工作牌与瓦斯检查工携带的起爆器钥匙交换,组长持起爆器钥匙连接放炮母线后,用手中的钥匙换爆破工手中的爆破牌,之后,生产组长与瓦斯检查工一起躲避在安全处,由爆破工起爆放炮; 炮声响过、瓦斯检查工检查瓦斯合格后,生产组长再用手中的爆破牌换回爆破工手中的钥匙去连接爆破导线,直到爆破结束。 最后,生产组长用手中的爆破牌与爆破工手中的爆破钥匙交换,再用钥匙与瓦斯检查工手中 的工作牌交换,标志着爆破工作结束。 31、排放瓦斯的安全措施应包括哪些内容* 在排放瓦斯前,要制定完善的安全技术措施,同时必须符合以下要求 1编制排放瓦斯措施时,必须根据不同地点的不同情况制定有针对性的措施。禁止使用“通用”措施,更不准几个地点用一个措施。批准的瓦斯排放措施,必须由矿总工程师负责贯彻,责任落实到人,凡参加审查、贯彻、实施的人员,都必须签字备案。 2排放瓦斯前必须先检查局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度,其浓度都不超过0.5时,方可人工开动局部通风机向独头巷道送人有限的风量,逐步排放,与全风流混合处的瓦斯和二氧化碳浓度都不超过1.5。 3排放瓦斯时,应有瓦斯检查人员在独头巷道回风流全风压风流混合处经常检查瓦斯浓度,当瓦斯浓度达到1.5时,应指令调节风量人员,减少向独头巷道的送入风量,确保独头巷道排出的瓦斯在全风压风流混合处的瓦斯和二氧化碳的浓度均不超限。 4排放瓦斯时,严禁局部通风机发生循环风。 5排放瓦斯时,独头巷道的回风系统内必须切断电源、撤出人员;矿山救护队现场值班。 6排放瓦斯后,经检查证实,整个独头巷道内风流中的瓦斯浓度不超过1、二氧化碳浓度不超过1.5,且稳定30min后瓦斯浓度没有变化时,才可以恢复局部通风面的正常通风。 7独头巷道恢复正常通风后,必须由电工对独头巷道中的电器设备进行检查,确认完好后,方可人工恢复局部通风机通风的巷道中的一切电器设备的电源。 排放瓦斯时,一般是通过限制送入巷道中的风量来控制排放风流中的瓦斯浓度。可采用的方法有①在局部通风机排风侧的风筒上捆上绳索收紧或放松绳索,以控制局部通风机的排风量;②把风筒接头断开,改变风筒接头对合空隙的大小,调节送人的风量;③在局部通风机排风侧的第一节风筒上设“三通”,以调节送入风量。 33、煤与瓦斯突出的主要危害有哪些 突出所产生的高速瓦斯流含煤粉或岩粉能够摧毁巷道设施,破坏通风系统,甚至造成风流逆转;喷出的瓦斯由几百到几万m3,能使井巷充满瓦斯,造成人员窒息,引起瓦斯燃烧或爆炸;喷出的煤、岩由几千吨到万吨以上,能够造成煤流埋人;猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。 34、试述突出机理和突出发生的条件。 突出机理 国内外大多数学者拥护综合作用学说,其机理是教材51页 1煤与瓦斯突出是地应力、高压瓦斯、煤的结构性能等三个因素综合作用的结果,除了地压和瓦斯压力外,在煤层中不存在任何其他导致突出的能源。 2地压破碎煤体是造成突出的首要原因,而瓦斯则起着抛出煤体和搬运煤体的作用,从突出的总能量来说,瓦斯是完成突出的主要能源。 3煤的强度是形成突出的一个重要因素,只有当煤的强度很低、煤与围岩的摩擦力不大时,地压造成的变形潜能才能使煤体破碎。 突出发生的条件 a、突出煤层具有不同的地质构造与煤的结构; b、突出煤与非突出煤层的特性不同; c、突出区瓦斯压力大,煤层透气性低,煤质松软,地质构造复杂。 d、突出煤层,突出主要发生在地质构造带内;地应力处于紧张状态; e、围岩地应力不均是突出危险性的一种标志。 因此,围岩的应力状态变化和能量的释放是造成突出的首要原因,瓦斯是突出的基本能源之一,瓦斯压力决定了突出的强度。 35、试述煤与瓦斯突出的一般规律以及煤与瓦斯突出的主要预兆。 突出的一般规律 1、突出发生在一定的采掘深度以后。每个煤层开始发生突出的深度差别很大,一般情况下,矿井始突深度均大于瓦斯风化带深度;随着开采深度增加,煤层突出危险性增高。