10_礦井瓦斯與防治

1、1,中國(guó)礦業(yè)大學(xué),礦井通風(fēng)與安全,10.1 概述10.2 礦井瓦斯的生成及賦存10.3 礦井瓦斯涌出10.4 礦井瓦斯的噴出及預(yù)防10.5 煤和瓦斯突出及其預(yù)防10.6 礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防10.7 礦井瓦斯檢測(cè)及監(jiān)測(cè)10.8 礦井瓦斯抽放,第10章 礦井瓦斯防治,10.1 概述,10.1.1. 礦井瓦斯的概念 廣義：井下有害氣體的總稱。 來(lái)源： (1)煤巖內(nèi)賦存的氣體

2、 (2)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體 (3)井下空氣與礦物及其他材料反應(yīng)產(chǎn)生的氣體 (4)放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生惰性氣體氡（放射性）和氦 狹義：由于煤層中的瓦斯一般以甲烷為主，所以在煤礦中礦井瓦斯專指甲烷,10.1.2. 甲烷的性質(zhì)　　無(wú)色、無(wú)味，微溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下100L水可溶解5.56L甲烷；可燃性、爆炸性、窒息性；密度為0.716kg/m3 ，為空氣密度的0.554倍；分子直徑0.41nm，擴(kuò)散速度是空

3、氣的1.34倍；高熱值：55.67MJ/kg；低熱值：50.17 MJ/kg熱導(dǎo)率：0.0306W/m℃（在20℃時(shí)0.0328 W/m·℃）；動(dòng)力粘度：（10.26+0.0305t）×10.6Pa·s（溫度t＝0～100°C）；,10.2 礦井瓦斯的生成及賦存,10.2.1 煤層瓦斯的生成　　煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物在成煤過(guò)程中生成的 ，主要可以劃分為兩個(gè)生成階段　　第一階段：生物化學(xué)

4、成氣時(shí)期 　　在植物沉積成煤初期的泥炭化過(guò)程中，有機(jī)物在隔絕外部氧氣進(jìn)入和溫度不超過(guò)65℃的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。,第二階段：煤化變質(zhì)作用時(shí)期 　　隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤并進(jìn)人變質(zhì)作用時(shí)期，有機(jī)物在高溫、高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時(shí)生成的氣體主要為CH4和CO2 。,10.2.2 煤層瓦斯賦存1、瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) 　游離瓦斯：以自由氣體形式存在；

5、　吸附瓦斯：分為吸著狀態(tài)與吸收狀態(tài)； 在現(xiàn)今開采深度內(nèi)，煤層內(nèi)的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10％左右,2 、煤層瓦斯垂向分帶： 當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時(shí)，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征: 瓦斯風(fēng)化帶： “CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三帶統(tǒng)稱瓦斯風(fēng)化帶。瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)的井、區(qū)為低瓦斯井、區(qū)。 甲烷帶：

6、位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的瓦斯帶。,表10-1 煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分,3、煤的孔隙特征煤的孔隙分類：微孔：直徑100µm，構(gòu)成層流及紊流混合滲透的 區(qū)間滲透容積：小孔至可見孔的孔隙體積之和煤的孔隙率：吸附容積與滲透容積之和稱為總孔隙體 積，總孔隙體積占煤的體積的百分比成為煤的孔隙率,4、煤層瓦斯壓力　概念：煤層裂隙和孔隙內(nèi)由于氣體分子熱運(yùn)動(dòng)撞擊所產(chǎn)生的作用力 　意義：煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、

7、瓦斯流動(dòng)動(dòng)力高低以及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的基本參數(shù) 　測(cè)量原理：打一穿透待測(cè)煤層(或直接打在煤層中)的鉆孔，插入一根測(cè)壓管(5mm～12mm的銅管或10mm～13mm的鍍鋅鐵管)后再把鉆孔封堵好，在測(cè)壓管的外端接上壓力表，待壓力穩(wěn)定后就可以讀取瓦斯壓力值。,5 、 煤層瓦斯含量　　1）概念：?jiǎn)挝惑w積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦 斯量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯體積)，包括游離瓦斯和吸附瓦斯兩部分　　2）影響因素煤巖結(jié)構(gòu)(如透氣性)和物理化學(xué)特

8、性(如吸附性能)成煤后的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)構(gòu)造煤層的賦存條件,3） 煤的瓦斯含量確定煤內(nèi)游離瓦斯含量Xy (m3/t煤) 式中 V——煤的滲透容積，m3/t煤； P——瓦斯壓力，kPa； T0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的絕對(duì)溫度(273K)； T——瓦斯的絕對(duì)溫度； P0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，等于101.3kPa； ξ——瓦斯的壓縮

9、系數(shù),煤的吸附瓦斯含量 　煤的表面積是很大的，每克煤有數(shù)十至二百m2，其中微孔表面積占絕大多數(shù)，吸附瓦斯量主要取決于微孔隙表面積、瓦斯壓力與溫度。煤的吸附瓦斯服從朗繆爾吸附方程。按朗繆爾方程計(jì)算并考慮煤中水分、可燃物的百分比，溫度的影響：式中 p——瓦斯壓力，MPa； a——在該溫度下，極限吸附量，m3/t可燃物； b——取決于溫度和煤的吸附性能常數(shù)，kPa-1

10、。,A,W——煤中的灰分與水分，%； 　 t0——實(shí)測(cè)室測(cè)定吸附常數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)溫度℃ 　t——煤層溫度，℃ 　 n——系數(shù)，無(wú)因次，按下式確定 煤層瓦斯含量等于吸附含量與游離含量之和： X＝Xy＋Xx 　　實(shí)測(cè)表明，在目前開采深度(1000～2000m以內(nèi))煤層

11、的吸附瓦斯占70～95%，而游離瓦斯占5～30%。,,10.3 礦井瓦斯涌出,10.3.1 煤層瓦斯流動(dòng)的基本規(guī)律 煤層與圍巖屬于孔隙－裂隙結(jié)構(gòu)體，不同煤層和巖層的孔隙、裂隙尺寸、結(jié)構(gòu)形式以及發(fā)育程度等的差別式很大，并且對(duì)地應(yīng)力的作用很敏感。1、煤層瓦斯流場(chǎng)分類 概念：煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)的空間稱為煤層瓦斯流場(chǎng)，在流場(chǎng)內(nèi)瓦斯具有流向、流速和壓力梯度和濃度梯度,1）按流場(chǎng)的流向分類：?jiǎn)蜗蛄鲌?chǎng)：在x、y、z三維空間中，只有一個(gè)方向

