《矿井瓦斯与防治》PPT课件.ppt

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1、1,秦波涛 安全工程学院,矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety,中国矿业大学教学多媒体课件,2,9.1 概述 9.2 矿井瓦斯的生成及赋存 9.3 矿井瓦斯涌出 9.4 矿井瓦斯的喷出及预防 9.5 煤和瓦斯突出及其预防 9.6 矿井瓦斯爆炸及其预防 9.7 矿井瓦斯检测及监测 9.8 矿井瓦斯抽放,第9章 矿井瓦斯防治,3,9.1 概述,9.1.1. 矿井瓦斯的概念 广义：井下有害气体的总称。 来源： 煤岩内赋存的气体 生产过程中产生的气体 井下空气与矿物及其他材料反应产生的气体 放射性物质衰变产生的惰性气体氡（放射性）和 氦 狭义：由于煤层中的瓦斯一般以甲

2、烷为主，所以在煤矿中矿井瓦斯专指甲烷,4,9.1.2. 甲烷的性质 无色、无味，微溶于水； 可燃性、爆炸性(1675, 5%-16%)、窒息性；煤矿开采条件一定时，还能发生煤与瓦斯突出。 温室气体 密度为0.716kg/m3 ，为空气密度的0.554倍； 分子直径0.41nm，扩散速度是空气的1.34倍； 高热值：55.67MJ/kg；（优质的清洁能源） 低热值：50.17 MJ/kg 热导率：0.0306W/mC（在20C时0.0328 W/m C）； 动力粘度：（10.26+0.0305t）10.6Pas（温度t0100C）；,5,9.2 矿井瓦斯的生成及赋存,9.2.1 煤层瓦斯的生成

3、煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的 ，主要可以划分为两个生成阶段 第一阶段：生物化学成气时期 在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。,6,第二阶段：煤化变质作用时期 随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进人变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2 个别煤层中也有一部分瓦斯是由于油气田的瓦斯的侵入造成的。如重庆的中梁山，陕西铜川蕉坪矿区 9.2.2 煤层瓦斯赋存 1、煤的孔隙特征 煤的孔隙分类： 微孔：直径100m，构成层流

4、及紊流混合渗透的 区间 渗透容积：小孔至可见孔的孔隙体积之和 煤的孔隙率：吸附容积与渗透容积之和称为总孔隙体积，总孔隙体积占煤的体积的百分比成为煤的孔隙率,7,煤样中的孔隙状况,8,我国一些煤矿的孔隙率值。一般煤的孔隙率变化范围为620%。,通常测量孔隙率的方法依赖于用一些渗透流体浸透内部孔隙。为了处理煤炭内的微孔，通常使用氦气作为渗透流体来得到有效孔隙率的最大值。,三、瓦斯的赋存状态,成煤过程中生成的瓦斯以游离和吸附这两种不同的状态存在于煤体中，通常称为游离瓦斯（free gas）和吸附瓦斯(absorbed gas)。,游离状态也叫自由状态，这种状态的瓦斯以自由气体存在，呈现出压力并服从自

5、由气体定律，存在于煤体或围岩的裂隙和较大孔隙(孔径大于10nm) 内，如图所示。游离瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。,1游离瓦斯；2吸着瓦斯；3吸收瓦斯； 4煤体；5孔隙,三、瓦斯的赋存状态,成煤过程中生成的瓦斯以游离和吸附这两种不同的状态存在于煤体中，通常称为游离瓦斯（free gas）和吸附瓦斯(absorbed gas)。,1游离瓦斯；2吸着瓦斯；3吸收瓦斯； 4煤体；5孔隙,吸附状态的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上（吸着瓦斯）和煤的微粒结构内部(吸收瓦斯)。吸着状态是在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；而吸收

6、状态是瓦斯分子充填到纳米级的微细孔隙内，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。,三、瓦斯的赋存状态,吸附瓦斯量的多少，决定于煤对瓦斯的吸附能力和瓦斯压力、温度等条件。吸附瓦斯在煤中是以多分子层吸附的状态附着于煤的表面，因此煤对瓦斯的吸附能力决定于煤质和煤结构，不同煤质对瓦斯的吸附能力如图。,煤的瓦斯含量和温度、压力的关系，如图。该图是某一煤样的测定曲线。,三、瓦斯的赋存状态,煤体中的瓦斯含量是一定的，但以游离状态和吸附状态存在的瓦斯量是可以相互转化的。例如，当温度降低或压力升高时，一部分瓦斯将由游离状态转化为吸附状态，这种现象叫做吸附。反之，如果温度升高或压力降

7、低时，一部分瓦斯就由吸附状态转化为游离状态，这种现象叫做解吸。,在现今开采深度内，煤层内的瓦斯主要是以吸附状 态存在，游离状态的瓦斯只占总量的10左右,13,5 、 煤层瓦斯含量 1）概念：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)，包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分 2）影响因素 煤岩结构(如透气性)和物理化学特性(如吸附性能) ； 成煤后的地质运动和地质构造 ； 煤层的赋存条件 。,14,3） 煤的瓦斯含量确定直接测量 直接测量法较为简单。国内外广泛采用的直接测定瓦斯含量的方法为解吸法。解吸法是将钻孔预定位置采集煤样装入一个特制的密封罐中，测定煤样在该密封罐内的解吸量，

8、如图所示。该技术的关键是在于精确估计煤样从钻孔采集起到装入密封罐前这段时间内的瓦斯损失量。,15,3） 煤的瓦斯含量确定间接测算法 煤层瓦斯含量间接测定法是首先在实验室中进行煤样的瓦斯吸附试验和真假比重的测定，然后绘制瓦斯吸附等温线，计算煤的孔隙体积，再按照朗缪尔方程式并引入水分、温度和灰分影响修正系数，以及带入实测的煤层瓦斯压力，最后计算出煤的瓦斯含量。 煤内游离瓦斯含量Xy (m3/t煤) 式中 V煤的渗透容积，m3/t煤； P瓦斯压力，kPa； T0标准状况下的绝对温度(273K)； T瓦斯的绝对温度； P0标准状况下的压力，等于101.3kPa； 瓦斯的压缩系数,16,煤的吸附瓦斯含量

