9.1

概述 9.2

礦井瓦斯的生成及賦存9.3

礦井瓦斯涌出9.4

礦井瓦斯的噴出及預防9.5

煤和瓦斯突出及其預防 9.6

礦井瓦斯爆炸及其預防9.7礦井瓦斯檢測及監測9.8礦井瓦斯抽放第9章礦井瓦斯防治現在是1頁\一共有164頁\編輯于星期四19.1概述9.1.1.礦井瓦斯的概念廣義：井下有害氣體的總稱。來源：

煤巖內賦存的氣體生產過程中產生的氣體井下空氣與礦物及其他材料反應產生的氣體放射性物質衰變產生的惰性氣體氡（放射性）和氦

狹義：由于煤層中的瓦斯一般以甲烷為主，所以在煤礦中礦井瓦斯專指甲烷現在是2頁\一共有164頁\編輯于星期四29.1.2.甲烷的性質無色、無味，微溶于水，標準狀況下100L水可溶解5.56L甲烷；可燃性、爆炸性、窒息性；密度為0.716kg/m3，為空氣密度的0.554倍；分子直徑0.41nm，擴散速度是空氣的1.34倍；高熱值：55.67MJ/kg；低熱值：50.17MJ/kg熱導率：0.0306W/m°C（在20°C時0.0328W/m°C）；動力粘度：（10.26+0.0305t）×10.6Pa·s（溫度t＝0～100°C）；現在是3頁\一共有164頁\編輯于星期四39.2礦井瓦斯的生成及賦存9.2.1煤層瓦斯的生成

煤層瓦斯是腐植型有機物在成煤過程中生成的，主要可以劃分為兩個生成階段第一階段：生物化學成氣時期

在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65℃的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。現在是4頁\一共有164頁\編輯于星期四4第二階段：煤化變質作用時期隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉化為褐煤并進人變質作用時期，有機物在高溫、高壓作用下，揮發分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要為CH4和CO29.2.2煤層瓦斯賦存1瓦斯在煤體內存在的狀態游離瓦斯：以自由氣體形式存在；吸附瓦斯：分為吸著狀態與吸收狀態；在現今開采深度內，煤層內的瓦斯主要是以吸附狀態存在，游離狀態的瓦斯只占總量的10％左右

現在是5頁\一共有164頁\編輯于星期四52、煤層瓦斯垂向分帶：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層瓦斯呈現出垂直分帶特征表9-1煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分

氣帶名稱（從上往下）氣帶成因瓦斯成分％N2CO2CH4CO2－N2

生物化學－空氣20～8020～80<10N2空氣成因>80<10~20<20N2-CH4變質成因20~80<10~2020~80CH4變質成因<20<10>80現在是6頁\一共有164頁\編輯于星期四6瓦斯風化帶：“CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三帶統稱瓦斯風化帶。瓦斯風化帶內的井、區為低瓦斯井、區。甲烷帶：位于瓦斯風化帶下邊界以下的瓦斯帶。甲烷帶內煤層瓦斯壓力、含量隨埋藏深度的增加而增長，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯噴出和煤與瓦斯突出。3、煤的孔隙特征煤的孔隙分類：微孔：直徑<0.01μm，構成煤中的吸附容積小孔：直徑＝0.01μm～0.1μm，構成毛細管凝結和瓦斯擴散空間中孔：直徑＝0.1μm～1.0μm，構成緩慢的層流滲透區間大孔：直徑＝1.0μm～100μm，構成強烈的層流滲透區間可見孔及裂隙：直徑>100μm，構成層流及紊流混合滲透的區間滲透容積：小孔至可見孔的孔隙體積之和煤的孔隙率：吸附容積與滲透容積之和稱為總孔隙體積，總孔隙體積占煤的體積的百分比成為煤的孔隙率現在是7頁\一共有164頁\編輯于星期四74、煤層瓦斯壓力概念：煤層裂隙和孔隙內由于氣體分子熱運動撞擊所產生的作用力意義：煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現象的基本參數測量原理：打一穿透待測煤層(或直接打在煤層中)的鉆孔，插入一根測壓管(5mm一12mm的銅管或10mm～13mm的鍍鋅鐵管)后再把鉆孔封堵好，在測壓管的外端接上壓力表，待壓力穩定后就可以讀取瓦斯壓力值現在是8頁\一共有164頁\編輯于星期四85、煤層瓦斯含量1）概念：單位體積或重量的煤在自然狀態下所含有的瓦斯量(標準狀態下的瓦斯體積)，包括游離瓦斯和吸附瓦斯兩部分2）影響因素煤巖結構(如透氣性)和物理化學特性(如吸附性能)；成煤后的地質運動和地質構造；煤層的賦存條件。現在是9頁\一共有164頁\編輯于星期四93）煤的瓦斯含量確定煤內游離瓦斯含量Xy(m3/t煤)

式中V——煤的滲透容積，m3/t煤；P——瓦斯壓力，kPa；T0——標準狀況下的絕對溫度(273K)；T——瓦斯的絕對溫度；P0——標準狀況下的壓力，等于101.3kPa；ξ——瓦斯的壓縮系數現在是10頁\一共有164頁\編輯于星期四10煤的吸附瓦斯含量煤的表面積是很大的，每克煤有數十至二百m2，其中微孔表面積占絕大多數，吸附瓦斯量主要取決于微孔隙表面積、瓦斯壓力與溫度。而煤的吸附瓦斯不服從氣體定律，而服從朗繆爾吸附方程。按朗繆爾方程計算并考慮煤中水分、可燃物的百分比，溫度的影響：式中p——瓦斯壓力，MPa；a——在該溫度下，極限吸附量，m3/t可燃物；b——取決于溫度和煤的吸附性能常數，kPa-1。現在是11頁\一共有164頁\編輯于星期四11

A,W——煤中的灰分與水分，%；t0——實測室測定吸附常數時的實驗溫度℃t——煤層溫度，℃n——系數，無因次，按下式確定煤層瓦斯含量等于吸附含量與游離含量之和：

X＝Xy＋Xx

實測表明，在目前開采深度(1000～2000m以內)煤層的吸附瓦斯占70～95%，而游離瓦斯占5～30%。現在是12頁\一共有164頁\編輯于星期四129.3礦井瓦斯涌出9.3.1煤層瓦斯流動的基本規律

煤層與圍巖屬于孔隙－裂隙結構體，不同煤層和巖層的孔隙、裂隙尺寸、結構形式以及發育程度等的差別式很大，并且對地應力的作用很敏感。1、煤層瓦斯流場分類概念：煤層內瓦斯流動的空間稱為煤層瓦斯流場，在流場內瓦斯具有流向、流速和壓力梯度和濃度梯度現在是13頁\一共有164頁\編輯于星期四131）按流場的流向分類：單向流場：在x、y、z三維空間中，只有一個方向有流速；徑向流場：在x、y、z三維空間中，在兩個方向有分速度，可以用柱坐標系描述；球向流場：在x、y、z三維空間中，三個方向都有分速度，可以用球坐標系描述。2）按流場的穩定性分類：定常流場：流場中任何一點的流速、流向和瓦斯壓力均不隨時間變化。非定常流場；流場中的流速、流向或瓦斯壓力中至少有一參數隨時間變化。2、擴散流與滲透流瓦斯在孔隙－裂隙內的運移基本上可以分為兩類：1）擴散流動：瓦斯在小孔（<1μm）和微孔（<0.1μm）內的運移主要為擴散運動，瓦斯在濃度梯度驅動下從高濃度向的濃度的方向運移，可以用菲克定律描述：

現在是14頁\一共有164頁\編輯于星期四14

ux＝在x方向上的擴散流的速度（m/s）D＝擴散系數（m2/s但更多用的是cm2/s）c＝特定氣體的濃度（m3/m3煤）2）滲透流動瓦斯在中孔（>1μm）以上的孔隙或裂隙中的運移，可能有兩種形式：層流和紊流層流：層流又可以分為線性層流和非線性層流線性層流：Re<1~10，粘滯力占優勢，符合達西定律非線性層流：Re<10~100，服從非線性滲透定律

