煤矿瓦斯灾害防治

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1、2023/8/21,1,矿井瓦斯防治理论与技术,现代化矿井通风技术管理与灾害防治,太原理工大学,王 毅,2023/8/21,2,模块一：瓦斯基本知识,模块二：矿井瓦斯涌出,模块三：矿井瓦斯喷出,模块四：矿井煤与瓦斯突出,模块五：矿井瓦斯爆炸及防治,模块六：矿井瓦斯抽放与管理,2023/8/21,3,模块一：瓦斯基本知识,2023/8/21,4,瓦斯的成因,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。泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。,随着煤系

2、地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤.有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为CH4和CO2。,一.瓦斯的生成,2023/8/21,5,煤中孔隙分类,微孔：直径10-5 mm,小孔：直径10-5mm10-4mm,中孔：直径10-4 mm10-3 mm,大孔：直径10-3mm10-1mm,可见孔及裂隙，10-1 mm,二.煤层瓦斯的赋存,1.瓦斯在煤体内赋存状态,渗透容积：小孔至可见孔孔隙体积之和。总孔隙体积：吸附容积和渗透容积之和。,2023/8/21,6,吸附瓦斯,游离瓦斯,吸收状态,吸着状态,1.瓦斯在煤体内赋存状态,2023/8/2

3、1,7,2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分,2023/8/21,8,深度,2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分,2023/8/21,9,瓦斯风化带下部边界确定,煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa,在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2m3/t,煤的瓦斯含量达到23 m3/t（烟煤）和57 m3/t（无烟煤）,煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）,氮气二氧化碳带、氮气带、氮气甲烷带统称为瓦斯风化带,3.瓦斯风化带下部边界的确定,2023/8/21,10,煤的变质程度,三.影响瓦斯赋存的地质因素,1.煤的变质程度,煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质

4、程度越高，煤层瓦斯含量就越大。,瓦斯生成量,煤的吸附能力,2023/8/21,11,地质构造,构造组合与瓦斯赋存的关系,断裂构造,褶皱构造,2.地质构造,围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散,2023/8/21,12,3.煤层的埋藏深度,煤层甲烷含量与深度的关系,2023/8/21,13,四.煤层瓦斯含量,含量的三种定义,残存瓦斯含量,煤层瓦斯含量,原始瓦斯含量,单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，单位是m3/t或m3/m3,煤层未受采动影响时的瓦斯含量,煤层受到采动影响，已经排放出部分瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯含量,2023/8/21,14,煤田地质史,影响煤层瓦

5、斯含量因素,煤田的形成经过了漫长的地质变化。随着地层的上升和沉降，覆盖层加厚或剥蚀，对煤层瓦斯流失排放的过程产生了不同的影响。地层上升时，剥蚀作用增强，使煤层露出地表，煤层瓦斯的运移排放速度加快；地层下降时，煤层的覆盖层加厚，从而缓解了瓦斯向地表散失。,2023/8/21,15,褶曲构造,地质构造,开放性构造发育煤层，瓦斯含量小；封闭性构造煤层瓦斯含量大,2023/8/21,16,褶曲构造,地质构造,靠近断层带附近瓦斯含量降低；稍远离断层，瓦斯含量增高；离断层再远，瓦斯含量恢复正常。,2023/8/21,17,2023/8/21,18,五.煤层瓦斯压力,赋存在煤层孔隙中的游离瓦斯所表现出来的气

6、体压力,煤层瓦斯压力,当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量越大。,当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正比。,2023/8/21,19,煤层瓦斯压力分布的一般规律,10,200,400,600,800,1000,同一矿区，煤层瓦斯压力随深度的增加而增大,2023/8/21,20,模块二：矿井瓦斯涌出,2023/8/21,21,.矿井瓦斯涌出方式,矿井瓦斯涌出方式,由采落煤炭和煤层、岩层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，缓慢、长时间的涌出。,采掘时，在极短的时间内，瓦斯又煤体、围岩内突然、大量的涌出，有时还伴有煤粉、煤块和岩石等。,一般涌出,特殊涌出,2023/8/21,

7、22,.矿井瓦斯涌出的来源,2023/8/21,23,.矿井瓦斯涌出的来源,矿井瓦斯的涌出源,煤壁瓦斯涌出,采空区瓦斯涌出,采落煤瓦斯放散,采煤工作面煤壁瓦斯涌出,2023/8/21,24,.矿井瓦斯涌出的来源,采煤工作面煤壁瓦斯涌出,瓦斯涌出的速率随时间衰减很快,2023/8/21,25,.矿井瓦斯涌出的来源,采煤工作面煤壁瓦斯涌出,回采工艺不同，瓦斯涌出量的变化不同。,2023/8/21,26,.矿井瓦斯涌出的来源,掘进工作面煤壁瓦斯涌出,2023/8/21,27,工作面通风方式对采空区流场的影响,.矿井瓦斯涌出的来源,2023/8/21,28,.矿井瓦斯涌出的来源,落煤放散的瓦斯量占工作

