1、畢 業 論 文（設 計）論文（設計）題目： 礦井瓦斯與防治 摘 要 礦井瓦斯是礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體。有時單獨指甲烷(沼氣)。它是在煤的生成和煤的變質過程中伴生的氣體。在成煤的過程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質經厭氧菌的作用分解而成。另外，在高溫、高壓的環境中，在成煤的同時，由于物理和化學作用，繼續生成瓦斯，并且產生的一系列瓦斯突出現象與瓦斯爆炸現象。 關鍵詞：有害氣體；高溫；高壓; 瓦斯突出；瓦斯爆炸目 錄1 引言42 煤礦瓦斯42.1瓦斯的定義42.2瓦斯的賦存狀態53 煤與瓦斯突出53.1 瓦斯突出的概念53.2瓦斯突出的基本特征及其規律63

2、.3 瓦斯突出的強度分類63.4瓦斯突出的預兆64 瓦斯爆炸7 4.1瓦斯爆炸的概念7 4.2瓦斯爆炸的條件86 總論9參考文獻9致 謝10 1 引言 我國煤炭資源豐富，煤炭開采歷史悠久，礦地質構造比較復雜，自然災害嚴重。煤炭工業呈多層次發展，煤炭企業按所有制分為國有重點煤礦、國有地方煤礦和鄉鎮煤礦。煤礦安全狀況發展很不平衡，國有重點煤礦安全狀況良好，國有地方煤礦較差，鄉鎮煤礦最差。21世紀以來，加大了對煤礦的監管力度，關閉了一批不具備基本生產條件的小煤礦，鄉鎮煤礦經過了停業整頓；國有地方煤礦深化了安全專項整治，加大安全投入，完善安全設施和裝備，增強了礦井防災、抗災能力；國有重點煤礦通過國家技

3、改資金扶持以及“一通三防”專項監察和重點監控，改善了煤礦安全裝備和設施。2 煤礦瓦斯2.1瓦斯的定義 瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，但有時可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳氫氣體同瓦斯同時涌出的緣故。瓦斯對空氣的相對密度是0.554，在標準狀態下瓦斯的密度為0.716kg，所以，它常積聚在巷道的上部及高頂處。瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，并能發生燃燒或爆炸。瓦斯的燃燒、爆炸性是礦井主要災害之一。2.2瓦斯的賦存狀態 瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態和吸附狀態存在的。 瓦斯在煤內的存在形態示意圖游離狀態也稱為自由狀態，這

4、種瓦斯以自由氣體狀態存在于煤體或圍巖的裂縫、孔隙之中，其量的大小主要決定于貯存空間的體積、壓力和溫度。 吸附狀態又稱結合狀態，其特點是瓦斯與煤或某些巖石結合成一體，不再以自由氣態形式存在。按其結合形式不同又可分為吸附及吸收兩種。吸附狀態是由于固體粒子與氣體分子之間分子吸引力的作用，使氣體分子在固體粒子表面上緊密附著一個薄層；吸收狀態是氣體分子已進入煤分子團的內部。3 煤與瓦斯突出3.1 瓦斯突出的概念煤與瓦斯突出：在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤巖和瓦斯由煤體或巖體內突然向采掘空間拋出的異常的動力現象。3.2基本特征及其規律 3.2.1瓦斯突出的特征 (1) 拋出的固體物具有明顯的氣體搬運

5、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。(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

6、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。 3.2.2瓦斯突出的規律 （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

7、，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。（4）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。3.3 瓦斯突出的強度分類強度是每次動力現象拋出的煤（巖）的數量（以t或m³為單位）和瓦斯量(以m³為單位)。由于在動力現象發生過程中瓦斯量的計量工作尚存在一

