瓦斯防治技術(shù)課件

1、第九講 瓦斯防治技術(shù) 本講主要內(nèi)容是瓦斯的概念及性質(zhì)、煤層瓦斯賦存與含量、礦井瓦斯涌出、瓦斯爆炸及其防治、煤與瓦斯突出防治。一、礦井瓦斯的概念與性質(zhì)（一）瓦斯的概念礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體的總稱。有時特指甲烷(沼氣)。廣義：井下除正常空氣的大氣成份以外，涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體總稱。狹義：煤礦生產(chǎn)過程中從煤、巖內(nèi)涌出的，以甲烷為主要成份的有毒有害氣體的總稱。礦井瓦斯成分很復(fù)雜，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮氣(N2)，還含有少量或微量的重?zé)N類氣體（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氫（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氫

2、(H2S)等。由于甲烷（俗稱沼氣）是礦井瓦斯的主要成分，因而人們習(xí)慣上所說的瓦斯，通常指甲烷而言。1、來源：（1）煤、巖層涌出（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）；（2）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生（CO2、NO2、H2等）（3）井下化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成 （CO2、H2S、SO2）；（4）放射性元素蛻變過程生成（Rn、He等）（二）、礦井瓦斯性質(zhì)（物理化學(xué)性質(zhì)）瓦斯是煤礦開采過程中釋放出來的無色、無味、無嗅的氣體，比空氣輕、難溶入水，可燃燒、爆炸；（三）CH4的危害及其經(jīng)濟(jì)價值（四害一利）1、危害性（有四大危害）：（1）可以燃燒，引起礦井火災(zāi)；（2）會爆炸，導(dǎo)致礦毀人亡；（3）濃度過高時會導(dǎo)致人員缺氧窒息、甚至死亡；

3、（4）發(fā)生煤（巖）與瓦斯突出，摧毀、堵塞巷道，甚至引起人員窒息死亡、瓦斯爆炸。2、重要能源CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q1m3CH4燃燒可以放出37022.2kJ 相當(dāng)于11.5Kg煙煤。是重要的化工原料。二、煤層瓦斯賦存與含量（一）礦井瓦斯的生成煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的。成氣過程兩個階段，一是生物化學(xué)成氣時期；二是煤化變質(zhì)作用時期。古代植物在成煤過程中，經(jīng)厭氧菌的作用，植物的纖維質(zhì)分解產(chǎn)生大量瓦斯；此后，在煤的碳化變質(zhì)過程中，隨著煤的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化，繼續(xù)有瓦斯不斷生成。在全部成煤過程中，每形成一噸煙煤，大約可以伴生600m3以上的瓦斯。而由長焰

4、煤變質(zhì)為無煙煤時，每噸煤又可以產(chǎn)生約240m3的瓦斯。1、碳化過程生成的大量氣體。初期：主要為CO2，CH4不多。隨著碳化程度的提高，CO2減少，CH4增多，同時生成重?zé)N。2、碳化的同時，煤的物質(zhì)分子式、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；3、因覆蓋層增厚，生成的氣體大多得以保存。但煤層瓦斯含量遠(yuǎn)小于生成量。其原因在于:（1）地質(zhì)構(gòu)造運動；（2）運移到適于貯存地點，形成氣藏；（3）溶解于水中（長久地質(zhì)年代過程中）；（4）逸散于大氣中（從煤層露頭）。（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，包括原生孔隙和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)：游離狀態(tài) （圖中1

5、）吸附狀態(tài) （圖中2、3）吸著狀態(tài) （圖中2）吸收狀態(tài) （圖中3） 9-1 瓦斯在煤內(nèi)的存在形態(tài)示意圖 1游離瓦斯；2吸著瓦斯；3吸收瓦斯； 4煤體；5孔隙（三）煤層中瓦斯垂直分帶1、形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)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。2、垂直分為四帶： 四帶： CO2- N2帶、N2帶、N2CH4帶、CH4帶。現(xiàn)場實際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶。瓦斯空氣-1000m-800m-600m-400m-200m9-2煤層瓦斯垂直分帶示意圖CO2N2帶N2帶N2CH4帶CH4帶瓦斯風(fēng)化帶瓦斯垂直分帶性3

