2016年安全工程师讲义生产技术第七章第二节_第2页

　　二、瓦斯及其防治技术

　　(一)瓦斯性质及瓦斯参数测定

　　1.瓦斯性质

　　瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷。瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，扩散性较空气高。瓦斯无毒，但浓度很高时，会引起窒息。

　　2.煤层瓦斯赋存状态

　　瓦斯在煤层中的赋存形式主要有两种状态：在渗透空间内的瓦斯主要呈自由气态，称为游离瓦斯或自由瓦斯，这种状态的瓦斯服从理想气体状态方程;另一种称为吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部，占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。实测表明，在目前开采深度下(1 000～2 000 m以内)煤层吸附瓦斯量占70%～95%，而游离瓦斯量占5%～30%。

　　3.煤层瓦斯含量及测定

　　煤层瓦斯含量是指单位质量煤体中所含瓦斯的体积，单位为m3/t。煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据，是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。煤层在天然条件下，未受采动影响时的瓦斯含量称原始含量;受采动影响，已有部分瓦斯排出后而剩余在煤层中的瓦斯量，称残存瓦斯含量。

　　影响煤层原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤层赋存条件、围岩性质、地质构造、水文地质条件等。

　　煤层瓦斯含量测定方法目前主要有地勘钻孔测定法、实验室间接测定法和井下快速直接测定法3种。

　　4.煤层瓦斯压力及测定方法

　　煤层瓦斯压力是存在于煤层孔隙中的游离瓦斯分子热运动对煤壁所表现的作用力。煤层瓦斯压力是用间接法计算瓦斯含量的基础参数，也是衡量煤层瓦斯突出危险性的重要指标。测定方法主要有直接测定法和间接测压法。

　　(二)矿井瓦斯涌出及瓦斯等级

　　1.矿井瓦斯涌出的形式

　　2.矿井瓦斯涌出量及主要因素

　　3.矿井瓦斯等级及其鉴定：

　　《煤矿安全规程》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。

　　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：低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。

　　低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min。

　　高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min。

　　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(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出，该矿井即定为煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。

　　《煤矿安全规程》规定：每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定。

　　(三)瓦斯喷出及预防

　　1.瓦斯喷出

　　地下矿山瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。在20m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1.0m 3/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域。

　　瓦斯喷出的预兆：矿压活动显现激烈，煤壁片帮严重、底板突然鼓起、支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等。

　　2.瓦斯喷出的预防

　　(1)加强地下矿山地质工作，摸清采掘地区的地质构造情况;

　　(2)在可能发生喷出的地区掘进巷道时，打前探钻孔或抽排钻孔;

　　(3)加大喷出危险区域的风量;

　　(4)将喷出的瓦斯直接引入回风巷或抽放瓦斯管路;

　　(5)掌握喷出的预兆，及时撤离工作人员，并配备自救器，安设压气自救系统;

　　(6)掌握矿压规律，避免矿压集中，及时处理顶板，以防大面积突然卸压造成瓦斯喷出。

　　(四)煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出及预防

　　煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。

　　特点：煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)冲出等特点，能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故，是煤矿最严重的灾害之一。

　　1.煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的一般规律

　　(1)突出危险性随采掘深度的增加而增加;

　　(2)突出危险性随煤层厚度的增加而增加，尤其是软分层厚度;

　　(3)石门揭煤工作面平均突出强度最大，煤巷掘进工作面突出次数最多，爆破作业最易引发突出，采煤工作面突出防治技术难度最大;

　　(4)突出多数发生在构造带、煤层遭受严重破坏的地带、煤层产状发生显著变化的地带、煤层硬度系数小于0.5的软煤层中;

　　(5)突出发生前通常有地层微破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻孔卡钻夹钻、煤壁温度降低、散发煤油气味、煤层产状发生变化等预兆;

　　(6)突出按动力源作用特征可分为3种类型：突出、压出和倾出;按突出物分类可分为4种类型：煤与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与瓦斯突出、岩石与二氧化碳突出。