8、面总涌出量的比例有时也是较高的,采落煤瓦斯放散,2023/8/21,29,3.矿井瓦斯涌出量及其影响因素,矿井瓦斯涌出量,绝对瓦斯涌出量,相对瓦斯涌出量,矿井在单位时间内涌出的瓦斯体积，单位是m3/min或m3/d。,矿井正常生产条件下平均每采一吨煤所涌出的瓦斯体积，单位是m3/t,QCH4=QfC,qCH4=QCH4/T,2023/8/21,30,3.矿井瓦斯涌出量及其影响因素,2023/8/21,31,4.矿井瓦斯等级的划分,矿井瓦斯等级划分,煤与瓦斯突出矿井,低瓦斯矿井,矿井相对瓦斯涌出量小于10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于40 m3/min。,矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或

9、矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。,发生 煤（岩）与瓦斯突出矿井、鉴定有煤与瓦斯突出危险的矿井。,高瓦斯矿井,注：低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区按高瓦斯矿井管理。,2023/8/21,32,模块三 矿井瓦斯喷出,2023/8/21,33,.矿井瓦斯喷出及其危害,矿井瓦斯喷出及其危害,大量的承压状态的瓦斯从可见的煤、岩裂缝中快速喷出到采掘工作面和巷道的现象,可以造成局部地区瓦斯积聚；高浓度瓦斯，可致使人员窒息；也能引起瓦斯爆炸或火灾等事故，给矿井造成严重的破坏,定义,危害,特征,矿井瓦斯喷出在时间上的突然性和空间上的集中性

10、,2023/8/21,34,2.瓦斯喷出分类与特点,往往流量大，持续时间长，无明显的地压显现现象，喷瓦斯裂缝多属于开放性裂缝（张性或张扭性断裂），它们与储气层（煤层、砂岩层等）、溶洞或断层带相通。,喷出频临发生时伴随着地压显现效应，出现多种显现预兆，喷出持续的时间较短，其流量与卸压区面积、瓦斯压力和瓦斯含量大小等因素有关。,2023/8/21,35,3.瓦斯喷出的原因和规律,瓦斯喷出的原因,瓦斯喷出的规律,内因:煤层或岩层的构造裂缝中贮存有大量高压瓦斯；,外因:在采掘过程中，由于爆破穿透、机械震动或地压活动，使煤岩造成卸压缝隙，构成瓦斯喷出的通道是其外在因素。,发生在地质变化带，瓦斯喷出前往往

11、出现预兆 煤层顶、底板岩层中有溶洞、裂隙发育的石灰岩 具有明显的喷出口或裂隙 瓦斯喷出量有大有小，喷出的持续时间从几分钟到几年，甚至十几年,2023/8/21,36,4.瓦斯喷出的防治措施,2023/8/21,37,4.瓦斯喷出的防治措施,探明地质构造情况,利用引排、封堵、抽放综合治理,加强管理,2023/8/21,38,模块四 矿井煤与瓦斯突出,2023/8/21,39,按照动力现象的力学特征,1.突出现象及分类,煤与瓦斯（二氧化碳）突出,煤与瓦斯的突然压出,突出,煤与瓦斯的突然倾出,岩石与二氧化碳（瓦斯）突出,压出,倾出,2023/8/21,40,1.突出现象及分类,煤与瓦斯突出,动力来源

12、,突出的基本特征,发生突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能。,抛出距离较远，有明显的分选现象；抛出煤堆积角小于煤的自然安息角；抛出的煤破碎程度高；有明显的动力效应；有大量的瓦斯涌出，有时会使风流逆转；孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。,2023/8/21,41,1.突出现象及分类,自然安息角,松散矿岩自燃烧堆积时，其四周将形成倾斜的堆积坡面，我们把自然堆积坡面与水平面相交的最大角度，称为该矿岩的自然安息角。,抛出煤堆积角小于煤的自然安息角。,2023/8/21,42,1.突出

13、现象及分类,煤与瓦斯突出基本特征,孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。,2023/8/21,43,1.突出现象及分类,煤与瓦斯压出,动力来源,突出的基本特征,发生与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。,1、两种形式：煤的整体位移和煤有一定距离的抛出；2、压出的煤呈块状，无分选现象；3、巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量增大；4、压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中，常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；5、压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。,2023/8/21,44,1.突出现象及分类,煤与瓦斯压出基本特征,压出可能

