通風(fēng)與安全培訓(xùn)課件徐礦集團張集煤礦通風(fēng)技術(shù)主管黃永梁Tlemail:zjktfhyl@126.com礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識2008年1月1通風(fēng)與安全培訓(xùn)課件徐礦集團張集煤礦通風(fēng)技術(shù)主管黃永梁礦井礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識第一章煤層瓦斯賦存與運移特征

第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成第二節(jié)煤層瓦斯的生成第三節(jié)礦井瓦斯涌出第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施

第一節(jié)瓦斯爆炸過程及其危害第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析第四節(jié)預(yù)防瓦斯爆炸的措施第五節(jié)局部瓦斯積聚的處理方法第六節(jié)防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施第七節(jié)瓦斯與煤塵爆炸事故時的自救與互救

第八節(jié)自救器的性能及使用條件2礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識第一章煤層瓦斯賦存與運移特征2第一章煤層瓦斯賦存與運移特征

瓦斯（甲烷），這一煤炭開采過程中的伴生物，早在15世紀就開始被人們認識。我國明代宋應(yīng)星在《天工開物》（初刊于1637年）一書中曾介紹過，在煤炭開采時煤層中存在著一種能使人窒息和可燃的氣體，并提出了利用竹管引排的方法。16世紀末，英國和其它西歐國家在采煤時，也遇到了“有害的”氣體，但未引起人們的重視。只是到了18世紀初期，英國深井開始發(fā)生瓦斯爆炸。1839年美國煤礦也發(fā)生瓦斯爆炸。此后，斷斷續(xù)續(xù)又發(fā)生了許多次爆炸，導(dǎo)致了人員和設(shè)備財產(chǎn)的嚴重損失，這是人們才逐漸重視并開始研究爆炸的原因及應(yīng)采取的防范措施。3第一章煤層瓦斯賦存與運移特征瓦斯（甲烷），這第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成

從廣義上講，礦井瓦斯是井下有害氣體（包括CH4、H2、CO2、CO、NO2、SO2、H2S、Rn等）的總稱。

瓦斯：是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。物理化學(xué)性質(zhì)：無色、無味、無毒、比空氣輕，微溶于水。危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。

作用：能源、化工原料。4第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成4瓦斯通常指甲烷(CH4)，是一種無色、無味、無臭的氣體，在標準狀態(tài)下1m3甲烷的質(zhì)量為0.7168kg，對空氣的相對密度為0.554。由于瓦斯比空氣輕，故常積聚在巷道的頂部、上山迎頭及頂板冒落的空洞內(nèi)。瓦斯的擴散性很強，擴散速度是空氣的1.34倍，如果一處涌出瓦斯，會很快地擴散到巷道附近空間。5瓦斯通常指甲烷(CH4)，是一種無色、無味、無臭的氣體，在標當井下空氣中瓦斯深度增高時，會相對的降低空氣中的氧氣含量，使人窒息；另一方面，當瓦斯與空氣混合到一定范圍內(nèi)，遇火就會爆炸或燃燒。嚴重影響和威脅礦井安全生產(chǎn)，且一旦形成災(zāi)害事故，將給國家及職工生命健康造成巨大損失。瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中的五大自然災(zāi)害之首。礦井瓦斯的危害主要有四種形式：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。6當井下空氣中瓦斯深度增高時，會相對的降低空氣中的氧氣含量，使第二節(jié)煤層瓦斯的生成一、瓦斯的成因與賦存（一）煤層瓦斯的生成雖然人們對于瓦斯的認識和研究在15世紀早期就開始了，但是有關(guān)瓦斯生成及來源的問題，直到20世紀40年代人們才開始逐步重視并對此進行研究。煤礦井下的瓦斯主要來自煤層和煤系地層，關(guān)于它的成因可以認為是在成煤作用過程中伴生的。煤的原始母質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷2個成氣時期：從泥炭到褐煤的生物化學(xué)成氣時期和在地層的高溫高壓作用下從煙煤直到無煙煤的變質(zhì)作用成氣時期。7第二節(jié)煤層瓦斯的生成7瓦斯的生成和煤的形成是同時進行且貫穿于整個成煤過程的。與煤的成因息息相關(guān)，它除與成煤物質(zhì)、成煤環(huán)境、煤巖組成、圍巖性質(zhì)、成煤階段等均有關(guān)系外，還與兩個不同成氣時期有很大的關(guān)系。一般情況下，瓦斯的成氣母質(zhì)可分為兩大類，即高等植物在成煤過程中形成的腐植型有機質(zhì)和低等植物在成煤過程中形成的腐泥型有機質(zhì)，它們在成煤和成氣過程中的差異，構(gòu)成了各自持有的地球化學(xué)標志和各自不同的特點。

8瓦斯的生成和煤的形成是同時進行且貫穿于整個成煤過程的。與煤的（二）生物化學(xué)成氣時期瓦斯的生成這個時期是從成煤原始有機物堆積在沼澤相和三角洲相環(huán)境中開始的。在溫度不超過65℃條件下，成煤原始物質(zhì)經(jīng)厭氧微生物分解成瓦斯。該過程用纖維素的化學(xué)反應(yīng)式表示：4C6H1005→7CH4↑+8C02↑

+3H20+C9H60或2C6H10O5→CH4↑

+2C02↑十+5H20+C9H60

9（二）生物化學(xué)成氣時期瓦斯的生成這個時期是從成煤原始有機物在這個階段，成煤物質(zhì)生成的泥炭層埋深淺，上覆蓋層的膠結(jié)固化不好，生成的瓦斯通過滲透和擴散容易排放到古大氣中去。因此，生化作用生成的瓦斯一般不會保留在現(xiàn)有煤層內(nèi)。此后，隨著泥炭層的下沉，上覆蓋層越來越厚，成煤物質(zhì)中所受的溫度和壓力也隨之增高。生物化學(xué)作用逐漸減弱直至結(jié)束。在較高的壓力與溫度作用下泥炭轉(zhuǎn)化成褐煤，并逐漸進入變質(zhì)作用階段。

10在這個階段，成煤物質(zhì)生成的泥炭層埋深淺，上覆蓋層的膠結(jié)固化不（三）變質(zhì)作用時期瓦斯的生成褐煤層進一步沉降，便進入變質(zhì)作用造氣階段。在100℃高溫及其相應(yīng)的地層壓力下，煤層中的煤體就會產(chǎn)生強烈的熱力成氣作用。在變質(zhì)作用的初期，煤中有機質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單元主要是帶有羥（qiang）基(－OH)、甲基(－CH3)、羧（suo）基(－COOH)、醚基(－0－)等側(cè)鏈和官能團的縮合稠環(huán)芳烴體系。煤中的碳元素則主要集中在稠環(huán)中。由于一般情況下，稠環(huán)的鍵結(jié)合力強、穩(wěn)定性好，側(cè)鏈和官能團之間及其與稠環(huán)之間的結(jié)合力弱、穩(wěn)定性差。因此，隨著地層下降、壓力及溫度的增大與升高，側(cè)鏈和官能團即不斷發(fā)生斷裂與脫落，生成CO2、CH4和H2O等揮發(fā)性氣體。11（三）變質(zhì)作用時期瓦斯的生成褐煤層進一步沉降，便進入變質(zhì)作變質(zhì)作用過程中有機質(zhì)分解、脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能團而生CO2、CH4和H2O是煤成氣形成的基本反應(yīng)，煤化作用過程中生成的瓦斯以甲烷為主要組分。在瓦斯產(chǎn)出的同時，芳核進一步縮合，碳元素進一步集中在碳網(wǎng)中。隨著變質(zhì)作用的加深，基本結(jié)構(gòu)單元中縮聚芳核的數(shù)目不斷增加，到無煙煤時，主要由縮聚芳核所組成。從煙煤到無煙煤，煤的變質(zhì)作用程度越高，生成的瓦斯量也越多。但是，各個變質(zhì)階段生成的氣體組分不僅不同，而且數(shù)量上也有很大變化。

