煤与瓦斯突出预防及石门揭煤防突.doc

煤与瓦斯突出预防及石门揭煤防突一、矿井瓦斯1、瓦斯的成分和性质瓦斯是由多种成分组成的混合气体，包括甲烷CH4、二氧化碳CO2、氮N2、二氧化硫SO2、硫化氢H2S、一氧化碳CO、和重烃C2H6、C3H8、C4H10等，其中，甲烷为主要成分，习惯上的瓦斯即指甲烷，双称沼气，瓦斯为无色、无臭的可燃气体，比重0.544，难溶于水，易扩散，常残留在巷道上部空间和煤层，围岩之中，渗透性强。2、瓦斯的形成（1）生物化学作用形成，在成煤的第一阶段，植物有机质分解，当氧气充足时，生成CO2、NO等气体。在缺氧条件下，由于细菌作用分解分析出甲烷、重烃、氢及其它气体。由于此阶段形成的瓦斯距地表较近，且多散于大气之中，在煤体中保存的数量不多。（2）煤变质形成，成煤第一阶段所形成的泥炭，由于地壳下降，被其它沉积物覆盖，在地热及地压影响下，其化学成分随之变化。氧、氢、硫、氮的成分降低，碳的含量相对富集，并生成了以甲烷、氢为主的气体及重烃等其它气体。由岩浆侵入产生接触变质时，也可生成重烃、氢和甲烷。这阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，故煤层中所含的瓦斯，极大部分是该阶段形成的。根据研究，在理想的条件下，每形成1吨煤，伴随生成1000m3的CH4和CO2等气体。其中，CO2多为流动的地下水所吸收；CH4在漫长的地质年代中，大部分被自然排放，只有一部分被保存在煤层和岩层之中。（3）油气田的瓦斯浸入与底板石灰岩溶洞中的瓦斯有关系；与顶底板砂岩含油层有关。3、瓦斯在煤层中的赋存状态（1）游离状态（也就是自由状态）瓦斯：瓦斯以自由的气体状态存在于煤体和围岩的孔隙、裂隙或空隙（空洞）中，瓦斯分子在孔隙内可以自由运动。游离状态瓦斯存在量的大小，取决于煤层、围岩内的自由运动空间多少（即孔隙度），以及外界的温度与压力。（2）吸附状态瓦斯：它又分为吸附瓦斯和吸收瓦斯两种状态。吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面，形成一层薄膜。这种吸附是靠气体分子与固体颗粒之间的分子引力完成的。吸附量的大小，决定于煤对瓦斯的吸附能力，而吸附能力又取决于煤的孔隙率。变质程度，以及外界的温度和压力。煤内瓦斯80-90以上吸附状态存在。吸收瓦斯：瓦斯分子进入煤层内部，与煤分子紧密地结合成固溶体，这与气体被液体所溶解的现象相似。瓦斯在煤体内存在的状态不是静止不变，而是处于动平衡中，当外界压力降低，温度升高时，吸附瓦斯可以变为游离瓦斯。这种现象称为瓦斯的解吸现象。4、瓦斯分带矿井瓦斯的成分随深度不同而发生变化，并具有分带现象。通常，自上而下划分为四个带：N2-CO2带，其中CO220%；N2带，N280，CO210-20；N2-CH4带，N280，CO280；CH4带，CH480。各带的深度和瓦斯成分在不同煤矿不尽相同，前三带统称为瓦斯风化带。因各煤田地质条件有差异，瓦斯风化带的深度差别很大，一般为100-300米，个别的可达500-800米。暴露式煤田瓦斯风化带深；地下水循环越快的越深；地质构造为封闭式的浅，而开放式的深；煤层顶板为砂岩时瓦斯风化带深。5、影响瓦斯含量的地质因素有以下6个原因：（1）煤的变质程度：煤对瓦斯的吸附能力与变质程度有关。成煤的初、中、晚期煤的吸附能力有所不同，煤层的质量不同吸附的能力也不同，而煤的致密度疏松，而吸附量具大，煤的致密度强，空隙率小，它的吸附量就相当小。吸附能力的煤不一定瓦斯量大，吸附力强其渗透性和散逸性也强。（2）围岩和煤层的渗透性：赋存在煤层中的瓦斯是有压力的，而瓦斯在煤层中不断地动移和排放，其运移和排放速度与围岩和煤层的渗透性密切相关。如煤层与围岩的渗透性大，瓦斯散逸，不易保存，反之，则能保存。（3）地质构造：地质构造是造成同一矿区瓦斯含量不同的因素，如张性断层，尤其是通达地表的张性断层，利于瓦斯排放，压性断裂不利于瓦斯排放，甚至有一定的封闭作用，促进了瓦斯在煤层中的聚集。褶皱构造对瓦斯分部有重要影响。当顶板为致密岩层且未暴露地表时，在背斜瓦斯含量由两翼向背斜轴部增大，在向斜轴部瓦斯含量减小。当顶板为脆性岩层且裂隙多时，瓦斯容易扩散，而背斜轴部瓦斯含量减少，在向斜轴部瓦斯含量增加。（4）煤田的裸露程度：在裸露、暴露的煤田中，含煤岩系露出地表，瓦斯易于排放散逸。在埋深、隐伏性煤田中，若含煤岩系的覆盖层为不透气岩层而且厚度大，则不利于瓦斯排放。（5）地下水的活动：瓦斯可随地下水的流动而排放，地下水活动越强的区域瓦斯量越小。