第二三節(jié)礦井瓦斯與防治及煤與瓦斯突出防治演示文稿

第二三節(jié)礦井瓦斯與防治及煤與瓦斯突出防治演示文稿1目前一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點優(yōu)選第二三節(jié)礦井瓦斯與防治及煤與瓦斯突出防治目前二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點32.2礦井瓦斯的生成及賦存2.2.1煤層瓦斯的生成

煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物在成煤過程中生成的，主要可以劃分為兩個生成階段第一階段：生物化學(xué)成氣時期

在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機(jī)物在隔絕外部氧氣進(jìn)入和溫度不超過65℃的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。目前三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點4第二階段：煤化變質(zhì)作用時期隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤并進(jìn)人變質(zhì)作用時期，有機(jī)物在高溫、高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要為CH4和CO22.2.2煤層瓦斯賦存1瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài)游離瓦斯：以自由氣體形式存在；吸附瓦斯：分為吸著狀態(tài)與吸收狀態(tài)；在現(xiàn)今開采深度內(nèi)，煤層內(nèi)的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10％左右目前四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點52、煤層瓦斯垂向分帶：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，使煤層瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征表9-1煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分

氣帶名稱（從上往下）氣帶成因瓦斯成分％N2CO2CH4CO2－N2

生物化學(xué)－空氣20～8020～80<10N2空氣成因>80<10~20<20N2-CH4變質(zhì)成因20~80<10~2020~80CH4變質(zhì)成因<20<10>80目前五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點6瓦斯風(fēng)化帶：“CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三帶統(tǒng)稱瓦斯風(fēng)化帶。瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)的井、區(qū)為低瓦斯井、區(qū)。甲烷帶：位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的瓦斯帶。甲烷帶內(nèi)煤層瓦斯壓力、含量隨埋藏深度的增加而增長，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯噴出和煤與瓦斯突出。3、煤的孔隙特征煤的孔隙分類：微孔：直徑<0.01μm，構(gòu)成煤中的吸附容積小孔：直徑＝0.01μm～0.1μm，構(gòu)成毛細(xì)管凝結(jié)和瓦斯擴(kuò)散空間中孔：直徑＝0.1μm～1.0μm，構(gòu)成緩慢的層流滲透區(qū)間大孔：直徑＝1.0μm～100μm，構(gòu)成強烈的層流滲透區(qū)間可見孔及裂隙：直徑>100μm，構(gòu)成層流及紊流混合滲透的區(qū)間滲透容積：小孔至可見孔的孔隙體積之和煤的孔隙率：吸附容積與滲透容積之和稱為總孔隙體積，總孔隙體積占煤的體積的百分比成為煤的孔隙率目前六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點74、煤層瓦斯壓力概念：煤層裂隙和孔隙內(nèi)由于氣體分子熱運動撞擊所產(chǎn)生的作用力意義：煤層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)測量原理：打一穿透待測煤層(或直接打在煤層中)的鉆孔，插入一根測壓管(5mm一12mm的銅管或10mm～13mm的鍍鋅鐵管)后再把鉆孔封堵好，在測壓管的外端接上壓力表，待壓力穩(wěn)定后就可以讀取瓦斯壓力值目前七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點85、煤層瓦斯含量1）概念：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)，包括游離瓦斯和吸附瓦斯兩部分2）影響因素煤巖結(jié)構(gòu)(如透氣性)和物理化學(xué)特性(如吸附性能)；成煤后的地質(zhì)運動和地質(zhì)構(gòu)造；煤層的賦存條件。目前八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點92.3礦井瓦斯涌出2.3.1煤層瓦斯流動的基本規(guī)律

煤層與圍巖屬于孔隙－裂隙結(jié)構(gòu)體，不同煤層和巖層的孔隙、裂隙尺寸、結(jié)構(gòu)形式以及發(fā)育程度等的差別式很大，并且對地應(yīng)力的作用很敏感。1、煤層瓦斯流場分類概念：煤層內(nèi)瓦斯流動的空間稱為煤層瓦斯流場，在流場內(nèi)瓦斯具有流向、流速和壓力梯度和濃度梯度目前九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點101）按流場的流向分類：單向流場：在x、y、z三維空間中，只有一個方向有流速；徑向流場：在x、y、z三維空間中，在兩個方向有分速度，可以用柱坐標(biāo)系描述；球向流場：在x、y、z三維空間中，三個方向都有分速度，可以用球坐標(biāo)系描述。2）按流場的穩(wěn)定性分類：定常流場：流場中任何一點的流速、流向和瓦斯壓力均不隨時間變化。非定常流場；流場中的流速、流向或瓦斯壓力中至少有一參數(shù)隨時間變化。2、擴(kuò)散流與滲透流瓦斯在孔隙－裂隙內(nèi)的運移基本上可以分為兩類：1）擴(kuò)散流動：瓦斯在小孔（<1μm）和微孔（<0.1μm）內(nèi)的運移主要為擴(kuò)散運動，瓦斯在濃度梯度驅(qū)動下從高濃度向的濃度的方向運移，可以用菲克定律描述：

目前十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點11

ux＝在x方向上的擴(kuò)散流的速度（m/s）D＝擴(kuò)散系數(shù)（m2/s但更多用的是cm2/s）c＝特定氣體的濃度（m3/m3煤）2）滲透流動瓦斯在中孔（>1μm）以上的孔隙或裂隙中的運移，可能有兩種形式：層流和紊流層流：層流又可以分為線性層流和非線性層流線性層流：Re<1~10，粘滯力占優(yōu)勢，符合達(dá)西定律非線性層流：Re<10~100，服從非線性滲透定律紊流：Re>100，慣性力占優(yōu)勢，流動阻力與流速的平方成正比。目前十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點12達(dá)西定律：流體的流速與其壓力梯度成正比，即u＝瓦斯流速（m/s）

k＝滲透率（m2） ＝動態(tài)粘滯度（Pa·m） ＝氣壓梯度（Pa/m）2.3.2瓦斯涌出量及主要影響因素礦井瓦斯涌出量是指在礦井生產(chǎn)建設(shè)過程中涌進(jìn)巷道或管道的瓦斯量。其表達(dá)的方法有兩種：絕對瓦斯涌出量——單位時間內(nèi)涌入巷道的瓦斯量，以體積表示，單位為m3/min或m3/d；相對瓦斯涌出量——每采一噸煤平均涌出的瓦斯量，單位是m3/t。兩者的關(guān)系為：目前十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點13

qe——相對瓦斯涌出量，m3/t；qa——絕對瓦斯涌出量，m3/d；A——單位時間內(nèi)采掘地區(qū)的產(chǎn)煤量，t/d。

影響瓦斯涌出量的因素主要有：

1)煤層和圍巖的瓦斯含量在甲烷帶內(nèi)，開采越深、規(guī)模越大，絕對、相對瓦斯涌出量越高。

2)開采順序與回采方法先開采的煤層或分層，其相對瓦斯涌出量大，后開采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面開始回采初期瓦斯涌出量小，當(dāng)頂板第一次冒落以后，由于圍巖及鄰近層的瓦斯涌入開采層，所以涌出量增加。目前十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點143)生產(chǎn)工藝過程從暴露面采落煤炭和鉆孔涌出的瓦斯量，一般都是隨著時間的增長而逐漸下降。所以，落煤時瓦斯涌出量總是大于其它工序，老頂來壓冒落時涌出量高于其它時期。落煤時瓦斯涌出量與煤的瓦斯含量、落煤速度、煤的粉碎程度等有關(guān)。風(fēng)鎬落煤時，瓦斯涌出量可增大1.1～1.3倍，打眼放炮時1.4～2.0倍，采煤機(jī)采煤時，1.3～1.6倍，水槍落煤時，2～4倍等，其增加的倍數(shù)與工作面瓦斯來源的構(gòu)成有關(guān)。開采單一中厚煤層，落煤時增加的倍數(shù)比開采有鄰近層的煤層要大些。目前十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點154)通風(fēng)壓力與通風(fēng)系統(tǒng)

