小甘溝煤礦瓦斯防治措施
第一章 礦井瓦斯基礎(chǔ)知識(shí)
一、瓦斯的性質(zhì)
1、瓦斯的概念:瓦斯是指礦井種主要有煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體,有時(shí)單獨(dú)指甲烷。
從廣義上講,瓦斯由于其組成成分的不同,形制具有很大的差別。從安全的角度可以將這些組分劃分為四類:(1)可燃性氣體,這些氣體具有可燃燒的特性,在一定濃度范圍內(nèi)與空氣的混合氣體往往具有爆炸性,對(duì)煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅;(2)有毒性氣體,這些氣體達(dá)到一定濃度時(shí),會(huì)直接威脅人體的健康甚至生命;(3)窒息性氣體,這些氣體往往賦存在煤體或其圍巖內(nèi),開采過程中大量涌出到生產(chǎn)空間,從而使空氣中氧氣濃度降低,造成人員窒息;(4)放射性氣體
礦井中的瓦斯主要來源于煤層及圍巖內(nèi)涌出到礦井中的氣體。
2、瓦斯的基本性質(zhì)
瓦斯是無色、無味的氣體,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為0.716kg/m3,為空氣密度的0.554倍。瓦斯在空氣中具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性,局部地點(diǎn)較高濃度的瓦斯會(huì)自動(dòng)向低濃度的區(qū)域擴(kuò)散,從而使瓦斯?jié)舛融呌诰鶆颉?/p>
在無風(fēng)或微風(fēng)的巷道,一方面涌出的瓦斯會(huì)擠占空氣的空間,使空氣中的氧氣濃度下降,從而使空氣具有窒息性。另一方面,涌出的瓦斯只依賴擴(kuò)散作用與空氣混合,在涌出源附近它首先會(huì)上升并集聚在巷道頂板上,形成瓦斯層,隨著距涌出源距離的增加,瓦斯與空氣的混合才逐漸均勻。
3、瓦斯的燃燒爆炸性
瓦斯是一種可燃性氣體,當(dāng)其在空氣中的濃度達(dá)到某一范圍時(shí),遇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生爆炸。按照瓦斯在空氣中發(fā)生燃燒的性狀不同,可以將它分為三個(gè)區(qū)間:(1)助燃區(qū)間,瓦斯?jié)舛却笥?%至小于爆炸下限5%。(2)爆炸區(qū)間,瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)(5%---16%);(3)擴(kuò)散燃燒區(qū)間,瓦斯?jié)舛却笥诒ㄉ舷?16%)。
4、瓦斯的檢測(cè)
光學(xué)甲烷檢定儀,在裝備有二氧化碳過濾器時(shí),它可以分別檢測(cè)出二氧化碳和甲烷濃度。但是,在任何條件下,他都無法分辨甲烷與一氧化碳、氫氣,乙烯及其他烯炔類氣體,而只能測(cè)定其混合物的影響。
二、煤礦井下瓦斯的存在
1、瓦斯在煤層中的賦存
瓦斯在一定壓力下以游離和吸附兩種狀態(tài)賦存在煤體中。游離瓦斯存在與煤的孔隙和裂隙中,吸附瓦斯積聚在孔隙壁面上。游離瓦斯和吸附瓦斯處在動(dòng)平衡狀態(tài)。
在煤礦開采過程中,游離的瓦斯首先散到開采空間,使得靠近開采空間的煤層中瓦斯壓力降低,游離瓦斯量減少,這是,煤中吸附的瓦斯就解析出來,成為新的游離態(tài)瓦斯。這一過程不斷重復(fù),從而使煤層中的瓦斯源源不斷地涌出到開采空間。
2、煤層瓦斯含量
煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量或體積的煤中所含的瓦斯量。
影響煤層瓦斯含量的因素:(1)煤田地質(zhì)史;(2)地質(zhì)構(gòu)造;(3)煤層的賦存條件;(4)煤的變質(zhì)程度;(5)煤層圍巖的性質(zhì);(6)水文地質(zhì)條件
3、煤層的瓦斯壓力
煤層的瓦斯壓力是指賦存在煤層孔隙中的游離瓦斯所表現(xiàn)出來的氣體壓力,它是決定煤層瓦斯含量、瓦斯涌出速率及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的一個(gè)重要參數(shù)。
4、井下空氣中的瓦斯:(1)靜止空氣中的瓦斯;(2)層流風(fēng)流中的瓦斯;(3)紊流風(fēng)流中的瓦斯。
5、井下瓦斯檢查和管理:(1)瓦斯檢查區(qū)域的劃分;(2)檢查點(diǎn)的確定;(3)瓦斯檢查工的交接班制度;(4)瓦斯檢查的請(qǐng)示報(bào)告制度、審查制度。
三、開采過程中瓦斯的運(yùn)動(dòng)
由于受采動(dòng)影響,瓦斯在其壓力作用下會(huì)涌出到開采空間,這一現(xiàn)象可以分為兩個(gè)相連的過程,即瓦斯在煤層內(nèi)的運(yùn)移和瓦斯從圍巖、煤壁的涌出。礦井瓦斯的涌出除包括圍巖、煤壁涌出的瓦斯外,還包括采落煤炭放散的瓦斯和采空區(qū)涌出的瓦斯等。
1、煤層中的瓦斯流動(dòng)
煤層是由宏觀裂隙和微觀孔隙組成的多孔介質(zhì),一般情況下,以承壓狀態(tài)賦存在煤層中的瓦斯,當(dāng)回采、掘進(jìn)、打鉆等工作破壞了煤層中原有的壓力平衡后,便會(huì)由高壓向低壓流動(dòng)。
氣體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)主要包括兩個(gè)方面,即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和滲流運(yùn)動(dòng)。在尺寸較大的裂隙系統(tǒng)中,瓦斯運(yùn)動(dòng)屬于滲流運(yùn)動(dòng),而在孔隙結(jié)構(gòu)的微孔中,則是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。
流動(dòng)的形態(tài):(1)單項(xiàng)流動(dòng);(2)徑向流動(dòng);(3)球向流動(dòng)。
2、采動(dòng)影響下鄰近煤層瓦斯的流動(dòng)
當(dāng)開采煤層的頂?shù)装宓貙又杏朽徑簩訒r(shí),受到本每層開