紊流：Re>100，慣性力占優勢，流動阻力與流速的平方成正比。現在是15頁\一共有164頁\編輯于星期四15達西定律：流體的流速與其壓力梯度成正比，即u＝瓦斯流速（m/s）

k＝滲透率（m2） ＝動態粘滯度（Pa·m） ＝氣壓梯度（Pa/m）9.3.2瓦斯涌出量及主要影響因素礦井瓦斯涌出量是指在礦井生產建設過程中涌進巷道或管道的瓦斯量。其表達的方法有兩種：絕對瓦斯涌出量——單位時間內涌入巷道的瓦斯量，以體積表示，單位為m3/min或m3/d；相對瓦斯涌出量——每采一噸煤平均涌出的瓦斯量，單位是m3/t。兩者的關系為：現在是16頁\一共有164頁\編輯于星期四16

qe——相對瓦斯涌出量，m3/t；qa——絕對瓦斯涌出量，m3/d；A——單位時間內采掘地區的產煤量，t/d。

影響瓦斯涌出量的因素主要有：

1)煤層和圍巖的瓦斯含量在甲烷帶內，開采越深、規模越大，絕對、相對瓦斯涌出量越高。

2)開采順序與回采方法先開采的煤層或分層，其相對瓦斯涌出量大，后開采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面開始回采初期瓦斯涌出量小，當頂板第一次冒落以后，由于圍巖及鄰近層的瓦斯涌入開采層，所以涌出量增加。現在是17頁\一共有164頁\編輯于星期四173)生產工藝過程從暴露面采落煤炭和鉆孔涌出的瓦斯量，一般都是隨著時間的增長而逐漸下降。所以，落煤時瓦斯涌出量總是大于其它工序，老頂來壓冒落時涌出量高于其它時期。落煤時瓦斯涌出量與煤的瓦斯含量、落煤速度、煤的粉碎程度等有關。風鎬落煤時，瓦斯涌出量可增大1.1～1.3倍，打眼放炮時1.4～2.0倍，采煤機采煤時，1.3～1.6倍，水槍落煤時，2～4倍等，其增加的倍數與工作面瓦斯來源的構成有關。開采單一中厚煤層，落煤時增加的倍數比開采有鄰近層的煤層要大些。現在是18頁\一共有164頁\編輯于星期四184)通風壓力與通風系統

抽出式通風負壓增加時，瓦斯涌出量增大。

U型通風系統的回采工作面，其上隅角容易聚積瓦斯。采用U型加尾巷的通風系統，瓦斯聚積點移至采空區內的尾巷入風口。Y形與W型通風系統由于采空區內有漏風通道，采空區與鄰近層涌出的瓦斯很少會涌入工作面，加之進風多了一條風路，工作面的瓦斯濃度較低，適用于高瓦斯高產要求。現在是19頁\一共有164頁\編輯于星期四199.3.3瓦斯涌出不均系數

在正常生產過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響，其數值在一段時間內圍繞平均值上下波動，我們把其峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數。在確定礦井總風量選取風量備用系數時，要考慮礦井瓦斯涌出不均系數。礦井瓦斯涌出不均系數表示為：

kg—給定時間內瓦斯涌出不均系數；

Qmax——該時間內的最大瓦斯涌出量，m3／min；

Qa——該時間內的平均瓦斯涌出量，m3／min。任何礦井的瓦斯涌出在時間上與空間上都是不均勻的。在生產過程中要有針對性地采取措施，使瓦斯涌出比較均勻穩定。例如盡可能均衡生產，錯開相鄰工作面的落煤、放頂時間等。現在是20頁\一共有164頁\編輯于星期四209.3.4礦井瓦斯等級為了便于對瓦斯礦井進行分級管理，按照瓦斯涌出的形式和涌出量的大小，將礦井分成不同的瓦斯等級，這對于礦井設計和日常通風管理都十分必要。1、礦井瓦斯等級劃分

《規程》規定：一個礦井中，只要有一個煤(巖)層中發現過瓦斯，該礦井即定為瓦斯礦井，并依照礦井瓦斯等級的工作制度進行管理，礦井瓦斯等級，按照平均日產一噸煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式劃分為：

低瓦斯礦井：10m3、及其以下；高瓦斯礦井：10m3以上；煤與瓦斯突出礦井:礦井在采掘過程中，只要發生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即為突出礦井煤層定為突出煤層。截止1991年的統計，我國有334個產煤礦區，1982處國有煤礦。其中高瓦斯礦區149個，低瓦斯礦區185個，有煤與瓦斯突出和煤巖與二氧化碳突出礦區79個，高瓦斯礦井825處，低瓦斯礦井1157處。

現在是21頁\一共有164頁\編輯于星期四212、礦井瓦斯等級鑒定

新礦井設計前，地質勘探部門根據各煤層的瓦斯含量資料，預測礦井瓦斯等級，作為算風量的依據。生產礦井每年必須進行礦井瓦斯等級的鑒定工作，同時還應進行礦井二氧化碳涌出量的測定，作為核定和調整風量的依據。

1)鑒定時間和基本條件

礦井瓦斯等級的鑒定工作應在正常生產的條件下進行。根據當地氣候條件，選擇礦井絕對瓦斯涌出量較大的月份進行，一般在七月或八月。在鑒定月的上、中、下旬中各取一天(間隔10天)，分三個班(或四個班)進行測定工作。所謂正常生產，即被鑒定的礦井、煤層、一翼、水平或采區的回采產量應達到該地區設計產量的60％。測定前必須做好組織分工和儀表校正等準備工作。2)測點選擇和測定內容及要求

確定礦井瓦斯等級時，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區分別計算相對瓦斯涌出量，并取其中最大值(而不是全礦井的平均值)。所以測點應布置在每一通風系統的主要通風機的風峒、各水平、各煤層和各采區的回風道測風站內。如無測風站，可選取斷面規整并無雜物堆積的一段平直巷道做測點。現在是22頁\一共有164頁\編輯于星期四22

測定內容為風量和風流中瓦斯濃度。如果進風流中含有瓦斯時，還應在進風流中測風量和瓦斯濃度。進、回風流的瓦斯涌出量之差，就是鑒定地區的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的礦井，在鑒定月內應在相應的地區測定抽出的瓦斯量，礦井瓦斯等級劃分時，必須包括抽放的瓦斯量。每一測定班的測定時間應選在生產正常時刻，并盡可能在同一時刻進行測定工作。

3)礦井瓦斯等級的確定礦井瓦斯等級以最大的相對瓦斯涌出量和有、無煤與瓦斯突出，按分級標準確定。并附以必要的文字說明，如產量、采掘比例、地質構造等因素和瓦斯噴出、煤與瓦斯突出等情況，報上級審批。正在建設中的礦井，也應進行瓦斯等級的鑒定，如果鑒定結果，特別是在煤層揭開以后，實際的瓦斯涌出量超過原設計確定的等級時，應提出修改礦井瓦斯等級的專門報告，報原設計審批單位批準。現在是23頁\一共有164頁\編輯于星期四239.3.5礦井瓦斯涌出量預測設計礦井或生產礦井的新區(新采區、深部水平)，需要預先掌握其瓦斯等級和瓦斯涌出量，作為礦井、水平和采區設計的依據。根據某些巳知數據，按照一定的方法預先測算出設計區域瓦斯涌出量的數值，稱作礦井瓦斯涌出量預測。預測相對瓦斯涌出量的方法：礦山統計法（多用于生產礦井）瓦斯含量法（用于新礦井）1)礦山統計法礦山統計法是根據已往礦井生產中的相對瓦斯涌出量與開采深度的統計規律，外推未來深部水平相對瓦斯涌出量的預測方法。現在是24頁\一共有164頁\編輯于星期四24實際使用這種方法時，一般分為兩步：首先將礦井歷年生產過程中積累的實際相對瓦斯涌出量按其對應的開采深度，計算出相對瓦斯涌出量的梯度a；式中,H1、H2—分別為甲烷帶內的兩個開采深度，mq1、q2—對應于H1、H2深度的相對瓦斯涌出量，m3/t：n—指數，在現代開采深度條件下，一般為1；第二步根據相對瓦斯涌出量梯度a，計算出煤層深部開采時的相對瓦斯涌出量值。

