矿井瓦斯的有关知识.doc

行业资料：_矿井瓦斯的有关知识单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 13 页矿井瓦斯的有关知识什么是矿井瓦斯？矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。有时单独指甲烷(沼气)。它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。另外，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg，所以，它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯的燃烧、爆炸性是矿井主要灾害之一。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。游离状态也称为自由状态，这种瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中，其量的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。吸着状态又称结合状态，其特点是瓦斯与煤或某些岩石结合成一体，不再以自由气态形式存在。按其结合形式不同又可分为吸附及吸收两种。吸附状态是由于固体粒子与气体分子之间分子吸引力的作用，使气体分子在固体粒子表面上紧密附着一个薄层；吸收状态是气体分子已进入煤分子团的内部。几种状态的瓦斯处于不断变化的动平衡之中，在一定条件下会互相转化。当压力、温度变化时，游离瓦斯转化为吸着瓦斯称为吸附，吸附瓦斯转化为游离瓦斯称解吸。矿井瓦斯等级的划分矿井瓦斯等级是以相对瓦斯涌出量的大小来划分的。煤矿安全规程规定，在一个矿井中，只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级工作制度进行管理。矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝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小于或等于10立方米吨且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40立方米分。(2)高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10立方米吨且矿井绝对瓦斯涌出量大于40立方米分。(3)煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。什么是瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出？瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出是瓦斯的特殊涌出形式。瓦斯的涌出形式分为普通涌出和特殊涌出。普通涌出，是指瓦斯从煤层或岩层表面非常细微的缝隙中缓慢、均匀而持久地涌出。其涌出的面积广、时间长，是瓦斯涌出的主要形式。特殊涌出可以分为瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出两种。瓦斯喷出是指大量瓦斯突然喷出的现象，喷出的时间可长、可短(数天或数年)。每昼夜的喷出量可达数百立方米。煤(岩)与瓦斯突出(简称突出)，是在一瞬间(几秒钟或几分钟)突然喷出大量瓦斯和煤炭(岩石)，并伴随有强烈的声响和强大的冲击动力现象。什么是瓦斯突出？瓦斯突出是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。煤矿开采深度越深，瓦斯瞬间释放的能量也会越大。煤和瓦斯突出主要发生在煤层平巷掘进、上山掘进和石门揭煤时，有的矿井在回采工作面也发生煤和瓦斯突出。瓦斯突出和瓦斯爆炸是两个概念，但灾害都来自于瓦斯。瓦斯突出是一种地质灾害，在大量的有害气体瞬间涌入后，会形成窒息，但不一定会发生爆炸事故。但如果出现以下三种情况后，会引发爆炸事故，一是与空气中氧气含量达到12以上，二是瓦斯浓度达到5至16之间，三是遇到明火，点火温度达到650度以上。煤和瓦斯突出有预兆吗？煤和瓦斯突出前大多数都有预兆，归纳起来分有声预兆和无声预兆。1.有声预兆1)响煤炮。在煤层内发出像机关枪、炮击声。由于条件不同，声音大小、间隔时间也不相同。2)突然压力增大。支柱来劲，发出咔咔的响声，或发出劈裂折断的响声，手摸煤壁能感到冲击和震动；有煤岩层的破裂声；有时会听到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。2.无声预兆1)压力增大。预板来压，片帮、掉碴、煤壁向外鼓，煤岩自行剥落。2)煤层发生变化。层理紊乱、变软，暗淡无光，煤层粉碎，煤质干燥。3)瓦斯及温度变化。瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，气味异常，发闷，打钻时喷煤、喷瓦斯，煤壁发冷，气温下降等。应当指出的是，上述预兆，并不是在每次突出之前都同时出现，而是仅仅出现一种或几种。什么是瓦斯爆炸？