矿井五大灾害

空气中瓦斯－紊流
例如：某掘进工作面放炮后瓦斯的分布如上图所示，瓦斯浓度分 布不均匀。这时由于工作面采用压入式风筒供风，风流不稳定， 流动路线不均匀，瓦斯涌出源也不均匀造成的。在距离工作面20m 的巷道范围内大致可分为三个区段，分别为风流折反段、不稳定 段和较稳定段。
瓦斯的运动规律
由于采动的影响，瓦斯在其压力作用下会涌出到开采空间。
1、局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转，并使用低噪声局
部通风机或安设消音器。
2、压入式局部通风机的启动装置，风机安装在进风巷道中，距回风口不小
于10m。
3、局部通风机供电和闭锁装置符合《规程》有关规定。
4、局部通风机实行挂牌管理，严禁使用3台以上的局部通风机同时向一个
掘进工作面供风。不得使用1台局部通风机同时向两个作业的掘进工作面供风。
②爆炸区间：遇一定能量的点火源会形成可自动加速 的燃烧锋面，从而形成强烈的爆炸。
③扩散燃烧区：浓度大于爆炸上限。该区域内瓦斯空 气的混合气体无法直接被点燃，但当其与新鲜空气混 合时，可以在混合界面上被点燃并形成稳定的火焰。
瓦斯的存在煤矿井下
存在于煤层和空气中。
一、煤层中的瓦斯 – 煤是多孔介质，瓦斯可以赋存在其中； – 瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中； – 游离瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯积聚在孔隙壁 面上，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态。 – 煤体中大量的孔隙对瓦斯具有很强的吸附能力，在一些高瓦 斯含量的煤层中，煤中含有的瓦斯体积可以达到煤本身体积 的30～40倍 。
2、W型通风方式 W型通风方式又叫对拉工作面通风方式，它是由三条平巷组成的的回采工 作面通风系统。一般适用于炮采、高档普采采煤工作面。
五、局部通风
采用局部通风机通风是掘进巷道时采用的主要通风方法，根据局部通风机
安装位置不同分为三种方式：压入式、抽出式、混合式。局部通风要安装使用 时应注意以下问题：
一、矿井通风
1、什么叫矿井通风。 对矿井不断输入新鲜空气和排出污浊空气的过程称为 矿井通风。
2、矿井通风的作用。 （1）供给井下人员足够的新鲜的空气，满足人员呼吸 的需要。
（2）稀释和排除井下有害气体、矿尘，使之符合《规 程》规定。
（3）调节井下气体条件，提高生产效率。
二、矿内空气
1、地面的新鲜Fra Baidu bibliotek气
4、风硐
风硐是联接主要通风机装置和回风井之间的一段巷道，断面形状通常是圆 形或拱形。以引导风流，减少通风阻力。
5、风窗
调节风窗安装在风门或其他通风设施上，是可调节风量的窗口，根据通风 量的大小，用插板来调节窗口的通风面积。
题纲：
1.瓦斯赋存和涌出基础知识 2.瓦斯爆炸机理和事故的原因 3.瓦斯事故防治方法 4.瓦斯排放方法 5.瓦斯管理规定
基础理论和知识
基础理论和知识
瓦斯的性质
概念：“井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称，有 时单独指甲烷”。
来源：主要来源于煤层及围岩内涌出到矿井中的气体。此外，矿 井生产中产生的气体如放炮产生的炮烟等，井下空气与煤、岩、 矿用材料等反应生成的气体以及井下人员呼吸生成的气体也是矿 井瓦斯的重要来源。
井下适宜的温度是15-20℃。《规程》规定：进风井口以下的空气温 度必须在2 ℃以上，采掘工作面空气温度不得超过26 ℃，超过30 ℃时必须 停止作业。
2、湿度
湿度是空气的潮湿程度，又称相对湿度，是指单位体积空气中实际水 蒸气量与同温度下的饱和水蒸气量之比。
3、风速
煤矿生产过程中，要控制空气湿度比较困难。调节空气时，一般都从 调节温度和风速入手来改善矿井气体条件。井巷中的允许风速
由氮气、氧气和其他成分组成的混合气体，大约氮气78%，氧气21%， 稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%和杂质0.03%。
