1,煤矿瓦斯防治讲座（一）,胡光龙 研究员 煤科总院沈阳研究院,2,瓦斯防治,瓦斯并不可怕。 不重视，非常可怕。 一、充分认识煤矿瓦斯四个必然规律。 二、认真实施“四位一体”瓦斯治理十六字工作体系。,3,瓦斯防治,一、充分认识煤矿瓦斯四个必然规律 1、煤（系）层必然存在瓦斯 2、采掘活动煤（系）层瓦斯必然涌出 3、瓦斯在井下环境中条件具备必然发生瓦斯爆炸、燃烧或人员窒息事故 4、煤层瓦斯压能大于自由面前方煤体抵抗阻力必然发生瓦斯动力现象（突出、压出、倾出）,4,瓦斯防治,四位一体瓦斯治理十六字工作体系： 通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位的瓦斯综合治理工作体系。,5,充分认识瓦斯,（一）煤（系）层必然存在瓦斯 1、什麽是瓦斯 瓦斯是矿井有害气体，这里讲的是甲烷CH4。 是成煤过程中伴生气体。 可赋存于煤层中，也可存在于其它岩石的空、孔隙 中。煤变质不同甲烷气生成量也不同，从褐煤到无 烟煤、吨煤生气量为（68419）m3。,6,充分认识瓦斯,煤阶 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 累计 吨煤产气量 68 168 212 229 270 287 333 419 2、甲烷的性质 甲烷的化学分子式：CH4。它是无色、无味、无 嗅，可燃、可爆炸气体（515% ） ，对人呼吸的 影响同氮气相似，可以使人窒息。 CH4分子直径0.41nm， 密度（标况）0.716kg/m3，是空气的0.5547倍（00C）， 扩散速度是空气的1.34倍。空气中CH4达43%时O2则小于 12%，人窒息。 CH4与空气混合形成气团时，该气团较周围气体的密度轻， 它将边上浮、边扩散。,7,充分认识瓦斯,3、煤层瓦斯赋存规律 煤层瓦斯垂直分带组分、含量（下表）：,8,充分认识瓦斯,甲烷带煤层中的瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而增加。 瓦斯在煤层中的状态：瓦斯以游离和吸附状态赋存于煤的孔隙中。 煤的多孔性：煤中孔隙有可见和不可见孔，其体积以m3/m3或% 为K1 ； 下式中：p-煤的视密度t/m3；t-煤的真密度t/m3。,9,充分认识瓦斯,各种牌号煤的孔隙率见下表：,10,充分认识瓦斯,压汞测定煤的孔径： r孔隙半径， A；汞对煤的湿润边缘角，平均为1400；汞的表面张力，4.810-3N/cm=4.810-11N/A；p汞的压力，MPa。 由： r2p=-2rcos 得： r=7500/p 由压汞测定各种破坏类型的煤样得知，随着煤破坏程度的提高，过渡孔 （1001000A）和中孔（100010000A）容积皆增大。 煤吸附瓦斯性： 煤吸附瓦斯等温线，符合朗格缪尔方程式：,11,充分认瓦识斯,X0在某一温度下，瓦斯压力为p时，单位质量（或体积）纯煤（去水和灰分）吸附的瓦斯量，m3/t(m3/m3)； a吸附常数，纯煤极限吸附量；m3/t.r； b吸附常数，MPa-1； p瓦斯压力，MPa。 原煤瓦斯含量：原煤吸附瓦斯（考虑水分和灰分的影响）+ 游离瓦斯。（见下式一）,12,充分认瓦识斯,式中：Mad煤中水分，%；Aad煤中灰分，%；K孔隙率，m3/ m3； r煤的视密度（容重）t/ m3。 煤层瓦斯含量的测定：直接和间接测定方法。直接 法即按标准采取煤样测定瓦斯解吸量并计算解吸损 失量和在实验室测定煤样残存瓦斯量来确定煤层瓦 斯含量； 间接法即测定瓦斯压力和有关参数用前页（式一） 计算煤层瓦斯含量。,13,充分认识瓦斯,损失量图示法：,14,充分认识瓦斯,损失量计算法： Vt=a+bt 按上述的图示确定直线段的数值,按最小二乘法确定a、b值。t=0时a值即为损失量。 幂函数计算损失量法： qt=q0.(1+t)-n (此法即将t、 Vt转化为解吸速 度 (ti+ ti-1)/2、qt） 损失量 : Vs=,15,充分认识瓦斯,瓦斯压力：作用于煤孔隙壁的气体压力，单位MPa。 