抽出式通風(fēng)負(fù)壓增加時，瓦斯涌出量增大。

U型通風(fēng)系統(tǒng)的回采工作面，其上隅角容易聚積瓦斯。采用U型加尾巷的通風(fēng)系統(tǒng)，瓦斯聚積點移至采空區(qū)內(nèi)的尾巷入風(fēng)口。Y形與W型通風(fēng)系統(tǒng)由于采空區(qū)內(nèi)有漏風(fēng)通道，采空區(qū)與鄰近層涌出的瓦斯很少會涌入工作面，加之進(jìn)風(fēng)多了一條風(fēng)路，工作面的瓦斯?jié)舛容^低，適用于高瓦斯高產(chǎn)要求。目前十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點162.3.3瓦斯涌出不均系數(shù)

在正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響，其數(shù)值在一段時間內(nèi)圍繞平均值上下波動，我們把其峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。在確定礦井總風(fēng)量選取風(fēng)量備用系數(shù)時，要考慮礦井瓦斯涌出不均系數(shù)。礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：

kg—給定時間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)；

Qmax——該時間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3／min；

Qa——該時間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3／min。任何礦井的瓦斯涌出在時間上與空間上都是不均勻的。在生產(chǎn)過程中要有針對性地采取措施，使瓦斯涌出比較均勻穩(wěn)定。例如盡可能均衡生產(chǎn)，錯開相鄰工作面的落煤、放頂時間等。目前十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點172.3.4礦井瓦斯等級1、礦井瓦斯等級劃分

《規(guī)程》規(guī)定：一個礦井中，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)噸煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式分為：(一）低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。（二）高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。（三）煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井。煤與瓦斯突出礦井:礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即為突出礦井煤層定為突出煤層。截止1991年的統(tǒng)計，我國有334個產(chǎn)煤礦區(qū)，1982處國有煤礦。其中高瓦斯礦區(qū)149個，低瓦斯礦區(qū)185個，有煤與瓦斯突出和煤巖與二氧化碳突出礦區(qū)79個，高瓦斯礦井825處，低瓦斯礦井1157處。

目前十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點182、礦井瓦斯等級鑒定

新礦井設(shè)計前，地質(zhì)勘探部門根據(jù)各煤層的瓦斯含量資料，預(yù)測礦井瓦斯等級，作為算風(fēng)量的依據(jù)。生產(chǎn)礦井每年必須進(jìn)行礦井瓦斯等級的鑒定工作，同時還應(yīng)進(jìn)行礦井二氧化碳涌出量的測定，作為核定和調(diào)整風(fēng)量的依據(jù)。

1)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。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇礦井絕對瓦斯涌出量較大的月份進(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％。測定前必須做好組織分工和儀表校正等準(zhǔn)備工作。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做測點。目前十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點19

測定內(nèi)容為風(fēng)量和風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?。如果進(jìn)風(fēng)流中含有瓦斯時，還應(yīng)在進(jìn)風(fēng)流中測風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?。進(jìn)、回風(fēng)流的瓦斯涌出量之差，就是鑒定地區(qū)的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的礦井，在鑒定月內(nèi)應(yīng)在相應(yīng)的地區(qū)測定抽出的瓦斯量，礦井瓦斯等級劃分時，必須包括抽放的瓦斯量。每一測定班的測定時間應(yīng)選在生產(chǎn)正常時刻，并盡可能在同一時刻進(jìn)行測定工作。

3)礦井瓦斯等級的確定礦井瓦斯等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)。目前十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點202.4礦井瓦斯噴出及其預(yù)防2.4.1概念：瓦斯噴出是指大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。它是瓦斯特殊涌出中的一種形式。2.4.2特點：是瓦斯在短時間內(nèi)從煤、巖層的某一特定地點突然涌向采礦空間，而且涌出量可能很大，風(fēng)流中的瓦斯突然增加。由于噴出瓦斯在時間上的突然性和空間上的集中性，可能導(dǎo)致噴出地點人員的窒息、高濃度瓦斯在流動過程中遇高溫?zé)嵩从锌赡馨l(fā)生爆炸、有時強大的噴出還可以產(chǎn)生動力效應(yīng)并導(dǎo)致破壞作用。目前二十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點212.4.3瓦斯噴出的分類：

瓦斯噴出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙內(nèi)，積存著大量高壓游離瓦斯，當(dāng)采掘工作接近或溝通這樣的地區(qū)時，高壓瓦斯就能沿裂隙突然噴出，如同噴泉一樣。根據(jù)噴瓦斯裂縫呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成地質(zhì)來源和采掘卸壓形成的兩大類。1、地質(zhì)來源例如，四川中梁山煤礦南井在+390水平茅口石灰?guī)r中掘進(jìn)運輸大巷時，當(dāng)掘進(jìn)工作接近一處積聚著大量游離瓦斯的溶洞時，放炮時與連通溶洞的裂隙(兩條各寬10～100mm)溝通引發(fā)了瓦斯噴出。當(dāng)時，隨炮聲響起一轟鳴聲，像壓氣管破裂似地從裂縫中大量噴出瓦斯(甲烷)，“霧”氣彌漫，充滿整個回風(fēng)巷，兩小時后測得瓦斯流量為486m3／min，噴出時間持續(xù)兩周，共噴出瓦斯3.6×105m3。目前二十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點222、采掘卸壓如南桐煤礦三號層(層厚0.4m，傾角27°，距地表310m)0307工作面回采了346m2時出現(xiàn)瓦斯涌出的“嘶嘶”聲，隨后出現(xiàn)底板破裂，裂縫寬達(dá)100mm，底板上鼓最高達(dá)0.6m，支柱折斷，瓦斯突然大量噴出。噴出的瓦斯使供風(fēng)量為200m3／min的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)距離達(dá)180m，瓦斯?jié)舛仍?0％以上，估計初期的瓦斯噴出量為500m3／min，4小時后為26m3／min，噴出持續(xù)109小時，總噴出量為75100m3。這是典型的由卸壓產(chǎn)生裂隙及原有構(gòu)造裂隙張開，形成卸壓瓦斯噴出的通道而引發(fā)的瓦斯噴出。

噴出的瓦斯量和持續(xù)時間，決定于積存的瓦斯量和瓦斯壓力，從幾m’到幾十萬m’，幾分鐘到幾年，甚至幾十年。

瓦斯噴出的預(yù)兆，如風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍黾樱蚝龃蠛鲂?，嘶嘶的噴出聲，頂?shù)装鍋韷旱霓Z鳴聲，煤層變濕、變軟等。目前二十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點232.4.4瓦速噴出的防治1、原始洞縫中瓦斯噴出的防治1)加強地質(zhì)工作。施工前一定要通過前探鉆孔探明采掘區(qū)域與巖巷(井)前方的地質(zhì)構(gòu)造，溶洞裂縫的位置分布以及瓦斯的儲量。預(yù)先制訂好防治噴出的設(shè)計與安全措施。

