煤矿瓦斯爆炸事故及其防治对策041021(黑白稿).ppt

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1、煤矿爆炸事故及其防治对策,煤炭科学研究总院,目 录,煤矿安全生产形势国家局治理瓦斯的方针煤矿爆炸事故的类型防止爆炸事故的措施,煤炭科学研究总院,一、煤矿安全生产形势,国有重点煤矿安全生产状况总体稳定，并趋于好转安全生产形势依然严峻百万吨死亡率仍居高不下，职业危害严重煤矿事故造成的经济损失巨大。,煤炭科学研究总院,1.事故基本情况,2003年全国煤矿共发生伤亡事故4143起，死亡6434人，同比下降7.9%和 8%.重大事故中，国有重点煤矿占13.9%，国有地方煤矿占13.5%，乡镇煤矿占72.6%特别重大事故中，国有重点煤矿占29.1%，国有地方矿占14.4%，乡镇煤矿占56.5%2004年上

2、半年，全国煤矿各类事故1736起，死亡2644人，分别减少9.4%和12.4%.,煤炭科学研究总院,2.瓦斯事故仍然严重,2002年全国煤矿共发生瓦斯事故743起，死亡2407人，分别占事故总数的17.1%和死亡人数的34.4%瓦斯煤尘爆炸事故28起，死亡304人煤与瓦斯突出事故16起，死亡130人2003年，瓦斯事故584起，死亡2061人，同期分别下降8.9和10.3,煤炭科学研究总院,3.瓦斯对大气的危害,瓦斯主要成分是甲烷，是一种温室气体，它的温室效应是CO2的21倍，对大气环境造成极大的危害.煤矿的大气排放的瓦斯量大约每年为90100亿m3,煤炭科学研究总院,二、国家局治理瓦斯的方针

3、,先抽后采以风定产监测监控,煤炭科学研究总院,1.国家提出到2007年煤矿安全生产控制目标,事故死亡人数由现在的7000人，下降至5000人，降幅30%；百万吨死亡率由现在的4降到3以下，降幅25%；特大事故由目前60起左右降至40起左右，降幅30%；80%的大中型矿井，50%的小矿井要实现安全质量标准化。,煤炭科学研究总院,我国煤矿死亡人数多的事故是瓦斯和顶板事故一次死亡人数多、损失严重、对生产和社会影响恶劣的是瓦斯事故我国煤矿发生特别重大事故主要是瓦斯事故实现控制目标的重点是：瓦斯爆炸、煤尘爆炸事故。,煤炭科学研究总院,三、煤矿爆炸事故的类型,瓦斯爆炸煤尘爆炸瓦斯煤尘爆炸,煤炭科学研究总院

4、,1.瓦斯爆炸,矿井瓦斯主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体.煤矿常见的可燃性气体：甲烷（4）、一氧化碳（）、氢（2）等瓦斯爆炸是可燃气体（甲烷）与空气混合后，在一定条件下遇高温热源发生的剧烈的连锁反应,煤炭科学研究总院,1.1瓦斯爆炸的反应过程,瓦斯爆炸是一个复杂的化学反应过程，是一个连锁反应。爆炸性混合气体吸收一定能量后，反应分子链断裂，离解成两个或两个以上游离基（自由基）。在适合条件下，每一个游离基又进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。如此分离下去，游离基愈来愈多，与氧发生的化学反应也愈激烈，最后发展为燃烧或爆炸。,煤炭科学研究总院,CH4 CH3和HCH3+O2 HCHO+OH

5、H+O2 OH+OOH+CH4 CH2+H2OO+CH4 OH+CH3HCHO+O2 CO+O+H2OCO+O2 CO2+O,煤炭科学研究总院,一般只用最终结果来表达瓦斯爆炸的化学反应，即：CH4+O2 CO2+H2O+833.28mol,煤炭科学研究总院,1.2瓦斯爆炸的条件及其影响因素,有一定浓度的瓦斯有一定温度的引燃火源有足够的氧气,煤炭科学研究总院,（1）瓦斯浓度,爆炸下限能使火焰峰面传播到爆炸性混合气体占据的全部容积的最低瓦斯浓度，5%爆炸上限能使火焰峰面传播到爆炸性混合气体占据的全部容积的最高瓦斯浓度，15%最佳爆炸浓度最容易激发着火（爆炸），并且爆炸中能释放出最大能量的瓦斯浓度，

6、8.510,煤炭科学研究总院,（2）影响瓦斯爆炸界限的因素,与火源有关，强火源条件下，爆炸范围扩大，2%75%混合物的初压，初压增大时，爆炸范围扩大（上限有大的变化）,煤炭科学研究总院,混合物的初始温度，初始温度增高时，爆炸范围扩大（上限有大的变化）,煤炭科学研究总院,同系物（乙烷、丙烷等）混入，爆炸下限下降。煤尘混入可使瓦斯爆炸下限下降。,煤炭科学研究总院,（2）着火源,弱火源不能形成冲击波，也不能使沉积煤尘转变为浮游状态。强火源会产生冲击波，并把沉积煤尘转达变为浮游状态。危险火花的温度至少应超过混合物着火温度的一倍。点火源的作用时间超过诱导期的情况下，这种点火源才可能是危险。,煤炭科学研究