12變質(zhì)作用過程中有機質(zhì)分解、脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能團而生CO（１）腐植質(zhì)在煤化作用階段成氣演化的一般模式

（２）各煤化階段甲烷生成量曲線13（１）腐植質(zhì)在煤化作用階段成氣演化的一般模式

（２）各煤化階蘇聯(lián)學(xué)者B．A．索科洛夫等人給出的腐植型有機煤在變質(zhì)作用階段成氣的一般模式。從圖（１）中可以看出，CH４的生成是個連續(xù)相，即在整個變質(zhì)階段的各個時期都不斷地有CH４生成，只是各階段生成的數(shù)量有較大的波動而已；但是，重烴的生成則是個不連續(xù)相。實踐表明，這個以人工熱演化產(chǎn)生瓦斯為基礎(chǔ)的模型與實測的結(jié)果在趨勢上是一致的。14蘇聯(lián)學(xué)者B．A．索科洛夫等人給出的腐植型有機煤在變質(zhì)作用階段實際上，由于泥炭向褐煤過渡時期生成的甲烷很容易流失掉，所以，目前估算煤層生成甲烷量的多少，一般都是以褐煤作為計算起點。但是，由于自然界的實際煤化過程遠比帶有許多假設(shè)進行的理論計算復(fù)雜。在煤和石油共生礦區(qū)，有時煤層瓦斯同油氣田的瓦斯侵入有關(guān)。例如，四川中梁山煤礦10號煤層的瓦斯，與底板石灰?guī)r溶洞中的瓦斯有關(guān)；而陜西銅川礦務(wù)局焦坪煤礦井下的瓦斯，又與頂?shù)装迳皫r含油層的瓦斯有關(guān)。一般來說，世界各國煤田中所含瓦斯均以CH4為主，在某些煤層中還含有C2H6、C3H8等重烴氣體及C02等其他氣體。15實際上，由于泥炭向褐煤過渡時期生成的甲烷很容易流失掉，所以，（四）影響瓦斯生成的因素由于煤層中的瓦斯主要是煤化變質(zhì)作用的產(chǎn)物，所以煤中瓦斯生成量的多少和煤巖組分、煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶有一定的關(guān)系。煤巖組分煤是一種固體可燃有機巖，其巖石組成比較復(fù)雜。煤巖組分是組成煤的基本單元，可分成鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和殼質(zhì)組。從煤巖學(xué)角度看，煤層瓦斯的生成取決于成煤作用和煤巖組分。在同一變質(zhì)階段，相對絲質(zhì)組而言，鏡質(zhì)組碳含量少、氫含量多，揮發(fā)分產(chǎn)率高，瓦斯生成量大，植物結(jié)構(gòu)保存程度低。殼質(zhì)組在整個成煤過程中都產(chǎn)生瓦斯，其揮發(fā)分產(chǎn)率和瓦斯生成量最高；但是，它在煤中所占比例很少，作用不大。16（四）影響瓦斯生成的因素由于煤層中的瓦斯主要是煤化變質(zhì)作用的煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶在煤化變質(zhì)作用過程中，瓦斯不斷地產(chǎn)生，而煤層瓦斯的伴生量直接依賴于煤化變質(zhì)程度，故煤的變質(zhì)程度越高，產(chǎn)生的瓦斯量就越多。我國的聚煤期多，煤炭儲量豐富，煤種繁多，變質(zhì)分帶明顯，在一定程度上影響著煤層瓦斯的生成。目前，從地質(zhì)時代上看，煤變質(zhì)總的規(guī)律表現(xiàn)為：晚古生代以中、高變質(zhì)煤占較大比例，尚未發(fā)現(xiàn)低變質(zhì)煤；中生代以中、低變質(zhì)煤為主，并伴隨有高變質(zhì)煙煤以至無煙煤；第三紀不僅有褐煤，而且也有低變質(zhì)煙煤。從地區(qū)上看，大致在北緯380以北，包括東北地區(qū)和西北大部分地區(qū)，基本上以褐煤和低、中變質(zhì)煙煤為主；17煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶17而北緯380以南的華北地區(qū)則具有各種變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤；西南地區(qū)主要是中、高變質(zhì)煙煤賦存的地區(qū)；而東南地區(qū)則以高變質(zhì)煙煤和無煙煤占優(yōu)勢。這種分布規(guī)律與煤礦瓦斯分布有一定的吻合性，其具體表現(xiàn)在西北地區(qū)為低、中瓦斯區(qū)，華北地區(qū)為中瓦斯區(qū)，而華南地區(qū)則為高瓦斯區(qū)；但是，對東北地區(qū)而言，情況則比較復(fù)雜，一般情況下，在褐煤分布范圍內(nèi)低瓦斯礦井居多，在低、中變質(zhì)煤分布范圍內(nèi)則多數(shù)礦井瓦斯量較大，這種情況的出現(xiàn)還和其他地質(zhì)條件有一定的關(guān)系。18而北緯380以南的華北地區(qū)則具有各種變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤；二、瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)

煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，既有成煤膠結(jié)過程中產(chǎn)生的原生孔隙，也有成煤后的構(gòu)造運動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。

煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：1、游離狀態(tài)（10-20%）

2、吸附狀態(tài)（80-90%）

3、吸收狀態(tài)4、煤體5、空隙19二、瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)19三、煤層中瓦斯垂直分帶

形成原因：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。

四帶：CO2-N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。20三、煤層中瓦斯垂直分帶20瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：

可以根據(jù)下列指標中的任何一項確定。（1）煤層的相對瓦斯涌出量等于2～3m3/t處；（2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重烴濃度總和達到80%（體積比）；（3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處：長焰煤1.0～1.5m3/t（C.M.），氣煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，貧煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）21瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：21四、影響煤層瓦斯含量及因素

煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標準狀態(tài)下的瓦斯體積），單位：m3/m3(cm3/cm3)或m3/t(cm3/g)。煤的瓦斯含量：包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。22四、影響煤層瓦斯含量及因素22影響煤層瓦斯含量主要因素：P271、煤層的埋藏深度－埋藏深度的增加不僅地應(yīng)力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移的距離增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯，而不利于放散瓦斯的方向發(fā)展。2、煤層和圍巖透氣性－煤系地層巖性組合及其透氣性對煤層瓦斯含量有很大的影響。透氣性大，瓦斯流失；透氣性小，如泥巖、完整石灰?guī)r，瓦斯散發(fā)不出去，瓦斯含量高。屏障層、透氣層、半屏障層。3、煤層傾角－同一埋藏深度及條件相同的情況下，煤層傾角越小，瓦斯沿層運移的路徑長，阻力大，瓦斯不易流失，導(dǎo)致瓦斯含量大；反之，瓦斯含量小。23影響煤層瓦斯含量主要因素：P27234、煤層露頭－煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，因此，露頭存在時間越長，瓦斯排放越多，地表無露頭的煤層，瓦斯含量較高，一般為背斜構(gòu)造。5、煤的變質(zhì)程度－煤是天然的吸附體煤的吸附程度越高，其存儲瓦斯的能力越強。6、煤系地層的地質(zhì)史－成煤有機物沉積以后直到現(xiàn)今煤化階段，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代，其間地層多次下降或上升，覆蓋層加厚或剝蝕、陸相-海相會交替變化，可能會遭受地質(zhì)構(gòu)造運動破壞等，所以有這些地質(zhì)過程及其延續(xù)時間的長短，都對煤層瓦斯含量的大小有巨大的影響。244、煤層露頭－煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，因此，露頭存在7、地史演化過程中的風(fēng)化、剝蝕程度－封閉性的含煤地層沉積后，后期抬升的幅度和剝蝕程度對煤層瓦斯的賦存也有較大的影響。8、地質(zhì)構(gòu)造－封閉性的背斜或穹隆，儲存瓦斯，瓦斯含量大，開放性的斷層，瓦斯小。9、水文地質(zhì)條件－有水流，帶走部分溶解的瓦斯；水流通道，形成瓦斯通道；使圍巖及煤層卸壓，透氣性增大，瓦斯流失。257、地史演化過程中的風(fēng)化、剝蝕程度－封閉性的含煤地層沉積后，五、瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：

