矿井瓦斯防治课程复习题.docx

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矿井瓦斯防治课程复习题

复习思考题

1.煤层瓦斯的成气时期有哪些？

生物化学成气时期

煤化变质作用成气时期

2.煤层瓦斯的垂直分带及其特征？

CO2-N2带，N2带，N2-CH4带，CH4带

瓦斯风化带的特征

我国确定瓦斯风化带下部边界时主要采用如下指标：

⑴瓦斯压力P=0.1～0.15MPa；

⑵甲烷（CH4）组分浓度≥80%（体积百分数）；

⑶相对瓦斯涌出量q=2～3m3/t；

⑷瓦斯含量（煤芯中的甲烷含量）X：

①气煤X=1.5～2.0m3/t；

②肥煤与焦煤X=2.0～2.5m3/t可燃物；

③瘦煤X=2.5～3.0m3/t可燃物；

④贫煤X=3.0～4.0m3/t可燃物；

⑤无烟煤X=5.0～7.0m3/t。

4.甲烷带的特征

（1）煤层瓦斯含量随埋深增加而增大；

（2）煤层瓦斯压力随埋深增加而增大；

（3）矿井相对瓦斯涌出量随埋深增大而增大；

（4）随着埋深增加，有可能出现瓦斯异常涌出、瓦斯喷出、甚至

瓦斯突出的情况。

3.甲烷带内瓦斯含量、瓦斯压力分布特征？

参照上一题

4.煤的孔隙分类及其与瓦斯运移特征的关系？

书p7

5.煤的孔隙率与变质程度的关系？

（1）煤的变质程度

煤的孔隙率随变质程度的变化呈

一马鞍型变化关系，即中变质程度的

焦煤和瘦煤孔隙率最低，低变质程度

的褐煤和高变质程度的无烟煤孔隙率均较大。

6.煤的吸附、解吸及其Langmuir吸附方程。

7.煤层瓦斯含量的影响因素？

煤层倾角：

倾角越大，瓦斯沿煤层运移逸散条件好，瓦斯含量低。

瓦斯的生成量：

煤中的瓦斯生成量与煤的变质程度有关，变质程度越高煤中瓦斯生成量就越大。

上覆岩层性质：

煤中生成的大量瓦斯有多少逸散到大气中，主要取决于上覆岩层的性质，上覆岩层岩性质密，透气性差，则瓦斯难以逸散。

埋藏深度：

埋藏越深，瓦斯含量越大。

煤层露头：

煤层露头是瓦斯逸散最好的通道。

地质构造：

断层、褶曲等地质构造对瓦斯含量的影响较大。

水文地质：

瓦斯微溶于水，长期的地下水冲刷，可带走大量的瓦斯。

8.煤层瓦斯流场的分类及其井下实例？

按空间瓦斯流动方向变化，单向流动，径向流动，球向流动

按流场在时间上的变化，稳定流动，非稳定流动

1.煤层瓦斯流场分类

（1）单向流动

在x、y、z三维空间内，只有一个力向有流速，其它两个方向流速为零。

例如薄及中厚煤层中的煤巷与回来工作面煤壁内的瓦斯流动就属于单向流动。

*厚煤层当巷道不能揭露整个煤厚时，在垂直方向上流速不为零，不是单向流动。

（2）径向流动在x、y、z三维空间内，在两个方向有分速度，第三个方向的分速度为零。

例如石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时，在煤壁内的瓦斯流动就属于这一类，其等瓦斯压力线平行煤壁呈近似同心圆形。

（3）球向流动在x、y、z三维空间内，在三个方向都有分速度。

例如在厚煤层中煤巷的掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出瓦斯的流动。

（4）非稳定流动稳定流场中任何一点的流速、流向和瓦斯压力不随时间而变化。

例如经过长期排放（>150天）的煤壁趋于稳定流场。

（5）稳定流动

非稳定流场中任何一点的流速、流向和瓦斯压力都随时间而变化。

如煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场。

9.Fick定律的含义及定义式？

瓦斯在孔隙-裂隙系统内的运移可分为两类，一类是扩散运动，遵守菲克定律（Ficklaw），另一类是渗透运动，遵守达西定律（Dacylaw）。

瓦斯在小孔（＜1μm）与微孔（＜0.1μm）内的运移主要为扩散运动，即瓦斯分子在其浓度（或密度）梯度的作用下由高浓度向低浓度方向运移。

可用菲克（Fick）定律来描述。

定义式自己写上去

式中：

dm——微单元上的瓦斯扩散量，m3/m2；

dc/dl——瓦斯浓度梯度或密度梯度，（m3/m3）/m;

