礦井瓦斯防治(吳兵)

1、礦井瓦斯防治全國煤礦安全培訓(xùn)1主要內(nèi)容1.基礎(chǔ)理論和知識2.瓦斯爆炸發(fā)生的機(jī)理和事故的原因3.煤與瓦斯突出防治4.瓦斯抽放的主要方法21.基礎(chǔ)理論和知識1.1瓦斯的性質(zhì)概念：“井下以甲烷（CH4）為主的有毒、有害氣體的總稱，有時(shí)單獨(dú)指甲烷”。來源：主要來源于煤層及圍巖內(nèi)涌出到礦井中的氣體。此外，礦井生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣體如放炮產(chǎn)生的炮煙等，井下空氣與煤、巖、礦用材料等反應(yīng)生成的氣體以及井下人員呼吸生成的氣體也是礦井瓦斯的重要來源。無色、無味、無嗅的氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度0.716kg/m3，為空氣密度的0.554倍，無風(fēng)時(shí)會首先積聚在巷道上部。 31.1瓦斯的性質(zhì)瓦斯在空氣中具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性，局部地點(diǎn)

2、較高濃度的瓦斯會自動向低濃度的區(qū)域擴(kuò)散。擴(kuò)散過程是不可逆的，即瓦斯與空氣一經(jīng)混合，就很難分離。井下瓦斯?jié)舛鹊牟痪鶆蚍植际怯捎谟砍鲈床痪鶆蚝惋L(fēng)流流動不均勻造成的。涌出的瓦斯會擠占空間，使空氣中氧氣濃度下降，從而具有窒息性。當(dāng)混合氣體中瓦斯的濃度達(dá)到43時(shí)，氧的濃度降低到12%，人在此環(huán)境下會感到呼吸短促，時(shí)間稍長就會昏迷并有死亡危險(xiǎn)。 41.1瓦斯的性質(zhì)瓦斯是一種可燃性氣體 ，按瓦斯在空氣中發(fā)生燃燒的性狀不同，可以將它分為三個(gè)區(qū)間：助燃區(qū)間：濃度小于爆炸下限，不能形成持續(xù)的火焰，只能起到助燃的作用。 爆炸區(qū)間：遇一定能量的點(diǎn)火源會形成可自動加速的燃燒鋒面，從而形成強(qiáng)烈的爆炸。擴(kuò)散燃燒區(qū)：濃度大于

3、爆炸上限。該區(qū)域內(nèi)瓦斯空氣的混合氣體無法直接被點(diǎn)燃，但當(dāng)其與新鮮空氣混合時(shí)，可以在混合界面上被點(diǎn)燃并形成穩(wěn)定的火焰。 51.2 瓦斯的存在煤礦井下存在于煤層和空氣中。一、煤層中的瓦斯煤是多孔介質(zhì)，瓦斯可以賦存在其中；瓦斯在一定的壓力下以游離和吸附兩種狀態(tài)賦存在煤體中；游離瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯積聚在孔隙壁面上，游離瓦斯和吸附瓦斯處于動態(tài)平衡狀態(tài)。煤體中大量的孔隙對瓦斯具有很強(qiáng)的吸附能力，在一些高瓦斯含量的煤層中，煤中含有的瓦斯體積可以達(dá)到煤本身體積的3040倍 。 6煤層中的瓦斯煤吸附瓦斯的特性可以用煤在某一固定溫度下吸附瓦斯量隨瓦斯壓力變化的曲線表示，該曲線稱為吸附等溫線 ，符

4、合朗格繆爾方程：煤礦開采過程中，游離的瓦斯首先放散到開采空間，使鄰近煤層中瓦斯壓力降低、游離瓦斯量減少，這時(shí)，煤中吸附的瓦斯就解析出來，成為新的游離態(tài)瓦斯。這一過程不斷重復(fù)，從而使煤層中的瓦斯源源不斷地涌出到開采空間。 7煤層中的瓦斯帶狀分布：賦存在煤層中的瓦斯通過煤層、圍巖的裂隙和斷層向地表運(yùn)動，而地表的空氣及其它化學(xué)作用生成的氣體由地表向煤層中運(yùn)動，由此形成煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律地變化，即所謂的煤層瓦斯沿深度的帶狀分布。按深度自上而下分為4個(gè)帶，即：氮?dú)舛趸紟?、氮?dú)鈳?、氮?dú)饧淄閹Ш图淄閹?。在甲烷帶中CH4的含量達(dá)80%，因此，可將瓦斯帶的前三帶統(tǒng)稱為瓦斯風(fēng)化帶。確定瓦斯風(fēng)化帶