7、总院,诱导期（感应期火源作用开始到产生运动的火焰前沿）所需的时间。冲击波的作用持续时间最短10-710-3s。炸药爆炸后产物，电火花作用时间10-610-2s。电弧及瓦斯煤尘爆炸的火焰前沿的作用时间10-41s。明火和灼热体作用时间最长。,煤炭科学研究总院,不同浓度瓦斯的诱导期,对于煤尘云，诱导期取决于煤尘的挥发分含量。挥发分10%、30%的煤尘，诱导期相应为0.24s，0.05s。,煤炭科学研究总院,井下着火源温度,冲击波的速度大于12501350m/s，其前沿后面的温度大于500。瓦斯和煤尘爆炸火焰前沿的温度20002500。炸药爆炸产物的温度4500。电弧、电火花的平均温度4000，（放

8、电主通道的温度10000）火柴的明火温度1200。点燃香烟温度600800。,煤炭科学研究总院,（3）氧浓度,2小于124混合气体失去爆炸性。瓦斯爆炸范围随混合气体氧浓度的降低现时缩小，爆炸下限缓缓增高，爆炸上限则迅速下降。,煤炭科学研究总院,1.3 瓦斯爆炸的危害,火焰前沿冲击波矿井空气的变化,煤炭科学研究总院,（1）火焰前沿,它是沿巷道运动的化学反应带和燃烧的气体。火焰前沿的传播速度为12.5m/s（正常燃烧）至2500m/s（爆轰速度），一般为500700m/s。火焰前沿象“活塞”那样沿巷道运动，带进越来越多的空气和可燃成分“活塞”长度为0几十米。火焰前沿通过时，人员被烧伤，不但皮肤就连

9、呼吸器官和消化器官的粘膜也会被烧伤。电气设备遭到毁坏，尤其是电缆，这时能形成危险的第二次火源。还会引起火灾。,煤炭科学研究总院,（2）冲击波,冲击波是传播压力的突变是使介质状态参数突跃，并以超声速传播的压力波。正向冲击波传播时，其波速的压力10Pa2a，正向冲击波叠加或反射时，可形成高达10a的压力。冲击波的传播速度高于音速（340m/s），随着爆炸波的衰减，冲击波转变为声波。,煤炭科学研究总院,正向、反向和斜向冲击波通过时引起的危害,人体受创伤，多数情况下，这些创伤具有综合（创伤、烧伤等）多样的特点。冲击波前沿剩余压力对人的作用特点0.0030.01MPa 无创伤0.0110.02MPa头昏

10、、轻伤0.04MPa 中度创伤：震伤、失去知觉、骨折0.06MPa 重伤：内脏受伤，严重脑震荡、骨折0.3 MPa 有较大死亡可能性（75%）0.4 MPa 死亡率为100%,煤炭科学研究总院,移动和破坏设备，可能发生二次着火破坏支架、顶板冒落、垮塌的岩石堆积物导致通风系统破坏，堵塞巷道使救灾复杂化。,煤炭科学研究总院,冲击波前沿剩余压力对物体或巷道的作用特点,0.0110.02MPa:支架部分破坏，密闭被破坏（密闭不稳定时）。.0210.06 木支架相当程度被破坏，金属支架移动，混凝土整体支护发生片状脱落。0.0610.3木支架完全破坏，金属支架部分破坏，发碹巷道出现裂隙，片况脱落，铁轨变形

11、，枕木脱开，小于1吨的设备整体破坏、变形、位移，大于1吨设备翻倒、位移、部分变形。,煤炭科学研究总院,0.310.65金属支架巷道全长全面破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架部分破坏，混凝土整体遭破坏，设备和设施完全破坏。0.661.17混凝土支架完全破坏，形成密实堆积物，整体钢筋混凝土支架相当大破坏，可能形成冒落拱。,煤炭科学研究总院,（3）矿井空气成分改变,氧化反应氧被消耗，氧浓度降低分解出对人体有毒和有害气体形成爆炸性气体,煤炭科学研究总院,（4）瓦斯爆炸最终气体产物,煤炭科学研究总院,2.煤尘爆炸,煤尘是煤炭因机械性撞击，破碎而产生的固体微粒煤矿生产过程中产生的粉尘总体小于100m

