资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,思考与总结,1,、,矿井通风,教了我们哪些知识？,矿井通风的任务与矿井空气（思考问题的出发点）,矿井通风压力、通风阻力、通风动力（分析问题的基本原理）,矿井通风系统、采区通风系统、掘进通风方法（解决问题的方法）,矿井总风量的计算与设备选型（解决问题的途径）,矿井通风构筑物（解决问题的工具）,2,、如果矿井通风能力有限，完不成基本任务怎么办？,学,煤矿安全工程技术,？,1,、知识无用论？设计不敢用,2,、无知者无畏（闻瓦斯）,3,、知识学不到家（测量瓦斯）,4,、安全条件下生产（工作不用拼命）,5,、灾害综合防治（瓦斯、火、生产）,6,、知（防什么、怎么防、为何防）,学时分配,瓦斯防治,10+4,学时,火灾防治,10,学时,粉尘防治,4,学时,水灾防治,2,学时,矿山救护,2,学时,主讲：,王 兵 建,副教授,河南理工大学能源学院,通 风 安 全 学,第九章 矿井瓦斯,提出,问题,为何再学瓦斯知识？需要掌握哪些知识？,瓦斯如何形成、赋存、运移？,瓦斯是如何造成灾害的？（事故机理）分类、各类瓦斯灾害的特点,如何预防瓦斯灾害？（治理方案）,瓦斯灾害发生后如何抢险救灾？,本章主要内容,第一节 概述,第二节 煤层瓦斯赋存与含量,第三节 矿井瓦斯涌出,与等级鉴定,第四节 瓦斯喷出,第五节 煤与瓦斯突出及其预防,第六节,瓦斯抽,采,第七节,爆炸及其预防,瓦斯如何形成、赋存、运移？,瓦斯是如何造成灾害的？（事故机理）分类、各类瓦斯灾害的特点,如何预防瓦斯灾害？（治理方案）,瓦斯灾害发生后如何抢险救灾？,第一节、概述,矿井瓦斯：,是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。,CH4,的性质,无色、无味、无嗅的气体，,但,有时可以闻到类似苹果的香味，这是出于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故,。,分子量：,16.049,，分子直径：,0.41nm,，,密度：,0.716Kg/m3,（气态）、,424.5 Kg/m3,（液态）,相对空气密度：,0.554,难溶入水,:101.3 KPa,20,3.31l/100lH,2,O,危害,：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。,作用,：能源、化工原料。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,一、瓦斯的成因与赋存,（一）矿井瓦斯的生成,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：,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；,（,1,）生物化学阶段（从植物遗体到泥炭）,4C,6,H,10,O,5,7CH,4,+8CO,2,+C,9,H,6,O+3H,2,O,特点：埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。,隔绝空气,微生物,（纤维素）,（,2,）变质阶段（从泥炭到烟煤）,泥炭,褐煤 烟煤 无烟煤,如：,4C,16,H,18,O,5,C,57,H,56,O,10,+4CO,2,+3CH,4,+2H,2,O,C,57,H,56,O,10,C,54,H,42,O,5,+CO,2,+2CH,4,+3H,2,O,C,54,H,42,O5 C,13,H,4,+2CH,4,+H,2,O,P,、,t,P,、,t,P,、,t,（泥炭）,（褐煤）,（褐煤）,（烟煤）,（烟煤）,（无烟煤）,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,特点：,（,1,）碳化过程生成的大量气体。,初期：主要为,CO,2,，,CH,4,不多。随着碳化程度的提高，,CO,2,减少，,CH,4,增多，同时生成重烃。,（,2,）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化；,（,3,）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但煤层瓦斯含量远小于生成量。,减少的原因：,（,1,）地质构造运动；,（,2,）运移到适于贮存地点，形成气藏；,（,3,）溶解于水中（长久地质年代过程中）；,（,4,）逸散于大气中（从煤层露头）。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,（二）瓦斯在煤体内存在的状态,煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。,（,1,）煤中孔隙的分类,微孔：,直径,10,-1,mm,，层流和紊流混合渗透区间。并决定了煤的宏观,(,硬和中硬煤,),破坏面。,一般，把,小孔,至,可见孔,的孔隙体积之和称为,渗透容积,，把吸附容积与渗透容积之和称为,总孔隙体积,；煤的总孔隙体积占相应煤的体积的百分比称为煤的,孔隙率,，以表示。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,（二）瓦斯在煤体内存在的状态,煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。,煤层中瓦斯赋存两种状态：,游离状态,：瓦斯以自由气态存在；,吸附状态,：,吸着,瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上。,吸收,瓦斯吸附在煤的微粒结构内部。,吸着状态,是孔隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层。,吸收状态,是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液体中的状态。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,二、煤层中瓦斯垂直分带,形成原因：,当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。,瓦斯,空气,-1000m,-800m,-600m,-400m,-200m,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,四带,：,CO,2,-N,2,带、,N,2,带、,N,2,CH,4,带、,CH,4,带。现场实际过程中，将前三带总称为,瓦斯风化带,。,煤层垂向各带气体组份表,名称,气带成因,瓦斯成分,N,2,CO,2,CH,4,CO2-N2,带,生物化学空气,20,80,20,80,10,N2,带,空气,80,10,20,20,N2-CH4,带,空气变质,20,80,10,20,20,80,CH4,带,变质,20,10,80,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,在近代开采深度内，瓦斯带内煤层瓦斯含量和涌出量随深度增加而有规律地增大。