通风队新工培训教案
通风队新工培训教案二
培训时间：2011年7月11-17日
教训目的和要求、
掌握矿井巷道风流、瓦斯及其特性，瓦斯的涌出特性、瓦斯等级划分。
重点和难点
矿井巷道风流、瓦斯的特性、瓦斯的涌出特性、瓦斯等级的划分
教学内容
矿井瓦斯
一、瓦斯的概念及存在形式
1、瓦斯 矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。有时单独指甲烷。
二、CH4的性质
无色、无味、无嗅的气体，可燃烧、爆炸；
难溶入水
三、 CH4的危害及其经济价值
1、危害性
（1） 燃烧、爆炸
（2） 窒息
喷出、突出
2、重要能源
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O +Q
1m3CH4 释放37022.2kJ 相当于1~1.5Kg烟煤。是重要的化工原料。
3、煤层瓦斯赋存的垂直分带性
煤层瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。
形成原因：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，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。
四带： CO2- N2带、
N2带、
N2—CH4带、
CH4带。
现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。
煤层瓦斯含量
4、瓦斯在煤层中的存在状态
煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。
1)、游离状态
主要存在于大、中孔、裂隙空间内，其间瓦斯分子作自由热运动，显示相应的瓦斯压力。
在现今采深下，占瓦斯总量的 5 ~ 12%。
2)、吸附状态
主要存在于小孔和微孔空间内。分为表面吸附和吸收两种状态。占瓦斯总量的 ＞80%。
5、影响煤层瓦斯含量的主要因素
煤层瓦斯含量主要取决于：
瓦斯生成量；
瓦斯运移条件；
煤层贮存瓦斯的性能。
具体包括以下几点：
1）、煤的碳化程度
在碳化作用过程中，不断地产生瓦斯，碳化程度越高，生成的瓦斯量越多。相同的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。
2）、煤层的赋存状态
（1）露头
成煤的地质年代中，若有露头长时间与大气相通，瓦斯沿煤层流动，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。
（2）煤层倾角
煤层倾角愈大，煤层瓦斯含量愈低。
（3）埋藏深度
埋深增加，地应力增高，煤层的透气性变差，瓦斯向地表运移距离增加，有利于封存瓦斯。
第二节 矿井瓦斯涌出
包括：普通涌出和特殊涌出
一、瓦斯涌出的概念
1、瓦斯涌出量的含义
---- 指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。
它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。
2、瓦斯涌出量表示方法
A）绝对瓦斯涌出量
—-- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min：
Qg=Q×C/100
式中 Qg－ 绝对瓦斯涌出量， m3/min；
Q－ 风量， m3/min；
C－ 风流中的平均瓦斯浓度，％。
B）相对瓦斯涌出量
---- 矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体积 。
qg=Qg/A
式中：qg － 相对瓦斯涌出量，m3/t；
Qg － 绝对瓦斯涌出量，m3/d；
A － 日产量，t/d
说明：
（1）相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。
（2）相对涌出量的单位： m3/t，过去采用： m3/(t.d)是不正确的。
3、瓦斯涌出形式
---- 指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。
（1）普通涌出
----长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。
特点：时间上：连续不断
空间上：普遍存在
涌出强度：缓慢、均匀。
（2）特殊涌出
---- 矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。
特点：时间上：突然地、间隔的
空间上：非普遍存在
涌出强度：产生动力破坏。
一、煤与瓦斯突出概念及机理
（3）煤与瓦斯突出 煤（岩）与瓦斯突出 在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。
二、回采工作面瓦斯涌出
1、瓦斯涌出来源
① 本开采煤层：煤壁、采空区、采落煤炭；
② 厚煤层未采分层；
③ 采动影响邻近层；
④ 围岩。
2、时空不均匀性
A）落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。
水采：2~4倍；炮采：1.4~2.0倍；机采：1.3 ~ 1.6倍；风镐：1.1 ~ 1.3倍。
B）从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定（初次来压后），随老顶周期来压，瓦斯涌出呈周期性变化。