另外，水分子被吸附在煤或裂隙的表面后，减弱了煤对瓦斯的吸附能力，水分占据了煤的空隙，排挤自由状态的瓦斯，故此煤层中含水量偏高，那么含瓦斯量越低。（6）煤层的埋藏深度：瓦斯含量随深度增大而增大，在瓦斯风化带下，瓦斯含量、涌出量和瓦斯压力与深度增加有一定比例关系。6、瓦斯对煤矿生产的影响：重要表现在瓦斯涌出，瓦斯爆炸及煤与瓦斯突出，瓦斯涌出后与井下空气混合，降低氧含量，影响人的呼吸，当瓦斯浓度超过40，氧气下降到12以下时，会使人窒息死亡。瓦斯与空气混合到一定浓度（5-16，以9.5时爆炸最强烈），遇火源时能燃烧爆炸，酿成事故。煤与瓦斯突出是指在矿井采掘生产过程中，短时间内（几分钟或几秒钟）以巨大的挤压冲击力从煤层内喷出大量的煤和瓦斯，并伴有强烈的声响，世界上煤与瓦斯突出强度最大的一次是发生在1959年原前苏联的加加林矿，突出煤量达14000吨，喷出瓦斯25立方米以上。我国矿井煤与瓦斯突出最大的一次，突出煤量达5000余吨，同时喷出的瓦斯量为300余立方米。二、预防瓦斯燃烧和煤与瓦斯突出的措施1、预防瓦斯爆炸的措施（1）加强通风：矿井通风要做到有效，稳定和连续不终断，要有足够的风速和风量将瓦斯吹散、冲淡、稀释到不能爆炸界限以内和无害的浓度。（2）加强瓦斯检查：所有矿井均须要建立严格的瓦斯检查制度，每次检查都要如实反映出现场（工作面）的瓦斯变化情况，将检查的结果及时的填写在记录本、卡片和瓦斯日报表及瓦检点的记录牌上，并通知现场的工作人员。（3）及时处理排除局部聚积的瓦斯：可采取隔离法、分支通风法、引风法及压风法隔离或吹散巷道中顶空聚积的瓦斯。（4）加强回采工作面上隅角、全煤上山（开切眼）和石门揭煤前及揭煤期间的瓦斯检查工作。（5）加强矿井系统和各作业地点及硐室的监测工作。2、防止瓦斯引燃的措施防止瓦斯引燃的原则主要是在井下消除火源，严格管理和控制热源，采取防止明火、防止电火花，防止放炮引燃瓦斯的处理措施。三、瓦斯喷出和煤与瓦斯突出的预防措施1、瓦斯喷出的预防：措施可归纳为“探、排、抽、引、堵”五类方法，即探明地质构造带，排放瓦斯，提前将瓦斯抽出，将瓦斯引在风流巷道中，封堵缝隙。2、煤与瓦斯突出的预防：（1）区域性预防：首先开采一层没有瓦斯、较小或没有瓦斯突出危险的煤层；使后开采的有瓦斯突出煤层的地压减少，弹性潜能缓慢地释放，从而使瓦斯压力和瓦斯含降低，使煤的强度增加，就能解除开采突出煤层时煤与瓦斯突出的威胁。（2）局部性预防：可采用震动性放炮，打大直径（200-300mm）超前钻孔，以及用钻孔排放瓦斯及水力冲孔方法来预防煤与瓦斯突出。（3）瓦斯抽放：矿井瓦斯地面抽放最好在高瓦斯煤层开采前的2-3年进行；矿井瓦斯抽放的办法可分为本层抽放，邻近煤层（指回采过程中被开采煤层的邻近煤层）抽放和采空区抽放。（4）在有煤与瓦斯突出危险的采、掘工作面必须采用套钎（1.2、1.6、2.0、2.6、3.0、3.5、4.0m）打不少于4.0米的瓦斯释放应力的探眼，探眼的直径不得小于42mm，“切忌”探眼绝对不可当炮眼使用。（5）探眼的数量与眼距要根据采、掘工作面的煤层厚度、施工断面来确定，具体数据可在采、掘规程中详细规定。（6）煤壁注水：在有煤与瓦斯突出的回采工作面进行煤壁浅孔注水，是开采煤与瓦斯突出煤层的有效措施。掘进工作面采用爆破作业时，应采用深度不大于1.0米的炮眼远距离全断面一次爆破。四、石门揭煤防突措施1、加强石门揭煤前的管理，提前下达石门揭煤（见煤）通知书。2、在石门揭煤前必须加强石门巷道的支护，工作面迎头必须安装“前探梁”。3、有条件的矿井在距离揭煤（见煤）25米时必须用探水钻机探清揭煤距离。钻探已揭煤，应立即人工测量瓦斯量，并逐级上报。4、在钻探已揭煤的同时，相关部门应在该巷道原配风量的基础上，再加大120m3/min的风量，确保瓦斯的排放、稀释，瓦斯浓度控制在0.1-0.3以下。5、钻探揭煤后如煤层中瓦斯浓度较大，可采取多钻孔、大孔径，多排钻孔排放瓦斯，并结合震动性放炮来减少瓦斯的应力。6、石门“揭煤放炮”采用远距离爆破，设专人警戒。7、远距离爆破时，回风系统及石门巷道必须停电撤人，爆破后，进入工作面检查的时间必须大于30min。8、石门揭煤地点应避开地质构造带。结论：在煤矿开采过程中，对于瓦斯、煤与瓦斯突出、石门揭煤的监、预测、预防和治理非常重要，在矿井的施工开采中有必要加强管理，采取必要的针对性治理措施，建立健全各项制度，配齐上全监、预测设备等，将灾害控制在零点，对煤炭企业和个人均是一笔大的经济效益。第 7 页 共 7 页