12、，其中95%小于80m。综采工作面00.5mm的煤尘占9.03%（山东某矿）综放工作面00.5mm的煤尘占7.23%,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,2.1 煤尘爆炸及反应过程,煤尘爆炸也是一种激烈的氧化反应。煤尘粒子在高温热源的作用下发生蒸馏和热分解反应，生成可燃性气体。生成的各种气体都按瓦斯的连锁反应相似的方式进行氧化反应。形成扩散燃烧或爆炸。,煤炭科学研究总院,煤尘粒子的气相燃烧模型,反应生成物O2、H2O,O2,燃烧带（火焰）,可燃气体,煤尘粒子,热,热,煤炭科学研究总院,煤尘爆炸反应与燃烧反应是相同的反应形式。煤尘爆炸反应时煤尘粒没有完全燃烧尽，残留的碳未燃烧煤尘燃烧反应时，生成

13、的可燃性气体外碳也被烧尽。煤尘爆炸最终产物数量大、种类多。,煤炭科学研究总院,（）煤尘爆炸的粒度,小于0.751.0mm的煤尘都能参与爆炸小于60m的煤尘爆炸性强过小粒径（如小于20m）爆炸下限有增高趋势,煤炭科学研究总院,（2）煤尘有无爆炸性的判断,可燃性挥发分V亦称爆炸性指数，是判断煤尘有无爆炸性和爆炸性强弱的依据之一 V=Vad/（100-Mad-Aad）100%Vad空气干噪煤样的挥发分产率，%Mad 空气干噪煤样的水分产率，%Aad 空气干噪煤样的灰分产率，%,煤炭科学研究总院,V10%，有爆炸性 V=1015%，弱爆炸性 岩粉用量2040%。V=1528%，强爆炸性 火焰短（208

14、0mm），岩粉用量5080%焦煤。V28%，强爆炸性 火焰长（100400mm），岩粉用量5080%气煤。用大管状煤尘爆炸性鉴定仪作最终判定。,煤炭科学研究总院,日本：Vad11%粒径 0.64mm德国：Vad 14%英国：Vad 15%粒径 0.59mm美国：Vad 10%粒径 0.64mm前苏联：Vad 10%粒径 0.751mm,煤炭科学研究总院,（3）煤尘挥发分与不爆率的关系,不爆临界值：Vad=6.21%,煤炭科学研究总院,（4）煤尘爆炸的浓度范围,爆炸下限浓度：火焰前沿在爆炸混合物整个空间传播时，煤尘云的最低浓度（gm3）爆炸上限浓度：火焰前沿在爆炸混合物整个空间传播时，煤尘云的最

15、高浓度（gm3）爆炸最隹浓度：着火能量最低，爆炸压力最大的煤尘云浓度5001000 gm3。,煤炭科学研究总院,各国发表的煤尘爆炸下限浓度,煤炭科学研究总院,各国煤尘爆炸上限浓度,煤炭科学研究总院,我国大同煤尘爆炸上限浓度,煤炭科学研究总院,（5）氧气浓度,直接影响反应的生热速度，反应能否进行。氧气浓度增加，煤尘云容易着火、爆炸，反之变得困难。C、H、（O）为主要构成元素的有机粉尘，不发生爆炸的氧气界限浓度为1316%。,煤炭科学研究总院,氧气浓度对爆炸上下限的影响,煤炭科学研究总院,2.3煤尘爆炸的影响因素,爆炸特性爆炸特性表徵爆炸各种性质的参数，也是表示不同粉尘相对危险程度的参数。一般是从

16、安全工学立场出发，以防止爆炸为目的，直接与防爆措施相关联的角度来研究这些特性。是指对爆炸特性的影响的主要因素。表徵爆炸特性的参数：爆炸的容易度、爆炸的烈度。,煤炭科学研究总院,爆炸容易度：爆炸下限浓度、爆炸上限浓度、着火温度、最小着火能量。爆炸烈度：爆炸压力、爆炸压力上升速度。,煤炭科学研究总院,（）影响爆炸特性的因素,煤尘的性质：种类、粒度、形状、不燃物含量。煤尘云状况：煤尘云浓度、氧浓度、不燃物含量、可燃性气体、初压、温度、煤尘云均匀性、煤尘的流动状况其它：着火源位置、着火源的强弱、容器或空间形状，容器或空间的密闭度。,煤炭科学研究总院,随粒径的减小煤尘爆炸下限浓度降低。粒径减小到某种程度

17、后下限浓度的变化变小。粒径变大，煤尘爆炸下限浓度增大，粒径增大到某一值后，爆炸不会发生。随着粒径减小，煤尘爆炸压力增高，爆炸范围扩大。,煤炭科学研究总院,煤尘粒度对爆炸压力的影响,煤炭科学研究总院,粒径对爆炸下限的影响,煤炭科学研究总院,水分的影响,水被蒸发要吸收大量的热量，煤尘所含水分有减弱和阻碍煤尘云着火的性质。水分56%后，煤尘云着火能量增高，着火困难。爆炸已经发生，煤尘所含水所起的作用微不足道，水分达到25%的煤尘仍能参与爆炸。,煤炭科学研究总院,水分对着火能量的影响,煤炭科学研究总院,灰分的影响,灰分是煤尘中的不燃物质，它能吸收煤尘燃烧时放出的热量，起到冷却和阻止热量传播的作用。随着

