《煤矿安全》张大伟，张伟民主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《煤矿安全》

【作　者】张大伟，张伟民主编

【丛书名】中等职业教育“十三五”规划教材

【页 数】 226

【出版社】 北京：煤炭工业出版社 , 2019.01

【ISBN号】978-7-5020-7164-6

【价 格】50.00

【分 类】煤矿-矿山安全-中等专业学校-教材

【参考文献】 张大伟，张伟民主编. 煤矿安全. 北京：煤炭工业出版社, 2019.01.

图书封面：

图书目录：

《煤矿安全》内容提要：

本书分65个模块，内容包括矿井瓦斯防治、矿井粉尘防治、矿井火灾防治、矿井水害防治、顶板事故与冲击地压防治、矿工自救互救等。其主要特点是：（1）本教材大部分内容来源于生产实践，既可在中等职业学校教学使用，也可在煤矿企业培训使用，还可供从事煤矿生产的工程技术人员和工人学习参考。（2）本教材的重点除了介绍煤矿井下五大事故灾害、相关仪器仪表的使用方法、相关的安全规程外，另一个重点是自救互救知识。（3）本教材有大量的实训案例，注重学生提高学生的职业素养和动手能力。实习教学与理论教学有机地结合在一起，体现了让学生“学会认知、学会做事、学会生存、学会共处”的先进教学理念。

《煤矿安全》内容试读

模块一矿井瓦斯防治、

模块一矿井瓦斯防治

矿井瓦斯（煤层气）是储存在煤层中以甲烷为主的有害气体(CH4、C02、C0、S02、

H,S、NO2、H2等)，俗称沼气，有时单指甲烷。它是在煤的生成和变质过程中伴生的气

体。本章所介绍的瓦斯，如不加特别说明，均指甲烷。

项目一矿井瓦斯基本知识

【知识目标】

1.掌握瓦斯在煤层中的赋存状态。

2.了解煤层瓦斯含量的影响因素。

3.了解矿井瓦斯涌出的形式。

4.掌握衡量瓦斯涌出量的指标。

【技能目标】

1.根据煤的性质和煤层赋存条件，会分析煤层瓦斯含量。

2.会计算绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。

3.根据矿井情况，分析影响矿井瓦斯涌出量的因素和矿井瓦斯来源。

任务一瓦斯在煤层中的赋存

瓦斯是在煤的生成和变质过程中伴生的气体。在成煤植物（古植物）堆积的初期，纤维素和有机质经厌氧细菌的作用分解而成瓦斯。此外，在高温和高压环境中，在煤变质的同时，煤经复杂的物理和化学作用会继续生成瓦斯。据研究人员研究，每形成11烟煤会生成600m3以上的瓦斯；从烟煤（长焰煤）变质到无烟煤，每吨煤又可生成大约240m的瓦斯。

一、瓦斯的性质

1.物理性质

瓦斯（甲烷，分子式CH)是一种无色、无味、无臭的气体；微溶于水，在标准大气

压下，20℃时100L水可溶3.31L瓦斯；标准状况下密度为0.716kg/m3,相对密度为

0.554,比空气轻，因此常积聚于巷道的顶板附近、上山及其他较高的地方；瓦斯的扩散性好，是空气的1.34倍，能从邻近煤层穿过岩层裂隙逸散到其他煤层的采空区和巷道中去。

2.化学性质

瓦斯不助燃，但达到一定浓度遇到高温火源能引起燃烧或爆炸：本身无毒，但空气中

·1·

煤矿安全

的浓度增多时，氧气浓度会相对减少，人会因缺氧而窒息。

二、瓦斯在煤层中的赋存状态

瓦斯主要赋存于地下煤层中。煤层中的瓦斯是煤形成过程中产生的，是煤的伴生物。瓦斯以游离状态和吸附状态存在于煤体和围岩中。游离状态也叫作自由状态，瓦斯以自由气体的状态存在于煤体或围岩的孔隙、裂缝之中，其量的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。瓦斯的存在状态如图1-1所示。游离状态的瓦斯分子在煤的孔隙或裂隙中能够自由运动，因而产生气体压力。

90

号0

1一游离状态瓦斯；2一吸附状态瓦斯；3一吸收状态瓦斯；4一煤；5一孔隙

图1-1瓦斯的存在状态

吸附状态又称结合状态，是瓦斯与煤或某些岩石结合成一体，不再以自由气体状态存在。按其结合形式不同又可分为吸着和吸收状态两种，如图1-1所示。吸着状态是指在分子引力作用下，煤、岩石表面分子将瓦斯分子吸附在其表面形成一个薄层；吸收状态是指瓦斯分子已进人煤、岩石分子团的内部，占据煤分子结构的空穴或煤分子之间的空间，其存在形式与气体溶解于液体类似。