D——扩散系数，m2/s。

10.Darcy定律的含义及定义式？

整不上去，自己找吧

11.煤层透气性系数的物理意义？

整不上去，自己找吧

12.煤层瓦斯含量与矿井瓦斯相对涌出量的含义辨析

（1）瓦斯涌出量的定义

瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。

绝对瓦斯涌出量——在单位时间内涌出的瓦斯量，单位为m3/min或m3/d；

相对瓦斯涌出量——平均日产一吨煤所涌出的瓦斯量，单位是（m3/t）。

13.矿井主要瓦斯涌出源及其构成有哪些？

2.掘进巷道的瓦斯涌出

（1）构成及其变化

构成包括三部分：

煤壁、迎头煤壁和采落煤的瓦斯涌出。

煤壁——掘成已支护煤层巷道煤壁瓦斯涌出，均匀涌出并逐渐衰减。

迎头煤壁——掘进新暴露出来的煤壁，初始瓦斯涌出量大。

采落煤——落煤时煤体破碎，煤中瓦斯迅速大量释放，随后在装运过程中逐渐释放。

4.回采工作面的瓦斯涌出

（1）构成

回采工作面瓦斯涌出构成：

本煤层、邻近层的瓦斯涌出

14.影响矿井瓦斯涌出的因素有哪些？

（1）自然因素

①煤层和围岩的瓦斯含量

②开采深度

③地面大气压变化

（2）开采技术因素

①开采顺序与回采方法②回采速度与产量③落煤工艺及老顶来压步距④通风压力和采空区封闭质量⑤回采工作面通风系统

15.现行的矿井瓦斯等级如何划分？

第七条矿井瓦斯等级划分为：

（一）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井（以下简称突出矿井）；

（二）高瓦斯矿井；

（三）瓦斯矿井。

第八条具备下列情形之一的矿井为突出矿井

（一）发生过煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的；

（二）经鉴定具有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤（岩）层的；

（三）依照有关规定有按照突出管理的煤层，但在规定期限内未完成突出管理的煤层，但在规定期限内未完成突出危险性鉴定的。

第九条具备下列情形之一的矿井为高瓦斯矿井

（一）矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t；

（二）矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；

（三）矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min；

（四）矿井任一采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min

第十条同时满足下列条件的矿井为瓦斯矿井：

（一）矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t；

（二）矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min；

（三）矿井各掘进工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于3m3/min；

（四）矿井各采煤工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于5m3/min

16.矿井瓦斯治理的原则是什么？

瓦斯治理“十二字”方针是什么？

分源治理：

针对瓦斯来源的数量及其变化规律等特征，采取相适应的控制技术进行治理，并通过方案对比，选用效果好、经济佳、适用、最优的治理方法。

分级管理；按瓦斯危险程度对矿井进行分级，并按瓦斯危险等级进行管理，采区专门的治理措施。

综合防治；以消除瓦斯危险为方向，以确保生产中人身安全为主要目标，采取专题研究、现场考察、多项技术配合、设备与工程保障等综合的防治措施治理瓦斯。

先抽后采、监测监控、以风定产。

17.矿井瓦斯喷出的分类及危害？

第一类：

（承压）瓦斯沿原地质构造洞缝喷出

第二类：

（卸压）瓦斯沿采掘地压生成的裂缝喷出

第三类：

瓦斯沿钻孔中喷出

（1）瓦斯超限，引发瓦斯爆炸、瓦斯燃烧；

（2）吹扬煤尘，引发煤尘爆炸；

（3）顶底板变形、支柱支架破坏；

（4）岩石断裂、破坏冲击，产生火花；

（5）损坏采掘设备；

（6）瓦斯气体、煤尘、煤块冲击伤人；

（7）瓦斯窒息；

（8）毁坏采掘工程，冻结煤炭资源。

14.瓦斯爆炸的链式反应特点及其与防爆、阻爆的关系？

书上找p139

15.瓦斯混合气体安全技术参数及其在实际生产中的意义？

书上p147

1.爆炸界限：

也称为爆炸极限，其含义是可燃气体与空气或氧气混合后，遇有火源会产生爆炸现象的可燃气体的极限浓度。

即在某一极限浓度之内的混合气体，爆炸会自行蔓延开来。

爆炸下限：

可能产生爆炸的可燃气体的最低极限浓度。

爆炸上限：

可能产生爆炸的可燃气体的最高极限浓度。

超惰气体：

掺入超出空气组分中惰性气体浓度的惰性气体。

（1）温度对爆炸限的影响

随着温度上升，爆炸范围扩大，下限下移，上限上移。

（2）气压对爆炸限的影响

随着气压上升，爆炸范围扩大，下限变化很小，上限上移幅度大.

