第2章 煤矿安全地质.ppt

第二章 安全地质条件 教学目的： 通过本章的学习，使大家掌握矿井瓦斯的基本特征，瓦斯含量、煤与瓦斯突出的影响因素；掌握煤层自燃和煤尘爆炸的危害和影响因素；掌握地温的基本知识。 教学内容： §2-1 瓦斯地质 §2-2 煤的自燃 §2-3 煤尘 §2-4 地温 重点和难点 §2-1 瓦斯地质 一、瓦斯概述 （一）瓦斯的概念 1.瓦斯 瓦斯是指在煤矿生产的过程中，从煤层和围岩中释放出的一种多成分的混合气体。 2.瓦斯的成分和性质 （1）成分 CH4 N2 CO2 （2）性质 无色、无味、无嗅、无毒，可燃和具爆炸性的气体。 在标准状态下，1m3的甲烷重0.716Kg，对空气的相对密度为0.554，比空气轻，聚积在巷道的上部。 化学性稳定，微溶于水，易于扩散，渗透岩体的能力为空气的1.6倍。 当空气中混有5%～16%的甲烷时，遇高温或明火能引起爆炸。 可能引起瓦斯爆炸的甲烷最低浓度称为爆炸下限；最高浓度称为爆炸上限。 甲烷虽然无毒，但当空气中含量较大时，使人头痛、呕吐，丧失行动能力，当甲烷的浓度超过40%，氧气的含量低于12%时，使人窒息死亡。 （二）瓦斯在煤体内的赋存状态 （1）游离瓦斯 （2）吸着瓦斯 　（吸附、吸收） 动平衡 （三）瓦斯的成因 １.生物成因 C6H10O5→CH4↑+CO2 ↑ +5H2O+C9H6O10 ２.煤变质作用 （四）影响瓦斯含量的因素 瓦斯含量—m3/t 1.煤的变质程度 2.煤层和围岩的透气性 3.地质构造 未受破坏时 背斜轴—高 向斜轴—低 受构造破坏时相反 压性断裂—高 张性断裂—低 4.煤层的埋藏深度 （1）瓦斯分带 ①CO2 —N2 ②N2 ③N2—CH4 ④CH4 瓦斯风化带 （2）瓦斯风化带以下瓦斯含量、瓦斯压力和瓦斯涌出量有规律的增加 （3）瓦斯梯度 瓦斯含量梯度 瓦斯压力梯度 确定瓦斯风化带下线的参数： 甲烷及重烃的体积分数80%; 瓦斯压力0.1~0.15MPa; 相对瓦斯涌出量为2~3m3/t； 煤层的瓦斯含量（与煤类有关）(P46)： 5.地下水的活动 6.煤田的暴露程度 二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级 （一）矿井瓦斯涌出 在采掘过程中，因采动影响从煤层及采落煤体、矸石中向井下空间放出瓦斯的现象。 1.普通瓦斯涌出—长期缓慢逸出的现象 2.特殊瓦斯涌出 （1）瓦斯喷出—指大量承压瓦斯从煤岩层的裂隙中快速喷出的现象。喷出时伴有咝咝的声响，但不产生煤和岩石抛出的动力现象 。 （2）煤与瓦斯突出—指在采掘过程中，在很短的时间内，从采掘面内部向采掘空间突然喷出大量煤、岩石和瓦斯的现象。它是一种伴有声响和猛烈力能的效应的动力现象。 （二）矿井瓦斯涌出量 1.绝对瓦斯涌出量 指矿井在单位时间内涌出的瓦斯数量，单位为m3/d或m3/min。 2.相对瓦斯涌出量 指矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤涌出的瓦斯数量。单位为m3/t。 （三）矿井瓦斯等级 （1）低瓦斯矿井 q≤10m3/t或Q ≤40m3/min （2）高瓦斯矿井 q＞10m3/t或Q ＞ 40m3/min （3）煤与瓦斯突出矿井 凡发生过煤与瓦斯突出的矿井 三、煤与瓦斯突出 （一）煤与瓦斯突出类型及其特征 1.按突出的力学特征分类 （1）煤与瓦斯突出 造成突出的基本能源为高压瓦斯的压缩能 ①突出的煤或岩石由采掘工作面瞬时猛烈冲出，并产生巨响。抛出物具有一定的分选性。 ②突出物表面被一层极细的如同水泥一样的煤粉铺盖，称为“微尘”或“狂尘”，厚度由内向外变薄。 ③突出物由气流搬运，可随巷道拐弯。 ④抛出物前沿的安息角，小于煤的自然安息角。 ⑤在抛出物堆满的巷道内，顶部有一瓦斯通道。 ⑥煤层内的突出孔洞，常呈口小肚大的梨形。 ⑦突出时有大量瓦斯喷出，瓦斯可以逆风流前进。根据突出的强度不同，逆风流的距离有大有小，可由数十米到千米，能严重破坏矿井的通风系统 。 （2）煤与瓦斯压出 造成压出的基本能源为煤层和围岩中积聚的弹性应变能 ①在一声或几声巨响下，工作面煤壁整体向外移动，或破碎跨落，或底板隆起。 ②压碎的煤和岩石呈大小不等的碎块，就地堆积，没有分选现象。 ③压出点往往形成袋形、楔形或缝形孔洞，外大内小，外宽内窄。 ④压出时有大量瓦斯涌出，有时瓦斯从裂缝中喷出，但极少见到瓦斯逆风流现象。 ⑤压出可拆断支架，推走采掘设备。 （3）煤与瓦斯倾出 造成倾出的基本能源为重力位能 ①倾出煤堆积在原来位置的下方，煤堆积角度为自然安息角。 ②倾出煤呈大小不等的碎块。 ③倾出形成舌形、梨形和袋形孔洞；孔洞沿煤层倾向延伸，深度从几