,意义,：掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。,CO,2,N,2,带,N,2,带,N,2,CH,4,带,CH,4,带,瓦斯风化带,瓦,斯,垂,直,分,带,性,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,瓦斯风化带下界深度确定依据：,（可以根据下列指标中的任何一项确定）,（,1,）煤层的相对瓦斯涌出量等于,2,3m,3,/t,处；,（,2,）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到,80%,（体积比）；,（,3,）煤层内的瓦斯压力为,0.1,0.15MPa,；,（,4,）煤的瓦斯含量达到下列数值处：,长焰煤,1.0,1.5 m,3,/t,（,C.M.,），气煤,1.5,2.0m,3,/t,（,C.M.,），肥煤与焦煤,2.0,2.5m,3,/t(C.M),，瘦煤,2.5,3.0m,3,/t(C.M.),，贫煤,3.0,4.0m,3,/t(C.M.),，无烟煤,5.0,7.0m,3,/t(C.M.),（此处的,C.M.,是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,三 影响煤层瓦斯含量的因素,煤的瓦斯含量,是指单位体积或重量的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,m,3,/m,3,(cm,3,/cm,3,),或,m,3,/t(cm,3,/g),。,煤的瓦斯含量包括,游离瓦斯,和,吸附瓦斯,含量之和,。,主要影响因素：,1,、煤的吸附特性,煤的吸附性能决定于煤,化程度，一般情况下煤的煤,化程度越高，存储瓦斯的能,力越强。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,2,、煤层露头,煤层如果有或曾经有过露头长时间与大气相通，瓦斯含量就不会很大。,3,、煤层的埋藏深度,在近代开采深度范围内，瓦斯带内煤层的瓦斯含量随深度的增加而呈线性增加。,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,4,、围岩透气性,煤层围岩：,是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。,5,、煤层倾角,埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。,煤层倾角愈大，煤层瓦斯含量愈低,。,Exp:,芙蓉矿，北翼：,40,80,南翼：,6,12,，,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,6,、地质构造,在围岩属低透气性的条件下，封闭型地质构造有利于瓦斯的储存，而开放型地质构造有利于排放瓦斯。,(1),褶皱构造 （,2,）断层,7,、水文地质条件,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,四、煤层内的瓦斯压力,煤层的瓦斯压力是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动撞击所产生的作用力。,煤层瓦斯压力,是决定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。,瓦斯压力测定：,打钻、封孔、测压,测压孔,水泥砂浆,煤层,测压管,注浆管,木塞,阀,压力表,封孔长度,7m,以上,常用的封孔方法：,水泥砂浆,（被动式）、,胶圈压力粘液、胶囊密封粘液,（主动式）,第二节、煤层瓦斯赋存与含量,瓦斯带内瓦斯压力变化规律：,末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,。,瓦斯压力梯度,：,则,或,式中,：,P,预测的甲烷带内深,H(m),处的瓦斯压力，,MPa,g,p,瓦斯压力梯度，,MPa/m,P,0,-,甲烷带上部边界处瓦斯压力，取,0.2MPa,。,（,H,1,P,1,）,(H,2,P,2,),(H,P),H(m),P(MPa),第三节 矿井瓦斯涌出,一、瓦斯涌出形式,1,、普通涌出,-,长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。,特点：时间上：连续不断,空间上：普遍存在,涌出强度：缓慢、均匀,2,、特殊涌出：,-,矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。,特点：时间上：突然地、间隔的,空间上：非普遍存在,涌出强度：产生动力破坏,第三节 矿井瓦斯涌出,二、瓦斯涌出量,及其表达方法,1,、定义,瓦斯涌出量指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。,2,、瓦斯涌出量表示方法,（,1,）绝对瓦斯涌出量,单位时间涌出的瓦斯体积，单位为,m3/d,或,m3/min,：,Qg=QC/100,（,2,）相对瓦斯涌出量,平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是,m3/t,。,q,g,=Q,g,/A,说明：相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。,练习,已知某矿井总回风量为,10000m,3,/min,，瓦斯浓度为,0.4%,，日产量为,5760t,，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。,-2010,研,cumt,已知某矿井总回风量为,4500m,3,/min,，瓦斯浓度为,0.6%,，日产量为,4000t,，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。,-2009,研,cumt,已知某矿井总回风量为,4000m,3,/min,，瓦斯浓度为,0.5%,，日产量为,2880t,，试求该矿井的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，并确定该矿瓦斯等级（该矿无煤与瓦斯突出现象）。,-2008,研,cumt,第三节 矿井瓦斯涌出,三、影响瓦斯涌出的因素,决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。,（一）自然因素,（,1,）煤层和围岩的瓦斯含量,它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。,（,2,）地面大气压变化,第三节 矿井瓦斯涌出,（二）开采技术因素,1,、开采规模,开采规模指,开采深度，开拓与开采范围和矿井产量,。,A,、在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。,B,、开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。,C,、矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，达产前、达产后及产量收缩期。,第三节
展开阅读全文