5、的下部邊界對預(yù)測煤層瓦斯含量具有十分重要的意義。瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)相對瓦斯涌出量一般不超過2m3/t，瓦斯對生產(chǎn)不構(gòu)成主要威脅。 8煤層中的瓦斯帶狀分布頓巴斯煤田煤層瓦斯組分在各瓦斯帶中的變化氮?dú)舛趸紟?；氮?dú)鈳?；氮?dú)饧淄閹?；甲烷?9煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量或體積的煤中所含有的瓦斯量，單位m3/t或m3/m3。 伴隨著煤的生成而生成的瓦斯以吸附和游離兩種形態(tài)賦存在煤體內(nèi)，在煤層形成及其后漫長的地質(zhì)運(yùn)動過程中，大部分生成的瓦斯都散失到大氣中。當(dāng)前煤層瓦斯的含量取決于煤層瓦斯運(yùn)移的條件和保存瓦斯的能力。主要與下列因素有關(guān)： 10煤層瓦斯含量影響因素1煤田地質(zhì)史 2地質(zhì)構(gòu)造 ：封閉型的地質(zhì)

6、構(gòu)造有利于瓦斯的存儲，而開放型的構(gòu)造有利于于瓦斯排放。 3煤層的賦存條件 4煤的變質(zhì)程度 5煤層圍巖的性質(zhì) 6. 水文地質(zhì)條件11二、空氣中瓦斯煤層及圍巖中的瓦斯涌出到井下空氣中，構(gòu)成了井下空氣中的瓦斯。瓦斯在井下空氣中存在的狀態(tài)與空氣的運(yùn)動狀態(tài)密切相關(guān)?？諝獾倪\(yùn)動狀態(tài)有三種，即：靜止?fàn)顟B(tài)、層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)。判斷方法雷諾數(shù)Re：v 風(fēng)流的流動速度，m/s；d 管道的直徑，m， 空氣的運(yùn)動粘性系數(shù)，取1.510-5。當(dāng)Re2320時(shí)，風(fēng)流處于層流狀態(tài)。例如：斷面積為9m2的梯形巷道中風(fēng)流的速度0.012m/s，風(fēng)量6.5m3/min時(shí)為層流。12二、空氣中瓦斯靜止瓦斯在靜止的空氣中主要表現(xiàn)為擴(kuò)

7、散運(yùn)動和浮力。無風(fēng)或封閉的巷道中風(fēng)流靜止，瓦斯的分布是不均勻的?？拷罕诘韧咚褂砍鲈锤浇咚沟臐舛缺容^高，且首先在頂部積聚。經(jīng)過了一段較長的時(shí)間后，瓦斯?jié)舛炔拍苓_(dá)到基本均勻。進(jìn)行這些區(qū)域的瓦斯?jié)舛葴y量時(shí)（如瓦斯排放工作前），必須注意測定的位置，應(yīng)該盡量能靠近工作面附近的高濃度區(qū)域或多點(diǎn)取樣測量，以獲得區(qū)域內(nèi)的平均濃度。如果僅僅在密閉墻后測定，由于受到漏風(fēng)及瓦斯分布不均勻的影響，往往難以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。 13二、空氣中瓦斯層流流體質(zhì)點(diǎn)沿著與管道軸向平行的方向作直線運(yùn)動，互相之間并不混雜，層次分明的流動。 井下采空區(qū)深部及漏風(fēng)量較小的封閉區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)層流 。瓦斯涌出到層流風(fēng)流中時(shí)，一方面隨著風(fēng)流

8、分層流向下風(fēng)側(cè)，另一方面，由于層間瓦斯?jié)舛炔煌?，瓦斯會向濃度較低的層擴(kuò)散，通常形成瓦斯成層流動的現(xiàn)象。 14二、空氣中瓦斯紊流流體質(zhì)點(diǎn)流動速度的大小和方向都隨時(shí)發(fā)生變化，且質(zhì)點(diǎn)間相互混雜的流動。在煤礦井下的幾乎所有通風(fēng)巷道中，風(fēng)流總是處于紊流狀態(tài)。 瓦斯涌出到紊流風(fēng)流中時(shí)，由于紊流流動的強(qiáng)烈摻混作用，高濃度的瓦斯在很短的距離內(nèi)就與風(fēng)流混合均勻。紊流風(fēng)流中測量獲得的瓦斯?jié)舛确植?，反映出瓦斯涌出源分布和風(fēng)流流動路線的狀況。15二、空氣中瓦斯紊流例如某掘進(jìn)工作面放炮后瓦斯的分布如上圖所示，瓦斯?jié)舛确植疾痪鶆颉＿@時(shí)由于工作面采用壓入式風(fēng)筒供風(fēng)，風(fēng)流不穩(wěn)定，流動路線不均勻，瓦斯涌出源也不均勻造成的。在距

