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矿井通风新技术与灾害防治(新)


矿井通风与灾害防治

中煤五公司培训中心 姚立功

瓦斯、 第一章 瓦斯、煤尘爆炸认识
走出瓦斯、煤尘事故认识方面的两 走出瓦斯、 个误区
一、对点火源认识的误区 二、对煤尘及瓦斯浓度认识的误区

瓦斯爆炸的条件
①瓦斯浓度在爆 炸界限内,一般 在 为5%~16% 。 井 下 存 ②混合气体中 在 氧的浓度不低 的 于12% 。 可 能 性 ③有足够能量 的点火源 。 局部地点或局部区域,在瓦斯涌 瓦斯涌 出异常及通风异常或停风时, 出异常及通风异常或停风时,容 易形成。地点:掘进面、工作面 易形成 上隅角、封闭区域、冒落空洞。 掘进面 计算示 例!

瓦 斯 爆 炸

空气中21%,其它气体的混入和井下有机 物等的氧化、人员呼吸使其减少,但一 般仍达20%。瓦斯积聚浓度达40%时,氧 浓度才下降到12% 。总能满足! 总能满足! 总能满足 足够的能量>0.28mJ;足 够的温度>650℃;足够长 的时间>爆炸感应期。 四大类型 的主要点 燃源!

瓦斯爆炸的条件—掘进面计算示例 瓦斯爆炸的条件 掘进面计算示例

条件: 条件:断面积8m2的煤巷掘进工作面,供风量为100m3/min, 回风瓦斯浓度0.1%。 设:新揭露的断面及距该断面10m范围内涌出的瓦斯占总瓦 斯涌出量的50%。 计算: 计算:工作面停风时,该面10m范围内平均瓦斯浓度达到爆 炸下限5%的时间? 解:工作面绝对瓦斯涌出量:100*0.1=0.1m3/min 瓦斯浓度达到爆炸下限的时间: 8×10×5% /(0.1×50%)=80 min 返 回

瓦斯爆炸的条件—四大类瓦斯点燃源 瓦斯爆炸的条件 四大类瓦斯点燃源
明火火焰 炽热表面和 炽热气体 机械摩擦及 撞击火花 电火花

特点:伴随有 炽热的表面,如:白 燃烧化学反应。 炽灯、过流引起的线 如明火、井下 路灼热、皮带打滑引 焊接火焰、放 起的金属表面炽热。 炮火焰、油火 炽热气体,如:炽热 等 的废气,火灾产生的 高温烟流等 其它点 燃 源

包括电弧放电、 跑车时车辆和轨 电气火花和静 道的摩擦、金属 电火花。如: 器件之间的撞击、 井下输电线路 钢件与岩石的碰 短路、接头不 撞、火成岩等坚 符合要求、带 硬岩石间的碰撞 电检修等。化 等。 纤衣服静电火 花>0.28mJ 用于井下测量的激光、闪电、杂散电 流等也具有点燃瓦斯的能力。 返 回

瓦斯爆炸的条件—点燃源 静电火花 瓦斯爆炸的条件 点燃源—静电火花 点燃源

瓦斯爆炸的最小点燃能量0.28mJ,就是使 用电容放电产生火花的方法测定的。 假设人体的电容为200pF,化纤衣服静电电 200pF 位为15kV,则其放电的能量可达22.5mJ,大 大超过最小点燃能量 。 井下工作人员的服装要求必须是棉织品 。 返 回

煤尘爆炸的条件
①煤尘本身具有 在 爆炸危险性 。 井 下 存 ②空气中煤尘 在 的浓度处于爆 的 炸界限范围内 。可 能 性 ③有足够能量 的点火源 。 必须经过专门部门的试验鉴定, 一般煤的挥发分Vr>10%属有爆炸 性的煤尘。除少数无烟煤外 除少数无烟煤外,其 除少数无烟煤外 余各类煤均属于爆炸性煤尘 均属于爆炸性煤尘。 均属于爆炸性煤尘 浓度下限30~40g/m3。直接产生 直接产生 很难—40g/m3时25W的灯泡, 2m内人看不见灯光。间接产生 间接产生 容易—积尘飞扬。 容易 能量>4.5~40mJ;温 度>700~800℃;足够 长的时间>爆炸感应期。 沉积煤 尘飞扬 计算示 例!

煤 尘 爆 炸

与瓦斯点 燃相同。

主要有两种形式,纯煤尘爆炸和有瓦斯参与的煤尘爆炸。以后一种为主。

煤尘爆炸的条件—沉积煤尘飞扬计算示例 煤尘爆炸的条件 沉积煤尘飞扬计算示例

条件: 条件:断长、宽、高均为5m的房间,地面沉积有1mm厚的 煤尘,其堆积的密度为500kg/m3 。 计算: 计算:当沉积的煤尘全部扬起,均匀分布在整个空间时,室 内煤尘的浓度是否能达到爆炸限? 解:整个空间体积:5 ×5× 5= 125m3 房间中的煤尘重量:5 ×5×0.001×500 =12.5Kg 房间中的煤尘浓度: 12.5/125=0.1Kg/m3 =100g/m3 100>40,煤尘浓度已达到爆炸界限范围内。 返 回

达到煤尘爆炸下限的现场感觉
以40 g/立方米为例 可计算出其煤尘粒子 间距为1.08mm 即用25W灯泡照射,2 米距离人眼看不到灯 光。 返回 地面积聚的煤尘 以长、度、高均为5 米的房间,地面沉积 1mm厚的煤尘,其堆 积密度为500kg/m3, 当其全部扬起分布整 个空间,则煤尘浓度 可达100 g/m3,大于 爆炸下限。