14、无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞,2023/8/21,45,1.突出现象及分类,煤与瓦斯倾出,动力来源,突出的基本特征,发生倾出的主要因素是地应力，即结构松软、含有瓦斯致使内聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，实现倾出的主要力是失稳煤的自重。,1、巷道瓦斯（二氧化碳）涌出量明显增加；2、倾出的煤按自然安息角堆积，并无分选现象；3、无明显动力效应；4、倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；5、倾出的孔洞呈孔大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅垂（厚煤层）方向发展。,2023/8/21,46,1.突出现象及分类,煤与瓦斯倾出的基本特征,2023/8/21,47,1.突出现象及分类,岩石与瓦斯

15、突出,动力来源,突出的基本特征,发生突出的主要动力是地应力，实现突出的基本能源是岩石的变形能、瓦斯内能。,1、在砂岩中进行爆破时，在炸药直接作用范围外发生岩破坏、抛出；2、突出的砂岩中，含有大量的砂粒和粉尘；3、动力效应明显，破坏性较强；4、巷道的二氧化碳（瓦斯）涌出量增大，二氧化碳（瓦斯）量取决于抛出的岩量及二氧化碳（瓦斯）含量；5、有突出危险的砂岩岩层松软，呈片状、碎屑状，并具有较大的孔隙率和二氧化碳（瓦斯）含量；6、在岩体中形成与煤与瓦斯突出类似的孔洞,2023/8/21,48,2.突出发生的条件,地应力在突出中的作用,围岩或煤层的弹性变形潜能使煤体产生突然破坏和位移；,地应力控制瓦斯压

16、力场，促进瓦斯破坏煤体；,围岩中应力增加决定了煤层的低透气性，造成瓦斯压力梯度增高，煤体一旦破坏对突出有利。,煤和瓦斯突出是地应力、煤中的瓦斯及煤的结构和力学性质综合作用的动力现象。,地应力包括自重应力、构造应力和采动应力,2023/8/21,49,2.突出发生的条件,瓦斯在突出中的作用,全面压缩煤的骨架，促使煤体产生潜能,吸附在微孔表面的瓦斯分子对微孔起楔子作用，降低煤的强度,瓦斯压力可起到降低地应力的作用,发生突出的煤体结构条件,煤体结构破坏程度影响煤层的力学性质和对瓦斯的储集能力,因而不同的煤体结构类型具有不同的突出危险性,2023/8/21,50,3.突出分布的规律,我国突出矿区的分布

17、规律,从地理分布来看，我国突出分布的总规律是南方多、北方少，东部多、西部少,从时代分布来看，由最老的早石炭世煤层（如湖南金竹山地区）到最新的第三纪煤层（如抚顺）都有突出发生,突出分布的不均衡性是普遍现象,2023/8/21,51,矿区内突出分布的规律,方向性,突出的分布与构造线方向密切相关，瓦斯突出条带常沿构造带分布。,3.突出分布的规律,集中性,相似性,递增性,分级性,突出分布有不均匀性，主要有几个矿井突出，突出矿井只有几个突出工作面。,在相似的瓦斯地质条件区域，具有相似的突出分布特点。,煤与瓦斯突出规模和次数随开采深度的增加而增加。,地质构造级别的大小和序次的前后对突出分布具有明显的对应控

18、制作用。,2023/8/21,52,4.突出的基本特征,始突深度,基本特征,突出强度,地质因素,气体成分,工程因素,突出空洞,强度频度,突出预兆,在不同地区的矿井中相差很大,以中、小型为常见,构造应力集中的部位突出的危险性大,突出气体主要成分是甲烷,突出大多发生在落煤时,多呈口小肚大的梨形,一类是频率高而强度低，另一类是频率低而强度高,概括起来，可分为有声预兆和无声预兆,2023/8/21,53,突出的预兆,地压显现预兆,瓦斯涌出预兆,煤炮声、支架断裂、岩煤开裂掉碴、底臌、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等,瓦斯涌出异常、忽大忽小，煤尘增大、气温异常、气味异常，

19、打钻喷瓦斯，喷煤粉、哨声、蜂鸣声等,层理紊乱、强度降低、松软或不均质、暗淡无光泽、厚度增大、软分层厚度增大、倾角变陡、挤压褶曲、波状隆起、煤体干燥、煤体断裂等。,煤体结构预兆,5.突出的预兆,2023/8/21,54,（）区域性防治突出措施,在煤层采掘之前，对煤层实施大面积预先处理，以达到煤层卸压、排放瓦斯及改变煤层物理力学性质的目的，从而大面积消除煤层的突出危险性。煤矿安全规程第192条、细则第2条规定，在采用防突措施时，应优先选择区域性防突措施。,区域性防突措施的有效性指标应根据矿井实测资料确定，报矿务局总工程师批准后执行。,开采保护层,煤层区域性预先注水,预抽煤层瓦斯,6.煤与瓦斯突出预