6、、劃分的意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。規(guī)律： 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，涌出量與深度之間無規(guī)律性。 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險性。 在CH4帶內(nèi)，瓦斯壓力與煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度成正比。（三）影響煤層瓦斯含量的因素煤層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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積），單位為 m3/m3或 m3/t。煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。主要影響因素：1、煤的吸附特性:煤的吸附性能決定于煤化程度， 一般情況下煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強(qiáng)。2、.煤層賦存狀態(tài):煤層如果有或曾經(jīng)有過露頭長時間與大氣相通，瓦

7、斯含量就不會很大。反之，如果煤層沒有通達(dá)地表的露頭，瓦斯難以逸散，它的含量就較大。（1）露頭：成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時間與大氣相通，瓦斯沿煤層流動，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含量大為減少。（2）煤層傾角： 煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。（3）埋藏深度：煤層的埋藏深度越深，煤層中的瓦斯向地表運移的距離就越長，散失就越困難。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯含量增加的速度將要減慢。3、煤層和圍巖的透氣性 煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動難易程度的標(biāo)志。物理意義：斷面為1m2的煤體兩側(cè)，瓦斯壓力平方梯度為1MPa2/m時，流過的流量恰為1m3/d時的介質(zhì)透氣性。煤層透氣性系數(shù)相差很大，透氣性系

8、數(shù)越大，越利于抽采。4、地質(zhì)構(gòu)造：是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。表現(xiàn)：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。(1) 褶皺構(gòu)造：褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對瓦斯賦存均有影響。當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差 ，且未遭構(gòu)造破壞時，有利于瓦斯的儲存。背斜是良好的儲氣構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會相對聚集，瓦斯含量增大。形成“氣頂”。9-3a背斜構(gòu)造示意圖 b向斜構(gòu)造示意圖在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時，瓦斯沿垂直地層方向運移是大部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。煤包、地 壘、地塹都為高瓦斯區(qū)。（2）斷層斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運移條件發(fā)生變化

9、。有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱開放型斷層，后者稱封閉型斷層。斷層的開放與封閉性決定于下列條件：a. 斷層的性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。一般張性正斷層屬開放型，而壓性或壓扭性逆斷層封閉條件較好。b. 斷層與地表或與沖積層的連通情況。規(guī)模大且與地表相通或與沖積層相連的斷層一般為開放型。c. 斷層將煤層斷開后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質(zhì)。若透氣性好則利于瓦斯排放。d. 斷層帶的特征。斷層帶的充填情況、緊閉程度、裂隙發(fā)育情況等都會影響到斷層的開放或封閉性。一般地，開放性斷層，不論其與地表是否連通，其附近，瓦斯含量低。封閉性斷層（受壓影響），可阻止CH4的排放。

10、9-4a開放性斷層示意圖 b封閉性斷層示意圖煤系巖性組合和煤層圍巖性質(zhì)對煤層瓦斯含量影響很大。如果圍巖為致密完整的低透氣性巖層，圍巖的透氣性差，所以煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r組成，則煤層瓦斯含量小。5、水文地質(zhì)條件地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中，其共性是均為流體，運移和賦存都與煤、巖層的孔隙、裂隙通道有關(guān)。由于地下水的運移，一方面驅(qū)動著裂隙和孔隙中瓦斯的運移，另一方面又帶動溶解于水中的瓦斯一起流動。瓦斯在水中的溶解度僅為14%。地下水和瓦斯占有的空間是互補(bǔ)的，這種相逆的關(guān)系，常表現(xiàn)為水大地帶瓦斯小，反之亦然。6、巖漿活動巖漿活動對瓦斯賦存

11、的影響比較復(fù)雜。一方面，在巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)的影響下，煤的變質(zhì)程度升高，增大了瓦斯的生成量和對瓦斯的吸附能力。另一方面，在沒有隔氣蓋層、封閉條件不好的情況下，巖漿的高溫作用可以強(qiáng)化煤層瓦斯排放，使煤層瓦斯含量減小。所以說，巖漿活動對瓦斯賦存既有生成、保存瓦斯的作用，在某些條件下又有使瓦斯逸散的可能性。（四）煤層內(nèi)的瓦斯壓力瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。1、瓦斯壓力的含義 煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運動撞擊所產(chǎn)生的作用力，它在某一點上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。2、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律（1）未受采動影響的煤層內(nèi) 的瓦斯壓力，隨深度的增加而

