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论文煤矿瓦斯爆炸的原因及防治措施

毕业设计（论文）题目

煤矿瓦斯爆炸的原因及防治措施

专业名称：

采矿工程

姓名：

*******

指导老师：

河南理工大学成人高等教育

2017年十月二十日

摘要

我国的能源工业中,煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70%左右,预计到2050年还将占50%以上,煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。

我国目前国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井,其中高瓦斯矿井和突出矿井占全国矿井总数的44%。

预防、控制瓦斯爆炸事故,是实现煤矿安全生产的关键。

瓦斯防治是煤矿安全工作的重中之重,必须采取有利措施,有效防治煤矿重特大瓦斯事故的发生,以确保煤矿的安全生产。

目录

摘要1

1 引言 3

2 瓦斯的基本理论知识3

2.1 瓦斯定义3

2.2 瓦斯形成的条件3

2.3 矿井瓦斯存在的形态3

2.4 矿井瓦斯等级 4

2.5 矿井瓦斯的爆炸必须具备条件4

2.6 瓦斯爆炸的原因 5

2.7 瓦斯爆炸的危害5

2.8 瓦斯涌出量5

2.8.1 绝对瓦斯涌出量6

2.8.2 相对瓦斯涌出量6

2.9 瓦斯涌出及其流动的规律6

3.矿井瓦斯抽放 7

3.1 矿井瓦斯抽放的目地和意义7

3.2  高位钻孔抽放瓦斯的种类和作用7

3.3 瓦斯抽放钻场与回采速度之间的合理配置8

3.4 矿井瓦斯抽放方式和分类9

3.5 采空区瓦斯的来源及危害9

3.6  回采工作面采空区瓦斯抽放方法10

3.7 抽放采空区瓦斯时注意事项 10

4.煤矿常见的瓦斯爆炸的原因11

5. 防止瓦斯爆炸的措施 12

6. 总结 14

参考文献：

15

致  谢16

1 .引言 

矿井瓦斯的爆炸必须具备以下3个条件:

（1）瓦斯浓度。

当空气中的瓦斯浓度达到5%～16%时,就达到爆炸浓度,也称爆炸界限。

（2）一定的引火温度。

点燃瓦斯所需的最低温度,称为引火温度。

在空气中瓦斯的引火温度是650～750℃。

明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的金属表面、爆破等都能引起瓦斯爆炸。

（3）氧气的浓度。

氧气的作用是助燃,当空气中氧气的浓度超过12%时,瓦斯就能爆炸,这是最容易获得的条件,在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20%。

2 .瓦斯的基本理论知识 

2.1 瓦斯定义 

从煤.岩体中涌出的以甲烷为主的各种有毒有指煤矿建设和生产过程中害气体的总称。

2.2 瓦斯形成的条件 

矿井瓦斯的爆炸必须具备以下3个条件:

（1）瓦斯浓度。

（2）一定的引火温度。

（3）氧气的浓度。

2.3 矿井瓦斯存在的形态 

（1）游离状态（也称启由状态）：

这种瓦斯以完全自由的气体状态存在于煤体或围岩的较大裂缝、孔隙或空洞之中。

（2）吸附状态（也称结合状态）：

按其结合形式的不同，又分为吸着和吸收二种状态。

吸着状态是瓦斯气体分子在其与煤粒固体分子间的引力作用——被吸着在煤体孔隙的内表面上所呈现的状态，形成，一层很薄的吸附层。

吸收状态是瓦斯分子进入煤体胶粒结构内部与煤部分子结合而呈现的一种状态，其类似气体溶解于液体的现象。

吸附状态存在的瓦斯量的多少；取决于煤的结构特点，炭化程度等。

2.4 矿井瓦斯等级 

矿井瓦斯等级，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如下：

（1）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 。

（2）高瓦斯矿井 矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井相对瓦斯涌出量大于40m3/min. 

（3）煤与瓦斯突出矿井 

2.5 矿井瓦斯的爆炸必须具备条件 

（1）瓦斯浓度。

当空气中的瓦斯浓度达到5%～16%时,就达到爆炸浓度,也称爆炸界限。

（2）一定的引火温度。

点燃瓦斯所需的最低温度,称为引火温度。

在空气中瓦斯的引火温度是650～750℃。

明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的金属表面、爆破等都能引起瓦斯爆炸。

（3）氧气的浓度。

氧气的作用是助燃,当空气中氧气的浓度超过12%时,瓦斯就能爆炸,这是最容易获得的条件,在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20%。