9、離工作面20m的巷道范圍內(nèi)大致可分為三個(gè)區(qū)段，分別為風(fēng)流折反段、不穩(wěn)定段和較穩(wěn)定段。 161.3 瓦斯的運(yùn)動規(guī)律由于采動的影響，瓦斯在其壓力作用下會涌出到開采空間。這一過程由兩個(gè)連續(xù)的步驟組成，即瓦斯在煤層中的運(yùn)移和瓦斯從圍巖、煤壁的涌出。礦井瓦斯涌出除包括圍巖、煤壁涌出瓦斯外，還包括采落煤炭放散瓦斯和采空區(qū)涌出瓦斯等。涌出到開采空間的瓦斯隨通風(fēng)風(fēng)流安全、穩(wěn)定地排出地面，這一運(yùn)動過程是礦井通風(fēng)研究的內(nèi)容。 17一、煤層中的瓦斯流動 以承壓狀態(tài)賦存在煤層中的瓦斯，當(dāng)回采、掘進(jìn)、打鉆等工作破壞了煤層中原有的壓力平衡后，瓦斯便會由高壓向低壓流動。 這種流動是一個(gè)復(fù)雜的過程，它與介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和瓦斯的賦存

10、特性密切相關(guān)，主要由擴(kuò)散運(yùn)動和滲流運(yùn)動構(gòu)成。在尺寸較大的裂隙系統(tǒng)中，瓦斯屬于滲流流動，而在孔隙結(jié)構(gòu)的微孔中，則是擴(kuò)散運(yùn)動。 18一、煤層中的瓦斯流動1擴(kuò)散運(yùn)動 分子自由運(yùn)動使得物質(zhì)由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)移的過程稱為擴(kuò)散運(yùn)動，擴(kuò)散運(yùn)動的速度與該物質(zhì)的濃度梯度成正比。瓦斯的擴(kuò)散運(yùn)動符合擴(kuò)散規(guī)律，即菲克（Fick）定律： 19一、煤層中的瓦斯流動2滲流 瓦斯在較大的孔隙和裂隙中的流動屬于滲流流動，通常用線性層流滲流來描述瓦斯在煤層中的運(yùn)移規(guī)律，即符合達(dá)西定律： 20一、煤層中的瓦斯流動決定煤層瓦斯流動速度的因素除了瓦斯壓力梯度外，還有一個(gè)重要因素就是煤層的滲透率。該值反映了煤層中孔隙和裂隙的狀況

11、，對煤體受到的應(yīng)力非常敏感。這是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?，煤體中的孔隙和裂隙發(fā)生閉合，從而會大大減小煤層的滲透性。此外，煤體吸附瓦斯后，強(qiáng)度降低，塑性增加，加劇了對應(yīng)力的敏感程度。煤層的滲透率通常使用煤層透氣性系數(shù)來衡量，其物理意義是：在1m3煤體的兩側(cè)作用壓力平方差為1MPa2的瓦斯時(shí)，通過1m長度的煤，在1m2煤面上每天流過的瓦斯量（t，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力），單位m3/(MPa2d)，相當(dāng)于煤層的滲透率為2.510-17m2。 21一、煤層中的瓦斯流動流動的形態(tài)：1單向流動 2徑向流動 3球向流動 22一、煤層中的瓦斯流動煤層中的瓦斯流動是動態(tài)變化的，包括流速、壓力分布等參數(shù)都隨時(shí)間而變化。在煤層中開

