第十一章瓦斯优秀PPT.ppt
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1、第十一章第十一章 矿井瓦斯及其防治矿井瓦斯及其防治 第一节第一节 矿井瓦斯矿井瓦斯 1 1、瓦斯的形成、瓦斯的形成 它是腐植型有机物在成煤过程中生成的。2 2、造气时期、造气时期 一是从植物遗体到泥炭属于生生物物化化学学造气时期,另一个是从褐煤、烟煤直到无烟煤属于煤煤化化变变质质作作用用造气时期。3 3、煤矿瓦斯的主要成分:、煤矿瓦斯的主要成分:甲烷(CH4)二氧化碳(CO2)和氮气(N2)此外还有一些烷烃(乙烷、丙烷等)以及少量的硫化氢(H2S)、二氧化碳(SO2)4、煤和围岩中瓦斯存在的状态 煤是多孔介质,瓦斯可以赋存在其中;瓦斯在确定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中;游离瓦斯存在
2、于煤的孔隙和裂隙中,吸附瓦斯积聚在孔隙壁面上,游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态。瓦斯在煤体内存在的状态瓦斯在煤体内存在的状态 煤煤体体是是一一种种困困难难的的多多孔孔性性固固体体,包包括括原原生生孔孔隙隙和和运运动动形形成成的的大量孔隙和裂隙,形成了很大的自由空间和孔隙表面。大量孔隙和裂隙,形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中煤层中 瓦斯赋存两种状态:瓦斯赋存两种状态:游离状态游离状态 吸附状态吸附状态 吸着状态吸着状态 吸取状态吸取状态 煤煤体体中中大大量量的的孔孔隙隙对对瓦瓦斯斯具具有有很很强强的的吸吸附附实实力力,在在一一些些高高瓦瓦斯斯含含量量的的煤煤层层中中,煤煤中中含含有有的的
3、瓦瓦斯斯体体积积可可以以达达到到煤煤本本身身体体积积的的30304040倍倍 。5煤吸附瓦斯的特性可以用煤在某一固定温度下吸附瓦斯量随瓦斯压力变更的曲线表示,该曲线称为吸附等温线,符合朗格缪尔方程:煤矿开采过程中,游离的瓦斯首先放散到开采空间,使邻近煤层中瓦斯压力降低、游离瓦斯量削减,这时,煤中吸附的瓦斯就解析出来,成为新的游离态瓦斯。这一过程不断重复,从而使煤层中的瓦斯源源不断地涌出到开采空间。其次节其次节 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出及矿井瓦斯等及矿井瓦斯等级级 一、瓦斯涌出形式及来源 1、瓦斯涌出形式 在采掘过程中,依据涌出在时间和空间上的变更,瓦斯涌出量可分为:(1)一般涌出 是矿井瓦斯的
4、主要涌出形式。它是指瓦斯从煤层及其围岩的暴露面上缓慢、匀整、常常性的放散,并且持续时间很长。一般涌出的瓦斯量占煤矿瓦斯涌出量的比重最大。(2)(2)特殊涌出特殊涌出 1)1)瓦斯喷出瓦斯喷出 是是指指瓦瓦斯斯从从可可见见的的裂裂隙隙或或孔孔洞洞中中大大量量快快速速涌涌出出。瓦瓦斯斯喷喷出出具具有有时时间间上上和和空空间间上上的的集集中中性性和和突突然然性性,流流量量较较大大,但但多多数数持持续续时间较短,也有持续几年以上的。时间较短,也有持续几年以上的。2)2)瓦斯突出瓦斯突出 在在极极短短的的时时间间里里,突突然然从从煤煤层层或或围围岩岩里里突突然然喷喷发发出出大大量量瓦瓦斯斯,同同时时抛抛
5、出出大大量量煤煤(岩岩石石),并并伴伴随随猛猛烈烈的的动动力力效效应应,那那就就是煤(岩)与瓦斯突出。是煤(岩)与瓦斯突出。2 2、矿井瓦斯涌出来源、矿井瓦斯涌出来源 (1 1)开采煤层)开采煤层 (2 2)邻近层)邻近层 (3 3)围岩的裂隙和溶洞)围岩的裂隙和溶洞 二、瓦斯涌出及矿井瓦斯等级二、瓦斯涌出及矿井瓦斯等级 1 1、瓦斯涌出量表示方法、瓦斯涌出量表示方法 (1 1)确定瓦斯涌出量)确定瓦斯涌出量 单单位位时时间间内内的的瓦瓦斯斯涌涌出出量量,单单位位一一般般用用m3/minm3/min QCH4 QCH4Q*CQ*C 式中式中QCH4QCH4确定瓦斯涌出量确定瓦斯涌出量 Q Q风
