二、瓦斯及其防治技術(shù)

　　(一)瓦斯性質(zhì)及瓦斯參數(shù)測定

　　1.瓦斯性質(zhì)

　　瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體，有時(shí)單獨(dú)指甲烷。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶于水，擴(kuò)散性較空氣高。瓦斯無毒，但濃度很高時(shí)，會(huì)引起窒息。

　　2.煤層瓦斯賦存狀態(tài)

　　瓦斯在煤層中的賦存形式主要有兩種狀態(tài)：在滲透空間內(nèi)的瓦斯主要呈自由氣態(tài)，稱為游離瓦斯或自由瓦斯，這種狀態(tài)的瓦斯服從理想氣體狀態(tài)方程;另一種稱為吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒內(nèi)部，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位或煤分子之間的空間。實(shí)測表明，在目前開采深度下(1 000～2 000 m以內(nèi))煤層吸附瓦斯量占70%～95%，而游離瓦斯量占5%～30%。

　　3.煤層瓦斯含量及測定

　　煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量煤體中所含瓦斯的體積，單位為m3/t。煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯涌出量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是礦井通風(fēng)及瓦斯抽放設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。煤層在天然條件下，未受采動(dòng)影響時(shí)的瓦斯含量稱原始含量;受采動(dòng)影響，已有部分瓦斯排出后而剩余在煤層中的瓦斯量，稱殘存瓦斯含量。

　　影響煤層原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤層賦存條件、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等。

　　煤層瓦斯含量測定方法目前主要有地勘鉆孔測定法、實(shí)驗(yàn)室間接測定法和井下快速直接測定法3種。

　　4.煤層瓦斯壓力及測定方法

　　煤層瓦斯壓力是存在于煤層孔隙中的游離瓦斯分子熱運(yùn)動(dòng)對煤壁所表現(xiàn)的作用力。煤層瓦斯壓力是用間接法計(jì)算瓦斯含量的基礎(chǔ)參數(shù)，也是衡量煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)。測定方法主要有直接測定法和間接測壓法。

　　(二)礦井瓦斯涌出及瓦斯等級

　　1.礦井瓦斯涌出的形式

　　2.礦井瓦斯涌出量及主要因素

　　3.礦井瓦斯等級及其鑒定：

　　《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一個(gè)礦井中只要有一個(gè)煤(巖)層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進(jìn)行管理。

　　根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為：低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。

　　低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min。

　　高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10 m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40 m3/min。

　　煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井：礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過一次煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出，該礦井即定為煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。

　　《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：每年必須對礦井進(jìn)行瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定。

　　(三)瓦斯噴出及預(yù)防

　　1.瓦斯噴出

　　地下礦山瓦斯噴出是指從煤體或巖體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯異常涌出的現(xiàn)象。在20m巷道范圍內(nèi)，涌出瓦斯量大于或等于1.0m 3/min，且持續(xù)時(shí)間在8h以上時(shí)，該采掘區(qū)域即定為瓦斯噴出危險(xiǎn)區(qū)域。

　　瓦斯噴出的預(yù)兆：礦壓活動(dòng)顯現(xiàn)激烈，煤壁片幫嚴(yán)重、底板突然鼓起、支架承載力加大甚至破壞，煤層變軟、潮濕等。

　　2.瓦斯噴出的預(yù)防

　　(1)加強(qiáng)地下礦山地質(zhì)工作，摸清采掘地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況;

　　(2)在可能發(fā)生噴出的地區(qū)掘進(jìn)巷道時(shí)，打前探鉆孔或抽排鉆孔;

　　(3)加大噴出危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)量;

　　(4)將噴出的瓦斯直接引入回風(fēng)巷或抽放瓦斯管路;

　　(5)掌握噴出的預(yù)兆，及時(shí)撤離工作人員，并配備自救器，安設(shè)壓氣自救系統(tǒng);

　　(6)掌握礦壓規(guī)律，避免礦壓集中，及時(shí)處理頂板，以防大面積突然卸壓造成瓦斯噴出。

　　(四)煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出及預(yù)防

　　煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出是指在地應(yīng)力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)由煤體或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的異常動(dòng)力現(xiàn)象。

　　特點(diǎn)：煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出具有突發(fā)性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯(二氧化碳)和煤(巖)沖出等特點(diǎn)，能摧毀井巷設(shè)施、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、造成人員窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火災(zāi)事故，是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。

　　1.煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的一般規(guī)律

　　(1)突出危險(xiǎn)性隨采掘深度的增加而增加;

　　(2)突出危險(xiǎn)性隨煤層厚度的增加而增加，尤其是軟分層厚度;

　　(3)石門揭煤工作面平均突出強(qiáng)度最大，煤巷掘進(jìn)工作面突出次數(shù)最多，爆破作業(yè)最易引發(fā)突出，采煤工作面突出防治技術(shù)難度最大;

　　(4)突出多數(shù)發(fā)生在構(gòu)造帶、煤層遭受嚴(yán)重破壞的地帶、煤層產(chǎn)狀發(fā)生顯著變化的地帶、煤層硬度系數(shù)小于0.5的軟煤層中;

　　(5)突出發(fā)生前通常有地層微破壞、瓦斯涌出變化、煤層層理紊亂、鉆孔卡鉆夾鉆、煤壁溫度降低、散發(fā)煤油氣味、煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化等預(yù)兆;