12、掘的巷道或打的鉆孔對其周圍瓦斯場的影響也有一定范圍的限制。如圖所示的一個(gè)實(shí)測例子可以看出，掘進(jìn)工作面煤壁暴露的初期，煤層瓦斯含量下降迅速，瓦斯流速快，但影響范圍??；經(jīng)過一定時(shí)間后（15d），流場趨于穩(wěn)定；150d后，基本上穩(wěn)定不變，巷道開掘?qū)γ簩油咚沟挠绊懛秶泊笾路€(wěn)定為煤壁內(nèi)10m。 23一、煤層中的瓦斯流動煤層內(nèi)瓦斯流動的穩(wěn)定性1成面后幾小時(shí)；24d；310d；415d；555d；6150d24二、礦井瓦斯涌出 按瓦斯涌出的形式可以分為普通涌出和特殊涌出（或一般涌出和異常涌出）。 普通涌出是指在時(shí)間與空間上比較均勻、普遍發(fā)生的不間斷涌出，它是礦井正常狀態(tài)下的涌出。特殊涌出是指在時(shí)間與空間上

13、突然、集中發(fā)生的涌出，涌出速率很不均勻，如瓦斯噴出、煤與瓦斯突出。礦井瓦斯涌出按其來源可分為三個(gè)方面，即：煤壁涌出的瓦斯、鄰近煤層通過裂隙涌出的瓦斯及采落煤炭放散的瓦斯。 針對具體礦井分析確定各涌出源的大小比例，對礦井瓦斯防治具有十分重要的意義。 25二、礦井瓦斯涌出 1)煤壁瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出速率（單位面積、單位時(shí)間內(nèi)瓦斯的涌出量）同煤層中瓦斯流速一樣，與采煤的工序和煤壁暴露的時(shí)間密切相關(guān)。瓦斯涌出量是其涌出速率對開采面積和一定時(shí)間的累計(jì)。煤壁瓦斯涌出的速率隨時(shí)間衰減的很快，可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示： qB 經(jīng)過1+t時(shí)間后煤壁瓦斯涌出速率，L/minm2；q0 t=0時(shí)刻煤壁瓦斯涌出速率，

14、L/minm2；t 煤壁暴露的時(shí)間，min； a 衰減系數(shù)。 26二、礦井瓦斯涌出 煤壁瓦斯涌出速率實(shí)例 27二、礦井瓦斯涌出 上圖是陽泉局對其開采的3號、12號和8號煤層實(shí)測的結(jié)果，由圖可見，煤壁瓦斯涌出的速率在煤壁暴露2h后已基本趨于穩(wěn)定，下降的速度是很快的。煤壁瓦斯涌出速率的快速變化使得開采過程中工作面瓦斯涌出量不平衡，對礦井瓦斯災(zāi)害的防治也提出了更高的要求。局部區(qū)域、短時(shí)間的瓦斯超限雖然對礦井的瓦斯涌出量影響很小，但是，如果該區(qū)域、該時(shí)刻存在點(diǎn)火源，就會發(fā)生瓦斯爆炸，造成巨大的傷亡和破壞。 28二、礦井瓦斯涌出 A)采煤工作面煤壁瓦斯涌出 涌出是不均勻的，不同的回采工藝，瓦斯涌出量的變

15、化也不同。如下圖所示為紅衛(wèi)煤礦某煤層分別采用放炮落煤和刨煤機(jī)落煤時(shí)的瓦斯涌出情況和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛茸兓?。由圖可見，放炮法開采瓦斯涌出量變化劇烈，在放頂和放炮工序時(shí)出現(xiàn)峰值3032m3/min，延續(xù)的時(shí)間分別達(dá)3h和1h，其值為采煤工序的3.63.8倍，為整修工序的1516倍，對安全生產(chǎn)的威脅很大。刨煤機(jī)工作時(shí)瓦斯?jié)舛戎本€升高，整修工作時(shí)又逐漸下降，第二循環(huán)與第一循環(huán)類似，與放炮法相比刨煤機(jī)工作面瓦斯涌出量的變化要小的多。 29二、礦井瓦斯涌出 30二、礦井瓦斯涌出 B)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出 掘進(jìn)巷道的瓦斯涌出包括三部分，即：巷道煤壁、工作面煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出。 以為掘進(jìn)工作面斷面小、落煤量