12、有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。 （H1,P1）(H2,P2)(H,P)H(m)P(MPa)9-5瓦斯壓力與煤層埋藏深度關(guān)系示意圖（2）在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，具有大體相同的瓦斯壓力。三、礦井瓦斯涌出（一）瓦斯涌出量1、含義 瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量，對應(yīng)于整個礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對應(yīng)于翼、采區(qū)或工作面，叫翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。2、瓦斯涌出量表示方法1）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：Qg=Q×C/100 式中 Qg絕對瓦斯涌出量， m3/min；Q風(fēng)量， m3/min；

13、C風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛龋?）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。3）、瓦斯涌出強(qiáng)度：單位時間、單位暴露面積涌出的瓦斯體積。單位：m3/(d.m2)或m3/(min.m2)。4）、瓦斯涌出形式：指礦井瓦斯在時間、空間上的分布形式。（1）普通涌出：長時間地、均勻地從煤體中涌出瓦斯。特點：時間上：連續(xù)不斷；空間上：普遍存在；涌出強(qiáng)度：緩慢、均勻。（2）特殊涌出：礦井生產(chǎn)過程中，在某些特定地點、突然地于一段時間內(nèi)大量涌出瓦斯的現(xiàn)象。特點：時間上：突然地、間隔的；空間上：非普遍存在涌出強(qiáng)度：產(chǎn)生動力破壞。5）、瓦斯涌出不均勻性：礦井瓦斯涌出在時、空上都是不均勻的。因此在進(jìn)

14、行礦井風(fēng)量計算時一般取平均瓦斯涌出量，為滿足周期變化的需要，應(yīng)考慮一個系數(shù)。（二）影響瓦斯涌出的因素1、自然因素1）煤層和圍巖的瓦斯含量，它是決定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤層的瓦斯含量越高，開采時的瓦斯涌出量也越大。2）地面大氣壓變化。地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應(yīng)變化，它對采空區(qū)（包括回采工作面后部采空區(qū)和封閉不嚴(yán)的老空區(qū)）或坍冒處瓦斯涌出的影響比較顯著。據(jù)統(tǒng)計一半的爆炸發(fā)生在氣壓急劇變化時期。（對于本地區(qū)來講每年的4-5月份、10-11月份為氣壓急劇變化時期）2、開采技術(shù)因素1）開采規(guī)模 （1）礦井達(dá)產(chǎn)之前，絕對瓦斯涌出量隨著開拓范圍的擴(kuò)大而增加。絕對瓦斯涌出量大致正比于產(chǎn)

15、量，相對瓦斯涌出量數(shù)值偏大而沒有意義。（2）礦井達(dá)產(chǎn)階段后，絕對瓦斯涌出量基本隨產(chǎn)量變化并在一個穩(wěn)定數(shù)值上下波動。對于相對瓦斯涌出量來說，如果礦井涌出的瓦斯主要來源于采落的煤炭，產(chǎn)量變化時，對絕對瓦斯涌出量的影響雖然比較明顯，但對相對瓦斯涌出量影響卻不大，（3）開采工作逐漸收縮時，絕對瓦斯涌出量又隨產(chǎn)量的減少而減少，并最終穩(wěn)定在某一數(shù)值，這是由于巷道和采空區(qū)瓦斯涌出量不受產(chǎn)量減少的影響，這時相對瓦斯涌出量數(shù)值又會因產(chǎn)量低而偏大，再次失去意義。2）開采順序與回采方法 首先開采的煤層（或分層）瓦斯涌出量大。采空區(qū)丟失煤炭多，回采率低的采煤方法，采區(qū)瓦斯涌出量大。頂板管理采用陷落法比充填法能造成頂板

16、更大范圍的破壞和卸壓，臨近層瓦斯涌出量就比較大。3）生產(chǎn)工藝瓦斯從煤層暴露面（煤壁和鉆孔）和采落的煤炭內(nèi)涌出的特點是，初期瓦斯涌出的強(qiáng)度大，然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減。4）風(fēng)量變化礦井風(fēng)量變化時，瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧l(fā)生擾動，但很快就會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。tC/%tC/%tC/%tC/%單一煤層風(fēng)量增大單一煤層風(fēng)量減少采區(qū)風(fēng)量增大采區(qū)風(fēng)量減少9-6風(fēng)量變化與瓦斯?jié)舛仁疽鈭D5、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊?。全部進(jìn)入進(jìn)回皆煤部分進(jìn)入進(jìn)回皆空小部分進(jìn)入進(jìn)煤回空大全部進(jìn)入進(jìn)空回煤9-7通風(fēng)系統(tǒng)對瓦斯?jié)舛扔绊懯疽鈭D6、采空區(qū)的密閉質(zhì)量采空區(qū)內(nèi)往往積