氧气浓度及惰气浓度对爆炸限的影响

煤尘的影响

其它可燃气体存在的影响

（6）引火能量的影响

引火源向邻近的烷空气体层传输的能量越大，爆炸范围也越宽：

（7）惰气的影响

如果在烷空气体中还混入了情性气体，则爆炸范围缩小，下限

提高，上限降低：

（8）卤代碳氢化合物的影响

2.最低点燃温度：

使可燃气体能够直接燃烧的最低温度

重要作用：

决定该环境中使用的电气防爆类型，如隔爆型、本质安全型（限

制最高火花能量）。

同时也决定了电气设备的最高使用温度。

矿井通常条件下（CH4浓度5~15%），最低点燃温度为595~650℃。

3.最小点燃能量：

在101.3kPa和20℃条件下，最易点燃的烷空气体的最小点燃能量。

重要作用：

决定了本安型电气设备的最大放电能量。

矿井通常条件下（CH4浓度5~15%），最低点燃能量为0.28mJ。

4.火焰蔓延极限宽度：

使可燃气体燃烧（爆炸）火焰不能够有效通过的最大宽度，也称最大不传爆间隙。

重要作用：

决定了隔爆电气的种类

长度为25mm的间隙，使甲烷不传爆的最大宽度为1.2mm。

5.感应期：

从接触引火源起到可燃气体与空气混合物氧化反应转为快速燃烧时止的时间间隔。

重要作用：

决定了矿用炸药的类型。

安全炸药爆炸时形成的高温条件，存在时间小于感应期，因此不会爆炸。

6.最大爆炸压力：

可燃气体爆炸后，经过正向冲击、冲击波叠加所产生的最大压力。

可达2~10MPa，高压是气体压缩导致温度升高可达2650℃。

16.瓦斯爆炸的条件有哪些？

甲烷浓度：

5~15%（常压）；

氧气浓度：

①≥12%（CO2惰化）；②≥9%（N2惰化）；

最小点燃能量：

0.28mJ；

最小点燃温度：

595℃；

最小点燃时间：

大于感应期。

一般情况下，矿井环境都满足氧气条件；在电气失爆、火灾、

摩擦、碰撞等条件下，具备点燃条件。

因此，只有将瓦斯浓度控

制在5%以下，才能确保不发生瓦斯爆炸事故。

17.造成瓦斯积聚的主要原因及其防治措施有哪些？

停风：

掘进头、老巷、废弃巷道，长时间停风；

供风不足：

角联巷道、掘进工作面、采煤工作面；

瓦斯涌出源处（通风不畅）：

上隅角、高冒顶、钻机钻场（钻孔）附近；

不均衡涌出：

采落煤、放炮、老顶来压等；

瓦斯喷出：

瓦斯喷出的巷道、工作面；

瓦斯突出：

瓦斯突出产生的大量瓦斯导致风流逆转、逆流到进风区域；

在当今生产条件下，矿井瓦斯积存的主要原因是瓦斯异常涌出，如

瓦斯喷出、瓦斯突出、老顶来压或冲击地压造成的瓦斯异常涌出。

掘进无计划停风、故障停风、供风不足等由于管理和技术的进步，目前所占比例比过去大大降低。

（1）通风异常的原因及对策

①停电：

主扇停电：

矿井主要通风机就像人体的“心肺”一样，应永远处于运行

状态，一旦停止运行，井下所有地方将失去负压作用，有可能处于停风状

态，如果时间过长，势必造成瓦斯积聚。

局扇停风：

局扇停风后，也会造成局部用风地点（掘进头、堵头巷道）

停风，在短时间内造成瓦斯积聚。

防范措施：

双回路供电，备用风机，消除无计划停风。

②通风系统或通风设施破坏或异常：

通风系统异常：

风门未关，风道堵塞（杂物堆积、巷道变形），风流短

路，瓦斯涌出巷道处于零风量角联风路上，造成用风地点风量不足。

通风设施破坏：

风门破坏、风桥破损、风筒破损甚至脱节，防爆门破坏

等。

防范措施：

经常巡检，及时修复，备用设施。

③反风：

进行反风演习时，或因井下火灾等原因进行反风时，由于通风设施的原

因，引起反风系统风流紊乱，导致瓦斯积聚。

防范措施：

做好防范工作，按计划做好反风演习。

（2）瓦斯涌出异常的类别与对策

①煤（岩）与瓦斯突出：

突出时及其以后—段时间会涌出大量瓦斯，造成大面积（区域）长时间瓦

斯超限与异常，为了防爆，在异常区必须及时采取措施杜绝一切可能产生的

火源，断电，恢复与加强通风、撤出人员，对灾区实行警戒等。

②瓦斯喷出