煤尘爆炸点火源
放炮火源 电气火花 瓦斯爆炸 机械撞击、磨擦 煤炭自燃 外来火源 徐矿集团从49年至今,共发生煤尘爆炸或瓦斯煤 尘爆炸6起(包括1起煤尘燃烧事故)从点火源分 析,4起放炮、1起电火花、1起机械磨擦。可见 放炮是煤尘爆炸的主要引火源(尤其是纯煤尘爆 炸)

第二章 矿井通风安全知识
教学目的:通过学习了解“一通三防”的基本概 念,掌握《规程》对矿井通风的有关规定,熟悉 矿井通风的质量标准、矿井通风系统及通风设施 的安装使用和维护等知识。 主要内容: 一、矿井通风基础知识 二、矿井通风系统 三、局部通风管理 四、风量计算与调节 五、反风技术

第一节 矿井通风基础知识
一、井下空气的主要成分 在通风和空气调节中,一般把地面空气看成干空气和水蒸气 组成,称为湿空气. 干空气主要成分:氮气(78.084%),氧气(20.947),氩(0.934%), 二氧化碳(0.0314%),其他气体(0.003). 空气进入矿井后,由于煤岩中涌出的各种气体以及可燃物的 氧化,导致其空气成分产生变化.但主要成分仍然是氧气和氮 气. 井下空气中常见的有毒有害气体主要有:一氧化碳,二氧化碳, 二氧化氮,硫化氢,二氧化硫,甲烷,氢气等. 井下空气中悬浮的粉尘也严重影响井下空气质量.

第一节 矿井通风基础知识
二、《规程》对井下空气成分的要求: 1、采掘工作面进风流中,氧气浓度不低于 20%. (人静止状态耗氧量为0.25L/min,在工作时耗氧量1-3L/min.氧气浓
度小于17%时,呼吸困难,心跳加快;小于15%时,无力劳动;小于12%时,有生命 危险;小于3%时,立即死亡)

2、采掘工作面进风流中,二氧化碳浓度不 超过0.5%,总回风流中不超过0.75%,工作面 风流中不大于1.5%.(浓度达到1%时,呼吸感到急促;达到5%时,
呼吸感到困难,同时有耳鸣和血液流动加快的感觉;达到10%-20%时,呼吸处于 停滞状态,并失去知觉;达到20%-25%时,人将中毒死亡)

第一节 矿井通风基础知识
3、其他有害气体浓度的要求 (1)一氧化碳最高允许浓度0.0024%.(1Kg炸药爆炸可产生CO100L,1立方
木材燃烧后可产生500立方的CO,人体血液中的血红素与一氧化碳的亲和力是氧气的250-309倍. 当空气中CO浓度达到0.048%时,1h就引起头痛/心跳/耳鸣等轻微中毒症状;达到0.128%时,经 0.5-1h,能严重中毒,意志迟钝,丧失行动能力;达到0.4%时,人在短时间即失去知觉/抽筋/假死,经 过29-30min即死亡,空气中CO浓度达到13-75%具有爆炸性。) 空气也转变为NO2,引起肺水肿,,浓度0.025%时,短时间即可致人死亡). 达到0.05%时,可立即致人死亡.)

(2)二氧化氮最高允许浓度0.00025%.(炸药爆炸产生的氮氧化合物,NO遇 (3)二氧化硫最高允许浓度0.0005%.(硫磺气味,达到0.0005%时能够嗅到, (4)硫化氢最高允许浓度0.00066%.(臭鸡蛋味,浓度0.0001%时就能闻 (5)氨气最高允许浓度0.004%.
到,达到0.02%时刺激眼睛/喉咙,并感到头痛/呕吐/乏力;达到0.05%时,经0.5-1h严重 中毒,失去知觉,抽筋,瞳孔放大,甚至死亡,空气中浓度达到6%遇火能够爆炸)

第一节 矿井通风基础知识
三、采掘工作面温度及风速的规定: 1、温度要求: (1)进风井口以下温度,必须在2度以上; (2)采掘工作面空气温度不得超过26度; (3)机电硐室空气温度不得超过30度; (4)工作地点温度超过规定时,必须缩短工作时间, 并给高温保健待遇;采掘工作面温度超过30度,机 电硐室超过34度时,必须停止作业.

第一节 矿井通风基础知识
允许风速(m/s)

2、 风 速 要 求:

井巷名称 无提升设备的风井和风硐 专为升降物料的井筒 风桥 升降人员和物料的井筒 主要进、回风巷 架线电机车巷道 运输机巷,采区进、回风巷 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷道 掘进中的岩石巷道 其他通风行人巷道

最低

最高 15 12 10 8 8

1 0.25 0.25 0.15 0.15

8 6 4 4

第一节 矿井通风基础知识
四、矿井通风的目的 (或基本任务) (1)向井下各作业场所 连续不断地供应新鲜空气; (2)稀释井下有毒有害 气体,并排出井下; (3)改善井下气候条件, 降温、除尘。

第二节 矿井通风系统
一、定义 矿井通风系统-是保证为井下各作业地点提供新 鲜空气,排出污浊空气的通风网络、通风动力和 通风控制设施的总称。 二、矿井通风方式(通风方法分为自然通风和机械通风) 按照进、回风井在井田内的位置不同,通风系统 分为中央式(中央并列式、中央分列式或中央边界 式)、对角式(两翼对角式、分区对角式简称分区 式)、区域式及混和式等四种。 三、主要通风机的工作方式 抽出式、压入式、抽压混和式。