17、存著大量高濃度的瓦斯（可達(dá)6070%），如果封閉的密閉墻質(zhì)量不好，或進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大，就會造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，使礦井的瓦斯涌出增大。（三）礦井瓦斯涌出來源的分析與分源治理一般是將全礦的（或翼的、水平的）瓦斯來源分為回采區(qū)（包括回采工作面的采空區(qū)）、掘進(jìn)區(qū)和已采區(qū)三部分。其測定方法是同時測定全礦井、各回采區(qū)和各掘進(jìn)區(qū)的絕對瓦斯涌出量。然后分別計算出各回采區(qū)、掘進(jìn)區(qū)和已采區(qū)三者各占的比例。測定回采區(qū)或掘進(jìn)區(qū)的瓦斯涌出量時，要分別在各區(qū)進(jìn)、回風(fēng)流中測瓦斯?jié)舛群屯ㄟ^的風(fēng)量，回風(fēng)和進(jìn)風(fēng)絕對瓦斯涌出量的差值，即為該區(qū)的絕對瓦斯涌出量。（四）礦井瓦斯等級及其鑒定1.礦井瓦斯等級劃分依據(jù)規(guī)程規(guī)定：一個

18、礦井中，只要有一個煤(巖)層中發(fā)現(xiàn)過瓦斯，該礦井即定為瓦斯礦井，并依照礦井瓦斯等級的工作制度進(jìn)行管理，礦井瓦斯等級按照日產(chǎn)噸煤涌出瓦斯量（相對瓦斯涌出量）和瓦斯涌出形式分為：瓦斯礦井：礦井瓦斯相對涌出量小于10m3/t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40立方米min；高瓦斯礦井：礦井瓦斯相對涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40立方米min；煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。每年必須對礦井進(jìn)行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作，報?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤炭管理部門審批，并報?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。新礦井設(shè)計文件中，應(yīng)有各煤層的瓦斯含量資料。2、礦井瓦斯等級鑒定（1）

19、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(jìn)行。一般在七月或八月。在鑒定月的上、中、下旬中各取一天（間隔10天），分三個班（或四個班）進(jìn)行測定工作。所謂正常生產(chǎn)，即被鑒定的礦井、煤層、一翼、水平或采區(qū)的回采產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到該地區(qū)設(shè)計產(chǎn)量的60%。（2）測點選擇和測定內(nèi)容及要求。確定礦井瓦斯等級時，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區(qū)分別計算相對瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全礦井的平均值）。所以測點應(yīng)布置在每一通風(fēng)系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)峒、各水平、各煤層和各采區(qū)的回風(fēng)道測風(fēng)站內(nèi)。如無測風(fēng)站，可選取斷面規(guī)整并無雜物堆積的一段平直巷道作測點（3）礦井瓦斯等級的確定。礦井瓦斯等

20、級以最大的相對瓦斯涌出量和有、無煤與瓦斯突出，按分級標(biāo)準(zhǔn)確定。并附以必要的文字說明，如產(chǎn)量、采掘比例、地質(zhì)構(gòu)造等因素和瓦斯噴出、煤與瓦斯突出等情況，報上級審批。正在建設(shè)中的礦井，也應(yīng)進(jìn)行瓦斯等級的鑒定，如果鑒定結(jié)果，特別是在煤層揭開以后，實際的瓦斯涌出量超過原設(shè)計確定的等級時，應(yīng)提出修改礦井瓦斯等級的專門報告，報原設(shè)計審批單位批準(zhǔn)。（五）礦井瓦斯涌出量預(yù)測瓦斯涌出量的預(yù)測是指根據(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1)此法只適用于瓦斯帶以下已回采了12個水平的礦井，而且外推深度不得超過100-200m，煤層傾角和瓦