18、灰分含量的地加，煤尘云着火能量增高。灰分含量超过45%后，着火极其困难。,煤炭科学研究总院,灰分的影响,煤炭科学研究总院,沼气的影响,沼气（瓦斯）与煤尘共存时，煤尘爆炸下限浓度下降，爆炸上限浓度提高.爆炸范围往高浓度侧移动，最大达3500g/m3.瓦斯浓度大于6时，不同煤种的煤尘的爆炸上限浓度之差不大小于6时，它们之间差别较大,煤炭科学研究总院,沼气的影响,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,（）煤尘爆炸的危害,煤尘爆炸具有连续传播爆炸的特点，一次比一次剧烈，呈跳跃式发展可能导致全矿井被毁法国古利耶尔矿发生煤尘爆炸死亡1099人（当时井下1664人），蔓延100km，一年后恢复生产17起死亡1

19、00人以上的特别重大事故中瓦斯煤尘瓦斯煤尘爆炸事故14起，占82.3大同老白洞矿发生的煤尘爆炸事故死亡684人，全井被毁爆炸生成的气体中有毒有害气体生成量最多，除2气体外，还存在各种碳氢化合物气体,煤炭科学研究总院,煤尘爆炸、瓦斯煤尘爆炸成气体,煤炭科学研究总院,各国对CO的允许浓度的规定,中国（煤矿安全规程）24ppm（0.03mg/L）工业厂房 24ppm前苏联 18ppm（0.02mg/L）英国 50ppm日本 50ppm德国 50ppm美国 50ppm,煤炭科学研究总院,CO对人的危害,人体内的血红蛋白（Hb）通过肺与CO结合生成碳氧血红蛋白（CO Hb），妨碍了Hb向体内运送氧的功能

20、，因而使人的体内缺氧。CO与Hb的结合力比O2与Hb的结合力强210300倍。CO Hb的浓度达到5060%时，人就会产生痉挛、昏睡、假死。,煤炭科学研究总院,人对CO的耐受程度,煤炭科学研究总院,CO2的允许浓度,中国 采掘工作面 5000ppm英国 5000ppm美国 5000ppm日本 1%德国 5000ppm,煤炭科学研究总院,CO2造成的危害,当CO2浓度达2.5%（45mg/L）时，在1h内不呈现任何中毒症状；当达到3%时才加深呼吸；达到4%（72mg/L）时，才略呈局部刺激，有头痛感、耳鸣、心悸、血压升高、眩晕等；达到6%时，症状更加明显；达到8%时，呼吸变得十分困难；达到810

21、%时，立即发生意志昏沉、痉挛、虚脱，进而停止呼吸，以致死亡；达到20%时，数秒内立即引起中枢神经障碍，生命陷于危险状态。,煤炭科学研究总院,正向、反向和斜向冲击波通过时引起的危害,人体受创伤，多数情况下，这些创伤具有综合（创伤、烧伤等）多样的特点。冲击波前沿剩余压力对人的作用特点0.0030.01MPa 无创伤0.0110.02MPa头昏、轻伤0.04MPa 中度创伤：震伤、失去知觉、骨折0.06MPa 重伤：内脏受伤，严重脑震荡、骨折0.3 MPa 有较大死亡可能性（75%）0.4 MPa 死亡率为100%,煤炭科学研究总院,四、防止爆炸事故的措施,煤炭科学研究总院,防止瓦斯超限和积聚,国外

22、统计：掘进巷道的瓦斯超限有35发生在停电时，与停电无关的停止局部通风机运转占13，风筒破坏占9，瓦斯局部积聚占22，其它占21原苏联的统计：掘进巷道的瓦斯超限次数超过回采工作面518倍，瓦斯燃烧和瓦斯爆炸8090发生在掘进巷道因此，保持掘进巷道有效通风对防止瓦斯超限极其重要,煤炭科学研究总院,巷道防护重点,防止巷道顶板附近瓦斯层状积聚和靠支架附近空洞中瓦斯积聚防止回风巷矸石带附近和报废的独头巷道瓦斯积聚防止打钻时的瓦斯积聚。防止掘进机附近瓦斯积聚。,煤炭科学研究总院,回采工作面的防护重点,回采工作面的瓦斯1060来自煤壁和落煤时涌出；采空区中来自邻近层、丢煤和岩层的瓦斯约占3090；进风巷或运