12、有流速；徑向流場(chǎng)：在x、y、z三維空間中，在兩個(gè)方向有分速度，可以用柱坐標(biāo)系描述；球向流場(chǎng)：在x、y、z三維空間中，三個(gè)方向都有分速度，可以用球坐標(biāo)系描述。2）按流場(chǎng)的穩(wěn)定性分類：定常流場(chǎng)：流場(chǎng)中任何一點(diǎn)的流速、流向和瓦斯壓力均不隨時(shí)間變化。非定常流場(chǎng)；流場(chǎng)中的流速、流向或瓦斯壓力中至少有一參數(shù)隨時(shí)間變化。,2 、擴(kuò)散流與滲透流 瓦斯在孔隙－裂隙內(nèi)的運(yùn)移基本上可以分為兩類：1）擴(kuò)散流動(dòng)：瓦斯在小孔（<1µ

13、;m）和微孔（<0.1µm）內(nèi)的運(yùn)移主要為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，瓦斯在濃度梯度驅(qū)動(dòng)下從高濃度向的濃度的方向運(yùn)移，可以用菲克定律描述：　　ux＝在x方向上的擴(kuò)散流的速度（m/s） 　　 D＝擴(kuò)散系數(shù)（m2/s但更多用的是cm2/s） 　　c＝特定氣體的濃度（m3/m3煤）,2）滲透流動(dòng)　　瓦斯在中孔（ >1µm ）以上的孔隙或裂隙中的運(yùn)移，可能有兩種形式：層流和紊流層流：層流又可以分為線性層流和非線性層

14、流線性層流：Re100，慣性力占優(yōu)勢(shì)，流動(dòng)阻力與流速的平方成正比。,,,達(dá)西定律：流體的流速與其壓力梯度成正比，即 u＝瓦斯流速（m/s） k＝滲透率（m2） 　μ＝動(dòng)態(tài)粘滯度（Pa·m） ＝氣壓梯度（Pa/m）,10.3.2 瓦斯涌出量及主要影響因素　　礦井瓦斯涌出量是指在礦井生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中涌進(jìn)巷道或管道的瓦斯量。其表達(dá)的方法有兩種：　　絕對(duì)瓦斯涌出量——單位時(shí)間內(nèi)涌入巷

15、道的瓦斯量，以體積表示，單位為m3/min 或m3/d ；　　相對(duì)瓦斯涌出量——每采一噸煤平均涌出的瓦斯量，單位是m3/t。,絕對(duì)瓦斯涌出量與相對(duì)瓦斯涌出量之間的關(guān)系為： qe——相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t； qa——絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/d； A——單位時(shí)間內(nèi)采掘地區(qū)的產(chǎn)煤量，t/d。,,影響瓦斯涌出量的因素主要有：　　1) 煤層和圍巖的瓦斯含量 在甲烷帶內(nèi)，開采越深、規(guī)模越大，絕對(duì)、相對(duì)瓦斯涌出

16、量越高。 2) 開采順序與回采方法 先開采的煤層或分層，其相對(duì)瓦斯涌出量大，后開采的瓦斯涌出量小。瓦斯工作面開始回采初期瓦斯涌出量小，當(dāng)頂板第一次冒落以后，由于圍巖及鄰近層的瓦斯涌入開采層，所以涌出量增加。,3)生產(chǎn)工藝過(guò)程　　從暴露面采落煤炭和鉆孔涌出的瓦斯量，一般都是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸下降。所以，落煤時(shí)瓦斯涌出量總是大于其它工序，老頂來(lái)壓冒落時(shí)涌出量高于其它時(shí)期?！　÷涿簳r(shí)瓦斯涌出量與煤的瓦斯含量、落煤速度、

17、煤的粉碎程度等有關(guān)。風(fēng)鎬落煤時(shí)，瓦斯涌出量可增大1.1～1.3倍，打眼放炮時(shí)1.4～2.0倍，采煤機(jī)采煤時(shí)，1.3～1.6倍，水槍落煤時(shí)，2～4倍等，其增加的倍數(shù)與工作面瓦斯來(lái)源的構(gòu)成有關(guān)。開采單一中厚煤層，落煤時(shí)增加的倍數(shù)比開采有鄰近層的煤層要大些。,4) 通風(fēng)壓力與通風(fēng)系統(tǒng) 抽出式通風(fēng)負(fù)壓增加時(shí)，瓦斯涌出量增大。 U型通風(fēng)系統(tǒng)的回采工作面，其上隅角容易聚積瓦斯。采用U型加尾巷的通風(fēng)系統(tǒng)，瓦斯聚積點(diǎn)移至采空區(qū)內(nèi)的尾巷入

18、風(fēng)口。Y形與W型通風(fēng)系統(tǒng)由于采空區(qū)內(nèi)有漏風(fēng)通道，采空區(qū)與鄰近層涌出的瓦斯很少會(huì)涌入工作面，加之進(jìn)風(fēng)多了一條風(fēng)路，工作面的瓦斯?jié)舛容^低，適用于高瓦斯高產(chǎn)要求。,10.3.3 瓦斯涌出不均系數(shù)　　在正常生產(chǎn)過(guò)程中，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量受各種因素的影響，其數(shù)值在一段時(shí)間內(nèi)圍繞平均值上下波動(dòng)，我們把其峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。在確定礦井總風(fēng)量選取風(fēng)量備用系數(shù)時(shí)，要考慮礦井瓦斯涌出不均系數(shù)。,礦井瓦斯涌出不均系數(shù)表示為：