9、 煤的表面积是很大的，每克煤有数十至二百m2，其中微孔表面积占绝大多数，吸附瓦斯量主要取决于微孔隙表面积、瓦斯压力与温度。而煤的吸附瓦斯不服从气体定律，而服从朗缪尔吸附方程。按朗缪尔方程计算并考虑煤中水分、可燃物的百分比，温度的影响： 式中 p瓦斯压力，MPa； a在该温度下，极限吸附量，m3/t可燃物； b取决于温度和煤的吸附性能常数，kPa-1。,17,A,W煤中的灰分与水分，%； t0实测室测定吸附常数时的实验温度 t煤层温度， n系数，无因次，按下式确定 煤层瓦斯含量等于吸附含量与游离含量之和： XXyXx 实测表明，在目前开采深度(10002000m以内)煤层的吸附瓦斯占7095%，

10、而游离瓦斯占530%。,18,5、煤层瓦斯垂向分带： 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，使煤层瓦斯呈现出垂直分带特征 。一般将煤层由露头自上向下分为四个瓦斯带：CO2N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,19,瓦斯风化带： “CO2N2”、“N2”、“N2-CH4”三带统称瓦斯风化带。瓦斯风化带内的井、区为低瓦斯井、区。 甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的瓦斯带。甲烷带内煤层瓦斯压力、含量随埋藏深度的增加而增长，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。,前三个带总称为瓦斯风化带，第四个带为甲烷带。,瓦斯风化带的深度取决

11、于煤层地质条件和赋存情况，如围岩性质、煤层有无露头、断层发育情况、煤层倾角、地下水活动情况等等。围岩透气性越大，煤层倾角越大、开放性断层越发育、地下水活动越剧烈，则瓦斯风化带下部边界就越深。有露头的煤层往往比无露头的隐伏煤层瓦斯风化带深。,21,六、影响瓦斯含量的因素,1、煤的变质程度。煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越多。如其他条件相同，变质程度提高了，煤层的瓦斯含量应比较大，,2、煤层的地质历史。 瓦斯在生成过程中，不断生成和放散，尤其是在成煤后的漫长地质年代中，它的放散瓦斯条件如何？这是具有决定性的因素。因为地层的上升和下降，海浸海退的变化，地表河流对煤层的侵蚀，地质构造对放散瓦斯的作用，

12、煤层在地表暴露时间的长短，这些对于瓦斯的保存都具有重大影响。,3、煤层和围岩的透气性。 煤系岩性组合和煤层围岩性质对煤层瓦斯含量影响很大。如果围岩为致密完整的低透气性岩层，如泥岩，完整的石灰岩，煤层中的瓦斯就易于保存下来。,22,六、影响瓦斯含量的因素,4、地质构造。 煤层的断层和地质破坏对瓦斯的放散有显著的作用，如果断层的成因是受张力作用产生的，则该断层边界的瓦斯可以通过断层而放散，该区域的瓦斯要小。如果断层是受压力作用产生的，属于封闭性的断层，在断层区域内的瓦斯要大。煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越多。如其他条件相同，变质程度提高了，煤层的瓦斯含量应比较大，,5、煤层露头。煤层在目前或成煤

13、后的地质年代中有无露头长时间与大气相通，这对于瓦斯的保存有很大关系。在有露头的煤田中，地表附近的煤层瓦斯得到了放散，而且空气也向煤层渗透，因而在距地表不远的煤层中含有二氧化碳、氮气等气体。,6、埋藏的深度和地形。 随着深度的加深，甲烷所占的比例越来越大。,7、地下水的活动.在地下水活跃的区域，瓦斯也得到流动、排放。例如南桐直属二井的突出煤层在地下水活跃的地区，不但没有发生突出现象，而且瓦斯涌出量也大大减少；,23,9.3 瓦斯在煤岩中的流动,9.3.1 煤层瓦斯流动的基本规律 如前所述，煤层中含有大量的瓦斯，游离瓦斯还有具有一定的压力，由于煤层赋存的条件不同，瓦斯压力的分布是不均衡的。有压力差

14、，有裂隙通道，就有瓦斯的流动。 1、煤层瓦斯流场分类 概念：煤层内瓦斯流动的空间称为煤层瓦斯流场，在流场内瓦斯具有流向、流速和压力梯度和浓度梯度,24,1）按流场的流向分类： 单向流场：在x、y、z三维空间中，只有一个方向有流速； 径向流场：在x、y、z三维空间中，在两个方向有分速度，可以用柱坐标系描述； 球向流场：在x、y、z三维空间中，三个方向都有分速度，可以用球坐标系描述。,单向流 径向流,球向流动,25,2）按流场的稳定性分类： 定常流场：流场中任何一点的流速、流向和瓦斯压力均不随时间变化。 非定常流场；流场中的流速、流向或瓦斯压力中至少有一参数随时间变化。 2 、扩散流与渗透流 瓦斯

15、在煤层中流动，目前认为存在两种类型，即扩散流动和层流流动。这两种流动谁起主导作用虽然还存在着争论，但普遍认为，扩散流动在微孔结构中或在低透气系数煤层中占主导地位，而层流流动在大孔和裂隙中或在高透气系数煤层中占主导地位。,非稳定流场,26,ux在x方向上的扩散流的速度（m/s） D扩散系数（m2/s但更多用的是cm2/s） c特定气体的浓度（m3/m3煤） 2）渗透流动 瓦斯在中孔（ 1m ）以上的孔隙或裂隙中的运移，可能有两种形式：层流和紊流 层流：层流又可以分为线性层流和非线性层流 线性层流：Re100，惯性力占优势，流动阻力与流速的平方成正比。,瓦斯在孔隙裂隙内的运移基本上可以分为两类：

16、1）扩散流动：瓦斯在小孔（1m）和微孔（0.1m）内的运移主要为扩散运动，瓦斯在浓度梯度驱动下从高浓度向的浓度的方向运移，可以用菲克定律描述：,27,达西定律：流体的流速与其压力梯度成正比，即 u瓦斯流速（m/s） k渗透率（m2） 动态粘滞度（Pam） 气压梯度（Pa/m）,三、煤层瓦斯流动参数,1、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。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤中所含瓦斯量也就越大。瓦斯压力是造成突出的重要动力。,28,1）煤层瓦斯压力测定,测定煤层瓦斯压力时，通常是从围岩巷