2)利用封堵、引排、抽放等綜合方法處理瓦斯。如果通風(fēng)的方法解決不了噴出的瓦斯，則可用罩子或其它設(shè)施將噴出裂隙封蓋好，并利用管路把瓦斯引排到回風(fēng)巷或地面。或設(shè)置引排罩，利用管路將瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩時，可以打鉆孔抽放。當(dāng)瓦斯噴出十分強烈不能采用上述方法時，必須把噴出瓦斯巷道密閉。

3)搞好通風(fēng)和嚴(yán)格瓦斯檢查制度、防止瓦斯超限。目前二十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點24目前二十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點252、采掘地壓形成裂縫中瓦斯噴出的防治

開采近距離煤層時，必須防止被解放層初期卸壓的瓦斯突然涌入解放層的采掘工作面。

1)搞好地質(zhì)工作，掌握層間巖石性質(zhì)與厚度的變化，了解鄰近層的瓦斯壓力和瓦斯含量，地壓的大小等。

2)根據(jù)初期卸壓面積計算卸壓瓦斯量。確定預(yù)排初期卸壓瓦斯鉆孔的數(shù)量及孔位。盡可能提高抽放瓦斯負(fù)壓，以求增大預(yù)排瓦斯量。

3)加強職工安全教育，人人掌握瓦斯噴出預(yù)兆，配備隔絕式自救器，熟悉避災(zāi)路線

4)搞好頂板管理，加強支架質(zhì)量檢查，必要時采取人工卸壓措施，以防大面積突然卸壓。

5)搞好工作面通風(fēng)，加強瓦斯檢查，掌握瓦斯涌出動態(tài)與抽放動態(tài)，以便預(yù)報瓦斯噴出。目前二十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點26目前二十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點272.5煤與瓦斯突出及其預(yù)防2.5.1煤礦井下動力現(xiàn)象及分類

1、煤礦井下的動力現(xiàn)象，指的是發(fā)生在巷道周圍的一切具有運動和聲響特征的現(xiàn)象。

2、任何一種井下動力現(xiàn)象的發(fā)生都離不開“力”和“介質(zhì)”。因此，對井下動力現(xiàn)象的分類應(yīng)該從“力”和“介質(zhì)”兩個方面進(jìn)行。

目前二十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點283、動力現(xiàn)象分類的結(jié)果目前二十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點29煤與瓦斯突出實例及分析煤與瓦斯突出在采掘過程中，突然從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘空間噴出煤巖和瓦斯的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出，簡稱突出。自行沖破巖柱突出實例目前二十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點30煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點31煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點32煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點33煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點34煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點35煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點36煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點37煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點38煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點39煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t目前三十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點大平煤礦“10.20”特大瓦斯事故

技術(shù)分析圖示目前四十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點22時09分53秒～22時12分26秒瓦斯0.1%到40%以上.大平煤礦“10.20”事故瓦斯突出及擴(kuò)散過程演示22時29分~22時39分瓦斯1.29%到7.3%.22時34分~22時36分,瓦斯2.48%到4%.目前四十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點目前四十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點大平煤礦“10.20”瓦斯爆炸傳播過程演示目前四十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點442.5.2煤與瓦斯突出的概念：

指煤與瓦斯在一個很短的時間內(nèi)突然地連續(xù)地自煤壁暴露面拋向巷道空間所引起的動力現(xiàn)象。煤與瓦斯突出是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一2.5.3突出的基本特征：(1)拋出的固體物具有明顯的氣體搬運特征。在突出現(xiàn)場可以看到突出的煤和巖塊從突出口搬至較遠(yuǎn)的地方，甚至拐了幾個彎；煤、巖塊的堆積角度小于自然安息角；堆積物中大的顆粒落在近處和下部，小的顆粒飄到遠(yuǎn)處并覆蓋在突出物的上方，這種現(xiàn)象也稱為分選性堆積。(2)突出物中呈現(xiàn)出明顯的高壓氣體爆炸的特征。軟煤被拋出后，由于其中的高壓氣體迅速膨脹，破碎煤體，因而突出物中含有大量的極細(xì)的粉塵。有時候突出過程還對拋出的軟煤進(jìn)行了重新固結(jié)和搗實，需要鎬刨才能運走。目前四十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點45(3)突出的孔洞具有一些特殊的形狀。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的軸線往往沿煤層傾斜方向延伸或與傾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的長度約為幾米到幾十米。有時候則看不到突出孔洞，拋出煤體的地方充滿了松散的碎煤。

(4)突出過程中伴隨有大量的瓦斯涌出。在突出過程中，拋出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。當(dāng)涌出的瓦斯量十分大時，瓦斯會逆著礦井的風(fēng)流而行達(dá)到幾十米，甚至幾百米、上千米，嚴(yán)重地破壞礦井的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)施。

目前四十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點462.5.4突出概況

1834年3月22日，法國伊薩克礦井發(fā)生了世界上第一次有記載的突出。支架工架棚子時，發(fā)現(xiàn)煤壁外移，三個工人立即撤離，但煤炭沖入巷道13m，巷道煤塵彌漫，一人被煤流埋沒，一人窒息犧牲，一人幸免于難。

迄今為止，世界各主要產(chǎn)煤國家都發(fā)生過煤和瓦斯突出現(xiàn)象。世界上最大的一次煤與瓦斯突出發(fā)生在1969年7月13日蘇聯(lián)加加林礦，在710m水平主石門揭穿厚僅1.03m煤層時，發(fā)生了這次突出，突出煤14000t，瓦斯25萬m3：。

我國記載的第一次突出是1950年吉林省遼源礦務(wù)局富國西二坑，在垂深280m煤巷掘進(jìn)時突出。目前我國突出礦井達(dá)到200多個，突出次數(shù)一萬多次。最大突出強度為12780t，噴出瓦斯120萬m3，它是1975年8月8日在天府礦務(wù)局三匯壩一礦主平峒放震動炮揭穿6號煤層時發(fā)生的。目前四十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點472.5.5突出的機(jī)理

解釋突出原因和突出過程的理論稱為突出機(jī)理。突出是個很復(fù)雜的動力現(xiàn)象，至今巳提出許多假說，概括起來有三大類：1）瓦斯作用說。認(rèn)為煤內(nèi)存儲的瓦斯在突出中起著主要的作用2）地應(yīng)力說。認(rèn)為突出主要是地應(yīng)力作用的結(jié)果，3）綜合說。認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的結(jié)構(gòu)性能綜合作用的結(jié)果，國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者擁護(hù)綜合說。目前四十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點482.5.6瓦斯突出的一般規(guī)律1）突出發(fā)生在一定深度上。隨著深度增加，突出的危險性增加，這表現(xiàn)為突出次數(shù)增多、突出強度增大、突出煤層數(shù)增加，突出危險區(qū)域擴(kuò)大。2）突出次數(shù)和強度，隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。3）突出的氣體主要是甲烷，個別礦區(qū)突出氣體是CO2突出危險煤層開采時的相對瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出發(fā)生在高瓦斯礦。同一煤層，瓦斯壓力越高，突出危險性越大。不同煤層，瓦斯壓力與突出危險性之間無直接關(guān)系。（突出與瓦斯、應(yīng)力、煤結(jié)構(gòu)強度等因素有關(guān)），突出的瓦斯壓力一般要在600kPa以上。目前四十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點494）突出煤層的特點是煤的力學(xué)強度低、變化大，透氣系數(shù)小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，濕度小，層理紊亂，遭地質(zhì)構(gòu)造力嚴(yán)重破壞的“構(gòu)造煤”。