23、输巷中来自运输机中的煤和煤壁的瓦斯约占540加强通风是防止回采工作面瓦斯超限、积聚最基本最有效的措施瓦斯矿井要建立安全可靠的独立通风系统，实行分区通风，回采和掘工作面都应采用独立通风方式防止上隅角瓦斯及工作面与回风巷交界处瓦斯积聚防止采煤机附近瓦斯积聚防止采空区岩石冒落引起瓦斯燃烧或爆炸,煤炭科学研究总院,2.瓦斯抽放,治理瓦斯灾害的治本措施，也是防止瓦斯爆炸的治本之策。本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放、综合抽放。,煤炭科学研究总院,（）交叉式布孔抽放技术,是提高本煤层瓦斯抽放效果而研究成功的预抽瓦斯方法。从运输巷沿煤层打平行钻孔和交叉钻孔进行抽放。交叉钻孔因卸压带叠加影响，相当于加大了钻孔

24、直径，提高了抽放效果。,煤炭科学研究总院,交叉布孔钻孔布置图,煤炭科学研究总院,初始瓦斯抽放量交叉孔为平行孔的253倍；140d后，瓦斯抽放量交叉孔为平行孔的1.85倍；交叉孔提高抽放量46102%；钻孔交叉点钻孔之间高程差为58D。,煤炭科学研究总院,（2）深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术,利用控制爆破炸药能量、瓦斯压力及控制孔的导向和补偿作用，使煤体产生新的裂隙，并扩展原生裂隙，形成连通的裂隙网，提高煤层透气性，扩大瓦斯补充源，强化了抽放效果。,煤炭科学研究总院,研究成功专用的煤矿三级许用固体粉状乳化炸药。爆速24422683m/s，爆力210240ml压风装药器，与双抗塑料管配合实现连续

25、耦合装药。十五攻关中又研究成功被筒式专用炸药。,煤炭科学研究总院,在回采工作面运输巷和回风巷布置平行于工作面，相隔一定间距，孔深50米左右的爆破孔，二者交替布置。控制孔内不装药，爆破孔装药段长30米左右。爆破孔直径75100mm，控制孔直径90150mm。孔间距58m，封孔深度1012m。,煤炭科学研究总院,效果,煤层透气性系数提高3.45倍。预裂爆破抽放率是普通钻孔抽放率的1.682.22倍，一个月抽放率可达15.97%，三个月可达26.6%。工作面瓦斯涌出量平均下降了61.25%，突出危险指标平均下降47.9%。6个月的抽放期内，瓦斯抽放总量可提高1.5倍。,煤炭科学研究总院,（）高瓦斯松

26、软低透气性突出煤层顺层钻孔抽放技术,研制成功250钻机，可施工孔深150250m，孔径65115mm的钻孔。多级组合钻具和排渣工艺。高压水射流扩孔技术。倾斜顺层长钻孔、走向顺层长钻孔和煤巷掘头前方条带顺层长钻孔三种布孔方式及成孔工艺。,煤炭科学研究总院,250钻机,ZSM-250型顺层强力钻机,钻孔深度：150 250m 钻杆直径：63mm开孔：95115mm 终孔：90mm钻孔倾角：050 转速：100.60r/min输出力矩：1.5、2.4 kN.m 给进力：78kN,煤炭科学研究总院,效果,孔深全部超100m，最深达239.6m。顺层钻孔平均瓦斯预抽率达到32%，提高了7%。扩孔技术用于

27、揭石门，提高排放效果，（一个孔排出一吨煤）淮南的试验结果，抽放量达到扩孔前的2倍。,煤炭科学研究总院,（）顶板岩石巷道（高抽巷）邻近层瓦斯抽放,在开采层顶部裂隙带内布置专用巷道抽放邻近层卸压瓦斯。分走向抽放巷和倾斜抽放巷。高抽巷的适宜位置应选择在裂隙带中下部（即底板以上711倍采高），邻层近较密集的层位应超过破坏冒落高度11.5倍采高，以至高抽巷不被破坏。走向高抽巷距回风巷水平投影距离应保证高抽巷处于充分卸压裂隙带范围内，不能超过工作面长度的12。,煤炭科学研究总院,效果,抽放量大（平均为17.036m3/min），抽放率高（平均为49.05%，在有效抽放距离内抽放率达63.5%）铁法晓南矿邻

28、近层瓦斯抽放率73.1%）五矿82042工作面平均抽放量60.99%，抽放浓度65.4%，邻近层抽放率94.6%82022工作面上述参数分别为：32.25m3/min，76%和92.6%,煤炭科学研究总院,走向高抽巷布置图,煤炭科学研究总院,倾向高抽巷剖面布置图,煤炭科学研究总院,（）顶板岩石定向水平长钻孔邻近层瓦斯抽放技术,替代高抽巷的抽放瓦斯技术，节约施工费用研制成功6和7型强力钻机及测斜纠偏的钻进工艺技术。阳泉局施工成功508.2m和603.5m的岩石水平长钻孔。抚顺局施工成功700m，晋城局沿煤层定向钻进700m。铜川局沿煤层钻进深度过802m和865m的水平定向钻孔。,煤炭科学研究总

