矿井瓦斯概论

2020-03-03 19:15:01 来源：范文大全收藏下载本文

矿井瓦斯概论

矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。有时单独指甲烷(沼气)。它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。另外，在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。

瓦斯突出是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。

一、煤与瓦斯突出机理研究进展

煤是多孔裂隙物质，其中存在着大小不等的空隙，孔隙之间由若干大小裂隙沟通。游离瓦斯存在于孔隙之中，而吸附瓦斯存在于煤的表面。在目前开采条件下。吸附瓦斯主要存在于微空隙的表面，因为地压只能对大孔隙和裂隙有压缩变形的作用，所以地压的变化对煤的吸附能力影响很小，而对煤层的透气性则有重大影响。煤层中的大孔和裂隙是瓦斯流动的通道，是构成煤层透气性的基本部分

[2]。

采掘工程开始后必将在井巷两边和前方巷壁上形成应力“三区”，这些重新分布的应力“三区”随工作面的推进而前移。工作面前方应力显现区生成预成裂隙并半有瓦斯解吸。工作面前方应力显现区煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方运移积累。煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方不断运移的同时，楔子作用的瓦斯在预成裂隙中（或沿煤层层理）运移时不断冲刷、导致裂隙、层理周边煤体破坏成为粉煤（或碎煤），使得粉煤和瓦斯混合相间积累。采掘工作面不断推进，应力“三区”随工作面的推进而不断前移，工作面前方应力显现区煤层中的游离瓦斯和解吸瓦斯在支承压力作用下沿应力转移过程中形成的预成裂隙向前方不断运移积累，不断冲刷破坏裂隙和层里周边煤体，运移积累瓦斯的同时积累了破坏的粉煤。多个采掘工作循环导致支承应力不断前移促使瓦斯运移积累的结果，使工作面前方煤体相互联系的裂隙中形成了大量高压瓦斯和破坏的粉煤的存在。这些积累瓦斯的压力来自于自身解吸和积存瓦斯对采掘支承压力挤压的传递（同时，若有地质构造存在，地质构造残余应力同时作用）。当运移瓦斯积累到其瓦斯压力足以导致一定煤岩壁破坏时，此时，当采掘工作继续进行时（特别是放炮、工作面周期来压或初次来压时），工作面应力向深部转移，在工作面前方形成卸压的瞬间，工作面煤壁三向应力场变为两向或一向，煤岩壁抵抗强度最低，高压瓦斯作用于抵抗强度最低的煤岩壁，导致其破坏发生瓦斯突出。

二、煤与瓦斯突出预测技术研究现状《1》

1、静态(不连续)预测

静态预测的根据就是含瓦斯煤体性质及其赋存条件的

某些量化指标。这些指标主要包括瓦斯指标、煤层性质指

标、地应力指标或它们的综合指标,预测则是考察其中的单

个或同时多个指标是否超过临界值。具体说来,目前较多采

用的指标有钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、瓦斯放散指

数ΔP、煤体坚固性系数f、瓦斯压力p。

2、动态(连续)预测

目前,突出的连续预测有3条途径:

① 声发射监测技术;

② ②利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征,分析瓦斯涌出与突出的关系从而预测突出;

③电磁辐射监测技术。

三、煤与瓦斯突出防治技术发展现状及展望

在煤矿建立瓦斯抽放泵站，井下初采放顶煤工作面，高瓦斯掘进工作面分别实施煤（岩）钻孔抽放，高位巷道抽放。超前浅孔与巷帮钻孔抽放，采空区抽放，上隅角埋管抽放等，杜绝采掘工作面瓦斯难以控制的局面。同时要加强对煤与瓦斯突出的防治，在所有掘进工作面根据《煤矿安全规程》规定，结合煤矿实际，若工作面出现瓦斯动力现象，所有掘进工作面均按照“四位一体”防突措施严格瓦斯管理，包括突出危险性预测，防治突出效果检验，防治突出措施，发生突出时的安全防护措施，降低突出危险的采掘方法和工艺，采用最有效的方法对效果进行检验，取合理的综合指标r 值，尽量积累经验数据，有效防治煤与瓦斯突出事故的发生。其次，应积极开展掘进工作面瓦斯防治工作评价，煤矿应成立瓦斯防治工作评价领导小组，定期对掘进工作面的瓦斯涌出量，煤与瓦斯突出危险性、通风系统、局部通风、抽放系统、监测系统、防爆设施、压风自救、顶板岩石钻孔抽放，巷帮超前抽放，钻孔疏放、避灾硐室、物探、钻探分析、地质构造，设备防爆、机电设备，保护通风设施等项目进行预测预报及评价验证，并由矿长、总工程师牵头组织各业务科队、分别对各专项内容作评价会审，提出掘进工作面瓦斯防治综合评价意见，决定是否可以掘进及整改防治措施，确定允许掘进距离，保证超前钻孔距离符合相关要求，消灭采掘工作面因瓦斯压力，地质构造应力等因素造成煤与瓦斯涌出、压出、倾出及瓦斯超限现象。

四、低透气性煤层的瓦斯抽放技术概述

我国大部分矿区煤层属低透气性难抽煤层,给瓦斯治理和利用带来困难。因此,强化抽放技术的研究与推广是我国煤矿瓦斯治理工作的十分迫切的需求。几十年来,国内外科研人员和生产技术人员都对低透气性煤层瓦斯抽放技术进行过研究,其研究的基本出发点是提高煤层透气性或增加单位煤体钻孔长度,以达到提高抽放率的目的。根据我国煤层地质条件和瓦斯赋存特点,不同的煤层,采取不同的抽采技术,比如我国开展技术包括:水力割缝、深孔控制预爆破、旋转水射流扩孔、水力压裂、密集钻孔技术等。而抽采瓦斯方法的选择,主要是根据矿井(或采区、工作面)瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要有开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采及采空区瓦斯抽采。

五、矿井瓦斯爆炸原因及其防治措施

瓦斯爆炸的主要原因分析

煤矿发生瓦斯爆炸事故是由很多原因造成的，但总的来说分为客观原因和主观原因两种。主观原因就是瓦斯积聚和引爆火源的存在；客观原因与自然条件、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往就是以上原因相互作用所导致的。

⑴瓦斯积聚的存在

⑵引爆火源的存在

⑶煤矿开采条件差

⑷装备不足、管理不落实

⑸管理水平低

⑹企业技术管理薄弱

瓦斯爆炸的防治措施

瓦斯爆炸事故的防治可分为预防爆炸和抑制爆炸。预防爆炸主要有:优化通风网络及通风系统，防治瓦斯积聚，进行瓦斯抽放，加强瓦斯浓度和火源监测，防止点火源的出现等；抑制爆炸主要采用隔爆抑爆装置将瓦斯爆炸限制在一定范围内，从而减少人员伤亡和灾害事故所造成的损失。

2.瓦斯爆炸事故的预防措施 ⑴煤矿瓦斯抽放技术