20、防,2023/8/21,55,开采保护层,首先选择无突出危险的煤层作为保护层,矿井中所有煤层都有突出危险时，应选择突出危险性较小的煤层。,优先选择上保护层,作用机理,在开采煤层群时，通过开采保护层，实现被保护层的卸压和瓦斯排放，消除被保护层的突出危险性,2023/8/21,56,预抽煤层瓦斯,作用机理,通过预抽煤层瓦斯，减少煤层瓦斯压力和含量，降低瓦斯内能，提高煤体强度，以消除煤层的突出危险性。,技术要求,钻孔应控制整个预抽区域并均匀布孔；,预抽有效性指标，应根据矿井实测资料确定，如无实测资料，可采用下列指标之一。,煤层瓦斯预抽率应大于30；预抽后，突出煤层残存瓦斯含量应小于该煤层始突深度处的

21、煤层原始瓦斯含量。,2023/8/21,57,预抽煤层瓦斯,钻孔布置方式沿层钻孔布置方式,2023/8/21,58,预抽煤层瓦斯,钻孔布置方式沿层交叉钻孔布置方式,2023/8/21,59,预抽煤层瓦斯,钻孔布置方式穿层网格钻孔布置方式,2023/8/21,60,区域性预先注水,煤层最少有一个分层均匀湿润，水分达到4以上。,沿煤层走向和倾向不留空白区。,最好采用中低压小流量长时注水。,技术要求,2023/8/21,61,（2）局部防治突出措施,石门揭煤(规程第202条、细则第62条,在突出煤层中进行掘进和回采时，都应预测煤层的突出危险性，并根据煤层的突出危险性和具体条件，采取防治突出措施。措施

22、参数应根据矿井实际测定的结果或参考有关资料确定，并报矿总工程师批准。,抽放瓦斯、水力冲孔、排放钻孔、水力冲刷或金属骨架或其它经试验证实有效的措施。,局部防突措施（细则第66条）,采煤工作面（细则第84条）,超前钻孔、松动爆破、前探支架、水力冲孔或其它经试验证实有效的措施。,松动爆破、注水湿润煤体、超前钻孔、预抽瓦斯等防突措施。,煤巷掘进工作面（细则第69条）,2023/8/21,62,（2）局部防治突出措施,2023/8/21,63,（3）防突措施适应条件及优缺点,2023/8/21,64,(4)防治突出措施效果检验,防治突出措施效果检验,为检查控制防突措施的施工质量和有效性，确保消除突出危险

23、性，保证工作面安全进尺，必须实施防突措施的效果检验。,当防突措施无效时，必须再次执行防治突出的补充措施，只有经措施效果检验有效后，方可在采取安全防护措施的前提下进行采掘作业，并留有不小于2m的检验超前距。,目的,要求,2023/8/21,65,1、远距离和极薄保护层的效果检验2、预抽煤层瓦斯防治突出措施的效果检验3、石门揭煤工作面防治突出措施的效果检验4、煤巷掘进工作面防治突出措施的效果检验5、采煤工作面防治突出措施的效果检验,措施效果检验方法根据细则第34条、第35条采掘工作面突出危险性预测方法的规定执行；选用的检验指标要适应防突措施的特性，如煤层注水措施不采用钻屑量指标，可采用钻孔瓦斯涌出

24、初速度、钻屑瓦斯解吸指标等严格执行细则第四节防治突出措施效果检验。,分类,相关规定,(4)防治突出措施效果检验,2023/8/21,66,(5)安全防护措施,细则第91条、规程第209条规定：井巷揭穿突出煤层和在突出煤层中进行采掘作业时，必须采取震动爆破、远距离爆破、避难硐室、反向风门、压风自救系统等安全防护措施。突出矿井的入井人员必须携带隔离式自救器。,相关规定,2023/8/21,67,(5)安全防护措施,2023/8/21,68,模块五：矿井瓦斯爆炸及防治,2023/8/21,69,.瓦斯爆炸机理,形成的机理,化学反应过程,产生与传播过程,爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，就将发生瓦斯