16、小，瓦斯涌出量也相對較小，因此，瓦斯事故的危險(xiǎn)性較小，這種認(rèn)識是錯誤的。絕大多數(shù)的掘進(jìn)工作面使用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，同全負(fù)壓供風(fēng)的采煤工作相比穩(wěn)定性不好，且風(fēng)量較小，雖然其迎頭暴露的煤壁面積較小，都是揭露不久的煤壁，瓦斯涌出量仍很可觀，再加上局部通風(fēng)機(jī)管理難度大（停電停風(fēng)等）、工作面迎頭風(fēng)流較不穩(wěn)定，因此，形成局部瓦斯積聚的可能性較大。 31二、礦井瓦斯涌出2)采空區(qū)瓦斯涌出 一般情況下，采空區(qū)的瓦斯來源于鄰近煤層通過頂?shù)装辶严队咳氲耐咚购筒煽諈^(qū)遺留煤炭放散的瓦斯。 積存在冒落頂板構(gòu)成的孔隙介質(zhì)中的瓦斯，在礦井通風(fēng)形成的采空區(qū)風(fēng)流流場作用下帶入到開采空間，形成所謂的采空區(qū)瓦斯涌出。 影響其大小的主

17、要原因有兩個(gè)方面，即：采空區(qū)中儲積的瓦斯量和采空區(qū)中的風(fēng)流流場。 采空區(qū)中儲積的瓦斯不同于煤層中的瓦斯，它本身具有的瓦斯壓力很小，如果沒有通風(fēng)流場的作用，則主要依靠擴(kuò)散作用向工作面通風(fēng)風(fēng)流中釋放瓦斯，這一過程是緩慢的。32二、礦井瓦斯涌出采空區(qū)瓦斯的涌出在時(shí)間上的變化幅度很小，在每次老頂來壓后，該值都會有小幅度的增加，然后又恢復(fù)到穩(wěn)定的值。對采空區(qū)瓦斯涌出，重點(diǎn)應(yīng)該注意的問題是其空間上的不均勻性，這一點(diǎn)主要是由采空區(qū)流場決定的。 后退式回采的U形通風(fēng)工作面，在其回風(fēng)隅角處容易積聚瓦斯，造成瓦斯?jié)舛瘸蓿３Ｓ绊懮a(chǎn)，這是采空區(qū)流場決定其瓦斯涌出的典型例子。 33二、礦井瓦斯涌出3)采落煤炭瓦斯

18、放散采落煤炭放散的瓦斯主要取決于煤的瓦斯含量、落煤的塊度（即總表面積）及停留在煤礦井下的時(shí)間。 放散過程主要是煤體中吸附瓦斯的解析過程，吸附在煤體孔隙中的瓦斯，由于周圍環(huán)境壓力的降低和游離態(tài)瓦斯的放散逐漸解析出來。落煤放散的瓦斯量占工作面總涌出量的比例有時(shí)也是較高的，以陽泉局三個(gè)采煤工作面瓦斯涌出的分析可以看出，煤壁涌出的瓦斯量是主要的，約占總瓦斯量的60%70%；割煤時(shí)涌出的瓦斯一般不超過20%；落煤涌出的瓦斯約占總量的10%20%。 34二、礦井瓦斯涌出落煤放散的瓦斯量雖然較少，但在一些特殊地點(diǎn)也會形成瓦斯積聚。例如采區(qū)煤倉和井底車場的總煤倉。煤倉為了防止漏風(fēng)通常不允許放空，其中的通風(fēng)狀況

19、不好，處于微風(fēng)或無風(fēng)狀態(tài)，因此落煤放散的瓦斯量雖然少，卻仍然能形成瓦斯積聚。352.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因瓦斯爆炸的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件，即：瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)，一般為5%16%?；旌蠚怏w中氧的濃度不低于12%。有足夠能量的點(diǎn)火源。 以一個(gè)斷面積8m2的煤巷掘進(jìn)工作面為例，若正常通風(fēng)時(shí)期供風(fēng)量為200m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.5%，則工作面絕對瓦斯涌出量為1m3/min。假設(shè)新揭露斷面及距該斷面10m范圍內(nèi)的煤壁涌出的瓦斯占掘進(jìn)工作面總瓦斯涌出量的50%，則如果工作面停止供風(fēng)，該10m范圍內(nèi)平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸下限5%只需要：362.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因瓦斯爆炸下限5%，上限16