C）对上行通风，从工作面下口至上口，瓦斯浓度逐渐增大，上隅角达到最大。
3、影响瓦斯涌出量的主要因素
决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。
（一） 自然因素
1）、煤层和围岩的瓦斯含量
它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。
Exp：焦作中马村矿,
淮南谢二矿C13煤，
2）、地面大气压变化。
对回采工作面采空区和老空区、塌陷区、冒顶区瓦斯涌出有明显影响。
美国：1910~1960，1/2的爆炸发生在气压急剧变化时期。
二）开采技术因素
1)、开采规模 开采规模指开采深度，开拓与开采范围和矿井产量。
A、在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。
B、开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。
C、矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，达产前、达产后及产量收缩期。
2)、开采顺序与回采方法 首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大；采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。
3)、生产工艺 瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤炭涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。所以落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序。
三、瓦斯积聚层
瓦斯积聚：瓦斯浓度超过2%，其体积超过0.5m3的现象。
瓦斯积聚层：瓦斯在其自身浮力作用下上升，积聚于巷道顶板形成稳定的瓦斯层。
原因：1）巷道周壁不断涌出瓦斯（点或面涌出）；
2）巷道风流含有瓦斯；
3）巷道风速低，不能造成瓦斯与空气紊流混合。
层厚：几cm ~ 几十cm , 层长：几m ~ 几十m 层内瓦斯浓度由下至上逐渐升高。
四、矿井瓦斯等级划分
原则：按矿井瓦斯涌出量的大小和瓦斯涌出形式。
意义：便于进行分级管理，使矿井瓦斯管理趋于科学化。
煤矿安全规程关于瓦斯的规定：
第一百三十三条 一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。
矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：
（一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。
（二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。
（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
第一百三十四条 低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区应按高瓦斯矿井管理。
第一百三十五条 矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理。
第一百三十六条 采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。
第一百三十八条 采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0％时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0％时，严禁爆破。
采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。
采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。
对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下时，方可通电开动。
第一百三十九条 采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。
第一百四十条 矿井必须从采掘生产管理上采取措施，防止瓦斯积聚；当发生瓦斯积聚时，必须及时处理。
矿井必须有因停电和检修主要通风机停止运转或通风系统遭到破坏以后恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施。恢复正常通风后，所有受到停风影响的地点，都必须经过通风、瓦斯检查人员检查，证实无危险后，方可恢复工作。所有安装电动机及其开关的地点附近20m的巷道内，都必须检查瓦斯，只有瓦斯浓度符合本规程规定时，方可开启。
临时停工的地点，不得停风；否则必须切断电源，设置栅栏，揭示警标，禁止人员进入，并向矿调度室报告。停工区内瓦斯或二氧化碳浓度达到3.0%或其他有害气体浓度超过本规程第一百条的规定不能立即处理时，必须在24h内封闭完毕。
恢复已封闭的停工区或采掘工作接近这些地点时，必须事先排除其中积聚的瓦斯。排除瓦斯工作必须制定安全技术措施。
严禁在停风或瓦斯超限的区域内作业。
第一百四十一条 局部通风机因故停止运转，在恢复通风前，必须首先检查瓦斯，只有停风区中最高瓦斯浓度不超过1.0%和最高二氧化碳浓度不超过1.5%，且符合本规程第一百二十九条开启局部通风机的条件时，方可人工开启局部通风机，恢复正常通风。