第二节 矿井通风系统
四、通风网络及通风网络图 定义:在进行通风设计及管理 或改善矿井通风系统时,需要 研究矿井与采区的风路连接。

一般把矿井或采区通风系 统中风流分岔、 统中风流分岔、汇合线路 的结构形式和控制风流的 通风构筑物通称为通风网 络。 通风网络通常用不按比例、 通风网络通常用不按比例、 不反映空间关系的单线条 示意图表示, 示意图表示,叫做通风网 络图。 络图。

第二节 矿井通风系统
五、通风网络连接形式 1、串联风路: 两条或两条以上的巷道首尾相连,中间没有分支 路的,叫串连风路。 串联风路特征: 风路总风量等于各条风路的分风量。 风路总风压等于各条风路风压之和。 风路总风阻等于各条风路风阻之和。

第二节 矿井通风系统
2、并联风路: 两条或两条以上的风路在同一点分开,又 在另一点汇合,分、合之间无分支风路的, 称为并联风路。 在并联网络中,若 还有小并联时,称为 复杂并联网络。

第二节 矿井通风系统
3、角联网络:
并联的两条风路之间,还有一条或数条风路与之 连通的联结形式叫角联网络。两条并联风路之间 仅有一条对角风路的叫简单角联。两条并联风路 之间有两条或两条以上的对角风路时,称为复杂 角联。

第二节 矿井通风系统
六、通风设施(通风构筑物)及管理 1、防爆门。防止井下发生煤尘、瓦斯爆炸时毁坏主要通风机的安
全设施。其面积不得小于出风井口的断面积,必须正对出风井口的风流 方向,并应悬挂平衡锤,保证井下发生爆炸时高压气浪能将其冲开。 太小,长度不宜太长,风速不超过15m/s,风阻小于0.0196.

2、风硐。是矿井主要通风机和风井之间的联络巷道.要求断面不宜 3、扩散器。在主要
通风机出风口外接的一段断面 逐渐扩大的构筑物。作用是减 少风机出口的能量损失,提高 风机效率。

4、反风装置.生产
矿井主要通风机必须安装反风 设施,并能在10min内改变巷道 风流方向。

第二节 矿井通风系统
5、风门。在不允许风流通过,但需行人和行车的巷道内必须
设置风门。主要进、回风井之间及主要进、回风巷之间的需要使用 的联络巷必须安设2道连锁的正向风门和2道反向风门。不应在倾斜 井巷内设置风门,如果必须设置应设自动风门或专人管理,并有防 止矿车碰撞风门以及风门碰撞人员的安全措施。

6、风墙。(也称挡风墙、密闭墙)设在既不允许风流通过,也
不允许行人通过的井巷内,永久风墙厚度不小于0.5m.

7、风桥。在进风与回风相遇地点设置,构成立体交叉风路。 8、调节风窗。在并联风网中,若一个风路中风量需要增
加,而另一路风量有余,则可在后一风路中安设调节风窗,使并联 风网中的风量按需供应,达到风量调节的目的。

第三节 局部通风管理
一、掘进通风方法: 掘进通风方法分为两大类: 利用矿井总风压通风和使用 局部通风设备通风。 1、利用矿井总风压通风 1 (1)用纵向风墙或风幛导风 (2)利用风筒导风 (3)利用两条平行巷道通风。 两条巷道同时掘进,每隔一 段距离开一联络巷

第三节 局部通风管理
2、使用局部通风设备通风: (1)引射器。引射器将高压水或压缩空气的 部分能量传递给风流,克服风流在风筒和 独头巷道中流动的阻力,达到给掘进工作 面供风的目的。分为水力引射器和压气引 射器。 (2)局部通风机。工作方式有三种:压入式、 抽出式和混和式。

第三节 局部通风管理
二、掘进通风安全管理要求: 1、应采用矿井全风压通风或局部通风机通风,不得采用扩散 、应采用矿井全风压通风或局部通风机通风 不得采用扩散 通风。 通风。 2、一台局扇不得同时向 个工作面供风 严禁 台或 台以上 个工作面供风,严禁 台或3台以上 、一台局扇不得同时向2个工作面供风 严禁3台或 同时向一个工作面供风。 同时向一个工作面供风。 3、局扇必须指定人员负责管理,保证正常运转. 3、局扇必须指定人员负责管理,保证正常运转 保证正常运转. 4、压入式局扇及启动装置必须安装在进风巷中 距离回风口 、压入式局扇及启动装置必须安装在进风巷中,距离回风口 位置不小于10m,局扇吸入风量必须小于安装地点的供风量 局扇吸入风量必须小于安装地点的供风量, 位置不小于 局扇吸入风量必须小于安装地点的供风量 以免产生循环风.进风流中瓦斯浓度不得超过 进风流中瓦斯浓度不得超过0.5%. 以免产生循环风 进风流中瓦斯浓度不得超过 5、必须采用抗静电,阻燃风筒。 、必须采用抗静电,阻燃风筒。 6、抽出式局扇必须采用对防爆和防摩擦火花检验合格的产 、 品。 7、除尘风机、抽出式局扇和位于掘进工作面附近 、除尘风机、抽出式局扇和位于掘进工作面附近100m的 的 范围内的压入式局扇,噪声不得超过85dB(A),并安设配套 范围内的压入式局扇,噪声不得超过 并安设配套 的消音罩。 的消音罩。

