1、1 1 我国瓦斯灾害严重，瓦斯抽放是解决瓦斯问题的我国瓦斯灾害严重，瓦斯抽放是解决瓦斯问题的重要途径重要途径 瓦斯被称为煤矿安全生产的瓦斯被称为煤矿安全生产的“第一杀手第一杀手”。建国建国以来我国煤矿发生一次死亡百人以上事故以来我国煤矿发生一次死亡百人以上事故2222起，其中起，其中2020起为起为瓦斯事故。瓦斯事故。20052005年全国煤矿瓦斯事故死亡年全国煤矿瓦斯事故死亡21712171人，占煤矿各人，占煤矿各类事故死亡人数的类事故死亡人数的36.636.6；在煤矿特大事故中，瓦斯事故起；在煤矿特大事故中，瓦斯事故起数占数占7171。特别是从。特别是从20042004年第三季度到年第三季
2、度到20052005年底煤矿相继发年底煤矿相继发生了生了6 6起死亡百人以上的特别重大事故，损失惨重，造成了起死亡百人以上的特别重大事故，损失惨重，造成了严重的社会影响。而严重的社会影响。而20062006年年1 11010月全国煤矿企业发生重大月全国煤矿企业发生重大事故事故187187起，死亡起，死亡843843人；发生特大事故人；发生特大事故2929起，死亡起，死亡521521人人 因此，有效控制瓦斯事故的发生是解决我国煤因此，有效控制瓦斯事故的发生是解决我国煤矿安全问题的关键。矿安全问题的关键。1 1 我国瓦斯灾害严重，瓦斯抽放是解决瓦斯问题的我国瓦斯灾害严重，瓦斯抽放是解决瓦斯问题的重
3、要途径之一重要途径之一 国外煤矿瓦斯死亡事故很低，如美国近国外煤矿瓦斯死亡事故很低，如美国近5 5年煤矿总死亡人年煤矿总死亡人数基本控制在数基本控制在4040人以内，百万吨死亡率控制在人以内，百万吨死亡率控制在0.040.04以内，澳以内，澳大利亚甚至做到了大利亚甚至做到了20032003年煤矿开采零死亡。年煤矿开采零死亡。其主要原因之一其主要原因之一就是这些国家都把瓦斯抽放工作作为治理瓦斯的生产工序，就是这些国家都把瓦斯抽放工作作为治理瓦斯的生产工序，是高瓦斯含量煤层开采中一个必不可少的工艺环节是高瓦斯含量煤层开采中一个必不可少的工艺环节。因此，因此，采取抽放措施采取抽放措施，将煤层中富集的
4、瓦斯抽放出来，将煤层中富集的瓦斯抽放出来，是解除瓦斯事故威胁、保障煤矿安全最为有效的措施是解除瓦斯事故威胁、保障煤矿安全最为有效的措施。而且。而且瓦斯又是一种优质资源，对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，瓦斯又是一种优质资源，对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，不仅可以减少对环境的污染更重的是还可以给煤矿带来较好不仅可以减少对环境的污染更重的是还可以给煤矿带来较好的经济效益。的经济效益。发展方向：发展方向：“煤气煤气”共采。共采。2 法律、法规规定法律、法规规定 煤矿安全规程规程的有关规定及“先抽后采,以风定产,监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地
5、面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范规定：凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽放系统，a）一个回采工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时；2 法律、法规规定法律、法规规定 b)矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件的：矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件的：大于大于40m3min；年产量年产量1.01.5Mt；大于；大于30m3min；年产量年产量0.61.0Mt；大于；大于25m3min；年产量年产量0.40.6Mt；大于；大于20m3min；年产量等于小于年产量等于小于
6、0.4Mt；大于；大于15m3min；c)开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。2 2 法律、法规规定法律、法规规定 煤矿瓦斯抽采指标（AQ 1026-2006）规定的瓦斯抽放应该达到的指标：突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的瓦斯压力以下。若没有能考察出煤层始突深度的瓦斯含量或压力，必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。1）了解瓦斯抽放基础知识、本煤层瓦斯抽放方法、邻近层了解瓦斯抽放基础知识、本煤层瓦斯抽放方法、邻近层瓦斯抽放方法、采空区瓦斯抽放
