1、1矿井瓦斯防治教材第一节 矿井瓦斯基础知识矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤层和围岩内涌出的以甲烷（CH 4）为主的各种有毒有害气体的总称。有时单指甲烷。一、瓦斯的性质及其赋存状态1、瓦斯的性质瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，相对密度为 0.554，几乎比空气轻一半，所以在井下空气中，它总是存在于巷道的顶部。因此，测定风流中的瓦斯浓度通常要求在距离巷道顶板一定距离的上部测定，以防止测得数据不能真实反映巷道中瓦斯积聚的状况，特别是上山巷道。瓦斯渗透性很强，在空气中具有较强的扩散性。它具有燃烧性、爆炸性，微溶于水，无助于呼吸。如果空气中的瓦斯浓度增加，则氧气浓度相对降低，从而使空气具有窒息性。当空气
2、中的瓦斯浓度达到 19%时，氧气浓度会降低到 17%，人的呼吸会感到困难；当空气中的瓦斯浓度达到 43%，氧气浓度会降低到 12%，人会因窒息死亡。2、瓦斯的赋存状态煤是一种多孔性固体。煤体中分布着大量的各种不同直径的孔隙，瓦斯就赋存在这些孔隙中，这就使瓦斯有可能以两种状态存在煤体或围岩中。（1）游离状态：瓦斯以自由气体状态存在于煤层或岩层的孔2隙和裂隙中，又称自由瓦斯。这种状态的瓦斯可以自由运动，并呈显一定的压力。但是这种状态的瓦斯含量很小，一般仅占总量的10%20%左右。（2）吸附状态：由于瓦斯分子和煤分子或围岩分子间的吸引力的作用，使瓦斯可以被吸附在煤体和岩体的表面形成一层薄膜，这种形式
3、叫做吸着瓦斯。另外还有部分瓦斯是被溶解于煤体和岩体中，类似气体被溶解于液体中的现象叫做吸收瓦斯。这些瓦斯分子受到煤、岩分子的引力约束，而不能以一种自由气体状态存在，所以也不呈显压力，吸附状态的瓦斯约占煤层瓦斯问题的 80%90%。在一定条件下，这两种状态的瓦斯是可以转换的，处于动态平衡。3、瓦斯含量煤层瓦斯含量是指煤层未采动前，单位体积或单位质量的煤所含有的瓦斯量。通常以 m3/t 或 m3/ min 作为单位，表示瓦斯含量的大小。瓦斯含量的大小主要取决于煤层保存瓦斯的自然条件。在不同的情况下，其含量的大小有很大的差别。煤层中所含有的瓦斯量主要与下列因素有关。（1）地质构造：封闭型的地质构造有
4、利于瓦斯的存储，而开放的地质构造有利于瓦斯排放。（2）煤层倾角：在相同的条件下，煤层的倾角越小，瓦斯含量越大。3（3）围岩性质：煤层的围岩致密、完整、不透气时，瓦斯容易保存；反之则瓦斯容易散失。（4）煤的吸附特性：一般情况下煤的炭化程度越高，存贮瓦斯的能力越强。（5）煤层的埋藏深度：一般情况下煤层的埋藏深度越深，煤层中瓦斯含量就越大。（6）水文地质条件：地下水活跃的地区，可以带走大量瓦斯，降低煤层瓦斯含量。二、矿井瓦斯的涌出（一）瓦斯的涌出形式瓦斯涌出是指由于受采动影响的煤层、岩层以及采落的煤、矸石向井下空间释放瓦斯的现象。根据瓦斯涌出的特点不同，瓦斯涌出可分普通涌出和特殊涌出两种。1、普通涌
5、出：瓦斯从煤（岩）层以及采落的煤、矸石表面细微的裂隙、孔隙中缓慢、均匀地涌出称为瓦斯普通涌出。其特点是瓦斯涌出范围广、时间长、总量大、速度缓慢而均匀，易于防范。普通涌出是瓦斯涌出的主要形式。2、特殊涌出：瓦斯特殊涌出形式包括瓦斯喷出、煤与瓦斯突出。（1）瓦斯喷出：是指在开采过程中，从煤体或岩体裂隙、孔洞中大量瓦斯异常涌出的现象。其特点是时间短、喷出量大、不带4煤岩。在较短的时间内，采掘工作空间突然充满大量爆炸窒息性瓦斯是非常危险的。（2）煤与瓦斯突出：是指在开采过程，在矿山压力和瓦斯压力的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘工作空间抛出的异常动力现象。矿井瓦斯突出对安全生产危