19、 kg——給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)； Qmax——該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m3／min； Qa——該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3／min。　　任何礦井的瓦斯涌出在時(shí)間上與空間上都是不均勻的。在生產(chǎn)過(guò)程中要有針對(duì)性地采取措施，使瓦斯涌出比較均勻穩(wěn)定。例如盡可能均衡生產(chǎn)，錯(cuò)開相鄰工作面的落煤、放頂時(shí)間等。,9.3.4 礦井瓦斯等級(jí)1、礦井瓦斯等級(jí)劃分　　《規(guī)程》規(guī)定：一個(gè)礦井中，只要有一個(gè)煤(巖)層中發(fā)現(xiàn)過(guò)瓦斯

20、，該礦井即定為瓦斯礦井，并依照礦井瓦斯等級(jí)的工作制度進(jìn)行管理，礦井瓦斯等級(jí)按照日產(chǎn)噸煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式分為：,（一）低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/min?！　。ǘ└咄咚沟V井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。　?。ㄈ┟海◣r）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井?！　∶号c瓦斯突出礦井: 礦井在采掘過(guò)程中，只要發(fā)生過(guò)一次煤與瓦斯突

21、出，該礦井即為突出礦井煤層定為突出煤層。,2、 礦井瓦斯等級(jí)鑒定　　新礦井設(shè)計(jì)前，地質(zhì)勘探部門根據(jù)各煤層的瓦斯含量資料，預(yù)測(cè)礦井瓦斯等級(jí)，作為算風(fēng)量的依據(jù)。生產(chǎn)礦井每年必須進(jìn)行礦井瓦斯等級(jí)的鑒定工作，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行礦井二氧化碳涌出量的測(cè)定，作為核定和調(diào)整風(fēng)量的依據(jù)。,1)鑒定時(shí)間和基本條件 　　礦井瓦斯等級(jí)的鑒定工作應(yīng)在正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇礦井絕對(duì)瓦斯涌出量較大的月份進(jìn)行，一般在七月或八月。在鑒定月的上

22、、中、下旬中各取一天(間隔10天)，分三個(gè)班(或四個(gè)班)進(jìn)行測(cè)定工作。所謂正常生產(chǎn)，即被鑒定的礦井、煤層、一翼、水平或采區(qū)的回采產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到該地區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的60％。測(cè)定前必須做好組織分工和儀表校正等準(zhǔn)備工作。,2)測(cè)點(diǎn)選擇和測(cè)定內(nèi)容及要求　　確定礦井瓦斯等級(jí)時(shí)，是按每一自然礦井、煤層、一翼、水平和各采區(qū)分別計(jì)算相對(duì)瓦斯涌出量，并取其中最大值(而不是全礦井的平均值)。所以測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在每一通風(fēng)系統(tǒng)的主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)峒、各水平、各煤層和各采區(qū)的

23、回風(fēng)道測(cè)風(fēng)站內(nèi)。如無(wú)測(cè)風(fēng)站，可選取斷面規(guī)整并無(wú)雜物堆積的一段平直巷道做測(cè)點(diǎn)。,測(cè)定內(nèi)容為風(fēng)量和風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?。如果進(jìn)風(fēng)流中含有瓦斯時(shí)，還應(yīng)在進(jìn)風(fēng)流中測(cè)風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?。進(jìn)、回風(fēng)流的瓦斯涌出量之差，就是鑒定地區(qū)的瓦斯涌出量。抽放瓦斯的礦井，在鑒定月內(nèi)應(yīng)在相應(yīng)的地區(qū)測(cè)定抽出的瓦斯量，礦井瓦斯等級(jí)劃分時(shí)，必須包括抽放的瓦斯量。每一測(cè)定班的測(cè)定時(shí)間應(yīng)選在生產(chǎn)正常時(shí)刻，并盡可能在同一時(shí)刻進(jìn)行測(cè)定工作。,3) 礦井瓦斯等級(jí)的確定 礦井瓦斯等

24、級(jí)以最大的相對(duì)瓦斯涌出量和有、無(wú)煤與瓦斯突出，按分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定。并附以必要的文字說(shuō)明，如產(chǎn)量、采掘比例、地質(zhì)構(gòu)造等因素和瓦斯噴出、煤與瓦斯突出等情況，報(bào)上級(jí)審批。 正在建設(shè)中的礦井，也應(yīng)進(jìn)行瓦斯等級(jí)的鑒定，如果鑒定結(jié)果，特別是在煤層揭開以后，實(shí)際的瓦斯涌出量超過(guò)原設(shè)計(jì)確定的等級(jí)時(shí)，應(yīng)提出修改礦井瓦斯等級(jí)的專門報(bào)告，報(bào)原設(shè)計(jì)審批單位批準(zhǔn)。,10.3.5 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)　　設(shè)計(jì)礦井或生產(chǎn)礦井的新區(qū)(新采區(qū)、深部水平)，需要預(yù)先掌

25、握其瓦斯等級(jí)和瓦斯涌出量，作為礦井、水平和采區(qū)設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)某些巳知數(shù)據(jù)，按照一定的方法預(yù)先測(cè)算出設(shè)計(jì)區(qū)域瓦斯涌出量的數(shù)值，稱作礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。,預(yù)測(cè)相對(duì)瓦斯涌出量的方法：礦山統(tǒng)計(jì)法 （多用于生產(chǎn)礦井）瓦斯含量法 （用于新礦井）1)礦山統(tǒng)計(jì)法 礦山統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)已往礦井生產(chǎn)中的相對(duì)瓦斯涌出量與開采深度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，外推未來(lái)深部水平相對(duì)瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)方法。,實(shí)際使用這種方法時(shí)，一般分為兩步：　　首先將礦井歷年

26、生產(chǎn)過(guò)程中積累的實(shí)際相對(duì)瓦斯涌出量按其對(duì)應(yīng)的開采深度，計(jì)算出相對(duì)瓦斯涌出量的梯度；　　第二步根據(jù)相對(duì)瓦斯涌出量梯度a，計(jì)算出煤層深部開采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量值。,注意事項(xiàng)：　　1) 此法只適用于甲烷帶內(nèi)，外推的深度不應(yīng)超過(guò)100～200m，a值越小，外推的深度也應(yīng)越小，否則可能有較大的誤差。 　　2) 預(yù)測(cè)精度決定于原始統(tǒng)計(jì)資料的精度與數(shù)量以及預(yù)測(cè)區(qū)域同已采區(qū)域在地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件上的相似程度。,為了比較精確地預(yù)測(cè)相對(duì)瓦斯