在煤层内，无论是深部还是浅部，吸附状态的瓦斯量占煤层瓦斯含量的80%~90%，游离状态的瓦斯只占10%~20%。但是在断层和其他裂隙发育的地带，游离状态的瓦斯就有可能是瓦斯的主要赋存状态。

在没有受到开采影响的煤层中，游离状态的瓦斯和吸附状态的瓦斯处于一种动平衡状态，即吸附状态和游离状态的瓦斯分子处于不断交换之中，但从宏观上看，煤层中游离状态瓦斯和吸附状态瓦斯的总量基本不发生变化。在外界条件发生变化时，这种平衡则遭到破坏。当压力升高或温度降低时，部分游离状态瓦斯转变为吸附状态，这种现象称为吸附现象。当压力降低或温度升高时，又会有部分吸附状态瓦斯转变为游离状态，这种现象称为解吸现象。

三、煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量一般是指处于自然状态的单位质量或单位体积煤体中所含瓦斯（包括游离状态和吸附状态的瓦斯)的体积，单位为m3/m3或m3/t。

影响煤体中瓦斯含量的因素很多，可概括为两大类：一类是影响瓦斯生成量的因素，另一类是影响瓦斯保存和放散条件的因素。

·2

模块一矿井瓦斯防治幻

(一)影响瓦斯生成量的因素

(1)有机质。成煤前植物遗体中含有机质越多，含杂质越少，瓦斯的生成量越多。

(2)变质程度。煤的变质程度越高，含固定碳越多，瓦斯生成量越多。

(3)成煤时间。按地质条件，古老煤田成煤早，瓦斯生成量大。(二)影响瓦斯保存和放散条件的因素

1.煤的性质

1)孔隙率

煤的孔隙率大，储存游离瓦斯的空隙就大，瓦斯的吸附能力也大，储存的瓦斯就越多。

2)透气性

煤层的透气性越强，瓦斯就越容易逸散：反之，煤层的透气性越差，瓦斯就越容易保存下来。

3)水分含量

水分对瓦斯的储存也有一定影响，它不仅占据了空隙和吸附面，而且还可以溶解和带走瓦斯。因此，煤层含水越多，瓦斯相应就越少。

2.煤层的赋存条件1)煤层露头

在煤层形成以后的地质年代里或者在现代，如果有露头长时间与大气相通，煤层中的瓦斯容易逸散到大气中去，瓦斯含量就很小；反之没有露头的煤层，因不利于瓦斯的逸散，煤层中的瓦斯含量可能比较大。

2)煤层的埋藏深度

一般来说，煤层埋藏得越深，瓦斯含量就会越大。浅部煤层，特别是有露头存在时，煤层中的瓦斯容易逸散到大气中，瓦斯含量就会很小。通常，煤体中的瓦斯含量会随着煤层埋藏深度的增加而逐渐增大。

3)煤层倾角

瓦斯沿煤层的层面流动比垂直于层面流动容易，所以在相同的条件下，煤层的倾角越小，瓦斯含量越大。例如，淮南的九龙岗矿为急倾斜煤层，地表有露头，垂直深度830m处的相对瓦斯涌出量为5.3m3/1;而此煤田西部的谢二矿为倾斜煤层，无露头，表土冲击层厚度为28~30m,采深350m处的相对瓦斯涌出量为27.2m3/t。

3.围岩的性质

如果煤的围岩，特别是顶底板围岩致密完整，煤层中的瓦斯就容易被保存下来；反之，瓦斯则容易逸散。例如大同煤田与抚顺煤田作比较，尽管前者成煤年代早，煤的炭化程度高，但是其中的瓦斯含量比后者要小得多。其原因是大同煤田的顶板为孔隙发达的砂质页岩、砂岩和砾岩，透气性好，瓦斯容易逸散；而抚顺煤田的顶板为百余米厚的致密油母页岩和绿色页岩，有利于保存瓦斯。