6、害极大，它往往摧毁设备，堵塞巷道，造成人员伤亡事故。（二）瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量是指矿井生产过程中，从开采煤层、围岩和邻近层涌出瓦斯量的总和。瓦斯涌出量有绝对涌出量和相对涌出量两种表示方法。1、绝对瓦斯涌出量：是指矿井在单位时间内的瓦斯涌出总量。其单位是 m3/min。矿井绝对瓦斯涌出量的计算公式为：Q 绝 QC1440式中 Q 绝 矿井绝对瓦斯涌出量，m 3/ min；Q矿井总回风量，m 3/min；C矿井总回风流中的平均瓦斯浓度，%；1440一昼夜的分钟数。计算矿井瓦斯的涌出量，指的是普通涌出的瓦斯，用以掌握瓦斯的涌出程度。瓦斯浓度和瓦斯含量是两个不同概念。矿井绝对瓦斯涌出量是指开采一定
7、瓦斯含量的煤层时，每分钟从煤层中进入井下巷道的瓦斯量，它与开采工艺、开采强度、通风管理等有关。在煤层赋存条件基本相同的矿井，其瓦斯的绝对涌出量是随着5开采深度和强度加大而增加的。但是这种计算方法仅可以表明矿井瓦斯涌出量的多少，而不能表明其涌出的严重程度。为了更好地体现和判断矿井瓦斯涌出量的危害程度，就引出相对瓦斯涌出量的概念。2、相对瓦斯涌出量：是指矿井在正常生产条件下，平均日产1t 煤所涌出的瓦斯量。单位是 m3/t，与瓦斯含量的单位相同。矿井相对瓦斯涌出量的计算公式为：q 相 1440 Q 绝 n/A 月式中 q 相 矿井相对瓦斯涌出量，m 3/t；Q 绝 矿井绝对瓦斯涌出量，m 3/mi
8、n；n矿井的月工作天数；A 月 矿井月产量，t。矿井瓦斯涌出量并不是固定不变的，它随自然条件和开采技术条件的变化而变化。影响瓦斯涌出量的因素主要有煤层瓦斯含量、地面大气压力的变化、开采规模、开采顺序、开采方法、生产工艺、通风压力等。三、矿井瓦斯等级（一）矿井瓦斯等级的划分根据矿井瓦斯的涌出情况和灾害情况对矿井进行瓦斯等级划分，有利于矿井瓦斯灾害的防治和管理。 规程规定，一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。6矿井瓦斯等级是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 1
9、0m3/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：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，该区应按高瓦斯矿井管理。对于不同瓦斯等级的矿井或区域，要求的瓦斯防治措施是不同的。（二）矿井瓦斯等级鉴定矿井瓦斯等级鉴定是矿井瓦斯防治工作的基础，是矿井瓦斯量大小和安全程度的基本标志。借助于矿井瓦斯等级鉴定工作，也可以较全面地了解矿井瓦斯的涌出情况，包括各工作区域的涌出和各班涌出的不均衡程度。1、
10、鉴定前的准备工作：成立由矿总工程师任组长，矿井通风、安全、机电等部门参加的矿井瓦斯等级鉴定小组；由通风部门编制实施方案，报矿总工程师审批；鉴定小组备齐所用仪器和测算记录等用品；校正鉴定所用的仪器；矿总工程师组织参加鉴定人员学习、贯彻、落实实施方案和措施，确保鉴定工作安全、顺利进行。2、鉴定进行的时间与方法：7根据矿井生产和气候变化的规律，可以选在瓦斯涌出量较大的一个月进行，一般在 7、8、9 月份。在鉴定月的月初、月中和月末各选一天（间隔 10 天）为鉴定日（如 6 日、16 日、26 日） 。鉴定期间的生产和通风必须正常；在鉴定日内，分早、中、晚三班（或四班）进行测定；在每一班的时间内，分班
11、初、班中、班末各测一次，并取其平均值；在每一次测定时，对风流的瓦斯浓度、二氧化碳浓度、风量、温度等，要在同一断面上、中、下分别测定，并取其平均值。所有数据应准确、真实、及时地记录在相应的表格上。3、测定的地点和内容：（1）测定地点：一般选在矿井总回风道、各独立通风区域的回风道和各翼，各水平、各煤层、各采区（工作面）的进回风道内的合适地点，可用原测风站。如无测风站，可选巷道断面规整，无杂物，距岔风口 1530m 以外的一段（10m）平直巷道内。（2）测定内容：包括风量（巷道断面和平均风速） 、瓦斯浓度、二氧化碳浓度、气象条件（地面和井下测点气温、气压、温度等） 。4、确定矿井瓦斯等级按照矿井瓦斯
