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礦井瓦斯災害治理(一)

來源:233網校 2019年10月18日

第三章 礦井瓦斯災害治理

第11講 礦井瓦斯災害治理(一)

煤礦安全技術

第一章  煤礦安全基礎知識

第二章  礦井通風

第三章  礦井瓦斯災害治理

第四章  防滅火技術

第五章  防治水技術

第六章  頂板災害防治技術

第七章  粉塵防治

第八章  機電運輸安全技術

第九章  露天煤礦災害防治技術

第十章  礦山救護

第十一章  煤礦安全類案例

第三章  礦井瓦斯災害治理

第一節  瓦斯來源及其危害    第二節  煤層瓦斯參數測定及礦井瓦斯涌出

第三節  瓦斯災害的防治      第四節  瓦斯檢測

第一節  瓦斯來源及其危害

瓦斯是指地下礦山中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體,通常所指的是甲烷(CH4),主要來自于煤層和煤系地層,在成煤作用過程中產生。

一、煤礦瓦斯的性質

瓦斯是一種無色、無味、無臭的氣體。由于瓦斯比較輕,故常常積聚在巷道頂部、上山掘進工作面、頂板冒落空洞中。瓦斯難溶于水。瓦斯擴散性很強。當空氣中瓦斯含量大于 50% 時,極易造成人員缺氧而窒息死亡。瓦斯不助燃,但當與空氣混合達到一定含量后,遇到高溫火焰時能夠燃燒或爆炸。

二、瓦斯的生成及其影響因素

(一)瓦斯的生成

大體可以將成煤過程分為兩個造氣時期,即生物化學造氣時期和煤化變質作用造氣時期。

1、生物化學造氣時期

 是成煤作用的第一階段(泥炭化或腐泥化階段),在溫度不超過 65 條件下,成煤原始物質經厭氧微生物分解成瓦斯。泥炭層埋深淺,上覆蓋層的膠結固化不好,生成的瓦斯通過滲透和擴散容易排放到古大氣中,一般不會保留在現有煤層內。

2、煤化變質作用造氣時期

是成煤作用的第二階段,是泥炭、腐泥在一定的溫度和壓力作用下變化為煤的過程。有機質分解生成二氧化碳、瓦斯和水。隨著變質作用的加深,瓦斯的含量越來越大。

(二)瓦斯生成的影響因素

由于煤層中的瓦斯主要是煤化作用的產物,所以瓦斯含量的多少和煤巖組分、煤化作用程度等因素有關。

煤巖組分

鏡質組、惰質組、殼質組

鏡質組瓦斯生成量大

煤巖組分與瓦斯吸附量之間存在密切關系,鏡質組在肥煤階段瓦斯吸附量最小,此后吸附量迅速增加,并在焦煤、瘦煤中間的某一階段超過惰質組。惰質組瓦斯吸附量隨著煤化程度提高而緩慢增加。

煤化作用程度

 在煤化作用過程中,隨著煤化程度的提高,煤的氣體滲透率下降,儲氣能力提高,氣體向地表運移能力減弱,煤層中微孔或超微孔所占比例提高進而煤的吸附力增強,最終累積產生的瓦斯量就越多。

三、瓦斯的賦存及其影響因素

(一)瓦斯賦存狀態

瓦斯在煤層中的賦存狀態主要有兩種:游離狀態(自由狀態)和吸附狀態(結合狀態)。

游離狀態

(自由狀態)

瓦斯存在于煤體或圍巖的較大裂縫、空隙或空洞中,其多少取決于儲存空間的容積、瓦斯壓力、圍巖溫度等因素。

占 5% ~ 30%

吸附狀態

(結合狀態)