式中q0——甲烷帶上邊界的相對瓦斯涌出量，一般定為2～3m3/t；H0—甲烷帶上邊界的深度，m。現在是25頁\一共有164頁\編輯于星期四25注意事項：1)此法只適用于甲烷帶內，外推的深度不應超過100～200m，a值越小，外推的深度也應越小，否則可能有較大的誤差。2)預測精度決定于原始統計資料的精度與數量以及預測區域同已采區域在地質條件和開采技術條件上的相似程度。現在是26頁\一共有164頁\編輯于星期四26

為了比較精確地預測相對瓦斯涌出量，應該在礦井開采層面圖上標出各個已采區段的相對瓦斯涌出量，把相對瓦斯涌出量相同的點連成等相對瓦斯涌出量線。對于外推的區域，根據對應地點的瓦斯涌出量梯度與底板等高線的深度，用虛線畫出預測的等相對瓦斯涌出量線，如圖2-14所示。這種等瓦斯涌出量線圖清晰簡明，不僅反映出傾斜方向上瓦斯涌出量變化，而且也反映出走向方向上的變化。現在是27頁\一共有164頁\編輯于星期四272）煤層瓦斯含量法采區相對瓦斯涌出量等于平均開采一噸煤各瓦斯源涌出的瓦斯量之和。預測公式為：式中n’——圍巖涌出瓦斯量占回采煤層瓦斯涌出的比例系數，應實測得出，無實測值時，對于全部陷落法管理頂板，可考慮，n’＝0.2，局部充填法，n’＝0.15,全部充填法，n’＝0.1；

m1、m——分別為殘留分層、回采分層的厚度，m；現在是28頁\一共有164頁\編輯于星期四28

γ1，γ—分別為殘留分層、回采分層煤的容重t／m3；Z—煤柱煤量占回采煤量的百分比，％，K——采空區殘留浮煤占回采煤量的百分比，％

X——開采層原始瓦斯含量，m3／t，X1——運出采區的煤殘留的瓦斯含量，m3/t，需實測；

X2——煤柱殘留瓦斯含量，m3/t。X3——采空區殘留煤的殘余瓦斯含量，m3/t。

n——向開采層采空區涌出瓦斯的鄰近層的數目，

ml——第l鄰近層(或煤線)的厚度，m，hl—第l鄰近層距開采層的法線距離，m，現在是29頁\一共有164頁\編輯于星期四29Xl——鄰近層煤層的瓦斯含量，m3/t，需實測Xl1——鄰近層煤若運出采區的殘留瓦斯含量，m3/t，hj——鄰近層向開采層采空區涌出瓦斯的極限距離，無實測值時，可按下式近似求得；

hj＝Nm(D±COSα)式中N與D——分別決定于頂板管理方法、層間巖性結構的系數；對于采厚m≤2.5m條件下：使用全部陷落法管理頂板時，N＝60，局部充填法管理頂板時，N＝45，D＝1.2；對于m>2.5m，必須根據試驗資料來確定；α——煤層傾角，±——＋適用于上鄰近層，－適用于下鄰近層。

現在是30頁\一共有164頁\編輯于星期四309.4礦井瓦斯噴出及其預防9.4.1概念：瓦斯噴出是指大量承壓狀態的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現象。它是瓦斯特殊涌出中的一種形式。9.4.2特點：是瓦斯在短時間內從煤、巖層的某一特定地點突然涌向采礦空間，而且涌出量可能很大，風流中的瓦斯突然增加。由于噴出瓦斯在時間上的突然性和空間上的集中性，可能導致噴出地點人員的窒息、高濃度瓦斯在流動過程中遇高溫熱源有可能發生爆炸、有時強大的噴出還可以產生動力效應并導致破壞作用。現在是31頁\一共有164頁\編輯于星期四319.4.3瓦斯噴出的分類：

瓦斯噴出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙內，積存著大量高壓游離瓦斯，當采掘工作接近或溝通這樣的地區時，高壓瓦斯就能沿裂隙突然噴出，如同噴泉一樣。根據噴瓦斯裂縫呈現原因的不同，可把瓦斯噴出分成地質來源和采掘卸壓形成的兩大類。1、地質來源這類噴出大多數發生在地質破壞帶、石灰巖溶洞裂縫區、背斜或向斜軸部儲瓦斯區以及其它儲瓦斯構造與原始洞縫相通的區域。例如，四川中梁山煤礦南井在+390水平茅口石灰巖中掘進運輸大巷時，當掘進工作接近一處積聚著大量游離瓦斯的溶洞時，放炮時與連通溶洞的裂隙(兩條各寬10～100mm)溝通引發了瓦斯噴出。當時，隨炮聲響起一轟鳴聲，像壓氣管破裂似地從裂縫中大量噴出瓦斯(甲烷)，“霧”氣彌漫，充滿整個回風巷，兩小時后測得瓦斯流量為486m3／min，噴出時間持續兩周，共噴出瓦斯3.6×105m3。現在是32頁\一共有164頁\編輯于星期四322、采掘卸壓在各種地質構造破壞區內，原來處于封閉狀態的構造裂隙容易被利用，即在采掘地壓和瓦斯壓力聯合作用下會突然張開，成為瓦斯噴出的通道。如南桐煤礦三號層(層厚0.4m，傾角27°，距地表310m)0307工作面回采了346m2時出現瓦斯涌出的“嘶嘶”聲，隨后出現底板破裂，裂縫寬達100mm，底板上鼓最高達0.6m，支柱折斷，瓦斯突然大量噴出。噴出的瓦斯使供風量為200m3／min的風流逆轉距離達180m，瓦斯濃度在50％以上，估計初期的瓦斯噴出量為500m3／min，4小時后為26m3／min，噴出持續109小時，總噴出量為75100m3。這是典型的由卸壓產生裂隙及原有構造裂隙張開，形成卸壓瓦斯噴出的通道而引發的瓦斯噴出。

噴出的瓦斯量和持續時間，決定于積存瓦斯量和瓦斯壓力，從幾m3到幾十萬m3，幾分鐘到幾年，甚至幾十年。

瓦斯噴出的預兆，如風流中的瓦斯濃度增加，或忽大忽小，嘶嘶的噴出聲，頂底板來壓的轟鳴聲，煤層變濕、變軟等。現在是33頁\一共有164頁\編輯于星期四339.4.4瓦速噴出的防治1、原始洞縫中瓦斯噴出的防治1)加強地質工作。施工前一定要通過前探鉆孔探明采掘區域與巖巷(井)前方的地質構造，溶洞裂縫的位置分布以及瓦斯的儲量。預先制訂好防治噴出的設計與安全措施。

2)利用封堵、引排、抽放等綜合方法處理瓦斯。如果通風的方法解決不了噴出的瓦斯，則可用罩子或其它設施將噴出裂隙封蓋好，并利用管路把瓦斯引排到回風巷或地面。或設置引排罩，利用管路將瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩時，可以打鉆孔抽放。當瓦斯噴出十分強烈不能采用上述方法時，必須把噴出瓦斯巷道密閉。

3)搞好通風和嚴格瓦斯檢查制度、防止瓦斯超限。現在是34頁\一共有164頁\編輯于星期四34現在是35頁\一共有164頁\編輯于星期四352、采掘地壓形成裂縫中瓦斯噴出的防治