21、斯涌出量梯度值越小，外推深度也應(yīng)越小，否則誤差可能很大。）積累的瓦斯涌出量資料，至少要有一年以上，而且積累的資料愈多、精度愈高，已采水平（或區(qū)域）的瓦斯地質(zhì)情況和開采技術(shù)條件與新設(shè)計水平（或區(qū)域）愈相似，預(yù)測的可靠性也愈高。否則，應(yīng)根據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行相應(yīng)的修正，或按相似程度進(jìn)行分區(qū)預(yù)測。2、計算法以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)進(jìn)行計算。瓦斯含量法瓦斯含量法又稱分源預(yù)測法。這種方法以煤層瓦斯含量為礦井瓦斯涌出量預(yù)測的主要依據(jù)，故稱瓦斯含量法。世界上一些主要產(chǎn)煤國家如英國、前西德、法國、波蘭、前蘇聯(lián)等，開始進(jìn)行煤層瓦斯含量法預(yù)測礦井瓦斯涌出量的研究，提出了各自的計算公式。原理：采區(qū)相對瓦斯涌出量等于平均每采一

22、噸煤各瓦斯涌出分量之和。 每一分鐘涌出量為：式中：mi/m1-瓦斯涌出源所在煤層厚度與采高之比；x0-瓦斯涌出源所在煤層原始瓦斯含量；x1-運到地面煤的殘余瓦斯含量；Ci-i個瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。礦井瓦斯涌出來源：礦井瓦斯涌出可分為七個基本涌出源（如下圖所示）。礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出掘進(jìn)巷道瓦斯涌出開采煤層瓦斯涌出鄰近煤層瓦斯涌出圍巖瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出掘進(jìn)落煤瓦斯涌出9-8 礦井瓦斯涌出來源圖四、瓦斯爆炸及其預(yù)防（一）概述瓦斯的最大危害就是發(fā)生爆炸。不僅能造成人員傷亡，而且會嚴(yán)重摧毀井下設(shè)施，中斷生產(chǎn)。有時還會引起煤

23、塵爆炸和井下火災(zāi)，從而加重災(zāi)害，使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。1、危害:（1）一種極其嚴(yán)重的災(zāi)害，一旦發(fā)生，不僅造成大量人員傷亡，而且還會嚴(yán)重摧毀礦井設(shè)施、中斷生產(chǎn)。（2）可能引起煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌和頂板冒落等二次災(zāi)害，使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。（3）造成人員大面積皮膚深度燒傷，呼吸器官粘膜燙傷；（4）破壞電氣設(shè)備；（5）引燃井巷可燃物。（6）沖擊波移動和破壞設(shè)備，可能發(fā)生二次著火; 破壞支架、頂板冒落、垮塌巖石堆積物導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)破壞，使救災(zāi)復(fù)雜化。（7）、高溫灼熱。在瓦斯?jié)舛葹?.5%條件下，爆炸時的瞬時溫度在自由空間內(nèi)可達(dá)1850；在封閉空間內(nèi)最高可達(dá)2650。井下巷道呈半封閉狀態(tài)，其爆

24、溫將在1850與2650之間。這樣高的火焰溫度，很短時間內(nèi)足以灼傷人的皮膚和肌肉、損傷人的器官，點爆煤塵，點燃坑木。（8）造成人員窒息死亡；引起人員中毒和死亡；2、瓦斯事故發(fā)展趨勢：（1）隨著開采深度增加，瓦斯涌出量增大，發(fā)生爆炸的可能性增大；（2）機(jī)械化程度的提高，火源點增多，摩擦火花增多；（3）導(dǎo)致傷亡的爆炸事故仍然不少，未杜絕；（4）后果嚴(yán)重性沒什么改變，也將很以改變；（5）多數(shù)事故是人為的、組織管理上的缺陷；（6）爆炸次數(shù)與礦井瓦斯涌出量之間無必然聯(lián)系，1/3的爆炸發(fā)生在低瓦斯礦井。預(yù)防礦井瓦斯爆炸是一項重大的任務(wù)，研究和掌握瓦斯爆炸的防治技術(shù)，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。（二）瓦斯爆

