【正文】 必修課程 礦井通風與安全 Ventilation and Safety of Mines 1 第九章 礦井瓦斯 主講教師：王洪梁 黑龍江科技大學 Ventilation and Safety of Mines 2 本章主要內(nèi)容 本章主要內(nèi)容 瓦斯概念 煤層瓦斯賦存與含量 礦井瓦斯涌出 瓦斯噴出與突出 瓦斯爆炸與預防 瓦斯抽放 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 3 礦井瓦斯 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 。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 4 一、瓦斯的成因與賦存 （ 一 ） 礦井瓦斯的生成 煤層瓦斯是 腐植型有機物 （ 植物 ） 在成煤過程中生成的 。 成氣過程兩個階段 : 一是 生物化學成氣時期 ； 二是 煤化變質(zhì)作用 時期 。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 5 （ 二 ） 瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) 煤體是一種復雜的多孔性固體，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) 吸附狀態(tài) : 吸著狀態(tài)、吸收狀態(tài) 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 6 二 、 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 。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 瓦斯成分 %名 稱 氣 帶 成 因N 2 CO 2 CH 4CO 2 — N 2 帶 生物化學 — 空氣 20 ～ 80 20 ～ 80 ? 10N 2 帶 空氣 ＞ 80 ? 10 ～ 20 ? 20N 2 —C H 4 帶 空氣 — 變質(zhì) ?? ～ 80 ? 10 ～ 20 ?? ～ 80CH 4 帶 變質(zhì) ? 20 ? 10 ＞ 80Ventilation and Safety of Mines 7 瓦斯風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 ～ ； （ 4） 煤的瓦斯含量達到下列數(shù)值處：長焰煤 ～ m3/t（ .） ， 氣煤 ～ （ .） ， 肥煤與焦煤～ ()， 瘦煤 ～ (.)， 貧煤～ (.)， 無煙煤 ～ (.)（ 此處的 ） 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 8 三 影響煤層瓦斯含量的因素 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 ） ， 單位為 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量 =游離瓦斯 +吸附瓦斯 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 9 主要影響因素： 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 。 煤層露頭 煤層的埋藏深度 深，瓦斯大 圍巖透氣性、泥巖、完整石灰?guī)r低透氣性 煤層傾角 大，瓦斯小，小，瓦斯大 地質(zhì)構(gòu)造 封閉地質(zhì)，瓦斯大，開放的，瓦斯小 水文地質(zhì)條件 水流，帶走瓦斯 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 10 四 、 煤層內(nèi)的瓦斯壓力 瓦斯流動動力高低 以及 瓦斯動力現(xiàn)象 的基本參數(shù) 。 瓦斯壓力測定：打鉆 、 封孔 、 測壓 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。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 11 瓦斯壓力梯度： 或 式中 P— 預測的甲烷帶內(nèi)深 H(m)處的瓦斯壓力 ， MPa gp— 瓦斯壓力梯度 ， MPa/m P1， P2— 甲烷帶內(nèi)深度為 H H2(m)處的瓦斯壓力 ，MPa。 P0甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力 ， 取 。 H0甲烷帶上部邊界深度 ， m。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 11 )( PHHgP p ???00 )( PHHgP p ???Ventilation and Safety of Mines 12 一、瓦斯涌出量 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 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 。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 100/C g ??dgg AQq /?Ventilation and Safety of Mines 13 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 煤層和圍巖的瓦斯含量， 地面大氣壓變化。 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 14 （ 二 ） 開采技術(shù)因素 開采規(guī)模 — 開采深度 、 開拓和開采范圍 、 礦井產(chǎn)量與瓦斯涌出量的關(guān)系 。 礦井產(chǎn)量 （ 達產(chǎn)前 、 后 、 礦井收縮 ） 開采順序與回采方法 先開采層 （ 分層 ） ， 大；回采率低 ， 大；頂板管理 （ 全部冒落 、 充填 、 初次來壓 、 周期性來壓 ） 生產(chǎn)工藝 初期大 ， 呈指數(shù)下降 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 Ventilation and Safety of Mines 15 風量變化 單一煤層，隨風量減而增，煤層群 圖 單一煤層風量變化時回風流中瓦斯?jié)舛茸兓瘎討B(tài) a — 風量減少時； b— 風量增加時 9礦井瓦斯 與含量 及其預防 （ a ）瓦斯?jié)舛?%（ b ）瓦斯?jié)舛?%t瓦斯?jié)舛?%瓦斯?jié)舛菴/%(a)瓦斯?jié)舛菴/%(b)Ventilation and Safety of Mines 16 采區(qū)通風系統(tǒng)及其調(diào)整 某礦對四采區(qū)上部通風系統(tǒng)進行了調(diào)整，即在 48軌設(shè)了一組調(diào)節(jié)風門，使調(diào)節(jié)風門兩側(cè)風流壓差大幅度增加，致使采空區(qū)氣體從壓力較低的 4308運順閉等處大量涌出。這組調(diào)節(jié)風門同時使 48軌的風量由 497m3/min降低到 263m3/min，再由四采回風上山聯(lián)絡(luò)巷風門漏風約 25m3/min， 4308消火道短路 210 m3/min， 4308消火道西聯(lián)絡(luò)巷通過風量只有238 m3/min。兩個因素相加，造成了 4308消火道西聯(lián)絡(luò)巷瓦斯（采空區(qū)氣體）