矿井瓦斯防治 课件(1)矿井瓦斯性质及危害

5. 瓦斯涌出
2
C/%
1
3、大气压变化影响各地点瓦斯涌出 回采工作面采空区和老空区（密闭）、塌 陷区、冒顶区瓦斯涌出有明显影响。 美国：1910~1960，一半以上的煤矿瓦斯爆炸发 生在大气压发生急剧变化的时候。
5. 瓦斯涌出
4、矿井通风负压对矿井各地点瓦斯涌出量影响
矿井通风负压 Pa 瓦斯涌出量 m3/min 测定月份 1668 22.6 1月 1619 21.9 2月 1472 21.6 3月 1373 20.9 4月 1275 19.6 5月
爆炸，人员伤亡，破坏巷道和器材设施 有害气体：造成人员中毒死亡
3）瓦斯爆炸的危害
瓦斯爆炸式一种极其严重的灾害，一旦发生， 不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井 设施、中断生产。 可能引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌和 顶板冒落等二次灾害，使生产难以在短期内恢复。 世界上最大一次瓦斯爆炸：1942年，辽宁本溪， 死亡：1549人，伤:146人。 新中国发生的最大一次瓦斯爆炸：1960年大同， 白洞矿，死亡684人。
由于甲烷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） 瓦斯性质
(1)矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭、难 溶于水的气体。要检查空气中是否含有瓦斯及 其浓度，仅靠人的感观检查是不行的，必须使 用专用的瓦斯检测仪才能检测出来。 (2)瓦斯比空气轻，对空气的相对密度为 0．554。在风速低的情况下它会积聚在巷道顶 部、冒落空洞和上山迎头等处，因此必须加强 这些部位的瓦斯检查和处理。
3）瓦斯爆炸的危害
当前现状 随着开采深度增加，瓦斯涌出量增大，发生爆 炸的可能性增大； 机械化程度的提高，火源点增多，摩擦火花增 多； 导致伤亡的爆炸事故仍然不少，未杜绝； 多数事故是人为的、组织管理上的缺陷； 爆炸次数与矿井瓦斯涌出量之间无必然联系， 1/3的爆炸发生在低瓦斯矿井。
瓦斯爆炸

2007-5-5，山西蒲邓煤矿井下发生瓦斯爆炸事 故。遇难21人，矿山全部摧毁。
（2）运移到适于贮存地点，形成气藏；
（3）溶解于水中（长久地质年代过程中）； （4）逸散于大气中（从煤层露头）。
3.瓦斯的赋存状态
煤层瓦斯赋存的垂直分带性： 当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层 覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层 中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。开采 过程中总结出，煤层倾角越大，瓦斯含量越低。
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，％。
5. 瓦斯涌出
绝对瓦斯涌出量：单位时间矿井涌出量，m3/d 相对瓦斯涌出量：日产一吨煤涌出量， m3/t 影响因素：煤层中瓦斯含量、开采深度、地压、 开采方式
5. 瓦斯涌出
3.涌出形式 一般涌出：长时间、均匀地从煤体中涌出瓦斯。
烃
碳 氢
zhao
沼气：
人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪 池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴， 可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。 从科学定义角度看，沼气是各种有机物质， 在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、 PH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种 可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可 再生能源。
。
浓度=9.5%, 威力最大(氧和
O2
22%
瓦斯完全反应)；
爆炸极限受温度、压力变化
新鲜空气进入可能爆炸 燃烧区 CH4
16%
爆炸
2. 瓦斯喷出及煤与瓦斯突出