20、%是指瓦斯空氣混合氣體爆炸的大致范圍，隨著其它可燃?xì)怏w的混入，瓦斯爆炸范圍會發(fā)生變化，而環(huán)境溫度、壓力及點(diǎn)燃源的能量等都對瓦斯爆炸限有影響，因此，瓦斯爆炸的界限并不是一個(gè)固定不變的常數(shù)。 對于空氣基底不變，有其它可燃?xì)怏w混入時(shí)混合氣體的爆炸限，使用里查特法則計(jì)算： 372.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因當(dāng)有過量惰氣加入或空氣中的氧氣大量消耗時(shí)，混合氣體爆炸限的計(jì)算必須使用爆炸三角形進(jìn)行估算。要找出爆炸三角形的另一頂點(diǎn)E即失爆點(diǎn)(鼻點(diǎn)限)，需求出其相應(yīng)的爆炸界限LTn(橫坐標(biāo))和氧濃度LTO2(縱坐標(biāo))。LTn仍由上式根據(jù)各可燃?xì)怏w的失爆點(diǎn)限求得。 計(jì)算混合氣體失爆點(diǎn)氧濃度LTO2： 382.瓦斯爆炸機(jī)

21、理和事故原因B、C、E分別表示瓦斯爆炸下限、上限和爆炸臨界點(diǎn)時(shí)混合氣體中瓦斯和氧氣的濃度。爆炸下限點(diǎn)B為CH4 5%、O2 19.88%，爆炸上限點(diǎn)C為CH4 16%、O2 17.58%?；烊氲亩栊詺怏w不同，E點(diǎn)的位置也不同，圖中所示是摻入CO2時(shí)的爆炸臨界點(diǎn)CH4 5.96%、O2 12.32%。1區(qū)為瓦斯爆炸危險(xiǎn)區(qū)；2區(qū)是不可能存在的混合氣體區(qū)，因?yàn)椴豢赡芟蚩諝庵屑尤脒^量的氧；3區(qū)是瓦斯?jié)舛炔蛔銋^(qū)；4區(qū)是瓦斯?jié)舛冗^高失爆區(qū)；5區(qū)是貧氧失爆區(qū)。 392.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因可燃混合氣體的燃燒爆炸分為爆燃和爆轟兩種狀態(tài)，爆燃的傳播速度為每秒幾米至幾百米。爆轟的傳播速度超過音速（334m/s）

22、，最高可達(dá)2000m/s。發(fā)生在煤礦井下的瓦斯爆炸屬于較強(qiáng)烈的爆燃，具體的爆炸強(qiáng)度與瓦斯積聚的量、點(diǎn)燃源的強(qiáng)度及爆炸發(fā)展過程中的巷道狀況等都有關(guān)系。 瓦斯爆炸發(fā)生的過程：處于爆炸限內(nèi)的瓦斯空氣混合氣體首先在點(diǎn)火源處被引燃，形成厚度僅有0.010.1mm的火焰層面。該火焰鋒面向未燃的混合氣體中傳播，傳播的速度稱為燃燒速度。瓦斯燃燒產(chǎn)生的熱使燃燒鋒面前方的氣體受到壓縮，產(chǎn)生一個(gè)超前于燃燒鋒面的壓縮波，壓縮波作用于未燃?xì)怏w使其溫度升高，從而使火焰的傳播速度進(jìn)一步增大，這樣就產(chǎn)生壓力更高的壓縮波，從而獲得更高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。層層產(chǎn)生的壓縮波產(chǎn)生疊加，形成具有強(qiáng)烈破壞作用的沖擊波，這就是爆炸。 402.

23、瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因瓦斯爆炸事故的特征任何一次瓦斯爆炸事故的發(fā)生都是偶然性和必然性的統(tǒng)一，沒有那一個(gè)礦長希望或不在意他管理的礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故。 純粹由于自然原因引起的瓦斯爆炸事故在實(shí)際礦井中幾乎是不存在的， 412.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因1）瓦斯爆炸事故的偶然性瓦斯爆炸事故的發(fā)生是井下某地點(diǎn)同時(shí)具備瓦斯爆炸的三要素而產(chǎn)生的，安全規(guī)定條文只是對其中某一方面的限制規(guī)定，因此可能出現(xiàn)：十次違章作業(yè)，九次都沒有發(fā)生事故，但是第十次卻發(fā)生了爆炸。瓦斯爆炸的偶然性往往給煤礦井下的違章找到借口。 認(rèn)為煤礦安全規(guī)程規(guī)定的瓦斯界限太過嚴(yán)格，瓦斯超限一些也不會發(fā)生爆炸事故。但是，恰恰是這種松懈的管理作風(fēng)，使