17、道(石门或围岩钻场)向煤层打孔径为50一70mm的钻孔，孔中放测压管，将钻孔密封后，用压力表直接进行测定。为了测定煤层的原始瓦斯压力，测压地点的煤层应为未受采动影响的原始煤体。 煤层瓦斯压力的测定都是从岩巷向煤层打钻孔，从钻孔中引出一根细管，并用粘土、水泥砂浆、胶圈等固体物封孔，从钻孔中引出测压管，直接用压力表读出煤层瓦斯压力值。这种方法在封孔段岩层坚硬致密的条件下是可以得到正确的瓦斯压力值，但是当封孔段岩层为松软的砂岩或钻孔周围存在微裂隙时，封孔的固体物不能严密封闭钻孔周边的裂隙，因而易于漏气，封孔效果不理想，测出的瓦斯压力值低于煤层真实的瓦斯压力。这样会导致错误的技术判断，极易造成事故隐患

18、。,29,1）煤层瓦斯压力测定,测压封孔方法分填料法和封孔器法两类。根据封孔器的结构特点，封孔器分为人工充填、胶圈、和胶圈粘液等几种类型,胶圈封孔,人工充填法封孔,胶圈压力粘液封孔器,为了解决这一技术难题，中国矿业大学周世宁教授提出了胶圈压力粘液封孔测定煤层瓦斯压力技术（图10-3-9）。它的基本思路是：固体封液体，液体封气体。即除了利用两个胶圈封孔外，在两个胶圈之间充入具有一定压力的粘液，粘液的压力略高于瓦斯压力，粘液在压力作用下渗入钻孔周边裂隙，杜绝瓦斯的泄漏，从而使测出的瓦斯压力值等于煤层真实的瓦斯压力。,31,2）瓦斯压力预测,根据国内外在瓦斯煤层大量的测定结果，在甲烷带内，煤层的瓦斯

19、压力随深度的增加而增加，多数煤层呈线性增加，瓦斯压力梯度随地质条件而异，在地质条件相近的块段内相同深度的同一煤层具有大体相同的瓦斯压力，因此，可以按下式预测深部煤层的瓦斯压力，,Pg p（HH0） P0,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； P1、P2甲烷带内深度为H1、H2（m）处的瓦斯压力，MPa； P0 甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2 MPa； H0 甲烷带上部边界深度，m。,2、煤层透气系数,煤是一种多孔介质，在一定压力梯度下，气体和液体可以在煤体内流动。煤层透气系数反映了煤层中流体的的流动能力。透气系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易

20、。煤层的透气性是很低的，瓦斯在煤层中的流速也很小，每天仅几厘米到几米。,透气系数是达西定律中的比例系数k，它是反映多孔介质结构特性的一个参数，可以解释成给定粘度为的流体在给定多孔介质中的传导能力。,单位制中透气系数的单位是m2。但是旧的达西（D）或毫达西（mD）单位仍然在使用。,2、煤层透气系数,2、煤层透气系数,地压对透气系数的影响 瓦斯压力对透气系数的影响 煤层中的水对透气系数的影响,影响因素,35,9.3 矿井瓦斯涌出,煤层或其附近进行采掘工作时，煤岩的原始状态由于采动影响受到破坏，发生破裂、卸压膨胀变形、地应力重新分布等变化，且部分煤岩的透气性增加。游离瓦斯在其压力作用下，经由煤层的裂

21、隙通道或暴露面渗透流出并涌向采掘空间。随着游离瓦斯的流出，煤体里面的瓦斯压力下降，从而破坏了原有的动平衡，一部分吸附瓦斯将解吸转化为游离瓦斯并涌出。随着采掘工作的不断扩展，煤体和围岩受采动影响的范围不断扩大，瓦斯动平衡破坏的范围也不断扩展。所以瓦斯能够长时间地、持续地从煤体中释放出来，这是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的普通涌出。与其对应的瓦斯特殊涌出则指在时间上突然、在空间上集中、大量的瓦斯涌出，主要有瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。,36,瓦斯涌出量及主要影响因素 矿井瓦斯涌出量是指在矿井生产建设过程中涌进巷道或管道的瓦斯量。其表达的方法有两种： 绝对瓦斯涌出量单位时间内涌入巷道的瓦斯量，以体积表示

22、，单位为m3/min 或m3/d ； 相对瓦斯涌出量每采一吨煤平均涌出的瓦斯量，单位是m3/t。两者的关系为：,qe相对瓦斯涌出量，m3/t； qa绝对瓦斯涌出量，m3/d； A单位时间内采掘地区的产煤量，t/d。,37,绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌出的瓦斯体积量，单位为m3/d或m3/min。用下式进行计算： 相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与煤层瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。因为瓦斯涌出量中除开采煤层涌出的瓦斯外，还有来自临近层和围岩的瓦斯，所以相对瓦斯涌出量一般要比煤层瓦斯含量大。矿井瓦斯涌出量是决定矿井瓦斯等级和计算风量的依据。,Q 风量，m3/min；

23、 C风流中的平均瓦斯浓度，%。,38,影响瓦斯涌出量的因素主要有： 1) 煤层和围岩的瓦斯含量 在甲烷带内，开采越深、规模越大，绝对、相对瓦斯涌出量越高。 2)地面大气压力变化 地面大气压在一年内夏冬两季的差值可达5.38 kPa，一天内，个别情况下可达22.7 kPa。地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，它对采空区(包括回采工作面后部采空区和封闭不严的采空区)或坍冒处瓦斯涌出的影响比较显著。当地面大气压突然下降时，瓦斯积存区的气体压力将高于风流的压力，瓦斯就会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井的瓦斯涌出量将减少。 3) 开采顺序与回采方法 先开采的煤层或分层，其相对瓦斯

24、涌出量大，后开采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面开始回采初期瓦斯涌出量小，当顶板第一次冒落以后，由于围岩及邻近层的瓦斯涌入开采层，所以涌出量增加。,39,影响瓦斯涌出量的因素主要有： 4)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。在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。这是由于煤层和围岩的瓦斯含量随深度而增加的缘故。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。 5)开采顺序与回采方法 先开采的煤层或分层，其相对瓦斯涌出量大，后开采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面开始回采初期瓦斯涌出量小，当顶板第一次冒落以后，由于围岩及邻近层的瓦斯涌入开采层，所以涌出量

25、增加。 6）风量变化 矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。,40,影响瓦斯涌出量的因素主要有： 7)釆空区的密闭质量 采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯(可达6070)，如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的瓦斯涌出增大。 8)开采顺序与回采方法 先开采的煤层或分层，其相对瓦斯涌出量大，后开采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面开始回采初期瓦斯涌出量小，当顶板第一次冒落以后，由于围岩及邻近层的瓦斯涌入开采层，所以涌出量增加。 9）风量变化 矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转