29、院,钻孔深度：800 1000m 钻杆直径：89mm开孔直径：300mm 终孔直径：50200mm钻孔倾角：010功率：90kW 最大扭矩：8000 kN.m/1000 kN.m 给进力：250kN转速：5200r/min,煤炭科学研究总院,铁法晓南矿岩石水平长钻孔钻场布置示意图,煤炭科学研究总院,钻孔迎工作面推进方向布置，钻孔覆盖工作面长度的12的23钻孔的倾角和方位角必须在邻近层裂隙发育带内两面钻场之间的钻孔重叠长度应保持20m以上,煤炭科学研究总院,效果,铁法晓南矿邻近层瓦斯抽放率73.1%；426d抽出2068km3；阳泉20d平均抽放量为20.3m3/min，瓦斯浓度最高90%，平均

30、60%左右；上邻近层瓦斯抽放率达到53%（2个孔）；吨煤瓦斯抽放成本降低65%，经济效益显著。,煤炭科学研究总院,（）高瓦斯煤层群综合抽放技术,从开采方法、开采顺序、顶板岩层移动规律、卸压瓦斯流动规律与抽放方法相结合进行综合研究。形成了不同赋存条件煤层群开采程序及首采层瓦斯抽放成套技术。提高了工作面瓦斯抽放率，消除了突出危险性。,煤炭科学研究总院,主要技术内容,首采层（保护层）开采时的瓦斯抽放技术；远距离下保护层远程卸压瓦斯抽放技术；煤层群多重开采下卸压层瓦斯抽放技术,淮南矿区煤层群柱状图,煤炭科学研究总院,首采煤层的瓦斯抽放技术原理,首采层在开采过程中，顶底板岩层冒落、移动、产生裂隙，形成环

31、形裂隙圈，开采煤层和卸压煤层内的瓦斯卸压和解吸。由于瓦斯具有升浮移动和渗流特性，来自大面积的卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到裂隙发育的环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。把抽放钻孔和巷道布置在环形裂隙圈内，可以抽放出大量瓦斯。,煤炭科学研究总院,技术原理图,煤炭科学研究总院,将顶板抽放钻孔或巷道布置在距离回风巷一定垂距和平距的位置，有利于控制采空区瓦斯积聚，提高抽放量和抽放率。潘三矿距煤层1016m，与回风巷水平距离515m，钻场间距70100米。,煤炭科学研究总院,效果,淮南潘三矿采用“环形裂隙圈内走向长钻孔法”抽放瓦斯，工作面瓦斯涌出量33m3/min，钻孔抽放量达15m3/min。李一矿采用环形裂隙圈

32、巷道抽放瓦斯最高抽放瓦斯纯量达7.8m3/min。,煤炭科学研究总院,远距离下保护层远程卸压瓦斯抽放技术,保护层开采后，其上覆岩层将形成冒落带，裂隙带和弯曲下沉带。根据巷道维护，确保抽放浓度，不误穿突出层等因素综合考虑，在距主采层（突出煤层）底板1020米的花斑粘土岩和砂岩中布置抽和巷道，在抽放巷内向主采层打网格上向穿层钻孔抽放瓦斯,煤炭科学研究总院,技术原理图,煤炭科学研究总院,卸压煤层底板岩巷和网格式上向穿层钻孔远程卸压法投放瓦斯现场布置图,煤炭科学研究总院,潘一矿应用效果,C13煤层掘进工作面防突效果检验，卸压区域内钻孔瓦斯涌出初速度的最大值小于临界值4 L/min，钻屑量最大值低于临界

33、值6kg/m，消除了突出危险性。煤巷平均月掘进速度提高2.5倍，达到200m/月以上，瓦斯涌出量仅1.8m3/min，回采工作面产量提高3倍左右，达到5100吨/天。瓦斯涌出量由25 m3/min降低到5m3/min.回风流平均瓦斯浓度由1.15%降低到0.5%。,煤炭科学研究总院,煤层群多重开采下卸压层瓦斯抽放技术,保护层和主采层开采后，采空区下方岩层向采空区膨胀开成裂隙，使得下方煤体产生位移，透气性增加，瓦斯压力减小，煤体中瓦斯解吸在此裂隙带的底板布置巷道和网格式穿层钻孔就可实现多重高效抽放瓦斯,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,新庄孜矿实施效果,钻孔单孔最大瓦斯流量达

34、到了0.442m3/min，比未卸压前的0.009m3/min增大了48.1倍，B7a煤层的瓦斯含量由9.43m3/t降至0.58%m3/t，降低了93.8%，B6煤层的瓦斯含量由9.26m3/t降至144%m3/t，降低了84.4%，B4煤层的瓦斯含量由11.66m3/t降至164%m3/t，降低了83.9%。B6煤巷掘进提高60m/月，回采工作面提高了4032t/月。,煤炭科学研究总院,综合抽放技术的效果,淮南矿业集团公司通过煤层群开采，瓦斯综合抽放的技术攻关，效果十分明显。瓦斯抽放量由1997年不1000万m3，提高到2002年超过1亿m3，2003年达到1.3亿m3。煤炭产量大幅度提高