27、涌出量，應(yīng)該在礦井開采層面圖上標(biāo)出各個(gè)已采區(qū)段的相對(duì)瓦斯涌出量，把相對(duì)瓦斯涌出量相同的點(diǎn)連成等相對(duì)瓦斯涌出量線。對(duì)于外推的區(qū)域，根據(jù)對(duì)應(yīng)地點(diǎn)的瓦斯涌出量梯度與底板等高線的深度，用虛線畫出預(yù)測(cè)的等相對(duì)瓦斯涌出量線，如圖2-14所示。這種等瓦斯涌出量線圖清晰簡(jiǎn)明，不僅反映出傾斜方向上瓦斯涌出量變化，而且也反映出走向方向上的變化。,2）煤層瓦斯含量法　　采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量等于平均開采一噸煤各瓦斯源涌出的瓦斯量之和。預(yù)測(cè)公式為：

28、 式中,n’——圍巖涌出瓦斯量占回采煤層瓦斯涌出的比例系數(shù)，應(yīng)實(shí)測(cè)得出，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，對(duì)于全部陷落法管理頂板，可考慮，n’＝0.2，局部充填法，n’＝0.15, 全部充填法，n’＝0.1；　　　 m1、m——分別為殘留分層、回采分層的厚度，m；,γ1，γ—分別為殘留分層、回采分層煤的容重t／m3； Z—煤柱煤量占回采煤量的百分比，％； K——采空區(qū)殘留浮煤占回采煤量的百分比，％； X——開采層原始瓦斯含量

29、，m3／t； X1——運(yùn)出采區(qū)的煤殘留的瓦斯含量， m3/t，需實(shí)測(cè)； X2——煤柱殘留瓦斯含量，m3/t； X3 ——采空區(qū)殘留煤的殘余瓦斯含量，m3/t； n——向開采層采空區(qū)涌出瓦斯的鄰近層的數(shù)目； ml——第l鄰近層(或煤線)的厚度，m； hl—第l鄰近層距開采層的法線距離，m。,Xl——鄰近層煤層的瓦斯含量， m3/t，需實(shí)測(cè)；　　Xl1——鄰近層煤若運(yùn)出采區(qū)的殘留瓦斯含量， m3/t；

30、　　hj——鄰近層向開采層采空區(qū)涌出瓦斯的極限距離，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，可按下式近似求得； hj＝Nm(D±COSα)式中，N與D—由頂板管理方法、層間巖性結(jié)構(gòu)系數(shù)決定；　　　對(duì)于采厚m≤2.5m條件下：　　　　使用全部陷落法管理頂板時(shí)，N＝60，　　　　 局部充填法管理頂板時(shí)， N＝45，D＝1.2；　　對(duì)于m>2.5m，必須根據(jù)試驗(yàn)資料來(lái)確定；α—煤層傾角，±—＋適用

31、于上鄰近層，－適用于下鄰近層。,10.4 礦井瓦斯噴出及其預(yù)防,10.4.1 概念：瓦斯噴出是指大量承壓狀態(tài)下的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。它是瓦斯特殊涌出中的一種形式。10.4.2 特點(diǎn)：是瓦斯在短時(shí)間內(nèi)從煤、巖層的某一特定地點(diǎn)突然涌向采礦空間，而且涌出量可能很大，風(fēng)流中的瓦斯突然增加。由于噴出瓦斯在時(shí)間上的突然性和空間上的集中性，可能導(dǎo)致噴出地點(diǎn)人員的窒息、高濃度瓦斯在流動(dòng)過(guò)程中遇高溫?zé)嵩从锌赡馨l(fā)生爆炸、有時(shí)強(qiáng)大的噴出還可以

32、產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)并導(dǎo)致破壞作用。,10.4.3 瓦斯噴出的分類：　　瓦斯噴出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙內(nèi)，積存著大量高壓游離瓦斯，當(dāng)采掘工作接近或溝通這樣的地區(qū)時(shí)，高壓瓦斯就能沿裂隙突然噴出，如同噴泉一樣。根據(jù)噴瓦斯裂縫呈現(xiàn)原因的不同，可把瓦斯噴出分成地質(zhì)來(lái)源和采掘卸壓形成的兩大類。,1、地質(zhì)來(lái)源　　例如，四川中梁山煤礦南井在+390水平茅口石灰?guī)r中掘進(jìn)運(yùn)輸大巷時(shí)，當(dāng)掘進(jìn)工作接近一處積聚著大量游離瓦斯的溶洞時(shí)，放炮時(shí)與連通

33、溶洞的裂隙(兩條各寬10～100 mm)溝通引發(fā)了瓦斯噴出。當(dāng)時(shí)，隨炮聲響起一轟鳴聲，像壓氣管破裂似地從裂縫中大量噴出瓦斯(甲烷)，“霧”氣彌漫，充滿整個(gè)回風(fēng)巷，兩小時(shí)后測(cè)得瓦斯流量為486m3/min，噴出時(shí)間持續(xù)兩周，共噴出瓦斯3.6×105 m3。,2、 采掘卸壓　　如南桐煤礦三號(hào)層（層厚0.4m，傾角27°，距地表310m）0307工作面回采了346m2時(shí)出現(xiàn)瓦斯涌出的“嘶嘶”聲，隨后出現(xiàn)底板破裂，裂縫寬達(dá)

34、100mm，底板上鼓最高達(dá)0.6m，支柱折斷，瓦斯突然大量噴出。噴出的瓦斯使供風(fēng)量為200m3／min的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)距離達(dá)180 m，瓦斯?jié)舛仍?0％以上，估計(jì)初期的瓦斯噴出量為500 m3／min，4小時(shí)后為26m3／min，噴出持續(xù)109小時(shí)，總噴出量為75100m3。這是典型的由卸壓產(chǎn)生裂隙及原有構(gòu)造裂隙張開，形成卸壓瓦斯噴出的通道而引發(fā)的瓦斯噴出。,噴出的瓦斯量和持續(xù)時(shí)間，決定于積存的瓦斯量和瓦斯壓力，從幾m3到幾十萬(wàn)m3，幾分鐘到