2、突出多发生在地质构造附近,如断层、褶曲、扭转和火成岩侵入区附近。据南桐矿务局统计,95以上的突出石门突出除外发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲附近。北票矿务局统计,90以上的突出发生在地质构造区和火成岩侵入区。 3、突出多发生在集中应力区,如巷道的上隅角,相向掘进工作面接近时,煤层留有煤柱的相对应上、下方煤层处,回采工作面的集中应力区内掘进时,等等。 4、突出次数和强度,随煤层厚度、特别是软分层厚度的增加而增加。煤层倾角愈大,突出的危险性也愈大。 5、突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力之间没有固定的关系。瓦斯压力低、含量小的煤层可能发生突出;压力高,含量大的煤层也可能不突出。同一煤层,其瓦斯压力越高,突出危险性越大。因为突出是多种因素综合作用的结果。但值得注意的是,我国30处特大型突出矿井的煤层瓦斯含量都大于20m3/t。 6、突出煤层的特点是强度低,而且软硬相间,透气系数小,瓦斯的放散速度高,煤的原生结构遭到破坏,层理紊乱,无明显节理,光泽暗淡,易粉碎。如果煤层的顶板坚硬致密,突出危险性增大。 7、大多数突出发生在放炮和落煤工序。例如,重庆地区132次突出中,落煤时124次,占95。放炮后没有立即发生的突出,称延期突出。延迟的时间由几分钟到十几小时,它的危害性更大。 8、上山掘进比下山掘容易突出,突出次数随着煤层倾角增大而增多。 9、突出前常有预兆发生, 10、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。 11、石门突出危险性最高。 煤与瓦斯突出预兆 1、煤层结构和构造层理紊乱,煤软硬不均或变软,煤暗淡无光,煤层受挤压,厚度变大,倾角变陡,煤层干燥等。 2、地压增大如来压声响,支架折断,煤炮声,煤岩开裂,煤壁外鼓,片帮,掉碴,底鼓,打钻时顶钻、夹钻等。 3、瓦斯及其它瓦斯涌出异常,忽大忽小,闷人,煤尘增大,煤或气温变冷,顶钻喷瓦斯、喷煤等。 36、煤与瓦斯突出的分类是如何划分的主要突出原因和特征有哪些 1、按突出现象的力学特征分类 1煤与瓦斯二氧化碳突出,简称突出。 突出的主要原因地应力和瓦斯压力,以地应力作用为主,瓦斯压力作用为辅,重力不起作用。 突出的能量煤内储存的高压瓦斯能。 突出物的破碎特征产生大量手捻无颗粒的微尘。 瓦斯量突出瓦斯量m3/t煤≥瓦斯含量; 喷孔孔形状口小内大的犁形, 倒并形与应力分布一致 作用力地应力弹性变形能;瓦斯压力瓦斯潜能;重力。 2煤岩突然压出并涌出大量瓦斯----压出 主要特点 突出物的搬运特征 煤呈整体外移,碎体抛出一定距离。 突出物的堆积特征就地堆积or很近距离、无分选性、无沉积轮回,α1525时有突出危险。 3煤的坚固系数f 相对指标,国内常用落锤法测定,反映煤的坚固程度。 当f0.60.8时有突出危险;f1.2时,无突出危险。 4煤层瓦斯压力P 5软煤比 软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比,亦称揉皱系数。该值越高,煤层越不稳定,突出可能性越大。 2、综合指标法 1七因素综合预测法 七因素等深线及始突深度、地质构造线、煤层瓦斯压力线与含量等值线、煤厚与软分层厚度等线,坚硬厚层等厚线、煤层底板等高线、邻近煤层煤柱对该煤层影响范围线。 方法将上述七因素以等量线的方法绘制在煤层采掘工程平面图上,并将实际突出点也填在该图上绘制成突出预测图。 2D、K综合指标法 煤炭科学研究总院抚顺分院对10余个矿井生产水平突出层中的突出危险区进行研究,得出了D法和K法的综合指标,可作为预测区域突出煤层的常用方法。 