第一章矿井瓦斯灾害防治.doc

课 程 教 案 第一章 矿井瓦斯灾害防治 矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。本章在阐述瓦斯的赋存状况、涌出形式与瓦斯灾害形式等基本理论的基础上，着重介绍矿井瓦斯防治的有关措施。 第一节 基本概念和理论概述 一、 矿井瓦斯的定义及性质 1．矿井瓦斯的定义 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。其基本成分是甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2），还有少量的硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、二氧化硫（SO2）及其它碳氢化合物气体。 2．矿井瓦斯的性质 图1-1-l 顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化 IN2-CO2；IIN2； IIIN2-CH4；IVCH4 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 ，因此在煤矿井下常积聚在巷道顶部或上山迎头。瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。 二、 矿井瓦斯的成因和分带 1． 矿井瓦斯的成因 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。 2． 煤层瓦斯垂直分带 根据井下煤层瓦斯组分和含量，将煤层瓦斯按赋存深度不同自上而下分为4 个带N2CO2带、N2带、N2CH4 带和CH4带（见图1-1-1）。 图1-1-2 煤体中瓦斯的赋存状态示意图 1-自由瓦斯 ；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯 瓦斯风化带的深度取决于煤层的地质条件和赋存状况，如围岩性质、煤层露头、断层、煤层倾角、地下水活动等。围岩透气性越大、煤层倾角越大、开放性断层越发育、地下水活动越剧烈，则瓦斯风化带下部边界就越深。有露头的煤层往往比无露头的隐伏煤层瓦斯风化带深。 三、 煤层瓦斯的赋存状态 1． 瓦斯的赋存状态 矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态，如图1-1-2所示。 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。 吸附状态分为两种形式，即吸着状态和吸收状态。吸着状态由气体分子和固体分子之间的引力造成，瓦斯分子被吸着在煤体或岩体孔隙表面上，形成瓦斯薄膜。以吸着状态存在的瓦斯称吸着瓦斯。吸收状态的瓦斯被溶解于煤体或岩体之中，类似气体溶解于液体之中。以吸收状态存在的瓦斯称吸收瓦斯。 2． 影响煤层瓦斯含量的因素 煤层瓦斯含量是指单位质量（或体积）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/m3或m3/t。 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。 总之，影响煤层瓦斯含量的因素是多种多样的。在矿井瓦斯管理工作中，必须结合本井田或本矿具体情况，做全面的调查和深入细致的分析研究，找出影响本煤田、本矿井瓦斯含量的主要因素，作为预测瓦斯含量和瓦斯涌出量的参考。 3. 煤层瓦斯压力 煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。它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。 四、 矿井瓦斯的涌出 1．矿井瓦斯涌出形式 瓦斯从煤层或围岩中涌出的形式有两种 （1）普通涌出。随着采掘工作的不断进行，瓦斯从煤层或围岩中不断地向采掘空间涌出。其特点是范围大、时间长、量均匀，速度缓。普通涌出是煤矿瓦斯涌出的主要形式。 （2）特殊涌出。包括瓦斯的喷出和煤与瓦斯突出。其特点是涌出地点为局部地点，涌出时间短、速度快、量大而集中、有机械破坏力。它是瓦斯矿井中极具危害的一种涌出形式。 2．矿井瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量是指在矿井生产过程中涌入巷道内的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。