35、，2001年达到2000万吨，2002年达到2550万吨。,煤炭科学研究总院,针对综采综放工作面开采时，采空区的瓦斯涌出造成工作面经常瓦斯超限和积聚问题而开展了采空区瓦斯抽放技术。在工作面回采尚未结束和封闭的采空区实行瓦斯抽放的方法有以下几种。,（7）采空区瓦斯抽放技术,煤炭科学研究总院,引巷密闭插管抽放法,在工作面起采线附近预留专用巷道，向采空区密闭插管抽放。在老虎台矿54001-1综采工作面9个月共抽出瓦斯2.2Mm3，抽放率达到93.69%，基本消除了瓦斯超限和瓦斯积聚。,煤炭科学研究总院,钻孔抽放法,利用采空区周边已有巷道向采空区打钻孔，抽放采空区瓦斯。在综放工作面11个月抽出瓦斯21

36、.12Mm3，抽放率达到88.07%。,煤炭科学研究总院,埋管抽放法,将抽放瓦斯管埋设在采空区起采线附近，实施抽放。在平顶山矿区试验结果表明，极大地减少了采空区向采场瓦斯的涌出量，提高了抽放量和浓度，抽放率达到57%。,煤炭科学研究总院,采空区瓦斯抽放应注意的几点,在高瓦斯煤层采空区实施高强度抽放瓦斯时，存在采空区漏风和自然发火问题，为此必须考虑以下几点：合理确定采煤工作面的长度和开采高度，以保证较快的推进速度；提高回采率，减少采空区丢煤；尽量减少采空区漏风；选择合理的采空区抽放瓦斯方法和优化抽放参数。,煤炭科学研究总院,加强监测，只要符合以下要求就能实施安全抽放：O27%，最大10%；CO浓

37、度临界值（由开采矿井考查确定，抚顺矿区确定为CO 50ppm）；利用瓦斯时，抽放瓦斯浓度 30%。不利用瓦斯，采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度25%。混合气体温度不得大于所在场所（地点）的空气温度。,煤炭科学研究总院,为了适应采空区埋管抽放，研制成功了轻质菱镁抽放管和控制采空区自然发火的WCF-1型抽放瓦斯自动监控装备，它是通过CO浓度的信号自动控制抽放负压和抽放量，确保在采空区不发火的前提下，使采空区瓦斯的放始终保持最佳状态.,煤炭科学研究总院,3杜绝火源,保证电气设备防爆性能完好，电缆保护完好使用安全炸药，爆破作业注意填塞炮泥防止机械摩擦火花和摩擦热发生防止非金属制品产生静电,煤炭科学

38、研究总院,4防止煤尘爆炸措施,综合防尘减小各种环节的煤尘产生量是防止煤尘爆炸的治本措施沉积煤尘是发生爆炸爆炸的主要隐患4m2巷道周边上沉积0.04mm厚一层煤尘，全部扬起后达到爆炸下限杜绝火源：与前相同,煤炭科学研究总院,撒布岩粉法,矿井自然条件复杂，发生煤尘爆炸的随机性很大，各国都研究了防止煤尘爆炸的专门技术撒布岩粉定期向巷道周边撒布惰性岩粉，将沉积煤尘覆盖住风速较低时，岩粉层的粘滞性阻碍沉积煤尘重新飞扬当瓦斯爆炸或空气震荡等异常情况出现时，空气流把岩粉和沉积煤尘同时扬起，形成岩粉 煤尘混合法云若有爆炸火焰传入混合尘云区，岩粉起到吸收爆焰热量，遮挡辐射热的作用，使系统冷却，阻止煤尘着火爆炸。

39、,煤炭科学研究总院,岩粉应具有：比热容大、密度小、不溶或难溶于水、吸湿性小、无毒无嗅化学性质稳定，不燃烧、飞扬性好反射能力强（即颜色浅）等特点岩粉质量要求可燃物的含有率不得超过5，游离二氧化硅含量不得超过10，不含砷五氧化二磷不超过10，岩粉粒度会部小于0.5mm，其中70以上小于0.075mm。呈现浅色。,煤炭科学研究总院,岩粉撒布量的确定,在大型煤层爆炸试验巷道内，进行实际规模实验确定。实验室专用试验装置试验确定，大型试验巷道试验验证。,煤炭科学研究总院,计算法：N-（a+b）/100（a+b）100%r=R/(100-R)Z式中：-岩粉撒布率控制煤尘爆炸所必须的不燃物量，r岩粉撒布量a煤