停风区中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%，最高瓦斯浓度和二氧化碳浓度不超过3.0%时，必须采取安全措施，控制风流排放瓦斯。
停风区中瓦斯浓度或二氧化碳浓度超过3.0%时，必须制订安全排瓦斯措施，报矿技术负责人批准。
在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过1.5%，且采区回风系统内必须停电撤人，其他地点的停电撤人范围应在措施中明确规定。只有恢复通风的巷道风流中瓦斯浓度不超过1.0%和二氧化碳浓度不超过1.5%时，方可人工恢复局部通风机供风巷道内电气设备的供电和采区回风系统内的供电。
第一百四十九条 矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度，并遵守下列规定：
（一）矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时，必须携带便携式甲烷检测仪。瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪。安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪。
（二）所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应纳入检查范围。
（三）采掘工作面的瓦斯浓度检查次数如下：
1．低瓦斯矿井中每班至少2次；
2．高瓦斯矿井中每班至少3次；
3．有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并安设甲烷断电仪。
（四）采掘工作面二氧化碳浓度应每班至少检查2次；有煤（岩）与二氧化碳突出危险的采掘工作面，二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查二氧化碳浓度。本班未进行工作的采掘工作面，瓦斯和二氧化碳应每班至少检查1次；可能涌出或积聚瓦斯或二氧化碳的硐室和巷道的瓦斯或二氧化碳应每班至少检查1次。
（五）瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。瓦斯浓度超过本规程有关条文的规定时，瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作，并撤到安全地点。
（六）在有自然发火危险的矿井，必须定期检查一氧化碳浓度、气体温度等的变化情况。
（七）井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查1次，挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查1次。
（八）通风值班人员必须审阅瓦斯班报，掌握瓦斯变化情况，发现问题，及时处理，并向矿调度室汇报。
通风瓦斯日报必须送矿长、矿技术负责人审阅，一矿多井的矿必须同时送井长、井技术负责人审阅。对重大的通风、瓦斯问题，应制定措施，进行处理。
第一百五十条 高瓦斯矿井煤巷掘进工作面应安设隔（抑）爆设
第三节 矿井瓦斯爆炸及其预防
一、概述
危害:
一种极其严重的灾害，一旦发生，不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产。
可能引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌和顶板冒落等二次灾害，使生产难以在短期内恢复。
世界上最大一次瓦斯爆炸：
1942年，辽宁本溪，死亡：1549人，伤:146人。
新中国发生的最大一次瓦斯爆炸：
大同，白洞矿
瓦斯爆炸的条件
瓦斯爆炸时，必须同时具备以下3 个条件：1．瓦斯浓度在5％～16％(9.5%时爆炸力最强)；2．引火温度为650～750C(电火花、放炮、摩擦火花、吸烟等明火都可以达到这个温度)。3．有足够的含氧量。空气中的含氧量在12％以上。防止瓦斯爆炸的措施有：
瓦斯爆炸的传播及其后果
爆炸分类
爆炸：物质从一种状态迅速变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量的同时，产生巨大声响的现象。
1、根据反应后的产物分为：
（1）物理爆炸
物理变化引起，物质因状态or压力发生突然变化而形成。
特点：爆炸前后物理性质、化学成份均不改变。
如：锅炉爆炸、气体超压爆炸。
（2）化学爆炸
物质发生迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。
特点：爆炸前后物理性质、化学成份均发生改变。
如：瓦斯爆炸、放炮、液化气爆炸。
2、根据爆炸传播速度分为：
（1）爆燃 v = 数十cm ~ 几m/s
（2）爆炸 v = 几m ~ 几百m/s
（3）爆轰 v = 声速 ~ 数千m/s
3、瓦斯爆炸的危害
1、火焰锋面
----瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和燃烧带的总称。
特点：
（1）传播速度 几m/s ~ 2500m/s；
（2）温度大于1000℃；
（3）传播距离 几十m ~ 几百m 。
危害：
（1）造成人员大面积皮肤深度烧伤，呼吸器官粘膜烫伤；
（2）破坏电气设备；
（3）引燃井巷可燃物。
2、冲击波
正向冲击波：波峰压力 几十kP ~ 2 Mpa。