矿井绝对瓦斯涌出量（Q绝）是指矿井在单位时间内涌出瓦斯的体积，单位为m3／min 或m3/d 。可用下式计算 Q绝QC6024 （1-1-1） 式中 Q矿井总回风道风量，m3/d； C回风流中的平均瓦斯浓度，。 相对瓦斯涌出量（q相）是指在正常生产条件下开采1吨煤所涌出的瓦斯体积，其单位为m3/t。 q相（ Q绝n）/T （1-1-2） 式中 Q绝矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d； n矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d/月； T矿井瓦斯鉴定月的产量，t/月。 五、 瓦斯涌出的影响因素 （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。 六、 矿井瓦斯等级 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。 第二节 瓦斯爆炸及突出的规律 一、瓦斯爆炸 （一）瓦斯爆炸的过程及其危害 1． 瓦斯爆炸的化学反应过程 瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。 最终的化学反应式为CH4＋2O2＝CO22H2O 如果煤矿井下O2不足，反应的最终式为CH4O2＝COH2H2O 2．瓦斯爆炸的产生与传播过程 爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，就将发生瓦斯的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。 3．瓦斯爆炸的危害 矿内瓦斯爆炸的有害因素是高温、冲击波和有害气体。 瓦斯爆炸后生成大量有害气体，某些煤矿分析爆炸后的气体成分为O2 6～10 , N2 82 ～88 , CO2 4～8，CO 2～4％。如果有煤尘参与爆炸，CO 的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。 图1-2-1 柯瓦德爆炸三角形 （二）瓦斯爆炸的条件及影响因素 1．瓦斯爆炸的基本条件 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。 2．影响瓦斯爆炸发生的因素 （1）其它可燃气体的影响。 （2）氧浓度和过量惰气的影响。 （3）温度的影响。 （4）气压的影响。 （三）矿井瓦斯爆炸的致因 1．瓦斯积聚 瓦斯积聚是指体积超过0.5m3时的空间瓦斯浓度超过2％的现象。局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，积聚原因主要有以下几个方面 （1）通风系统不合理、供风距离过长、采掘布置过于集中、工作面瓦斯涌出量过大而又没有采取抽放措施、通风路线不畅通等，都容易造成采煤工作面风量供给不足。 （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，上工作面的污浊空气未经监测控制进入下工作面，导致与下工作面风流中的瓦斯叠加而超限。 （4）局部通风机停止运转可能使掘进工作面很快达到瓦斯爆炸的界限。 （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）气压发生变化或采空区发生大面积冒顶时。 （7）当采掘工作面推进到地质构造异常区域时。 （8）巷道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。 2．瓦斯爆炸的点火源 煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、电火花、赤热的金属表面以及撞击和摩擦火花，都能点燃瓦斯。此外，采空区内岩石悬顶冒落时产生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃烧或爆炸。原苏联的研究认为，岩石脆性破裂时，它的裂隙内可以产生高压电场（达108V/cm ），电场内电荷流动，也能导致瓦斯燃烧。 二、煤岩与瓦斯突出 煤岩与瓦斯突出是煤矿井下发生的一种复杂的瓦斯动力现象，即在很短时间内，大量的煤岩和瓦斯由煤（岩）体向采掘巷道空间喷出的现象。 （一）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。