2.6 瓦斯爆炸的原因  

1.装备不足、管理不落实,矿井安全装备配置不足。

2.企业职工安全意识淡薄,文化素质较低。

3.瓦斯积聚的存在。

4.火源的危害。

 例如：

本矿（毕节市大梨树煤矿）虽然属于低瓦斯矿井，但各个方面设施都搞得很齐全。

装备和管理都很到位。

企业安全培训次数较多，使职工安全意识增加，管理措施到位。

2.7 瓦斯爆炸的危害 

矿内瓦斯爆炸的有害因素是高温、冲击波和有害气体。

2.8 瓦斯涌出量 

指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量 

2.8.1 绝对瓦斯涌出量

指单位时间内涌出的瓦斯体积， 单位为m3/d或m3/min：

Qg=Q×C/100

式中Qg—绝对瓦斯涌出量， m3/min；

Q—风量， m3/min；

C—风流中的平均瓦斯浓度，％。

2.8.2 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m3/t 

qg=Qg/A

式中：

qg—相对瓦斯涌出量，m3/t；

Qg—绝对瓦斯涌出量，m3/d；

A —日产量，t/d

2.9 瓦斯涌出及其流动的规律 

工作面的瓦斯主要来源于以下两个方面。

其一，是由落煤产生的；其二，是由相邻的煤层或者煤层顶底板裂隙涌入产生的。

瓦斯流动的原因主要有两个，基于这两个原因，瓦斯会沿着顶板的裂隙，向上部离层的裂隙区进行运移。

瓦斯的密度是空气的密度的0. 554倍，由于瓦斯密度比周围气体介质的密度小，当瓦斯涌入矿井的空气中的时候，瓦斯就会发生升浮。

因为裂隙通道或者漏风通道的两端存在着一定的能量差，所以瓦斯具有不断流动的能量。

3.矿井瓦斯抽放 

指采用通过打孔，利用钻孔（或巷道）管道和真空泵等设施，把煤尘.岩尘和采空区内的瓦斯抽出送到地面综合利用。

3.1 矿井瓦斯抽放的目地和意义 

（1）抽放瓦斯可以减少开采时的瓦斯涌出量，从而可减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故，是保证安全生产的一项预防性措施。

（2）抽放瓦斯可以减少通风负担，降低通风费用，还能够解决通风难以解决的难题。

（3）煤层中的瓦斯同煤炭一样是一种地下资源，抽出来送到地面作为原料和燃料加以利用，“变害为利”、“变废为宝”，可以收到节约煤炭，保护环境的效果和可观的经济效益。

3.2  高位钻孔抽放瓦斯的种类和作用 

（1）高位钻孔的种类 根据钻孔角度的不同，可以分为倾斜钻孔、水平钻孔。

对于采空区瓦斯抽放，水平钻孔的效果最为理想，因为它总是处于顶板裂隙发育区。

1.倾斜钻孔：

是指在采掘工作面或者巷道中，根据现场实际情况、作用，如所需钻孔长度、煤层厚度、终孔在煤层顶底板高度和位置及所起作用等，与煤层顶底板走向或者倾向成一定角度，直接进行施工的钻孔。

如图一所示。

2.水平钻孔：

是指在采掘工作面或者巷道，在煤层的顶板中开出施工的钻场，在钻场中开展施工，沿煤层的走向进行施工的钻孔。

由于这种钻孔进行水平布置，随着工作面而推进，并且始终在顶板裂隙的发育区，因此，说平钻孔被广泛地采用。

（2）高位钻孔的作用 高位钻孔，主要适用于治理采空区的瓦斯。

通过钻孔的抽放，减少采空区瓦斯的浓度。

1、采空区的瓦斯浓度降低以后，可以减少采空区瓦斯的涌出量，以避免瓦斯量超限事故的产生，为回采工作面的生产创造有利的条件。

2、通过抽放手段的实施，切断相邻煤层的瓦斯本煤层涌出通道，以减少瓦斯向着工作面的涌出量。

这种抽放技术的效果，与钻孔的成孔率、孔径以及钻孔在煤层顶板位置、封孔、连孔及抽放泵能力等有关。

但是主要的并且难以控制的，是采场的顶板的控制及其活动的规律。

3.3 瓦斯抽放钻场与回采速度之间的合理配置 

为了确保瓦斯抽放钻孔能够有效抽放高浓度瓦斯气体，瓦斯抽放钻场与回采速度这两者之间的合理配置是十分关键的。

要确保当工作面推进到其中一个钻场的九米左右时，紧接其后的一个瓦斯抽放钻场就能够开始进行抽放工作，只有这样，才能够保证瓦斯抽放钻场在搭接时能够有效地抽放瓦斯。

通过对顶板垮落步距、综采工作面推进速度、打钻速度、高位瓦斯的抽放钻孔出现在顶板岩石的间隙带的时间等数据的实际测量后，才能确定，每一个高位抽放钻场的间距在50米时，瓦斯抽放的效果是最好的。