24、得井下瓦斯分布難以控制。瓦斯爆炸事故的偶然性，它既不應(yīng)該成為煤礦追求產(chǎn)量、效益而忽視安全、違章作業(yè)的借口，也不能成為事故發(fā)生后推卸責(zé)任、逃避懲罰的理由。 422.瓦斯爆炸機(jī)理和事故原因2）瓦斯爆炸事故的必然性 從微觀上看是指局部地點(diǎn)只要具備了瓦斯爆炸的三要素，瓦斯爆炸事故就必然會發(fā)生；從宏觀上看是指一個(gè)忽視安全，瓦斯超限頻繁發(fā)生，安全管理混亂的礦井，必然會發(fā)生瓦斯爆炸等重大事故。 一個(gè)不安全的煤礦企業(yè)是最沒有經(jīng)濟(jì)效益的。一次事故的發(fā)生不僅對傷亡人員的身心和家庭造成巨大的傷害，而且使企業(yè)多年的所謂“效益”甚至整個(gè)礦井毀于一旦。 433.煤與瓦斯突出防治在煤礦井下生產(chǎn)過程中，突然從煤（巖）壁內(nèi)部向

25、外部采掘空間噴出煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）的現(xiàn)象，人們稱之為煤（巖）與瓦斯突出，簡稱瓦斯突出或突出。 一種破壞性極強(qiáng)的動力現(xiàn)象。它常伴有猛烈的聲響和強(qiáng)大的動能，使井巷設(shè)施摧毀，通風(fēng)系統(tǒng)破壞，甚至引起火災(zāi)和瓦斯爆炸的二次事故，更嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致整個(gè)礦井正常生產(chǎn)系統(tǒng)的癱瘓。 443.煤與瓦斯突出防治根據(jù)突出的力學(xué)特征和顯現(xiàn)特點(diǎn)不同，將突出現(xiàn)象分為4類防治煤與瓦斯突出細(xì)則：1煤與瓦斯（二氧化炭）突出 2煤的突然壓出并大量涌出瓦斯（簡稱壓出） 3煤的突然傾出并大量涌出瓦斯（簡稱傾出） 巖石與二氧化炭（瓦斯）突出 453.煤與瓦斯突出防治以突出的煤（巖）量作為劃分依據(jù)。一般分為4種：（1）小型突出：突出強(qiáng)度

26、100噸；（2）中型突出：突出強(qiáng)度100500噸（含100噸）；（3）大型突出：突出強(qiáng)度5001000噸（含500噸）；（4）特大型突出：突出強(qiáng)度1000噸。 463.煤與瓦斯突出防治突出機(jī)理綜合假說 地應(yīng)力、瓦斯和煤的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致煤與瓦斯突出的三個(gè)主要因素。1)煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、高壓瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能等三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，除了地壓和瓦斯壓力外，在煤層中不存在任何其它導(dǎo)致突出的能源； 2)地壓破碎煤體是造成突出的首要原因，而瓦斯則起著拋出煤體和搬運(yùn)煤體的作用，從突出的總能量來說，瓦斯是完成突出的主要能源； 3)煤的強(qiáng)度是形成突出的一個(gè)重要因素，只有當(dāng)煤的強(qiáng)度很低，與圍巖的摩擦力不大時(shí)，地

27、壓造成的變形潛能才能使煤體破碎。 47煤與瓦斯突出預(yù)測 突出危險(xiǎn)性預(yù)測分為區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測（簡稱為區(qū)域預(yù)測）和工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測（包括石門和豎、斜井揭煤工作面，煤巷掘進(jìn)工作面和采煤工作面的突出危險(xiǎn)性預(yù)測，簡稱工作面預(yù)測）。 區(qū)域預(yù)測，把煤層劃分為突出煤層和非突出煤層。突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測后可劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險(xiǎn)區(qū)。在突出危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，工作面進(jìn)行采掘前應(yīng)進(jìn)行工作面預(yù)測。采掘工作面經(jīng)預(yù)測后，可劃分為突出危險(xiǎn)工作面和無突出危險(xiǎn)工作面。 48區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測 預(yù)測煤層突出危險(xiǎn)性的指標(biāo)可用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(biāo)（p）、煤的堅(jiān)固性系數(shù)（）和煤層瓦斯壓力（p），其判斷煤層突出