瓦斯爆炸的条件是什么？矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应（也叫链锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）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（也叫自由基）。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，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。(1)瓦斯浓度瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为516。当瓦斯浓度低于5时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为95时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。(2)引火温度瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650750。但因受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7一8时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。高温火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要条件之一。井下抽烟、电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火作业等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的矿井中作业，必须严格遵照煤矿安全规程的有关规定。(3)氧的浓度实践证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆炸界限随之缩小，当氧气浓度减少到12以下时，瓦斯混合气体即失去爆炸性。这一性质对井下密闭的火区有很大影响，在密闭的火区内往往积存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的浓度低，并不会发生爆炸。如果有新鲜空气进入，氧气浓度达到12以上，就可能发生爆炸。因此，对火区应严加管理，在启封火区时更应格外慎重，必须在火熄灭后才能启封。第 6 页 共 13 页矿井瓦斯积聚的安全处理方法前言通常，停风盲巷、顶板冒落空洞、回采工作面上隅角、采煤机附近、低风速的巷道顶板附近以及有瓦斯喷出的地点，均易积聚瓦斯。防止瓦斯积聚的主要措施是加强矿井通风管理，做到机械通风，风流要稳定连续，各用风地点配风合理，减少漏风，避免循环风；用有计划的检修来杜绝矿井主要通风机和局部通风机的无计划停电停风。处理瓦斯超限和积聚的方法，归纳起来有稀释排除、封闭隔绝和抽排瓦斯三种。1、排除瓦斯的原则排放瓦斯前，凡是排出瓦斯流经的巷道和被排放瓦斯风流切断安全出口的采掘工作面、硐室等地点必须切断电源，撤出人员，并设专人进行警戒。2、排除盲巷积聚瓦斯方法2.1盲巷外断开风筒接头调节法排瓦斯时在盲巷口外全风压供风的新鲜风流中，把风筒接头断开，利用改变风筒对合面的间隙大小，调节送入盲巷的风量，以达到有节制地排放巷道积聚瓦斯之目的。在缓缓排放瓦斯过程中，随着两个风筒接头由错开而逐渐对合，直至全部接合，送入盲巷的风量亦由小到大，直至局部通风机排出的全部风量。最后经检查确认安全可靠时即可恢复送电送风。2.2利用风筒预留的三通调节法该调风方法是在风机出口与导风筒之间接一段三通风筒短节，此短节是在原风筒上选一合适位置，开一圆口，把另外的短节风筒缝在开口的风筒上，用胶水粘好接口。掘进巷道正常通风时，先把三通风筒转几圈，再用绳子捆死出风口，此时风机的全部风量都送入掘进工作面。当需排除巷道积聚的瓦斯时，提前打开三通的出风口，同时用绳子捆住导风筒，捆的程度要根据巷道内积聚的瓦斯浓度来确定，然后启动风机，这时风机的大部分风量经三通出风口排至巷道，来稀释排出的高浓度瓦斯，少量风进入盲巷。2.3开启局部通风机附近的风门调节法局部通风机大都安设在采区进风巷内，风筒（掘进面）回风直接进入采区回风巷中，两巷之间留有通车、行人的风门。掘进巷道正常通风时，风门全部处于关闭状态，当需排放巷道中积聚的瓦斯时，通过门扇的开启状态（半开或全开）调节风量，稀释盲巷内排出的高浓度瓦斯，使其在回风口处不超限，并逐步关住门扇，直至全关。2.4利用煤矿智能型瓦斯排放器法利用变频调速原理，调节风机转速和风量，改变盲巷口高浓度瓦斯的混合风流流量，使之与全风压巷道混合处的瓦斯浓度按排瓦斯措施所规定的限值进行排放。为实现自动控制排放瓦斯，依靠瓦斯探头监测，自动检测排放瓦斯巷出口、回风口处和风机进风口附近的瓦斯浓度，并经模糊控制器调节，控制变频器工作，实现自动、可靠、高效地排放瓦斯。2.5稀释筒调节法该稀释筒是用钢板焊制的三通风筒，其上有两套阀门及控制把手。稀释筒安装在掘进巷道里口外全风压通风巷道中，瓦斯探头用来测定排出并经稀释的瓦斯浓度，根据该浓度的大小来控制和调节稀释筒阀门的开度。