第三节 局部通风管理
8、瓦斯喷出区域或煤与瓦斯(二氧化碳 突出煤层 掘进工 、瓦斯喷出区域或煤与瓦斯 二氧化碳 突出煤层,掘进工 二氧化碳)突出煤层 作面必须采用压入式通风.煤巷 煤巷、 作面必须采用压入式通风 煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出 的岩巷掘进工作面,严禁采用风幛通风 不得采用抽出式、 严禁采用风幛通风,不得采用抽出式 的岩巷掘进工作面 严禁采用风幛通风 不得采用抽出式、 应采用压入式;如果采用混和式通风 必须编制通风设计, 如果采用混和式通风, 应采用压入式 如果采用混和式通风,必须编制通风设计 制定安全措施. 制定安全措施 9、在瓦斯喷出区域,高瓦斯矿井 煤(岩)与瓦斯 二氧化碳) 、在瓦斯喷出区域 高瓦斯矿井,煤 岩 与瓦斯(二氧化碳 高瓦斯矿井 与瓦斯 二氧化碳 突出矿井中,所有掘进工作面的局扇都应装设“ 突出矿井中,所有掘进工作面的局扇都应装设“三 专用变压器、 供电, 专”(专用变压器、开关、电缆 供电,也可采用装有选择 专用变压器 开关、电缆)供电 性漏电保护装置的供电线路供电, 性漏电保护装置的供电线路供电,但每天应有专人检查一 次。 10、使用局扇通风的掘进工作面,不得停风。局扇停止运 、使用局扇通风的掘进工作面,不得停风。 转时,必须撤出人员切断供风区域内动力电源。 转时,必须撤出人员切断供风区域内动力电源。

第三节 局部通风管理
11、掘进巷道采用混和式通风时,应遵守下列规 定: (1)混和式通风应采用“长压短抽”的方式。抽出 式吸口与工作面距离不得大于5m. (2)有瓦斯涌出的掘进工作面,抽出式局扇风筒吸 风口应安设瓦斯自动检测断电报警装置,保证吸 风口瓦斯浓度不超过1%。 (3)抽出式局扇或除尘风机必须与压入式局扇联动 闭锁,压入式停止运转时跟着停机,压入式局扇 未启动,抽出式局扇无法启动。

第三节 局部通风管理
12、巷道贯通的通风要求: 、巷道贯通的通风要求: (1)综合机械化掘进巷道在相距 综合机械化掘进巷道在相距50m前、其他巷道在相距 前 综合机械化掘进巷道在相距 20m前,必须停止一个工作面作业,做好调整通风系统的 前 必须停止一个工作面作业, 准备工作。 准备工作。 (2)贯通时,必须由专人在现场统一指挥,停掘的工作面必 贯通时, 贯通时 必须由专人在现场统一指挥, 须保持正常通风,设置栅栏及警标, 须保持正常通风,设置栅栏及警标,经常检查风筒的完好 情况和工作面及回风流中的瓦斯浓度,瓦斯浓度超限时, 情况和工作面及回风流中的瓦斯浓度,瓦斯浓度超限时, 必须立即处理。 必须立即处理。 (3)掘进工作面每次爆破前,必须派专人和瓦斯检查工共同 掘进工作面每次爆破前, 掘进工作面每次爆破前 到停掘的工作面检查迎头及回风流中的瓦斯浓度, 到停掘的工作面检查迎头及回风流中的瓦斯浓度,瓦斯浓 度超限时,必须先停止在掘工作面的工作,然后处理,只 度超限时,必须先停止在掘工作面的工作,然后处理, 有在2个工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在 个工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在1.0%以下时 有在 个工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在 以下时 掘进工作面方可爆破。 掘进工作面方可爆破。每次爆破前两个工作面入口都必须 设置专人警戒。 设置专人警戒。 (4)贯通后必须停止一切工作,立即调整通风系统,风流稳 贯通后必须停止一切工作, 贯通后必须停止一切工作 立即调整通风系统, 定后,方可恢复工作。 定后,方可恢复工作。

第三节 局部通风管理
三、井筒开凿时期通风 1、立井开凿时期局部通风特点: (1)有一定的自然风压作用。 (2)炸药用量较大,炮眼温度较高,有上浮趋势。 (3)淋水通常较大,能溶解炮眼中的有毒有害气体,并 降低空气中的粉尘浓度。 (4)断面大,平均风速低,需风量大。 (5)气温受地面季节性影响大。 (6)吊盘、固定盘上电气设备多。 (7)通风环节少,但风筒管理难度大。

第三节 局部通风管理
2、立井开凿时期的通风方式 (1)立井开凿初期,前30m以内,可考虑自然通风。 (2)超过30m时,应采用局扇通风,深度小于200-300m时, 宜采用压入式通风。 (3)井筒深度超过300m时,宜采用抽出式通风,以便尽快 排除炮烟。 (4)混和式通风效果最佳,压入式局扇安装在吊盘上,风筒 末端到工作面距离不大于20-30m. 3、局扇布置 局扇离井口应在10-15m以上,在常年主风方向的上风口。 局扇的位置应不妨碍后续工程的施工,也不影响井筒施工 提升运输。

第四节 风量计算与调节
一、掘进工作面所需风量计算 1、按照瓦斯或二氧化碳涌出量计算 Q=100qK 式中:Q—掘进工作面实际需风量m3/min q—掘进工作面回风流中瓦斯或二氧化碳绝对 涌出量m3/min K—掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数, 应从实测中得出,一般可取1.5-2.0