4.地质构造

地质构造是影响瓦斯含量的主要因素。分析瓦斯分布规律时，必须着重考虑这方面的影响。

3

能煤矿安全

在地质构造附近，煤岩层遭受破坏，裂隙发育，煤层瓦斯含量尤其是游离瓦斯含量往往增加。这一点必须给予足够的重视，否则有可能造成事故。但是在有些情况下，地质构造附近的瓦斯含量也可能减少。一般来说，在拉应力作用下形成的开放性断层有利于排放瓦斯，而在压应力作用下形成的封闭性断层则有利于保存瓦斯。褶曲对煤层瓦斯含量的影响也很大。当顶板为致密岩层且未暴露时，一般情况下背斜区煤层中的瓦斯含量从两翼向轴部方向逐渐增大；向斜区的轴部瓦斯含量可能减少。当顶板为脆性岩层且裂隙较多时，在背斜轴部瓦斯含量相对较少，而向斜轴部相对较大。此外，在火成岩侵人体附近煤的炭化程度高，瓦斯含量可能增大。

5.水文地质条件

地下水活跃的地区，通常煤层瓦斯含量较小。这不仅是因为地下水能溶解带走瓦斯，还因为地下水活跃的地区往往存在大量透气性好的裂隙，这些裂隙也会成为瓦斯涌出的通道。瓦斯在水中的溶解度虽然很小，但是如果煤层中有大的含水裂隙或有流动的地下水通过，经过漫长的地质年代，就能从煤层中带走大量瓦斯，使煤层中瓦斯含量减少。

影响煤层瓦斯含量的因素多种多样，应根据具体情况分析，找出影响本煤田、本矿井瓦斯含量的主要因素，作为预测瓦斯含量和瓦斯涌出量的参考。

任务二矿井瓦斯涌出

在矿井建设和生产过程中，自受采动影响的煤层、岩层以及被采落的煤和岩石内向下空间释放瓦斯的现象称为瓦斯涌出。

一、矿井瓦斯涌出的形式

根据瓦斯涌出特性的不同，瓦斯涌出分为一般（普通）涌出和特殊（异常）涌出两种形式。一般涌出是普遍发生的不间断涌出，范围广，时间长，速度慢，涌出量在时间与空间上都比较均匀，总的涌出量很大。一般涌出是矿井瓦斯涌出的主要形式。特殊涌出是在某个时间与空间里突然发生的涌出，包括瓦斯喷出和煤与瓦斯突出，详见本模块项目五。

二、矿井瓦斯涌出量

矿井瓦斯涌出量是指一个矿井在生产过程中涌出到风流中的瓦斯总量。矿井瓦斯涌出量是衡量矿井瓦斯涌出状况的指标，通常有两种表示方法：矿井绝对瓦斯涌出量和矿井相对瓦斯涌出量。

1.矿井绝对瓦斯涌出量

矿井绝对瓦斯涌出量是指单位时间内从煤（岩）层以及采落的煤（岩）涌出的瓦斯量，常用单位有m3/min和m3/d。矿井绝对瓦斯涌出量用下式计算：

QcH4=Q总C

(1-1)

式中Qcm,一可矿井绝对瓦斯涌出量，m/min;

Q急—刊矿井总回风量，m3/min;

4

模块一矿井瓦斯防治《

C一矿井总回风流中的瓦斯浓度，%。

利用式(1-1)也可以计算矿井某一区域（一个工作面，一个采区，一个煤层等）的绝对瓦斯涌出量。

2.矿井相对瓦斯涌出量

矿井相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产条件下，平均每产1t煤涌出的瓦斯量，单位为m3/t。矿井相对瓦斯涌出量用下式计算：

Qcmn

=T

(1-2)

式中9cH,—矿井相对瓦斯涌出量，m/

QcH,—矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d;n一矿井月工作天数，d:

T—矿井月产量，t。

三、矿井瓦斯涌出量的影响因素

影响瓦斯涌出量的因素很多，可分为自然因素和开采技术因素。

1.自然因素

1)开采煤层和邻近煤（岩）层的瓦斯含量

一般情况下，开采煤层的瓦斯含量是影响矿井瓦斯涌出量的最主要因素。开采煤层的瓦斯含量高，其瓦斯涌出量也必然大；开采煤层本身的瓦斯含量并不高，但在开采煤层的上部或下部赋存有瓦斯含量大的煤层（通常称为邻近层）或岩层，由于受开采影响，这些邻近煤（岩）层中的瓦斯通过采动裂隙大量涌入开采煤层的采空区和生产空间，从而增加了矿井的瓦斯涌出量。这些是矿井瓦斯涌出量的决定因素。此外，邻近层的厚度、层数以及与开采层的间距等也都明显影响到矿井瓦斯涌出量。