因此，合理地配置高位抽放钻孔的角度、高度和平距等，是提高瓦斯抽放率的关键所在。

1、确定最有效的相邻高位钻孔重合距离。

对现场高位瓦斯抽放钻场的每一个钻孔长度进行实测，为确保前一个孔失效后，紧邻的钻孔能够随之工作，同时不会因为钻孔搭接降低瓦斯抽放的效果， 将钻孔间的压茬的距离确定为20至30米，以保证每一个钻孔都能够最高效地进行瓦斯的抽放。

2、确定最佳的高位瓦斯抽放钻孔参数。

通过对现场高位瓦斯抽放钻孔内瓦斯浓度的实测，确定终孔位置距回风巷平距15至45米、距煤层顶板5至10倍高的时候，钻孔抽放能够达到最佳的效果。

3.4 矿井瓦斯抽放方式和分类 

矿井瓦斯抽放的方式和方法多种多样，一般有3种分类方法。

矿井瓦斯抽放虽然有不同分类方法和分为不同种类，但现场应用时，往往是互相结合。

3.5 采空区瓦斯的来源及危害 

采空区的瓦斯主要有两个来源：

一是未能采出而被留在采空区的煤炭中存有一定数量的残存瓦斯；二是顶板和周围煤岩中的瓦斯。

采空区积聚的大量瓦斯，往往被漏风带人采煤工作面或生产巷道，影响正常生产。

有时由于大气压力或通风系统变化的影响，当工作面与采空区之间的压力平衡被破坏，采空区的瓦斯会大量涌入工作面，威胁安全生产，甚至酿成重大事故。

3.6  回采工作面采空区瓦斯抽放方法 

进行回采工作面采空区瓦斯抽放时，应将采空区封闭严密，防止漏风，然后在回风巷的密闭处插管进行抽放，也可以在回风巷每隔一定距离（30-50m）掘一个斜上绕行巷道作钻场，向采空区上方打钻，钻孔进入冒落带或裂隙带，然后将绕道封闭进行抽放。

还可以采用在回风巷预先埋置管路或在煤层中距回风巷相近的其他巷道中向采空区打钻等方式，抽放采空区瓦斯。

3.7 抽放采空区瓦斯时注意事项          

（1）控制抽放负压，保证瓦斯质量。

由于采空区围岩受采动影响透气性大大提高，故抽放负压不宜过大。

否则，很容易使空气进入采空区，使抽放瓦斯浓度降低和引起采空区煤炭自然。

一般来说，瓦斯浓度低于20％时，应停止抽 

（2）定期检查与测定，防止自然发火。

对有自然发火危险的煤层，为防止采空区因抽放瓦斯而引的自然发火，必须定期进行检查和采气分析及测定，其内容包括密闭或抽放管内的气体成分（O2，CO，CO2，CH4）、温度、负压和流量等。

当CO或温度呈上升趋势时，应控制（低负压）抽放，而发现发火征兆时，必须立即停抽并采取注水注浆等防消火措施，等征兆消除后再逐渐恢复抽放 

4.煤矿常见的瓦斯爆炸的原因 

（1）装备不足、管理不落实,矿井安全装备配置不足。

“先抽后采,监测监控,以风定产”方针未得到完全落实。

很多煤矿发生的特大瓦斯事故都没有装备瓦斯抽放系统或抽放系统不能有效运行,监控系统也不能有效发挥作用。

瓦斯爆炸事故的发生,主要是由于管理上存在缺陷造成某些人员的违章失职。

（2）企业职工安全意识淡薄,文化素质较低。

据有关数据分析,大部分煤矿的瓦斯爆炸都是由于工作人员的违章操作造成,并且绝大多数瓦斯事故都是由于“三违”引起。

煤矿的很多职工文化程度低,没有经过正式安全培训就下井,常常采用师带徒的方式参与采掘等作业,缺乏基本的安全生产知识,不懂通风安全管理和操作规程,思想麻痹,违章作业,冒险蛮干现象严重。

（3）瓦斯积聚的存在。

瓦斯积聚是指采掘工作面及其他地点,体积大于0.5m3的空间内积聚瓦斯浓度达到或超过2%的现象。

瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸的根本原因,造成瓦斯积聚的原因很多,主要有:

矿井主通风机供风能力不足或通风系统不合理造成矿井缺风;掘进工作面或其它需单独供风的巷道,因局部通风机、风筒原因使得瓦斯积聚;采煤工作面上隅角和采空区瓦斯积聚;巷道变形、调节风门故障等造成通风不良。

（4）在个别煤矿中,引爆火源的问题仍然存在。

5. 防止瓦斯爆炸的措施 

（1）优化通风网络及通风系统,防止瓦斯积聚合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施,瓦斯防治工程与采掘工程,必须同时设计,超前施工,同时投入使用。