第四节 风量计算与调节
2、按照炸药量计算 Q=25A 式中:25—以炸药为计算单位的供风标准,即1Kg 炸药爆破后,需要供给的风量 A—掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量Kg. A— Kg. 3、按照人数计算 Q=4N 式中:N—掘进工作面同时工作的最多人数。

第四节 风量计算与调节
二、风量调节 风量调节是矿井生通风技术管理中的一项经常性 工作和重要环节。矿井生产中,随着工作面的推 进和更替,巷道风阻及所需风量均在不断变化, 要求及时进行风量调节,以满足各用风地点的需 风量。 风量调节按其影响范围不同,可分为局部风量调 节和矿井风量调节两类。

第四节 风量计算与调节
1、局部风量调节 局部风量调节的方法有三种: (1)增阻调节法。就是在风阻不同的并联网络中, 增加小风阻的阻力,使两并联风路阻力相等,从 而增加原风阻大的风路的风量。 (2)降阻调节法。是在需要增加风量的风路中设法 降低风阻,使其增加风量。 (3)增压调节法。(辅助通风机调节法)当以上两 种办法失效或不经济时,在阻力大的巷道中安设 辅助通风机,从而保证风量按需分配。

第四节 风量计算与调节
2、矿井总风量调节 矿井总风量调节就是调节主要通风机的工作点。 通常有两种办法: (1)改变主要通风机特性调节法。可采取两种措 施,改变主要通风机叶片安装角或改变主要通风 机的转速。 (2)改变主要通风机的工作风阻调节法。降低风 机的工作风阻,可增加矿井总风量;反之增加风 阻,可降低总风量。

第五节 反风技术简介
矿井反风是当井下发生火灾时,利用预设的反风设施,改 变火灾烟流方向、限制灾区范围,安全撤退受烟流威胁人 员的安全技术措施。 生产矿井反风方式有两种:全矿性反风和局部反风。 生产矿井主要通风机必须有反风设施,必须能在10min内 10min 改变巷道中的风流方向。风流方向改变后,主要通风机的 供风量,不应小于正常风量的40%。 矿井反风设施每季度检查一次,每年进行一次反风演习, 当矿井通风系统有较大变化时也应进行一次反风演习。

第三章 瓦斯管理新技术 第一节 瓦斯抽放简介
一、瓦斯先抽后采是治理瓦斯的根本性措施 先抽后采就是煤矿企业应利用一切可利用的条件和一 切能够采用的技术手段, 切能够采用的技术手段,将煤层瓦斯预抽到有关规定的指 标以下后,再进行煤炭开采。我国煤矿瓦斯灾害严重, 标以下后,再进行煤炭开采。我国煤矿瓦斯灾害严重,高 瓦斯和煤与瓦斯突出矿井所占比例高,据不完全统计, 瓦斯和煤与瓦斯突出矿井所占比例高,据不完全统计,全 国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井4500余处,原国有重点煤 余处, 国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井 余处 矿中,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占49.8%,煤与瓦斯突 %,煤与瓦斯突 矿中,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占 %, 出和瓦斯涌出量大是制约煤矿安全生产的主要因素。 出和瓦斯涌出量大是制约煤矿安全生产的主要因素。多年 一些煤矿企业通过实施瓦斯先抽后采, 来,一些煤矿企业通过实施瓦斯先抽后采,不断提高瓦斯 抽采率,有效地防止了煤与瓦斯突出, 抽采率,有效地防止了煤与瓦斯突出,减少了采掘时期的 瓦斯涌出量,改善了矿井安全状况。实践证明,煤矿瓦斯 瓦斯涌出量,改善了矿井安全状况。实践证明, 先抽后采是防治煤与瓦斯突出的根本性措施, 先抽后采是防治煤与瓦斯突出的根本性措施,是防止重特 大瓦斯事故的治本之策。 大瓦斯事故的治本之策。

二、先抽后采的指导原则
煤矿瓦斯抽采必须落实“先抽后采、监测监控、以风定产”十二 煤矿瓦斯抽采必须落实“先抽后采、监测监控、以风定产” 字方针,把实现瓦斯先抽后采与实现矿井瓦斯全方位监测监控、 字方针 坚持采掘工作面“以风定产”有机结合起来,实现对瓦斯的综合 防治。同时,煤矿瓦斯先抽后采还必须坚持“多措并举、应抽尽 煤矿瓦斯先抽后采还必须坚持“多措并举、 煤矿瓦斯先抽后采还必须坚持 抽采平衡”的原则,把煤矿瓦斯先抽后采真正落到实处。 抽、抽采平衡”的原则 多措并举就是要紧密结合本企业的实际,充分利用地面和井 多措并举 下的空间,提前预留抽采时间,采取多种可能采用的有效抽采技 术和工程措施,并加大科技创新、政策支撑、严格法规标准和现 场管理,全面加强先抽后采,实现抽采达标。 应抽尽抽 应抽尽抽就是对 应当进行瓦斯抽采的煤层,都必须先抽采瓦斯,达到《基本指标》 要求后再安排采掘;在此基础上,要对煤层瓦斯尽最大能力进行 抽采,努力实现煤炭开采前瓦斯抽采的最大化。 抽采平衡 抽采平衡就是 在对煤层瓦斯抽采工作超前规划、超前设计、超前施工的基础上, 确保煤层预抽时间和瓦斯预抽效果,保持抽采达标煤量和拟安排 生产准备及回采的煤量相平衡,也就是矿井采掘活动严格控制在 瓦斯抽采达标的区域和煤层内。