35、幾年，甚至幾十年。 瓦斯噴出的預(yù)兆，如風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍黾?，或忽大忽小，嘶嘶的噴出聲，頂?shù)装鍋?lái)壓的轟鳴聲，煤層變濕、變軟等。,10.4.4 瓦速噴出的防治1、原始洞縫中瓦斯噴出的防治1) 加強(qiáng)地質(zhì)工作。施工前一定要通過(guò)前探鉆孔探明采掘區(qū)域與巖巷(井)前方的地質(zhì)構(gòu)造，溶洞裂縫的位置分布以及瓦斯的儲(chǔ)量。預(yù)先制訂好防治噴出的設(shè)計(jì)與安全措施 。,2) 利用封堵、引排、抽放等綜合方法處理瓦斯。如果通風(fēng)方法解決不了噴出的瓦斯，則可用罩

36、子或其它設(shè)施將噴出裂隙封蓋好，并利用管路把瓦斯引排到回風(fēng)巷或地面?；蛟O(shè)置引排罩，利用管路將瓦斯排出或抽出。不能使用引排罩時(shí)，可以打鉆孔抽放。當(dāng)瓦斯噴出十分強(qiáng)烈不能采用上述方法時(shí)，必須把噴出瓦斯巷道密閉?！　?) 搞好通風(fēng)和嚴(yán)格瓦斯檢查制度、防止瓦斯超限。,2 、采掘地壓形成裂縫中瓦斯噴出的防治　　開采近距離煤層時(shí)，必須防止被解放層初期卸壓的瓦斯突然涌入解放層的采掘工作面?！　?) 搞好地質(zhì)工作，掌握層間巖石性質(zhì)與厚度的變化，了解鄰

37、近層的瓦斯壓力和瓦斯含量，地壓的大小等?！　?) 根據(jù)初期卸壓面積計(jì)算卸壓瓦斯量。確定預(yù)排初期卸壓瓦斯鉆孔的數(shù)量及孔位。盡可能提高抽放瓦斯負(fù)壓，以求增大預(yù)排瓦斯量。,3) 加強(qiáng)職工安全教育，人人掌握瓦斯噴出預(yù)兆，配備隔絕式自救器，熟悉避災(zāi)路線　　4) 搞好頂板管理，加強(qiáng)支架質(zhì)量檢查，必要時(shí)采取人工卸壓措施，以防大面積突然卸壓?！　?) 搞好工作面通風(fēng)，加強(qiáng)瓦斯檢查，掌握瓦斯涌出動(dòng)態(tài)與抽放動(dòng)態(tài)，以便預(yù)報(bào)瓦斯噴出。,10.5 煤與瓦

38、斯突出及其預(yù)防,10.5.1 煤礦井下動(dòng)力現(xiàn)象及分類 　　1、煤礦井下的動(dòng)力現(xiàn)象，指的是發(fā)生在巷道周圍的一切具有運(yùn)動(dòng)和聲響特征的現(xiàn)象。 　　2、任何一種井下動(dòng)力現(xiàn)象的發(fā)生都離不開“力”和“介質(zhì)”。因此，對(duì)井下動(dòng)力現(xiàn)象的分類應(yīng)該從“力”和“介質(zhì)”兩個(gè)方面進(jìn)行。,3、 動(dòng)力現(xiàn)象分類的結(jié)果,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,煤與瓦斯突出　　在采掘過(guò)程中，突然從煤（巖）壁內(nèi)部向采掘空間噴出煤巖和瓦斯的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出，簡(jiǎn)稱突出。,自行沖破巖柱

39、突出實(shí)例,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分

40、析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,南桐東林礦石門突出,突出煤量130t,煤與瓦斯突出實(shí)例及分析,66,大平煤礦“10.20”特大瓦斯事故技術(shù)分析圖示,,,,,大平煤礦“10.20”事故瓦斯突出及擴(kuò)散過(guò)程演示,,,,,,,,,大平煤礦“10.20”瓦斯爆炸傳播過(guò)程演示,10.5.2 煤與瓦斯突出的概念：　　指煤與瓦斯在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)突然

41、地連續(xù)地自煤壁暴露面拋向巷道空間所引起的動(dòng)力現(xiàn)象。煤與瓦斯突出是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。,突出的基本特征：　　(1) 拋出的固體物具有明顯的氣體搬運(yùn)特征。在突出現(xiàn)場(chǎng)可以看到突出的煤和巖塊從突出口搬至較遠(yuǎn)的地方，甚至拐了幾個(gè)彎；煤、巖塊的堆積角度小于自然安息角；堆積物中大的顆粒落在近處和下部，小的顆粒飄到遠(yuǎn)處并覆蓋在突出物的上方，這種現(xiàn)象也稱為分選性堆積。　　(2) 突出物中呈現(xiàn)出明顯的高壓氣體爆炸的特征。軟煤被拋出后，由于其中的高壓氣

42、體迅速膨脹，破碎煤體，因而突出物中含有大量的極細(xì)的粉塵。有時(shí)候突出過(guò)程還對(duì)拋出的軟煤進(jìn)行了重新固結(jié)和搗實(shí)，需要鎬刨才能運(yùn)走。,(3) 突出的孔洞具有一些特殊的形狀。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的軸線往往沿煤層傾斜方向延伸或與傾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的長(zhǎng)度約為幾米到幾十米。有時(shí)候則看不到突出孔洞，拋出煤體的地方充滿了松散的碎煤?！　?(4) 突出過(guò)程中伴隨有大量的瓦斯涌出。在突出過(guò)程中，拋出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。當(dāng)涌

43、出的瓦斯量十分大時(shí)，瓦斯會(huì)逆著礦井的風(fēng)流而行達(dá)到幾十米，甚至幾百米、上千米，嚴(yán)重地破壞礦井的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)施。,10.5.3 突出概況　　1834年3月22日，法國(guó)伊薩克礦井發(fā)生了世界上第一次有記載的突出。支架工架棚子時(shí)，發(fā)現(xiàn)煤壁外移，三個(gè)工人立即撤離，但煤炭沖入巷道13m，巷道煤塵彌漫，一人被煤流埋沒，一人窒息犧牲，一人幸免于難。 　　迄今為止，世界各主要產(chǎn)煤國(guó)家都發(fā)生過(guò)煤和瓦斯突出現(xiàn)象。世界上最大的一次煤與瓦斯突出發(fā)

