调度教材矿井瓦斯与瓦斯事故的预防和处理.docVIP

PAGE  PAGE 20 调度培训教材2 矿井瓦斯与瓦斯事故的预防和处理 第一节 矿井瓦斯 一、瓦斯的生成 矿井瓦斯是指井下生产过程中煤岩体中释放出的各种有害气体的总称，其主要成分为甲烷，分子式为CH4。 煤层中瓦斯生成分为两个阶段 1、细菌分解有机物阶段 即在植物沉积后成煤初期，有机物被细菌分解进行着缓慢的氧化分解过程，产生少量的瓦斯、二氧化碳和水。此过程发生于地表附近生成的气体大部分散失于大气中。 2、煤炭的变质阶段 随地层沉积厚度的增加，生物化学作用终止，成煤过程进入漫长而复杂的变质过程。有机物在高温、高压作用下，挥发份减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为瓦斯和二氧化碳。 由植物变成煤炭的过程中，生成多少瓦斯，可以下列化学议程式中得出： 2C6H10O5（纤维质）=5CH4+5CO2+2C（无烟煤） 4C6H10O5（纤维质）=7CH4+8CO2+3H2O+C9H6O（类烟煤） 按以上反应式计算，由褐煤转化成长焰煤时可生成70～80m3/t ，贫煤生成120～150m3/t ，无烟煤为240m3/t。但由于长期释放，至今保留在煤层中的瓦斯仅有几十，十几或几个立方米。 植物在成煤过程中，除产生上述气体外，还产生少量的乙烷C2H6、丙烷C3H10、丁烷C4H10与正茂烷C5H12等可燃爆气体。 二、CH4的性质 1、矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体。既看不见、尝不出也闻不到，要检查空气中是否含有瓦斯及其浓度，靠人的感官不行，必须使用专用的瓦斯检测仪器才能测出来。 2、瓦斯比空气轻，标准状态下一立方米的瓦斯的质量为0.716kg与空气相比相对密度0.554。 3、瓦斯有很强的扩散性。其在空气中的扩散率为1.344比CO2的扩散率大1.66倍，所以从一处涌出瓦斯就能扩散到巷道附近。增加了检查瓦斯涌出源的难度，也使瓦斯的危害范围扩大。 4、瓦斯的渗透性强。甲烷分子的直径仅有4埃(1埃=10-8cm)，所以在一定瓦斯压力和地压共同作用下，瓦斯能从煤岩层中向采掘空间涌出，甚至喷出或突出。 5、瓦斯难溶于水。在5Mpa300C时瓦斯的溶解度仅布1%，化学性质不活泼，在常温常压下，除卤素外，它很难与其它气体化合。 6、瓦斯无毒，但当矿内空气中沼气浓度超过50%时，能使人因缺O2??窒息死亡。矿井瓦斯中含有的乙烷和丙烷，有轻微的麻醉性。 7、瓦斯具有燃烧性爆炸性 8、瓦斯引火有迟延性。当瓦斯与高温火源接触时，并不能立刻发生燃烧，而是要经过一定的时间，才能发生燃烧。迟延时间的长短与瓦斯浓度及火源温度有关。瓦斯浓度越高，延迟性越长，温度越高延迟性越短。 第二节 煤层瓦斯含量和瓦斯压力 一、瓦斯含量 瓦斯含量 瓦斯含量是指在原始状态与单位体积或重量的煤岩体的瓦斯含量。以m3/t或m3/t表示。 煤体之所以能保存一定数量的瓦斯，与煤的结构有关。煤是一种复杂的孔隙性介质，有十分发达，各种步同直径的孔隙（由几埃到大于1000埃）和裂隙，形成了庞大的自由空间和孔隙表面。所以，成煤过程中生成的瓦斯就能以游离状态和吸附状态存在于这些孔隙内。 瓦斯含量的大小取决于下列条件 1、煤的变质程度 煤的变质程度越高，生成的瓦斯越多。 由于煤在炭化过程中，挥发份由孔隙中排出，增加了有效表面积与孔隙度，有利于吸附瓦斯。 2、围岩性质 从瓦斯地质角度分析，按保存瓦斯的条件将围岩分为三类：一是岩性致密的泥岩，砂质泥岩，其胶结物含量不低于15%的称为屏障层，二是胶结物含量在10～15%的粉砂岩，中粒砂岩夹薄层砂质泥岩的称为半屏障层；三是砂岩，砾岩等岩层称透气层。 3、煤层的赋存深度 浅部煤层，特别是有露头存在时，煤层中瓦斯含量较少，煤层的瓦斯含量随深度的增加而增加。 4、煤层倾角 相同条件下煤层倾角越小，瓦斯含量越大。 5、水文地质条件 瓦斯在水中的溶解度很小，如果煤层中有较大的含水裂隙或流通的地下水通过时，能从煤层中带走大量瓦斯，降低煤层的瓦斯含量。 另，张性的开放型和半封闭型断层有利于瓦斯释放，故断层附近瓦斯释放，断层附近瓦斯含量大。 二、瓦斯压力 煤层的瓦斯压力，是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动的结果。煤层瓦斯压力不但决定着煤层的瓦斯含量，而且与瓦斯动力现象有密切关系。《规程》规定，开凿有煤与瓦斯突出危险煤层时，必须测定煤层瓦斯压力。一般情况下未受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，煤层的个别地区，特别是地质构造附近，瓦斯压力可能异常，煤体受瓦斯压力影响，煤的硬度会变软。 三、煤层的瓦斯垂直分带 即将煤层由露头自上向下分为四个带：CO2—N2带；N2带；N2—CH4带；CH4带。 前三个带又总称瓦斯风化带。瓦斯风化带下界深度可根据下列指标中任何一项确定 ①煤层的相对瓦斯涌出量2 m3/t处； ②煤层内的瓦斯组分中瓦