瓦斯喷出：大量承压瓦斯从煤层中快速喷出。 煤与瓦斯突出：在地应力与瓦斯释放引力作
用下，瞬间瓦斯突破软弱煤层抵抗线，突然
猛烈地向采掘空间冲出大量的煤与瓦斯，并伴
5. 瓦斯涌出
2）时空不均匀性 1、落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。 水采：2~4倍；炮采：1.4~2.0倍；机采：1.3 ~ 1.6倍；风镐：1.1 ~ 1.3倍。 2、从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定 （初次来压后），随老顶周期来压，瓦斯涌出 呈周期性变化。 3、对上行通风，从工作面下口至上口，瓦斯浓 度逐渐增大，上隅角达到最大。
2. 瓦斯的生成
生成瓦斯
泥炭变质为褐煤
褐煤变质为无烟煤
成煤与造气时期
2. 瓦斯的生成
变质阶段（从泥炭到烟煤） 泥炭
P↑ 、t↑
褐煤
P↑ 、t↑
烟煤
P↑ 、t↑
无烟煤
如： 4C16H18O5 C57H56O10 C54H42O5
C57H56O10 + 4CO2wenku.baidu.com+ 3CH4 + 2H2O C54H42O5 + CO2 + 2CH4 + 3H2O C13H4 + 2CH4 + H2O
氧气浓度 对人的影响
19.5%~23.5%
15%~19% 12%~14% 10%~12% 8%~10% 6%~8% 4%~6%
正常呼吸
工作能力降低、感到费力 呼吸急促、脉搏加快，协调能力和感知判断降低 呼吸减弱，嘴唇青紫 神志不清、昏厥、面色土灰、恶心呕吐 大于等于8分钟，100%死亡； 6分钟，50%可能死亡；4~5分钟，可能恢复 40秒后昏迷、抽搐、呼吸停止，死亡
瓦斯窒息
瓦斯燃烧
瓦斯事故
瓦斯爆炸
瓦斯突出
1. 瓦斯燃爆特征
1）瓦斯燃烧特征
CH4燃点为650～750℃ 浓度< 5％时，靠近热源附近燃烧（富氧燃烧） 浓度>16％时，呈富材料燃烧
9.5%
燃烧
<5%
爆 炸
5-16%
燃烧
16-88%
熄灭
>88%
1. 瓦斯燃爆特征
2）瓦斯爆炸特征 CH4爆炸极限5-16%
3）煤与瓦斯突出的危害

产生高温高压火源、冲击波，造成人员伤亡，
破坏矿井设施及设备；
产生有毒有害气体，造成人员伤亡。
2013年3月29日、4月1日吉林省白山市八宝煤 矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，共造成53人遇难。
5. 瓦斯涌出
2）时空不均匀性 机掘：开机后，瓦斯涌出量逐渐增大，达到极限 稳定值。 炮掘：放炮后（6~9min），瓦斯涌出迅速增长 （5~20倍），然后下降经过一段时间恢复到初 始值。 时间与空间上存在瓦斯涌出与浓度的不均匀性 是种潜在危险。
5. 瓦斯涌出
2、回采工作面瓦斯涌出 1）瓦斯涌出来源 ① 本开采煤层：煤壁、采空区、采落煤炭； ② 厚煤层未采分层； ③ 采动影响邻近层； ④ 围岩。
2）瓦斯燃烧的危害
产生高温高压火源、
引起大规模火灾，造成人 员伤亡，破坏矿井设施及
设备；
产生有毒有害气体，
造成人员伤亡。
071211陕西韩城市煤矿发生瓦 斯燃烧事故，死3人亡，伤20人。
3）瓦斯爆炸的危害