12、鉴定的相关报表的内容和格式进行测量数据的填写、整理、计算。在鉴定月的上、中、下三旬进行测定的三天中，选出最大一天的瓦斯涌出量作为该矿井绝对瓦斯涌出量，并计算平均采煤一吨的瓦斯相对涌出量，以此便可确定矿井瓦斯等级。规程规定，每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理的部门8审批，并报省级煤矿安全监察机构备案。第二节 瓦斯爆炸及预防瓦斯爆炸是煤矿生产中严重的自然灾害之一。矿井瓦斯爆炸的有害因素是高温、冲击波和有害气体。爆炸的危害主要表现在造成人员伤亡和矿井设备设施损坏造成巨大的财产损失两个方面。一、瓦斯爆炸的条件矿井瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：1
13、、瓦斯浓度在 5%16%之间。即瓦斯爆炸的界限，最低爆炸浓度叫爆炸下限，最高爆炸浓度叫爆炸上限。当浓度为 9.5%时混合气体中的瓦斯和氧气全部完全反应，其爆炸威力最大。2、具有温度为 650750以上的高温引爆热源，且热源存在时间大于瓦斯爆炸感应期。3、有浓度不低于 12%的氧气。二、瓦斯爆炸的预防：瓦斯爆炸事故是可以预防的。引起瓦斯爆炸必须同时具备三个条件，缺一不可。所以，在预防工作中，只要采取措施，去掉三个条件中的任何一个，就可以保证瓦斯不致爆炸。预防瓦斯爆炸主要有以下三个方面：防止瓦斯积聚、防止引爆瓦斯、防止瓦斯爆炸事故的扩大。（一）防止瓦斯积聚的技术措施1、加强通风管理加强通风管理是防
14、止瓦斯积聚最基本最有效的措施。每一矿井9都必须采用机械通风；具有完整独立合理的通风系统，实行分区通风；矿井各用风地点必须按照规程要求供给质洁量足的空气。2、加强瓦斯检查瓦斯检查与监测不仅是矿井通风管理工作的一项重要内容，也是保证矿井安全生产和防止重大事故发生最基本最关键的环节。严格执行规程有关瓦斯浓度的规定，按规程的要求排放瓦斯，及时处理局部积聚的瓦斯，防止瓦斯积聚。（二）防止引爆瓦斯的措施防止瓦斯引燃的措施是严禁和杜绝一切非生产性火源；严格管理和控制生产中可能产生的火源或热源，防止火源、热源的产生或限制其引燃瓦斯的能力。1、加强明火管理，提高防火意识严禁携带烟草、易燃品、点火物品下井；必须有
15、防止烟火进入井筒的安全措施；井下严禁使用电炉和灯泡取暖；井口房、通风机房周围 20m 内禁止存在明火；井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊等工作，如果必须进行，应遵守规程规定；矿灯发放前应保证完好，否则不得发出，矿工应爱护矿灯，严禁拆开、敲打、撞击矿灯；严格井下火区管理。2、严格爆破制度，防止出现爆破火焰严格炸药、雷管的管理，采掘工作面都必须使用煤矿安全炸药和瞬发雷管。使用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期不得超过130ms。打眼、装药、放炮都必须符合规程的规定；严禁采用明10火放炮和放糊炮；严禁用炮崩卡在溜煤眼中的煤和矸石。3、加强机电设备管理，防止出现电火花井下机电设备的选用、井下供电，
16、应符合规程的要求；井下严禁带电作业，不得带电检修、搬迁电气设备及电缆、电线；井下机电设备的运行、维护修理等工作必须符合要求。4、其他引火源的治理防止摩擦和撞击火花的产生，防止静电火花的产生；使用柴油机车的矿井要严禁司机拆除防爆装置；防止煤炭自燃火灾引爆瓦斯。除上述方法外，地面的闪电或突发的电流也可能通过井下管道进入这些可能爆炸区域而引燃瓦斯。因此，通常应当截断通向这些区域的铁轨、金属管道等。（三）防止瓦斯爆炸事故扩大的措施1、合理布置矿井通风系统矿井通风系统力求简单、完整；矿井必须实行分区通风，风路并联；矿井各水平、各采区都必须设置单独的回风道，采掘工作面要实行独立通风；不用的巷道应及时封闭；入井工人要配带自救器等。2、编制灾害预防和处理计划矿井每年应编制灾害预防处理计划，加强教育，提高职工的抗灾能力。使每一个职工熟悉这个计划，掌握预防瓦斯爆炸的基本知识和有关规章制度。3、加强防爆隔爆设施的管理