末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。

瓦斯壓力梯度：

或式中：P—預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，MPagp—瓦斯壓力梯度，MPa/m

P1，P2—甲烷帶內(nèi)深度為H1、H2(m)處的瓦斯壓力，MPa。

P0--甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa。

H0---甲烷帶上部邊界深度，m。26五、瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：26第三節(jié)礦井瓦斯涌出瓦斯涌出分為兩種形式：1、普通涌出；2、特殊涌出一、瓦斯涌出量1、含義：礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤巖內(nèi)涌出的瓦斯量2、瓦斯涌出量表示方法絕對瓦斯涌出量--

單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min：相對瓦斯涌出量--平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是m3/t。二、影響瓦斯涌出的因素

決定于自然因素和開采技術(shù)因素的綜合影響。(一)自然因素1、煤層和圍巖的瓦斯含量，2、地面大氣壓變化。

27第三節(jié)礦井瓦斯涌出27（二）影響礦井瓦斯涌出量主要因素有以下幾點：

(1)煤層瓦斯含量。它是影響瓦斯涌出量的決定因素，被開采煤層的原始瓦斯量越高，瓦斯涌出量就越大。(2)開采規(guī)模。開采規(guī)模是指礦井的開采深度、開拓與開采的范圍及礦井產(chǎn)量而言。開采深度越深，煤層瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大；開拓與開采范圍越大，瓦斯涌出的暴露面積越大，其涌出量也就越大；在其他條件相同時，產(chǎn)量高的礦井，其瓦斯涌出量一般較大。28（二）影響礦井瓦斯涌出量主要因素有以下幾點：28(3)開采程序。厚煤層采用分層開采時，首先開采的分層，瓦斯涌出量較大，這是由于采動的影響，其他分層的瓦斯也會沿裂隙滲入開采分層的緣故。(4)采煤方法與頂板管理方法。機械化采煤，煤破碎嚴重，瓦斯涌出量較大；采用全部陷落法管理頂板時，造成頂?shù)装甯蠓秶乃蓜蛹安煽諈^(qū)存留有大量散煤，會使其瓦斯涌出量比采用充填法管理頂板時大；回采率低的采煤法，采空區(qū)瓦斯涌出量也較大。29(3)開采程序。厚煤層采用分層開采時，首先開采的分層，瓦斯涌(5)生產(chǎn)工序。從煤體暴露面和采落的煤炭中涌出的瓦斯量，一般是隨著時間的延長而下降的，因此，落煤時瓦斯涌出量大于其他工序。(6)地面大氣壓力的變化。當大氣壓力突然降低時，瓦斯涌出的壓力就高于風(fēng)流壓力，破壞了原來相對平衡狀態(tài)，瓦斯涌出量就會增大；反之，瓦斯涌出量就會變小。因此，當?shù)孛娲髿鈮毫ν蝗幌陆禃r必須百倍警惕，加強瓦斯檢查與管理，防止出現(xiàn)重大瓦斯事故。(7)礦井通風(fēng)壓力。抽出式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量大；壓入式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量減少。30(5)生產(chǎn)工序。從煤體暴露面和采落的煤炭中涌出的瓦斯量，一般三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理

按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式：按水平、翼、采區(qū)來進行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；按掘進區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)。31三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理31四、瓦斯涌出不均系數(shù)正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。

礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：

kg=Qmax/Qa式中：kg－給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；

Qmax－該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；

Qa－該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；作用：確定區(qū)域，進回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?2四、瓦斯涌出不均系數(shù)32五、礦井瓦斯等級1.礦井瓦斯等級劃分依據(jù)：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式。劃分為：低瓦斯礦井；10m3及其以下；高瓦斯礦井：10m3以上；煤與瓦斯突出礦井。2、礦井瓦斯等級鑒定（1）鑒定時間和基本條件礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進行；（2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求；（3）礦井瓦斯等級的確定。33五、礦井瓦斯等級33六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測

瓦斯涌出量的預(yù)測：指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的預(yù)測的方法：

（1）統(tǒng)計法

A、瓦斯涌出量梯度：深度與相對涌出量的比值B、物理含義C、計算（2）計算法:以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進行計算。34六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測34七．礦井瓦斯的危害(1)從礦井安全角度而言，礦井瓦斯是一種有害氣體。當井下空氣中瓦斯?jié)舛容^高時，會相對地降低空氣中的氧氣濃度，當氧的濃度降到12％以下時，人就會因缺氧窒息死亡。(2)當瓦斯與空氣混合達到一定濃度時，遇火就能燃燒或爆炸，嚴重影響和威脅礦井生產(chǎn)安全，一旦形成災(zāi)害事故，會危及職工生命并給國家財產(chǎn)造成巨大損失。20世紀90年代我國共發(fā)生2767起瓦斯爆炸事故，死亡20625人，平均每年276.7起，死亡2062.5人。35七．礦井瓦斯的危害35(3)瓦斯爆炸時伴生大量的有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后空氣中的氧氣含量僅為6％～10％、氮氣為82％～88％、二氧化碳為4％～8％、一氧化碳為2％～4％。特別是一氧化碳，會造成大量人員中毒死亡。統(tǒng)計資料表明，在瓦斯、煤塵爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的70％以上。36(3)瓦斯爆炸時伴生大量的有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后空氣中如1997年11月13日安徽省淮南潘三礦發(fā)生的瓦斯爆炸，死亡的86人中，絕大多數(shù)是由于一氧化碳中毒而死的。因此，入井人員正確佩戴自救器是非常必要的。(4)瓦斯爆炸時產(chǎn)生高溫、高壓。產(chǎn)生的高溫瞬間高達1850～2650℃；產(chǎn)生的瞬間高壓達1000kPa。并形成正、反向沖擊波，毀壞設(shè)備，沖垮巷道，造成人員傷亡。37如1997年11月13日安徽省淮南潘三礦發(fā)生的瓦斯爆炸，死亡第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施第一節(jié)瓦斯爆炸過程及其危害１.瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2→CO2+2H2O+882.6kj/mol如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2→CO+H2+H2O礦井瓦斯爆炸是一種熱－鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。２.瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程

爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在，初燃(初爆)焰面沖擊波新的爆炸混合物３、瓦斯爆炸的危害

高溫--1850～2650℃；高壓--約9個大氣壓；有害氣體CO--2～4%；沖擊波--每秒數(shù)百米甚至可達千米高溫38第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施高溫38第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)1、瓦斯的爆炸濃度

在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6％，上限為14～16％。

瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：

（1）氧的濃度

≮12%。

39第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)39（2）其它可燃氣體

混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度?？捎晒角蟪觯?/p>

N—多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限，％；

C1、C2、C3...Cn—分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，％；

C1+C2+C3+...Cn=100％

N1、N2、N3...Nn—分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限，％；40（2）其它可燃氣體40（3）煤塵