2.6自控排瓦斯装置自控排瓦斯装置主要由控制主机、稀释筒和液压泵站组成。控制主机和液压泵站均安设在进风巷内的风机附近，稀释筒则安装在独头巷道口内10m15m处，其两端均用柔性导风筒相连，液压泵站与稀释风筒用高压胶管连接。在稀释筒附近，掘进巷口下风侧面10m15m处，风机附近，分别安装3台瓦斯探头。排瓦斯原理：上述系统中的探头把检测到的瓦斯浓度信号传输给控制主机，主机经判断后，指令三位四通电磁阀左导通或右导通，油路导通后，使油缸活塞伸或缩，驱动稀释筒的调节门转动，根据调节风门的开闭程度进行风量分配，一部分通过风筒送至掘进工作面排出高浓度瓦斯，另一部分由稀释筒的风门排至巷道，稀释排出的高浓度瓦斯，使之混合均匀且不超限，达到自动安全排放瓦斯的目的。3、闭巷道积聚瓦斯的排放方法长期停掘的巷道，在巷口已构筑了密闭墙，通风机也已拆除，其内积聚瓦斯甚多。在排除瓦斯之前需安装风机和风筒。根据巷道的长度准备足够的风筒，其中应备12节3m6m长的短节。排除这类巷道的积存瓦斯，一般是采用分段排放法：检查密闭墙外瓦斯是否超限，若超限就启动风机吹散稀释，若不超限，就在密闭墙上角开两个洞，随之开启风机吹风，起初风筒不要正对密闭吹，要视吹出的瓦斯浓度高低进行风向控制。密闭拆除后，瓦检员和其他工作人员进入巷道检查瓦斯，随后延长风筒和排除瓦斯。巷道中风筒出口附近瓦斯浓度降至界限之下，可将风筒口缩小加大风流射程，吹出前方的高浓度瓦斯；当瓦斯降下来后，接上一个短节风筒，同样加大风流射程排除前方的瓦斯；取下短风筒接上长风筒（一般为10m）继续排放前方的积聚瓦斯，直至到掘进工作面。在排完巷道内瓦斯后，应全面检查巷道各处的瓦斯浓度，如局部地点仍有瓦斯超限，仍可采用断开风筒接头的方法，排除该区段的瓦斯。4、顶板冒落空洞积聚瓦斯的处理在不稳定的煤岩中，无论是掘进巷道还是回采工作面，冒顶是经常出现的，从而在巷道顶部形成空洞（冒高），有时可能达到很大的范围。由于冒顶处通风不良，往往积存着高浓度的瓦斯。处理该处积聚瓦斯的方法一般有两种：充填空洞法：充填空洞法大多是先在冒高处的棚上铺上木板或荆笆，然后再用黄土将冒落空洞填满，或用注浆泵将聚氨脂搅拌，注入空洞内，发泡膨胀，填满空洞。这样可以消除瓦斯积聚的空间，免于瓦斯积存，通常在冒顶面积不大的情况下使用。风流吹散法：风流吹散法处理积聚瓦斯是普遍采用的措施。当冒高小于2m体积不超过6m3巷道风速大于0.5m/s条件下，可采用风障导风法，风障的材料可用木板、帆布或风筒布等。当冒高大于2m，冒高体积超过6m3，巷道风速低于0.5m/s时，同时又具有局部通风机送风的地点，可采用分支风管法（俗称风袖），一般是将导风筒开个小口并接上小风筒或胶管，利用风机的小部分送至高顶处，以吹散积聚的瓦斯。若巷道中无风机及风筒，但有压风管，也可从压风管上接出一个或多个分支管，伸到高顶处，送入压风吹散积聚的瓦斯。封闭抽放法：如果冒高处瓦斯涌出量很大，巷道风量又不足，若采用风流吹散法则排出的瓦斯致使巷道风流瓦斯超限，此时方可采用此法。5、回采工作面上隅角瓦斯积聚的预防和处理预防回采工作面上隅角积聚瓦斯的最根本措施，是合理的选择通风系统。W型Y型通风系统可以很好地预防和处理上隅角瓦斯积聚。5.1引导风流稀释带走引导风流稀释的实质是把新鲜风流引入到回采工作面的上隅角，将该处积聚的瓦斯稀释并带走。风障法：当回采工作面上隅角积聚的瓦斯范围不大和浓度不高（3%）左右的情况下用此法。尾巷法：常用于瓦斯涌出较大、超限严重的场所。在工作面的回风中有两条巷道。一条最高允许浓度为1.0%的回风巷，另一条是瓦斯浓度最高可达2.5%的专用回风副巷（尾巷）。这样一来，工作面的风流部分进入回风巷，另一部分风流则经工作面上隅角进入尾巷。5.2抽排上隅角瓦斯利用通风负压引排上隅角瓦斯。需设置风障，并将瓦斯引入铁风筒或伸缩性风筒中，风筒一直铺设到回风巷的安全地点，利用风筒两端的压差连续不断排放上隅角瓦斯。或在回风巷内提前铺设瓦斯抽放管，抽放。6、其它瓦斯积聚的处理6.1顶板附近瓦斯层状积聚的处理瓦斯层就是瓦斯悬浮于巷道顶板附近并形成较稳定的带状积聚，其可在不同支护形式和任意断面中形成。防止和消除瓦斯层的主要方法是：增加巷道内的风速；增大巷道顶板附近的风速；用旋流风筒处理积聚的瓦斯；封闭隔绝瓦斯源。6.2链板输送机底槽积聚的瓦斯处理开采瓦斯煤层时，链板输送机底槽往往积聚着高浓度瓦斯，主要是底槽内滞留的煤粉涌出的瓦斯所致。防止和处理瓦斯积聚的措施有：机头和机尾不要堆积过多的煤炭，减少底槽中的遗留煤粉量，保持底槽畅通，防止瓦斯积聚；工作面不出煤时，隔一定时间运转一会输送机，以消除瓦斯积聚；有压风管路的工作面，可用压风吹散底槽中的积聚瓦斯；在链板上安装专用钢丝刷，以消除底槽中的煤粉，钢丝刷的间距不大于6m；原煤层上分层回采时，输送机底槽的槽底封闭。6.3采煤机附近积聚的瓦斯处理当开采瓦斯煤层时，采煤机附近经常出现高浓度瓦斯积聚，容易积聚瓦斯地点是截割头附近和机体与煤壁之间。通常，在采煤机上安装瓦斯自动检测报警断电仪，一旦瓦斯超限就切断电源，停止割煤。加大工作面风量，提高机道和采煤机附近的风速，以消除其局部瓦斯积聚，当工作面风速不能满足防止采煤机附近瓦斯积聚时，应提高局部地点风速的办法，通常采用小引射器加大采煤机附近的风速。第 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