反向冲击波：压力波叠加，压力高达10MPa，
冲击波传播速度 ≮ 音速。
传播距离 几千m ，甚至波及地面 。
危害：
（1）造成人体创伤；
（2）移动、翻倒和破坏电气设备、机械设备；
（3）破坏支架、引起冒落，堵塞巷道；
（4）破坏通风设施和通风系统，不仅扩大灾情，而且会使抢险救灾、救人困难化复杂化。
3、井巷大气成分变化
特点：
（1）O2 ；
（2）产生大量有毒、有害气体（CO2、CO、H2O）；
（3）形成爆炸性气体（ CO ）；
（4）影响范围极远，与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况等有关。
危害：
（1）引起人员中毒和死亡；
（2）造成人员窒息死亡；
（3）造成后果严重。
四、煤矿爆炸性气体的安全技术参数
1、爆炸界限及其主要影响因素
爆炸界限---- 在正常的大气环境中，可燃气体与空气或氧气混合，遇火源可以爆炸的极限浓度。
最低浓度----爆炸下限；
最高浓度----爆炸上限。
如：CH4在空气中的爆炸下限为5～6％，上限为14～16％。
＜ 5% 时，发生燃烧。
＞15% 时，新鲜空气界面处燃烧。
CCH4= 9.5%时，爆炸最剧烈。
CCH4= 7 ~8 %时，爆炸最容易。
爆炸界限受多种因素影响:
1、环境温度
随着温度升高甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限扩大。
2、气压
爆炸初始时环境的气压对烷空气体的爆炸界限有很大的影响，气压增大时甲烷的爆炸下限变化很小，上限上升。
3、煤尘的影响
降低CH4的爆炸下限。
因为煤尘本身有爆炸性，且煤尘遇热会干馏出可燃气体，使爆炸下限降低。
4、其它可燃气体
当甲烷和空气的混合气体中有可燃气体参加时，爆炸下限降低。
5、引火源点火能量的影响
引火源向邻近的甲烷和空气的混合气体传输的能量愈大，爆炸范围愈大。
6、惰性气体的影响
惰性气体参加时，甲烷爆炸下限提高，上限降低，即爆炸范围缩小。
煤矿瓦斯爆炸原因分析
1、瓦斯爆炸条件
1）、CH4浓度处于爆炸范围内（正常条件 5 ~ 15 %）;
2）、氧浓度超过失爆氧浓度（在CO2惰化下，＞12%，在N2惰化下， ＞9 %）；
3）、引火源的能量大于最小点火能量（0.28mJ）、温度高于最低点火温度（595℃）且高温热源存在时间大于瓦斯引火感应期。
注：一般矿井中，O2＞12%，只要瓦斯积存和火源两因素同时具备，即会发生瓦斯爆炸。
2、瓦斯积存
---- 体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%的现象。
原因：瓦斯不断大量涌出；而冲淡的风量、风速不足；停止工作时间长。
瓦斯积存地点：任何地点。大多发生在采掘工作面。
采煤工作面：工作面上隅角、采煤机附近、括板运输机机头、放煤口等。
掘进工作面：掘进机机头 、微风区。
其它：排放瓦斯下风侧巷道、闭封附近、高冒区、瓦斯喷出孔附近等。
3、引火火源
1）、主要参数：点火能量、温度、作用时间。
2）、火源分类：
（1）化学火源：明火、煤炭自燃、炮火、导火索等。
（2）冲击火源：冲击、摩擦、绝热压缩高温；
（3）电气火源：电火花、电弧、静电；
（4）高温火源：高温表面（机械设备、皮带摩擦）、热辐射。
3）、煤矿常见火灾：
（1）明火
原因：高温、明火本身燃烧反应生成链载体。
种类：火柴明火（1200℃）、香烟（吸烟时达650℃~800℃ ）、火灾。
(2）炮火
原因：不合格炸药、放糊炮、炮孔封孔不严。
（3）冲击、摩擦火源
原因：金属器具冲击、坚硬顶板冒落；皮带摩擦出火、截齿切割。
包括：岩石与岩石，岩石与金属，金属与金属之间的强力撞击或摩擦。
（4）电火花
包括：电器失爆、电焊作业、架线电机车运行、放炮母线短路、不合格矿灯等
（5）静电火花
高电阻物体或处于绝缘状态的物体，紧密接触后分离或摩擦时，产生静电。
(6）热辐射
大功率白炽灯取暖烤焦木板着火。
4)、引爆火源统计
我国，1970~1979
电器火花：＞ 50 %
放炮 ：≈ 30 %
4、人为因素
（1）违反技术下政策；
（2）瓦斯检查制度执行不严；
（3）局部通风管理不好；
（4）违章放炮；
（5）井下电气设备失爆。
预防瓦斯爆炸的技术措施
技术措施包括：
1、防止瓦斯积存与超限
（超过《煤矿安全规程》规定值 ）
瓦斯积存：局部（体积超过0.5m3）瓦斯浓度超过2%的现象。
要求：
每一个矿井必须从采掘工作、生产管理上采取措施，防止瓦斯积存；
发生瓦斯积存时，必须及时处理。
具体措施主要有：
（1）通风异常的原因、类别和对策
a）停电
是停风的根本原因。包括：主要通风机停电、局扇停电。
b）通风系统或通风设施破坏或异常。
如：风门未关好、风道堵塞、风筒脱节或破坏等。
c）反风
（2）瓦斯涌出异常的类别与对策
a）煤与瓦斯突出
b）瓦斯喷出
c）冲击地压和顶板大面积陷落
d）大气压急剧下降
e）采掘作业
2、严格瓦斯检查制度
要求 ：严格执行《煤矿安全规程》中关于瓦斯检查制度及时发现瓦斯超限、瓦斯积存和防止瓦斯事故的措施。
3、防止瓦斯引燃的措施
原则：严禁和杜绝一切非生产火源；严格管理和限制生产中可能发生的、热源。
具体有：
4、防止瓦斯爆炸事故扩大的措施
原则：一旦发生瓦斯爆炸，为防止灾情扩大，应使灾区局限在尽可能小的区域和防止二次灾害。
七、课后习题
瓦斯的概念是什么？
瓦斯涌出的概念是什么？
瓦斯涌出的两种表示方式是什么？
瓦斯积聚的概念是什么？
如何矿井瓦斯等级，分哪些？
《煤矿安全规程》关于采掘工作面的瓦斯有规定？
瓦斯爆炸需具备哪些条件？
瓦斯爆炸产生的危害有哪些？
影响瓦斯爆炸界限的因数有哪些？
如何防止瓦斯爆炸？