25、的初燃（初爆），初燃产生以一定速度移动的焰面，焰面后的爆炸产物具有很高的温度，由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。如果巷道顶板附近或冒落孔内积存着瓦斯，或者巷道中有沉落的煤尘，在冲击波的作用下，它们就能均匀分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸过程得以继续下去。,2023/8/21,70,.瓦斯爆炸机理,形成的机理,爆燃,爆轰,可燃可爆气体爆燃与爆轰间的定性判断,2023/8/21,71,.瓦斯爆炸机理,从接触引火源起到烃类空气混合物转为快速燃烧爆炸的时间间隔称为感应期,随着引火源温度的升高和甲烷浓度的下降，烃类的感应期将缩短。,2023/8/21,72,.瓦斯爆炸危害,瓦

26、斯爆炸危害,产生高温,产生高压,产生大量有害气体,当瓦斯浓度为9.5时，爆炸时产生的瞬间温度可达1850-2650。,瓦斯爆炸后的气体压力是爆炸前压力的7-10倍,瓦斯爆炸后，不仅氧气减少，且产生大量有害气体。爆炸后氧气6-10、一氧化碳-,2023/8/21,73,3.瓦斯爆炸的基本条件,压力为101.3kPa，温度为20，爆炸上限16%，下限5%。,2023/8/21,74,3.瓦斯爆炸的基本条件,瓦斯爆炸基本条件,瓦斯浓度,引爆火源,氧含量,5-16%,650-750,不低于12%,2023/8/21,75,4.影响瓦斯爆炸的主要因素,2023/8/21,76,5.瓦斯爆炸事故原因分析,

27、引爆火源,管理不善、人员失职,瓦斯爆炸引起原因,瓦斯积聚,1、电火花2、放炮火花3、撞击、摩擦火花4、明火,1、局部通风机停止运转；2、风筒断开或严重漏风3、采掘面风量不足；4、局扇出现循环风 5、风流短路；6、通风系统不合理 7、采空区或盲巷存在；8、瓦斯异常涌出,2023/8/21,77,6.瓦斯爆炸发生原因,引起瓦斯积聚的主要因素,局部通风机停止运转,风筒断开或严重漏风,采掘面风量不足,局扇出现循环风,风流短路,通风系统不合理,采空区或盲巷存在,瓦斯异常涌出,引起瓦斯积聚的主要因素,2023/8/21,78,引起瓦斯爆炸的火源,电火花,放炮火花,撞击、摩擦火花,照明、机械设备、电器设备的

28、管理不善、操作不当，如矿灯失爆、电钻失爆、带电作业、电缆明头、开关失爆等产生的电火花。,主要是炮泥填装不满、最小抵抗线不够、放明炮、放糊炮、接线不良、炸药不符合要求等引起火花。,机械设备之间的撞击、截齿与坚硬岩石摩擦、坚硬顶板冒落撞击、金属表面之间摩擦等等产生的火花。,明火,煤炭自然发火及火区、井下焊接、吸烟等。,6.瓦斯爆炸发生原因,2023/8/21,79,7.防治瓦斯爆炸措施,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,保证工作面的供风量,对于采煤工作面应特别注意回风隅角的瓦斯超限，保证工作面的供风量。采煤工作面使用的是全负压通风，合理的通风系统是保证工作面风量充足的基础。整个矿井的生产和通风是相匹配

29、的，为了避免工作面的风量供应不足，首先应该采掘平衡，不要将整个矿井的生产和掘进都安排在一个采区或集中到矿井的一翼；其次，各采区在开拓工作面时，应该首先开掘中,部车场，避免造成掘进和采煤工作面的串联通风。矿井漏风也是风量不足的主要原因。对于采深较浅的矿井，受小煤矿开采的影响，常造成大量漏风，使得矿井总风量不足。堵漏对提高矿井风量和矿井安全都十分重要。,2023/8/21,80,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,处理采面回风隅角瓦斯积聚,挂风幛引流,2023/8/21,81,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,处理采面回风隅角瓦斯积聚,尾巷排放瓦斯法,2023/8/21,82,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,

30、处理采面回风隅角瓦斯积聚,风筒导引法,2023/8/21,83,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,处理采面回风隅角瓦斯积聚,移动泵站排放法,2023/8/21,84,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,处理采面回风隅角瓦斯积聚,移压局部通风机吹散法,2023/8/21,85,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,掘进工作面局部瓦斯积聚处理,充填法,2023/8/21,86,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,掘进工作面局部瓦斯积聚处理,引风法,2023/8/21,87,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,掘进工作面局部瓦斯积聚处理,风筒分支排法,2023/8/21,88,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,掘进工作面局部瓦斯积聚