瓦斯喷出也会长时间在一定范围内造成瓦斯超限，除采取消除瓦斯越限

等措施外，还应采取相应的措施。

③与抽放瓦斯有关的异常

局部或矿井瓦斯抽放的停止会产生局部区域甚至矿井的瓦斯浓度超限，

所以应象重视停风那样来防止停抽，否则，必须制定与实施类似停风的安全

措施。

④排除积存瓦斯时期的异常

排除积存瓦斯是可能会造成局部区域瓦斯超限，形成爆炸浓度。

因此应

慎之又慎。

⑤冲击地压和顶板大面积陷落时瓦斯涌出异常

顶板较大面积冒落时，会把采空区积存的瓦斯挤压出来，在工作面上部

及回风中造成较长时间的瓦斯超限。

当长壁工作面推进速度快时可能常发生

此现象。

应掌握顶板活动规律，预先做好防范工作。

⑥大气压力急剧下降时的异常瓦斯涌出

大气压急剧变化时，会引起采空区、封闭区的“呼吸”，导致瓦斯大量

涌出。

⑦回采逼近上、下卸压区时的瓦斯异常涌出

当回来工作面接近上、下邻近层已采区的回采边界的卸压线的。

上、下

邻近层老采区积存的瓦斯可能突然涌入回采工作面，造成瓦斯异常，可以采

取预抽瓦斯和加强通风与瓦斯检查等措施。

⑧回采工作面集中放煤时瓦斯异常涌出

回采工作面大面积同时放炮落煤时，可能会造成大量瓦斯涌出，为了防

止炮后瓦斯超限，应适当限制一次放炮的落煤量。

18.简述瓦斯动力现象的分类及其特点?

突出的基本特征：

1.突出的煤向外抛出的距离较远，具有分选现象；

2.抛出的煤堆积角小于自然安息角；

3.抛出的煤破碎程度较高，含有大量碎煤和一定数量手捻无粒感的煤粉；

4.有明显的动力效应，如破坏支架，推倒矿车，损坏或移动安装在巷道内的设施等；

5.有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；

6.突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形、分岔形以及其它形状。

压出的基本特征：

1.压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出，但位移和抛出的距离都较小；

2.压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量的裂隙；

3.压出的煤呈块状，无分选现象；

4.巷道瓦斯涌出量增大；

5.压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形、半圆形孔洞。

倾出的基本特征：

1.倾出的煤就地按自然安息角堆积、无分选现象；

2.倾出的孔洞多为口大腔小，孔洞轴线沿煤层倾斜或铅锤（厚煤层）方向发展；

3.无明显动力效应；

4.倾出常发生在煤质松软的急倾斜煤层中；

5.巷道瓦斯涌出量明显增加。

19.瓦斯突出综合作用假说的要点有哪些？

认为：

突出是地应力、瓦斯、煤的力学性质等因素综合作用的结果。

这一假说较全面地考虑了突出的动力与阻力两个方面的主要因素，得到了国内外学者的普遍承认。

综合假说中还有多种学说，能量说、地应力分布不均匀说，……

20.瓦斯突出的一般规律有哪些？

1.瓦斯突出发生在一定深度上，突出危险性随采深增加而增大

2.绝大多数突出发生在煤巷掘进工作面

3.煤层突出危险性随煤厚增加而加大

4.突出大多数发生在地质构造带

5.大多数突出前有作业方式诱导

6.突出前大多有预兆

7.煤体破坏程度越高，突出危险性越大

8.石门突出危险性最大

9.煤层突出危险区常呈条带状分布

21.瓦斯突出有哪些常见的预兆？

瓦斯突出的常见预兆

声响预兆--响煤炮

瓦斯预兆--瓦斯异常、喷孔

煤结构预兆--煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化

矿压显现预兆--片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻

温度预兆--温度降低、煤墙发凉

22.区域综合防突措施包括哪几个方面的内容?

