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论文浅谈煤矿瓦斯防治1

浅谈煤矿瓦斯防治

姓名：

唐泽超

单位：

攀枝花市沿江实业有限责任公司

课题：

煤矿瓦斯防治

2014年6月1日

摘要

瓦斯是煤矿主要灾害因素之一，矿井一旦发生瓦斯灾害事故，就会给职工生命安全及矿井财产造成极大的伤害和损失，所以矿井在生产、建设过程中，必须加强瓦斯治理，杜绝瓦斯灾害事故发生。

本文主要阐述煤矿瓦斯及其危害，结合矿井实际情况和现场管理经验，浅谈煤矿瓦斯防治措施，提高矿井抗灾能力。

关键词：

煤矿瓦斯、瓦斯的危害、瓦斯防治

第一章瓦斯性质及赋存规律

1.1矿井瓦斯的概念与性质

1.1.1矿井瓦斯的概念

广义瓦斯：

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。

狭义瓦斯：

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。

1.1.2瓦斯的性质

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。

1.2瓦斯的吸附理论

1.2.1瓦斯赋存状态

煤中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态两种。

固体表面的吸附作用可以分为物理吸附和化学吸附2种类型，煤对瓦斯的吸附作用是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子间相互吸引的结果，如图1-1所示。

在被吸附的瓦斯中，通常以将进入煤体内部的瓦斯称为吸收瓦斯，把附着在煤体表面的瓦斯称为吸着瓦斯，吸收瓦斯和吸着瓦斯统称为吸附瓦斯。

在煤层赋存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%~90%，在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数；游离瓦斯量占10%~20%。

在煤体中，吸附瓦斯和游离瓦斯在外界条件不变的条件下处于动态平衡状态，吸附状态的瓦斯分子和游离状态的瓦斯分子处于不断的交换之中；当外界的瓦斯压力或温度发生变化或给予冲击和振荡、影响了分子的能量时，则会破坏其动态平衡，而产生新的平衡状态。

煤是一种多孔介质，煤体吸附瓦斯是煤的一种自然属性，煤体表面吸附瓦斯量的多少，与煤体表面积的大小密切相关，而煤体表面积的大小则和煤体孔隙特征有关。

因此，煤体孔隙特征对吸附瓦斯有重要的作用。

1-游离瓦斯；2-吸附瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体；5-煤中孔隙

图1-1煤体中瓦斯的赋存状态

1.2.2煤的吸附性及其影响因素分析

煤之所以具有吸附性是由于煤结构中分子的不均匀分布和分子作用力的不同所致，这种吸附性的大小主要取决于3个方面的因素，即：

一是煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度；二是被吸附物质的性质；三是煤体吸附的环境条件。

由于煤对瓦斯的吸附是一种可逆现象，吸附瓦斯所处的环境条件就显得尤为重要。

煤中吸附瓦斯量的大小主要取决于煤化变质程度、煤中水分、瓦斯性质、瓦斯压力以及吸附平衡温度等。

（1）瓦斯压力。

实验研究表明：

在给定的温度下，吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系呈双曲线变化，如图2-2所示，从图中可以看出：

随着瓦斯压力的升高煤体吸附瓦斯量增大；当瓦斯压力大于3.0

时，吸附的瓦斯量将趋于定值。

（2）吸附温度。

目前的实验研究表明：

温度每升高1

，煤吸附瓦斯的能力将降低约8%。

其原因主要是：

温度的升高，使瓦斯分子活性增大，故而不易被煤体所吸附；同时，已被吸附的瓦斯分子又易获得动能，会产生脱附现象，使吸附瓦斯量降低。

（3）瓦斯性质。

对于指定的煤，在给定的温度与瓦斯压力条件下，煤对二氧化碳的吸附量比甲烷的吸附量高，而对甲烷的吸附量又大于对氮气的吸附量。

（4）煤的变质程度。

煤的瓦斯生成量及煤的比表面积和煤的变质程度有关。

一般情况下，从中等变质程度的烟煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速增加状态。

（5）煤中水分。

水分的增加会使煤的吸附能力降低。

第二章瓦斯的危害

其主要危害形式有瓦斯窒息、瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯爆炸引起的煤尘爆炸或火灾等。

       2.1瓦斯窒息

       矿井瓦斯涌出量较大，如果通风系统管理不善；通风巷道风流反向、采空区或煤层中高浓度瓦斯涌出；工作人员误入未及时封闭停风的巷道；或由于停风导致瓦斯积聚而未采取相应措施等，都可能导致人员误入，缺氧窒息而亡。

2.2瓦斯燃烧

煤层瓦斯含量较高，生产过程中瓦斯涌出量较大，通风不能将瓦斯及时稀释并排出，将在局部地点形成瓦斯积聚，一旦接近火源就可能发生瓦斯燃烧，酿成火灾，火灾引起瓦斯爆炸等一系列灾难性事故。