開采近距離煤層時，必須防止被解放層初期卸壓的瓦斯突然涌入解放層的采掘工作面。

1)搞好地質工作，掌握層間巖石性質與厚度的變化，了解鄰近層的瓦斯壓力和瓦斯含量，地壓的大小等。

2)根據初期卸壓面積計算卸壓瓦斯量。確定預排初期卸壓瓦斯鉆孔的數量及孔位。盡可能提高抽放瓦斯負壓，以求增大預排瓦斯量。

3)加強職工安全教育，人人掌握瓦斯噴出預兆，配備隔絕式自救器，熟悉避災路線

4)搞好頂板管理，加強支架質量檢查，必要時采取人工卸壓措施，以防大面積突然卸壓。

5)搞好工作面通風，加強瓦斯檢查，掌握瓦斯涌出動態與抽放動態，以便預報瓦斯噴出。現在是36頁\一共有164頁\編輯于星期四36現在是37頁\一共有164頁\編輯于星期四379.5煤與瓦斯突出及其預防9.5.1煤礦井下動力現象及分類

1、煤礦井下的動力現象，指的是發生在巷道周圍的一切具有運動和聲響特征的現象。

2、任何一種井下動力現象的發生都離不開“力”和“介質”。因此，對井下動力現象的分類應該從“力”和“介質”兩個方面進行。現在是38頁\一共有164頁\編輯于星期四383、動力現象分類的結果現在是39頁\一共有164頁\編輯于星期四39煤與瓦斯突出實例及分析煤與瓦斯突出在采掘過程中，突然從煤（巖）壁內部向采掘空間噴出煤巖和瓦斯的現象，稱為煤與瓦斯突出，簡稱突出。自行沖破巖柱突出實例現在是40頁\一共有164頁\編輯于星期四40煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是41頁\一共有164頁\編輯于星期四41煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是42頁\一共有164頁\編輯于星期四42煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是43頁\一共有164頁\編輯于星期四43煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是44頁\一共有164頁\編輯于星期四44煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是45頁\一共有164頁\編輯于星期四45煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是46頁\一共有164頁\編輯于星期四46煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是47頁\一共有164頁\編輯于星期四47煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是48頁\一共有164頁\編輯于星期四48煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是49頁\一共有164頁\編輯于星期四49煤與瓦斯突出實例及分析南桐東林礦石門突出突出煤量130t現在是50頁\一共有164頁\編輯于星期四50大平煤礦“10.20”特大瓦斯事故

技術分析圖示現在是51頁\一共有164頁\編輯于星期四5122時09分53秒～22時12分26秒瓦斯0.1%到40%以上.大平煤礦“10.20”事故瓦斯突出及擴散過程演示22時29分~22時39分瓦斯1.29%到7.3%.22時34分~22時36分,瓦斯2.48%到4%.現在是52頁\一共有164頁\編輯于星期四52現在是53頁\一共有164頁\編輯于星期四53大平煤礦“10.20”瓦斯爆炸傳播過程演示現在是54頁\一共有164頁\編輯于星期四549.5.2煤與瓦斯突出概述

1煤礦在地下采掘過程中，在極短的時間內（幾秒到幾分），從煤、巖層內以極快的速度向采掘空間噴出煤（巖）和瓦斯（CH4、CO2）的現象。簡稱突出。有突出、壓出、傾出三種類型。2按突出強度分類:各煤層與煤層內各區域的突出危險程度是不同的。突出強度是指每次突出扼出的煤(巖)數量和涌出的瓦斯量。它主要以煤(巖)數量作為劃分強度的主要依據，可分為：1)小型突出：強度小了100t；2)中型突出：強度100(含100t)至500t;3)大型突出：強度500(含500t)至1000t;4)特大型突出：強度等于或大于：1000t。現在是55頁\一共有164頁\編輯于星期四559.5.3突出的基本特征：(1)拋出的固體物具有明顯的氣體搬運特征。在突出現場可以看到突出的煤和巖塊從突出口搬至較遠的地方，甚至拐了幾個彎；煤、巖塊的堆積角度小于自然安息角；堆積物中大的顆粒落在近處和下部，小的顆粒飄到遠處并覆蓋在突出物的上方，這種現象也稱為分選性堆積。(2)突出物中呈現出明顯的高壓氣體爆炸的特征。軟煤被拋出后，由于其中的高壓氣體迅速膨脹，破碎煤體，因而突出物中含有大量的極細的粉塵。有時候突出過程還對拋出的軟煤進行了重新固結和搗實，需要鎬刨才能運走。現在是56頁\一共有164頁\編輯于星期四56(3)突出的孔洞具有一些特殊的形狀。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的軸線往往沿煤層傾斜方向延伸或與傾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的長度約為幾米到幾十米。有時候則看不到突出孔洞，拋出煤體的地方充滿了松散的碎煤。

(4)突出過程中伴隨有大量的瓦斯涌出。在突出過程中，拋出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。當涌出的瓦斯量十分大時，瓦斯會逆著礦井的風流而行達到幾十米，甚至幾百米、上千米，嚴重地破壞礦井的通風系統和設施。

現在是57頁\一共有164頁\編輯于星期四579.5.4突出概況

1834年3月22日，法國伊薩克礦井發生了世界上第一次有記載的突出。支架工架棚子時，發現煤壁外移，三個工人立即撤離，但煤炭沖入巷道13m，巷道煤塵彌漫，一人被煤流埋沒，一人窒息犧牲，一人幸免于難。

迄今為止，世界各主要產煤國家都發生過煤和瓦斯突出現象。世界上最大的一次煤與瓦斯突出發生在1969年7月13日蘇聯加加林礦，在710m水平主石門揭穿厚僅1.03m煤層時，發生了這次突出，突出煤14000t，瓦斯25萬m3：。

我國記載的第一次突出是1950年吉林省遼源礦務局富國西二坑，在垂深280m煤巷掘進時突出。目前我國突出礦井達到200多個，突出次數一萬多次。最大突出強度為12780t，噴出瓦斯120萬m3，它是1975年8月8日在天府礦務局三匯壩一礦主平峒放震動炮揭穿6號煤層時發生的。現在是58頁\一共有164頁\編輯于星期四589.5.5突出的機理

解釋突出原因和突出過程的理論稱為突出機理。突出是個很復雜的動力現象，至今巳提出許多假說，概括起來有三大類：1）瓦斯作用說。認為煤內存儲的瓦斯在突出中起著主要的作用2）地應力說。認為突出主要是地應力作用的結果，3）綜合說。認為突出是地應力、瓦斯壓力和煤的結構性能綜合作用的結果，國內外大多數學者擁護綜合說。現在是59頁\一共有164頁\編輯于星期四599.5.6瓦斯突出的一般規律1）突出發生在一定深度上。隨著深度增加，突出的危險性增加，這表現為突出次數增多、突出強度增大、突出煤層數增加，突出危險區域擴大。2）突出次數和強度，隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。3）突出的氣體主要是甲烷，個別礦區突出氣體是CO2突出危險煤層開采時的相對瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出發生在高瓦斯礦。同一煤層，瓦斯壓力越高，突出危險性越大。不同煤層，瓦斯壓力與突出危險性之間無直接關系。（突出與瓦斯、應力、煤結構強度等因素有關），突出的瓦斯壓力一般要在600kPa以上。現在是60頁\一共有164頁\編輯于星期四604）突出煤層的特點是煤的力學強度低、變化大，透氣系數小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，濕度小，層理紊亂，遭地質構造力嚴重破壞的“構造煤”。

5）煤自重的影響。突出的次數有隨著煤層傾角的增大而增加的趨勢。6）突出危險區呈帶狀分布。突出與地質構造有密切關系。現在是61頁\一共有164頁\編輯于星期四617）絕大多數突出發生在落煤時，尤其在爆破時。其中放炮誘導突出作用最強，此外，水力沖刷，風鎬落煤,手鎬落煤都引起過突出。8）大多數突出都有預兆

