中国煤矿安全技术培训中心--矿井瓦斯防治技术

　　矿井瓦斯防治技术

　　中国煤矿安全技术培训中心

　　华北科技学院

　　朱建芳

　　博士、副教授、注册安全工程师

　　主要内容

　　矿井瓦斯基础知识

　　防治技术

　　通风系统

　　瓦斯爆炸

　　煤与瓦斯突出

　　第一章 矿井瓦斯基础知识

　　二、井下有害气体的来源

　　1、煤层及围岩内赋存并涌入矿井的气体。

　　2、矿井生产过程中生成的气体(放炮等作业)。

　　3、空气与煤、木材、其他材料之间缓慢化学反应生成的气体。

　　4、放射性物质蜕变过程中生成的或地下水放出的放射性惰性气体，主要是氡Rn和氦He。

　　三、瓦斯的生成过程

　　矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生产物。古代植物遗体在形成泥炭过程中，由于厌氧菌的作用，植物的纤维质破坏分解、发酵，逐渐生成腐植酸和沥青质，同时生成瓦斯;

　　此后，在煤的炭化变质过程中，随着化学成分和结构的变化，泥炭转变成褐煤、烟煤和无烟煤，同时继续有大量瓦斯伴随生成。

　　瓦斯的生成和煤的形成同时进行且贯穿于整个成煤过程中，在长期的地质年代里，由于地层变动造成的断裂和裂隙,部分瓦斯逸散到大气中去,另一部分则被保存在煤体和围岩之中。

　　矿井瓦斯的危害

　　窒息

　　燃烧

　　爆炸

　　突出

　　煤层原始瓦斯压力的测量

　　胶襄、密封粘液封孔

　　注浆(膨胀水泥)封孔

　　瓦斯压力间接测算法

　　1)按瓦斯压力梯度推算煤层瓦斯压力

　　式中，p——在深度H处的瓦斯压力，MPa;

　　p0——瓦斯风化带H0深处的瓦斯压力，取

　　0.15~0.2MPa;

　　H0——瓦斯风化带深度，m;

　　H——距地表垂深，m;

　　m——瓦斯压力梯度，我国矿井一般在

　　0.007~0.012MPa/m之间。

　　此外，对于测压资料比较丰富的矿井，可根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，直接按下式估算未知深度处的煤层瓦斯压力值：

　　式中，p——距地表深度处的瓦斯压力，MPa;

　　H——距地表垂深，m;

　　B——系数，MPa/m。

　　根据于不凡等人的研究结果，对于我国煤层而言，B=0.0015~0.015，其中，高瓦斯煤层B=0.0064。

　　2)根据煤层瓦斯涌出量间接测定瓦斯压力

　　当某一采区瓦斯来自开采煤层本身时，如能统计出从采区的掘进到回采结束的时间内涌出的总瓦斯量、采区的煤炭储量以及煤的瓦斯含量系数曲线，则可求得该采区中煤层的平均瓦斯压力，其计算式为：

　　3)根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力

　　即利用特制的密闭钻头从煤体内部预定地点采取煤样，然后采用解吸法将煤样中的瓦斯全部抽出，根据煤样的重量或体积和解吸出的总的瓦斯量求出单位重量或体积的瓦斯量，再按瓦斯含量曲线或瓦斯含量计算公式反求出瓦斯压力。该方法要求密封钻头的密封性能良好;当密封性能良好时，其所求得瓦斯压力比较准确。

　　4)根据残余瓦斯含量推算煤层瓦斯压力

　　其基本原理与根据煤层原始瓦斯含量推算瓦斯压力的方法相同，不同之处在于这种方法采用普通岩心管采样，而不用密闭钻头。取出煤样后迅速放入煤样密闭罐中，并记录从开始取样到放入罐中的时间t0;然后再到地面实验室测出煤样中的剩余瓦斯含量。每次测量完毕后再充以瓦斯，达到某一瓦斯压力后，突然放散瓦斯，放散瓦斯的时间与t0相同，然后再测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力，重复操作几次，根据测量结果绘制出真实瓦斯压力P和放散瓦斯时间t0后的剩余瓦斯含量XM的关系曲线，即可求得煤层瓦斯压力。

　　5)根据煤屑解吸指标△h2测算瓦斯压力

　　煤屑解吸指标△h2的大小反映了煤样采集地点煤层的瓦斯压力、煤的变质程度和煤的强度特性。这种方法的基本原理是通过在实验室对煤样进行瓦斯解吸规律研究，然后根据解吸数据反求出所测地点的煤层瓦斯压力。

　　MD-2型煤屑瓦斯解吸仪

　　6)利用井下煤屑瓦斯解吸量测算瓦斯压力

　　近年来，煤炭科学研究总院抚顺研究院基于瓦斯解吸规律，开发了WP-1型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，通过在煤矿井下现场实测钻屑瓦斯解吸量，从而计算出煤层瓦斯含量w、瓦斯压力P及防突指标K1、Kt等指标。其操作过程如下：在新暴露的煤壁或煤巷中，沿煤层倾向打钻，当钻孔深度超过巷道瓦斯排放带深度后，每隔1~2m定点采集煤钻屑样，利用WP-1型井下煤层瓦斯含量快速测定仪，在5min内即可获得煤层瓦斯压力。这种方法需要事先获取或测量煤对瓦斯的吸附常数a、b值。

　　7)理论计算

　　我国学者鲜学福等人采用解析算法，在考虑地应力和地温影响的基础上，提出了煤层瓦斯渗透率k(φ，θ)与平均应力和地温的关系及一维稳定流动的瓦斯渗流方程，并根据煤层在地表有无露头和通道的情况，推导出了煤矿深部开采时煤层瓦斯压力的解析式。