25、炸及作用機(jī)理1、爆炸：物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速變成另一種狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量的同時，產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。氣體快速擴(kuò)展的結(jié)果。發(fā)生原因：物理變化、化學(xué)變化瓦斯爆炸：一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫?zé)嵩吹淖饔孟掳l(fā)生激烈氧化反應(yīng)的過程。最終反應(yīng)式：此時，混合氣體中因此，理論上瓦斯?jié)舛葹?.5%瓦斯爆炸最猛烈。2、基本特點：（1）反應(yīng)有一個感應(yīng)期。一個激發(fā)能量產(chǎn)生載體的過程（2）只要載體不消失，反應(yīng)就一直進(jìn)行下去。（3）反應(yīng)開始產(chǎn)生載體較困難，故反應(yīng)開始進(jìn)行遲緩。（4）周圍環(huán)境對反應(yīng)產(chǎn)生較大影響。3、瓦斯爆炸的傳播及其后果 1）瓦斯爆炸傳播過程1）、爆燃和爆炸的傳播過程烷空氣體：甲烷與空氣混合物。燃

26、燒速度：火焰面相對于未燃烷空氣體的傳播速度。烷空氣體燃燒產(chǎn)物預(yù)熱帶反應(yīng)帶T0TiTb溫度中間產(chǎn)物濃度CH4濃度9-9 瓦斯爆炸過程示意圖爆炸過程：a) 可爆炸甲烷濃度的烷空氣體中出現(xiàn)點火燃，形成最初火焰-爆源。b) 爆源傳入未燃的烷空氣體處的初始溫度為T0；在預(yù)熱帶內(nèi)將烷空氣體預(yù)熱到Ti，并進(jìn)行放熱的化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)帶；反應(yīng)帶結(jié)束處達(dá)到的溫度為Tb。c) 燃燒帶在傳播過程中，燃燒帶和未燃烷空氣體和燃燒產(chǎn)物之間進(jìn)行熱量和質(zhì)量交換。d) 已燃?xì)怏w膨脹（約515倍），形成燃?xì)饣钊?jīng)過反復(fù)加熱、加壓，使火焰速度加快，波速加快。e) 形成激波，該波足夠強(qiáng)以致依靠本身的壓縮溫度就能點燃烷空氣體形成爆轟

27、。2）反向沖擊形成原因：（1）爆炸發(fā)生時，爆源附近的氣體向外沖出；（2）反應(yīng)產(chǎn)物生成的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)體積縮?。唬?）爆源附近形成負(fù)壓區(qū)。9-10 瓦斯爆炸過程中爆源附近形成的負(fù)壓區(qū)特點：（1）沖擊能量?。唬?）可能引起二次爆炸；（3）由于是二次破壞，破壞后果嚴(yán)重。（三） 瓦斯爆炸的條件及其影響因素瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：即一定濃度的瓦斯；一定溫度的引燃火源和足夠的氧含量，三者缺一不可。（一）、爆炸界限及其主要影響因素爆炸界限- 在正常的大氣環(huán)境中，可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，遇火源可以爆炸的極限濃度。最低濃度-爆炸下限；最高濃度-爆炸上限。如：CH4在空氣中的爆炸下限為56，上限為141

28、6。CCH4 5% 時，發(fā)生燃燒。CCH416% 時，新鮮空氣界面處燃燒。CCH4= 9.5%時，爆炸最劇烈。CCH4= 7 8 %時，爆炸最容易。爆炸界限受多種因素影響，主要有以下幾個方面:1、環(huán)境溫度：溫度升高甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限擴(kuò)大。環(huán)境溫度烷空氣體爆炸界限（%）下限上限206.0013.401005.4513.502005.0513.803004.4014.254004.0014.705003.6515.356003.3516.407003.2518.752、氣壓：爆炸初始時環(huán)境的氣壓對烷空氣體的爆炸界限有很大的影響，氣壓增加，爆炸下限變化很小，上限上升。環(huán)境壓力（

29、MPa）烷空氣體爆炸界限（%）下限上限0.15.614.31.05.917.25.15.429.412.75.745.73、氧濃度常溫下，CH4的爆炸界限與混合氣體中氧濃度的關(guān)系，呈三角形，人們稱為“爆炸三角形”。（教材28頁）大量實驗表明，瓦斯爆炸界限隨混合氣體中氧濃度的降低而縮小。當(dāng)氧濃度降低時，瓦斯爆炸下限緩慢地增高，如圖中的BE線所示，爆炸上限則迅速下降，如圖中的CE線所示。氧濃度降低到12%時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性，遇火也不會爆炸。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，井下工作地點的氧濃度不得低于20%，上述關(guān)系似乎沒有什么實際意義，但在密封區(qū)特別是火區(qū)內(nèi)情況卻不同，其中往往積聚大量瓦斯，且有火源存