5）煤自重的影響。突出的次數(shù)有隨著煤層傾角的增大而增加的趨勢。6）突出危險區(qū)呈帶狀分布。突出與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系。目前四十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點507）絕大多數(shù)突出發(fā)生在落煤時，尤其在爆破時。其中放炮誘導(dǎo)突出作用最強，此外，水力沖刷，風(fēng)鎬落煤,手鎬落煤都引起過突出。8）大多數(shù)突出都有預(yù)兆

地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆：煤炮聲，支架聲響，巖煤開裂，掉碴，底鼓，煤巖自行剝落，煤壁顫動，鉆孔變形，垮孔頂鉆，夾鉆桿，鉆機(jī)過負(fù)荷等瓦斯涌出方面的預(yù)兆：瓦斯涌出異常，瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?，煤塵增大，氣溫、氣味異常，打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、風(fēng)聲、蜂鳴聲等煤層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面的預(yù)兆，層理紊亂，煤強度松軟或不均勻，煤暗淡無光澤，煤厚增大，傾角變陡，擠壓褶曲，波狀隆起，煤體干燥，頂?shù)装咫A梯凸起，斷層等。9）突出危險性隨著硬而厚的圍巖(硅質(zhì)灰?guī)r、砂巖等)，存在而增高。目前五十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點512.5.7預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施1、開采有突出危險的礦井，必須采取防治突出的措施。防突措施可以分為兩大類：1)區(qū)域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施；2)局部性防突措施：實施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險性的措施。防治突出技術(shù)歸納為“四位一體”的綜合性防突措施：突出危險性預(yù)測；防治突出措施；防突措施的效果檢驗安全防護(hù)措施。目前五十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點522、區(qū)域性防突1）開采保護(hù)層

在突出礦井中，預(yù)先開采的、并能使其他相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護(hù)層，后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫下保護(hù)層。目前五十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點53①開采保護(hù)層的作用

現(xiàn)以天府南井2號層(保護(hù)層)開采后，有突出危險的9號層內(nèi)與突出有關(guān)的若干參數(shù)的變化，來說明保護(hù)層的作用。從上圖可見，保護(hù)層(2號層)采到距離測點0m處時，被保護(hù)層(9號層)已經(jīng)開始膨脹，接著是透氣系數(shù)增大。采過測點20m后，瓦斯流量開始上升，采過40m后的瓦斯壓力開始下降，并穩(wěn)定地保持很長時間。保護(hù)層開采后，由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r石冒落，移動，引起開采煤層周圍應(yīng)力的重新分布，采空區(qū)上、下形成應(yīng)力降低(卸壓)區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)的未開采煤層將發(fā)生下述變化：a.地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。b.煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)層的采空區(qū)內(nèi)；瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。據(jù)測定，開采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。目前五十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點54②保護(hù)范圍

保護(hù)范圍是指保護(hù)層開采后，在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。它受地質(zhì)采礦因素影響，各礦根據(jù)實際考察研究確定這個范圍。也可以參考以下資料a.保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距：b.傾斜方向的保護(hù)范圍。保護(hù)層開采以后，巖層沿傾斜方向的移動是沿著最大下沉角θ0方向發(fā)展的，所以傾斜方向的保護(hù)范圍應(yīng)以最大下沉角的斜線為基準(zhǔn)，即以最大下沉角θ0的斜線為基準(zhǔn)線向內(nèi)偏一個角度γ。目前五十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點552）預(yù)抽煤層瓦斯預(yù)抽煤層瓦斯是指，通過一定時間的預(yù)先抽放瓦斯，降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強度提高等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。目前五十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點563、局部防突措施大型突出往往發(fā)生于石門揭開突出危險煤層時。所以石門揭開突出危險煤層，以及有突出傾向的建設(shè)礦井或突出礦井開拓新水平時，井巷揭開所有這類煤層都必須采取防治突出的措施，并編制專門設(shè)計。（1）松動爆破：在進(jìn)行普通放炮時，同時爆破幾個7—10m以上的深炮孔，使深部煤體破裂與松動，應(yīng)力集中帶和高壓瓦斯帶移向深部，以便在工作面前方造成較長的卸壓和排放瓦斯區(qū)，從而預(yù)防突出的發(fā)生。（2）鉆孔排放瓦斯：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進(jìn)行采掘工作。鉆孔數(shù)和鉆孔布置應(yīng)根據(jù)斷面和鉆孔排放半徑的大小來確定，每m2斷面不得少于3.5～4.5孔。(3)水力沖孔:水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護(hù)下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道周圍煤體的移動變形，應(yīng)力重新分布，擴(kuò)大卸壓范圍。目前五十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點57(5)超前鉆孔:在煤巷掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部。(6)超前支架:多用于有突出危險的急傾斜煤層、厚煤層的煤層平巷掘進(jìn)時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)致突出，在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩(wěn)定性。(7)卸壓槽:預(yù)先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，掘進(jìn)時保持一定的超前距就可避免突出或沖擊地壓的發(fā)生。(8)震動放炮：震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出發(fā)生在沒有人員在場和采取了預(yù)防瓦斯、煤塵爆炸措施的情況下。目前五十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點582.6礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防

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)。有時還會引起煤塵爆炸和井下火災(zāi)，從而加重了災(zāi)害，使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)。1942年日本霸占我國東北時期，在本溪煤礦由電氣火花引起的瓦斯爆炸和煤塵爆炸，共有1549人死亡。

2000年貴州木沖溝“9·27”1622004年河南大平“10·20”1482004年陜西陳家山“11.28”1662005年遼寧孫家灣“2·14”214

目前五十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點592.6.1瓦斯爆炸過程及其機(jī)理1、瓦斯爆炸的總包化學(xué)反應(yīng)式瓦斯爆炸是甲烷和空氣組成的爆炸性混合氣體在火源誘發(fā)下發(fā)生迅猛的氧化反應(yīng)并伴隨有強烈力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)象。其方程式概括為：從上式知，混合氣體中的氧與甲烷都全部燃盡時，一個體積的甲烷要同二個體積的氧氣化合，也就是要同2+7.52=2.52個體積的空氣化合。這時甲烷在混合氣體中的濃度為1/(1+2.52)×100％＝2.5％；這一濃度是理論上爆炸最猛烈的濃度。1摩爾的甲烷爆炸后將產(chǎn)生882.6kJ的熱量。lkg碳?xì)浠衔锵喈?dāng)于4kg梯恩梯炸藥。目前五十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點602、

引燃甲烷—空氣混合物的感應(yīng)期烴類氧化有感應(yīng)期，感應(yīng)期之后是一快速反應(yīng)。從接觸引火源起到烴類——空氣混合物轉(zhuǎn)為快速燃燒爆炸的時間間隔稱為感應(yīng)期。隨著引火源溫度的升高和甲烷濃度的下降，感應(yīng)期將縮短。目前六十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點61