其中，倾出的主要动力是地应力，其基本能源是煤的重力位能，它经常发生在急斜松软煤层中；压出的主要动力是地应力，其基本能源是煤中所积聚的弹性能；突出的动力是地应力和瓦斯压力的合力，其基本能源是煤中积聚的瓦斯能。 （二）煤岩与瓦斯突出的机理和条件 1. 突出机理 煤岩与瓦斯突出是一种力学现象，是地应力、瓦斯和煤岩的物理力学性质三个因素综合作用的结果。地应力、瓦斯和煤岩强度是突出的主要自然因素，突出的发生与否取决于这三个因素的一定组合。对突出发生的区域条件来说，该区域的地应力越大，煤岩层瓦斯压力（含量）越高，煤岩越松软，则区域的突出危险性就越大。对采掘工作面来说，突出危险性除与上述三个因素各参数的原始值有关外，而且在很大程度上，还取决于近工作面区域各参数的变化，工作面前方应力和瓦斯压力梯度越大，煤岩越不均质，则工作面的突出危险性也就越大。 2. 突出的条件 突出发生必须同时满足以下3 个条件 （1）放炮落煤、石门突然揭开煤层、采掘工作面进入地质构造带、打钻、悬顶冒落等使工作面附近煤（岩）体应力状态突然改变，并导致煤（岩）体局部的突然破坏，这是突出的诱发条件。 （2）突出诱发后，煤（岩）的暴露面处于高地应力和高瓦斯压力区，使煤（岩）体能产生自发地连续破碎，这是突出的发展条件。 （3）煤（岩）体和已破碎的煤（岩）能快速涌出瓦斯（包括游离瓦斯和吸附瓦斯），并形成能抛出已破碎煤（岩）的瓦斯流，这是突出发展的必要条件。 （三）煤岩与瓦斯突出的一般规律和预兆 1. 煤岩与瓦斯突出的一般规律 （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。 2. 突出预兆 ① 声响预兆。煤体中发出闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声，这些声响在我国许多突出矿井统称为“煤炮”。在个别突出发生前，也会出现渗水声和其它声响。 ② 煤结构变化预兆。如煤层层理紊乱、煤变松软、煤变暗而无光泽、煤干燥和煤尘增多等。 ③ 地压方面的预兆。支架来压、掉渣、片帮、工作面煤壁外鼓、底鼓、煤眼变形装不进炸药等。 ④ 瓦斯方面的预兆。风流瓦斯浓度增大、瓦斯浓度忽大忽小、打钻时顶钻、钻孔喷煤喷瓦斯等。 ⑤ 其它预兆。在某些突出发生前，会出现煤壁和工作面温度降低，散发特殊气味等。 第三节 瓦斯爆炸的防治与处理技术 一、 防止瓦斯积聚的技术措施 （一）按照煤矿安全规程的要求做好通风工作 （1）矿井通风必须采用机械通风。 （2）所有没有封闭的巷道、采掘工作面和硐室必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速，使瓦斯不能达到积聚的条件。 （3）采煤工作面必须保持风路畅通，每个掘进工作面必须有合理的进、回风路线，避免形成串连通风。 （4）掘进工作面供风最容易出现安全问题，特别是在更换、检修局部通风机或通风机停运时，必须加强管理。 （5）对高瓦斯矿井，为防止局部通风机停风造成的危险，必须使用“三专两闭锁”，局部通风机要挂牌制定专人管理，严格禁止非专门人员操作局部通风机和随意开停通风机。 （6）整个矿井的生产和通风是相匹配的。 （二）及时处理局部聚积的瓦斯 1．采煤工作面上隅角的瓦斯积聚处理技术 1）增风吹散法 图1-3-1风障引流法 该方法是通过增大向上隅角的供风，吹散积聚的瓦斯。具体措施有风障引流吹散法、液压局部通风机吹散法、脉动通风技术吹散法等。 （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 该方法是利用抽排的方式处理上隅角处积聚的瓦斯。 （1）风筒引射导风法。 （2）无火花风机抽排法。 图1-3-2 小型液压局部通风机处理上隅角积聚的瓦斯 1-工作面液压支架；2-甲烷传感器；3-柔性风筒；4-小型液压通风机 5-中心控制处理器；6-液压泵站；7-磁力启动器；8-油管 （3）小型液压风扇治理上隅角瓦斯积聚。 （4）移动泵站抽放法。 3）改变采空区内风流流动路线 2．刮板输送机底槽的瓦斯积聚处理技术 （1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽畅通，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继续运转，以防止瓦斯积聚。 （3）如果发现输送机底槽内有瓦斯超限的区段，可把输送机吊起来，使空气流通排除瓦斯。 （4）有压风管路的地点可以将压风引至底槽进行通风，排除积聚的瓦斯。 3．机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理 （1）加大工作面的进风量。 （2）降低瓦斯涌出的不均匀性。 （3）抽放瓦斯和煤壁注水。 （4）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。 4．顶板瓦斯聚积的处理 图1-3-9 钻孔抽放裂隙带的瓦斯 1）顶板附近瓦斯层状积聚的处理 （1）加大巷道内风流速度。 （2）加大顶板附近的风速。 （3）喷浆封闭法。 （4）瓦斯抽放法。 2）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 5．掘进工作面局部的瓦斯积聚处理技术 （1）对于瓦斯涌出量大的掘进工作面，应优先采用长距离大孔径预抽预排瓦斯方法，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。 6.恢复有瓦斯积存的盲巷或在打开密闭时的瓦斯处理 （1）最好在非生产班进行，回风涉及的巷道中机电设备停止运转，切断电源，停止作业，禁止人员进入危险区； （2）排放工作一般由一个救护小队操作，排放前应由救护队员佩戴氧气呼吸器，进入瓦斯积存地点检查瓦斯浓度，查明有关情况，再决定排放方法和补充安全措施； （3）开动局扇前必须检查局扇附近20 m内瓦斯浓度是否超限，开动后要检查局扇附近是否有循环风； （4）瓦斯积存量较大时，应逐段恢复通风，并不断检查瓦斯浓度，防止突然涌出造成事故； （5）采用巷道积聚瓦斯自控排放装置，避免形成“一风吹”，确保独头巷道中排出的风流在同全风压风流混合处的瓦斯浓度在规定安全值以下。 二、防止点火源的出现 1．加强管理，提高防火意识 提高井下工人和工程技术人员的素质，加强其防火、防爆意识，是做好杜绝瓦斯点火源在井下出现的基础。因此，大力宣传井下的防火、防爆知识，贯彻执行有关规定，发现隐患和违章就严格处理，对防止点火源的出现有重要的意义。 2．防止放炮火源 （1）煤矿井下的爆破必须使用符合 煤矿安全规程 规定的安全炸药； （2）有爆破作业的工作面必须严格执行“一炮三检”的瓦斯检查制度，保证放炮前后的瓦斯浓度在规定的界限内； （3）禁止使用明接头或裸露的放炮母线； （4）炮眼的深度、位置、装药量要符合该工作面作业规程的要求，炮眼充填要填满、填实，严禁使用可燃性物质代替炮泥充填炮眼，要坚持使用水炮泥； （5）禁止放明炮、糊炮； （6）严格执行井下火药、雷管的存放、运输的管理规定，爆破工作人员要持证上岗。 3．防止电气火源和静电火源 为防止静电火花，井下使用的高分子材料，如塑料、橡胶、树脂制品等，其表面电阻应低于其安全限定值。洒水、排水用塑料管外壁表面电阻应小于1109Ω , 压风管、喷浆管的表面电阻应小于1108Ω。消除井下杂散电流产生的火源首先应普查井下杂散电流的分布，针对产生的原因采取有效措施，防治杂散电流。 4．防止摩擦和撞击点火 随着井下机械化程度的日益提高，机械摩擦、冲击引燃瓦斯的危险性也相应增加。防止摩擦和撞击火花的主要措施有在摩擦发热的装置上安设过热保护装置和温度检测报警断电装置；在摩擦部件的金属表面，附着活性低的金属，使其形成的摩擦火花难以引燃瓦斯；并在摩擦部件的合金表面涂上苯乙烯醇酸，以防止摩擦火花的产生。工作面遇坚硬夹石或硫化铁夹层时，不能强行截割，应放松动炮或弱化处理。定期检查截齿和其后的喷水装置，保证其正常运行。 5．防止明火点燃 （1）严禁携带烟草、点火物品入井，严禁携带易燃物品入井；必须带入井下的易燃物品要经过矿总工程师的批准，并指定专人负责。 （2）严禁在井口房、通风机房、瓦斯泵房周围20 m范围内使用明火、吸烟或用火炉取暖。 （3）不得在井下和井口房内从事电气焊作业。 （4）严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等，井下使用的棉纱、布头、润滑油等必须放在有盖的铁桶内，严禁乱扔乱放或抛在巷道、硐室及采空区内。 （5）井下严禁使用电炉或灯泡取暖。 6．防止其它火源 井下火源的出现具有突然性。在工作场所，由于机械作业和金属材料的大量使用，很多情况下撞击、摩擦等火源难以避免，这些地点的通风工作就显得更为重要。但是，对灾害区域、封闭的瓦斯积聚区域，必须采取措施防止点火源的出现。此外，地面的闪电或其它突发的电流也可能通过井下管道进入这些可能爆炸的区域而引燃瓦斯。因此，应当截断通向这些区域的铁轨、金属管道等。 三、加强瓦斯的检查和监测 1．井下各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施 煤矿安全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，详见表1-3-1 。 