44、生在1969年7月13日蘇聯(lián)加加林礦，在710m水平主石門揭穿厚僅1.03m煤層時(shí)，發(fā)生了這次突出，突出煤14000t，瓦斯25萬(wàn)m3。,我國(guó)記載的第一次突出是1950年吉林省遼源礦務(wù)局富國(guó)西二坑，在垂深280m煤巷掘進(jìn)時(shí)突出。目前我國(guó)突出礦井達(dá)到200多個(gè)，突出次數(shù)一萬(wàn)多次。最大突出強(qiáng)度為12780t，噴出瓦斯120萬(wàn)m3，它是1975年8月8日在天府礦務(wù)局三匯壩一礦主平峒放震動(dòng)炮揭穿6號(hào)煤層時(shí)發(fā)生的。,10.5.4 突出的機(jī)理　　

45、解釋突出原因和突出過(guò)程的理論稱為突出機(jī)理。突出是個(gè)很復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，至今巳提出許多假說(shuō)，概括起來(lái)有三大類：　　1）瓦斯作用說(shuō)　認(rèn)為煤內(nèi)存儲(chǔ)的瓦斯在突出中起著主要的作用；　　2）地應(yīng)力說(shuō)　認(rèn)為突出主要是地應(yīng)力作用的結(jié)果；　　3）綜合說(shuō)　認(rèn)為突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的結(jié)構(gòu)性能綜合作用的結(jié)果，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者擁護(hù)綜合說(shuō)。,10.5.5 瓦斯突出的一般規(guī)律　　1）突出發(fā)生在一定深度上。隨著深度增加，突出的危險(xiǎn)性增加，這表現(xiàn)為突出次數(shù)增

46、多、突出強(qiáng)度增大、突出煤層數(shù)增加，突出危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)大?！　?）突出次數(shù)和強(qiáng)度，隨著煤層厚度特別是軟分層的厚度的增加而增多。,3）突出的氣體主要是甲烷，個(gè)別礦區(qū)突出氣體是CO2突出危險(xiǎn)煤層開采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量都在10m3/t以上，突出發(fā)生在高瓦斯礦。同一煤層，瓦斯壓力越高，突出危險(xiǎn)性越大。不同煤層，瓦斯壓力與突出危險(xiǎn)性之間無(wú)直接關(guān)系。（突出與瓦斯、應(yīng)力、煤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素有關(guān)），突出的瓦斯壓力一般要在600kPa以上。　　4）突出煤層的

47、特點(diǎn)是煤的力學(xué)強(qiáng)度低、變化大，透氣系數(shù)小于10m2/MPa2.d，瓦斯放散速度高，濕度小，層理紊亂，遭地質(zhì)構(gòu)造力嚴(yán)重破壞的“構(gòu)造煤”。,5） 煤自重的影響。突出的次數(shù)有隨著煤層傾角的增大而增加的趨勢(shì)?！　?）突出危險(xiǎn)區(qū)呈帶狀分布。突出與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系。　　7）絕大多數(shù)突出發(fā)生在落煤時(shí)，尤其在爆破時(shí)。其中放炮誘導(dǎo)突出作用最強(qiáng)，此外，水力沖刷，風(fēng)鎬落煤,手鎬落煤都引起過(guò)突出。,8）大多數(shù)突出都有預(yù)兆 地壓顯現(xiàn)方面的預(yù)兆：煤炮聲，支

48、架聲響，巖煤開裂，掉碴，底鼓，煤巖自行剝落，煤壁顫動(dòng)，鉆孔變形，垮孔頂鉆，夾鉆桿，鉆機(jī)過(guò)負(fù)荷等瓦斯涌出方面的預(yù)兆：瓦斯涌出異常，瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂?，煤塵增大，氣溫、氣味異常，打鉆噴瓦斯、噴煤、哨聲、風(fēng)聲、蜂鳴聲等煤層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面的預(yù)兆，層理紊亂，煤強(qiáng)度松軟或不均勻，煤暗淡無(wú)光澤，煤厚增大，傾角變陡，擠壓褶曲，波狀隆起，煤體干燥，頂?shù)装咫A梯凸起，斷層等。 9）突出危險(xiǎn)性隨著硬而厚的圍巖(硅質(zhì)灰?guī)r、砂巖等)，存在而增高。,10.5.6

49、 預(yù)防煤與瓦斯突出的主要技術(shù)措施1、開采有突出危險(xiǎn)的礦井，必須采取防治突出的措施。防突措施可以分為兩大類：1) 區(qū)域性防突措施：實(shí)施以后可使較大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施；2) 局部性防突措施：實(shí)施以后可使局部區(qū)域(如掘進(jìn)工作面)消除突出危險(xiǎn)性的措施。,防治突出技術(shù)歸納為“四位一體”的綜合性防突措施：突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；防治突出措施；防突措施的效果檢驗(yàn)安全防護(hù)措施。,2、區(qū)域性防突　1）開采保護(hù)層 在突出礦井中，預(yù)

50、先開采的、并能使其他相鄰的有突出危險(xiǎn)的煤層受到采動(dòng)影響而減少或喪失突出危險(xiǎn)的煤層稱為保護(hù)層，后開采的煤層稱為被保護(hù)層。保護(hù)層位于被保護(hù)層上方的叫上保護(hù)層，位于下方的叫下保護(hù)層?！　、匍_采保護(hù)層的作用　　現(xiàn)以天府南井2號(hào)層(保護(hù)層)開采后，有突出危險(xiǎn)的9號(hào)層內(nèi)與突出有關(guān)的若干參數(shù)的變化，來(lái)說(shuō)明保護(hù)層的作用。,從上圖可見，保護(hù)層(2號(hào)層)采到距離測(cè)點(diǎn)0m處時(shí)，被保護(hù)層(9號(hào)層)已經(jīng)開始膨脹，接著是透氣系數(shù)增大。采過(guò)測(cè)點(diǎn)20m后，瓦斯流量