在甲烷同系物(甲烷、乙烷、丙烷等)與空氣混合的爆炸性氣體中，以甲烷的感應(yīng)期最長，其它氣體則較短。因此，在甲烷—空氣混合物中混有乙烷時，感應(yīng)期縮短。礦用安全炸藥正是利用了烷—空混合氣體存在感應(yīng)期的特性。在感應(yīng)期間內(nèi)，保證安全炸藥爆破時的高溫產(chǎn)物能夠冷卻，不致于使烷—空混合氣體達(dá)到引火爆炸的溫度。其原理是，在礦用安全炸藥中加入了一定數(shù)量的消焰劑。消焰劑有兩個作用，一是它的熱容量較大，可以吸收一部分爆熱從而降低爆溫、減少火焰存在的時間，二是它對甲烷的氧化燃燒反應(yīng)起負(fù)催化作用，可以破壞甲烷氧化燃燒鏈鎖反應(yīng)的活化中心，阻止烷—空混合氣體的爆炸。在消焰劑的這兩個作用中，負(fù)催化作用是主要的。目前六十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點623、

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論

化學(xué)反應(yīng)式僅表示一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的最終結(jié)果，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論卻能夠?qū)淄楸ǖ膶嶋H反應(yīng)過程與機(jī)理作出解釋。

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論認(rèn)為甲烷爆炸是反應(yīng)物分子首先離解成一些自由基(自由原子或自由原子團(tuán))，自由基具有很大的化學(xué)活性，能成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心，經(jīng)過一系列鏈鎖反應(yīng)步驟后完成整個反應(yīng)。鏈起始：分子離解成自由基鏈傳遞：某自由基與某分子作用生成另一自由基鏈分支：該步驟每消耗一個自由基可生成兩個自由基鏈破壞：自由基變成分子如果在連鎖反應(yīng)過程中鏈分支反應(yīng)增多，自由基數(shù)目成倍增長，反應(yīng)鏈的數(shù)目增加，反應(yīng)速度迅速增加(即同時參與反應(yīng)的甲烷分子增多)，短時間內(nèi)將釋放出大量的能量，如此循環(huán)下去，將使反應(yīng)加速到爆炸速度。目前六十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點63較低溫度下，甲烷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的基元反應(yīng)方程組：CH4+O2·CH3·+HO2·（1）鏈引發(fā)CH3·+O2

CH2O+OH·（2）OH·+CH4H2O+CH3·（3）鏈傳遞OH·+CH2OH2O+HCO·（4）CH20+O2HO2·+HCO·（5）鏈分支HCO·+O2CO+HO2·（6）HO2·+CH4H2O2+HCO·（7）鏈傳遞HO2·+CH2OH2O2+HCO·（8）OH·器壁（9）CH2O·

器壁（10）鏈中止目前六十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點64加熱法與光化法都可以使鏈起始，后者是指短波光線的照射引起分子離解。在礦井內(nèi)，高溫?zé)嵩磁c火源加熱是常見的起鏈方法。為了起鏈需要消耗一定的活化能。在甲烷氣體爆炸的過程中，產(chǎn)生的自由基有[CH3]、[H]、[CH2O]、[OH]、[O]等，在甲烷爆炸的過程它們都是轉(zhuǎn)瞬即熄中間產(chǎn)物，并且在這一過程中，這些中間產(chǎn)物增多或減少影響著爆炸過程的發(fā)展。如在含甲烷的空氣中加入惰性的，吸熱降溫的物質(zhì)，或能夠同自由基結(jié)合形成分子的物質(zhì)，就能起到鏈終止的效果，使含甲烷氣體不爆炸或爆炸威力降低。如在含甲烷的空氣中加入4.2%的一溴三氟甲烷CF3Br（哈龍1301）能防止甲烷爆炸，就是由于它可以捕獲自由基。目前六十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點652.6.2瓦斯爆炸的傳播及后果1、瓦斯爆炸的傳播爆炸可以分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸物理性爆炸：物質(zhì)因狀態(tài)和壓力發(fā)生突然變化而形成的爆炸，如鍋爐爆炸、液化氣體超壓爆炸等化學(xué)性爆炸：物質(zhì)發(fā)生迅速的化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸。瓦斯爆炸屬于化學(xué)性爆炸。火焰鋒面：在可爆炸甲烷濃度的混合氣體中出現(xiàn)了點火源，則此氣體就會在火源點被點燃形成最初火焰(人們稱這一點為爆源)，在大氣壓條件下，該火焰厚度非常薄，僅0.1—0.01mm，它是一個燃燒帶并在烷空氣體中傳播。燃燒速度：火焰鋒面相對于未燃混合氣體的傳播速度叫做燃燒速度。目前六十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點66瓦斯爆炸根據(jù)爆炸傳播速度可分為以下三類：爆燃——傳播速度為每秒數(shù)十厘米至數(shù)米，爆炸——傳播速度為每秒數(shù)十米至數(shù)百米，爆轟——傳播速度超過聲速，可達(dá)每秒數(shù)千米。沖擊波：火焰鋒面后的爆炸產(chǎn)物具有很高的溫度，由于熱量集中而使爆源氣體產(chǎn)生高溫和高壓并急劇膨脹而形成沖擊波。如果巷道頂板附近或冒落孔內(nèi)積存著瓦斯，或者巷道中有沉落的煤塵，在沖擊波的作用下，它們就能均勻分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸過程得以繼續(xù)下去。爆炸時由于爆源附近氣體高速向外沖擊，在爆源附近形成氣體稀薄的低壓區(qū)，于是產(chǎn)生反向沖擊波，使已遭破壞的區(qū)域再一次受到破壞。如果反向沖擊波的空氣中含有足夠的CH4和O2，而火源又未消失，就可以發(fā)生第二次爆炸。目前六十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點672、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸時會產(chǎn)生三個致命的因素：火焰鋒面，沖擊波，井巷大氣成分的變化。1）火焰鋒面：火焰鋒面是瓦斯爆炸時沿巷遣運動的化學(xué)反應(yīng)帶和燒熱的氣體總稱。其傳播速度可在寬闊的范圍內(nèi)變化，從數(shù)米每秒到最大的爆轟傳播速度2500m／s。

火焰鋒面好象沿巷道運動的活塞一樣，把烷空氣體收集起來并點燃。這種活塞的長度從火焰鋒面最慢傳播時的幾十厘米到爆轟時的幾十米?；鹧驿h面通過時，可使人的衣服被扯下，造成大面積皮膚的深度燒傷、呼吸器官甚至食道和胃的粘膜燙傷，燒壞電氣設(shè)備與電纜，當(dāng)電纜有電時可能引起二次性的電氣火災(zāi)，引燃井巷的可燃物造成二次性災(zāi)害——火災(zāi)。

目前六十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點682）沖擊波在正向沖擊波傳播時，其波峰的壓力可從數(shù)十kPa到2MPa的范圍內(nèi)變化：當(dāng)正向沖擊波疊加和反回時，可形成高達(dá)1OMPa的壓力。沖擊波的傳播速度不可能低于音速。如果爆炸減弱，則沖擊波就轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡āＵ?、反向和斜向沖擊波通過時會引起：人體的創(chuàng)傷，在大多數(shù)情況下這些創(chuàng)傷具有綜合和多樣的特征，如創(chuàng)傷和燒傷綜合，這給急救造成困難，需要細(xì)心護(hù)理，移動，翻倒和破壞電氣設(shè)備、機(jī)械設(shè)備，甚至可能發(fā)生二次性著火，破壞支架、堵塞巷遭、引起冒頂，破壞通風(fēng)設(shè)施與通風(fēng)系統(tǒng)，這不僅會擴(kuò)大災(zāi)情，而且會使搶險救災(zāi)、救人困難化復(fù)雜化。目前六十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點693）井巷大氣成分的變化