7、方法、综合抽放瓦斯方瓦斯抽放方法、采空区瓦斯抽放方法、综合抽放瓦斯方法；法；2 2）理解瓦斯抽放中的主要参数（如瓦斯压力、瓦斯含量、）理解瓦斯抽放中的主要参数（如瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、瓦斯衰减性系数等），煤层透气性系数、瓦斯衰减性系数等），3 3）掌握管路及钻孔瓦斯流量的测定与计算；）掌握管路及钻孔瓦斯流量的测定与计算；4 4）论证煤矿抽放瓦斯的必要性和可行性条件，能进行简单）论证煤矿抽放瓦斯的必要性和可行性条件，能进行简单的瓦斯抽放设计；的瓦斯抽放设计；5 5）了解瓦斯抽放设备、器材及安全装置选型设计；）了解瓦斯抽放设备、器材及安全装置选型设计；6 6）了解瓦斯利用的方法；）了
8、解瓦斯利用的方法；7 7）了解矿井瓦斯抽放的日常管理等。）了解矿井瓦斯抽放的日常管理等。1.1 1.1 矿井瓦斯的概念与性质矿井瓦斯的概念与性质1.2 1.2 瓦斯在煤体内赋存状态瓦斯在煤体内赋存状态1.3 1.3 煤层瓦斯流动煤层瓦斯流动1.1 1.1 矿井瓦斯的概念与性质矿井瓦斯的概念与性质 1)1)矿井瓦斯的概念矿井瓦斯的概念 广义的矿井瓦斯是指井下有害气体的总称。狭义广义的矿井瓦斯是指井下有害气体的总称。狭义的矿井瓦斯是指甲烷。的矿井瓦斯是指甲烷。2)2)甲烷的性质甲烷的性质甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体，微溶甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体，微溶于水。于水。
9、燃烧性燃烧性 窒息性窒息性爆炸性：爆炸性：5%5%15%15%，8%8%9%9%爆炸威力最大爆炸威力最大3)3)矿井瓦斯的性质矿井瓦斯的性质燃烧性：甲烷、重烃、氢气。燃烧性：甲烷、重烃、氢气。爆炸性：甲烷、氢气。爆炸性：甲烷、氢气。窒息性：窒息性：有毒性：一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮。有毒性：一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮。1.2 1.2 瓦斯在煤体内赋存状态瓦斯在煤体内赋存状态1 1 瓦斯在煤体内赋存状态瓦斯在煤体内赋存状态吸附瓦斯吸附瓦斯游离瓦斯游离瓦斯吸收状态吸收状态吸着状态吸着状态 以自由气体以自由气体分子存在于煤分子存在于煤体或围岩的较体或围岩的较大裂隙、孔隙大裂隙、孔
10、隙和空洞之中。和空洞之中。在与颗粒固体在与颗粒固体在分子之间引力在分子之间引力作用下，被吸着作用下，被吸着在煤体孔隙的内在煤体孔隙的内表面上。表面上。图例图例 瓦斯在煤层内存在状态瓦斯在煤层内存在状态1-1-游离瓦斯；游离瓦斯；2-2-吸收瓦斯；吸收瓦斯；3-3-吸着瓦斯吸着瓦斯 瓦斯分子进瓦斯分子进入煤体颗粒结入煤体颗粒结构内部，与煤构内部，与煤体固体分子相体固体分子相结合。结合。1.3 1.3 煤层瓦斯流动煤层瓦斯流动 1 1）原始煤体：）原始煤体：瓦斯在煤层中以呈压缩状态，煤层瓦斯瓦斯在煤层中以呈压缩状态，煤层瓦斯压力随深度增大而增大。通常认为，在采掘工作或钻孔未压力随深度增大而增大。通
11、常认为，在采掘工作或钻孔未影响到的煤层，瓦斯处于平衡状态，不会发生瓦斯流动。影响到的煤层，瓦斯处于平衡状态，不会发生瓦斯流动。2）采掘影响区：）采掘影响区：由于采掘破坏了原有的瓦斯压力平衡由于采掘破坏了原有的瓦斯压力平衡状态，引起瓦斯流动，形成瓦斯流动场。状态，引起瓦斯流动，形成瓦斯流动场。影响煤层瓦斯影响煤层瓦斯流动的因素很多，诸如煤层赋存条件、瓦斯压力、含量、流动的因素很多，诸如煤层赋存条件、瓦斯压力、含量、煤层透气性以及采掘技术条件等等，但主要影响因素为瓦煤层透气性以及采掘技术条件等等，但主要影响因素为瓦斯压力和煤层透气性，前者是瓦斯流动的动力，后者是瓦斯压力和煤层透气性，前者是瓦斯流动