测定方法：在井下打钻孔直接测定煤层瓦斯压力； 间接方法：测定煤层瓦斯含量利用前面公式计算煤层瓦斯压力。 瓦斯含量、瓦斯压力是瓦斯治理重要参数,16,充分认识瓦斯,（二）采掘活动煤（系）层瓦斯必然涌出 1、瓦斯涌出源 2、影响瓦斯涌出因素 3、如何确认瓦斯涌出量 4、瓦斯涌出波动及其因素,17,充分认识瓦斯,矿井瓦斯涌出规律 煤层瓦斯由吸附和游离状态赋存，其数量均决定于 瓦斯压力即游离瓦斯作用于孔隙壁的气体压力，当 矿井采煤时，由于煤岩碎裂、巷道和采空区的存在 则形成煤层瓦斯解吸和流动的条件，而导致矿井 （采区、工作面）风流中含有瓦斯，其含有量称之 为矿井（采区、工作面）瓦斯涌出量。绝对瓦斯涌 出量为m3/min，相对瓦斯涌出量为m3/t。,18,充分认识瓦斯,1）矿井瓦斯来源 对一个生产矿井，必须清楚矿井瓦斯来源，了解各瓦斯源涌出瓦斯量。,19,充分认识瓦斯,2）矿井瓦斯涌出影响因素 煤层和岩层瓦斯含量：含量大涌出量大 开采深度：由于深度增加瓦斯含量增加 开采规模：开采规模越大绝对瓦斯涌出量越大 开采顺序与开采方法：煤层群首采层，特厚煤层第一分层瓦斯涌出量大，冒落比充填大 大气压力的变化是采空区瓦斯涌出量发生变化：气压变低采空区瓦斯涌出量加大；反之变小。,20,充分认识瓦斯,采掘煤炭时受采动影响的煤、岩层中的瓦斯必然要 释放到采掘空间，称之谓瓦斯涌出，这是瓦斯流动 的重要特性。 防治瓦斯事故的重矢之的是：控制瓦斯涌出或出现 的动力现象。 3、瓦斯涌出量预测可用矿山统计法和分源预测法。,21,充分认识瓦斯,分源预测法： 采煤工作面瓦斯涌出量；掘进工作面瓦斯涌出量；采 区瓦斯涌出量；矿井瓦斯涌出量。计算式分别如下： 采面和邻近层瓦斯涌出量计算：,22,充分认识瓦斯,掘进面煤壁和落煤瓦斯涌出量计算： 煤壁： q3=nmvq02(L/v)1/2-1 落煤：,23,充分认识瓦斯,回采工作面：q5=q1+q2；掘进面：q6=q3+q4。 采区瓦斯涌出量： 矿井瓦斯涌出量：,24,充分认识瓦斯,（三）瓦斯在井下环境中条件具备必然发生瓦斯爆炸、燃烧或人员窒息事故 1、发生瓦斯爆炸条件 2、瓦斯爆炸危害 3、防止瓦斯爆炸重点因素,25,瓦斯事故,瓦斯爆炸、燃烧、窒息 瓦斯爆炸的形成 瓦斯爆炸界：限在空气中的浓度5-16%，但混入可爆性气体爆炸界限可扩大，N=100/(c1/N1+c2/N2)%，N、N1、N2、等为混合气体和各可燃气体的爆炸上下限，c1、c2各可燃气体占混合气体%； 引火温度：650-7500C。火源：明火、自燃火、电火、摩擦和撞击火及吸 烟等； 氧气浓度：空气中氧气在12%以上均可发生瓦斯爆炸，“规程”规定采掘面进风氧气浓度不低于20%； 瓦斯爆炸的感应期：即在采掘面的风流中形成可爆性瓦斯积聚，在一定的瓦斯浓度和火源温度下，发生爆炸的时间，如瓦斯为8%，火源为7000C，发生爆炸时间为14秒，10250C为0.08秒。瓦斯压力大或混入促使爆炸化学反应的气体感应期短甚至立即爆炸。,26,瓦斯事故,瓦斯爆炸的危害 高温、高压：瓦斯9.5%在采掘空间爆炸温度可达18500C，爆炸压力可达0.74MPa； 危害：破坏系统，引发火灾、人员伤亡、井巷和设备损坏。 可形成多次连续爆炸及引发煤尘爆炸。 瓦斯燃烧：即未爆现象，是局部高浓度瓦斯扩散性遇明火燃烧。 瓦斯窒息：瓦斯涌入空气中，使空气中的氧气浓度下降，当瓦斯浓度为43%时，氧气浓度为12%人员即刻处于昏迷和死亡危险。 煤与瓦斯突出的危害 煤岩流、瓦斯流产生的冲击波，破坏矿井系统、风流逆转、人员伤亡、井巷和设备损坏；造成瓦斯积聚可引起瓦斯爆炸；大的突出孔洞可引发冒顶；自燃煤层由于突出产生细小的煤粒极易氧化易发生自然发火；清理突出孔洞，由于应力不均衡，会发生再突出的危险性等。