每个掘进工作面必须有合理的进风和回风路线,避免形成串联通风。

在采煤过程中,采煤工作面回风隅角容易积聚瓦斯,应及时有效地处理该区域积聚的瓦斯。

处理的方法有:

挂风障引流法、风筒导风法、移动泵站抽放法、尾巷排放瓦斯法、液压局部通风机吹散法。

（2）矿井瓦斯浓度及火源监测技术。

矿井瓦斯浓度及火源的实时自动监测对于防止瓦斯爆炸非常重要,当发现瓦斯异常或有火源产生,立即采取措施可防止爆炸事故的发生。

我矿前目前使用开发了KJ-73矿井安全监控系统,以及各类检测传感器、报警仪和断电仪。

按照国家煤矿安全监察局要求,所有矿井均要求安装矿井安全综合监控系统。

安全监控系统的应用,为煤矿的安全生产做出了很大的贡献,决不能替代专职安全检测人员的井下现场检测。

（3）强化安全生产检查。

要侧重检查人们在井下作业中,违章把火种带人井下、违章用电、违章放炮、违章敲打矿灯等具有导致瓦斯爆炸事故的异常行为,要侧重检查瓦斯抽放、通风管理、瓦斯监测、电气设备防爆等,并要做到改变其异常,达到安全生产的客观要求,从而控制瓦斯爆炸事故的发生。

（4）强化进行全员安全培训工作。

企业领导干部要学会按煤矿生产规律办事,严格执行“安全第一、预防为主”的安全生产方针,做到“责任明确,制度完善,执行有力,监督严格”。

通过生产技术和安全培训,提高煤矿工人的技术素质、应变能力、安全意识和自我保护能力。

（5）加快新技术的研究力度,实现瓦斯综合治理跨越式发展,加大“先抽后采”力度,实现煤矿瓦斯治理的根本转变。

积极实施“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯综合治理战略,依靠科技进步,实现采煤采气一体化、 地面与井下抽放一体化,瓦斯抽放和利用一体化。

积极开展松软突出煤层水平长钻孔打钻技术、低透气性煤层快速高效增透强化抽放技术、地面钻孔钻进固孔技术等关键技术攻关研究。

加快巷道瓦斯涌出特征、声发射监测技术、电磁辐射监测技术等工作面非接触连续预测及预警技术研究进度,并将信号并入矿井安全监测系统实现连续监测技术的创新性研究。

通过工艺技术攻关研究,实现瓦斯综合治理的技术突破。

 瓦斯爆炸事故的防治是煤矿安全工作的一个系统工程,除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外,还应加强安全管理和安全监督,重视员工安全意识的培养。

煤矿企业要加大瓦斯管理投入,拿出资金,进行瓦斯治理与监控及其他安全问题的研究,以寻求科学合理的防治措施,保障煤矿安全状况得到改善。

6. 总结 

瓦斯抽采技术是煤矿瓦斯治理的核心的和根本的措施，瓦斯治理的能力决定了矿井的生产能力，实现瓦斯治理由被动的防范到主动的治理的转变，方可确保矿井安全高效地进行生产。

参考文献：

[1]王海锋，程远平，沈永铜. 高产高效工作面顶板走向钻孔瓦斯抽采技术[j].采矿与安全工程学报，2008（06） 

[2]刘泽功，袁亮，戴广龙.采场覆岩裂隙特征研究及在瓦斯抽放中应用[j].安徽理工大学学报，2004（04） 

[3]俞启香.矿井瓦斯防治[m].徐州：

中国矿业大学出版社，1992 

[4] 李同意，彭担任，张仁贵.高位钻孔瓦斯抽放在回采工作面的应用[j].矿业安全与环保，2008（04） 

[5]孙荣军，石智军，吴璋.煤层顶板瓦斯抽放水平长钻孔的设计与应用[j].煤炭科学技术，2008（01） 

[6]张学增;浅议宿东煤田的瓦斯和水[J];煤炭工程;1980（3） 

[7]杨惠莲;缓倾斜煤层的瓦斯抽放[J];矿业安全与环保;1980

（1） 

[8]俞启香，王凯，杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2000,29

（1）  

[9]沈明荣.岩体力学[M].上海:

同济大学出版社,1999

致  谢

我的成人大专生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。

伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给曾经在课堂上教授我们知识的平凡的人，我的指导老师。

我不是学生，而您却是我最尊敬的老师。

您们治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。

授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

 在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。

此外，论文最终得以完成，也是与许多老师对我的帮助分不开的。

他们为我论文的选题和内容上面提供了许多意见和建议，在此由衷的感谢他们。

最后再一次感谢所有在毕业论文设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在论文设计中被我引用或参考的论著的作者。