地壓顯現方面的預兆：煤炮聲，支架聲響，巖煤開裂，掉碴，底鼓，煤巖自行剝落，煤壁顫動，鉆孔變形，垮孔頂鉆，夾鉆桿，鉆機過負荷等瓦斯涌出方面的預兆：瓦斯涌出異常，瓦斯濃度忽大忽小，煤塵增大，氣溫、氣味異常，打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、風聲、蜂鳴聲等煤層結構與構造方面的預兆，層理紊亂，煤強度松軟或不均勻，煤暗淡無光澤，煤厚增大，傾角變陡，擠壓褶曲，波狀隆起，煤體干燥，頂底板階梯凸起，斷層等。9）突出危險性隨著硬而厚的圍巖(硅質灰巖、砂巖等)，存在而增高。現在是62頁\一共有164頁\編輯于星期四629.5.7突出過程：煤與瓦斯突出的全過程，一般可劃分為四個階段：準備、發動、發展和停止階段。(1)突出的準備階段即能量的積聚階段。由于地應力的變化、向某處運移、集中，形成高壓瓦斯區，儲存大量的彈性潛能(2)突出的發動階段出于外力作用(如爆破或鉆進等)，煤體應力狀態發生突然變化，巖石和煤的彈性潛能迅速釋放，這時可聽到從煤體或巖體中發出的破裂聲，并觀察到煤層發生壓縮變形，還出現掉煤碴、支架壓力增大，煤中出現辟裂聲等預兆。現在是63頁\一共有164頁\編輯于星期四63(3)突出的發展階役依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的膨脹能，使煤體破壞并由瓦斯流把碎煤拋出。隨著煤的破碎和拋出，瓦斯壓力降低，瓦斯解吸，解吸瓦斯的膨脹加劇了這一過程，又促使煤進一步破碎，如此反復進行，直到煤被粉碎為粉煤并形成粉煤瓦斯流。這種粉煤瓦斯流具有很大的能量，可以把煤拋出數十米甚至數百米的距離，它可逆著風流運動或沿拐彎的巷道運動，能推翻礦車、搬運巖石等，造成一定的動力效應。(4)突出的停止階段當激起突出的能運已經耗盡，繼續放出的能量不足以粉碎煤體；突出孔道受到堵塞，不能繼續在突出空洞壁建立高的應力梯度和瓦斯壓力梯度等。以上任何一種情況出現時，突出立即停止。現在是64頁\一共有164頁\編輯于星期四649.5.8預防煤與瓦斯突出的主要技術措施1、開采有突出危險的礦井，必須采取防治突出的措施。防突措施可以分為兩大類：1)區域性防突措施：實施以后可使較大范圍煤層消除突出危險性的措施；2)局部性防突措施：實施以后可使局部區域(如掘進工作面)消除突出危險性的措施。防治突出技術歸納為“四位一體”的綜合性防突措施：突出危險性預測；防治突出措施；防突措施的效果檢驗安全防護措施。現在是65頁\一共有164頁\編輯于星期四652、區域性防突1）開采保護層

在突出礦井中，預先開采的、并能使其他相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險的煤層稱為保護層，后開采的煤層稱為被保護層。保護層位于被保護層上方的叫上保護層，位于下方的叫下保護層。現在是66頁\一共有164頁\編輯于星期四66開采保護層防突原理現在是67頁\一共有164頁\編輯于星期四67①開采保護層的作用

現以天府南井2號層(保護層)開采后，有突出危險的9號層內與突出有關的若干參數的變化，來說明保護層的作用。從上圖可見，保護層(2號層)采到距離測點0m處時，被保護層(9號層)已經開始膨脹，接著是透氣系數增大。采過測點20m后，瓦斯流量開始上升，采過40m后的瓦斯壓力開始下降，并穩定地保持很長時間。保護層開采后，由于采空區的頂底板巖石冒落，移動，引起開采煤層周圍應力的重新分布，采空區上、下形成應力降低(卸壓)區，在這個區域內的未開采煤層將發生下述變化：a.地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。b.煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數增加。所以被保護層內的瓦斯能大量排放到保護層的采空區內；瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。據測定，開采保護層后，被保護層的煤硬度系數由0.3～0.5增加到1.0～1.5。現在是68頁\一共有164頁\編輯于星期四68②保護范圍

保護范圍是指保護層開采后，在空間上使危險層喪失突出危險的有效范圍。它受地質采礦因素影響，各礦根據實際考察研究確定這個范圍。也可以參考以下資料a.保護層與被保護層之間的有效垂距：b.傾斜方向的保護范圍。保護層開采以后，巖層沿傾斜方向的移動是沿著最大下沉角θ0方向發展的，所以傾斜方向的保護范圍應以最大下沉角的斜線為基準，即以最大下沉角θ0的斜線為基準線向內偏一個角度γ。現在是69頁\一共有164頁\編輯于星期四69《＜規程＞執行說明》規定，傾斜和緩傾斜煤層按巖石冒落角(，)劃定，急傾斜煤層按煤層的法線向內減少7度劃定，如圖9—5—4所示，圖中A為保護范圍。巖石冒落角應該實際測定，無測定資料時，可參考下列經驗公式：現在是70頁\一共有164頁\編輯于星期四70c.走向方向的保護范圍

對于移動的煤壁，即保護層回采工作面，必須超前于被保護層的掘進工作面，超前距離一般不得小于層間垂距的兩倍，并至少不小于30m。否則被保護層掘進正處于卸壓增流區，大量瓦斯涌出將會造成瓦斯超限。保護層回采工作面始采線兩側的保護范圍，必須按實際考察結果確定。我國現場多用冒落角來確定，如圖。現在是71頁\一共有164頁\編輯于星期四71對于靜止不動的煤柱煤壁，應根據實際考察結果確定保護邊界。如無考察結果，在保護層的頂板方面可按60°，在底板方向按45°線劃定保護范圍。圖內的黑點是在煤柱影響下，不同層間距突出煤層的實際突出點與煤柱的空間位置關系。現在是72頁\一共有164頁\編輯于星期四72現在是73頁\一共有164頁\編輯于星期四73③開采保護層還必須注意以下幾點：

a.如煤層群中有幾個保護層時，應首先考慮上保護層。不但符合由上而下的開采順序，而且突出危險層同水平的巷道能位于保護范圍內。如果不得不開采下保護層時，要防止采動影響而破壞未采煤層結構。