《防突规定》第五条要求，区域综合防突措施包括下列内容：

（一）区域突出危险性预测；

（二）区域防突措施；（三）区域措施效果检验；

（四）区域验证。

23.区域性防突措施有几类？

每类有哪几种常见方法？

《防突规定》第四十条：

区域防突措施应当优先采用开采保护层。

《防突规定》第四十一条突出危险区的煤层不具备开采保护层条件的，必须采用预抽煤层瓦斯区域防突措施

（1）开采保护层

（2）区域性预抽煤层瓦斯

24.局部综合防突措施包括哪几个方面的内容？

《防治煤与瓦斯突出规定》第五条：

局部综合防突措施包括下列内容：

（一）工作面突出危险性预测；

（二）工作面防突措施；

（三）工作面措施效果检验；

（四）安全防护措施。

25.我国常见的工作面局部防突措施有哪几种？

小直径超前排放钻孔

预抽瓦斯

松动爆破

水力冲孔

金属骨架、煤体固化等

26.煤矿瓦斯抽采的意义?

瓦斯灾害事故：

居煤矿矿灾害事故之首。

2010年，我国瓦斯事故占煤矿事故的10.33%，瓦斯事故死亡人数占煤矿死亡人数的25.6%；重特大瓦斯事故占煤矿重特大事故的45.83%，死亡人数占重特大事故人数的41.35。

煤矿瓦斯（CH4）：

是一种强温室效应气体

温室效应强度

CH4＞CO220~60倍

我国煤矿风排瓦斯量

2004年，132亿m3；

2008年，150亿m3，占世界排放总量的1/2～1/3；

2011年，160亿m3

煤矿瓦斯：

是一种优质清洁能源

按燃烧热值计算

1m3瓦斯相当于1.25㎏标准煤

1㎏燃油

接近1m3天然气

按热效率计算

1m3煤层气相当于4㎏标准煤

瓦斯是比天然气、燃油、特别是比煤洁净得多的一种优质能源

瓦斯抽采：

一箭三雕

保障煤矿安全生产

保护大气环境

开发利用优质清洁能源

27.简述开采层瓦斯抽采的原理？

课件上没有

28.简述邻近层瓦斯抽采的原理？

原理

⏹煤层群开采条件

⏹由于采动作用的采动，在开采层的上部空间形成三带：

冒落带、裂隙带和缓慢下沉带。

⏹在开采层的下部煤岩层，承受的自重应力大大降低，由压缩状态转为膨胀状态，形成底鼓破碎带

⏹邻近层抽采原理

受采动卸压的煤（岩）层，吸附瓦斯解吸形成游离瓦斯充满层间空隙，并通过层间裂隙涌入回采空间和采空区，这种层间空隙和裂隙不仅是卸压瓦斯的储存地点，也是良好的流动通道。

通过施工钻孔（巷道）进入或穿透受到采动影响的邻近层，在负压的作用下，诱导邻近层层间空隙-裂隙中的游离瓦斯流入钻孔（巷道）。

29.矿井瓦斯抽采率怎么计算？

30.开采层瓦斯抽采有哪些主要方法？

►钻孔预抽

我国预抽煤层瓦斯一般不采用巷道法，基本上都采用钻孔法，布孔方式有两种：

穿层钻孔和顺层钻孔

⏹穿层网格预抽

✓松藻矿务局打通二矿

–穿层条带预抽

⇨采面网格预抽

顺层长钻孔预抽

钻孔布置方式

平行斜交钻孔（六枝化处矿）

平行斜交钻孔（淮北芦岭矿）

扇形钻孔（淮北芦岭矿）

交叉钻孔（焦作九里山矿）

►大面积预抽瓦斯的基本模式

⏹穿层网格顶抽

⏹顺层长钻孔顶抽

⏹穿层条带＋平行钻孔预抽

⏹模块抽采（晋城寺河矿）

⏹定向水平长钻孔（亚美大宁矿）

边采边抽

实质抽采采面前方卸压条带的瓦斯

►边掘边抽

实质抽采巷道两帮的卸压条带瓦斯

31.瓦斯抽采系统的“三防”装置指的是什么?

防爆、防回火、防回气

抽采系统可能出现的意外:

•瓦斯管路漏气

•突然停泵或因机械故障使抽采失常，有可能形成回流或带进火源

•放空管排出的瓦斯受雷击起火

•抽采管路上积存静电或井下杂散电流引燃瓦斯

•机械碰撞管路或电缆漏电产生火花

1.我国煤矿瓦斯利用的主要技术途径

–民用，作为燃气供居民使用（压缩瓦斯和管道瓦斯）；

–发电：

内燃机组和燃气轮机机组；

–工业燃料：

钢铁厂、汽车用燃料；

–工业原料：

炭黑、甲醛。

32.已知绝对瓦斯涌出量和日产量，如何计算矿井相对瓦斯涌出量？