D法指标考虑了煤层中软分层的煤的坚固性系数f和煤层开采深度H,以及煤层瓦斯压力p 这三个与突出有密切关系的参数; K法指标考虑了煤层中软分层的煤的坚固性系数f和瓦斯放散初速度ΔP这两个与突出有密切关系的参数,这两种方法分别按以下公式计算 式中D-煤的突出危险性综合指标之一,若式中两个括号内的计算值都为负时,则不论D 值大小,都为突出威胁区域; K-煤的突出危险性综合指标之二; H-开采深度,m; P-煤层瓦斯压力,取两个测压孔实测瓦斯压力的最大值,MPa; ΔP-煤层中软分层煤的瓦斯放散初速度值; f-煤层中软分层的平均坚固性系数。 根据以上两式计算,只有当D、K同时满足突出危险临界值时,才能确定该区域为突出危险区域, 39、防止瓦斯超限的方法有哪些* 防止瓦斯超限的方法有 1利用矿井主要通风机,将瓦斯冲淡到安全浓度并将烷空混合物排放到地面大气中通风方法; 2利用瓦斯泵抽放瓦斯,在负压下人工抽放高浓度瓦斯并通过巷道隔离的管网抽放到地面抽放方法。 40、矿井瓦斯抽放的必要性有哪些如何衡量瓦斯抽放的可行性 衡量一个矿井是否有必要抽放瓦斯,可以根据下列条件确定 1矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释的瓦斯量 矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时,可以考虑抽放瓦斯。 2规程的规定 规程145条规定有下列情况之一的矿井,必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统 ①1个采煤面的瓦斯涌出量5m3/min或1个掘进面的瓦斯涌出量3m3/rnin,用通风方法解决瓦斯问题是不合理的。 ②矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的 1大于或等于40m3/min; 2年产量 1.0Mt～1.5Mt 的矿井，＞30m3/min； 3年产量 0.6Mt～1.0Mt 的矿井，＞25m3/min； 4年产量 0.4Mt～0.6Mt 的矿井，＞20m3/min； 5年产量小于或等于 0.4Mt 的矿井，＞15m3/min。 ③开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 衡量瓦斯抽放的可行性 抽放瓦斯的可行性是指对煤层瓦斯抽放的难易程度。 目前一般用煤层透气性系数λ和钻孔瓦 斯流量衰减系数α来衡量。 1煤层透气性系数λ 煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动与抽放瓦斯难易程度的标志之一。它是指在 1m3 煤体 的两侧，瓦斯压力平方差为 1MPa2 时，通过 1m 长度的煤体，在此 1m2 煤面上，每日流过 的瓦斯量。测定方法是在岩石巷道中向煤层打钻孔，钻孔应尽量垂直贯穿整个煤层，然后堵 孔测出煤层的真实瓦斯压力，再打开钻孔排放瓦斯，记录流量和时间。故煤层透气性系数的 单位为 m2/MPa2d。 2钻孔瓦斯流量衰减系数α 钻孔瓦斯流量衰减系数α是表示钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数。 其测算 方法是，选择具有代表性的地区打钻孔，先测其初始瓦斯流量 q0，经过时间 t 后，再测其 瓦斯流量 qt，然后按下式计算α 式中 α－钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1； q0－钻孔初始瓦斯流量，m3/min； qt－经过 t 时间后，钻孔瓦斯流量，m3/min； t－时间，d。 41、试述抽放瓦斯的条件和三种抽放瓦斯方法的主要内容。 抽放瓦斯必须遵守下列规定 （1）利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于 30，且在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防 回气和防爆炸作用的安全装置。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得 低于 25％。 （2）抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时，必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度等 有关参数的变化，发现有自然发火征兆时，应立即采取措施。 （3）井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应有防止砸坏管路的措施。 三种抽放瓦斯方法 按瓦斯的来源分为开采煤层的抽放、临近层的抽放和采空区抽放 1、开采煤层的抽放 开采煤层瓦斯抽放，也称本煤层抽放，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预抽煤体瓦斯 此法的优点是施工方便，可以预抽的时间较长。如果是厚煤层下行分层回采，第一分层回采 后，还可在卸压的条件下，抽放未采分层的瓦斯。 沿层钻孔适用于赋存稳定的中厚或厚煤层。由运输平巷沿煤层倾斜打钻，或由上、下山沿煤 层走向打水平孔仰角 1～2。这类抽放方法常受采掘接替的限制，抽放时间不长，影响了 抽放效果。 ①钻孔方向。我国多为上向孔，利于排除孔内的积水。 ②钻孔间距。它是决定抽放效果的重要参数。孔间距，一般为 30m～50m。 ③抽放负压。一般情况下，钻孔口负压不超过 14kPa 为宜。 ④钻孔直径。抽放瓦斯的钻孔直径一般为 70mm～100mm。 2抽放卸压瓦斯 在受回采或掘进的采动影响下， 引起煤层和围岩的应力重新分布， 形成卸压区和应力集中区。 在卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加。在这个区域内打钻抽放瓦斯，可以提高抽出 量，并阻截瓦斯流向工作空间。这类抽放方法现场称为随掘随抽和随采随抽。 3增加本煤层瓦斯抽放量的途径 ①加大钻孔直径 ②提高抽放负压 ③增大煤层透气性 对低透气性煤层，提高透气性以增大瓦斯抽出量，目前主要采取的措施有 1地面钻孔水力压裂。 2水力破裂。 3水力割缝。 4交叉钻孔。 2.邻近层的瓦斯抽放 邻近层的瓦斯抽放， 即是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道， 或预先从开采 煤层或岩巷内向邻近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯汇集抽出。前一方法称巷道法，后一方 法称钻孔法。 1邻近层的极限距离 邻近层抽放瓦斯的上限与下限距离，应通过实际观测，按上述三带的高度来确定。 上邻近层取冒落带高度为下限距离，裂隙带的高度为上限距离。 下邻近层不存在冒落带，所以不考虑上部边界，下部边界，一般不超过 60m～80m 2钻场位置 3钻场或钻孔的间距 4钻孔角度 5钻孔进入的层位 6孔径和抽放负压 3.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，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人的瓦斯。 抽放的采空区可以是一个采煤工作面、 一两 个采区的局部范围或一个水平结束后的大范围抽放。 如果冒落带内有邻近层或老顶冒落瓦斯涌出量明显增加现象时， 可由回风巷或上区段运输巷， 每隔一段距离20～30m向采空区冒落带上方打钻抽放瓦斯，钻孔平行煤层走向或与走向间 有一个不大的夹角。如果采空区内积存高浓度瓦斯，可以通过回风巷密闭接管抽放。 老空区抽放前应将有关的密闭墙修整加固， 减少漏风。 然后在老空区上部靠近抽放系统的密 闭墙外再加砌一道密闭墙，两墙之间填以砂土，接管进行抽放。 采空区抽放时要及时检查抽放负压、流量、抽出瓦斯的成分与浓度。抽放负压与流量应与采 空区的瓦斯量相适应，才能保证抽出瓦斯中的甲烷浓度。如果煤层有自燃危险，更应经常检 查抽出瓦斯的成分，一旦发现有 CO、煤炭自燃的异常征兆，应立即停止抽放，采取防止自 燃的措施。