40、尘中的不燃物含量（灰分水分）b混入煤尘中的不燃物量（天然岩粉付着水分），沉积煤尘的绝对量，t。,煤炭科学研究总院,瓦斯矿井条件下，当瓦斯浓度在以下时：100-1250/V+F(208/V)式中：瓦斯共存时的岩粉用量，煤尘的挥发分含量瓦斯浓度,煤炭科学研究总院,煤矿防尘规范规定：巷道中煤尘和岩粉混合粉尘中，不燃物质组份不得低于60，如果巷道风流中含有0.5%以上的甲烷则不燃物质组份不低于90撒布岩粉的巷道长度不得小于300m，如果巷道长度小于300m，全部巷道都应撒布岩粉,煤炭科学研究总院,在距采、掘工作面300米以内的巷道每月取样一次，300m 以外的巷道每两月取样一次每隔300米为一采样段，

41、每段内设5个采样带，带间约50米每个采样带在巷道两帮，顶底板周边也取样，取样宽0.2米将每个取样带内的全部粉尘分别收集起来，除去大于1mm粒径的粉尘化验分析后不燃物组份低于规定，重新撒布岩粉,煤炭科学研究总院,防止瓦斯煤尘爆炸扩大的措施,煤炭科学研究总院,被动式隔爆技术,被动式隔爆棚的作用原理被动式隔爆棚的种类：被动式岩粉棚、水槽棚、水袋棚。被动式隔爆棚的布置方式：集中式、分散式、集中分散混合式。,煤炭科学研究总院,被动式隔爆技术的工作原理,由超前于爆炸火焰传播的压力波，将隔爆棚击碎或被爆风掀翻，使棚架上的抑制剂（水或岩粉）分散，弥散于巷道空间形成一个高浓度的岩粉云或水雾带。当滞后于压力波和爆

42、风的爆炸火焰到达棚区时恰好被抑制剂扑灭。,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,被动式隔爆棚布置方式,集中式布置：将抑制瓦斯煤尘爆炸所需的抑制剂总量，平均分装在数架棚子组成的一组棚架上。分散式布置：将抑制剂分装在多架棚子上，一架或二架为一组，分散设置在可能发生爆炸区域的一段巷道内，形成不小于200m的抑制带。,煤炭科学研究总院,水槽棚的主要技术关键,水槽棚架之间距离为1.23.0m，集中布置重型棚棚区长度30m，轻型棚棚区长度20m。分散布置式，棚区长度200m，棚架组之间距离为1030m，棚组内两排水槽棚之间距离为1.23.0m。总用水量按棚区所占空间，以1.2L/m3计算。混合布置式，集中棚

43、与分散棚的距离为3060m。,煤炭科学研究总院,水槽棚的主要技术关键,主要水槽（重型）按400L/m2、辅助水槽（轻型）按200L/m2计算水量水槽棚垂直于巷道轴线方向，靠顶板横向安设，并符合：断面S10m2时 nb/L10035%断面S12m2时 nb/L10050%断面S12m2时 nb/L10065%其中：n排架上水槽个数,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,KYG型快速移动式隔爆棚,煤炭科学研究总院,型防爆水袋,采用维纶布基改性聚氯乙稀双面复合革制成，具有阻燃、抗静电等安全性能，可有效隔绝煤矿瓦斯煤尘爆炸传播。主要技术性能：动作静压12kpa；最佳水雾形成时间150ms；最佳水雾持续时

44、间160ms；最佳水雾长度5m；最佳水雾宽度3.5m；最佳水雾高度3.2m。,煤炭科学研究总院,隔 爆 水 袋,煤炭科学研究总院,XGS型隔爆容器,煤炭科学研究总院,自动式隔爆技术,自动式隔爆技术的产生：为克服被动式隔爆距爆源60m范围内无效的缺点，保护综采、综掘设备而开发的技术。自动式隔爆技术的装置：包括传感器、控制器、喷洒装置等,煤炭科学研究总院,传 感 器,接受爆炸动力效应压力传感器接 受 爆 炸 热 效 应热电传感器接受爆炸光效应光电传感器 ZGBY型、ZYBS型自动隔爆装置所采用的HW4型传感器是一种抗干扰能力强的红外线传感器。它对矿灯等电光源不敏感，只对瓦斯煤尘爆炸特征光谱反应。,煤炭科学研究总院,控 制 器,测量火焰传播速度诊断火焰到达喷洒装置位置的时间发出喷洒指令,煤炭科学研究总院,煤炭科学研究总院,自动防隔爆装置,煤炭科学研究总院,自动隔爆装置在巷道中的安装方式之一,煤炭科学研究总院,安装在模拟掘进机上的抑爆器,煤炭科学研究总院,自 动 抑 爆 装 置,煤炭科学研究总院,消焰剂喷出0.25秒时的状态,煤炭科学研究总院,安装在地面除尘器上的自动隔爆装置,煤炭科学研究总院,美国矿业局匹茨堡安全研究中心研制的自动抑爆装置,煤炭科学研究总院,YBW-Y型无电源抑爆装置的传感器、传爆器及四通连接器,煤炭科学研究总院,BW-Y型无电源抑爆装置在10m2试验管道的安装情况,