2、矿内空气 矿内空气是指来源于地面的新鲜空气和井下产生的害气体和浮尘的混 合气体。成分与地面空气相同或近似的空气叫做新鲜空气；受到井下浮尘 和有害气体污染的空气叫做污浊空气。
涌出的瓦斯会挤占空间，使空气中氧气浓度下降，从而 具有窒息性。当混合气体中瓦斯的浓度达到43％时，氧 的浓度降低到12%，人在此环境下会感到呼吸短促，时间 稍长就会昏迷并有死亡危险。
瓦斯的性质
瓦斯是一种可燃性气体 ，按瓦斯在空气中发生燃烧的 性状不同，可以将它分为三个区间：
①助燃区间：浓度小于爆炸下限，不能形成持续的火 焰，只能起到助燃的作用。
断重复，从而使煤层中的瓦斯源源不断地涌出到开采空间。
煤层中的瓦斯
带状分布：赋存在煤层中的瓦斯通过煤层、围岩的裂隙和断层向 地表运动，而地表的空气及其它化学作用生成的气体由地表向煤 层中运动，由此形成煤层中各种气体成分由浅到深有规律地变化， 即所谓的煤层瓦斯沿深度的带状分布。
按深度自上而下分为4个带，即：氮气－二氧化碳带、氮气带、氮 气－甲烷带和甲烷带。
煤层中的瓦斯
煤吸附瓦斯的特性可以用煤在某一固定温度下吸附瓦斯量 随瓦斯压力变化的曲线表示，该曲线称为吸附等温线 ，符
合朗格缪尔方程：
X0
abp 1 bp
煤矿开采过程中，游离的瓦斯首先放散到开采空间，使邻 近煤层中瓦斯压力降低、游离瓦斯量减少，这时，煤中吸 附的瓦斯就解析出来，成为新的游离态瓦斯。这一过程不
压入式通风
抽出式通风
混合式通风
六、井下通风构筑物
矿进井通风构筑物因其用途不同，种类繁多，常见的有风门、风
墙、风桥、风硐、风窗等。
1、风门
在不允许风流通过，但需行人或行车的巷道内必须设置风门。
2、风墙
又称密闭，是在专门为隔断风流而不行人和不通车而建的。可分为临时风 墙和永久风墙两种。
3、风桥
风桥是将两股平面交叉的进风、回风流隔断成立体交叉的一种通风构筑物。
2．渗流
J D C l
瓦斯在较大的孔隙和裂隙中的流动属于渗流流动，通常用线性层流渗
流来描述瓦斯在煤层中的运移规律，即符合达西定律：
V K • p
l
煤层中的瓦斯流动
决定煤层瓦斯流动速度的因素除了瓦斯压力梯度外，还有一个重要 因素就是煤层的渗透率。该值反映了煤层中孔隙和裂隙的状况，对 煤体受到的应力非常敏感。这是因为在外力的作用下，煤体中的孔 隙和裂隙发生闭合，从而会大大减小煤层的渗透性。此外，煤体吸 附瓦斯后，强度降低，塑性增加，加剧了对应力的敏感程度。
这一过程由两个连续的步骤组成，即瓦斯在煤层中的运移 和瓦斯从围岩、煤壁的涌出。
矿井瓦斯涌出除包括围岩、煤壁涌出瓦斯外，还包括采落 煤炭放散瓦斯和采空区涌出瓦斯等。
涌出到开采空间的瓦斯随通风风流安全、稳定地排出地面， 这一运动过程是矿井通风研究的内容。
煤层中的瓦斯流动
以承压状态赋存在煤层中的瓦斯，当回采、掘进、打钻等 工作破坏了煤层中原有的压力平衡后，瓦斯便会由高压向 低压流动。
主要成分：氧气、氮气、二氧化碳。
井下主要害气体：一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氨 气。
预防井下有害气体中毒措施：加强通风、加强检查、检测和监视、抽 放和局部稀释、设置警标、合理构筑通防设施、对中毒人员做到及时有效 的抢救。
三、井下气体条件
井下气体条件是温度、湿度和风速三者综合作用的结果。
1、温度
空气中瓦斯－紊流
流体质点流动速度的大小和方向都随时发生变化，且质点间 相互混杂的流动。
在煤矿井下的几乎所有通风巷道中，风流总是处于紊流状态。
瓦斯涌出到紊流风流中时，由于紊流流动的强烈掺混作用， 高浓度的瓦斯在很短的距离内就与风流混合均匀。
紊流风流中测量获得的瓦斯浓度分布，反映出瓦斯涌出源分 布和风流流动路线的状况。
空气中瓦斯－静止
瓦斯在静止的空气中主要表现为扩散运动和浮力。
无风或封闭的巷道中风流静止，瓦斯的分布是不均匀的。
靠近煤壁等瓦斯涌出源附近，瓦斯的浓度比较高，且首先在顶部 积聚。经过了一段较长的时间后，瓦斯浓度才能达到基本均匀。
进行这些区域的瓦斯浓度测量时（如瓦斯排放工作前），必须注 意测定的位置，应该尽量能靠近工作面附近的高浓度区域或多点 取样测量，以获得区域内的平均浓度。如果仅仅在密闭墙后测定， 由于受到漏风及瓦斯分布不均匀的影响，往往难以获得准确数据。
其中水、火、瓦斯、矿尘、冒顶是煤矿井下开采危害最为严
重的五大灾害，了解灾害的发生和发展规律，鉴别其发生前