三、先抽后采的工作目标
工作目标。到2010年,全国煤矿瓦斯年抽采量达到50 亿立方米以上,抽采率40%以上;瓦斯年利用量达到30亿 立方米以上,利用率60%以上。并达到以下具体要求: 一是要满足采掘工作面防止煤与瓦斯突出的要求。突 出煤层突出危险区域的采掘工作面经预抽后,瓦斯含量和 瓦斯压力能够达到《基本指标》规定要求; 二是满足采掘工作面安全生产的要求。煤层经预抽瓦 斯后,采掘工作面瓦斯抽采率、煤的可解吸瓦斯含量和回 风流瓦斯浓度达到《基本指标》的要求; 三是逐步实现“抽、掘、采”平衡。煤层经预抽瓦斯 后,抽采达标煤量能够满足安全掘进和安全回采的要求。

四、瓦斯先抽后采主要措施
1、优先选择地面区域预抽。煤层平均渗透率大于或等于1毫达西, 且具备煤层气开发条件的矿井,应采用地面钻井规模化预抽煤层 瓦斯;煤层平均渗透率在0.1到1毫达西之间的矿井,应优先采用 地面钻井进行区域预抽。 2、加强井下区域预抽。矿井要开展区域预抽,具备条件的矿井 应将先期施工的开拓、准备巷道优先布置在岩层中,并利用顶底 板巷道进行煤层瓦斯预抽。煤与瓦斯突出矿井应采用采区顶、底 板岩巷穿层钻孔提前预抽掘进和回采工作面前方煤层瓦斯,采用 顺层长钻孔预抽工作面开采区域煤层瓦斯和下一个工作面开采区 域的煤层瓦斯等预抽煤层瓦斯的技术方法,确保突出煤层掘、采 之前抽采达标。 3、积极采用卸压区域预抽。煤层群开采的突出矿井应开采保护 层,可采煤层不能作为保护层开采的,可选择邻近不可采煤层作 为保护层开采;煤与瓦斯突出矿井应优先开采不突出或弱突出煤 层,高瓦斯矿井应优先开采低瓦斯煤层。同时,采用地面钻井或 井下巷道穿层钻孔等措施,抽采被保护层和邻近层的卸压瓦斯。

4、采用先进技术,加强煤层预抽。推广地面钻井、井下穿层钻孔大面积 预抽、顺层交叉长钻孔预抽、保护层开采卸压区域预抽等成熟、适用、先 进的瓦斯预抽技术;积极应用水力冲孔、水力割缝、水力压裂、深孔控制 预裂爆破等卸压增透技术,提高预抽效果。 5、提高瓦斯抽采装备水平。实施瓦斯分源抽采,建立高、低负压(浓度) 分开抽采系统和分区抽采系统,并留有一定的余量系数;推广使用大功率、 大流量抽采泵,加大抽采管路直径,减少系统阻力,保证孔口抽采负压大 于13千帕;积极推广大能力钻机、大直径长钻孔,提高单孔抽采量。 6、加强瓦斯预抽管理。定期测定、收集瓦斯基础参数,按规定开展瓦斯 等级鉴定和突出危险区域预测;加强抽采系统维护管理,严格钻孔的设计、 施工、验收;按要求安装排渣器、自动放水器和计量装置;钻孔、钻场、 管路系统等主要作业地点实行挂牌管理,定期测量负压、流量、浓度等参 数,并及时调整。实施先抽后采的矿井每月至少分析一次预抽情况,适时 评价预抽效果,提出区域性预抽评估报告,预抽评估报告作为石门揭煤、 采掘工作面编制施工组织措施的依据。 7、采取措施,提高瓦斯抽采率。充分发挥抽采设备能力,提高设备利用 率和抽采效率,及时更新制约抽采能力和效率的设备、管路和工艺技术, 并坚持 “密钻孔、高负压、严密封、长期抽”,最大限度的提高瓦斯抽采 效率和煤层瓦斯预抽量,提高矿井的瓦斯抽采率。 8、 努力提高瓦斯利用率,以用促抽。

第二节 瓦斯抽放管理
一、概述
规定: 规定: 当回采工作面瓦斯涌出量> /min; 当回采工作面瓦斯涌出量>5m3/min; 掘进工作面瓦斯涌出量> /min,采用通风方法解决瓦斯问题不合理时, 掘进工作面瓦斯涌出量 >3m3/min , 采用通风方法解决瓦斯问题不合理时 , 应该抽放瓦斯。 应该抽放瓦斯。 抽放瓦斯的方法: 抽放瓦斯的方法: 按瓦斯的来源分三类;开采煤层、邻近层、 按瓦斯的来源分三类;开采煤层、邻近层、采空区抽放 三类 按抽放的机理分为两类; 按抽放的机理分为两类;未卸压和卸压抽放 两类 按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、 按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放 三类 贯彻“先抽后采,监测监控,以风定产” 贯彻“先抽后采,监测监控,以风定产”十二字方针

二、开采煤层的瓦斯抽放
开采煤层的瓦斯抽放,是在煤层开采之前或采掘的同时, 开采煤层的瓦斯抽放,是在煤层开采之前或采掘的同时,用钻孔 或巷道进行该煤层的抽放工作。 或巷道进行该煤层的抽放工作。 1、未卸压的钻孔抽放 本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。 本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。 按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔; 按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔;按钻孔角度分为 上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。 上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。 钻孔参数: 钻孔参数: 钻孔方向 我国多为上向孔; 我国多为上向孔; 30—50m 孔间距 30 50m 孔口负压不超过14kPa 抽放负压 孔口负压不超过14kPa 70—100mm 钻孔直径 70 100mm 2、卸压的钻孔抽放