28、危險(xiǎn)性的臨界值，應(yīng)根據(jù)礦井的實(shí)測資料確定，如無實(shí)測資料時(shí)，可參考下表所列數(shù)據(jù)劃分，只有全部指標(biāo)達(dá)到或超過其臨界值時(shí)方可劃為突出煤層。 煤層突出危險(xiǎn)性 煤的破壞 類型瓦斯的放散初速度p 煤的堅(jiān)固性系數(shù) f煤層瓦斯壓力p (MPa) 突出危險(xiǎn)、100.50.7449區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測建井及開采時(shí)期，突出煤層的區(qū)域預(yù)測主要有瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和綜合指標(biāo)法。1)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法：煤和瓦斯突出預(yù)測的地質(zhì)條件主要有礦井地質(zhì)構(gòu)造、煤體結(jié)構(gòu)、煤層和圍巖3個(gè)方面，構(gòu)造煤是煤和瓦斯突出的必要條件。對煤層瓦斯分布規(guī)律和煤與瓦斯突出地質(zhì)規(guī)律的研究，形成了“瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論” 。 50區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測2)綜合指標(biāo)法 ：由于煤和瓦

29、斯突出原因的復(fù)雜性和影響因素的多樣性，突出預(yù)測沒有一種絕對敏感的指標(biāo)，多種指標(biāo)的綜合應(yīng)用往往有更好的預(yù)測效果。綜合指標(biāo)法克服了單項(xiàng)指標(biāo)的片面性，能更好地反映發(fā)生突出的多因素特點(diǎn)，采用綜合指標(biāo)法對煤層進(jìn)行區(qū)域預(yù)測的方法是：（1）在巖石工作面向突出煤層至少打兩個(gè)測壓鉆孔，測定煤層瓦斯壓力；（2）在打測壓孔過程中，每米煤孔采取一個(gè)煤樣，測定煤的堅(jiān)固性系數(shù)（）；（3）將兩個(gè)測壓孔所得的堅(jiān)固性系數(shù)最小值加以平均作為煤層軟分層的平均堅(jiān)固性系數(shù)；（4）將堅(jiān)固性系數(shù)最小的兩個(gè)煤樣混合，測定煤的瓦斯放散初速度（p）。煤層區(qū)域性突出危險(xiǎn)性，按下列兩個(gè)綜合指標(biāo)判斷： D=(0.075H-3)(p-0.74) ， K

30、p 51區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測綜合指標(biāo)D、K的突出臨界指標(biāo)值應(yīng)根據(jù)本礦區(qū)實(shí)測數(shù)據(jù)確定，如無實(shí)測資料，可參照下表所列的臨界值確定區(qū)域突出危險(xiǎn)性。 煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)D煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K無 煙 煤其 它 煤 種0.25201552工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測 在突出煤層的構(gòu)造破壞帶，包括斷層、褶曲、火成巖侵入等；在煤層賦存條件急劇變化和采掘應(yīng)力迭加的區(qū)域；在工作面預(yù)測過程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動力現(xiàn)象或工作面出現(xiàn)明顯突出預(yù)兆時(shí)，應(yīng)視為突出危險(xiǎn)工作面。 綜合指標(biāo)法、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法是兩種主要的方法。 53區(qū)域性防治突出措施 （一）開采保護(hù)層 開采煤層群時(shí)必須首先開采保護(hù)層。開采保護(hù)層后，在被保護(hù)層中受到

31、保護(hù)的地區(qū)按無突出煤層進(jìn)行采掘工作；在未受到保護(hù)的地區(qū)，必須采取防治突出措施。 （二） 預(yù)抽煤層瓦斯 一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量每分鐘大于5m3時(shí)，或一個(gè)掘進(jìn)工作面每分鐘大于3m3，采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理時(shí)，應(yīng)采取抽放瓦斯措施 。采用預(yù)抽煤層瓦斯防治突出措施時(shí)，鉆孔封堵必須嚴(yán)密。穿層鉆孔的封孔深度應(yīng)不小于3m，沿層鉆孔的封孔深度應(yīng)不小5m。鉆孔孔口抽放負(fù)壓不應(yīng)小13kPa，并應(yīng)使波動范圍盡可能的降低。 54局部防治突出措施 石門揭穿突出煤層：在揭穿突出煤層時(shí)，為防治突出應(yīng)按順序進(jìn)行：探明石門（或揭煤巷道）工作面和煤層的相對位置；在揭煤地點(diǎn)測定煤層瓦斯壓力或預(yù)測石門工作面突出危險(xiǎn)性；預(yù)測有突出危險(xiǎn)時(shí)，采取防治突出措施；實(shí)施防突