表1-3-1 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 内停止进行其它工作 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 2．煤矿安全规程关于矿井瓦斯检查的制度要求 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，以及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 浓度每班至少应检查两次；有煤（岩）与CO2突出危险的采掘工作面，以及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）其它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。 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。 3. 煤矿安全规程对矿井瓦斯检查仪器、仪表的要求 安全监测所使用的仪器、仪表必须定期进行调试、校正，每月至少一次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用催化元件的设备，每隔7天必须使用校准气样和空气样按使用说明书的要求调校一次，每隔7天必须对甲烷断电功能进行测试。 矿务局（公司）、矿区应建立安全仪表计量检验机构，对矿区内各矿井使用的检测仪器、仪表进行性能检验、计量鉴定和标准气样配置等工作，并对矿区安全仪器、仪表检修部门进行技术指导。 4. 通风或瓦斯涌出异常时期应特别注意的事项 （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，，同时，立即打开泵房的排气管阀，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。 四、瓦斯爆炸的处理要点 1．必须了解（询问）的内容 （1）爆炸地点及其事故波及范围。 （2）人员分布及其伤亡情况。 （3）通风情况（风量大小、风流方向、风门等通风构筑物的损坏情况 ）。 （4）灾区瓦斯情况（瓦斯浓度、烟雾大小、CO 浓度及它们的流向）。 （5）是否发生了火灾 （6）主要通风机工作情况（是否正常运转、防爆门是否被吹开风机房水柱计读数是否有变化 ）。 2．必须分析判断的内容 （1）通风系统破坏程度。可根据灾区通风情况和风机房水柱计读值hS变化情况做出判断。凡比正常通风时数值增大，说明灾区内巷道冒顶垮落，通风系统被堵塞。hS比正常通风时数值减少，说明灾区风流短路。其产生原因可能是 ① 风门被摧毁； ② 人员撤退时未关闭风门； ③ 回风井口防爆门（盖）被冲击波冲开； ④ 反风进风闸门被冲击波冲击落下堵塞了风硐，风流从反风进风口进入风硐，然后由风机排出。也可能是爆炸后引起明火火灾，高温烟气在上行风流中产生火风压，使主要通风机风压降低。 （2）是否会产生连续爆炸若爆炸后产生冒顶，风道被堵塞，风量减少，继续有瓦斯涌出，并存在高温热源，则可能产生连续爆炸。 （3）能否诱发火灾 （4）可能的影响范围。 3．必须做出决定并下达的命令 （1）切断灾区电源。 （2）撤出灾区和可能影响区的人员。 （3）向矿务局汇报并召请救护队。 （4）成立抢救指挥部，制定救灾方案。 （5）保证主要通风机和空气压缩机正常运转。 （6）保证升降人员的井筒正常提升。 （7）清点井下人员、控制入井人员。 （8）矿山救护队到矿后，按照救灾方案部署救护队抢救遇险人员、侦察灾情、扑灭火灾、恢复通风系统、防止再次爆炸。 （9）命令有关单位准备救灾物资，医院准备抢救伤员。 4．处理事故的具体措施 （1）选择最短的路线，以最快的速度到达遇险人员最多的地点进行侦察、抢救。 （2）迅速恢复灾区通风。 （3）反风。 （4）清除灾区巷道的堵塞物。 （5）扑灭爆炸引起的火灾。 （6）发生连续爆炸时，为了抢救遇险人员或封闭灾区，救护队指战员在紧急情况下，也可利用两次爆炸的间隔时间进行。 （7）最先到达事故矿井的小队，担负抢救遇险人员和灾区的侦察任务。 （8）第二个到达事故矿井的小队应配合第一小队完成抢救人员和侦察灾区的任务，或是根据指挥部的命令担负待机任务。 （9）恢复通风设施时，首先恢复主要的最容易恢复的通风设施。 