26、变为另一稳定状态。,41,10)生产工艺过程 从暴露面采落煤炭和钻孔涌出的瓦斯量，一般都是随着时间的增长而逐渐下降。所以，落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序，老顶来压冒落时涌出量高于其它时期。 落煤时瓦斯涌出量与煤的瓦斯含量、落煤速度、煤的粉碎程度等有关。风镐落煤时，瓦斯涌出量可增大1.11.3倍，打眼放炮时1.42.0倍，采煤机采煤时，1.31.6倍，水枪落煤时，24倍等，其增加的倍数与工作面瓦斯来源的构成有关。开采单一中厚煤层，落煤时增加的倍数比开采有邻近层的煤层要大些。,瓦斯从暴露面涌出的变化规律,42,11) 通风压力与通风系统 抽出式通风负压增加时，瓦斯涌出量增大。 U型通风系统的回采

27、工作面，其上隅角容易聚积瓦斯。采用U型加尾巷的通风系统，瓦斯聚积点移至采空区内的尾巷入风口。Y形与W型通风系统由于采空区内有漏风通道，采空区与邻近层涌出的瓦斯很少会涌入工作面，加之进风多了一条风路，工作面的瓦斯浓度较低，适用于高瓦斯高产要求。,43,总而言之，影响矿井瓦斯涌出量的因素是多方面的，应该通过经常和专门的观测，找出其主要因素和规律，才能采取有针对性的措施控制瓦斯的涌出。,44,三、矿井瓦斯来源,为了有效地治理瓦斯，每一个矿井都要掌握影响瓦斯涌出的主要因素和各涌出来源在总量中所占的比重，这是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础。,按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式： 1、按

28、水平、翼、采区进行划分，作为风量分配的依据之一； 2、按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础； 3、按开采区、邻近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础。,45,四、矿井瓦斯等级与鉴定,为了便于对瓦斯矿井进行分级管理，按照瓦斯涌出的形式和涌出量的大小，将矿井分成不同的瓦斯等级。,1、 矿井瓦斯等级划分,规程规定：一个矿井中，只要有一个煤(岩)层中发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，瓦斯矿井必须按照矿井瓦斯等级进行管理。 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 m3/t且矿井绝对瓦斯

29、涌出量小于或等于40 m3/min。 （2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大干40 m3/min。 （3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。,46,2、 矿井瓦斯等级鉴定,新矿井设计前，地质勘探部门根据各煤层的瓦斯含量资料，预测矿井瓦斯等级，作为计算风量的依据。生产矿井每年必须进行矿井瓦斯等级的鉴定工作，同时还应进行矿井二氧化碳涌出量的测定，作为核定和调整风量的依据。,1）鉴定时间和基本条件,规程规定，每年必须对矿井进行瓦斯等级鉴定工作；应在正常生产的条件下进行；应在涌出量较大的二月份进行。,2）测点选择和测定内容及要求,测点应布置在每一通风系统的主要通

30、风机的风峒、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内,测定内容为风量和风流中瓦斯浓度。如果进风流中含有瓦斯时，还应在进风流中测风量和瓦斯浓度。进、回风流的瓦斯涌出量之差，就是鉴定地区的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的矿井，在鉴定月内应在相应的地区测定抽出的瓦斯，矿井瓦斯等级划分时，必须包括抽放的瓦斯量。,47,3) 矿井瓦斯等级的确定 矿井瓦斯等级以最大的相对瓦斯涌出量和有、无煤与瓦斯突出，按分级标准确定。并附以必要的文字说明，如产量、采掘比例、地质构造等因素和瓦斯喷出、煤与瓦斯突出等情况，报上级审批。 正在建设中的矿井，也应进行瓦斯等级的鉴定，如果鉴定结果，特别是在煤层揭开以后，实际的瓦斯涌出量超过原设

31、计确定的等级时，应提出修改矿井瓦斯等级的专门报告，报原设计审批单位批准。,48,五 矿井瓦斯涌出量预测 设计矿井或生产矿井的新区(新采区、深部水平)，需要预先掌握其瓦斯等级和瓦斯涌出量，作为矿井、水平和采区设计的依据。根据某些巳知数据，按照一定的方法预先测算出设计区域瓦斯涌出量的数值，称作矿井瓦斯涌出量预测。 预测相对瓦斯涌出量的方法： 矿山统计法 （多用于生产矿井） 瓦斯含量法 （用于新矿井） 1)矿山统计法 矿山统计法是根据已往矿井生产中的相对瓦斯涌出量与开采深度的统计规律，外推未来深部水平相对瓦斯涌出量的预测方法。,49,实际使用这种方法时，一般分为两步：首先将矿井历年生产过程中积累的实

32、际相对瓦斯涌出量按其对应的开采深度，计算出相对瓦斯涌出量的梯度a； 式中, H1、H2分别为甲烷带内的两个开采深度， m q1、q2对应于H1、H2深度的相对瓦斯涌出量，m3/t： n指数，在现代开采深度条件下，一般为1； 第二步根据相对瓦斯涌出量梯度a，计算出煤层深部开采时的相对瓦斯涌出量值。 式中 q0甲烷带上边界的相对瓦斯涌出量，一般定为23m3/t； H0甲烷带上边界的深度，m。,50,注意事项： 1) 此法只适用于甲烷带内，外推的深度不应超过100200m，a值越小，外推的深度也应越小，否则可能有较大的误差。 2) 预测精度决定于原始统计资料的精度与数量以及预测区域同已采区域在地质条

33、件和开采技术条件上的相似程度。,51,为了比较精确地预测相对瓦斯涌出量，应该在矿井开采层面图上标出各个已采区段的相对瓦斯涌出量，把相对瓦斯涌出量相同的点连成等相对瓦斯涌出量线。对于外推的区域，根据对应地点的瓦斯涌出量梯度与底板等高线的深度，用虚线画出预测的等相对瓦斯涌出量线，如图2-14所示。这种等瓦斯涌出量线图清晰简明，不仅反映出倾斜方向上瓦斯涌出量变化，而且也反映出走向方向上的变化。,52,2） 煤层瓦斯含量法 采区相对瓦斯涌出量等于平均开采一吨煤各瓦斯源涌出的瓦斯量之和。预测公式为： 式中 n围岩涌出瓦斯量占回采煤层瓦斯涌出的比例系数，应实测得出，无实测值时，对于全部陷落法管理顶板，可考