       2.3瓦斯爆炸

       瓦斯爆炸发生的条件是瓦斯积聚达到爆炸极限浓度、引爆火源和足够的氧气。

井下的照明、爆破火焰、电气火花、摩擦火花等都可能成为引爆火源。

在煤矿的生产过程中要完全杜绝这些火花的产生是很困难的。

在井下瓦斯超限和局部瓦斯积聚达到爆炸极限浓度时，接近火源都有可能发生瓦斯爆炸，甚至引起煤尘、瓦斯联锁爆炸，造成人员伤亡、财产巨大损失。

第三章瓦斯防治措施

3.1瓦斯抽放

1、瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。

  2、为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术;提高单一低透气性煤层的抽放率;研制钻进能力更强的钻机具;完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术;开发新的瓦斯抽放技术及设备。

3、瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等;抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。

目前已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到进一步改善。

4、利用多分支羽状适用技术，解决低渗煤层瓦斯治理问题，以提高抽采率。

5、煤矿瓦斯治理应该与煤层气产业化紧密结合起来。

3.2防止瓦斯积聚

1、采区设计。

布置采掘工作面从通风角度（通风系统、巷道风速等）来考虑并保证通风合理高效。

2、安排生产计划时，考虑风量情况，以风定产以防风量不足。

3、通风科每旬全面进行一次风量测定工作，同时还要测定回风流中的瓦斯、氧气、一氧化碳、二氧化碳的浓度和空气温度等，并及时地作出通风旬报。

另外还要调查漏风情况，制定配风计划，及时合理地调配矿井风量。

4、通风科要加强通风设施的施工质量，提高矿井的有效风量率。

对任意破坏通风设施的，要追究责任并从严处罚。

5、加强通风管理，要有足够的风量和适宜的风速，不得发生循环风，减少漏风，局部通风风筒到迎头距离符合作业规程要求，放炮时不得断开风筒。

6、采掘作业地点，要加强瓦斯检查与管理，防止瓦斯积聚，要加强瓦斯检查与监测。

7、及时封闭采空区。

采面结束后，巷道内的机电设备应及时回收，在采面回收完毕后，尽快砌筑永久性密闭，最迟不得超过45天。

8、加强盲巷管理。

风机一旦停止运转，立即撤出掘进工作面人员，切断巷道中电源，揭示警标，并派人站岗警戒，防止人员进入。

9、凡超过6米，停风的独头巷道，均要在24小时内予以封闭，密闭前在巷道口要设栅栏，并挂有“禁止入内”的警标牌。

10、瓦斯员按规定进行巡回检查。

对瓦斯异常地区设专职瓦斯员检查，并安设瓦斯报警断电仪（瓦斯报警断电仪的位置要符合作业规程要求），同时制定相应的瓦斯管理措施。

11、在掘进巷道贯通时，施工单位要制定专门措施，报总工批准，并认真实施，通风科做好调整风流的准备工作。

加强瓦斯检查，确保风机正常运转，风筒符合质量要求，放炮执行“—炮三检”、“三人联锁放炮制”制度。

12、在巷道贯通时，通风科要加强通风和瓦斯检查工作。

贯通双方均要保证局扇正常供风，风筒距迎头符合作业规程规定，双方工作面瓦斯浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度等均不超过规程中有关规定（CH4浓度不超过1%，CO2浓度不超过1．5％，O2浓度不低于18％），贯通后通风科及时调整通风系统。

13、及时处理局部瓦斯积聚，对生产中容易积存瓦斯的地点由通风科进行处理，处理方法如下：

（1）回采工作面上隅角瓦斯积聚的处理。

一般情况下在工作面上隅角附近设置木板隔墙或布风障，冲淡排除。

如果采空区涌出的瓦斯比较大，不仅工作面上隅角经常超限，而且工作面采空区边界附近和回风流中也经常超限，采用临时隔离、风机风幛配合解决上隅角瓦斯积聚。

（2）顶板附近瓦斯层状积聚的处理，在巷道（包括回采工作面）煤壁不断涌出瓦斯的情况下，积聚在巷道顶板附近，形成稳定的瓦斯层，处理方法：

一是加大巷道的平均风速，使瓦斯得到排除；二是加大顶板附近的风速可在顶梁下面加导风板或沿顶板铺设风障或风袖，将积存的瓦斯吹散；三是加强顶板附近瓦斯浓度的检查，检查时仪器进气口橡皮管必须送到积聚的瓦斯处。

（3）在恢复使用有大量瓦斯的积聚盲巷或启封密闭墙时，制定专门的安全技术措施，首先应有救护队员佩戴氧气呼吸器进入，测量瓦斯浓度，二氧化碳浓度和氧气浓度，估算积聚量，确定排放速度，切断回风流中所有电源，停止工作、撤出人员，并在所有通往回风系统的通道上派专人站岗警戒。