8、些技術問題（如自動記錄儀表，統一計算標準等），現在分類主要依據拋出的煤（巖）重量，據此可分為：小型突出：強度50t次（突出后，經過幾十分鐘瓦斯濃度可恢復正常）；中型突出：強度5099 t次（突出后，經過一個工作班以上瓦斯濃度可恢復正常）：次大型突出：強度100499 t|次（突出后，經過一天以上瓦斯濃度可逐步恢復正常）；大型突出：強度500999 t|次（突出后，經過幾天回風系統瓦斯濃度可逐步恢復正常）；特大型突出：強度1000 t|次（突出后，經過長時間排放瓦斯，回風系統瓦斯濃度才恢復正常）；3.4瓦斯突出的預兆 煤和瓦斯突出前大多數都有預兆，歸納起來分有聲預兆和無聲預兆。 1.有聲預兆 1

9、) 響煤炮。在煤層內發出像機關槍、炮擊聲。由于條件不同，聲音大小、間隔時間也不相同。 2) 突然壓力增大。支柱來勁，發出咔咔的響聲，或發出劈裂折斷的響聲，手摸煤壁能感到沖擊和震動；有煤巖層的破裂聲；有時會聽到氣體穿過含水裂縫時的“吱吱”聲等。 2. 無聲預兆 1) 壓力增大。預板來壓，片幫、掉碴、煤壁向外鼓，煤巖自行剝落。2) 煤層發生變化。層理紊亂、變軟，暗淡無光，煤層粉碎，煤質干燥。3)瓦斯及溫度變化。瓦斯涌出異常，忽大忽小，煤塵增大，氣味異常，發悶，打鉆時噴煤、噴瓦斯，煤壁發冷，氣溫下降等。 4 瓦斯爆炸4.1瓦斯爆炸的概念礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應（也叫連鎖反應）。當爆炸混合物吸收

10、一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學活性，成為反應連續進行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環不已，游離基越來越多，化學反應速度也越來越快，最后就可以發展為燃燒或爆炸式的氧化反應。所以，瓦斯爆炸就其 本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產生的激烈氧化反應的氧氣在一定溫度作用下產生的激烈氧化反應。4.2瓦斯爆炸的條件 一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。 瓦斯濃度 有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦

11、斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%16% 當瓦斯濃度低于5%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯濃度為95%時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應)；瓦斯濃度在16%以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。 引火溫度 瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為，瓦斯的引火溫度為650750。但因受瓦斯的濃度、火源的性質及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當瓦斯含量在7%一8%時，最易引燃；當混合氣體的壓力增高時，引燃溫度即降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，越易引

12、燃瓦斯。 高溫火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要條件之一。井下抽煙、電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火作業等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的礦井中作業，必須嚴格遵照煤礦安全規程的有關規定。 氧的濃度 實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當氧氣濃度減少到12%以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。這一性質對井下密閉的火區有很大影響，在密閉的火區內往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會發生爆炸。如果有新鮮空氣進入，氧氣濃度達到12%以上，就可能發生爆炸。因此，對火區應嚴加管理，在啟封火區時更應格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。 5 總論隨著煤炭開采強度的加大,瓦斯涌出量增加,其治理除了加強抽放、加強通風、防止瓦斯積聚外,要防止瓦斯爆炸,重點還應加強對著火源的控制,尤其是要研究防止電氣火花、摩擦火花產生的新技術、新設備。為保障煤礦的安全生產,必須重視員工安全意識的培養，認真貫徹“安全第一、預防為主”的方針，堅持做到“先抽后采、監測監控、以風定產”,依靠科學技術的進步,加強安全管理,提高職工安全素質,才能從根本上防止瓦斯爆炸事故的發生。同時應大力提倡和支持煤層氣開采利用，通過技術引進和科研創新盡快建立完整先進的煤層氣開采技術，將瓦斯這一頭號殺手變成寶藏。參考文獻：1王寒冰.煤礦瓦斯爆炸原因與防治.商業文化，2008.72紀登元.礦井瓦斯災害的防治.中國科