的征兆，掌握防治的主要措施，对保障和促进矿进安全生产
具有重大意义。
一通三防：
通风 防瓦斯 防煤尘 防灭火
要点：矿井通风、瓦斯、煤尘、火、水、顶板、爆破
题纲：
1.矿井通风 2.矿内空气 3.井下气候条件 4.采煤工作面通风方式 5.局部通风 6.井下通风构筑物
煤层瓦斯含量
煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量， 单位m3/t或m3/m3。
伴随着煤的生成而生成的瓦斯以吸附和游离两种形态赋存 在煤体内，在煤层形成及其后漫长的地质运动过程中，大 部分生成的瓦斯都散失到大气中。当前煤层瓦斯的含量取 决于煤层瓦斯运移的条件和保存瓦斯的能力。主要与下列 因素有关：
输送机巷道，采区进、回风巷 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷 掘进中的岩巷
最低0.25m/s最高6m/s 最低0.25m/s最高4m/s 最低0.15m/s最高4m/s
四、采煤工作面通风方式
最常见的采煤工作面通风方式有两种：U型通风、W型通风。
1、U型通风方式
当采用后退式开采时，其进、回风巷均在煤体内，漏风小，有利于预防采 空区遗煤的自燃，但回采面上隅角附近极易积聚瓦斯。这种布置方式应用范围 广，在瓦斯涌出量较牮倾斜、缓倾斜煤层的长壁工作面均可采用。
无色、无味、无嗅的气体，标准状态下密度0.716kg/m3，为空气密 度的0.554倍，无风时会首先积聚在巷道上部。
瓦斯的性质
瓦斯在空气中具有较强的扩散性，局部地点较高浓度的 瓦斯会自动向低浓度的区域扩散。
扩散过程是不可逆的，即瓦斯与空气一经混合，就很难 分离。
井下瓦斯浓度的不均匀分布是由于涌出源不均匀和风流 流动不均匀造成的。
煤层瓦斯含量－影响因素
1．煤田地质史 2．地质构造 ：封闭型的地质构造有利于瓦斯的存储，
而开放型的构造有利于于瓦斯排放。 3．煤层的赋存条件 4．煤的变质程度 5．煤层围岩的性质 6. 水文地质条件
空气中瓦斯
煤层及围岩中的瓦斯涌出到井下空气中，构成了井下 空气中的瓦斯。瓦斯在井下空气中存在的状态与空气 的运动状态密切相关。
在甲烷带中CH4的含量达80%，因此，可将瓦斯带的前三带统称 为瓦斯风化带。确定瓦斯风化带的下部边界对预测煤层瓦斯含量 具有十分重要的意义。瓦斯风化带内相对瓦斯涌出量一般不超过 2m3/t，瓦斯对生产不构成主要威胁。
煤层中的瓦斯－带状分布
顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化
Ⅰ－氮气－二氧化碳带；Ⅱ－氮气带；Ⅲ－氮气－甲烷带；Ⅳ－甲烷带
空气的运动状态有三种，即：静止状态、层流状态和 紊流状态。判断方法－雷诺数Re：
Re vd
v － 风流的流动速度，m/s； d － 管道的直径，m， ν － 空气的运动粘性系数，取1.5×10-5。
– 当Re≤2320时，风流处于层流状态。例如：断面积为9m2的梯 形巷道中风流的速度≤0.012m/s，风量≤6.5m3/min时为层流。
这种流动是一个复杂的过程，它与介质的结构和瓦斯的赋 存特性密切相关，主要由扩散运动和渗流运动构成。
在尺寸较大的裂隙系统中，瓦斯属于渗流流动，而在孔隙 结构的微孔中，则是扩散运动。
煤层中的瓦斯流动
1．扩散运动
分子自由运动使得物质由高浓度区域向低浓度区域运移的过程称为 扩散运动，扩散运动的速度与该物质的浓度梯度成正比。瓦斯的扩散 运动符合扩散规律，即菲克（Fick）定律：
概述：
我国煤矿的安全生产状况在党和政府的高度重视下得到
不断改善。国家先后制定了各种安全生产法规，对《煤矿安
全规程》进行了多次修改，制定了完善的安全生产目标管理
责任制，深入开展了质量标准化、安全创水平活动，积极推
广使用新技术、新装备，加强了安全监察、安全管理和安全
培训，矿井抗灾、救灾能力不断提高。
煤矿地下开采作业相比地面作业存在许多不安全因素。
空气中瓦斯－层流
流体质点沿着与管道轴向平行的方向作直线运动，互 相之间并不混杂，层次分明的流动。
井下采空区深部及漏风量较小的封闭区域内可能出现 层流 。
瓦斯涌出到层流风流中时，一方面随着风流分层流向 下风侧，另一方面，由于层间瓦斯浓度不同，瓦斯会 向浓度较低的层扩散，通常形成瓦斯成层流动的现象。