—本身具有爆炸，空氣中含量為5g/m3時，下限降低到3%；含量為8g/m3時，下限降低到2.5%。（4）空氣壓力

—壓力大，分子接近，碰撞幾率增加，范圍擴大。

（5）惰性氣體

—可以降低瓦斯爆炸的危險性（N2、CO2）。41（3）煤塵—本身具有爆炸，空氣中含量為5g/m3時，下限2、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量

瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛龋咚?空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時565℃，其它情況時650℃。最低點燃能量為0.28mJ。3瓦斯的引火延遲性

引火延遲性（瓦斯爆炸感應(yīng)期）：一般情況下，火源的表面積越大，存在時間越長，容易點燃瓦斯；反之，不能引爆瓦斯。422、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量42第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析

1、火源：井下的一切高溫熱源→電氣、放炮、摩擦、靜電等。2、發(fā)生地點及原因：掘進工作面占80%～90%，采煤工作面占10%～20%

采煤工作面發(fā)生地點：上隅角、采煤機附近、老塘、切頂線、放頂煤支架后等。

掘進面發(fā)生的原因：無計劃停電停風(fēng)、高冒區(qū)、瓦斯噴出、突出等。43第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析43防止瓦斯爆炸的措施的具體內(nèi)容防止瓦斯爆炸，要從瓦斯爆炸的3個條件著手。瓦斯爆炸的3個條件中，氧濃度在井下的通風(fēng)區(qū)域總是能滿足瓦斯爆炸需求的；而其余的兩個條件是防止瓦斯爆炸的切入點，只要不讓瓦斯積聚和不出現(xiàn)引爆火源，就能防止瓦斯爆炸。1．防止瓦斯積聚預(yù)防瓦斯積聚的措施很多，主要有以下方面：（1）加強對“一通三防”工作的領(lǐng)導(dǎo)，做到責任落實，管理到位，特別是落實好各級領(lǐng)導(dǎo)干部責任制。44防止瓦斯爆炸的措施的具體內(nèi)容防止瓦斯爆炸，要從瓦斯爆炸的3個（2）加強通風(fēng)、礦井瓦斯管理。①建立完善、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。各采掘工作面應(yīng)實行獨立通風(fēng)；做到穩(wěn)定、連續(xù)地向井下所有用風(fēng)地點供風(fēng)，保持足夠的風(fēng)量；防止漏風(fēng)，避免循環(huán)風(fēng)，嚴防風(fēng)流短路或風(fēng)量不足引起瓦斯積聚。尤其是局部通風(fēng)的管理，是防止瓦斯爆炸事故的重點工作之一。②嚴格執(zhí)行《規(guī)程》有關(guān)瓦斯檢查與管理的規(guī)定，嚴禁空班漏檢，嚴格執(zhí)行瓦斯巡回檢查制度和請示報告制度。認真及時填寫有關(guān)日報和記錄。防止和及時發(fā)現(xiàn)、處理局部瓦斯積聚；嚴禁超限作業(yè)。45（2）加強通風(fēng)、礦井瓦斯管理。45③對于瓦斯涌出量大或異常的區(qū)域，采用通風(fēng)方法無法解決瓦斯超限時，必須抽放煤層中的瓦斯，以減少開采過程中的瓦斯涌出量。④建立完善的安全監(jiān)測機構(gòu)，按規(guī)定安設(shè)瓦斯斷電儀，并及時檢查維護，保證靈敏可靠和正常運行。46③對于瓦斯涌出量大或異常的區(qū)域，采用通風(fēng)方法無法解決瓦斯超限（3）及時處理局部瓦斯積聚。凡井下瓦斯涌出量較大，通風(fēng)不良或風(fēng)流達不到的地點，都極易發(fā)生局部瓦斯積聚，主要地點有：采煤工作面上隅角、刮板輸送機底槽內(nèi)、頂板冒落的空洞、風(fēng)速低的巷道頂板附近、臨時停風(fēng)的掘進工作面和盲巷、采煤工作面采空區(qū)邊界外、水采工作面、采煤機附近，都易積聚瓦斯。實際工作中，應(yīng)根據(jù)具體情況，采取切實可行的措施來處理瓦斯積聚。常用處理瓦斯積聚的方法有：風(fēng)障法，風(fēng)筒排除法，尾巷排除法等。47（3）及時處理局部瓦斯積聚。472．防止出現(xiàn)引爆火源防止引爆火源的措施是嚴禁和杜絕井下出現(xiàn)一切火源；嚴格管理和控制生產(chǎn)中可能發(fā)生的火、熱源。主要有如下方面：(1)防止出現(xiàn)明火。遵守《規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，井口房和通風(fēng)機房附近20m內(nèi)，不得有煙火或用火爐取暖；嚴禁攜帶煙草和點火物品入井；防止煤炭自燃，加強火區(qū)管理等。(2)防止出現(xiàn)爆破火焰。爆破產(chǎn)生的火焰是最容易引起瓦斯爆炸的火源之一，因此，必須嚴格執(zhí)行“一炮三檢”制度；嚴禁放明炮、糊炮；不準使用不合格或變質(zhì)的炸藥；嚴格按《規(guī)程》規(guī)定裝藥和放炮等。482．防止出現(xiàn)引爆火源48(3)防止出現(xiàn)電火花。瓦斯礦井必須采用安全型、防爆型和安全火花型的設(shè)備；井口和井下電氣設(shè)備必須設(shè)有防雷電和防短路保護裝置；所有電纜接頭不準有“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭；不準帶電作業(yè)；嚴禁在井下拆開、敲打、撞擊發(fā)爆器、礦燈的燈頭和燈蓋等。(4)防止出現(xiàn)其他火源。在搬運機械設(shè)備過程中要輕搬輕運，防止因摩擦、撞擊而出現(xiàn)火花；采取有針對性措施，防止金屬、巖石等堅硬物體從高處落下，以防產(chǎn)生撞擊火花；嚴禁穿化纖衣服下井等。49(3)防止出現(xiàn)電火花。瓦斯礦井必須采用安全型、防爆型和安全火第五節(jié)局部瓦斯積聚的處理方法瓦斯積聚：是指瓦斯?jié)舛瘸^2％，體積超過0.5m3的空間內(nèi)積聚的瓦斯。（1）采煤工作面上隅角瓦斯積聚的處理；（2）掘進巷道積聚瓦斯的處理；（3）全風(fēng)壓巷道局部積聚瓦斯的處理；（4）綜合機械化機組附近積聚瓦斯的處理；（5）刮板運輸機下部積聚瓦斯的處理；（6）防止鉆空孔瓦斯積聚瓦斯和引燃的措施；（7）恢復(fù)有大量瓦斯積存盲巷或打開封閉的瓦斯處理。50第五節(jié)局部瓦斯積聚的處理方法50第六節(jié)防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施煤礦井下一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故，其破壞性是很大的，為了防止事故的擴大，應(yīng)采取以下措施：1．實行分區(qū)式通風(fēng)，各水平、采區(qū)或工作面都應(yīng)有其獨立的進、回風(fēng)系統(tǒng)。2．每一入井人員必須了解和熟悉井下一旦發(fā)生瓦斯爆炸時的撤退和躲避地點，加強礦山救護工作。3．井下必須設(shè)置隔爆設(shè)施，如水袋、巖粉棚等，以阻止瓦斯爆炸火焰的傳播。4．每一入井人員必須隨身佩戴自救器，并能熟練使用。5．礦井必須設(shè)置堅固可靠的防爆門和反風(fēng)裝置。6．通風(fēng)系統(tǒng)力求簡單，不用的巷道及時封閉。51第六節(jié)防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施51第七節(jié)瓦斯與煤塵爆炸事故時的自救與互救1．防止瓦斯爆炸時遭受傷害的措施據(jù)親身經(jīng)歷過瓦斯爆炸的人員回憶，瓦斯爆炸前感覺到附近空氣有顫動的現(xiàn)象發(fā)生，有時還發(fā)出嘶嘶的空氣流動聲，一般被認為是瓦斯爆炸前的預(yù)兆。井下人員一旦發(fā)現(xiàn)這種情況時，要沉著、冷靜、采取措施進行自救。具體方法是：背向空氣顫動的方向，俯臥倒地，面部貼在地面，以降低身體高度，避開沖擊波的強力沖擊，并閉住氣暫停呼吸，用毛巾捂住口鼻，防止把火焰吸入肺部。最好用衣物蓋住身體，盡量減少肉體暴露面積，以減少燒傷。爆炸后，要迅速按規(guī)定佩戴好自救器，弄清方向，沿著避災(zāi)路線，趕快撤退到新鮮風(fēng)流中。若巷道破壞嚴重，不知撤退是否安全時，可以到棚子較完整的地點躲避等待救護。52第七節(jié)瓦斯與煤塵爆炸事故時的自救與互救522．掘進工作面瓦斯爆炸后礦工的自救與互救措施如發(fā)生小型爆炸，掘進巷道和支架基本未遭破壞，遇險礦工未受直接傷害或受傷不重時，應(yīng)立即打開隨身攜帶的自救器，佩戴好后迅速撤出受災(zāi)巷道到達新鮮風(fēng)流中。對于附近的傷員，要協(xié)助其佩戴好自救器，幫助撤出危險區(qū)；不能行走的傷員，在靠近新鮮風(fēng)流30～50m范圍內(nèi)，要設(shè)法抬運到新鮮風(fēng)流中，如距離遠，則只能為其佩戴自救器，不可抬運。撤出災(zāi)區(qū)后，要立即向礦調(diào)度室報告。如發(fā)生大型爆炸，掘進巷道遭到破壞，退路被阻，但遇險礦工受傷不重時，應(yīng)佩戴好自救器，千方百計疏通巷道，盡快撤到新鮮風(fēng)流中。如巷道難以疏通，應(yīng)坐在支護良好的棚子下面，或利用一切可能的條件建立臨時避難硐室，相互安慰、穩(wěn)定情緒、等待救助，并有規(guī)律地發(fā)出呼救信號。對于受傷嚴重的礦工要為其佩戴好自救器，使其靜臥待救。并且利用壓風(fēng)管道、風(fēng)筒等改善避難地點的生存條件。532．掘進工作面瓦斯爆炸后礦工的自救與互救措施533．采煤工作面瓦斯爆炸后礦工的自救與互救措施如果進回風(fēng)巷道沒有垮落堵死，通風(fēng)系統(tǒng)破壞不大，所產(chǎn)生的有害氣體，較易被排除。這種情況下，采煤工作面進風(fēng)側(cè)的人員一般不會受到嚴重傷害，應(yīng)迎風(fēng)撤出災(zāi)區(qū)?；仫L(fēng)側(cè)的人員要迅速佩帶自救器，經(jīng)最近的路線進入進風(fēng)側(cè)。如果爆炸造成嚴重的塌落冒頂，通風(fēng)系統(tǒng)被破壞，爆源的進、回風(fēng)側(cè)都會聚積大量的一氧化碳和其他有害氣體，該范圍所有人員都有發(fā)生一氧化碳中毒的可能。為此，在爆炸后，沒有受到嚴重傷害的人員，要立即打開自救器佩戴好。在進風(fēng)側(cè)的人員要逆風(fēng)撤出，在回風(fēng)側(cè)的人員要設(shè)法經(jīng)最短路線，撤退到新鮮風(fēng)流中。如果冒頂嚴重撤不出來，首先要把自救器佩帶好，并協(xié)助重傷員在較安全地點待救；附近有獨頭巷道時，也可進入暫時躲避，并盡可能用木料、風(fēng)筒等構(gòu)筑臨時避難場所，并把礦燈、衣物等明顯的標識物掛在避難場所外面明顯的地方，然后進入室內(nèi)靜臥待救。543．采煤工作面瓦斯爆炸后礦工的自救與互救措施54通風(fēng)與安全培訓(xùn)課件徐礦集團張集煤礦通風(fēng)技術(shù)主管黃永梁Tlemail:zjktfhyl@126.com礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識2008年1月55通風(fēng)與安全培訓(xùn)課件徐礦集團張集煤礦通風(fēng)技術(shù)主管黃永梁礦井礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識第一章煤層瓦斯賦存與運移特征