12、的动力，后者是瓦斯流动的阻力。斯流动的阻力。1 1）煤层瓦斯流动方式煤层瓦斯流动方式 当孔隙直径为当孔隙直径为1010-5-51010-4-4时，由于孔径大于瓦斯分子的平时，由于孔径大于瓦斯分子的平均自由程均自由程l0l0-5-5 cm cm，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透，这时瓦斯流动符合费克或达西定律。这时瓦斯流动符合费克或达西定律。当孔隙直径为当孔隙直径为1010-4-42 21010-4-4 cm cm时，瓦斯流动为层流渗透时，瓦斯流动为层流渗透，符合达西定律。，符合达西定律。当孔径或可见裂隙宽度大于当孔径或可见裂隙宽度大于 2 2101
13、0-4-4 cm cm时，瓦斯流动表时，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流。现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流。当孔隙直径小于当孔隙直径小于1010-5-5 cm cm时，瓦斯流动属于分子扩散。时，瓦斯流动属于分子扩散。当孔径小于当孔径小于3 31010-7-7cmcm时，会出现瓦斯表面扩散和固体中时，会出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散。的扩散。煤层中上述各种瓦斯流动形式是同时存在的，但为了简化煤煤层中上述各种瓦斯流动形式是同时存在的，但为了简化煤层瓦斯流动状态，通常用线性渗透规律来描述，即认为煤层中瓦层瓦斯流动状态，通常用线性渗透规律来描述，即认为煤层中瓦斯流动属层流渗透，即符合
14、达西定律。斯流动属层流渗透，即符合达西定律。2 2）瓦斯流动场）瓦斯流动场 瓦斯在煤层中由高压流向低压，在煤层中即形成瓦斯在煤层中由高压流向低压，在煤层中即形成一定的流动范围一定的流动范围瓦斯流动场。瓦斯流动场。从时间因素来看：流动类型可分为稳定流动和非从时间因素来看：流动类型可分为稳定流动和非稳定流动两种类型，前者流动场不随时间而变化，后稳定流动两种类型，前者流动场不随时间而变化，后者流动场随时间而改变。煤层瓦斯流动属非稳定流动者流动场随时间而改变。煤层瓦斯流动属非稳定流动类型。类型。从空间形态来看：瓦斯流动类型分为单向流动、从空间形态来看：瓦斯流动类型分为单向流动、径向流动和球向流动三种类
15、型。径向流动和球向流动三种类型。(1)(1)单向流动单向流动 单向流动的特点是单向流动的特点是煤层瓦斯沿单一方向流煤层瓦斯沿单一方向流动，流线相互平行。动，流线相互平行。沿煤层开掘高度大沿煤层开掘高度大于煤层厚度的巷道后，于煤层厚度的巷道后，巷道两侧煤层中的瓦斯巷道两侧煤层中的瓦斯皆沿垂直于巷道的方向皆沿垂直于巷道的方向流动，这种流动属单向流动，这种流动属单向流动。流动。煤层瓦斯单向流动煤层瓦斯单向流动 1瓦斯流线，瓦斯流线，2 2等瓦斯压力线等瓦斯压力线 2）瓦斯流动场）瓦斯流动场 (2)(2)径向流动径向流动 径向流动是平面径向流动是平面流动。径向流动时，流动。径向流动时，等瓦斯压力线为一
16、组等瓦斯压力线为一组同心圆，瓦斯流线沿同心圆，瓦斯流线沿圆的径向发展。圆的径向发展。在煤矿井下，石在煤矿井下，石门或钻孔垂直揭穿煤门或钻孔垂直揭穿煤层时，煤层中的瓦斯层时，煤层中的瓦斯流动就是径向流动。流动就是径向流动。煤层瓦斯径向流动煤层瓦斯径向流动 1瓦斯流线，瓦斯流线，2 2等瓦斯压力线等瓦斯压力线 2）瓦斯流动场）瓦斯流动场 (3)(3)球向流动球向流动 球向流动的特点是等瓦斯压力线为一组同心球球向流动的特点是等瓦斯压力线为一组同心球状，瓦斯流线沿球的径向发展。在煤矿井下属球向状，瓦斯流线沿球的径向发展。在煤矿井下属球向流动的情况很少见。流动的情况很少见。石门揭特厚煤层，特厚煤层中的掘
17、进面迎头和石门揭特厚煤层，特厚煤层中的掘进面迎头和钻孔孔底以及煤块的瓦斯放散等都可近似地视为球钻孔孔底以及煤块的瓦斯放散等都可近似地视为球向流动。向流动。2）瓦斯流动场）瓦斯流动场1.3 1.3 瓦斯在邻近煤层和围岩中的流动瓦斯在邻近煤层和围岩中的流动432451邻近层的瓦斯流动邻近层的瓦斯流动1 1卸压圈；卸压圈；2 2冒落圈；冒落圈；3 3开采层；开采层；4-4-邻近层；邻近层；5 5瓦斯流向瓦斯流向 当开采煤层附近的当开采煤层附近的地层中具有邻近煤地层中具有邻近煤层或大量不可采的层或大量不可采的煤层时，一般情况煤层时，一般情况下，在煤层开采后，下，在煤层开采后，由于围岩的移动和由于围岩的移动和地应力的重新分布，地应力的重新分布，在地层中造成了大在地层中造成了大量的裂隙，冒顶、量的裂隙，冒顶、底板附近煤底板附近煤层中的瓦斯大量涌层中的瓦斯大量涌入开采空间。入开采空间。邻居层瓦斯渗流.swf