瓦斯爆炸時礦井大氣成分會發(fā)生下列變化：氧濃度下降，產(chǎn)生有毒有害氣體，形成爆炸性氣體。在數(shù)量上的變化與參加爆炸的可燃組分及其濃度有關(guān)例如甲烷是一種物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)固定的氣體，它的每一濃度對應(yīng)著一定的氣體產(chǎn)物。瓦斯與煤塵爆炸的最終產(chǎn)物的大概組成下表。上述三個有害因素的可比危險程度首先與它們的波及范圍大小有關(guān)，火焰鋒面(爆燃與爆炸)的傳播范圍較小，一般為數(shù)十米到數(shù)百米，只在極少的情況下達(dá)到幾千米，沖擊波(爆轟)的傳播范圍就大得多，一般為幾千米，有時甚至波及到地面。爆炸產(chǎn)物的波及范圍與通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)風(fēng)量以及爆炸時對通風(fēng)系統(tǒng)破壞情況等有關(guān)，爆炸產(chǎn)物的運動，在沖擊波消失和火焰鋒面停止后繼續(xù)隨風(fēng)流進(jìn)行，因此甲烷和煤塵爆炸的最大危險性在于礦井大氣成分的改變，它在大多數(shù)情況下造成嚴(yán)重的后果。目前六十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點70礦井大氣成分變化甲烷煤塵甲烷和煤塵共同參與爆炸時的濃度爆炸下限最佳爆炸濃度爆炸上限爆炸下限最佳爆炸濃度爆炸上限殘余氧濃度（％）16～18625～162～53～80CO（％）－微量121～24～82～7<16CO2（％）微量9微量5～106～94～8<12水蒸汽（％）10<16<48～1612～206～10<24H2（％）－微量120～11～50～5<16甲烷及其同系物－－－0～22～50～3<5目前七十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點712.6.3煤礦爆炸性氣體的安全技術(shù)參數(shù)

1、爆炸極限爆炸性氣體與空氣混合，只在某些濃度范圍之內(nèi)才可能爆炸?？赡墚a(chǎn)生爆炸的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度為上限。上、下爆炸極限常用氣體與空氣混合的體積百分比濃度表示。這些值是在混合氣體的壓力為101.3kPa，溫度為20℃時測定的。這時甲烷的爆炸上限是15%，下限是5%。在100℃以下的環(huán)境溫度時，爆炸極限與混合氣體的溫度無關(guān)；在100℃以上時，隨爆炸地點溫度增加，下限下降，上限上升，就是爆炸范圍擴(kuò)大。目前七十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點72隨著混合氣體中氧氣濃度的降低，甲烷爆炸范圍縮小，爆炸下限幾乎保持不變，而爆炸上限下降較大；當(dāng)氧濃度降至極限值(即失爆氧濃度10％左右)時，爆炸上、下限重合在一點(5％CH4)，見圖2—34。我們將BCE區(qū)域稱作爆炸三角形。它對封閉或啟封火區(qū)以及在密閉區(qū)內(nèi)滅火時，判斷火區(qū)有無瓦斯爆炸危險，以及采用惰氣滅火時判斷瓦斯爆炸危險的變化趨勢具有指導(dǎo)意義。例如，封閉火區(qū)過程中，由于切斷了向火區(qū)的供風(fēng)，火區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛葘⒅饾u增加，如果沒有惰氣混入，那么甲烷濃度與氧濃度所決定的座標(biāo)點落入BCE區(qū)內(nèi)時，遇火便會發(fā)生瓦斯爆炸。目前七十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點73

惰化過程：用不同的惰性氣體(N2，CO2)充入采空區(qū)，與烷—空氣體混合，使烷—空氣體的爆炸范圍減小的過程。這時爆炸地點的失爆氧濃度是不同的(N2：2.47%；CO2：12.32%)。與氮氣相比，二氧化碳的惰化效果良好，因為CO2的失爆氧濃度比N2高2.5～3%。因此，用CO2作為惰化氣時，其用量要比N2節(jié)省10％以上。但是不少礦區(qū)由于當(dāng)?shù)赜辛畠r的液氮來源，所以實際上用N2惰化火區(qū)的礦井還是比較多的。2、最低點燃溫度取少量被測定氣體試樣放進(jìn)愛倫邁爾燒瓶中，把燒瓶放在電爐上加熱，改變瓶壁溫度和氣體濃度，用一系列測定試驗找出使氣樣直接發(fā)生燃燒的瓶壁最低溫度，這個溫度稱為該氣體的自燃溫度(氣樣的測試環(huán)境壓力為101.3kPa)，亦即最低點燃溫度。目前七十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點74

最低點燃溫度是重要的安全技術(shù)參數(shù)之一。它不僅可以決定在什么樣的爆炸混合氣體內(nèi)，使用什么型式的防爆電器設(shè)備，而且還可以決定礦井里其它設(shè)備的允許溫升。甲烷的最低點燃溫度是595℃，在含有甲烷的環(huán)境下，設(shè)備的溫升必須遠(yuǎn)低于此值。3、最大爆炸壓力最大爆炸壓力是衡量物質(zhì)特性的一種參數(shù)，可以判斷它的爆炸危險性的大小。最大爆炸壓力是指在一個5L的密閉容器內(nèi)，改變可燃?xì)怏w的濃度，進(jìn)行一系列爆炸試驗，測得爆炸壓力的極大值(環(huán)境壓力為101.3kPa，溫度為20℃)。

井下發(fā)生瓦斯爆炸，是在長度很大的巷道中進(jìn)行的，可能會出現(xiàn)更高的壓力。目前七十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點75

爆炸壓力是由于爆炸時產(chǎn)生的高溫引起的。當(dāng)甲烷濃度為2.5％時，在自由空間可測得1850℃或在密閉空間達(dá)到2150～2650℃的瞬時高溫，相應(yīng)的爆炸壓力為700～1000kPa。

4、最小點燃能量點燃爆炸性混合氣體所需的最小能量是另一重要參數(shù)。它是在空氣中可燃性組分處于最易點燃濃度時所需的最低點燃能量。它與引火源的種類有關(guān)。用電火花點燃與用加熱體點燃其數(shù)值是不同的。通過調(diào)節(jié)放電電路中電容的大小以及電極間的距離和電極的形狀，在環(huán)境壓力為101.3kPa和溫度為20℃時，測定最易點燃的混合氣體剛剛能夠點燃的能量為最小點燃能量。甲烷的最小點燃能量為0.28mJ。目前七十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點76