　　2.煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出预测

　　3.防治煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的措施

　　(1)防治突出的技术措施。

　　防治突出的技术措施主要分为区域性措施和局部性措施两大类。

　　区域性措施是针对大面积范围消除突出危险性的措施;

　　局部性措施主要在采掘工作面执行，针对采掘工作面前方煤岩体一定范围消除突出危险性的措施。

　　目前区域性措施主要有3种，即预留开采保护层、大面积瓦斯预抽放、控制预裂爆破;

　　局部性措施有许多种，如卸压排放钻孔、深孔或浅孔松动爆破、卸压槽、固化剂、水力冲孔等。

　　(2)“四位一体”综合防治突出措施。所谓“四位一体”综合防治突出措施，就是说首先应对开采煤层及其对开采煤层构成影响的邻近煤层进行突出危险性预测。对确认的突出危险区域，应采取区域性防治突出技术措施，对确认的突出危险工作面，必须采取防治突出技术措施。在采取防治突出技术措施后，必须对防治突出技术措施和消除突出危险性的效果进行检验，如果检验有效，在采取安全防护措施的前提下进行采掘作业;如果检验无效，必须补充防治突出技术措施，直至再次检验为有效时方可在采取安全防护措施前提下进行采掘作业。否则，必须继续补充技术措施。

　　(3)安全防护措施。安全防护措施是控制突出危害程度的措施，也就是说即使发生突出，也要使突出强度降低，对现场人员进行保护不至危及人身安全。如震动性放炮、远距离放炮、反向防突风门、压风自救器、个体自救器等。

　　(五)瓦斯爆炸及预防

　　1.瓦斯爆炸的条件

　　引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件：一定浓度的甲烷、一定能量的引火源和足够的氧气。

　　2.预防瓦斯爆炸技术措施

　　预防瓦斯爆炸技术措施包括4个方面：

　　(1)防止瓦斯积聚和超限;

　　(2)严格执行瓦斯检查制度;

　　(3)防止瓦斯引燃的措施;

　　(4)防止瓦斯爆炸灾害扩大的措施。

　　(六)瓦斯抽放

　　1.瓦斯抽放方法

　　瓦斯抽放系统主要由瓦斯抽放泵、瓦斯抽放管路(带阀门)、瓦斯抽放钻孔或巷道、钻孔或巷道密封等组成。

　　根据抽放瓦斯的来源，瓦斯抽放可以分为：本煤层瓦斯预抽、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放以及几种方法的综合抽放。

　　2.瓦斯抽放指标

　　(1)反映瓦斯抽放难易程度的指标：煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、百米钻孔瓦斯涌出量。

　　(2)反映瓦斯抽放效果的指标：瓦斯抽放量、瓦斯抽放率。

　　(七)瓦斯检测

　　瓦斯检测实际上是指甲烷检测，主要检测甲烷在空气中的体积浓度。地下矿山瓦斯检测方法有实验室取样分析法和井下直接测量法两种。使用便携式瓦斯检测报警仪，可随时检测作业场所的瓦斯浓度，也可使用传感器连续实时地监测瓦斯浓度。

　　1.光干涉瓦斯检定器

　　2.热催化瓦斯检测报警仪

　　3.智能式瓦斯检测记录仪

　　4. 瓦斯、氧气双参数检测仪

　　5. 瓦斯报警矿灯

　　(八)瓦斯、煤尘事故的救护及处理

　　1. 瓦斯煤尘爆炸事故

　　发生瓦斯煤尘爆炸事故时，矿山救护队的主要任务是：

　　(1)抢救遇险人员;

　　(2)对充满爆炸烟气的巷道恢复通风;

　　(3)抢救人员时清理堵塞物;

　　(4)扑灭爆炸而产生的火灾;

　　2.煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出事故的救护及处理

　　(1)一般原则

　　(2)抢救遇险人员方法

　　(3)救护措施