b．礦井中所有煤層都有突出危險時，可選擇突出危險程度較小的煤層作為保護層，但在此保護層的采掘過程中，必須采取防治突出的措施。

c.礦井中所有可采煤層都具有嚴重突出危險時，也可以選擇不可采的煤層作為保護層。為了減小勞動強度，可使用刨煤機、鋼絲繩鋸等采煤機械。

d．開采保護層時，應同時抽放被保護層的瓦斯。

現在是74頁\一共有164頁\編輯于星期四742）預抽煤層瓦斯預抽煤層瓦斯是指，通過一定時間的預先抽放瓦斯，降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應力下降、煤層透氣系數增加和煤的強度提高等效應，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。現在是75頁\一共有164頁\編輯于星期四753、局部防突措施大型突出往往發生于石門揭開突出危險煤層時。所以石門揭開突出危險煤層，以及有突出傾向的建設礦井或突出礦井開拓新水平時，井巷揭開所有這類煤層都必須采取防治突出的措施，并編制專門設計。（1）松動爆破：在進行普通放炮時，同時爆破幾個7—10m以上的深炮孔，使深部煤體破裂與松動，應力集中帶和高壓瓦斯帶移向深部，以便在工作面前方造成較長的卸壓和排放瓦斯區，從而預防突出的發生。（2）鉆孔排放瓦斯：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進行采掘工作。鉆孔數和鉆孔布置應根據斷面和鉆孔排放半徑的大小來確定，每m2斷面不得少于3.5～4.5孔。(3)水力沖孔:水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道周圍煤體的移動變形，應力重新分布，擴大卸壓范圍。現在是76頁\一共有164頁\編輯于星期四76(5)超前鉆孔:在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔周圍形成卸壓區，使集中應力區移向煤體深部。(6)超前支架:多用于有突出危險的急傾斜煤層、厚煤層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導致突出，在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩定性。(7)卸壓槽:預先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，掘進時保持一定的超前距就可避免突出或沖擊地壓的發生。(8)震動放炮：震動放炮是采用增加炮眼數和裝藥量，一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出發生在沒有人員在場和采取了預防瓦斯、煤塵爆炸措施的情況下。現在是77頁\一共有164頁\編輯于星期四779.5.9突出的預測突出危險性預測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預測包括區域性預測和工作面預測。區域性預測又分為礦井、煤層、水平(或采區、區段)三個層次。根據預測結果分別將礦井、煤層和采區或區段劃分為突出區和非突出區。在突出區內進行采掘作業時，還應進行工作面突出危險性預測。當工作面預測有突出危險時，必須采取防治突出的措施和進行防災效果檢驗。預測特別是區域預測時，必須結合本井田或相鄰井田突出的實際資料，考慮圍巖性質、地質構造類型及特征、水文地質情況、煤層賦存條件及結構特征、煤的變質程度、煤層瓦斯含量和瓦斯壓力、開采深度等因素，從中找出主要因素，作為預測的依據。現在是78頁\一共有164頁\編輯于星期四78（1）預測指標和方法1．煤的瓦斯放散初速度P它是表示瓦斯從煤內放散出來快慢的相對指標，能反映煤的空隙結構和微觀破壞程度。2．煤的堅固性系數f它也是一個相對指標，反映煤的力學性質。3煤層瓦斯壓力反映瓦斯含量、瓦斯釋放強度和搬運突出物的能力。4．軟煤比軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺系數。該值越高，煤層越不穩定，突出可能性越大。5.綜合反映了工作面前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯涌出速度和巖層應力狀態。現在是79頁\一共有164頁\編輯于星期四79

(2)突出預兆突出統計資料表明，絕大多數突出，在突出前都有預兆，研究與掌握預兆的發生規律，及時發出突出警報，撤出人員，就能減輕突出的危害。突出預兆主要有三個方面：1．煤層結構、構造預兆有：層理紊亂，煤軟硬不均或變軟，煤暗淡無光，煤層受擠壓，厚度變大，傾角變陡，煤層干燥等。2．地壓增大如來壓聲響，支架折斷，煤炮聲，煤巖開裂，煤壁外鼓，片幫，掉碴，底鼓，打鉆時頂鉆、夾鉆等。3.瓦斯及其他主要預兆有：瓦斯涌出異常，忽大忽小，悶人，煤塵增大，煤或氣溫變冷，項鉆噴瓦斯、噴煤等。現在是80頁\一共有164頁\編輯于星期四809.6礦井瓦斯爆炸及其預防

瓦斯的最大危害就是發生爆炸。不僅能造成人員傷亡，而且會嚴重摧毀井下設施，中斷生產。有時還會引起煤塵爆炸和井下火災，從而加重了災害，使生產難以在短期內恢復。1942年日本霸占我國東北時期，在本溪煤礦由電氣火花引起的瓦斯爆炸和煤塵爆炸，共有1549人死亡。

2000年貴州木沖溝“9·27”1622004年河南大平“10·20”1482004年陜西陳家山“11.28”1662005年遼寧孫家灣“2·14”214

現在是81頁\一共有164頁\編輯于星期四81閉區2起死亡94人采煤3起死亡46人巷道4起死亡74人掘進12起死亡195人現在是82頁\一共有164頁\編輯于星期四82現在是83頁\一共有164頁\編輯于星期四839.6.1瓦斯爆炸過程及其機理1、瓦斯爆炸的總包化學反應式瓦斯爆炸是甲烷和空氣組成的爆炸性混合氣體在火源誘發下發生迅猛的氧化反應并伴隨有強烈力學效應的現象。其方程式概括為：從上式知，混合氣體中的氧與甲烷都全部燃盡時，一個體積的甲烷要同二個體積的氧氣化合，也就是要同2+7.52=9.52個體積的空氣化合。這時甲烷在混合氣體中的濃度為1/(1+9.52)×100％＝9.5％；這一濃度是理論上爆炸最猛烈的濃度。1摩爾的甲烷爆炸后將產生882.6kJ的熱量。lkg碳氫化合物相當于4kg梯恩梯炸藥。現在是84頁\一共有164頁\編輯于星期四842、

引燃甲烷—空氣混合物的感應期烴類氧化有感應期，感應期之后是一快速反應。從接觸引火源起到烴類——空氣混合物轉為快速燃燒爆炸的時間間隔稱為感應期。隨著引火源溫度的升高和甲烷濃度的下降，感應期將縮短。

現在是85頁\一共有164頁\編輯于星期四85

在甲烷同系物(甲烷、乙烷、丙烷等)與空氣混合的爆炸性氣體中，以甲烷的感應期最長，其它氣體則較短。因此，在甲烷—空氣混合物中混有乙烷時，感應期縮短。礦用安全炸藥正是利用了烷—空混合氣體存在感應期的特性。在感應期間內，保證安全炸藥爆破時的高溫產物能夠冷卻，不致于使烷—空混合氣體達到引火爆炸的溫度。其原理是，在礦用安全炸藥中加入了一定數量的消焰劑。消焰劑有兩個作用，一是它的熱容量較大，可以吸收一部分爆熱從而降低爆溫、減少火焰存在的時間，二是它對甲烷的氧化燃燒反應起負催化作用，可以破壞甲烷氧化燃燒鏈鎖反應的活化中心，阻止烷—空混合氣體的爆炸。在消焰劑的這兩個作用中，負催化作用是主要的。現在是86頁\一共有164頁\編輯于星期四863、

鏈式反應理論

化學反應式僅表示一系列復雜化學反應的最終結果，鏈式反應理論卻能夠對甲烷爆炸的實際反應過程與機理作出解釋。

鏈式反應理論認為甲烷爆炸是反應物分子首先離解成一些自由基(自由原子或自由原子團)，自由基具有很大的化學活性，能成為反應連續進行的活化中心，經過一系列鏈鎖反應步驟后完成整個反應。鏈起始：分子離解成自由基鏈傳遞：某自由基與某分子作用生成另一自由基鏈分支：該步驟每消耗一個自由基可生成兩個自由基鏈破壞：自由基變成分子如果在連鎖反應過程中鏈分支反應增多，自由基數目成倍增長，反應鏈的數目增加，反應速度迅速增加(即同時參與反應的甲烷分子增多)，短時間內將釋放出大量的能量，如此循環下去，將使反應加速到爆炸速度。現在是87頁\一共有164頁\編輯于星期四87較低溫度下，甲烷氧化鏈式反應的基元反應方程組：CH4+O2·CH3·+HO2·（1）鏈引發CH3·+O2

CH2O+OH·（2）OH·+CH4H2O+CH3·（3）鏈傳遞OH·+CH2OH2O+HCO·（4）CH20+O2HO2·+HCO·（5）鏈分支HCO·+O2CO+HO2·（6）HO2·+CH4H2O2+HCO·（7）鏈傳遞HO2·+CH2OH2O2+HCO·（8）OH·器壁（9）CH2O·

