.1 矿井瓦斯: 广义:井下除正常空气的大气成份以外,涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。 狭义:煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的,以甲烷为主要成份的混合气体总称。
矿井瓦斯成分很复杂,其主要成分是甲烷(CH4),其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2),还含有少量或微量的重烃类气体(乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等)、氢(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。
由于甲烷(俗称沼气)是矿井瓦斯的主要成分,因而人们习惯上所说的瓦斯,通常指甲烷而言。
来源:
(1)煤、岩层涌出(烷烃、环烷烃、芳香烃);
(2)生产过程中产生(CO2、NO2、H2等)
(3)井下化学、生物化学反应生成 (CO2、H2S、SO2);
(4) 放射性元素蜕变过程生成(Rn、He等)
2 煤矿井下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层,有机成因说认为煤层瓦斯是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。 3 煤层瓦斯主要成分:CH4、CO2、N2。
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、N2—CH4带、CH4带。现场实际过程中,将前三带总称为瓦斯风化带。
煤层中瓦斯赋存两种状态:游离状态、吸附状态,游离状态:也叫自由状态
4 影响煤层瓦斯含量的因素取决于煤层储存瓦斯的地质条件:1、煤的吸附特性 2、煤层有无露头 3、煤层的埋藏深度 4、围岩透气性 5、煤层地质史6、地质构造圈闭瓦斯的条件 7、水文地质条件
5 瓦斯涌出量的定义:矿井建设或生产过程中从煤与岩石涌入巷道或采掘工作面的瓦斯量。
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。
瓦斯涌出形式:(1)正常涌出(2)异常涌出
6 影响瓦斯涌出量的主要因素 (一) 自然因素 1、煤层和围岩的瓦斯含量 2、地面大气压变化 3 、开采深度 (二)开采技术因素 1、开采规模 2、开采顺序与回采方法 3、生产工艺 4、通风压力与通风系统
7 只要有一个煤(岩)层发现瓦斯,该矿井即为瓦斯矿井。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:
(一)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。
(二)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。
8 矿井瓦斯涌出量预测:矿山统计法 、煤层瓦斯含量法
9 瓦斯喷出:大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂隙中迅速喷出的现象
特点:时间突然,空间上集中,动力效应。
危害:造成局部地区、采区、一翼充满高浓度瓦斯;窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火灾。 根据瓦斯喷出裂隙呈现原因不同分:
(1)地质来源;
(2)采掘地压形成。
(3)冲击地压形成
10 瓦斯喷出的防治
一、第一类瓦斯喷出的防治
1、加强地质工作 3、利用封堵、引排、抽放等综合措施治理喷出瓦斯。 2、第二类瓦斯喷出的防治 1、加强地质工作 2、根据初期卸压面积估算卸压瓦斯量,以确定抽放卸压钻孔的数量及孔位。3、搞好顶板管理 4、加强通风管理 5、加强职工安全教育
11 煤与瓦斯突出:在地应力和瓦斯的共同作用下。破碎的煤(岩)和瓦斯由煤(岩)体内向采掘空间突然喷出的现象。简称 突出
煤与瓦斯突出分类:突出 压出 倾出
12 、地应力和瓦斯压力在突出过程中的作用
地应力的作用:
a) 使煤体发生最初的变形、位移和破碎
b)影响煤体内部裂隙系统的闭合程度,控制着瓦斯的流动和解吸。
瓦斯压力的作用:
a)当瓦斯压力梯度很大时,能独立激发突出;
b)发展与实现突出的主要因素 ;
互助系统
c)膨胀瓦斯破碎,搬运煤岩,孔壁附近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力
13 四位一体 1、 突出危险区预测 2、防治突出措施 3、 防突措施效果检验油品分析 4打棉机、安全防护措施
按照“四位一体”的防治突出综合措施实施系统,首先经突出区域预测,把煤层划分为突出煤层和非突出煤层;再通过区域预测把突出煤层划分为突出危险区、威胁区和无突出危险区;最后通过工作面突出危险性预测,把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。只有在预测为突出危险的工作面才采用防治突出措施,且在措施执行后进行防治突出效果检验。在突出煤层的突出威胁区,仅采用安全防护措施,但应根据煤层的突出危险程度,采掘工作面每推进30~100m,应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测,其中任何一次验证为有突出危险时,该区域即改划为突出危险区