第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成第二節(jié)煤層瓦斯的生成第三節(jié)礦井瓦斯涌出第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施

第一節(jié)瓦斯爆炸過程及其危害第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析第四節(jié)預(yù)防瓦斯爆炸的措施第五節(jié)局部瓦斯積聚的處理方法第六節(jié)防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴大的措施第七節(jié)瓦斯與煤塵爆炸事故時的自救與互救

第八節(jié)自救器的性能及使用條件56礦井瓦斯防治基礎(chǔ)知識第一章煤層瓦斯賦存與運移特征2第一章煤層瓦斯賦存與運移特征

瓦斯（甲烷），這一煤炭開采過程中的伴生物，早在15世紀就開始被人們認識。我國明代宋應(yīng)星在《天工開物》（初刊于1637年）一書中曾介紹過，在煤炭開采時煤層中存在著一種能使人窒息和可燃的氣體，并提出了利用竹管引排的方法。16世紀末，英國和其它西歐國家在采煤時，也遇到了“有害的”氣體，但未引起人們的重視。只是到了18世紀初期，英國深井開始發(fā)生瓦斯爆炸。1839年美國煤礦也發(fā)生瓦斯爆炸。此后，斷斷續(xù)續(xù)又發(fā)生了許多次爆炸，導(dǎo)致了人員和設(shè)備財產(chǎn)的嚴重損失，這是人們才逐漸重視并開始研究爆炸的原因及應(yīng)采取的防范措施。57第一章煤層瓦斯賦存與運移特征瓦斯（甲烷），這第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成

從廣義上講，礦井瓦斯是井下有害氣體（包括CH4、H2、CO2、CO、NO2、SO2、H2S、Rn等）的總稱。

瓦斯：是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語中的瓦斯指的就是甲烷。物理化學(xué)性質(zhì)：無色、無味、無毒、比空氣輕，微溶于水。危害：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。

作用：能源、化工原料。58第一節(jié)礦井瓦斯的性質(zhì)及其生成4瓦斯通常指甲烷(CH4)，是一種無色、無味、無臭的氣體，在標準狀態(tài)下1m3甲烷的質(zhì)量為0.7168kg，對空氣的相對密度為0.554。由于瓦斯比空氣輕，故常積聚在巷道的頂部、上山迎頭及頂板冒落的空洞內(nèi)。瓦斯的擴散性很強，擴散速度是空氣的1.34倍，如果一處涌出瓦斯，會很快地擴散到巷道附近空間。59瓦斯通常指甲烷(CH4)，是一種無色、無味、無臭的氣體，在標當井下空氣中瓦斯深度增高時，會相對的降低空氣中的氧氣含量，使人窒息；另一方面，當瓦斯與空氣混合到一定范圍內(nèi)，遇火就會爆炸或燃燒。嚴重影響和威脅礦井安全生產(chǎn)，且一旦形成災(zāi)害事故，將給國家及職工生命健康造成巨大損失。瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中的五大自然災(zāi)害之首。礦井瓦斯的危害主要有四種形式：爆炸，突出，人員窒息、環(huán)境污染。60當井下空氣中瓦斯深度增高時，會相對的降低空氣中的氧氣含量，使第二節(jié)煤層瓦斯的生成一、瓦斯的成因與賦存（一）煤層瓦斯的生成雖然人們對于瓦斯的認識和研究在15世紀早期就開始了，但是有關(guān)瓦斯生成及來源的問題，直到20世紀40年代人們才開始逐步重視并對此進行研究。煤礦井下的瓦斯主要來自煤層和煤系地層，關(guān)于它的成因可以認為是在成煤作用過程中伴生的。煤的原始母質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷2個成氣時期：從泥炭到褐煤的生物化學(xué)成氣時期和在地層的高溫高壓作用下從煙煤直到無煙煤的變質(zhì)作用成氣時期。61第二節(jié)煤層瓦斯的生成7瓦斯的生成和煤的形成是同時進行且貫穿于整個成煤過程的。與煤的成因息息相關(guān)，它除與成煤物質(zhì)、成煤環(huán)境、煤巖組成、圍巖性質(zhì)、成煤階段等均有關(guān)系外，還與兩個不同成氣時期有很大的關(guān)系。一般情況下，瓦斯的成氣母質(zhì)可分為兩大類，即高等植物在成煤過程中形成的腐植型有機質(zhì)和低等植物在成煤過程中形成的腐泥型有機質(zhì)，它們在成煤和成氣過程中的差異，構(gòu)成了各自持有的地球化學(xué)標志和各自不同的特點。