,27,煤矿瓦斯防治,下面讲一下安全和事故案例 讲安全重在三讲 一讲感情：以人为本、消灭眼泪、迎接欢笑 二讲理念：安全第一、警钟长鸣、严禁三违 三讲技术：预防为主、综合治理、实用有效,28,煤矿瓦斯防治,安全重在实现人与自然的和谐 频频发生的生产安全事故，就是大自然及其 所固有的规律对人类逆行的惩罚。只有正确 认识客观规律，顺应客观规律的要求，才能 掌握安全生产的主动权。 煤矿瓦斯事故发生同理 什麽是事故：,29,煤矿瓦斯防治,事故：是指造成死亡、疾病、伤害、损坏或者其他损失的意外情况。 事故是人(个人或集体)在为实现某种意图而进行的活动过程中，突然发生的、违反人的意志的、迫使活动暂时或永久停止的事件。 事故的发生具有随机性质。事故是一种动态事件，它开始于危险的激化，并以一系列原因事件按一定的逻辑顺序流经系统而造成的损失 。 事故危害：,30,煤矿瓦斯防治,1、事故损害了劳动者的基本权利 我国宪法、劳动法和安全生产法赋于 劳动者保证人身安全的各项权利，发生各类伤亡事 故就是损害了劳动者的安全与健康的权利。 2、伤亡事故给劳动者及其家庭带来灾难 一次伤害、一片血泪，伤亡事故夺走了职工的生 命，留下孤儿寡母，含泪度日，终生凄惨，幸福家 庭倾刻破碎。严重工伤造成劳动者终身残疾，等于 夺走半条生命，使他们不能像健全人那样工作和生 活，完全、大部分或部分丧失谋生能力，在经济上、 生活上和精神上等方面都陷入长期的困难和痛苦之 中。,31,煤矿瓦斯防治,3 伤亡事故影响企业的生产和工作 “事故猛如虎”，一方面是企业资产的严重破坏和 损失；另一方面使事故善后处理问题极为棘手。 4 伤亡事故使企业遭受重大经济损失甚至破产 事故经济损失包括直接经济损失和间接经济损失。 一起特别重大事故经济损失都在几千万元，甚至 上亿元以上。 5 伤亡事故加大了企业的生产成本，降低了企业在 市场中的竞争力,32,煤矿瓦斯防治,6 伤亡事故成为企业改革的障碍 7 伤亡事故制约国民经济可持续发展 对于一个企业来说，发生一场重大以上伤亡事故， 可以由盈利变为亏损，根本谈不上可持续发展。对 于国家来说，伤亡事故除造成人员、财产和资源的 巨大损失外，也污染了环境，破坏了生态，制约了 国民经济的可持续发展，为打造和谐社会制造了障 碍。,33,煤矿瓦斯防治,8 伤亡事故影响社会安定 长期以来，工伤工亡问题的争议纠纷和上访，一直 都是影响社会安定的因素之一，成为各级政府信访 部门和劳动争议仲裁部门的经常性工作，而且处理 时最棘手、最复杂、最困难。职工及家庭在心理上 很难承受伤亡事故带来的痛苦。所以说，伤亡事故 影响社会安定，就是政治问题。 9 伤亡事故成为各级政府、企业领导的一个难题 为官一任，保一方平安”。一个地方出了事故，处 理事故就成为当地政府和事故单位的一件紧急大事。,34,煤矿瓦斯防治,10 伤亡事故使一些领导受到行政处分，甚至丢掉官帽 11 伤亡事故影响国家形象 大事故多发，情况严重，必然有损于国家形象。特 别是在媒体的监督作用下，事故发生后，能够立即 向社会公布，消息传播的更快更广，给国家带来了 很坏的影响。,35,煤矿瓦斯防治,煤矿事故： 瓦斯事故：爆炸、燃烧、突出、窒息 煤尘事故：爆炸、尘肺病 火灾事故： 水灾事故： 顶板事故： 冲击地压事故： 机电运输事故：,36,煤矿瓦斯防治,防止瓦斯事故 瓦斯灾害的隐患主要表现在两个方面：第一是矿井 作业空间的瓦斯积聚（采空区防火源）；第二是煤与瓦斯突出。 井下瓦斯积聚的原因： 1、煤层瓦斯含量大，在采掘过程中瓦斯大量涌出致使采掘空间通风能力不能将瓦斯稀释到安全界限以下； 2、地质构造带异常瓦斯涌出； 3、大气压降低使采空区瓦斯涌出； 4、发生瓦斯动力现象； 5、冲击地压和冒顶使破碎煤体瓦斯大量涌出； 6、爆破落煤瓦斯集中涌出；,37,煤矿瓦斯防治,7、通风失控导致瓦斯不能正常排放而积聚： 8、违章作业 煤与瓦斯突出的原因： 1、开采煤层具有突出危险性； 2、邻近煤层具有突出危险性； 3、对突出危险性认识不清； 4、冲击地压或矿压所致； 5、残存动力