9矿井瓦斯 (完成)

1,第九章 矿井瓦斯,主讲教师：王洪梁黑龙江科技大学2013.8,2,本章主要内容,本章主要内容1、瓦斯概念2、煤层瓦斯赋存与含量3、矿井瓦斯涌出4、瓦斯喷出与突出5、瓦斯爆炸与预防6、瓦斯抽放,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,3,9.1概述,矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。 物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。 危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。 作用：能源、化工原料。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,4,9.2煤层瓦斯赋存与含量,一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。 成气过程两个阶段:一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,5,9.2煤层瓦斯赋存与含量,（二）瓦斯在煤体内存在的状态 煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。 煤层中 瓦斯赋存两种状态： 游离状态 吸附状态: 吸着状态、吸收状态,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,6,9.2煤层瓦斯赋存与含量,二、煤层中瓦斯垂直分带 形成原因：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，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。 四带： CO2- N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,7,9.2煤层瓦斯赋存与含量,瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。 （1）煤层的相对瓦斯涌出量等于23m3/t处； （2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%（体积比）； （3）煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa； （4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.01.5 m3/t（C.M.），气煤1.52.0m3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.02.5m3/t(C.M)，瘦煤2.53.0m3/t(C.M.)，贫煤3.04.0m3/t(C.M.)，无烟煤5.07.0m3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,8,9.2煤层瓦斯赋存与含量,三 影响煤层瓦斯含量的因素 煤的瓦斯含量是指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），单位为 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量=游离瓦斯+吸附瓦斯,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,9,9.2煤层瓦斯赋存与含量,主要影响因素：1、煤的吸附特性 煤的吸附性能决定于煤化程度， 一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。2、煤层露头3、煤层的埋藏深度 -深，瓦斯大4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性5、煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大6、地质构造-封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小7、水文地质条件-水流，带走瓦斯,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,10,9.2煤层瓦斯赋存与含量,四、煤层内的瓦斯压力 瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。 瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压瓦斯带内瓦斯压力变化规律： 末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,11,9.2煤层瓦斯赋存与含量,瓦斯压力梯度： 或式中 P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPa gp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0.2MPa 。 H0-甲烷带上部边界深度，m。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,12,9.3矿井瓦斯涌出,一、瓦斯涌出量1、含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量2、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min：相对瓦斯涌出量-平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m3/t 。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,13,9.3矿井瓦斯涌出,二、影响瓦斯涌出的因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。(一) 自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量， 2、地面大气压变化。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,14,9.3矿井瓦斯涌出,（二）开采技术因素 1、开采规模开采深度、开拓和开采范围、矿井产量与瓦斯涌出量的关系。 矿井产量（达产前、后、矿井收缩） 2、开采顺序与回采方法 - 先开采层（分层），大；回采率低，大；顶板管理（全部冒落、充填、初次来压、周期性来压） 3、生产工艺-初期大，呈指数下降,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,15,9.3矿井瓦斯涌出,4、风量变化-单一煤层，随风量减而增，煤层群 图 单一煤层风量变化时回风流中瓦斯浓度变化动态 a 风量减少时；b风量增加时,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,16,9.3矿井瓦斯涌出,5、采区通风系统及其调整某矿对四采区上部通风系统进行了调整，即在48轨设了一组调节风门，使调节风门两侧风流压差大幅度增加，致使采空区气体从压力较低的4308运顺闭等处大量涌出。这组调节风门同时使48轨的风量由497m3/min降低到263m3/min，再由四采回风上山联络巷风门漏风约25m3/min，4308消火道短路210 m3/min，4308消火道西联络巷通过风量只有238 m3/min。两个因素相加，造成了4308消火道西联络巷瓦斯（采空区气体）大量积聚。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,17,9.3矿井瓦斯涌出,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,56,497,消火道,450,394,47,48轨,28（26）,263,消火道,238（213）,210（187）,25（50）,48轨,注：（）内为风门敞开时的风量分配,调风前的通风系统示意图 调风后的通风系统示意图,18,9.3矿井瓦斯涌出,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,6、采空区的密闭质量,19,9.3矿井瓦斯涌出,三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理 按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；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；按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,20,9.3矿井瓦斯涌出,四、瓦斯涌出不均系数 正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg=Qmax/Qa 式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min； 方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,21,9.3矿井瓦斯涌出,五、矿井瓦斯等级1.矿井瓦斯等级划分 依据：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10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。 矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。 低瓦斯矿井中，矿井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，该区应按高瓦斯矿井管理。,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,22,9.3矿井瓦斯涌出,2、矿井瓦斯等级鉴定（1）鉴定时间和基本条件 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条件下进行。（2）测点选择和测定内容及要求。（3）矿井瓦斯等级的确定。 详见AQ1025-2006矿井瓦斯等级鉴定规范,9矿井瓦斯9.1概述9.2煤层瓦斯赋存与含量9.3矿井瓦斯涌出9.4瓦斯喷出9.5煤与瓦斯突出及其预防9.6爆炸及其预防9.7瓦斯抽放,23,9.3矿井瓦斯涌出,六、矿井瓦斯涌出量预测 瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。 瓦斯涌出量的预测的方法： （1）统计法 A、 瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值 B、 物理含义 C、计算 （2）计算法: 以煤层瓦斯含量为基础进行计算。,