煤矿瓦斯灾害及防治技术

产生事故的深层次原因：
我国煤矿95%是地下开采，煤层赋存条件复杂，2006年大 中型煤矿平均采深476m(10m/年)，30%煤矿采深大于600m,瓦 斯涌出量急剧增大，开采条件和自然环境发生显著变化。
原有安全技术及基 础已难以适应当前煤 矿安全高效生产的迫 切需求。
突出 21%
低瓦斯 51%
高瓦斯 28%
源自文库
性
软硬不均、煤暗淡无光泽、煤厚变化大、倾角变陡、波状隆起、 预
褶曲、顶、底板阶状凸起、断层、煤干燥等等。
测 ？
二、矿井瓦斯突出及其防治
2、瓦斯突出危险性预测
突出预测可分为区域突出危险性预测（简称区域
预测）和工作面突出危险性预测（简称工作面预测）
两类。 1、区域突出危险性预测
在平顶山和邢台等开展 了这方面的研究工作
煤与瓦斯突出的发生必须具备一定的能量，为了达到一定 的能量水平，突出的煤体经历着能量的积聚过程，使之逐渐 发展到临界破坏甚至过载的脆弱平衡状态。突出的发展过程 一般可划分为四个阶段，即：
准备阶段：该阶段的特点是在工作面附近的煤壁内形成高的地应力
与瓦斯压力梯度。
激发阶段：该阶段的特点是地应力状态突然改变 发展阶段：该阶段具有两个互相关联的特点，一是突出从激发点起
一、煤层瓦斯的生成与赋存
煤层瓦斯的生成 煤层瓦斯的赋存
二、煤层瓦斯的生成与赋存
1、煤层瓦斯的生成
煤矿瓦斯主要来自于煤 层和含煤地层，有关它的成 因学说有多种多样。目前一 般认为，煤的原始母质沉积 以后，一般经历两个成气时 期： 1、从植物遗体到泥炭属于 生物化学成气时期； 2、在地层的高温高压作用 下，从褐煤到烟煤、无烟煤 的煤化变质作用成气时期。
煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露 头、地质构造、煤化程度、煤系地层的地质史、水文地质条件。
三、矿井瓦斯突出及其防治 •瓦斯突出机理
•突出危险性预测
•瓦斯突出防止措施
二、矿井瓦斯突出及其防治
1、瓦斯突出机理
1)、煤与瓦斯突出的发展过程及各因素的作用 （1） 煤与瓦斯突出的发展过程
目录
一、煤层瓦斯生成与赋存 二、矿井瓦斯突出及其防治 三、矿井瓦斯爆炸及其防治 四、“十五”瓦斯灾害防治新技
术
2004年底至2005年，连续发生6起百人以上特别重大 瓦斯事故，震惊国内外
陕西铜川陈家山11.28事 故/死亡166人
河南郑州大平10.20事故 死亡148人
辽宁阜新孙家湾2.14事故 /死亡214人
单项指标法
预测煤层突出危险性单项临界指标值[10]
煤层突出危险性 煤的破坏类型 瓦斯放散初速度
△ｐ
突出危险
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
≥10
表 4-14 煤的坚固性 系 数f ≤0.5
用 突
裂、底鼓、岩与煤自行剥落，煤壁外鼓、来压、煤壁颤动、钻
出 预
孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻粉量增大、钻机过负荷等；
兆
瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、
进 行
煤尘增大、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤、 突
哨声等；
出 危
煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱、煤强度松软或 险
二、煤层瓦斯的生成与赋存
1、煤层瓦斯的生成
1、生物化学成气时期 这个时期是从成煤原始有机物堆积在沼泽相和三角洲环境
中开始的，在温度不超过65℃条件下，成煤原始物质经厌氧微 生物的分解成瓦斯。这个过程，一般可用纤维素的化学反应式 来表达：
4C6H10O5→7CH4↑＋8CO2↑＋3H2O＋C9H6O 或 2C6H10O5→CH4↑＋2CO2↑＋5H2O＋C9H6O
在个别煤层中也有一部分瓦斯是由于油气田瓦斯的侵入造成 的。在欧洲，波兰的下西里西亚和法国的塞外纳煤田的煤层中含 有的大量CO2，则是由于火山活动使碳酸盐类岩石分解生成的CO2 气体侵入的结果。但是，一般来说，世界各国煤田中含瓦斯均以 甲烷为主。在某些煤层中还含有C2H6，C3H8等重碳氢气体。
二、煤层瓦斯的生成与赋存
2、煤层瓦斯的赋存
瓦斯在煤层中的赋存状态一般有两种，即吸附状态和游离
状态；而煤层瓦斯含量实际上是指吸附瓦斯量和游离瓦斯量之
和，其值的大小往往是评价煤层瓦斯储量和是否具有抽放价值
的重要指标，在煤的瓦斯含量中，一般吸附瓦斯占80～90％。
1.煤的游离瓦斯量
一般情况下，煤的游离瓦斯含量是按气体状态方程(马略特
二、煤层瓦斯的生成与赋存
1、煤层瓦斯的生成
2、煤化作用成气时期 褐煤层进一步沉降，地层压力与温度作用加剧，便进入煤化变
质作用成煤成气时期。据考查，一般在100℃及其相应的地层压 力下，煤层中的煤体就会产生强烈的热力变质成气作用。煤化过 程中有机质分解，脱出甲基侧链和含氧官能团而生成的CO2，CH4 和，H2O是煤成气形成的基本反应，其生成的瓦斯以甲烷为主要 组分。
二、矿井瓦斯突出及其防治
1、瓦斯突出机理
2)、煤巷卸压带对煤与瓦斯突出的作用机理
巷道煤层区域中应力分布状态及其划分
卸压区
集中应力区
原始 应力区
(1) 卸压区 (2) 集中应力区 (3) 原始应力区
如何准确测定卸压区 的长度？
二、矿井瓦斯突出及其防治
1、瓦斯突出机理
突出预兆大体可分为三个方面：
利
地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉碴、岩煤开
定律)进行计算，即：
ＸY ＝ ＶPＴ。
( 4-1 )
ＴP。ξ 2.煤的吸附瓦斯含量
Ｘx ＝ abPｅn(t.-t)· 1 · (100-A-W) ( 4-2 )
1+bP
1+0.3W 100
二、煤层瓦斯的生成与赋存
2、煤层瓦斯的赋存
影响煤层瓦斯含量的主要因素。
煤层瓦斯含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件，而不是生 成瓦斯量的多少；也就是说不仅取决于煤的变质程度，而更主要 的是取决于储存瓦斯的地质条件。根据目前的研究成果认为，影 响煤层瓦斯含量的主要因素有：
向内部连续剥离并破碎煤体，二是破碎的煤在不断膨胀的承压瓦斯风暴中 边运送边粉碎。
终止阶段：
二、矿井瓦斯突出及其防治
1、瓦斯突出机理
（2）煤与瓦斯突出过程中各因素的作用
煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力 学性质综合作用的结果。在通常情况下，突出的激发 阶段，破碎煤体的主导力是地应力；而在突出的发展 阶段，剥离煤体靠地应力与瓦斯压力的联合作用，运 送与粉碎煤炭是靠瓦斯内能；煤的物理力学性质直接 关系到上述瓦斯突出是否能够实现。