排放瓦斯时局扇严禁发生循环风，要严格控制风流，使排出的风流与全风压风流混合处的瓦斯浓度不超过1%，二氧化碳浓度不超过1.5％，氧气浓度不得低于19％。

任何不能进入瓦斯浓度达到3％或氧气低于17％的区域内（除救护队员佩戴氧气呼吸器外）。

14、在有条件时，掘进工作面的独头巷道超过500米时设避难硐室，硐室内设有压风管路，使避难人可以随时打开压风管路得到新鲜空气。

15、对发现一氧化碳及形成高温点的工作面，要尽快安排回采争取在最短的时间内回采完毕，并按要求封闭注浆，通风科要加强瓦斯，温度检查工作，加强注浆、洒水降温工作，提前备好应急材料。

3.3防止瓦斯引燃

1、严格执行《煤矿安全规程》中有关规程，杜绝一切引燃瓦斯的热源。

2、搞好电气设备维修与管理，防止电气火花的产生。

（1）井下电气设备的选用符合《煤矿安全规程》中的规定。

（2）井下电气设备的运行，维修工作符合防爆性能的各项技术要求，防爆性能受到损坏的电气设备必须立即处理或更换，杜绝失爆。

（3）井下供电做到“三无、四有、两齐、三全、三坚持”。

3.4严格放炮管理

1、使用煤矿安全炸药和瞬发电雷管，如使用毫秒电雷管，最后一段的延期时间不得超过130毫秒，不合格或变质的炸药不准使用，雷管经过导通，合格后方可使用。

2、每次放炮前后，放炮地点附近20米内洒水降尘。

3、严格禁止放糊炮、明火放炮和一次装药分次放炮。

4、严格执行瓦斯检查制度，确保工作面风流瓦斯浓度不超过1％。

5、每次放炮严格执行“一炮三检”制度。

3.5防止磨擦火花和静电火花的产生

1、禁止使用铅和铝合金制作的部件和仪器设备。

2、井下各种机械外露的部分和电动机附近由司机分工负责，要经常擦拭或清理机头、机尾及电机等，严禁浮煤埋压，防止传热而引起的煤尘燃烧，皮带机顶底辊转动灵敏，皮带机下不得有浮煤活碴，皮带机开不动或打滑时严禁硬开，防止摩擦着火。

液压联轴节使用配套的易熔合金塞，皮带使用不延燃性的，皮带机头机尾备灭火器、沙箱、铁锨及水管等灭火用具，皮带机使用具有四种保护（低速、跑偏、煤位、超温）并每班试验一次以保证灵敏可靠。

强力皮带使用好制动装置，严禁任意拆掉，检修时，一个检修，另一个灵敏可靠起作用。

3、严格履行井下电焊和气焊审批手续，制定专门安全措施报相应的领导批准后严格执行。

3.6技术性预防和管理措施

1、煤矿编制采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，对安全监控设备的种类、数量和位置信号电缆和电源电缆的敷设、断电区域等做出明确规定，并绘制布置图和断电控制图。

2、安全监控设备之间使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话电线和动力电缆等共用。

3、井下分站设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中，安设时应垫支架，或吊挂在巷道中，使其距巷道底板不小于300mm。

4、隔爆兼本质安全型防爆电源设置在采区变电所，严禁设置在下列区域：

1、断电范围内；2、低瓦斯矿井的采煤工作面和回风巷道内；3、掘进工作面内；5、采用串联通风的被串采煤工作面、进风巷和回风巷；4、采用串联通风的被串掘进巷道内。

5、安全监控设备的供电电源取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。

6、安装断电控制时，根据断电范围要求，提供断电条件，并接通井下电源及控制线。

断电控制器与被控开关之间必须正确接线，具体方法由煤矿主要技术负责人审定。

7、与安全监控设备关联的电器设备、电源线和控制线在改线和拆除时，与安全监控管理部门共同处理。

检修与安全监控设备关联的电器设备，需要监控设备停止运行时，经矿主要负责人或主要技术负责人同意，并制定安全措施后方可进行。

8、模拟量传感器应设置在能正确反映被测物理量的位置。

开关量传感器设置在能正确反映被监测状态的位置。

声光报警器设置在经常由人工作便于观察的地点。

9、甲烷传感器垂直悬挂，距顶板（顶梁、屋顶）不得大于300MM，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200MM，安装维护方便、不影响行人和行车。

10、甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围及便携式甲烷检测报警仪的报警浓度符合《煤矿安全规程》规定。

致谢

本文的完成与我矿同事的支持和帮助是分不开的，在这里也向他们表示表达我深深的感谢。

最后感谢各位专家、教授在百忙之中，抽出宝贵的时间，审阅我的论文，并衷心希望得到您的指教！

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