器壁

（10）鏈中止現在是88頁\一共有164頁\編輯于星期四88加熱法與光化法都可以使鏈起始，后者是指短波光線的照射引起分子離解。在礦井內，高溫熱源與火源加熱是常見的起鏈方法。為了起鏈需要消耗一定的活化能。在甲烷氣體爆炸的過程中，產生的自由基有[CH3]、[H]、[CH2O]、[OH]、[O]等，在甲烷爆炸的過程它們都是轉瞬即熄中間產物，并且在這一過程中，這些中間產物增多或減少影響著爆炸過程的發展。如在含甲烷的空氣中加入惰性的，吸熱降溫的物質，或能夠同自由基結合形成分子的物質，就能起到鏈終止的效果，使含甲烷氣體不爆炸或爆炸威力降低。如在含甲烷的空氣中加入4.2%的一溴三氟甲烷CF3Br（哈龍1301）能防止甲烷爆炸，就是由于它可以捕獲自由基。現在是89頁\一共有164頁\編輯于星期四899.6.2瓦斯爆炸的傳播及后果1、瓦斯爆炸的傳播爆炸可以分為物理性爆炸和化學性爆炸物理性爆炸：物質因狀態和壓力發生突然變化而形成的爆炸，如鍋爐爆炸、液化氣體超壓爆炸等化學性爆炸：物質發生迅速的化學反應、產生高溫、高壓而引起的爆炸。瓦斯爆炸屬于化學性爆炸。火焰鋒面：在可爆炸甲烷濃度的混合氣體中出現了點火源，則此氣體就會在火源點被點燃形成最初火焰(人們稱這一點為爆源)，在大氣壓條件下，該火焰厚度非常薄，僅0.1—0.01mm，它是一個燃燒帶并在烷空氣體中傳播。燃燒速度：火焰鋒面相對于未燃混合氣體的傳播速度叫做燃燒速度。現在是90頁\一共有164頁\編輯于星期四90瓦斯爆炸根據爆炸傳播速度可分為以下三類：爆燃——傳播速度為每秒數十厘米至數米，爆炸——傳播速度為每秒數十米至數百米，爆轟——傳播速度超過聲速，可達每秒數千米。沖擊波：火焰鋒面后的爆炸產物具有很高的溫度，由于熱量集中而使爆源氣體產生高溫和高壓并急劇膨脹而形成沖擊波。如果巷道頂板附近或冒落孔內積存著瓦斯，或者巷道中有沉落的煤塵，在沖擊波的作用下，它們就能均勻分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸過程得以繼續下去。爆炸時由于爆源附近氣體高速向外沖擊，在爆源附近形成氣體稀薄的低壓區，于是產生反向沖擊波，使已遭破壞的區域再一次受到破壞。如果反向沖擊波的空氣中含有足夠的CH4和O2，而火源又未消失，就可以發生第二次爆炸。現在是91頁\一共有164頁\編輯于星期四912、瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸時會產生三個致命的因素：火焰鋒面，沖擊波，井巷大氣成分的變化。1）火焰鋒面：火焰鋒面是瓦斯爆炸時沿巷遣運動的化學反應帶和燒熱的氣體總稱。其傳播速度可在寬闊的范圍內變化，從數米每秒到最大的爆轟傳播速度2500m／s。

火焰鋒面好象沿巷道運動的活塞一樣，把烷空氣體收集起來并點燃。這種活塞的長度從火焰鋒面最慢傳播時的幾十厘米到爆轟時的幾十米。火焰鋒面通過時，可使人的衣服被扯下，造成大面積皮膚的深度燒傷、呼吸器官甚至食道和胃的粘膜燙傷，燒壞電氣設備與電纜，當電纜有電時可能引起二次性的電氣火災，引燃井巷的可燃物造成二次性災害——火災。

現在是92頁\一共有164頁\編輯于星期四922）沖擊波在正向沖擊波傳播時，其波峰的壓力可從數十kPa到2MPa的范圍內變化：當正向沖擊波疊加和反回時，可形成高達1OMPa的壓力。沖擊波的傳播速度不可能低于音速。如果爆炸減弱，則沖擊波就轉變為聲波。正向、反向和斜向沖擊波通過時會引起：人體的創傷，在大多數情況下這些創傷具有綜合和多樣的特征，如創傷和燒傷綜合，這給急救造成困難，需要細心護理，移動，翻倒和破壞電氣設備、機械設備，甚至可能發生二次性著火，破壞支架、堵塞巷遭、引起冒頂，破壞通風設施與通風系統，這不僅會擴大災情，而且會使搶險救災、救人困難化復雜化。現在是93頁\一共有164頁\編輯于星期四933）井巷大氣成分的變化

瓦斯爆炸時礦井大氣成分會發生下列變化：氧濃度下降，產生有毒有害氣體，形成爆炸性氣體。在數量上的變化與參加爆炸的可燃組分及其濃度有關例如甲烷是一種物理性質與化學性質固定的氣體，它的每一濃度對應著一定的氣體產物。瓦斯與煤塵爆炸的最終產物的大概組成下表。上述三個有害因素的可比危險程度首先與它們的波及范圍大小有關，火焰鋒面(爆燃與爆炸)的傳播范圍較小，一般為數十米到數百米，只在極少的情況下達到幾千米，沖擊波(爆轟)的傳播范圍就大得多，一般為幾千米，有時甚至波及到地面。爆炸產物的波及范圍與通風系統、通風風量以及爆炸時對通風系統破壞情況等有關，爆炸產物的運動，在沖擊波消失和火焰鋒面停止后繼續隨風流進行，因此甲烷和煤塵爆炸的最大危險性在于礦井大氣成分的改變，它在大多數情況下造成嚴重的后果。現在是94頁\一共有164頁\編輯于星期四94礦井大氣成分變化甲烷煤塵甲烷和煤塵共同參與爆炸時的濃度爆炸下限最佳爆炸濃度爆炸上限爆炸下限最佳爆炸濃度爆炸上限殘余氧濃度（％）16～18625～162～53～80CO（％）－微量121～24～82～7<16CO2（％）微量9微量5～106～94～8<12水蒸汽（％）10<16<48～1612～206～10<24H2（％）－微量120～11～50～5<16甲烷及其同系物－－－0～22～50～3<5現在是95頁\一共有164頁\編輯于星期四959.6.3煤礦爆炸性氣體的安全技術參數

1、爆炸極限爆炸性氣體與空氣混合，只在某些濃度范圍之內才可能爆炸。可能產生爆炸的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度為上限。上、下爆炸極限常用氣體與空氣混合的體積百分比濃度表示。這些值是在混合氣體的壓力為101.3kPa，溫度為20℃時測定的。這時甲烷的爆炸上限是15%，下限是5%。在100℃以下的環境溫度時，爆炸極限與混合氣體的溫度無關；在100℃以上時，隨爆炸地點溫度增加，下限下降，上限上升，就是爆炸范圍擴大。

現在是96頁\一共有164頁\編輯于星期四96隨著混合氣體中氧氣濃度的降低，甲烷爆炸范圍縮小，爆炸下限幾乎保持不變，而爆炸上限下降較大；當氧濃度降至極限值(即失爆氧濃度10％左右)時，爆炸上、下限重合在一點(5％CH4)，見圖2—34。我們將BCE區域稱作爆炸三角形。它對封閉或啟封火區以及在密閉區內滅火時，判斷火區有無瓦斯爆炸危險，以及采用惰氣滅火時判斷瓦斯爆炸危險的變化趨勢具有指導意義。例如，封閉火區過程中，由于切斷了向火區的供風，火區內的瓦斯濃度將逐漸增加，如果沒有惰氣混入，那么甲烷濃度與氧濃度所決定的座標點落入BCE區內時，遇火便會發生瓦斯爆炸。現在是97頁\一共有164頁\編輯于星期四97

惰化過程：用不同的惰性氣體(N2，CO2)充入采空區，與烷—空氣體混合，使烷—空氣體的爆炸范圍減小的過程。這時爆炸地點的失爆氧濃度是不同的(N2：9.47%；CO2：12.32%)。與氮氣相比，二氧化碳的惰化效果良好，因為CO2的失爆氧濃度比N2高2.5～3%。因此，用CO2作為惰化氣時，其用量要比N2節省10％以上。但是不少礦區由于當地有廉價的液氮來源，所以實際上用N2惰化火區的礦井還是比較多的。2、最低點燃溫度取少量被測定氣體試樣放進愛倫邁爾燒瓶中，把燒瓶放在電爐上加熱，改變瓶壁溫度和氣體濃度，用一系列測定試驗找出使氣樣直接發生燃燒的瓶壁最低溫度，這個溫度稱為該氣體的自燃溫度(氣樣的測試環境壓力為101.3kPa)，亦即最低點燃溫度。現在是98頁\一共有164頁\編輯于星期四98