6、量,风量,m3/minm3/min C C风流中瓦斯浓度风流中瓦斯浓度(2 2)相对瓦斯涌出量)相对瓦斯涌出量 在在正正常常生生产产状状况况下下,平平均均日日产产一一吨吨煤煤涌涌出出的的瓦斯量,单位用瓦斯量,单位用m3/tm3/t表示,按下式计算:表示,按下式计算:式中式中 q q相对瓦斯涌出量,相对瓦斯涌出量,m3/tm3/t。A A平均日产量,平均日产量,t t。2.矿井瓦斯等级划分 依据平均日产1吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式 低瓦斯矿井:10m3及其以下 高瓦斯矿井:10m3以上 煤与瓦斯突出矿井。矿井瓦斯等级不同,在设备选用、瓦斯管理等不少方面均有所不同。必需精确测定瓦斯涌出状况,以因
7、地制宜,保证矿井平安生产,取得相应的经济效益。第三节第三节 矿井瓦斯爆炸及其预防矿井瓦斯爆炸及其预防 一、瓦斯爆炸的过程及危害一、瓦斯爆炸的过程及危害 1 1、瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的危害 瓦瓦斯斯爆爆炸炸是是一一种种猛猛烈烈的的氧氧化化放放热热反反映映,可可产产生生瞬时的高温高压。瞬时的高温高压。高高温温-1850-185026502650;高高压压-0.7-0.71.0MPa1.0MPa,有有害害气体气体COCO,冲击波,冲击波 2.2.瓦斯爆炸的化学反应过程瓦斯爆炸的化学反应过程 最终的化学反应式为:最终的化学反应式为:CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2=CO2+2H2O
8、假假 如如 O2O2不不 足足,反反 应应 的的 最最 终终 式式 为为:CH4+O2=CO+H2+H2OCH4+O2=CO+H2+H2O 矿矿井井瓦瓦斯斯爆爆炸炸是是一一种种热热链链反反应应过过程程(也也称称连连锁反应锁反应)。3.3.瓦斯爆炸的产生与传播过程瓦斯爆炸的产生与传播过程 爆炸性的混合气体与高温火源同时存在,爆炸性的混合气体与高温火源同时存在,初初燃燃(初初爆爆)焰焰面面 冲冲击击波波 新新的的爆爆炸炸混混合物合物 由由于于爆爆炸炸时时爆爆源源气气体体高高速速向向外外冲冲击击和和爆爆后后生生成成的的一一部部分分水水蒸蒸气气很很快快凝凝合合而而在在爆爆源源旁旁边边形形成成半半真真空
9、空状状,导导致致爆爆炸炸冲冲出出的的气气体体和和爆爆源源外外围围气气体体高高速速反反冲冲回回爆爆源源地地。虽虽然然这这种种反反冲冲力力气气较较正正向向冲冲击击小小,但但是是由由于于是是沿沿着着已已破破坏坏区区反反冲冲的的,破破坏坏性性往往往往更更大大。反反冲冲的的空空气气中中可可能能有有足足够够的的瓦瓦斯斯和和氧氧,而而爆爆源源旁旁边边原原有有火火源源或或因因爆爆炸炸而而新新生生的的火火源尚存,就会造成二次爆炸甚至连续多次爆炸。源尚存,就会造成二次爆炸甚至连续多次爆炸。二、瓦斯爆炸的条件及其影响因素二、瓦斯爆炸的条件及其影响因素 瓦斯爆炸的必备条件有三:瓦斯爆炸的必备条件有三:1 1、是确定的
10、浓度的瓦斯,、是确定的浓度的瓦斯,2 2、是足够的氧气,、是足够的氧气,3 3、是引燃火源。、是引燃火源。三个条件缺一不行。三个条件缺一不行。1.1.瓦斯的爆炸浓度瓦斯的爆炸浓度 在在正正常常的的大大气气环环境境中中,瓦瓦斯斯只只在在确确定定的的浓浓度度范范围围内内爆爆炸炸,这这个个浓浓度度范范围围称称瓦瓦斯斯的的爆爆炸炸界界限限,其其最最低低浓浓度度界界限限叫叫爆爆炸炸下下限限,其其最最高高浓浓度度界界限限叫叫爆爆炸炸上上限限,瓦瓦斯斯在在空空气气中中的的爆爆炸炸下下限限为为5 56 6,上上限限为为14141616。浓浓度度在在9.19.19.59.5时时爆爆炸炸威威力力最最大大(理理论论
11、值值是是9.59.5)。瓦瓦斯斯浓浓度度低低于于5 5时时,遇遇火火源源只只会会在在火火焰焰外外围围形形成成稳稳定定的的燃燃烧烧层层,不不发发生生爆爆炸炸。瓦瓦斯斯浓浓度度高高于于1616时时,遇遇火源即不能爆炸也不能燃烧。火源即不能爆炸也不能燃烧。瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受到很多瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受到很多因素的影响。因素的影响。2.2.氧的浓度氧的浓度 氧气浓度低于氧气浓度低于1212,不会发生瓦斯爆炸,所,不会发生瓦斯爆炸,所以瓦斯爆炸的氧气浓度条件是不低于以瓦斯爆炸的氧气浓度条件是不低于1212,簇新,簇新空气中氧气浓度为空气中氧气浓度为20.9620.96,井下正常通
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