51、開始上升，采過(guò)40m后的瓦斯壓力開始下降，并穩(wěn)定地保持很長(zhǎng)時(shí)間。保護(hù)層開采后，由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r石冒落，移動(dòng)，引起開采煤層周圍應(yīng)力的重新分布，采空區(qū)上、下形成應(yīng)力降低(卸壓)區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的未開采煤層將發(fā)生下述變化：,a.地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放?！　.煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣系數(shù)增加。所以被保護(hù)層內(nèi)的瓦斯能大量排放到保護(hù)層的采空區(qū)內(nèi)；瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降?！　∶簩油咚褂砍龊?，煤的強(qiáng)度增加。據(jù)測(cè)定，開

52、采保護(hù)層后，被保護(hù)層的煤硬度系數(shù)由0.3～0.5增加到1.0～1.5。,②保護(hù)范圍 保護(hù)范圍是指保護(hù)層開采后，在空間上使危險(xiǎn)層喪失突出危險(xiǎn)的有效范圍。它受地質(zhì)采礦因素影響，各礦根據(jù)實(shí)際考察研究確定這個(gè)范圍。也可以參考以下資料　a.保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距：,b. 傾斜方向的保護(hù)范圍。 保護(hù)層開采以后，巖層沿傾斜方向的移動(dòng)是沿著最大下沉角θ0方向發(fā)展的，所以傾斜方向的保護(hù)范圍應(yīng)以最大下沉角的斜線為基準(zhǔn)，即以最大下沉

53、角θ0的斜線為基準(zhǔn)線向內(nèi)偏一個(gè)角度γ?！　?）預(yù)抽煤層瓦斯 預(yù)抽煤層瓦斯是指，通過(guò)一定時(shí)間的預(yù)先抽放瓦斯，降低突出危險(xiǎn)煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應(yīng)力下降、煤層透氣系數(shù)增加和煤的強(qiáng)度提高等效應(yīng)，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險(xiǎn)性。,3 、局部防突措施 大型突出往往發(fā)生于石門揭開突出危險(xiǎn)煤層時(shí)。所以石門揭開突出危險(xiǎn)煤層，以及有突出傾向的建設(shè)礦井或突出礦井開拓新水平時(shí)，井巷揭開所有這類煤層都必須采

54、取防治突出的措施，并編制專門設(shè)計(jì)?！　?1) 松動(dòng)爆破：在進(jìn)行普通放炮時(shí)，同時(shí)爆破幾個(gè)7—10m以上的深炮孔，使深部煤體破裂與松動(dòng)，應(yīng)力集中帶和高壓瓦斯帶移向深部，以便在工作面前方造成較長(zhǎng)的卸壓和排放瓦斯區(qū)，從而預(yù)防突出的發(fā)生。,(2) 鉆孔排放瓦斯：石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險(xiǎn)煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過(guò)鉆孔自然排放出來(lái)，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時(shí)，再進(jìn)行采掘工作。鉆孔數(shù)和鉆孔布置應(yīng)根據(jù)斷面和鉆孔排放半徑的大小來(lái)確定，每m2

55、斷面不得少于3.5～4.5孔?！　?3) 水力沖孔:水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護(hù)下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時(shí)，由于孔道周圍煤體的移動(dòng)變形，應(yīng)力重新分布，擴(kuò)大卸壓范圍。,(5) 超前鉆孔:在煤巷掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強(qiáng)度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部。　　(6) 超前支架:多用于有突出危險(xiǎn)的急傾斜煤層、厚煤層

56、的煤層平巷掘進(jìn)時(shí)。為了防止因工作面頂部煤體松軟垮落而導(dǎo)致突出，在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩(wěn)定性。,(7) 卸壓槽:預(yù)先在工作面前方切割出一個(gè)縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，掘進(jìn) 時(shí)保持一定的超前距就可避免突出或沖擊地壓的發(fā)生?！　?8) 震動(dòng)放炮：震動(dòng)放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法。所以震動(dòng)放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。它使突出發(fā)生在沒有人員在場(chǎng)

57、和采取了預(yù)防瓦斯、煤塵爆炸措施的情況下。,10.6 礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防,瓦斯的最大危害就是發(fā)生爆炸。不僅能造成人員傷亡，而且會(huì)嚴(yán)重摧毀井下設(shè)施，中斷生產(chǎn)。有時(shí)還會(huì)引起煤塵爆炸和井下火災(zāi)，從而加重災(zāi)害，使生產(chǎn)難以在短期內(nèi)恢復(fù)?！　?942年日本霸占我國(guó)東北時(shí)期，在本溪煤礦由電氣火花引起的瓦斯爆炸和煤塵爆炸，共有1549人死亡。 2000年貴州木沖溝“9·27” 　162 2004年河南大平“1

58、0·20” 148 2004年陜西陳家山“11.28” 166 2005年遼寧孫家灣“2·14” 214,10.6.1 瓦斯爆炸過(guò)程及其機(jī)理1、瓦斯爆炸的總包化學(xué)反應(yīng)式 瓦斯爆炸是甲烷和空氣組成的爆炸性混合氣體在火源誘發(fā)下發(fā)生迅猛的氧化反應(yīng)并伴隨有強(qiáng)烈力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)象。其方程式概括為： 　　從上式知，混合氣體中的氧與

59、甲烷都全部燃盡時(shí)，一個(gè)體積的甲烷要同二個(gè)體積的氧氣化合，也就是要同2+7.52=9.52個(gè)體積的空氣化合。這時(shí)甲烷在混合氣體中的濃度為1/(1+9.52)×100％＝9.5％；這一濃度是理論上爆炸最猛烈的濃度。1摩爾的甲烷爆炸后將產(chǎn)生882.6kJ的熱量。lkg碳?xì)浠衔锵喈?dāng)于4kg TNT炸藥。,2、 引燃甲烷—空氣混合物的感應(yīng)期　　烴類氧化有感應(yīng)期，感應(yīng)期之后是一快速反應(yīng)。從接觸引火源起到烴類——空氣混合物轉(zhuǎn)為快速燃燒爆