14 (一)、区域性防突措施 (二隧道式搪瓷烧结炉) 局部防突措施
区域性防突措施 1、开采保护层2、预抽煤层瓦斯两种 3. 煤层注水
局部防突措施 1、松动爆破 2、钻孔排放瓦斯 3、水力冲孔 4、超前钻孔 5、金属骨架 6、超前支架 7、卸压槽 8、震动放炮
15 爆炸:物质从一种状态迅速变成另一种状态,并在瞬间放出大量能量的同时,产生巨大声响的现象。
烷空气体----甲烷与空气混合物。 燃烧速度----火焰面相对于未燃烷空气体的传播速度。
瓦斯爆炸充要条件:瓦斯浓度在爆炸范围内;引火源能量大于最小点火能量(0.28mj)温度高于最低点火温度(595℃)且高温热源存在时间大于瓦斯引火感应期;氧浓度大于临界值。
16 瓦斯爆炸的危害1、火焰锋面 2、冲击波 3、井巷大气成分变化{(1)O2降低;(2)产生大量有毒、有害气体(CO2、CO、H2O);(3)形成爆炸性气体( CO );
(4)影响范围极远,与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况}
17 其它可燃气体对爆炸界限的影响
当烷空气体混有碳氢类气体或CO时,可用勒.查特里埃(Le.Chatelier)法则计算混合气体的爆炸界限。
式中:
N —— 混合气体爆炸上限或下限, %;
C1、C2、C3...Cn——分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比,%; C1+ C2+ C3+…+Cn =100%
N1、N2、N3...Nn——分别为各可燃气体的爆炸上限或下限, %;
例题:某矿封闭火区内的可燃气体成份与浓度分别为:CH4 4.5%,CO 2.1%,C2H4 0.02%,C2H6 0.04%,求该火区内可燃气体的爆炸界限,并判断其爆炸危险性。
解 可燃气体的总浓度为:
C=C CH4+C CO+C C2H4+C C2H6
=4.5+2.1+0.02+0.04=6.66%
各种可燃气体占可燃气体总浓度的百分比为:
C CH4=4.5/6.66=67.59%
C CO=2.1 / 6.66 =31.51 %
CC2H4=0.02 / 6.66 =0.3 %
C C2H6=2.1 / 6.66 =0.6 %
则该火区内可燃气体的爆炸界限为:
下限
上限
由此可知,因为火区可燃气体浓度为6.66%,大于爆炸下限6.1%,故有爆炸危险性。
18、惰性气体的影响
爆炸下限提高,上限降低,即爆炸范围缩小。
式中 N----混合气体惰化前的爆炸极限,%;
N----混入惰性气体后,混合气体爆炸极限,%;
α---- 混合气体内加入惰气(CO2+N2)的体积浓度, α=0.01(CO2+N2)
不同惰性气体惰化效果:
卤化烃 > CO2手摇三轮车 > N2 > He
19 预防瓦斯爆炸的技术措施
1、防止瓦斯积存与超限 具体措施主要有:
(1)通风异常的原因、类别和对策
a)停电
是停风的根本原因。包括:主要通风机停电、局扇停电。
b)通风系统或通风设施破坏或异常。
如:风门未关好、风道堵塞、风筒脱节或破坏等。
c)反风
(2)瓦斯涌出异常的类别与对策
a)煤与瓦斯突出
b)瓦斯喷出
c)冲击地压和顶板大面积陷落
d)大气压急剧下降
e)采掘作业
二、严格瓦斯检查制度
20 防止瓦斯引燃的措施
原则:严禁和杜绝一切非生产火源;严格管理和限制生产中可能发生的、热源。
防止瓦斯爆炸事故扩大的措施
原则:一旦发生瓦斯爆炸,为防止灾情扩大,应使灾区局限在尽可能小的区域和防止二次灾害。
21 抽放类型的划分
按空间对象分 按地应力划分
按时间对比划分(采掘与抽放)
21 矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。矿尘分类
按矿尘的存在状态划分
(1)浮游矿尘。悬浮于矿内空气中的矿尘,简称浮尘。
(2)沉积矿尘。从矿内空气中沉降下来的矿尘,简称落尘。
按类型分 矿石粉尘、煤尘和岩尘
22 矿尘治理的基本技术 一、通风除尘 二、湿式作业{1. 湿式凿岩 2.湿式钻眼 3.洒水防尘 4.喷雾捕捉浮沉 5. uvlo电路水封爆破和水炮泥 6.防尘供水}三、密闭抽尘 四、净化风流 五、泡沫除尘 六、个体防尘
23 煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件:
(1)煤尘本身具有爆炸性。
(2)煤尘必须悬浮在空气中并达到一定浓度。(3)引起煤尘爆炸的热源。
24 煤尘爆炸的机理
煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下,空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程,是一种非常复杂的链式反应。一般认为其爆炸机理及过程如下:
(1)煤本身是可燃物质,当它以粉末状态存在时,总表面积显著增加,吸氧和被氧化的能力大大增强,一旦遇见火源,氧化过程迅速展开;