第四节 煤与瓦斯突出防治与处理 一、 煤与瓦斯突出四位一体防治体系 根据防治煤与瓦斯突出细则的要求，在开采突出煤层时，必须采用以下综合措施 （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。。 按照“四位一体”的防治突出综合措施实施系统，首先经突出区域预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层；再通过区域预测把突出煤层划分为突出危险区、威胁区和无突出危险区；最后通过工作面突出危险性预测，把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。只有在预测为突出危险的工作面才采用防治突出措施，且在措施执行后进行防治突出效果检验。在突出煤层的突出威胁区，仅采用安全防护措施，但应根据煤层的突出危险程度，采掘工作面每推进30～100m，应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测，其中任何一次验证为有突出危险时，该区域即改划为突出危险区。有关突出预测的方法见第七章。 二、 煤与瓦斯突出的防治措施 （一）区域性防突出措施 区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。开采保护层是预防突出最有效、最经济的措施。 1．开采保护层 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，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。 l）开采保护层的作用 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。 2）保护范围 划定保护范围，也就是在空间和时间上确定卸压区的有效范围。突出危险矿井应根据实际观测资料，确定合适的保护范围，标明在矿井开采平面图上，如无实测资料，可参考下列数据。 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。 2．大面积预抽煤层瓦斯 采用大面积预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施，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。综合这些因素的变化，最终达到削弱和消除突出危险的效果。 （二）局部防突措施 1．松动爆破 松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区，打几个钻孔装药爆破，使煤体松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。松动爆破分为深孔和浅孔两种。 2．钻孔排放瓦斯 图1-4-4 测定排放半径的钻孔布置 1～3-测压孔；4-排瓦斯孔 石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻，将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力降到安全压力以下时，再进行采掘工作。钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定，每平方米断面不得少于3.5～4.5孔。 钻孔排放半径是指经过规定的排瓦斯时间后，在排放半径内的瓦斯压力都降到安全值，应实测之。测定时由石门工作面向煤层打2～3个钻孔，测瓦斯压力。待瓦斯压力稳定后，打一个排瓦斯钻孔（图1-4-4） ，观察测压孔的瓦斯压力变化，确定排放半径。 3．水力冲孔 图1-4-5 水力冲孔工艺流程图 1-套管；2-三通管；3-钻杆；4-钻机；5-阀门； 6-高压水管；7-压力表；8-射流泵；9-排煤水管 水力冲孔是在安全岩（煤）柱的防护下，向煤层打钻后，用高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。此外，在高压水射流的冲击作用下，冲孔过程中能诱发小型突出，使煤岩中蕴藏的潜在能量逐渐释放，避免大型突出的发生。 冲孔水压一般为3.0～4.0 MPa ，水量为15～20 m3/h ，射流泵水量为25 m3/h。孔数一般为1.0 ～1.3 孔／m2 ，冲出的煤量每米煤层厚度≥20 t 。冲孔的喷煤量越大，效果就越好。水力冲孔适用于地压大、瓦斯压力大、煤质松软的突出危险煤层。 4．超前支架 图1-4-6 超前支架示意图 图1-4-7 金属骨架 包括煤巷掘进超前支架和石门揭煤超前支架2种 （1）煤巷掘进超前支架。 （2）石门揭煤超前支架。 5．超前钻孔 它是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部。 超前钻孔孔数决定于巷道断面积和瓦斯排放半径。钻孔在软煤中的排放半径为1～1.5 m，硬煤中可能只有几十厘米。平巷掘进工作面一般布置3～5个钻孔，孔径200～300 mm。孔深应超前工作面前方的集中应力区，一般情况下它的数值为3～7m，所以孔深应不小于10～15m。掘进时钻孔至少保持5 m的超前距离。 （三）安全防护措施 1． 震动放炮 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。其做法是在工作面布置比较多的炮眼，装药较多，全断面一次爆破。因爆破产生的强大震动力和破碎，使其前方煤体的应力和瓦斯力学状态突然改变，给突出发生创造了有利条件，使突出在被控制中发生。它的效果取决于岩柱厚度、装药量和炮眼布置等参数。 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。 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。 ④震动放炮应一次起爆全部炮眼，崩开石门全断面的岩柱。 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。 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。 2. 金属栅栏 图1-4-8 液压反向风门安装结构示意图 金属栅栏是一种抑制突出强度的专用支架。为了减弱震动放炮诱发突出的强度、减少突出对巷道设施和通风系统的破坏以及缩小瓦斯蔓延的范围，在巷道中架设金属栅栏能取得较好的效果。 3. 反向风门 反向风门是防止突出的瓦斯逆流进入进风巷道而安设的风门，通常和震动放炮配合使用。反向风门安设在掘进工作面的进风侧，平时是敞开的，只在震动放炮时才关闭。当发生大型和特大型突出时，其突出产生的冲击波往往破坏反向风门和通风设施，造成瓦斯逆流波及其它区域，扩大了突出造成的人员伤亡等严重后果。 4. 井下避难所 在突出危险的矿井，进入突出危险采掘工作面的人员，必须佩戴隔离式自救器。此外，在井下还应设置避难所或压风自救系统。 （1）井下避难所。 （2）压风自救系统。 三、煤与瓦斯突出事故的处理 （1）瓦斯来源充足，并且瞬间涌出量很大、浓度很高。不但能顺风流向回风方向蔓延，而且能逆着风流向进风方向蔓延，甚至逆流到进风井。 （2）突出的瓦斯能形成冲击气浪破坏通风系统，突出的煤岩能堵塞巷道。因而，造成通风混乱，不利于人员的撤退和救灾。 （3）突出的高浓度瓦斯，开始时不会立即发生爆炸，但在一定供氧条件下可能遇火源引起燃烧。如果通风供氧使瓦斯浓度降到爆炸界限内，遇火源会引起爆炸。这就要求在处理事故过程中严格火源管理。 （4）在处理事故过程中，如果需在突出煤层中掘进巷道用于救人或恢复通风，仍必须采取防突措施。 （5）突出后，有可能在同一地点发生第二次、第三次突出。因此，在处理事故过程中，必须严密监视，注意突出预兆，防止再次突出扩大事故。 突出事故发生后，指挥人员应果断地做出的决策 （1）切断灾区和受影响区的电源，但必须在远距离断电，防止产生电火花引起爆炸。 （2）撤出灾区和受威胁区的人员。 （3）派人到进、回风井口及其50m 范围内检查瓦斯、设置警戒，熄灭警戒区内的一切火源，严禁一切机动车辆进入警戒区。 （4）派遣救护队佩戴呼吸器、携带灭火器等器材下井侦察情况，抢救遇险人员、恢复通风系统等。 （5）要求灾区内不准随意启闭电器开关，不要扭动矿灯开关和灯盏，严密监视原有的火区，查清突出后是否出现新火源，防止引爆瓦斯。 （6）发生突出事故后不得停风和反风，防止风流紊乱扩大灾情。并制定恢复通风的措施，尽快恢复灾区通风，并将高浓度瓦斯绕过火区和人员集中区，直接引入总回风道。 （7）组织力量抢救遇险人员。安排救护队员在灾区内救人，非救护队员（佩有隔离式自救器）在新鲜风流中配合救灾。救人时本着先明（在巷道中可以看见的）后暗（被煤岩堵埋的）, 先活后死的原则进行 （8）制定并实施预防再次突出的措施。必要时撤出救灾人员。 （9）当突出后破坏范围很大、巷道恢复困难时，应在抢救遇险人员后，对灾区封闭。 （10）若突出后造成火灾或爆炸，则按处理火灾或爆炸事故进行救灾。 第五节 矿井瓦斯抽放 一、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