62瓦斯的生成和煤的形成是同時進行且貫穿于整個成煤過程的。與煤的（二）生物化學(xué)成氣時期瓦斯的生成這個時期是從成煤原始有機物堆積在沼澤相和三角洲相環(huán)境中開始的。在溫度不超過65℃條件下，成煤原始物質(zhì)經(jīng)厭氧微生物分解成瓦斯。該過程用纖維素的化學(xué)反應(yīng)式表示：4C6H1005→7CH4↑+8C02↑

+3H20+C9H60或2C6H10O5→CH4↑

+2C02↑十+5H20+C9H60

63（二）生物化學(xué)成氣時期瓦斯的生成這個時期是從成煤原始有機物在這個階段，成煤物質(zhì)生成的泥炭層埋深淺，上覆蓋層的膠結(jié)固化不好，生成的瓦斯通過滲透和擴散容易排放到古大氣中去。因此，生化作用生成的瓦斯一般不會保留在現(xiàn)有煤層內(nèi)。此后，隨著泥炭層的下沉，上覆蓋層越來越厚，成煤物質(zhì)中所受的溫度和壓力也隨之增高。生物化學(xué)作用逐漸減弱直至結(jié)束。在較高的壓力與溫度作用下泥炭轉(zhuǎn)化成褐煤，并逐漸進入變質(zhì)作用階段。

64在這個階段，成煤物質(zhì)生成的泥炭層埋深淺，上覆蓋層的膠結(jié)固化不（三）變質(zhì)作用時期瓦斯的生成褐煤層進一步沉降，便進入變質(zhì)作用造氣階段。在100℃高溫及其相應(yīng)的地層壓力下，煤層中的煤體就會產(chǎn)生強烈的熱力成氣作用。在變質(zhì)作用的初期，煤中有機質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單元主要是帶有羥（qiang）基(－OH)、甲基(－CH3)、羧（suo）基(－COOH)、醚基(－0－)等側(cè)鏈和官能團的縮合稠環(huán)芳烴體系。煤中的碳元素則主要集中在稠環(huán)中。由于一般情況下，稠環(huán)的鍵結(jié)合力強、穩(wěn)定性好，側(cè)鏈和官能團之間及其與稠環(huán)之間的結(jié)合力弱、穩(wěn)定性差。因此，隨著地層下降、壓力及溫度的增大與升高，側(cè)鏈和官能團即不斷發(fā)生斷裂與脫落，生成CO2、CH4和H2O等揮發(fā)性氣體。65（三）變質(zhì)作用時期瓦斯的生成褐煤層進一步沉降，便進入變質(zhì)作變質(zhì)作用過程中有機質(zhì)分解、脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能團而生CO2、CH4和H2O是煤成氣形成的基本反應(yīng)，煤化作用過程中生成的瓦斯以甲烷為主要組分。在瓦斯產(chǎn)出的同時，芳核進一步縮合，碳元素進一步集中在碳網(wǎng)中。隨著變質(zhì)作用的加深，基本結(jié)構(gòu)單元中縮聚芳核的數(shù)目不斷增加，到無煙煤時，主要由縮聚芳核所組成。從煙煤到無煙煤，煤的變質(zhì)作用程度越高，生成的瓦斯量也越多。但是，各個變質(zhì)階段生成的氣體組分不僅不同，而且數(shù)量上也有很大變化。

66變質(zhì)作用過程中有機質(zhì)分解、脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能團而生CO（１）腐植質(zhì)在煤化作用階段成氣演化的一般模式

（２）各煤化階段甲烷生成量曲線67（１）腐植質(zhì)在煤化作用階段成氣演化的一般模式

（２）各煤化階蘇聯(lián)學(xué)者B．A．索科洛夫等人給出的腐植型有機煤在變質(zhì)作用階段成氣的一般模式。從圖（１）中可以看出，CH４的生成是個連續(xù)相，即在整個變質(zhì)階段的各個時期都不斷地有CH４生成，只是各階段生成的數(shù)量有較大的波動而已；但是，重烴的生成則是個不連續(xù)相。實踐表明，這個以人工熱演化產(chǎn)生瓦斯為基礎(chǔ)的模型與實測的結(jié)果在趨勢上是一致的。68蘇聯(lián)學(xué)者B．A．索科洛夫等人給出的腐植型有機煤在變質(zhì)作用階段實際上，由于泥炭向褐煤過渡時期生成的甲烷很容易流失掉，所以，目前估算煤層生成甲烷量的多少，一般都是以褐煤作為計算起點。但是，由于自然界的實際煤化過程遠比帶有許多假設(shè)進行的理論計算復(fù)雜。在煤和石油共生礦區(qū)，有時煤層瓦斯同油氣田的瓦斯侵入有關(guān)。例如，四川中梁山煤礦10號煤層的瓦斯，與底板石灰?guī)r溶洞中的瓦斯有關(guān)；而陜西銅川礦務(wù)局焦坪煤礦井下的瓦斯，又與頂?shù)装迳皫r含油層的瓦斯有關(guān)。一般來說，世界各國煤田中所含瓦斯均以CH4為主，在某些煤層中還含有C2H6、C3H8等重烴氣體及C02等其他氣體。69實際上，由于泥炭向褐煤過渡時期生成的甲烷很容易流失掉，所以，（四）影響瓦斯生成的因素由于煤層中的瓦斯主要是煤化變質(zhì)作用的產(chǎn)物，所以煤中瓦斯生成量的多少和煤巖組分、煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶有一定的關(guān)系。煤巖組分煤是一種固體可燃有機巖，其巖石組成比較復(fù)雜。煤巖組分是組成煤的基本單元，可分成鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和殼質(zhì)組。從煤巖學(xué)角度看，煤層瓦斯的生成取決于成煤作用和煤巖組分。在同一變質(zhì)階段，相對絲質(zhì)組而言，鏡質(zhì)組碳含量少、氫含量多，揮發(fā)分產(chǎn)率高，瓦斯生成量大，植物結(jié)構(gòu)保存程度低。殼質(zhì)組在整個成煤過程中都產(chǎn)生瓦斯，其揮發(fā)分產(chǎn)率和瓦斯生成量最高；但是，它在煤中所占比例很少，作用不大。70（四）影響瓦斯生成的因素由于煤層中的瓦斯主要是煤化變質(zhì)作用的煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶在煤化變質(zhì)作用過程中，瓦斯不斷地產(chǎn)生，而煤層瓦斯的伴生量直接依賴于煤化變質(zhì)程度，故煤的變質(zhì)程度越高，產(chǎn)生的瓦斯量就越多。我國的聚煤期多，煤炭儲量豐富，煤種繁多，變質(zhì)分帶明顯，在一定程度上影響著煤層瓦斯的生成。目前，從地質(zhì)時代上看，煤變質(zhì)總的規(guī)律表現(xiàn)為：晚古生代以中、高變質(zhì)煤占較大比例，尚未發(fā)現(xiàn)低變質(zhì)煤；中生代以中、低變質(zhì)煤為主，并伴隨有高變質(zhì)煙煤以至無煙煤；第三紀不僅有褐煤，而且也有低變質(zhì)煙煤。從地區(qū)上看，大致在北緯380以北，包括東北地區(qū)和西北大部分地區(qū)，基本上以褐煤和低、中變質(zhì)煙煤為主；71煤的變質(zhì)程度及其變質(zhì)分帶17而北緯380以南的華北地區(qū)則具有各種變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤；西南地區(qū)主要是中、高變質(zhì)煙煤賦存的地區(qū)；而東南地區(qū)則以高變質(zhì)煙煤和無煙煤占優(yōu)勢。這種分布規(guī)律與煤礦瓦斯分布有一定的吻合性，其具體表現(xiàn)在西北地區(qū)為低、中瓦斯區(qū)，華北地區(qū)為中瓦斯區(qū)，而華南地區(qū)則為高瓦斯區(qū)；但是，對東北地區(qū)而言，情況則比較復(fù)雜，一般情況下，在褐煤分布范圍內(nèi)低瓦斯礦井居多，在低、中變質(zhì)煤分布范圍內(nèi)則多數(shù)礦井瓦斯量較大，這種情況的出現(xiàn)還和其他地質(zhì)條件有一定的關(guān)系。72而北緯380以南的華北地區(qū)則具有各種變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤；二、瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)

煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，既有成煤膠結(jié)過程中產(chǎn)生的原生孔隙，也有成煤后的構(gòu)造運動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。

煤層中瓦斯賦存兩種狀態(tài)：1、游離狀態(tài)（10-20%）

2、吸附狀態(tài)（80-90%）

3、吸收狀態(tài)4、煤體5、空隙73二、瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)19三、煤層中瓦斯垂直分帶

形成原因：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。

四帶：CO2-N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。74三、煤層中瓦斯垂直分帶20瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：

可以根據(jù)下列指標中的任何一項確定。（1）煤層的相對瓦斯涌出量等于2～3m3/t處；（2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重烴濃度總和達到80%（體積比）；（3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處：長焰煤1.0～1.5m3/t（C.M.），氣煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，貧煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）75瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)：21四、影響煤層瓦斯含量及因素

煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量（標準狀態(tài)下的瓦斯體積），單位：m3/m3(cm3/cm3)或m3/t(cm3/g)。煤的瓦斯含量：包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。76四、影響煤層瓦斯含量及因素22影響煤層瓦斯含量主要因素：P271、煤層的埋藏深度－埋藏深度的增加不僅地應(yīng)力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移的距離增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯，而不利于放散瓦斯的方向發(fā)展。2、煤層和圍巖透氣性－煤系地層巖性組合及其透氣性對煤層瓦斯含量有很大的影響。透氣性大，瓦斯流失；透氣性小，如泥巖、完整石灰?guī)r，瓦斯散發(fā)不出去，瓦斯含量高。屏障層、透氣層、半屏障層。3、煤層傾角－同一埋藏深度及條件相同的情況下，煤層傾角越小，瓦斯沿層運移的路徑長，阻力大，瓦斯不易流失，導(dǎo)致瓦斯含量大；反之，瓦斯含量小。77影響煤層瓦斯含量主要因素：P27234、煤層露頭－煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，因此，露頭存在時間越長，瓦斯排放越多，地表無露頭的煤層，瓦斯含量較高，一般為背斜構(gòu)造。5、煤的變質(zhì)程度－煤是天然的吸附體煤的吸附程度越高，其存儲瓦斯的能力越強。6、煤系地層的地質(zhì)史－成煤有機物沉積以后直到現(xiàn)今煤化階段，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代，其間地層多次下降或上升，覆蓋層加厚或剝蝕、陸相-海相會交替變化，可能會遭受地質(zhì)構(gòu)造運動破壞等，所以有這些地質(zhì)過程及其延續(xù)時間的長短，都對煤層瓦斯含量的大小有巨大的影響。784、煤層露頭－煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，因此，露頭存在7、地史演化過程中的風(fēng)化、剝蝕程度－封閉性的含煤地層沉積后，后期抬升的幅度和剝蝕程度對煤層瓦斯的賦存也有較大的影響。8、地質(zhì)構(gòu)造－封閉性的背斜或穹隆，儲存瓦斯，瓦斯含量大，開放性的斷層，瓦斯小。9、水文地質(zhì)條件－有水流，帶走部分溶解的瓦斯；水流通道，形成瓦斯通道；使圍巖及煤層卸壓，透氣性增大，瓦斯流失。797、地史演化過程中的風(fēng)化、剝蝕程度－封閉性的含煤地層沉積后，五、瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：

末受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。

瓦斯壓力梯度：

或式中：P—預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，MPagp—瓦斯壓力梯度，MPa/m

P1，P2—甲烷帶內(nèi)深度為H1、H2(m)處的瓦斯壓力，MPa。

P0--甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa。

H0---甲烷帶上部邊界深度，m。80五、瓦斯帶內(nèi)瓦斯壓力變化規(guī)律：26第三節(jié)礦井瓦斯涌出瓦斯涌出分為兩種形式：1、普通涌出；2、特殊涌出一、瓦斯涌出量1、含義：礦井建設(shè)或生產(chǎn)過程中從煤巖內(nèi)涌出的瓦斯量2、瓦斯涌出量表示方法絕對瓦斯涌出量--

單位時間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min：相對瓦斯涌出量--平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是m3/t。二、影響瓦斯涌出的因素

決定于自然因素和開采技術(shù)因素的綜合影響。(一)自然因素1、煤層和圍巖的瓦斯含量，2、地面大氣壓變化。

81第三節(jié)礦井瓦斯涌出27（二）影響礦井瓦斯涌出量主要因素有以下幾點：

(1)煤層瓦斯含量。它是影響瓦斯涌出量的決定因素，被開采煤層的原始瓦斯量越高，瓦斯涌出量就越大。(2)開采規(guī)模。開采規(guī)模是指礦井的開采深度、開拓與開采的范圍及礦井產(chǎn)量而言。開采深度越深，煤層瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大；開拓與開采范圍越大，瓦斯涌出的暴露面積越大，其涌出量也就越大；在其他條件相同時，產(chǎn)量高的礦井，其瓦斯涌出量一般較大。82（二）影響礦井瓦斯涌出量主要因素有以下幾點：28(3)開采程序。厚煤層采用分層開采時，首先開采的分層，瓦斯涌出量較大，這是由于采動的影響，其他分層的瓦斯也會沿裂隙滲入開采分層的緣故。(4)采煤方法與頂板管理方法。機械化采煤，煤破碎嚴重，瓦斯涌出量較大；采用全部陷落法管理頂板時，造成頂?shù)装甯蠓秶乃蓜蛹安煽諈^(qū)存留有大量散煤，會使其瓦斯涌出量比采用充填法管理頂板時大；回采率低的采煤法，采空區(qū)瓦斯涌出量也較大。83(3)開采程序。厚煤層采用分層開采時，首先開采的分層，瓦斯涌(5)生產(chǎn)工序。從煤體暴露面和采落的煤炭中涌出的瓦斯量，一般是隨著時間的延長而下降的，因此，落煤時瓦斯涌出量大于其他工序。(6)地面大氣壓力的變化。當大氣壓力突然降低時，瓦斯涌出的壓力就高于風(fēng)流壓力，破壞了原來相對平衡狀態(tài)，瓦斯涌出量就會增大；反之，瓦斯涌出量就會變小。因此，當?shù)孛娲髿鈮毫ν蝗幌陆禃r必須百倍警惕，加強瓦斯檢查與管理，防止出現(xiàn)重大瓦斯事故。(7)礦井通風(fēng)壓力。抽出式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量大；壓入式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量減少。84(5)生產(chǎn)工序。從煤體暴露面和采落的煤炭中涌出的瓦斯量，一般三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理