吸著

吸著在煤體孔隙的內表面上。含量主要取決于煤的結構特點、炭化程度等。

占 70% ~ 95%

吸收

瓦斯分子進入煤體膠粒結構內部與煤分子結合而呈現的狀態。

習題1.煤體是一種復雜的多孔性固體。包括原生孔隙和運動形成的大量孔隙和裂隙,形成了很大的自由空間和孔隙表面。煤層中瓦斯賦存兩種狀態:游離狀態和(  )。

A.自由狀態

B.固定狀態

C.吸附狀態

D.半固定狀態

233網校答案:C

233網校解析:瓦斯在煤層中賦存狀態主要有兩種:游離狀態(自由狀態)和吸附狀態(結合狀態),故選C正確。

(二)影響煤層瓦斯賦存的因素

    影響煤層瓦斯賦存的因素主要有煤層埋藏深度、煤層和圍巖透氣性、煤層傾角、煤層露頭、煤化作用程度及煤系地層的地質史。

煤層埋藏深度

深度不大,瓦斯含量隨著埋深的增大基本呈線性規律增加。達到一定數值后,將趨于常量。

煤層和圍巖透氣性

透氣性越大,煤層瓦斯含量就越小。反之,瓦斯易于保存,煤層瓦斯含量就高。

煤層傾角

煤層傾角越小,煤層瓦斯含量就越高。

煤層露頭

煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口,露頭存在的時間越長,瓦斯排放就越多。

煤化作用程度

煤化作用程度越高,其儲存瓦斯的能力就越強

煤系地層的地質史

海陸交替相含煤巖系的巖性和巖相在橫向比較穩定,沉積物粒度細,形成的煤系地層透氣性差,瓦斯含量較高。

習題2.煤層瓦斯含量的多少主要取決于保存瓦斯的條件,而不是生成瓦斯量的多少;也就是說不僅取決于煤的變質程度,而更主要的是取決于儲存瓦斯的地質條件。下列選項中不屬于影響煤層瓦斯含量的主要因素是(  )。

A.煤層的埋藏深度,煤層和圍巖的透氣性

B.煤層傾角、煤層露頭水文地質條件

C.地質構造、煤化程度、煤系地層的地質史

D.瓦斯的游離特性

233網校答案:D

233網校解析:影響煤層瓦斯賦存的因素有:煤層埋藏深度、煤層和圍巖透氣性、煤層傾角、煤層露頭、煤化作用程度、煤系地層的地質史。故與D無關。

四、瓦斯的危害

瓦斯有四大危害:瓦斯噴出、瓦斯燃燒爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯窒息。這4種危害并非單一出現,往往一種災害會成為另一種災害的誘因,例如通風不足,瓦斯含量達到一定程度后發生瓦斯爆炸,繼而帶來礦井火災,在爆炸和燃燒過程中含有大量有害氣體,容易出現瓦斯窒息事故。

(一)瓦斯噴出

瓦斯噴出是指從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯異常涌出的現象。分為沿原地質構造裂隙噴出和沿采掘地壓生成裂隙噴出。

1. 沿原地質構造裂隙噴出

該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、儲瓦斯區以及其他一些儲瓦斯構造與原始裂縫相通的區域。

其特點是一般情況下噴出的瓦斯流量較大,持續的時間較長,無明顯的地壓顯現征兆,且掘進巷道的瓦斯噴出一般在工作面周圍。

 

2. 沿采掘地壓生成裂隙噴出

與地質構造、采掘地壓有關。瀕臨發生時,出現多種顯著征兆。

噴出原因

內因

儲存有大量高瓦斯。

外因

采掘

噴出規律

往往發生在地質變化帶;易發生在煤層頂底板巖層中有溶洞、裂隙發育的石灰巖;具有明顯的噴出口或裂縫;瓦斯噴出量有大有小,噴出時間從幾分鐘到幾年甚至幾十年。

噴出預兆

礦壓活動顯現強烈,煤壁片幫嚴重,底板突然鼓起,支架承載力加大甚至破壞,煤層變軟、潮濕等。

噴出危害

導致人員窒息,遇有火源時還可能引起瓦斯爆炸或火災事故。

 

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