34、虑，n0.2，局部充填法，n0.15, 全部充填法，n0.1； m1、m分别为残留分层、回采分层的厚度，m；,53,1，分别为残留分层、回采分层煤的容重tm3； Z煤柱煤量占回采煤量的百分比， K采空区残留浮煤占回采煤量的百分比， X开采层原始瓦斯含量，m3t， X1运出采区的煤残留的瓦斯含量， m3/t，需实测； X2煤柱残留瓦斯含量，m3/t。 X3 采空区残留煤的残余瓦斯含量，m3/t。 n向开采层采空区涌出瓦斯的邻近层的数目， ml第l邻近层(或煤线)的厚度，m， hl第l邻近层距开采层的法线距离，m，,54,Xl邻近层煤层的瓦斯含量， m3/t，需实测 Xl1邻近层煤若运出采区的残留

35、瓦斯含量， m3/t， hj邻近层向开采层采空区涌出瓦斯的极限距离，无实测值时，可按下式近似求得； hjNm(DCOS) 式中 N与D分别决定于顶板管理方法、层间岩性结构的系数； 对于采厚m2.5m条件下：使用全部陷落法管理顶板时，N60，局部充填法管理顶板时， N45，D1.2； 对于m2.5m，必须根据试验资料来确定； 煤层倾角，适用于上邻近层，适用于下邻近层。,55,9.4矿井瓦斯喷出及其预防,9.4.1 概念：瓦斯喷出是指大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。它是瓦斯特殊涌出中的一种形式。 9.4.2 特点：是瓦斯在短时间内从煤、岩层的某一特定地点突然涌向采矿空间，而且涌出量

36、可能很大，风流中的瓦斯突然增加。由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性，可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。,56,9.4.3 瓦斯喷出的分类： 瓦斯喷出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内，积存着大量高压游离瓦斯，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出，如同喷泉一样。根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成地质来源和采掘卸压形成的两大类。 1、地质来源 这类喷出大多数发生在地质破坏带、石灰岩溶洞裂缝区、背斜或向斜轴部储瓦斯区以及其它储瓦斯构造与原始洞缝相通的区域。

37、例如，四川中梁山煤矿南井在+390水平茅口石灰岩中掘进运输大巷时，当掘进工作接近一处积聚着大量游离瓦斯的溶洞时，放炮时与连通溶洞的裂隙(两条各宽10100 mm)沟通引发了瓦斯喷出。当时，随炮声响起一轰鸣声，像压气管破裂似地从裂缝中大量喷出瓦斯(甲烷)，“雾”气弥漫，充满整个回风巷，两小时后测得瓦斯流量为486m3min，喷出时间持续两周，共喷出瓦斯3.6105 m3。,57,2、 采掘卸压 在各种地质构造破坏区内，原来处于封闭状态的构造裂隙容易被利用，即在采掘地压和瓦斯压力联合作用下会突然张开，成为瓦斯喷出的通道。 如南桐煤矿三号层(层厚0.4m，倾角27，距地表310m)0307工作面回采

38、了346m2时出现瓦斯涌出的“嘶嘶”声，随后出现底板破裂，裂缝宽达100mm，底板上鼓最高达0.6m，支柱折断，瓦斯突然大量喷出。喷出的瓦斯使供风量为200m3min的风流逆转距离达180 m，瓦斯浓度在50以上，估计初期的瓦斯喷出量为500 m3min，4小时后为26m3min，喷出持续109小时，总喷出量为75100m3。这是典型的由卸压产生裂隙及原有构造裂隙张开，形成卸压瓦斯喷出的通道而引发的瓦斯喷出。 喷出的瓦斯量和持续时间，决定于积存瓦斯量和瓦斯压力，从几m3到几十万m3，几分钟到几年，甚至几十年。 瓦斯喷出的预兆，如风流中的瓦斯浓度增加，或忽大忽小，嘶嘶的喷出声，顶底板来压的轰鸣声

39、，煤层变湿、变软等。,58,9.4.4 瓦速喷出的防治 1、原始洞缝中瓦斯喷出的防治 1) 加强地质工作。施工前一定要通过前探钻孔探明采掘区域与岩巷(井)前方的地质构造，溶洞裂缝的位置分布以及瓦斯的储量。预先制订好防治喷出的设计与安全措施 。 2) 利用封堵、引排、抽放等综合方法处理瓦斯。如果通风的方法解决不了喷出的瓦斯，则可用罩子或其它设施将喷出裂隙封盖好，并利用管路把瓦斯引排到回风巷或地面。或设置引排罩，利用管路将瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩时，可以打钻孔抽放。当瓦斯喷出十分强烈不能采用上述方法时，必须把喷出瓦斯巷道密闭。 3) 搞好通风和严格瓦斯检查制度、防止瓦斯超限。,59,前探钻孔

40、的要求： (1)10 m外，打钻75mm，3个 (2)边掘边打超前钻，超前5 m，不少3个孔； (3)裂隙、溶洞、破坏带打超前钻,75mm,2个，超5m,60,61,2 、采掘地压形成裂缝中瓦斯喷出的防治 开采近距离煤层时，必须防止被解放层初期卸压的瓦斯突然涌入解放层的采掘工作面。 1) 搞好地质工作，掌握层间岩石性质与厚度的变化，了解邻近层的瓦斯压力和瓦斯含量，地压的大小等。 2) 根据初期卸压面积计算卸压瓦斯量。确定预排初期卸压瓦斯钻孔的数量及孔位。尽可能提高抽放瓦斯负压，以求增大预排瓦斯量。 3) 加强职工安全教育，人人掌握瓦斯喷出预兆，配备隔绝式自救器，熟悉避灾路线 4) 搞好顶板管理

41、，加强支架质量检查，必要时采取人工卸压措施，以防大面积突然卸压。 5) 搞好工作面通风，加强瓦斯检查，掌握瓦斯涌出动态与抽放动态，以便预报瓦斯喷出。,62,63,9.5 煤与瓦斯突出及其预防,9.5.1 煤矿井下动力现象及分类 1、 煤矿井下的动力现象，指的是发生在巷道周围的一切具有运动和声响特征的现象。 2、 任何一种井下动力现象的发生都离不开“力”和“介质”。因此，对井下动力现象的分类应该从“力”和“介质”两个方面进行。,64,3、 动力现象分类的结果,煤矿地下采掘过程中，在很短时间(数分钟)内，从煤(岩)壁内部向采掘工作空间突然喷出煤(岩)和瓦斯的动力现象，人们称为煤(岩)与瓦斯突出，简