31、处理,黄泥抹缝法,2023/8/21,89,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,掘进工作面局部瓦斯积聚处理,刮板运输机底槽瓦斯处理,必要性：刮板输送机停止运转时，底槽附近有时会积聚高浓度的瓦斯。由于刮板与底槽之间在运煤时产生的摩擦火花能引起瓦斯燃烧爆炸，因此，必须排除该处的瓦斯。,处理方法：(1)设专人清理输送机底遗留的煤炭，不使瓦斯积聚；(2)保证输送机经常运转，以防止瓦斯积聚；(3)吊起输送机处理积聚的瓦斯；(4)压风排瓦斯。,2023/8/21,90,（1）防治瓦斯超限和积聚措施,通风异常或瓦斯用处异常时是造成瓦斯涌出积聚的主要原因,煤与瓦斯突出短时间内涌出大量瓦斯,抽放瓦斯系统停止工作,排除

32、瓦斯时可能会造成局部瓦斯超限,地面大气压急剧下降，造成瓦斯异常,工作面接近上、下邻近采空区和老顶来压时采面大面积落煤造成瓦斯大量涌出,2023/8/21,91,（2）杜绝火源,杜绝火源,2023/8/21,92,（3）管理措施,建立瓦斯检查制度,配足人员和仪表,检查瓦斯次数,坚持通风部门负责人每天审阅瓦斯报表,按规程规定矿井安设安全监测系统,对安全监测检查仪表进行测试和检查,2023/8/21,93,8.防止灾害扩大的措施,分区通风,利用矿井开拓开采的分区布置，在各个采区之间、不同生产水平之间、矿井两翼之间自然分割（保护煤柱等）的基础上，布置必要的防止爆炸传播设施，可以实现井下灾害的分区管理。

33、这样，使某一区域发生的灾害难以传播到相邻的区域，从而简化救灾抢险工作，防止灾害的扩大。,2023/8/21,94,发生爆炸时，冲击波将台板摧垮使岩粉弥漫于巷道中，吸收爆炸火焰的热量及惰化空气，阻碍爆炸的传播。,8.防止灾害扩大的措施,2023/8/21,95,编制矿井灾害预防和处理计划,灾害预防处理必备的资料,灾害预防处理计划主要内容,1、确定发生爆炸后可能造成的影响；2、制定恢复灾区通风和人员避灾路线的安全措施；3、灾害区域的断电方法；4、防止爆炸火灾、二次爆炸及灾害扩大德措施；5、救灾人员的安全路线。,8.防止灾害扩大的措施,2023/8/21,96,模块六：矿井瓦斯抽放与管理,2023/

34、8/21,97,6.1.1 瓦斯抽放发展概况,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,2023/8/21,98,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,预防瓦斯超限矛确保矿井安全生产。,开采保护层并具有抽放瓦斯系统的矿井，应抽放被保护层的卸压瓦斯。,无保护层可采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用。,开发利用瓦斯资源，变害为利。,6.1.2 瓦斯抽放的目的、条件及意义,瓦斯抽放的目的,2023/8/21,99,6.1.2 瓦斯抽放的目的、条件及意义,开采保护层时应考虑抽放被保护层瓦斯。,瓦斯抽放的条件,矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件,一个

35、采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。,开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,大于或等于40m3min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,2023/8/21,100,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,6.1.2 瓦斯抽放的目的、条件及意义,瓦斯抽放的意

36、义,瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施,瓦斯抽放能够利用宝贵的瓦斯资源。,瓦斯抽放能够解决矿井仅靠通风难以解决的问题，降低矿井通风成本,2023/8/21,101,6.1.3 煤矿瓦斯抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,2023/8/21,102,6.1.4 瓦斯抽放基本参数,矿井瓦斯储量,可抽瓦斯量,瓦斯抽放率,钻孔瓦斯流量衰减系数,煤层透气性系数,可按下式计算：W=W1+W2+W3+W4,=K/2pn,可按下式计算：Wk=Wdk/100,矿井瓦斯抽放率,工作面本开采层的抽放率,工作面邻近层的抽放率,工作面总抽放率,dk=100Qkc/(Qky+Qk

37、c),db=100Qbc/(Qbc+Qby),Dl=100Qlc/(Qlc+Qly),dg=100(Qbc+Qlc)/(Qlc+Qly+Qbc+Qby),Qt=Q0e-t=（lnQ0-lnQt）/t,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,施工参数,2023/8/21,103,6.1.4 瓦斯抽放基本参数,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务一：瓦斯抽放的方法和参数确定,2023/8/21,104,6.2.1 本煤层瓦斯抽放的原理,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,本煤层瓦斯抽放就是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。煤层回采前的抽