最低點燃溫度是重要的安全技術參數之一。它不僅可以決定在什么樣的爆炸混合氣體內，使用什么型式的防爆電器設備，而且還可以決定礦井里其它設備的允許溫升。甲烷的最低點燃溫度是595℃，在含有甲烷的環境下，設備的溫升必須遠低于此值。3、最大爆炸壓力最大爆炸壓力是衡量物質特性的一種參數，可以判斷它的爆炸危險性的大小。最大爆炸壓力是指在一個5L的密閉容器內，改變可燃氣體的濃度，進行一系列爆炸試驗，測得爆炸壓力的極大值(環境壓力為101.3kPa，溫度為20℃)。

井下發生瓦斯爆炸，是在長度很大的巷道中進行的，可能會出現更高的壓力。現在是99頁\一共有164頁\編輯于星期四99

爆炸壓力是由于爆炸時產生的高溫引起的。當甲烷濃度為9.5％時，在自由空間可測得1850℃或在密閉空間達到2150～2650℃的瞬時高溫，相應的爆炸壓力為700～1000kPa。

4、最小點燃能量點燃爆炸性混合氣體所需的最小能量是另一重要參數。它是在空氣中可燃性組分處于最易點燃濃度時所需的最低點燃能量。它與引火源的種類有關。用電火花點燃與用加熱體點燃其數值是不同的。通過調節放電電路中電容的大小以及電極間的距離和電極的形狀，在環境壓力為101.3kPa和溫度為20℃時，測定最易點燃的混合氣體剛剛能夠點燃的能量為最小點燃能量。甲烷的最小點燃能量為0.28mJ。現在是100頁\一共有164頁\編輯于星期四100

安全火花型電氣設備通過限制電路的參數，使之在電路切換時放電的能量低于工作環境中可燃氣體的最小點燃能量。這種設備適用于一切有爆炸危險的礦井。這是礦井弱電系統防爆技術的發展方向。5、火焰蔓延極限寬度(最大不傳爆間隙)在爆炸危險環境中工作的設備上存在火源時(例如電路開關火花等)，必須在火源外圍加上一個隔爆外殼。爆炸混合氣體在殼內爆炸時，能可靠地防止火焰蔓延到殼外，以防引起殼外的瓦斯爆炸。殼體采用固定間隙長度結構，并保證間隙的寬度小于火焰蔓延極限寬度。它還用于各種危險物質爆炸級別的分類。最大允許不傳爆間隙在隔爆電氣設備設計加工以及使用時非常重要。只有保證間隙的寬度小于最大不傳爆寬度，才能保證設備的隔爆性能。

現在是101頁\一共有164頁\編輯于星期四1019.6.4煤礦井下瓦斯爆炸原因分析

必要條件：甲烷的濃度超過爆炸下限(即形成瓦斯積存)，氧的濃度不低于12％；具有超過最小點燃能量、長于感應期和高于甲烷最低點燃溫度的點火源。1、瓦斯積聚：煤礦中有各種各樣的瓦斯源，它們主要處于掘進和回采工作面附近。瓦斯源的所在地甲烷易于積存，危險性大。我國掘進工作面的瓦斯爆炸占總爆炸次數的46.9％，回采工作面占49.2％，其它僅占3.3％。在這些爆炸中，產生積聚瓦斯的直接原主要還是通風不正常。2、引火源：井下瓦斯爆炸的引火源很多。各種明火、煤炭和可燃物的自燃、電線短路、過載電流，電弧，電火花，燈泡破壞時赤熱燈絲、摩擦或沖擊火花、靜電火花，炸藥爆破火焰、赤熱產物(氣體與粒子)、沖擊波壓縮熱等。現在是102頁\一共有164頁\編輯于星期四102現在是103頁\一共有164頁\編輯于星期四103

炮采炮掘為主的礦井，爆破熱源引燃瓦斯的百分比可以增加到40％以上。隨著井下機械化程度的提高，使用電氣設備的數量、種類和功率越來越大，因電氣設備電火花和機械摩擦火花引燃的事故百分比增加到50％以上。井下巖石與巖石，巖石與金屬，金屬與金屬撞擊或摩擦產生的火花都可能引燃瓦斯。如截煤機截齒與堅硬頂板和堅硬硫化鐵結核的碰撞，都可能引起火化。此外，皮帶摩擦起火，高分子材料產品發生的靜電火花，及漏電形成的雜散電流火花都有可能引爆瓦斯。現在是104頁\一共有164頁\編輯于星期四1043、思想麻痹、管理松懈及違章作業國內外的事故統計表明，思想麻痹、管理松懈、違章指揮、違章作業，違犯勞動紀律、作業前后不檢查瓦斯濃度或‘漏檢”等是發生事故的重要因素。例如有的礦井，在瓦斯涌出量很小的區域甚至在平常幾乎都檢查不出瓦斯存在的地點卻發生了爆炸，就是這種原因所致。現在是105頁\一共有164頁\編輯于星期四1059.6.5預防瓦斯爆炸技術措施1、防止瓦斯積聚的措施

所謂瓦斯積聚是指局部瓦斯濃度超過2％，其體積超過0.5m3的現象。a搞好通風b及時安全地處理積聚瓦斯c分源治理瓦斯d嚴格井下瓦斯濃度的檢查與檢測2、防止瓦斯引燃措施

防止瓦斯引燃的措施是嚴禁和杜絕一切火源，嚴格管理和控制生產中可能發生的火、熱源，防止它的產生或限制其引燃瓦斯的能力。現在是106頁\一共有164頁\編輯于星期四1063、防止瓦斯爆炸災害事故擴大的措施a

編制預防和處理瓦斯爆炸事故計劃。使礦工熟悉這個計劃，掌握預防瓦斯的基本知識和有關的規章制度。b實行分區通風。各水平、各采區都必須布置單獨的回風道，回采工作面和掘進工作面都應采用獨立通風。這樣一條通風系統的破壞將不致影響其它區域。c通風系統力求簡單。入風流與回風流的布置應保證當發生瓦斯爆炸時不會發生短路。不用的巷道都要及時封閉。

d裝有主扇的出風井口，應安裝防爆門，防止爆炸波沖毀扇風機，影響救災與恢復通風。

e各回采面、采區，各翼均有隔爆措施。

f設立避災峒室，配帶自救器。

現在是107頁\一共有164頁\編輯于星期四1079.7礦井瓦斯檢測及監測

檢測瓦斯濃度是預防瓦斯事故的前提，也是研究瓦斯涌出規律和評價預防瓦斯措施效果的基本依據。煤礦檢測瓦斯的方法有以下三種方式：1）實驗室分析。從井下采取氣樣，在地面實驗室使用氣體分析儀、氣相色譜儀進行定量分析。這種方法精度高，但操作復雜，時間較長，一般用于精密度要求高的場合，2）便攜式儀器分析。便攜式測定儀器在井下現場就地檢測，操作簡易，當時就可知道結果，以滿足生產要求。但精度稍差。3）瓦斯監測。可以自動連續地的遙測或監測工作面的瓦斯濃度，并且自動記錄，超限報警與控制斷電、供風等。測定精度稍差，它可以得到系統的瓦斯濃度動態資料，用于遙測、監測、自動控制場合，是瓦斯檢測發展的技術方向。2）現在是108頁\一共有164頁\編輯于星期四1089.7.1我國煤礦現在使用的便攜式瓦斯檢測儀表

1.光學瓦斯檢定器1）結構

現在是109頁\一共有164頁\編輯于星期四1092)原理檢定器根據光干涉原理制成。它的光學系統如圖。燈泡1發出的一束白光，經光柵2和透鏡3射到平行平面鏡4。平行平面鏡使光束分成兩路：一路自平面鏡的a點反射，經右空氣室、大三棱鏡和左空氣室回到平行平面鏡，再經鏡底反射到鏡