高温：》2000℃。人被烧死、烧伤，
引发火灾。
冲击压力：》20M~100Pa 。引发煤尘
1） 瓦斯性质
(5)矿井瓦斯具有燃烧性和爆炸性。当瓦斯 与空气混合到一定浓度时(5%~16%)，遇到引爆 热源，就能引起燃烧或爆炸，严重影响和威胁 矿井安全生产，一旦形成灾害事故，常会给国 家财产和职工生命健康造成巨大损失。因此， 瓦斯是矿井灾害之首。 (6)当井下空气中瓦斯浓度较高时，会相对 地降低空气中的氧气而使人窒息死亡。
矿 井 瓦 斯 防 治
矿井瓦斯基本特征及危害
主讲人：蔡云龙
天然气：
天然气是指自然界中天然存在的一切气 体。包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自 然过程形成的气体（包括油田气、气田气、 泥火山气、煤层气和生物生成气等）。 而人们长期以来通用的“天然气”的定 义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天 然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合 物。 tan qing （ting）
甲烷
（CH4）
主 要 成 分
非常规
混合气体
煤层气
俗 称
天然气
瓦斯（矿井）
一、矿井瓦斯特征
1. 2. 3. 4. 5.
瓦斯的性质 瓦斯的生成 瓦斯赋存状态 瓦斯的涌出 瓦斯的危害
1. 瓦斯的性质
1）瓦斯成份 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。
5. 瓦斯涌出
在开采破坏了煤层中瓦斯的压力平衡后，瓦 斯会由高压处向低压处流动。部分向空气中发散， 留下瓦斯重新分布，形成新的平衡。
5. 瓦斯涌出
1.瓦斯涌出量是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风 计算等方面的依据。 2.瓦斯涌出量表示方法 绝对瓦斯涌出量 单 位 时 间 涌 出 的 瓦 斯 体 积 ， 单 位 为 m3/d 或 m3/min： Qg=Q×C/100 式中
随着巨大的冲击波。
3、瓦斯的危害
瓦斯大量涌出与喷出的危害
瓦斯燃烧的危害 瓦斯爆炸的危害
煤与瓦斯突出的危害
1）瓦斯大量涌出与喷出的危害
污染环境，加剧“温室效应” 可造成瓦斯窒息事故
瓦斯浓度≥43%，呼吸短促
其它, 1 氧气, 21
氮气, 78
瓦斯浓度≥57%，即刻昏迷
1）瓦斯大量涌出与喷出的危害
CO2-N2
空气
-200m
N2 N2-CH4
CH4
-400m
-600m -800m
瓦斯
-1000m
3. 瓦斯的赋存状态
瓦斯在煤炭中赋存状态
吸 附 P orT 解 吸
吸附状态：70—95% 游离状态：5—-30%
温度/压力影响，相互转换
P
orT
4. 瓦斯的吸附特性
1、吸附现象 气体分子与固体表面分子间相互作用，气体分子 暂时停留在固体表面上的现象。 吸附剂----能吸附其它物质的介质，如：煤； 吸附质----被吸附的物质，如CH4 。 2、吸附分类 ① 根据吸附方式分： 表面吸附（吸着）----在吸附剂表面吸附一层或 多层吸附质分子。 容积吸附（吸收）----吸附质分子紧密地充满于 吸附剂的微小孔隙内，类似于溶质溶解于溶剂中。
2. 瓦斯的生成
特点： （1）碳化过程生成的大量气体。
初期：主要为CO2，CH4不多。随着碳化程度的提高，CO2 减少，CH4增多，同时生成重烃。（ CO2 溶于水）
（2）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化； （3）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但煤层瓦斯 含量远小于生成量。 减少的原因： （1）地质构造运动；
6. 瓦斯积聚
瓦斯积聚定义： 瓦斯浓度超过2%，其体积超过0.5m3的现象。 瓦斯在其自身浮力作用下上升，积聚于巷道顶 板形成稳定的瓦斯层。
原因：1）积聚附近不断涌出瓦斯 2）巷道风流含有瓦斯； 3）风速低，风流稀释速度小于涌出量。
二、瓦斯的危害
1. 瓦斯燃爆特征 2. 瓦斯突出特征 3. 瓦斯危害
特点：时间上：连续不断
空间上：普遍存在 涌出强度：缓慢、均匀。 特殊涌出： 突然集中大量涌出，如瓦斯喷出、煤与 瓦斯突出。
5. 瓦斯涌出
4.实际采掘工作面现场瓦斯涌出的“不均匀”性 1、煤巷掘进工作面瓦斯涌出的构成及变化 1）瓦斯涌出构成：巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。
掘进巷道
工作面 巷道壁面 掘进落煤
煤层气：
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要 成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分 游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气 体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气， 是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能 源和化工原料。俗称“瓦斯”，直接排放到 大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍， 对生态环境破坏性极强。
1） 瓦斯性质
(3)瓦斯有很强的扩散性。一处有瓦斯涌出， 就能扩散到巷道附近。这样，既增加了检查瓦 斯涌出源的难度，也使瓦斯的危害范围扩大。 (4)瓦斯的渗透性很强。在一定瓦斯压力和 地压共同作用下，瓦斯能从煤岩中向采掘空间 涌出，甚至喷出或突出。利用这个特性向煤层 中打钻抽放瓦斯，可降低煤层瓦斯赋存量并变 害为利、开发利用。