第九章矿井瓦斯与防治.ppt

矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety 第9章 矿井瓦斯防治 9.1 概述 9.2 矿井瓦斯的生成及赋存 9.3 矿井瓦斯涌出 9.4 矿井瓦斯的喷出及预防 9.5 煤和瓦斯突出及其预防 9.6 矿井瓦斯爆炸及其预防 9.7 矿井瓦斯检测及监测 9.8 矿井瓦斯抽放 9.1.2. 甲烷的性质 无色、无味，微溶于水，标准状况下100L水可溶解5.56L甲烷； 可燃性、爆炸性、窒息性； 密度为0.716kg/m3 ，为空气密度的0.554倍； 分子直径0.41nm，扩散速度是空气的1.34倍； 高热值：55.67MJ/kg； 低热值：50.17 MJ/kg 热导率：0.0306W/m°C（在20°C时0.0328 W/m °C）； 动力粘度：（10.26+0.0305t）×10.6Pa·s（温度t＝0～100°C）； 9.2 矿井瓦斯的生成及赋存 9.2.1 煤层瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的 ，主要可以划分为两个生成阶段 第一阶段：生物化学成气时期 在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。 第二阶段：煤化变质作用时期 随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进人变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2 9.2.2 煤层瓦斯赋存 1、煤的孔隙特征 煤的孔隙分类： 微孔：直径0.01μm，构成煤中的吸附容积 小孔：直径＝0.01μm～0.1μm，构成毛细管凝结和瓦斯扩 散空间 中孔：直径＝0.1μm～1.0μm，构成缓慢的层流渗透区间 大孔：直径＝1.0μm～100μm，构成强烈的层流渗透区间 可见孔及裂隙：直径100μm，构成层流及紊流混合渗透的 区间 渗透容积：小孔至可见孔的孔隙体积之和 煤的孔隙率：吸附容积与渗透容积之和称为总孔隙体积，总孔隙体积占煤的体积的百分比成为煤的孔隙率 2 、煤层瓦斯垂向分带： 当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层瓦斯呈现出垂直分带特征 表9-1 煤层瓦斯垂直分带及各带气体成分 瓦斯风化带： “CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三带统称瓦斯风化带。瓦斯风化带内的井、区为低瓦斯井、区。 甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的瓦斯带。甲烷带内煤层瓦斯压力、含量随埋藏深度的增加而增长，存在特殊瓦斯涌出形式：瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。 3、瓦斯在煤体内存在的状态 游离瓦斯：以自由气体形式存在； 吸附瓦斯：分为吸着状态与吸收状态； 在现今开采深度内，煤层内的瓦斯主要是以吸附状 态存在，游离状态的瓦斯只占总量的10％左右 4 、煤层瓦斯压力 概念：煤层裂隙和孔隙内由于气体分子热运动撞击所产生的作用力 意义：煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数 测量原理：打一穿透待测煤层(或直接打在煤层中)的钻孔，插入一根测压管(5mm一12mm的铜管或10mm～13mm的镀锌铁管)后再把钻孔封堵好，在测压管的外端接上压力表，待压力稳定后就可以读取瓦斯压力值 5 、 煤层瓦斯含量 1）概念：单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量(标准状态下的瓦斯体积)，包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分 2）影响因素 煤岩结构(如透气性)和物理化学特性(如吸附性能) ； 成煤后的地质运动和地质构造 ； 煤层的赋存条件 。 3） 煤的瓦斯含量确定 煤内游离瓦斯含量Xy (m3/t煤) 式中 V——煤的渗透容积，m3/t煤； P——瓦斯压力，kPa； T0——标准状况下的绝对温度(273K)； T——瓦斯的绝对温度； P0——标准状况下的压力，等于101.3kPa； ξ——瓦斯的压缩系数 煤的吸附瓦斯含量 煤的表面积是很大的，每克煤有数十至二百m2，其中微孔表面积占绝大多数，吸附瓦斯量主要取决于微孔隙表面积、瓦斯压力与温度。而煤的吸附瓦斯不服从气体定律，而服从朗缪尔吸附方程。按朗缪尔方程计算并考虑煤中水分、可燃物的百分比，温度的影响： 式中 p——瓦斯压力，MPa； a——在该温度下，极限吸附量，m3/t可燃物； b——取决于温度和煤的吸附性能常数，kPa-1。 A,W——煤中的灰分与水分，%；