第一章 矿井瓦斯灾害防治

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1、目录第一章矿井瓦斯灾害防治第二章　矿尘防治第三章　矿井火灾防治第四章矿井水灾防治第五章煤矿爆破事故防治第六章煤矿顶板灾害防治第七章煤矿安全管理技术第八章矿山救护第一章矿井瓦斯灾害防治目录第一节基本概念和理论概述第二节瓦斯爆炸及防治技术第三节煤与瓦斯突出及防治技术第四节矿井瓦斯抽放复习题问题思考第一节基本概念和理论概述主要内容一、矿井瓦斯的定义及性质二、矿井瓦斯的成因和分带三、煤层瓦斯的赋存状态四、矿井瓦斯的涌出五、瓦斯涌出的影响因素六、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理七、矿井瓦斯等级一、矿井瓦斯的定义及性质1．矿井瓦斯的定义从广义上讲，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产

2、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）。后面章节中所谈的瓦斯概念，一般为甲烷。2．矿井瓦斯的性质瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯比空气轻，其比重为0.554，因此在煤矿井下常积聚在巷道顶部或上山迎头。瓦斯的扩散速度是空气的1.34倍，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍。瓦斯微溶于水，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、矿井瓦斯的成因煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层，主要是由高等植物经煤化作用形成的。成气过程可分为两个阶段：（１）生物化学成气时期（泥炭化或腐泥阶段）腐植型有机物沉积在沼泽相和三角洲相，在小于65℃下，经厌氧

3、微生物（细菌）的化学降解作用生成甲烷、二氧化碳、水。泥炭化过程的生物化学作用分两个阶段①植物中的有机物经氧化分解和水解作用，转化为简单的化学性质活泼的化合物。②分解产物相互作用生成新的较稳定的有机化合物。该时期埋藏深度不大且覆盖层胶结固化程度不够，所产生的气体绝大部分逸散入大气。（２）煤化变质作用时期（煤化阶段）泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。图1-1-l顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化I—N2-CO2；II—N2；III—N2-CH4；IV—CH42.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：N2—CO2带、

4、N2带、N2—CH4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；4-煤体；5-空隙三、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。自由状态又称游离状态。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。各带的气体成分组成及含量：瓦斯风化带上届深度确定（以下任何一项）①煤层的相对瓦斯涌出量为2-3m3/t。②煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%。③煤层内的瓦斯压力为0

5、.1MPa。④煤的瓦斯含量达到下列数值：长焰煤1.0-1.5m3/t，气煤1.5-2.0m3/t，肥煤与焦煤2.0-2.5m3/t，瘦煤2.5-3.0m3/t，贫煤3.0-4.0m3/t，无烟煤5.0-7.0m3/t。2.影响煤层瓦斯含量的因素（一）煤的变质程度变质程度越高，瓦斯含量就大；灰分、杂质、水分降低煤中的瓦斯含量。（二）煤系地层保存瓦斯的条件（1）煤层存贮条件①煤的吸附特性。煤化程度高，存贮瓦斯能力强。②煤层有无露头。③煤层的埋深。（2）围岩透气性致密完整的低透气性岩层，瓦斯含量高，瓦斯压力大，反之越小。（3）煤层的地质史以下降、覆盖层加厚和海相沉积为主要变化的地质活动过程

6、，会导致瓦斯含量增高；反之，瓦斯含量降低。（4）煤层倾角埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。（５）地质构造及其他条件（6）水文地质条件地下水活跃的地区，煤层瓦斯含量小。①地下水带走部分被溶解的瓦斯；②地下水的渗透通道也是瓦斯渗透通道；③地下水带走了溶解的矿物，使围岩及煤层卸压，透气性增加，造成了瓦斯的流失。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。煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量越大。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：瓦斯能够长时间地、持续地从煤体中释放出来。（2）特殊涌出

7、（喷出、突出）：在时间上突然，在空间上集中、大量的瓦斯涌出。2．矿井瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。（1）Q绝=Q×C×60×24（1-1-1）式中Q—矿井总回风道风量，m3/min；C—回风流中的平均瓦斯浓度，%。（2）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。1、自然因素（1）煤层和围岩的瓦斯含量煤层的瓦斯含量越高，开采时