38、放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放，属于卸压抽放。,本煤层瓦斯抽放的原理,2023/8/21,105,6.2.2 本煤层瓦斯抽放的分类,决定未卸压煤层抽采效果的关键性因素，是煤层的自然透气性系数。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,本煤层瓦斯抽放的分类,本煤层未卸压抽采,钻孔综合法,本煤层卸压抽采,在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩的应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气性系数增加，在这个区域内打钻抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空间。,2023/8/21,106,6.2.3 本煤层未卸压钻孔预抽,钻孔预抽,沿层

39、钻孔,穿层钻孔,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,抽放瓦斯钻孔参数。(1)钻孔直径：一般选用75l00mm，有条件时可用大直径钻孔抽放瓦斯。(2)钻孔长度：沿层钻孔的长度一般为工作面长度的70一90%。(3)钻孔间距、数量、有效抽放时间：根据钻孔瓦斯流量衰减系数()、需要抽放瓦斯量(Qx)、钻孔极限抽出瓦斯量Qj，计算确定钻孔有效抽放时间(tx)、钻孔数量和钻孔间距。(4)一般应用13.3326.66kPa的负压。,2023/8/21,107,6.2.4 巷道预抽本煤层瓦斯（未卸压）,巷道预抽,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,2023/8/21,108,6

40、.2.5 本煤层卸压抽放瓦斯,本煤层卸压卸压抽放,边掘边抽,当掘进煤层巷道瓦斯涌出量大子3m3min时，由煤巷两侧掘进小钻场，在钻场内布置钻孔，抽放巷道周围卸压煤体的瓦斯，并截取深处煤体涌出的瓦斯。适用条件与优缺点 掘进煤层巷道时瓦斯涌出量超过3m3/min，通风不易解决瓦斯问题。适于透气性低，预抽效果不好的煤层。抽出巷道周围煤休的卸压瓦斯，并可截取煤体深处涌出的瓦斯，减少涌入巷道的瓦斯量，抽放效果好。钻孔易漏气，往往不易保证规定的抽放瓦斯浓度。,动画演示,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,2023/8/21,109,6.2.5 本煤层卸压抽放瓦斯,模块六 矿井瓦斯抽放与管理

41、,任务二：本煤层瓦斯抽放,2023/8/21,110,6.2.6 提高本煤层瓦斯抽放量的途径,提高本煤层瓦斯抽放量的途径,增大钻孔直径,目前各国的抽放钻孔直径都有增大的趋势,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务二：本煤层瓦斯抽放,2023/8/21,111,6.3.1 邻近层抽放瓦斯原理和分类,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,原理,在煤层群开采时,由于开采层的采动影响,使其上部或下部的围岩及煤层卸压并引起这些煤岩层的膨胀变形和透气性的大幅度提高,引起这些煤层的瓦斯向开采层采掘空间涌出。,邻近层瓦斯抽放按邻近层的位置分为上邻近层(或顶板邻近层)抽放和下邻近层(或底板邻近层)抽放;

42、按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放三类。,邻近层瓦斯抽放原理和分类,分类,2023/8/21,112,6.3.2 钻孔抽放,尾巷倾斜钻孔抽放邻近层瓦斯,1 从开采层层内巷道打钻孔抽放,迎面斜交钻孔抽放邻近层瓦斯,运输巷钻孔抽放邻近层瓦斯,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,2023/8/21,113,6.3.2.1 从开采层层内巷道打钻孔抽放,中间巷钻孔抽放邻近层瓦斯,从开采层层内巷道打钻孔抽放,回风巷钻场倾斜钻孔抽放上邻近层瓦斯,回风巷与运输巷同时打钻孔抽放邻近层瓦斯,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,2023/8/21,114,6.

43、3.2.2 从开采层外打钻孔抽放邻近层瓦斯,底板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯,从开采层外打钻孔抽放邻近层瓦斯,邻近层巷道钻孔抽放邻近层瓦斯,顶板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,2023/8/21,115,6.3.2.3 地面钻孔抽放邻近层瓦斯,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,地面拐弯钻孔抽放邻近层瓦斯,地面垂直钻孔抽放邻近层瓦斯,地面钻孔抽放邻近层瓦斯,2023/8/21,116,6.3.2.4 顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯,顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯,平行工作面顶板瓦斯巷,垂直工作面顶板瓦斯巷,瓦斯巷与钻孔综合布置,模块六 矿井瓦斯抽放

44、与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,2023/8/21,117,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务三：相邻层瓦斯抽放,6.3.2.5 抽放钻孔布置参数,钻孔间距,钻孔角度,钻孔直径,钻孔抽放负压,钻孔布置主要参数,钻场间距多为30m60m。一个钻场可布置一个或多个钻孔,抽放上邻近层时的仰角，应使钻孔通过顶板岩石的裂隙带进入邻近层充分卸压区。下邻近层抽放时的钻孔角度没有严格要求,抽放邻近层瓦斯钻孔直径，一般都采用75mm左右。,一般孔口负压应保持在6.7 kPa 13.3kPa以上。国外多为13.3 kPa 26.6kPa。,2023/8/21,118,6.3.3 巷道抽放,模块六 矿井瓦斯抽放与管理