60、炸的時(shí)間間隔稱為感應(yīng)期。隨著引火源溫度的升高和甲烷濃度的下降，感應(yīng)期將縮短。,在甲烷同系物(甲烷、乙烷、丙烷等)與空氣混合的爆炸性氣體中，以甲烷的感應(yīng)期最長(zhǎng)，其它氣體則較短。因此，在甲烷—空氣混合物中混有乙烷時(shí)，感應(yīng)期縮短。　　礦用安全炸藥正是利用了烷—空混合氣體存在感應(yīng)期的特性。在感應(yīng)期間內(nèi)，保證安全炸藥爆破時(shí)的高溫產(chǎn)物能夠冷卻，不致于使烷—空混合氣體達(dá)到引火爆炸的溫度?！　∑湓硎?，在礦用安全炸藥中加入了一定數(shù)量的消焰劑。消焰劑

61、有兩個(gè)作用，一是它的熱容量較大，可以吸收一部分爆熱從而降低爆溫、減少火焰存在的時(shí)間，二是它對(duì)甲烷的氧化燃燒反應(yīng)起負(fù)催化作用，可以破壞甲烷氧化燃燒鏈鎖反應(yīng)的活化中心，阻止烷—空混合氣體的爆炸。在消焰劑的這兩個(gè)作用中，負(fù)催化作用是主要的。,3、 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論　　化學(xué)反應(yīng)式僅表示一系列復(fù)雜反應(yīng)的最終結(jié)果，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論卻能對(duì)甲烷爆炸的實(shí)際反應(yīng)過(guò)程與機(jī)理作出解釋?！　℃?zhǔn)椒磻?yīng)理論認(rèn)為甲烷爆炸是反應(yīng)物分子首先離解成一些自由基，自由基具有很大的化

62、學(xué)活性，能成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心，經(jīng)過(guò)一系列鏈鎖反應(yīng)步驟后完成整個(gè)反應(yīng)。鏈起始：分子離解成自由基鏈傳遞：某自由基與某分子作用生成另一自由基鏈分支 ：該步驟每消耗一個(gè)自由基可生成兩個(gè)自由基鏈破壞：自由基變成分子　　如果在連鎖反應(yīng)過(guò)程中鏈分支反應(yīng)增多，自由基數(shù)目成倍增長(zhǎng)，反應(yīng)鏈數(shù)目增加，反應(yīng)速度迅速增加短時(shí)間內(nèi)將釋放出大量的能量，如此循環(huán)，將使反應(yīng)加速到爆炸速度。,較低溫度下，甲烷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的基元反應(yīng)方程組： CH4

63、+ O2· CH3 · + HO2 · （1） 鏈引發(fā) CH3 · +O2 CH2O + OH · （2） OH · + CH4 H2O + CH3 · （3） 鏈傳遞 OH 

64、3; + CH2O H2O + HCO · （4） CH20 + O2 HO2 · + HCO · （5） 鏈分支 HCO · + O2 CO + HO2 · （6） HO2 · + CH4

65、 H2O2 + HCO · （7） 鏈傳遞 HO2 · + CH2O H2O2 + HCO · （8） OH · 器壁 （9） CH2O · 器壁

66、 （10）,,,,,,,,,,,,,,鏈中止,加熱法與光化法都可以使鏈起始，后者是指短波光線的照射引起分子離解。在礦井內(nèi)，高溫?zé)嵩磁c火源加熱是常見的起鏈方法。為了起鏈需要消耗一定的活化能。　　在甲烷氣體爆炸的過(guò)程中，產(chǎn)生的自由基有[CH3]、[H]、[CH2O]、[OH]、[O] 等，在甲烷爆炸的過(guò)程它們都是轉(zhuǎn)瞬即熄中間產(chǎn)物，并且在這一過(guò)程中，這些中間產(chǎn)物增多或減少影響著爆炸過(guò)程的發(fā)展。如在含

67、甲烷的空氣中加入惰性的，吸熱降溫的物質(zhì)，或能夠同自由基結(jié)合形成分子的物質(zhì)，就能起到鏈終止的效果，使含甲烷氣體不爆炸或爆炸威力降低。如在含甲烷的空氣中加入4.2%的一溴三氟甲烷CF3Br （哈龍1301 ）能防止甲烷爆炸，就是由于它可以捕獲自由基。,10.6.2 瓦斯爆炸的傳播及后果1 、瓦斯爆炸的傳播爆炸可以分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸物理性爆炸：物質(zhì)因狀態(tài)和壓力發(fā)生突然變化而形成的爆炸，如鍋爐爆炸、液化氣體超壓爆炸等化學(xué)性爆炸：

68、物質(zhì)發(fā)生迅速的化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸。瓦斯爆炸屬于化學(xué)性爆炸?！　』鹧驿h面：在可爆炸甲烷濃度的混合氣體中出現(xiàn)了點(diǎn)火源，則此氣體就會(huì)在火源點(diǎn)被點(diǎn)燃形成最初火焰(人們稱這一點(diǎn)為爆源)，在大氣壓條件下，該火焰厚度非常薄，僅0.1—0.01mm，它是一個(gè)燃燒帶并在烷空氣體中傳播?！　∪紵俣龋夯鹧驿h面相對(duì)于未燃混合氣體的傳播速度叫做燃燒速度。,瓦斯爆炸根據(jù)爆炸傳播速度可分為以下三類： 爆燃——傳播速度為每秒數(shù)十厘米至數(shù)

69、米， 爆炸——傳播速度為每秒數(shù)十米至數(shù)百米， 爆轟——傳播速度超過(guò)聲速，可達(dá)每秒數(shù)千米?！　_擊波：火焰鋒面后的爆炸產(chǎn)物具有很高的溫度，由于熱量集中而使爆源氣體產(chǎn)生高溫和高壓并急劇膨脹而形成沖擊波?！　∪绻锏理敯甯浇蛎奥淇變?nèi)積存著瓦斯，或者巷道中有沉落的煤塵，在沖擊波的作用下，它們就能均勻分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸過(guò)程得以繼續(xù)下去。爆炸時(shí)由于爆源附近氣體高速向外沖擊，在爆源附近形成氣體稀薄的低壓區(qū)，于是產(chǎn)生