2、卸压的钻孔抽放
1)、随掘随抽 )、随掘随抽

2)、随采随抽 )、随采随抽 顶板走向钻孔, 顶板走向钻孔, 顶板巷道

采空区 图3

上向穿层钻 C13煤 孔 钻场 1782 ( 3 ) 底 板 抽 放巷 下 向 钻 11-2煤 孔

20~25m 50m

1782(1)工作 面 1782(3)底板抽放巷钻场钻孔布置图

三、邻近层的瓦斯抽放
邻近层含义 为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢? 为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢? 煤层开采后,在其顶板形成三个受采动影响的地带:冒落带、裂隙 煤层开采后,在其顶板形成三个受采动影响的地带:冒落带、 带和变形带,在其底板则形成卸压带。 增大。 带和变形带,在其底板则形成卸压带。λ增大。注意问题 参数:钻场位置;钻场或钻孔的间距;钻孔角度;钻孔进入的层位; 参数:钻场位置;钻场或钻孔的间距;钻孔角度;钻孔进入的层位; 孔径和抽放负压

四、采空区抽放
采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类 两类。 采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭 全封闭式抽放 式抽放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综 式抽放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综 密闭式抽放 合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽 合抽放等方式。 半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽 放巷道(如鸡西矿务局城子河煤矿) 放巷道(如鸡西矿务局城子河煤矿),在该巷道中布置钻场向下部采 空区打钻,同时封闭采空区入口, 空区打钻,同时封闭采空区入口,以抽放下部各区段采空区中从邻 近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个采煤工作面( 近层涌入的瓦斯 。 抽放的采空区可以是一个采煤工作面 ( 如松藻矿 务局打通二矿) 或一两个采区的局部范围( 务局打通二矿),或一两个采区的局部范围(如天府矿务局磨心坡煤 矿),也可以是一个水平结束后的大范围抽放(如中梁山矿务局)。 也可以是一个水平结束后的大范围抽放(如中梁山矿务局)

五、围岩瓦斯抽放
煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出 煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出 围岩裂隙和溶洞 或突出危险。为了施工安全, 或突出危险。为了施工安全,可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方 的溶洞裂隙带打钻,进行瓦斯抽放(如广旺矿务局唐家河煤矿) 的溶洞裂隙带打钻,进行瓦斯抽放(如广旺矿务局唐家河煤矿)。

六 、瓦斯抽放设备
抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和 抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检 钻机 测仪表。 测仪表。 钻机:根据钻孔深度选择,可用专用于打抽放钻孔的钻机( 钻机:根据钻孔深度选择,可用专用于打抽放钻孔的钻机(装有排放瓦 斯装置) 也可以用一般钻机。钻孔打好后,将孔口段直径扩大到100 100~ 斯装置),也可以用一般钻机。钻孔打好后,将孔口段直径扩大到100~ 120mm,插入直径70~80mm的钢管。 120mm,插入直径70~80mm的钢管。 mm 70 mm的钢管 封孔: 水泥砂浆封孔,也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。 封孔:用水泥砂浆封孔,也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度 视孔口附近围岩性质而定,围岩坚固时2 围岩松软时6 视孔口附近围岩性质而定,围岩坚固时2~3m,围岩松软时6~7m,甚至 10m左右。 10m左右。 其它:封孔后,必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、 其它:封孔后,必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管 (或抗静电塑料软管)、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。 或抗静电塑料软管) 闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。

1、抽放瓦斯的管道
一般用钢管或铸铁管。 一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因 素之一。 应根据预计的抽出量,用下式计算: 素之一。管道直径D(m)应根据预计的抽出量,用下式计算:

D =[(4Qc)/(60πv)]1/2

(9(9-7-1)

管内气体流量, /min; 管内气体流速,m/s; 式中; 式中; Qc --- 管内气体流量,m3/min; v ---- 管内气体流速,m/s; m/s<V<20m/s,一般取V=10~15m/s 20m/s V=10 m/s。 管内瓦斯流速 V:5m/s<V<20m/s ,一般取V=10 ~15m/s。这样才能使选 择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。 择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为: 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为: 采区的100mm~150mm, 采区的100mm~150mm, 100mm mm 大巷的150mm~300mm, 大巷的150mm~300mm, 150mm mm 井筒和地面的200mm~400mm。 井筒和地面的200mm~400mm。 200mm mm

管道阻力计算:管道铺设路线选定后,进行管道总阻力的计算,用来选择瓦斯泵。 管道阻力计算:管道铺设路线选定后,进行管道总阻力的计算,用来选择瓦斯泵。管 道阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样,即选择阻力最大的一路管道, 道阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样,即选择阻力最大的一路管道, 分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力,累加起来即为整个系统的总阻力。 分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力,累加起来即为整个系统的总阻力。 (Pa)可用下式计算 可用下式计算: 摩擦阻力hf (Pa)可用下式计算:

hf=(1-0.00446C)LQc2/kD5 =(1---管道的长度 管道的长度, ---管径 ---系数 见表(9 (9式中 L---管道的长度, m; D---管径 cm; k---系数 见表(9-7-3) Qc--管内混合气体的流量), m3/h;C---混合气体中的瓦斯浓度。 --管内混合气体的流量 管内混合气体的流量), /h; ---混合气体中的瓦斯浓度 混合气体中的瓦斯浓度。
表 管径cm 管径cm 3.2 4.0 k 5.0 7.0 0.056 8.0 0.058 0.05 0.051 0.053 力。 管道的总阻力hR-为: 9-7-3 10.0 0.063 12.5 0.068 15.0 >15.0 0.071 0.072