42、称瓦斯突出或突出。突出能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统使井巷充满瓦斯和煤(岩)抛出物，能造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿最严重的灾害之一。瓦斯突出与瓦斯喷出的区别在于喷出的物质只有气相，而突出的物质同时包括气相（瓦斯）和固相（煤岩）,瓦斯突出,66,煤与瓦斯突出实例及分析,自行冲破岩柱突出实例,67,1834年3月22日，法国伊萨克矿井发生了世界上第一次有记载的突出。支架工架棚子时，发现煤壁外移，三个工人立即撤离，但煤炭冲入巷道13m，巷道煤尘弥漫，一人被煤流埋没，一人窒息牺牲，一人幸免于难。 迄今为止，世界各主要产煤国家都发生过煤和瓦斯突出

43、现象。世界上最大的一次煤与瓦斯突出发生在1969年7月13日苏联加加林矿，在710m水平主石门揭穿厚仅1.03m煤层时，发生了这次突出，突出煤14000t，瓦斯25万m3：。 我国记载的第一次突出是1950年吉林省辽源矿务局富国西二坑，在垂深280m煤巷掘进时突出。目前我国突出矿井达到200多个，突出次数一万多次。最大突出强度为12780t，喷出瓦斯120万m3，它是1975年8月8日在天府矿务局三汇坝一矿主平峒放震动炮揭穿6号煤层时发生的。,68,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,69,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,70,煤与瓦斯突

44、出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,71,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,72,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,73,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,74,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,75,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,76,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,77,煤与瓦斯突出实例及分析,南桐东林矿石门突出,突出煤量130t,大平煤矿“10.20”特大瓦斯事故技术分析图示,大平煤矿“10.20”事

45、故瓦斯突出及扩散过程演示,大平煤矿“10.20”瓦斯爆炸传播过程演示,82,9.5.2 煤与瓦斯突出概述 1 煤矿在地下采掘过程中，在极短的时间内（几秒到几分），从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间喷出煤（岩）和瓦斯（CH4、CO2）的现象。简称突出。有突出、压出、倾出三种类型。 2 按突出强度分类: 各煤层与煤层内各区域的突出危险程度是不同的。突出强度是指每次突出扼出的煤(岩)数量和涌出的瓦斯量。它主要以煤(岩)数量作为划分强度的主要依据，可分为： 1)小型突出：强度小了100t； 2)中型突出：强度100(含100t)至500t; 3)大型突出：强度500(含500t)至1000t; 4)特

46、大型突出：强度等于或大于：1000t。,83,9.5.3 突出的基本特征： (1) 抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。在突出现场可以看到突出的煤和岩块从突出口搬至较远的地方，甚至拐了几个弯；煤、岩块的堆积角度小于自然安息角；堆积物中大的颗粒落在近处和下部，小的颗粒飘到远处并覆盖在突出物的上方，这种现象也称为分选性堆积。 (2) 突出物中呈现出明显的高压气体爆炸的特征。软煤被抛出后，由于其中的高压气体迅速膨胀，破碎煤体，因而突出物中含有大量的极细的粉尘。有时候突出过程还对抛出的软煤进行了重新固结和捣实，需要镐刨才能运走。,84,(3) 突出的孔洞具有一些特殊的形状。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大

47、，孔洞的轴线往往沿煤层倾斜方向延伸或与倾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的长度约为几米到几十米。有时候则看不到突出孔洞，抛出煤体的地方充满了松散的碎煤。 (4) 突出过程中伴随有大量的瓦斯涌出。在突出过程中，抛出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。当涌出的瓦斯量十分大时，瓦斯会逆着矿井的风流而行达到几十米，甚至几百米、上千米，严重地破坏矿井的通风系统和设施。有时会使得风流逆转,85,9.5.4 突出的机理 解释突出原因和突出过程的理论称为突出机理。突出是个很复杂的动力现象，至今巳提出许多假说，概括起来有三大类： 1）瓦斯作用说。认为煤内存储的瓦斯在突出中起着主要的作用 2）地应力说。认为突出主要是地应力

48、作用的结果， 3）综合说。认为突出是地应力、瓦斯压力和煤的结构性能综合作用的结果，国内外大多数学者拥护综合说。,86,9.5.4 层内突出和顶底板突出 根据瓦斯动力在空间位置的来源，有时将煤与瓦斯突出分为层内突出和顶底板突出两种类型。这两种突出的机理不同，故在性质上存在很大的差异。,层内突出。层内突出是指从当前开采煤层中气体和固体一起喷发出来的现象。 顶底板突出。顶底板突出是指突出的动力源来自开采煤层的顶板或底板内积聚的瓦斯与压力。,87,9.5.5 瓦斯突出的一般规律 1）突出与地质构造的关系。绝大多数突出发生在地质构造带内，如断层，褶曲，向斜，背斜、扭转和火成岩侵入区附近等。 2）突出与地

49、压的关系。地压愈大，突出的危险性愈大。煤层露头附近和浅部没有突出发生，一般在垂深100200米时才开始发生突出。深度增加，突出的次数和强度都可能增加。其次，在集中压力区内突出的危险性增大。 3）突出与瓦斯的关系。煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量大小是能否实现突出的重要因素之一。一般情况下，瓦斯压力和瓦斯含量越大，突出危险性越大。大多数煤和瓦斯突出发生在瓦斯压力大于1MPa的情况下。但瓦斯压力不是绝对和唯一的指标，还需要有其他因素的综合作用。,88,4）突出与煤层构造的关系。煤层构造主要是指煤的破坏类型和煤的强度。一般说，煤的破坏类型愈高，强度愈小，突出危险性愈大。故突出多发生在软煤层或软分层中。 5

50、）突出与围岩性质的关系。在煤层顶底板为坚硬而致密的岩层、厚度又较大时，弹性能与集中应力都比较大，煤层瓦斯含量又比较大，突出的危险性也就比较大，反之较小。我国大型突出都是在煤层顶板为坚硬致密的砂岩，石门揭煤时发生的。 6)突出与水文地质的关系。煤层比较湿润，矿井涌水量比较大，则突出的危险性比较小，反之较大。 7)突出具有延期性。突出的延期性是指震动放炮后没有立刻发生突出，而是延缓了一段时间，这一现象又叫延期突出。,89,8）绝大多数突出发生在落煤时，尤其在爆破时。其中放炮诱导突出作用最强，此外，水力冲刷，风镐落煤,手镐落煤都引起过突出。 9）大多数突出都有预兆 地压显现方面的预兆：煤炮声，支架声