　　(6)突出按動(dòng)力源作用特征可分為3種類型：突出、壓出和傾出;按突出物分類可分為4種類型：煤與瓦斯突出、煤與二氧化碳突出、巖石與瓦斯突出、巖石與二氧化碳突出。

　　2.煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出預(yù)測

　　3.防治煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的措施

　　(1)防治突出的技術(shù)措施。

　　防治突出的技術(shù)措施主要分為區(qū)域性措施和局部性措施兩大類。

　　區(qū)域性措施是針對大面積范圍消除突出危險(xiǎn)性的措施;

　　局部性措施主要在采掘工作面執(zhí)行，針對采掘工作面前方煤巖體一定范圍消除突出危險(xiǎn)性的措施。

　　目前區(qū)域性措施主要有3種，即預(yù)留開采保護(hù)層、大面積瓦斯預(yù)抽放、控制預(yù)裂爆破;

　　局部性措施有許多種，如卸壓排放鉆孔、深孔或淺孔松動(dòng)爆破、卸壓槽、固化劑、水力沖孔等。

　　(2)“四位一體”綜合防治突出措施。所謂“四位一體”綜合防治突出措施，就是說首先應(yīng)對開采煤層及其對開采煤層構(gòu)成影響的鄰近煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測。對確認(rèn)的突出危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)采取區(qū)域性防治突出技術(shù)措施，對確認(rèn)的突出危險(xiǎn)工作面，必須采取防治突出技術(shù)措施。在采取防治突出技術(shù)措施后，必須對防治突出技術(shù)措施和消除突出危險(xiǎn)性的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)有效，在采取安全防護(hù)措施的前提下進(jìn)行采掘作業(yè);如果檢驗(yàn)無效，必須補(bǔ)充防治突出技術(shù)措施，直至再次檢驗(yàn)為有效時(shí)方可在采取安全防護(hù)措施前提下進(jìn)行采掘作業(yè)。否則，必須繼續(xù)補(bǔ)充技術(shù)措施。

　　(3)安全防護(hù)措施。安全防護(hù)措施是控制突出危害程度的措施，也就是說即使發(fā)生突出，也要使突出強(qiáng)度降低，對現(xiàn)場人員進(jìn)行保護(hù)不至危及人身安全。如震動(dòng)性放炮、遠(yuǎn)距離放炮、反向防突風(fēng)門、壓風(fēng)自救器、個(gè)體自救器等。

　　(五)瓦斯爆炸及預(yù)防

　　1.瓦斯爆炸的條件

　　引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個(gè)條件：一定濃度的甲烷、一定能量的引火源和足夠的氧氣。

　　2.預(yù)防瓦斯爆炸技術(shù)措施

　　預(yù)防瓦斯爆炸技術(shù)措施包括4個(gè)方面：

　　(1)防止瓦斯積聚和超限;

　　(2)嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯檢查制度;

　　(3)防止瓦斯引燃的措施;

　　(4)防止瓦斯爆炸災(zāi)害擴(kuò)大的措施。

　　(六)瓦斯抽放

　　1.瓦斯抽放方法

　　瓦斯抽放系統(tǒng)主要由瓦斯抽放泵、瓦斯抽放管路(帶閥門)、瓦斯抽放鉆孔或巷道、鉆孔或巷道密封等組成。

　　根據(jù)抽放瓦斯的來源，瓦斯抽放可以分為：本煤層瓦斯預(yù)抽、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放以及幾種方法的綜合抽放。

　　2.瓦斯抽放指標(biāo)

　　(1)反映瓦斯抽放難易程度的指標(biāo)：煤層透氣性系數(shù)、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、百米鉆孔瓦斯涌出量。

　　(2)反映瓦斯抽放效果的指標(biāo)：瓦斯抽放量、瓦斯抽放率。

　　(七)瓦斯檢測

　　瓦斯檢測實(shí)際上是指甲烷檢測，主要檢測甲烷在空氣中的體積濃度。地下礦山瓦斯檢測方法有實(shí)驗(yàn)室取樣分析法和井下直接測量法兩種。使用便攜式瓦斯檢測報(bào)警儀，可隨時(shí)檢測作業(yè)場所的瓦斯?jié)舛�，也可使用傳感器連續(xù)實(shí)時(shí)地監(jiān)測瓦斯?jié)舛取?/P>

　　1.光干涉瓦斯檢定器

　　2.熱催化瓦斯檢測報(bào)警儀

　　3.智能式瓦斯檢測記錄儀

　　4. 瓦斯、氧氣雙參數(shù)檢測儀

　　5. 瓦斯報(bào)警礦燈

　　(八)瓦斯、煤塵事故的救護(hù)及處理

　　1. 瓦斯煤塵爆炸事故

　　發(fā)生瓦斯煤塵爆炸事故時(shí)，礦山救護(hù)隊(duì)的主要任務(wù)是：

　　(1)搶救遇險(xiǎn)人員;

　　(2)對充滿爆炸煙氣的巷道恢復(fù)通風(fēng);

　　(3)搶救人員時(shí)清理堵塞物;

　　(4)撲滅爆炸而產(chǎn)生的火災(zāi);

　　2.煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出事故的救護(hù)及處理

　　(1)一般原則

　　(2)搶救遇險(xiǎn)人員方法

　　(3)救護(hù)措施