矿井瓦斯防治安全技术

　　矿井瓦斯是指从煤岩中释放出的气体的总称，主要成分是甲烷(CH4)，其次为氮气和二氧化碳，还有烃类气体等。

　　瓦斯是一种无色、无味的气体。由于瓦斯的比重轻，容易聚集在巷道的上部。瓦斯的渗透性很强，封闭在采空区内的瓦斯能不断地渗透到矿内空气中，从而增加空气中的瓦斯浓度。空气中瓦斯浓度增加会相对降低空气中氧的含量。当瓦斯浓度达到40％时，因缺乏氧气会使人窒息死亡。

　　瓦斯具有燃烧性与爆炸性。瓦斯与空气混合达到一定浓度后，遇火能燃烧或爆炸，对矿井威胁很大。井下瓦斯爆炸产生的高温、高压和大量有害气体，能形成破坏力很强的冲击波，不但伤害职工生命，而且会严重地摧毁矿井巷道和井下设备。有时，还可能引起煤尘爆炸和井下火灾，从而扩大灾害的危险程度。

　　矿井瓦斯在煤体及围岩中的存在状态有游离状态(也称自由状态)和吸附状态两种。

　　(一)瓦斯含量及涌出量

　　1．瓦斯含量及其影响因素

　　瓦斯含量是指单位体积或单位质量的煤体或围岩中所含有的瓦斯量，单位通常用m3／ m3、m3／t来表示。瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据，是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。

　　影响煤体瓦斯含量的因素很多，可概括为两类：一类是影响瓦斯生成量多少的因素，如成煤前含有机质的量，煤化程度；另一类是瓦斯的保存和放散条件，如煤的性质，煤层赋存状况，煤层顶、底板和覆盖层的性质、厚度等。

　　2．矿井瓦斯涌出的形式

　　瓦斯涌出是指储存在煤体内的部分瓦斯离开煤体而涌入采掘空间。瓦斯涌出的形式分为普通涌出和特殊涌出两种。瓦斯由煤层或岩层表面非常微细的裂隙和孔隙中缓慢、均匀而持久地涌出称为普通涌出。瓦斯特殊涌出包括瓦斯喷出与突出，即在压力状态下，在很短的时间内自采掘工作面的局部地区，突然涌出大量的瓦斯或伴随瓦斯突然涌出有大量的煤和岩石被抛出。

　　3．矿井瓦斯涌出量的表示方法和主要影响因素

　　矿井瓦斯涌出量是指开采过程中正常涌入采掘空间的瓦斯数量，通常用单位时间或单位质量的煤所放出的瓦斯数量来表示。瓦斯涌出量分为绝对涌出量和相对涌出量两种。影响瓦斯涌出量的主要因素有煤层瓦斯含量、开采规模、开采顺序与回采方法、生产工序、地面大气压力的变化、通风方式、采空区管理方法等。

　　4．矿井瓦斯涌出量的测定

　　井下测定瓦斯浓度是管理瓦斯的主要环节。测定地点包括掘进工作面、采煤工作面及其附近、其他巷道和硐室。按照矿井相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，将瓦斯矿井划分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯突出矿井。每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳的鉴定工作。

　　5．矿井瓦斯涌出量预测

　　新矿井、新水平和新采区投产前，都应该进行矿井瓦斯涌出量预测。现有的矿井瓦斯涌出量预测方法可以概括为两大类：一是矿山统计预测法，二是根据煤层瓦斯含量进行预测的分源预测法。

　　(二)预防瓦斯爆炸的措施

　　引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件：一定浓度的瓦斯，一定温度的引火源和足够的氧。防止瓦斯爆炸的技术措施很多，可以分为三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯被引燃和防止瓦斯事故的扩大。根本措施是前面两个。

　　防止瓦斯积聚的根本措施是加强通风，包括矿井必须根据规定配足风量，采用机械通风，实行分区通风，工作面采用独立通风，采空区必须及时封闭，瓦斯矿井的掘进工作面禁止使用扩散通风等措施。防止瓦斯积聚的其他措施包括及时处理局部积存瓦斯，抽放瓦斯，加强检查等。防止瓦斯被引燃是指防止明火、放炮和电火花、摩擦火花、冲击火花等引火源使瓦斯燃烧爆炸。

　　(三)预防瓦斯喷出和突出的措施

　　1．预防瓦斯喷出的措施

　　预防处理瓦斯喷出的措施，应根据瓦斯喷出量的大小和瓦斯压力的高低来制定，一般采取“探、排、引、堵”等措施。

　　(1)“探”就是探明地质构造和瓦斯情况。

　　(2)“排” 就是排放和抽放瓦斯。如探明断层、裂隙、溶洞大小或瓦斯量不多时，可让它自然排放。如瓦斯量大，喷出强度大，持续时间长，则可插管进行抽放。

　　(3)“引” 就是引导瓦斯到回风巷。

　　(4)“堵”就是堵塞裂隙。可用黄泥或水泥堵住裂隙，防止瓦斯喷出。

　　同时，对于瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量。

　　2．预防瓦斯突出的措施

　　预防煤和瓦斯突出的措施分为区域性措施和局部性措施。开采解放层是最经济、最有效的区域性措施。首先开采的非突出层称为解放层，后开采的突出层称为被解放层。局部性措施是指突出危险煤层采掘时采用的影响范围较小的预防措施。主要方法是排出瓦斯，增大卸压范围；加固煤体，增强煤体抵抗能力；人为诱使煤和瓦斯突出，减少突出损失。

　　(四)矿井瓦斯抽放

　　矿井瓦斯抽放是在矿井中利用专门的巷道系统将瓦斯排至地面或井下回风巷道的安全地点，从而达到减少矿井瓦斯涌出量，实现安全生产的目的。一般是在靠通风方法难以解决瓦斯问题时，采取此措施。

　　抽放瓦斯的方法，按瓦斯的来源分为开采煤层的抽放、邻近层抽放和采空区抽放三类；按抽放的机理分为未卸压抽放和卸压抽放两类；按汇集瓦斯的方法分钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放三类。

　　提高抽放效果的措施包括如下几种。

　　(1)增大孔径和长度。

　　(2)使用下向钻孔抽放 可以提前抽放深水平的瓦斯，且不受生产中各工序的影响。

　　(3)井上下水力压裂 水力压裂是从地面或井下向煤层打钻孔，并以压力大于煤层静水压力的液体压裂煤层，增大透气性，提高抽出率。

　　(4)煤层水力破裂 水力破裂是在井下巷道向煤层打钻，泵入高压水来破裂煤体。

　　(5)煤层水力割缝。

　　(6)综合抽放措施 目前，瓦斯抽放已由单一抽放型向综合抽放型发展。