安全火花型電氣設(shè)備通過限制電路的參數(shù)，使之在電路切換時放電的能量低于工作環(huán)境中可燃?xì)怏w的最小點燃能量。這種設(shè)備適用于一切有爆炸危險的礦井。這是礦井弱電系統(tǒng)防爆技術(shù)的發(fā)展方向。5、火焰蔓延極限寬度(最大不傳爆間隙)在爆炸危險環(huán)境中工作的設(shè)備上存在火源時(例如電路開關(guān)火花等)，必須在火源外圍加上一個隔爆外殼。爆炸混合氣體在殼內(nèi)爆炸時，能可靠地防止火焰蔓延到殼外，以防引起殼外的瓦斯爆炸。殼體采用固定間隙長度結(jié)構(gòu)，并保證間隙的寬度小于火焰蔓延極限寬度。它還用于各種危險物質(zhì)爆炸級別的分類。最大允許不傳爆間隙在隔爆電氣設(shè)備設(shè)計加工以及使用時非常重要。只有保證間隙的寬度小于最大不傳爆寬度，才能保證設(shè)備的隔爆性能。

目前七十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點772.6.4煤礦井下瓦斯爆炸原因分析

必要條件：甲烷的濃度超過爆炸下限(即形成瓦斯積存)，氧的濃度不低于12％；具有超過最小點燃能量、長于感應(yīng)期和高于甲烷最低點燃溫度的點火源。1、瓦斯積聚：煤礦中有各種各樣的瓦斯源，它們主要處于掘進(jìn)和回采工作面附近。瓦斯源的所在地甲烷易于積存，危險性大。我國掘進(jìn)工作面的瓦斯爆炸占總爆炸次數(shù)的46.9％，回采工作面占42.2％，其它僅占3.3％。在這些爆炸中，產(chǎn)生積聚瓦斯的直接原主要還是通風(fēng)不正常。2、引火源：井下瓦斯爆炸的引火源很多。各種明火、煤炭和可燃物的自燃、電線短路、過載電流，電弧，電火花，燈泡破壞時赤熱燈絲、摩擦或沖擊火花、靜電火花，炸藥爆破火焰、赤熱產(chǎn)物(氣體與粒子)、沖擊波壓縮熱等。目前七十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點78

炮采炮掘為主的礦井，爆破熱源引燃瓦斯的百分比可以增加到40％以上。隨著井下機(jī)械化程度的提高，使用電氣設(shè)備的數(shù)量、種類和功率越來越大，因電氣設(shè)備電火花和機(jī)械摩擦火花引燃的事故百分比增加到50％以上。井下巖石與巖石，巖石與金屬，金屬與金屬撞擊或摩擦產(chǎn)生的火花都可能引燃瓦斯。如截煤機(jī)截齒與堅硬頂板和堅硬硫化鐵結(jié)核的碰撞，都可能引起火化。此外，皮帶摩擦起火，高分子材料產(chǎn)品發(fā)生的靜電火花，及漏電形成的雜散電流火花都有可能引爆瓦斯。目前七十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點793、思想麻痹、管理松懈及違章作業(yè)國內(nèi)外的事故統(tǒng)計表明，思想麻痹、管理松懈、違章指揮、違章作業(yè)，違犯勞動紀(jì)律、作業(yè)前后不檢查瓦斯?jié)舛然颉z”等是發(fā)生事故的重要因素。例如有的礦井，在瓦斯涌出量很小的區(qū)域甚至在平常幾乎都檢查不出瓦斯存在的地點卻發(fā)生了爆炸，就是這種原因所致。目前七十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點802.6.5預(yù)防瓦斯爆炸技術(shù)措施1、防止瓦斯積聚的措施

所謂瓦斯積聚是指局部瓦斯?jié)舛瘸^2％，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。a搞好通風(fēng)b及時安全地處理積聚瓦斯c分源治理瓦斯d嚴(yán)格井下瓦斯?jié)舛鹊臋z查與檢測2、防止瓦斯引燃措施

防止瓦斯引燃的措施是嚴(yán)禁和杜絕一切火源，嚴(yán)格管理和控制生產(chǎn)中可能發(fā)生的火、熱源，防止它的產(chǎn)生或限制其引燃瓦斯的能力。目前八十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點813、防止瓦斯爆炸災(zāi)害事故擴(kuò)大的措施a

編制預(yù)防和處理瓦斯爆炸事故計劃。使礦工熟悉這個計劃，掌握預(yù)防瓦斯的基本知識和有關(guān)的規(guī)章制度。b實行分區(qū)通風(fēng)。各水平、各采區(qū)都必須布置單獨的回風(fēng)道，回采工作面和掘進(jìn)工作面都應(yīng)采用獨立通風(fēng)。這樣一條通風(fēng)系統(tǒng)的破壞將不致影響其它區(qū)域。c通風(fēng)系統(tǒng)力求簡單。入風(fēng)流與回風(fēng)流的布置應(yīng)保證當(dāng)發(fā)生瓦斯爆炸時不會發(fā)生短路。不用的巷道都要及時封閉。

d裝有主扇的出風(fēng)井口，應(yīng)安裝防爆門，防止爆炸波沖毀扇風(fēng)機(jī)，影響救災(zāi)與恢復(fù)通風(fēng)。

e各回采面、采區(qū)，各翼均有隔爆措施。

f設(shè)立避災(zāi)峒室，配帶自救器。目前八十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點822.7礦井瓦斯檢測及監(jiān)測檢測瓦斯?jié)舛仁穷A(yù)防瓦斯事故的前提，也是研究瓦斯涌出規(guī)律和評價預(yù)防瓦斯措施效果的基本依據(jù)。煤礦檢測瓦斯的方法有以下三種方式：1）實驗室分析。從井下采取氣樣，在地面實驗室使用氣體分析儀、氣相色譜儀進(jìn)行定量分析。這種方法精度高，但操作復(fù)雜，時間較長，一般用于精密度要求高的場合，2）便攜式儀器分析。便攜式測定儀器在井下現(xiàn)場就地檢測，操作簡易，當(dāng)時就可知道結(jié)果，以滿足生產(chǎn)要求。但精度稍差。3）瓦斯監(jiān)測?？梢宰詣舆B續(xù)地的遙測或監(jiān)測工作面的瓦斯?jié)舛?，并且自動記錄，超限報警與控制斷電、供風(fēng)等。測定精度稍差，它可以得到系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛葎討B(tài)資料，用于遙測、監(jiān)測、自動控制場合，是瓦斯檢測發(fā)展的技術(shù)方向。2）目前八十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點832.7.1我國煤礦現(xiàn)在使用的便攜式瓦斯檢測儀表

1.光學(xué)瓦斯檢定器1）結(jié)構(gòu)