51、响，岩煤开裂，掉碴，底鼓，煤岩自行剥落，煤壁颤动，钻孔变形，垮孔顶钻，夹钻杆，钻机过负荷等 瓦斯涌出方面的预兆：瓦斯涌出异常，瓦斯浓度忽大忽小，煤尘增大，气温、气味异常，打钻喷瓦斯、喷煤、哨声、风声、蜂鸣声等 煤层结构与构造方面的预兆，层理紊乱，煤强度松软或不均匀，煤暗淡无光泽，煤厚增大，倾角变陡，挤压褶曲，波状隆起，煤体干燥，顶底板阶梯凸起，断层等。 10）突出危险性随着硬而厚的围岩(硅质灰岩、砂岩等)，存在而增高。,90,9.5.6 突出过程： 煤与瓦斯突出的全过程，一般可划分为四个阶段：准备、发动、发展和停止阶段。 (1)突出的准备阶段 即能量的积聚阶段。由于地应力的变化、向某处运移、集

52、中，形成高压瓦斯区，储存大量的弹性潜能 (2)突出的发动阶段 出于外力作用(如爆破或钻进等)，煤体应力状态发生突然变化，岩石和煤的弹性潜能迅速释放，这时可听到从煤体或岩体中发出的破裂声，并观察到煤层发生压缩变形，还出现掉煤碴、支架压力增大，煤中出现辟裂声等预兆。,91,(3)突出的发展阶役 依靠释放的弹性能和游离瓦斯的膨胀能，使煤体破坏并由瓦斯流把碎煤抛出。 随着煤的破碎和抛出，瓦斯压力降低，瓦斯解吸，解吸瓦斯的膨胀加剧了这一过程，又促使煤进一步破碎，如此反复进行，直到煤被粉碎为粉煤并形成粉煤瓦斯流。这种粉煤瓦斯流具有很大的能量，可以把煤抛出数十米甚至数百米的距离，它可逆着风流运动或沿拐弯的巷

53、道运动，能推翻矿车、搬运岩石等，造成一定的动力效应。 (4)突出的停止阶段 当激起突出的能运已经耗尽，继续放出的能量不足以粉碎煤体；突出孔道受到堵塞，不能继续在突出空洞壁建立高的应力梯度和瓦斯压力梯度等。以上任何一种情况出现时，突出立即停止。,92,9.5.7 预防煤与瓦斯突出的主要技术措施,开采有突出危险的矿井，必须采取防治突出的措施。防突措施可以分为两大类： 区域性防突措施：实施以后可使较大范围煤层消除突出危险性的措施； 局部性防突措施：实施以后可使局部区域(如掘进工作面)消除突出危险性的措施。,93,2、 区域性防突 1）开采保护层 在突出矿井中，预先开采的、并能使其他相邻的有突出危险的

54、煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。,94,开采保护层防突原理,95,开采保护层的作用 现以天府南井2号层(保护层)开采后，有突出危险的9号层内与突出有关的若干参数的变化，来说明保护层的作用。 从上图可见，保护层(2号层)采到距离测点0m处时，被保护层(9号层)已经开始膨胀，接着是透气系数增大。采过测点20m后，瓦斯流量开始上升，采过40m后的瓦斯压力开始下降，并稳定地保持很长时间。保护层开采后，由于采空区的顶底板岩石冒落，移动，引起开采煤层周围应力的重新分布，采空区上、下形成应力降低(卸压)

55、区，在这个区域内的未开采煤层将发生下述变化： a.地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。 b.煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。所以被保护层内的瓦斯能大量排放到保护层的采空区内；瓦斯含量和瓦斯压力都将明显下降。 煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。据测定，开采保护层后，被保护层的煤硬度系数由0.30.5增加到1.01.5。,96,2).保护范围 保护范围：指保护层开采后，在空间和时间上使危险层丧失突出危险的有效范围。 （1）垂直保护距离 沿倾斜的保护范围 确定沿倾向的保护范围 就是沿倾向划定被保护层的 上、下边界(以冒落角)。,97,沿走向的保护范围。 超前距一般不得小于两个煤层之间垂直距离的两

56、倍，至少不小于30m。 (4) 煤柱的影响,98,开采保护层还必须注意以下几点： a.如煤层群中有几个保护层时，应首先考虑上保护层。不但符合由上而下的开采顺序，而且突出危险层同水平的巷道能位于保护范围内。如果不得不开采下保护层时，要防止采动影响而破坏未采煤层结构。 b矿井中所有煤层都有突出危险时，可选择突出危险程度较小的煤层作为保护层，但在此保护层的采掘过程中，必须采取防治突出的措施。 c.矿井中所有可采煤层都具有严重突出危险时，也可以选择不可采的煤层作为保护层。为了减小劳动强度，可使用刨煤机、钢丝绳锯等采煤机械。 d开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。,99,2）预抽煤层瓦斯 预抽煤层瓦

57、斯是指，通过一定时间的预先抽放瓦斯，降低突出危险煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，并由此引起煤层收缩变形、地应力下降、煤层透气系数增加和煤的强度提高等效应，使被抽放瓦斯的煤体丧失或减弱突出危险性。 3）煤层注水 煤层大面积注水也是一项区域性防突措施。 注水后，煤体湿润增加了煤层塑性而降低了开采煤层的应力集中， 水充满煤体裂隙与空隙减缓了瓦斯放散速度，从而可降低岩体弹性潜能和瓦斯潜能，消除或降低了突出危险性。,100,3 、局部防突措施 1）石门揭煤时的局部防突措施 大型突出往往发生于石门揭开突出危险煤层时。所以石门揭开突出危险煤层，以及有突出倾向的建设矿井或突出矿井开拓新水平时，井巷揭开所有这类煤层都

58、必须采取防治突出的措施，并编制专门设计。 （1）松动爆破。在进行普通放炮时，同时爆破几个710m以上的深炮孔，使深部煤体破裂与松动，应力集中带和高压瓦斯带移向深部，以便在工作面前方造成较长的卸压和排放瓦斯区，从而预防突出的发生。 （2）钻孔排放瓦斯。石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻，将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力降到安全压力以下时，再进行采掘工作。钻孔数和钻孔布置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定，每m2断面不得少于3.54.5孔。 (3)水力冲孔。水力冲孔是在安全岩(煤)柱的防护下，向煤层打钻后，用高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由