局部阻力一般不进行个别计算,而是以管道总摩擦阻力的10%~20% 局部阻力一般不进行个别计算,而是以管道总摩擦阻力的10%~20%作为局部阻 10%~20

hR = (1.1~1.2)∑ h fi

2、瓦斯泵
常用的瓦斯泵有,水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。 常用的瓦斯泵有,水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。 水环式真空泵的特点是真空度高、 负压大、流量小、安全性好( 水环式真空泵 的特点是真空度高、负压大 、 流量小 、 安全性好 ( 工 的特点是真空度高 作室内充满介质,不会发生瓦斯爆炸) 适用于抽出量不大, 作室内充满介质,不会发生瓦斯爆炸)。适用于抽出量不大,要求抽 放负压高矿井。 放负压高矿井。 离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大(20~1200m /min) 离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大(20~1200m3/min ),管道阻力 适用于瓦斯抽出量大 不高(4~5kPa)的抽放情况下。 不高( kPa)的抽放情况下。 回转式鼓风机的特点是,管道阻力变化时,风机的流量几乎不变, 回转式鼓风机的特点是,管道阻力变化时,风机的流量几乎不变, 的特点是 所以供气均匀,效率高。缺点是噪音大,检修复杂。 所以供气均匀,效率高。缺点是噪音大,检修复杂。

3、流量计
为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况,需要在总管、 为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况,需要在总管、支管和各个 钻场内安设测定瓦斯流量的流量计。目前井下一般采用孔板流量计, 钻场内安设测定瓦斯流量的流量计 。目前井下一般采用孔板流量计, 如图( 可用水柱计测出) 如图(9-7-11)所示。孔板两端静压差h( 可用水柱计测出)与流过孔 11)所示。孔板两端静压差h(可用水柱计测出 板的气体流量有如下关系式: 板的气体流量有如下关系式: /[0 716× 293( Q=9.7×10-4×K{h×P/[0.716×C +1.293(1-C)]}1/2 ( 9-7 -4) 温度为20 20℃ 压力为101 Pa时的混合气体流量 101. 时的混合气体流量, /min; 式中 Q--温度为20℃,压力为101.3Pa时的混合气体流量,m3/min; 孔板两端静压差,Pa; h--孔板两端静压差,Pa; 孔板出口端绝对静压,Pa; P--孔板出口端绝对静压,Pa; C--瓦斯浓度,%; 瓦斯浓度, 孔板流量系数, K--孔板流量系数,K=Kt×c×Sk×60 (m2.5/min) 流速收缩系数, 65; C1--流速收缩系数,取0.65; 孔板系数(加工精度好时取1 Kt--孔板系数(加工精度好时取1); 孔板孔口面积, Sk--孔板孔口面积,m2;

4、其它装置
1 )放水器 为了及时放出管道内的积水,以免堵塞管道。在钻孔附近和 为了及时放出管道内的积水, 以免堵塞管道。 管路系统中都要安装放水器。最简单的放水器为“ 管路系统中都要安装放水器。最简单的放水器为“U”形管自动放水器 当U型管内积水超过开口端的管长时,水就自动流出。 型管内积水超过开口端的管长时,水就自动流出。 2)防爆、防回火装置 防爆、 抽放系统正常工作状态遭到破坏,管内瓦斯浓度降低时, 抽放系统正常工作状态遭到破坏, 管内瓦斯浓度降低时, 遇到火源瓦 斯就有可能燃烧或爆炸。为了防止火焰沿管道传播,正常抽放时,瓦斯 斯就有可能燃烧或爆炸。 为了防止火焰沿管道传播, 正常抽放时, 由进气口进入,经水封器由出口排出。管内发生瓦斯燃烧或爆炸时, 由进气口进入,经水封器由出口排出。管内发生瓦斯燃烧或爆炸时,火 焰被水隔断、熄灭、爆炸波将防爆盖冲破而释放于大气中。 焰被水隔断、熄灭、爆炸波将防爆盖冲破而释放于大气中。 防回火网多由4 防回火网多由4~6层导热性能好而不易生锈的铜网构成,网孔约0.5mm 层导热性能好而不易生锈的铜网构成,网孔约0 规程》规定,利用瓦斯时,抽出瓦斯中的瓦斯浓度不得低于30 30% 《规程》规定,利用瓦斯时,抽出瓦斯中的瓦斯浓度不得低于30%; 不利用瓦斯时,用干式抽气设备,瓦斯浓度不得低于25%。 不利用瓦斯时,用干式抽气设备,瓦斯浓度不得低于25% 25 抽出的瓦斯,可以按其浓度的不同,合理地加以利用:浓度为35 35~ 抽出的瓦斯 , 可以按其浓度的不同 , 合理地加以利用 :浓度为35 ~ 40 %时,主要用作工业、民用燃料;浓度50%以上的瓦斯可以用作化工原 主要用作工业、民用燃料;浓度50% 50 料,如制造炭黑和甲醛。抚顺、阳泉、天府、中梁山和淮南等局矿都已 如制造炭黑和甲醛。抚顺、阳泉、天府、 建厂生产。 建厂生产。


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