30、在，只有氧濃度很低時，才不會發(fā)生爆炸；一旦重開火區(qū)或火區(qū)封閉不嚴(yán)而大量漏風(fēng)，新鮮空氣不斷流入，氧濃度達(dá)到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。綜上所述，在新鮮空氣中，瓦斯?jié)舛葹?16%，在遇到650750以上的火源才會爆炸。但是這些數(shù)值受很多因素的影響，而在較大范圍內(nèi)變化，加上礦井通風(fēng)和瓦斯涌出的不穩(wěn)定性，所以規(guī)程中對井下各地點的瓦斯?jié)舛扰c可能產(chǎn)生的火源都作了嚴(yán)格限制，以防爆炸事故的發(fā)生。這是十分必要的，必須認(rèn)真執(zhí)行。從試驗中得到了瓦斯空氣混合氣體爆炸極限與氧濃度的關(guān)系，如下圖所示。9-11柯瓦德瓦斯爆炸三角形示意圖圖中BEC所構(gòu)成的三角區(qū)域就是瓦斯爆炸三角形，當(dāng)瓦斯?jié)舛群脱鯘舛忍幱谌切螀^(qū)域，在點火源

31、作用下，就會發(fā)生瓦斯爆炸；同樣，瓦斯?jié)舛群脱鯘舛炔辉诖巳切螀^(qū)域，就不會發(fā)生瓦斯爆炸。這就為防止瓦斯爆炸發(fā)生提供了途徑。這是如前所述，采掘工作面進(jìn)風(fēng)流中的氧氣濃度不低于20%。氧氣作為作業(yè)人員必備的生存條件，在煤礦井下必須予以保證，也就是說，在煤礦井下工作環(huán)境下，氧濃度都必須維持在20%以上，通過控制氧氣濃度來控制瓦斯爆炸事故是不現(xiàn)實的。然而，在密封區(qū)特別是火區(qū)，其中往往積聚大量瓦斯，且有火源存在，只有將氧濃度控制在很低時（12%以下），才能確保不會發(fā)生瓦斯爆炸事故；重開火區(qū)或火區(qū)封閉不嚴(yán)而大量漏風(fēng)，新鮮空氣不斷流入，氧濃度達(dá)到12%以上時，同樣可能發(fā)生爆炸。這也是在采空區(qū)內(nèi)為防止瓦斯爆炸或燃

32、燒，把氧濃度降低到12%以下，以控制爆炸或熄滅燃燒火焰的原因所在。實際意義：（1）封閉火區(qū)，由于CH4涌出，煙氣摻入，氧氣濃度下降，可能進(jìn)入爆炸三角形發(fā)生爆炸；（2）已封閉，而未爆炸火區(qū)，可能因漏風(fēng)而進(jìn)入爆炸三角形發(fā)生爆炸；（3）注入惰性氣體可預(yù)防爆炸，CO2比N2效果好。4、煤塵的影響降低CH4的爆炸下限。因為煤塵本身有爆炸性，且煤塵遇熱（300400時）會干餾出可燃?xì)怏w，使爆炸下限降低。5、其它可燃?xì)怏w當(dāng)烷空氣體混有碳?xì)漕悮怏w或CO時，混合氣體的爆炸界限往往會擴(kuò)大。6、引火源點火能量的影響引火源向鄰近的烷空氣體傳輸?shù)哪芰坑?，爆炸范圍愈大。也就是說，點火溫度越高，瓦斯爆炸的下限濃度越低。點

33、火能量（J）CH4爆炸下限%CH4爆炸上限%爆炸范圍%14.9013.88.9104.6014.29.61004.2515.110.8100003.6017.513.97、最低點火溫度和最小點燃能量1、最低點火溫度瓦斯爆炸的第二個條件是高溫火源的存在。點燃瓦斯所需的最低溫度叫引火溫度。瓦斯的引火溫度一般認(rèn)為是650750。明火、煤炭自燃、電氣火花、赤熱的金屬表面、吸煙、甚至撞擊或摩擦產(chǎn)生的火花等煤礦井下所能遇到的絕大多數(shù)火源都足以引燃瓦斯。可燃?xì)怏w最低點火溫度可在實驗室測定得出。前蘇聯(lián)資料：甲烷空氣最小點火溫度絕熱壓縮時：565 ；與燒熱表面接觸時：650 ；正常大氣時：595 。煤礦井下可能