2)大气压力

因为井巷系统和地面大气是通过进风井直接相通的，所以当地面大气压力发生变化时，井下的空气压力也同时发生变化。大气压力的变化主要影响采空区的瓦斯涌出。大气压力升高时，采空区的瓦斯涌出量会减少；大气压力下降时，采空区的瓦斯涌出量会增大。阳泉四矿的实测结果是：大气压力每变化133.32Pa(1mmHg),井下的瓦斯涌出量约增减0.456m3/min。

3)地质构造

当采掘工作面接近地质构造带时，瓦斯涌出量往往会发生很大变化。其大小主要取决于促成构造时地层受力状态和最终的成型构造类型。一般来说，受拉应力影响产生的开放性构造裂隙有利于排放瓦斯，受压应力影响产生的封闭性构造裂隙有利于积聚瓦斯。因此，当采掘工作面接近利于瓦斯积聚的封闭性构造裂隙时，瓦斯涌出量就会增大。

2.开采技术因素1)开采规模

开采规模是包括开采深度、开拓与开采范围和矿井产量的一个抽象指标。一般情况

5.

煤矿安全

下，开采深度越大，随着煤层瓦斯含量的增加，瓦斯涌出量也增加。在瓦斯的赋存条件相同时，开拓、开采范围越大，矿井绝对瓦斯涌出量也就越大，而矿井相对瓦斯涌出量变化不大。

矿井产量与矿井瓦斯涌出量的关系比较复杂。矿井绝对瓦斯涌出量随产量变化的一般规律是：在矿井开拓初期，矿井绝对瓦斯涌出量随开拓范围的增大而增加；矿井进入采煤生产阶段以后，绝对瓦斯涌出量大致正比于产量。当矿井的产量达到一定水平并比较稳定时，其绝对瓦斯涌出量也基本稳定于某一数值。在此期间，即使产量在较短时间内发生波动（如组织高产），对绝对瓦斯涌出量影响也不大。当矿井开采工作进入收缩阶段时，矿井绝对瓦斯涌出量会随产量的下降而减少，但减少至某一数值后就不再减少了。矿井相对瓦斯涌出量随产量变化的一般规律是：在矿井开拓和生产初期，因产量较少，即使绝对瓦斯涌出量不大，相对瓦斯涌出量也可能较大（可达20~40m1)。当矿井开采具有一定规模以后，如果矿井涌出的瓦斯主要来源于采落的煤炭，产量变化时对绝对瓦斯涌出量的影响比较明显，对相对瓦斯涌出量影响不大；如果矿井涌出的瓦斯主要来源于采空区，产量变化时，绝对瓦斯涌出量变化较小，相对瓦斯涌出量则有明显变化。

2)开采顺序与回采方法

开采近距离煤层或厚煤层采用分层开采时，首先开采的煤层或分层瓦斯涌出量较大。例如辽源煤矿厚煤层采用分层开采，如开采全煤层的平均相对瓦斯涌出量为100%，则开采第一分层时的相对瓦斯涌出量为180%，第二分层时为107%，第三分层时为70%，第四分层时为47%。

采用回采率低的采煤方法时，瓦斯涌出量较大。采用全部垮落法管理顶板比采用充填法管理顶板能造成顶板更大范围的破坏与松动，因此应用该方法开采近距离煤层时可能使瓦斯涌出量大量增加。回采工作面来压期间，瓦斯涌出量可能大量增加。例如，焦作矿务局焦西矿，周期来压时的瓦斯涌出量比正常生产时增加50%~80%。

3)生产工艺过程

同一个工作面，一般在爆破或割煤时的瓦斯涌出量最高，进行其他工序时的瓦斯涌出量相对较小。表1-1中的数据是焦作矿务局焦西矿的回采工作面正常生产过程中瓦斯涌出量的变化情况。

表1-1焦西矿回采工作面正常生产过程中瓦斯涌出量的变化

工序

正常生产

爆破

放顶

移刮板输送机清底

瓦斯涌出量（倍数关系）】

1.00

1.50

1.00-1.20

0.80

4)通风压力

矿井通风压力的变化不但会使井下的空气压力发生变化，而且还会使井下漏风风路两侧的压力差发生变化，这两种因素都会影响矿井瓦斯的涌出量。矿井采用抽出式通风时，矿井瓦斯涌出量会随通风压力的增大而增大。矿井采用压入式通风时的情况则比较复杂，因为矿井通风压力增大时，井下空气压力增大，这种因素对瓦斯涌出有抑制作用：但是通风压力增大时，漏风风路两端的压力差也会增大，这种因素又会使瓦斯涌出量增加。表

6.

···试读结束···