目前八十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點842)原理檢定器根據(jù)光干涉原理制成。它的光學(xué)系統(tǒng)如圖。燈泡1發(fā)出的一束白光，經(jīng)光柵2和透鏡3射到平行平面鏡4。平行平面鏡使光束分成兩路：一路自平面鏡的a點反射，經(jīng)右空氣室、大三棱鏡和左空氣室回到平行平面鏡，再經(jīng)鏡底反射到鏡面的b點；另一路光在a點折射進(jìn)入平行平面鏡鏡底，經(jīng)鏡底反射、鏡面折射，往返通過瓦斯室也到達(dá)平面鏡，于b點反射后與第一束光一同進(jìn)入三棱鏡，再經(jīng)90°反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。由于這兩束光存在光程(光線通過的路程及其介質(zhì)的折射率的乘積)差，目前八十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點85在望遠(yuǎn)鏡7的焦平面上就產(chǎn)生了白色光特有的干涉條紋。條紋中有兩條黑紋和若干條彩紋。條紋經(jīng)過測微玻璃8，分劃板9，場鏡10到達(dá)目鏡11。光通過氣體介質(zhì)的折射率與氣體的密度有關(guān)。如果以空氣室和瓦斯室都充入同樣密度新鮮空氣時產(chǎn)生的干涉條紋為基準(zhǔn)，那么，當(dāng)瓦斯室充入含有瓦斯的空氣時，由于氣體密度的不同，引起折射率的變化，光程也就隨之發(fā)生變化，于是干涉條紋產(chǎn)生位移，位移量的大小與瓦斯?jié)舛鹊母叩统示€性關(guān)系。所以根據(jù)干涉條紋的移動距離就可以測知瓦斯的濃度。同理，如果瓦斯室內(nèi)的氣體壓力與溫度發(fā)生變化，氣體折射率也要發(fā)生變化，干涉條紋同樣產(chǎn)生位移，所以在儀器的空氣室上附加了一盤銅制的毛細(xì)管，由于它的快速導(dǎo)熱特性，及溝通空氣室與測定環(huán)境的氣壓，以消除這一影響。目前八十五頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點862．瓦斯檢定燈1815年發(fā)明瓦斯檢定燈，直到本世紀(jì)四十年代它一直是煤礦主要使用的瓦斯檢測裝置，它還可以顯示出空氣中CO2濃度和氧濃度降低的情況。1)構(gòu)造如圖所示。目前八十六頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點872)原理當(dāng)空氣中的瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪迺r，進(jìn)入檢定燈內(nèi)的瓦斯就在燈焰上燃燒，形成淡蘭色的第二火焰(一般稱為焰冠)。瓦斯?jié)舛仍酱?但不能大于爆炸下限)，淡蘭色的火焰越高，因此，根據(jù)火焰高度能判斷瓦斯?jié)舛鹊拇笮?。瓦斯檢定燈的火焰是在雙層金屬網(wǎng)內(nèi)燃燒的，即使網(wǎng)內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸，由于金屬網(wǎng)的良好散熱作用，以及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的活化中心與密集的網(wǎng)絲碰撞而失去能量，就不會引起網(wǎng)外瓦斯的爆炸，所以它是安全的。但如網(wǎng)罩破損、燒紅、網(wǎng)罩將失去隔爆炸用，故使用時要特別小心謹(jǐn)慎。目前八十七頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點883）使用方法(1)檢查瓦斯時，必須先用正常火焰(焰長約25mm)進(jìn)行。如若出現(xiàn)火焰發(fā)暗、伸長、擺動等現(xiàn)象，表明瓦斯?jié)舛瘸^4%，必須立即停止檢查。如果正?；鹧鏌o變化或變化很小，則將燈芯慢慢擰低到黃色火焰消失，根據(jù)淡蘭色火焰的高度確定瓦斯的濃度。(2)檢查二氧化碳時，必須用正?；鹧妫瑢粲缮舷蛳乱苿?。二氧化碳濃度為1％時，火焰開始發(fā)暗，3～4%時，火焰逐漸縮小而熄滅。當(dāng)空氣中的氧濃度降低到19%時，燈焰減為原來的三分之一，17%時，燈即熄滅，應(yīng)立即撤出人員。瓦斯檢定燈構(gòu)造簡單，使用方便，但測量范圍小，精度較低。目前八十八頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點893．熱效式瓦斯檢定器檢定器的電橋電路由R1、R2、R3、R4等電阻元件組成。其中R1是工作元件，R2是補償元件，R3和R4的電阻相同。電橋供電后，無瓦斯時，電橋靜態(tài)平衡，即R1/R2＝R3/R4，對角電路中無電壓輸出。R1與R2都是由同樣的鉑絲繞成螺卷形，外表都涂上一層白色的Al2O3多孔粉末，稱為載體。但工作元件R1上涂了一層催化劑(鈀)變成黑色，稱為黑元件。有瓦斯時，檢測氣室中的黑元件表面將產(chǎn)生瓦斯的無焰燃燒(溫度僅420℃)，黑元件的溫度升高，電阻增大。而白元件上無催化劑，僅起補償平衡的作用。這時電橋的平衡破壞，R1/R2>R3/R4，對角電路有電壓輸出。在沼氣濃度≤4％的范圍內(nèi)，電橋輸出電壓Vs隨瓦斯?jié)舛鹊脑黾映收仍龃?。目前八十九頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點90目前九十頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點91

采用催化燃燒熱效原理的檢定儀器，測定低濃度瓦斯時，精度較高，輸出的電壓信號較大，不受其它可燃?xì)怏w和灰塵存在的影響，信號處理和顯示較簡便、直觀、易于超限報警、遙測和自動化。應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)在成為各主要產(chǎn)煤國最主要的便攜、警報、遙測和監(jiān)測儀器。目前九十一頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點922.7.2瓦斯自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)(瓦斯遙測警報儀)瓦斯遙測警報儀是沼氣警報器的進(jìn)—步發(fā)展。如重慶煤礦安全儀器廠產(chǎn)的AYJ一1型瓦斯遙測警報儀是國內(nèi)應(yīng)用較廣的產(chǎn)品。它可以長期、連續(xù)對井下五個測點的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行集中遙測和監(jiān)視。當(dāng)測點的瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定值時，儀器分別在井下和井上發(fā)出聲和光的警報信號。如果需要也可以切斷工作面和本機(jī)的電源。地面接收機(jī)還配有自動記錄儀。瓦斯自動監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是一種監(jiān)視井下沼氣動態(tài)、研究沼氣涌出規(guī)律、防治沼氣災(zāi)害與實現(xiàn)礦井自動化的重要工具。目前九十二頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點93

當(dāng)瓦斯進(jìn)入探頭，在載體催化元件表面進(jìn)行無焰燃燒時，由電橋?qū)请娐份敵鲋绷麟妷盒盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)電纜輸給主機(jī)，在主機(jī)表頭上指示出相應(yīng)的瓦斯?jié)舛?。同時，被放大了的直流電壓信號送至主機(jī)內(nèi)發(fā)送機(jī)，由電壓／頻率轉(zhuǎn)換器變成一個個低頻脈沖信號，瓦斯?jié)舛仍礁?，低頻脈沖的個數(shù)也越多。這些方波脈沖信號調(diào)制在載波上，經(jīng)過功率放大器放大后，由輸出電路經(jīng)井下到地面的電話線傳輸?shù)降孛娴慕邮諜C(jī)。目前九十三頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點94目前九十四頁\總數(shù)一百零四頁\編于二十三點95

接收機(jī)收到調(diào)制波信號后，把低頻脈沖信號檢出，由頻率/電壓轉(zhuǎn)換器還原成直流電壓信號，在顯示表頭上指示出對應(yīng)的瓦斯?jié)舛?。?dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報警點時，報警開關(guān)電路動作，接通聲光電路，井下、井上同時發(fā)出聲、光報警。當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到斷電點時，斷電開關(guān)電路動作，切斷工作面電源或本機(jī)電源。井下五臺主機(jī)的信號，按不同的載波頻率經(jīng)過同一條電話線傳送到地面，接收機(jī)分別對其接收，可以實現(xiàn)五路同時傳輸。AYJ一1型的供電電源為井上、井下分別供電。當(dāng)井下測點或探測的