34、存在的著火源及溫度如下：沖擊波的速度大于12501350m/s，其前沿后面的溫度大于500。瓦斯和煤塵爆炸火焰前沿的溫度20002500 。炸藥爆炸產(chǎn)物的溫度4500 。電弧、電火花的平均溫度4000（放電主通道的溫度10000 ）?；鸩竦拿骰饻囟?200 。點燃香煙溫度600800。2、最小點燃能量不僅與可燃?xì)怏w組分種類有關(guān)，而且隨可燃?xì)怏w的濃度而變化。在爆炸上、下限附近，需要的點火能量最大。正常大氣條件下，CH4的最小點燃能量：0.28mJ。8、感應(yīng)期-引火延時性()從接觸火源到氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為快速燃燒（爆炸）的時間間隔。與CH4濃度、火源溫度、火源性質(zhì)等有關(guān)。感應(yīng)期過后烴類氣體氧化反應(yīng)速度

35、驟增。正常條件下, CH4:=0.010 1.64 s ，在甲烷同系物中，CH4的感應(yīng)期最長。在井下高溫?zé)嵩词遣豢杀苊獾?，但關(guān)鍵是控制其存在時間在感應(yīng)期內(nèi)。例如，使用安全炸藥爆炸時，其初溫能達(dá)到2000左右，但高溫存在時間只有10-610-7s，都小于瓦斯的爆炸感應(yīng)期，所以不會引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格，炮泥充填不緊或放炮操作不當(dāng)，就會延長高溫存在時間，一旦時間超過感應(yīng)期，就能發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸事故。9、火焰蔓延極限寬度（最大不傳爆間隙）應(yīng)用意義：在危險環(huán)境中工作設(shè)備上存在火源時，必須在火源外圍加一個隔爆外殼，可燃?xì)怏w在殼內(nèi)爆炸時，隔爆外殼能可靠防止火焰蔓延到殼外，以防引起殼外危險環(huán)境瓦

36、斯爆炸。10、最大爆炸壓力：爆炸壓力是由于爆炸產(chǎn)生的高溫引起的。爆炸物質(zhì)的一種性質(zhì)，表明可燃物的爆炸危險性的大小。例如CH4濃度為9.5%時，在自由空間可測得1850和密閉空間達(dá)2650的瞬時高溫。則爆炸壓力為：即為爆炸前初始壓力p0的十倍。最大爆炸壓力與爆炸空間的幾何形狀有關(guān)。相同條件下: 圓球體正方體圓柱體立方體（四）煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析1、火源：井下的一切高溫?zé)嵩?，如電氣、放炮、摩擦、靜電等。井下引燃瓦斯的熱源種類1）、主要參數(shù)：點火能量、溫度、作用時間。2）、火源分類：（1）化學(xué)火源：明火、煤炭自燃、炮火、導(dǎo)火索等。（2）沖擊火源：沖擊、摩擦、絕熱壓縮高溫；（3）電氣火源：電火花、電弧、靜電；（4）高溫火源：高溫表面（機(jī)械設(shè)備、皮帶摩擦）、熱輻射。3）、煤礦常見火源：（1）明火原因：高溫、明火本身燃燒反應(yīng)生成鏈載體。種類：火柴明火（1200）、香煙（吸煙時達(dá)650800 ）、火災(zāi)。（2）炮火原因：不合格炸藥、放糊炮、炮孔封孔不嚴(yán)。（3）沖擊、摩擦火源原因：金屬器具沖擊、堅硬頂板冒落；皮帶摩擦出火、截齒切割。包括：巖石與巖石，巖石與金屬，金屬與金屬之間的強(qiáng)力撞擊或摩擦。（4）電火花包括：電器失爆、電焊作業(yè)、架線電機(jī)車運行、放炮母線短路、不合格礦燈等。（5）靜電火花高電阻物體或處于絕緣狀態(tài)的物體，緊密接觸后分離或摩擦?xí)r