59、于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。,101,1）石门揭煤时的局部防突措施 大型突出往往发生于石门揭开突出危险煤层时。所以石门揭开突出危险煤层，以及有突出倾向的建设矿井或突出矿井开拓新水平时，井巷揭开所有这类煤层都必须采取防治突出的措施，并编制专门设计。 （4）金属骨架。金属骨架是一种超前支架。其作用是加强石门是加强石门工作面上部煤体的支撑力，以减弱或防止煤与瓦斯突出。 2）煤巷掘进时的防突措施 （1）超前钻孔.在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中应力区移向煤体深部。 （2）超前支架。多用于有突出危

60、险的急倾斜煤层、厚煤层的煤层平巷掘进时。为了防止因工作面顶部煤体松软垮落而导致突出，在工作面前方巷道顶部事先打上一排超前支架，增加煤层的稳定性。,102,（3）水力冲孔 它的工艺流程和石门揭煤时相同，具体做法可因地制宜。,（4）卸压槽。预先在工作面前方切割出一个缝槽，以增加工作面前方的卸压范围，掘进 时保持一定的超前距就可避免突出或冲击地压的发生。,(8)震动放炮。震动放炮是采用增加炮眼数和装药量，一次爆破揭穿煤层并成巷的爆破方法。所以震动放炮基本上是一种人为的诱使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出发生在没有人员在场和采取了预防瓦斯、煤尘爆炸措施的情况下。,103,在开采煤与瓦斯突出煤

61、层时，为了防治突出的发生和避免突出发生后造成人身伤亡，必须采取“四位一体”综合防突措施,9.5.8 “四位一体”的综合防突措施,突出危险性预测； 防治突出措施； 防突措施的效果检验 安全防护措施。,四位一体综合防突措施是根据我国50多年防治煤与瓦斯突出的理论与实践而研究总结提出的，只要认真落实，瓦斯突出事故是可以有效预防的。,104,一、 突出的预测,突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。突出危险性预测包括区域性预测和工作面预测。区域性预测又分为矿井、煤层、水平(或采区、区段)三个层次。根据预测结果分别将矿井、煤层和采区或区段划分为突出区和非突出区。在突出区内进行采掘作业时，还应进

62、行工作面突出危险性预测。当工作面预测有突出危险时，必须采取防治突出的措施和进行防灾效果检验。 预测特别是区域预测时，必须结合本井田或相邻井田突出的实际资料，考虑围岩性质、地质构造类型及特征、水文地质情况、煤层赋存条件及结构特征、煤的变质程度、煤层瓦斯含量和瓦斯压力、开采深度等因素，从中找出主要因素，作为预测的依据。,105,（3）预测指标和方法,1.煤的瓦斯放散初速度P 它是表示瓦斯从煤内放散出来快慢的相对指标，能反映煤的空隙结构和微观破坏程度。 2.煤的坚固性系数f 它也是一个相对指标，反映煤的力学性质。 3.煤层瓦斯压力 反映瓦斯含量、瓦斯释放强度和搬运突出物的能力。 4.软煤比 软煤分层

63、厚度与煤层总厚度之比称软煤比，亦称揉皱系数。该值越高，煤层越不稳定，突出可能性越大。 5.钻孔瓦斯涌出量和钻渣量。 这是一种可以在掘进工作面即时预测有无突出危险的方法，它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、瓦斯涌出速度和岩层应力状况。,二、采取防突措施,综前所述，煤与瓦斯突出的各种防治措施如图10-7-13所示。-,三、防突措施效果检验,防突效果的检验就是根据煤与瓦斯突出预测中的有关规定，对采取措施后的煤层再进行一次突出危险性指标的测定，根据实测的指标值判断是否降到临界值以下、有无突出危险。如果检验结果表明防突措施有效，就可以在采取安全防护措施后继续进行采掘作业；如果检验该防突措施无效或

64、效果不好，就必须采取附加措施。,三、安全防火措施,安全防护措施作为突出防治对策的第四个组成部分，是避免突出造成人身伤亡的重要环节，因此，在岩石井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，都必须采取安全防护措施。,震动放炮。震动放炮是一种通过爆破产生的强大爆破力诱导突出的方法。在我国许多矿区石门揭煤中作为安全防护措施得到广泛应用。 反向风门。反向风门是防止突出后瓦斯逆流蔓延到进风系统、堵止灾害范围扩大的一种防突安全措施。 挡拦。挡拦是限制突出煤抛出范围的一种构筑物，主要用于发生大型和特大型突出的地点。 自救装置。在突出煤层采掘工作面附件设置避难峒室和压风自救系统。避难峒室内设置直通调度室的电话

65、和压气供风管，每人供风量不少于0.3m3/min。,109,9.6 矿井瓦斯爆炸及其预防,瓦斯的最大危害就是发生爆炸。不仅能造成人员伤亡，而且会严重摧毁井下设施，中断生产。有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾，从而加重了灾害，使生产难以在短期内恢复。 1942年日本霸占我国东北时期，在本溪煤矿由电气火花引起的瓦斯爆炸和煤尘爆炸，共有1549人死亡。 2000年贵州木冲沟“927” 162 2004年河南大平“1020” 148 2004年陕西陈家山“11.28” 166 2005年辽宁孙家湾“214” 214,110,闭区2起 死亡94人,采煤3起 死亡46人,巷道4起 死亡74人,掘进12起 死亡195人,111,112,9.6.1 瓦斯爆炸过程及其机理 1、瓦斯爆炸的化学反应式 瓦斯爆炸是甲烷和空气组成的爆炸性混合气体在火源诱发下发生迅猛的氧化反应并伴随有强烈力学效应的现象。其方程式概括为： 从上式知，混合气体中的氧与甲烷都全部燃尽时，一个体积的甲烷要同二个体积的氧气化合，也就是要同2+7.52=9.52个体积的空气化合。这时甲烷在混合气体中的浓度为1/(1+9.52)1009.5；这一浓度是理论上爆炸最猛烈的浓度。1摩尔的甲烷爆炸后将产生882.6kJ的热量。lkg碳氢化合物相当于4kg梯恩梯炸药。,113,9.6.2 瓦斯爆炸的危害 1