按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有三種劃分方式：按水平、翼、采區(qū)來進行劃分，作為風(fēng)量分配的依據(jù)之一；按掘進區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；按開采區(qū)、臨近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)。85三、礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理31四、瓦斯涌出不均系數(shù)正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響其數(shù)值是經(jīng)常變化的，但在一段時間內(nèi)只在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。

礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：

kg=Qmax/Qa式中：kg－給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；

Qmax－該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3/min；

Qa－該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min；作用：確定區(qū)域，進回風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?6四、瓦斯涌出不均系數(shù)32五、礦井瓦斯等級1.礦井瓦斯等級劃分依據(jù)：按照平均日產(chǎn)一噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式。劃分為：低瓦斯礦井；10m3及其以下；高瓦斯礦井：10m3以上；煤與瓦斯突出礦井。2、礦井瓦斯等級鑒定（1）鑒定時間和基本條件礦井瓦斯等級的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進行；（2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求；（3）礦井瓦斯等級的確定。87五、礦井瓦斯等級33六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測

瓦斯涌出量的預(yù)測：指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估算出礦井或局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的預(yù)測的方法：

（1）統(tǒng)計法

A、瓦斯涌出量梯度：深度與相對涌出量的比值B、物理含義C、計算（2）計算法:以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進行計算。88六、礦井瓦斯涌出量預(yù)測34七．礦井瓦斯的危害(1)從礦井安全角度而言，礦井瓦斯是一種有害氣體。當井下空氣中瓦斯?jié)舛容^高時，會相對地降低空氣中的氧氣濃度，當氧的濃度降到12％以下時，人就會因缺氧窒息死亡。(2)當瓦斯與空氣混合達到一定濃度時，遇火就能燃燒或爆炸，嚴重影響和威脅礦井生產(chǎn)安全，一旦形成災(zāi)害事故，會危及職工生命并給國家財產(chǎn)造成巨大損失。20世紀90年代我國共發(fā)生2767起瓦斯爆炸事故，死亡20625人，平均每年276.7起，死亡2062.5人。89七．礦井瓦斯的危害35(3)瓦斯爆炸時伴生大量的有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后空氣中的氧氣含量僅為6％～10％、氮氣為82％～88％、二氧化碳為4％～8％、一氧化碳為2％～4％。特別是一氧化碳，會造成大量人員中毒死亡。統(tǒng)計資料表明，在瓦斯、煤塵爆炸事故中，死于一氧化碳中毒的人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的70％以上。90(3)瓦斯爆炸時伴生大量的有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后空氣中如1997年11月13日安徽省淮南潘三礦發(fā)生的瓦斯爆炸，死亡的86人中，絕大多數(shù)是由于一氧化碳中毒而死的。因此，入井人員正確佩戴自救器是非常必要的。(4)瓦斯爆炸時產(chǎn)生高溫、高壓。產(chǎn)生的高溫瞬間高達1850～2650℃；產(chǎn)生的瞬間高壓達1000kPa。并形成正、反向沖擊波，毀壞設(shè)備，沖垮巷道，造成人員傷亡。91如1997年11月13日安徽省淮南潘三礦發(fā)生的瓦斯爆炸，死亡第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施第一節(jié)瓦斯爆炸過程及其危害１.瓦斯爆炸的化學(xué)反應(yīng)過程最終的化學(xué)反應(yīng)式為：CH4+2O2→CO2+2H2O+882.6kj/mol如果O2不足，反應(yīng)的最終式為：CH4+O2→CO+H2+H2O礦井瓦斯爆炸是一種熱－鏈反應(yīng)過程(也稱連鎖反應(yīng))。２.瓦斯爆炸的產(chǎn)生與傳播過程

爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在，初燃(初爆)焰面沖擊波新的爆炸混合物３、瓦斯爆炸的危害

高溫--1850～2650℃；高壓--約9個大氣壓；有害氣體CO--2～4%；沖擊波--每秒數(shù)百米甚至可達千米高溫92第二章瓦斯爆炸及其預(yù)防措施高溫38第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)1、瓦斯的爆炸濃度

在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6％，上限為14～16％。

瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：

（1）氧的濃度

≮12%。

93第二節(jié)瓦斯爆炸的主要參數(shù)39（2）其它可燃氣體

混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度?？捎晒角蟪觯?/p>

N—多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限，％；

C1、C2、C3...Cn—分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，％；

C1+C2+C3+...Cn=100％

N1、N2、N3...Nn—分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限，％；94（2）其它可燃氣體40（3）煤塵

—本身具有爆炸，空氣中含量為5g/m3時，下限降低到3%；含量為8g/m3時，下限降低到2.5%。（4）空氣壓力

—壓力大，分子接近，碰撞幾率增加，范圍擴大。

（5）惰性氣體

—可以降低瓦斯爆炸的危險性（N2、CO2）。95（3）煤塵—本身具有爆炸，空氣中含量為5g/m3時，下限2、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量

瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛龋咚?空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時565℃，其它情況時650℃。最低點燃能量為0.28mJ。3瓦斯的引火延遲性

引火延遲性（瓦斯爆炸感應(yīng)期）：一般情況下，火源的表面積越大，存在時間越長，容易點燃瓦斯；反之，不能引爆瓦斯。962、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量42第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析

1、火源：井下的一切高溫熱源→電氣、放炮、摩擦、靜電等。2、發(fā)生地點及原因：掘進工作面占80%～90%，采煤工作面占10%～20%

采煤工作面發(fā)生地點：上隅角、采煤機附近、老塘、切頂線、放頂煤支架后等。

掘進面發(fā)生的原因：無計劃停電停風(fēng)、高冒區(qū)、瓦斯噴出、突出等。97第三節(jié)煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析43防止瓦斯爆炸的措施的具體內(nèi)容防止瓦斯爆炸，要從瓦斯爆炸的3個條件著手。瓦斯爆炸的3個條件中，氧濃度在井下的通風(fēng)區(qū)域總是能滿足瓦斯爆炸需求的；而其余的兩個條件是防止瓦斯爆炸的切入點，只要不讓瓦斯積聚和不出現(xiàn)引爆火源，就能防止瓦斯爆炸。1．防止瓦斯積聚預(yù)防瓦斯積聚的措施很多，主要有以下方面：（1）加強對“一通三防”工作的領(lǐng)導(dǎo)，做到責任落實，管理到位，特別是落實好各級領(lǐng)導(dǎo)干部責任制。98防止瓦斯爆炸的措施的具體內(nèi)容防止瓦斯爆炸，要從瓦斯爆炸的3個（2）加強通風(fēng)、礦井瓦斯管理。①建立完善、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。各采掘工作面應(yīng)實行獨立通風(fēng)；做到穩(wěn)定、連續(xù)地向井下所有用風(fēng)地點供風(fēng)，保持足夠的風(fēng)量；防止漏風(fēng)，避免循環(huán)風(fēng)，嚴防風(fēng)流短路或風(fēng)量不足引起瓦斯積聚。尤其是局部通風(fēng)的管理，是防止瓦斯爆炸事故的重點工作之一。②嚴格執(zhí)行《規(guī)程》有關(guān)瓦斯檢查與管理的規(guī)定，嚴禁空班漏