45、,任务三：相邻层瓦斯抽放,倾斜抽放巷,走向抽放巷,巷道抽放,2023/8/21,119,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,2023/8/21,120,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,运输顺槽,回风顺槽,均压设施,CH4,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,半封闭采空区瓦斯抽放,均压埋管抽放,2023/8/21,121,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,半封闭采空区瓦斯抽放,地面钻孔抽放,2023/8/21,122,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四

46、：采空区瓦斯抽放,半封闭采空区瓦斯抽放,高位钻孔抽放,2023/8/21,123,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,全封闭采空区瓦斯抽放,密闭巷道抽放采空区瓦斯,均压密闭抽放采空区瓦斯,报废矿井抽放,报废矿井的瓦斯储量丰富，而且能长时间地涌出瓦斯，因此应进行抽放并加以利用。如法国中央煤矿和卡齐埃煤矿，矿井报废后，分别抽瓦斯达67.5年，抽出量分别为73.42106m3和17.88106m3。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,2023/8/21,124,6.4.1 采空区抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,钻孔抽放法,利用在开采层顶板中掘的巷道向采空区

47、顶部施工钻孔进行抽放，终孔高度不小于45倍采高,回风巷或上阶段运输巷一段距离（2030m）向采空区冒落拱顶部施工钻孔进行瓦斯抽放,如果采空区距地表不深时,也可以从地表向采空区打钻孔进行抽放。,回风巷向工作面顶板开凿钻门钻场，迎着工作面的方向向冒落带上方施工顶板走向钻孔进行抽采，钻孔平行煤层走向或与走向间有一个不大的夹角,2023/8/21,125,6.4.1 采空区瓦斯抽放方法,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,巷道抽放法,利用上阶段回风水平密闭接瓦斯管路进行抽放。,专门掘瓦斯尾巷或高抽巷，通过瓦斯尾巷或高抽巷接瓦斯管路进行抽放。,2023/8/21,126,6.4.2.1

48、采空区瓦斯抽放的布置形式及特点,开采煤层顶板走向钻孔瓦斯抽采,钻场的施工,钻孔的施工,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,2023/8/21,127,6.4.2.2 采空区瓦斯抽放的布置形式及特点,高抽巷瓦斯抽放,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,在开采煤层采煤工作面阶段上山沿走向方向先施工一段高抽巷平巷，与工作面回风水平距离内错1520m，然后起坡施工至距开采 煤层顶板1520m左右变平，再施工至工作面走向边界。通过在高抽巷外口打密闭墙穿管抽放采空区积存的瓦斯。,2023/8/21,128,6.4.2.3 采空区瓦斯抽放的布置形式及特点,将抽放瓦斯管路通过上

49、风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里，当抽放管埋入工作面老塘20m时，将新埋的管路与抽放系统合茬，即管路每40m切换一次。通过抽采使积聚在采空区上隅角的瓦斯在没有进入回风流前被抽出。采煤工作面采用后退式老塘埋管方法进行抽放瓦斯，瓦斯抽放浓度830%，瓦斯抽放混合流量为20m40 m3/min，取得了较好的效果。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,后退式老塘埋管瓦斯抽放,2023/8/21,129,6.4.2.4 采空区瓦斯抽放的布置形式及特点,根据回采工作面巷道布置状况，在工作面回采初期利用尾抽巷来抽放瓦斯。在尾抽巷预设瓦斯抽采管路，当工作面开始回采前，在尾抽巷构筑封闭墙，墙上要

50、留管子孔。封闭墙要严密不漏风。当工作面开始回采时，即可利用预设的抽放管路合茬进行抽放。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,尾抽巷瓦斯抽放,2023/8/21,130,6.4.2.5 采空区瓦斯抽放的布置形式及特点,当工作面推进至上阶段工作面开采切眼30m时，在工作面上风巷施工一条煤巷与上阶段工作面开采切眼进行贯通。当工作面推进至该巷道位置时，利用上阶段上风巷封闭墙处预埋的瓦斯管路进行抽采。通过采用该方法，能有效地解决工作面上隅角的瓦斯问题。,模块六 矿井瓦斯抽放与管理,任务四：采空区瓦斯抽放,利用贯通上阶段切眼与下阶段上风巷进行瓦斯抽放,2023/8/21,131,6.4.2