第二章矿井瓦斯防治技术思考题
2、试述瓦斯的主要物理及化学性质，了解这些性质对于预防处理瓦斯危害有何意义？
矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。
甲烷（CH4，俗称沼气），是无色、无味、无毒的气体。甲烷分子的直径为0.3758×10-9m，可以在微小的煤体空隙和裂隙里流动。其扩散速度是空气的1.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散的巷道空间。甲烷标准状态时的密度为0.716kg/m3，比空气轻，与空气相比的相对密度为0.554。如果巷道上部有瓦斯涌出源，风速低时，容易在顶板附近形成瓦斯积聚层。瓦斯微溶于水。
甲烷虽然无毒，但其浓度如果超过57%，能使空气中氧浓度降低至10%以下。瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷，往往积存大量瓦斯。如果未经检查就贸然进入，因缺O2而很快地昏迷、窒息，直至死亡。
瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸。
在煤矿的采掘生产过程中，当条件合适时，会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出，产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。
3、瓦斯是如何生成的，而煤内实际的瓦斯量是否等于生成量?
煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。
古代植物在成煤过程中，经厌氧菌的作用，植物的纤维质分解产生大量瓦斯；此后，在煤的碳化变质过程中，随着煤的化学成分和结构的变化，继续有瓦斯不断生成。
煤层瓦斯含量的大小，决定于成煤过程中生成的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件。煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越多。成煤过程生成的瓦斯，大部分都已转移到围岩或大气中去了，煤层实际瓦斯含量的因素，主要是煤炭生成后保存瓦斯的条件，如煤的结构和物理化学特性，成煤后的地质运动和地质构造，煤层的赋存条件，围岩性质等。所以煤层中的瓦斯含量远远小于其生成的瓦斯量。
5、在全部成煤过程中，每形成一吨无烟煤，大约可以伴生多少m3的瓦斯？
在全部成煤过程中，每形成一吨烟煤，大约可以伴生600m3以上的瓦斯。而由长焰煤变质为无烟煤时，每吨煤又可以产生约240m3的瓦斯。
6、什么是矿井绝对瓦斯涌出量和相对涌出量？影响瓦斯涌出量的因素有哪些？ 瓦斯涌出量大小的表示方法有绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两种。 （1）.绝对瓦斯涌出量
矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，单位为m3/d或m3/min。它与风量、瓦斯浓度的关系： 式中QCH4－绝对瓦斯涌出量，m3/min； Q风－瓦斯涌出地区的风量，m3/min； C－风流中的瓦斯体积浓度。 （2）.相对瓦斯涌出量
矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤涌出的瓦斯量，单位为m3/t。 式中qCH4－相对瓦斯涌出量，m3/t QCH4－绝对瓦斯涌出量，m3/min； T－产煤量t/d；
影响瓦斯涌出的因素
瓦斯涌出量的大小，决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。如煤、岩的瓦斯含量、煤的物理化学特性、开采规模、回采顺序、落煤方式、通风系统、地面大气压、风压和风量的变化，等等。
8、影响煤层瓦斯含量的因素有哪些？ 主要影响因素：
（1）、煤的吸附特性
（2）、.煤层赋存状态1）露头2）煤层倾角3）埋藏深度 （3）、煤层和围岩的透气性
（4）、地质构造1)褶皱构造2）断层 （5）、水文地质条件 （6）、岩浆活动
9、煤层内瓦斯压力分布的一般规律如何？ 在未受采动影响煤层内 （1）沿深度(沿煤层倾向)
未受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。
（2）沿走向
在地质条件相近的块段内，相同深度的同一煤层，具有大体相同的瓦斯压力。 采动影响区煤层
瓦斯压力发生变化，十分复杂，一般随深度增加瓦斯压力逐渐增大。
11、矿井瓦斯等级是如何划分的？
矿井瓦斯等级按矿井绝对瓦斯涌出量、相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为： ①低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量≤40m3/min。 ②高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量＞10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量＞40m3/min。 ③煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井：发生过一次煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的矿井。 16、瓦斯爆炸的危害因素有哪些？各有哪些特点和危害？ 矿内瓦斯爆炸的有害因素是，高温、冲击波和有害气体。 1）、火焰锋面
瓦斯爆炸时沿巷道运动的化学反应带和燃烧带的总称。 特点：
（1）传播速度几m/s～2500m/s； （2）温度大于1000℃；
（3）传播距离几十m～几百m。 危害：
（1）造成人员大面积皮肤深度烧伤，呼吸器官粘膜烫伤； （2）破坏电气设备； （3）引燃井巷可燃物。 2）、冲击波
在瓦斯爆炸过程中，由于能力突然释放即会产生冲击波，它是由压力波发展而成的。正向冲击波传播时，其压力一般为10kPa～2MPa，但其遇叠加或反射时，常常可形成高达10MPa的压力。冲击波的传播速度高于音速（340m/s）。
正向冲击波：波峰压力几十kP～2Mpa。
反向冲击波：压力波叠加，压力高达10MPa， 冲击波传播速度≮音速。
传播距离几千m，甚至波及地面。
危害：
冲击波通过时会对人体造成危害，多数情况下，这些创伤具有综合（创伤、烧伤等）多样的特点。
3）、高温灼热
在瓦斯浓度为9.5%条件下，爆炸时的瞬时温度在自由空间内可达1850℃；在封闭空间内最高可达2650℃。井下巷道呈半封闭状态，其爆温将在1850℃与2650℃之间。这样高的火焰温度，很短时间内足以灼伤人的皮肤和肌肉、损伤人的器官，点爆煤尘，点燃坑木。
4）、井巷大气成分变化
由瓦斯爆炸反应，我们知道，由于瓦斯浓度和氧气浓度的不同，使得爆炸产生的有毒气体CO和CO2的浓度差异很大，特别是由于瓦斯爆炸破坏了通风系统，使爆炸后的有毒气体CO和CO2不易扩散和稀释。从以往事故分析看：爆炸后的有毒有害气体的中毒是造成人死亡的主要原因，占死亡总数的70～80%。
特点：
（1）O2大幅度下降；
（2）产生大量有毒、有害气体（CO2、CO、H2O）； （3）形成爆炸性气体（CO）；
（4）影响范围极远，与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况等有关。 危害：
（1）引起人员中毒和死亡； （2）造成人员窒息死亡； （3）造成后果严重。
18、什么是瓦斯爆炸界限？影响爆炸界限的因素受有那些？
瓦斯的爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响，其中有： （1）、瓦斯浓度
瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围称瓦斯的爆炸界限。其最低浓度界限为爆炸下限，最高浓度界限为爆炸上限。瓦斯在新鲜空气中的爆炸下限为5%～6%，上限为14%～16%。在正常空气中瓦斯浓度为9.5%时，化学反应最完全，产生的温度与压力也最大；瓦斯浓度7%～8%是最容易爆炸。
瓦斯浓度低于爆炸下限时，遇高温火源并不爆炸，只能在火焰外围形成稳定的燃烧层，此燃烧层呈浅兰或淡青色。浓度高于爆炸上限时，在该混合气体内不会爆炸，也不燃烧。如有新鲜空气供给时，可以在混合气体与新鲜空气的接触面上进行燃烧。
（2）、环境温度
环境温度升高甲烷的爆炸下限下降、上限上升。即爆炸界限扩大。 （3）、气压
爆炸初始时环境的气压对烷空气体的爆炸界限有很大的影响， 气压升高甲烷的爆炸下限变化很小，上限上升。 （4）、氧浓度 常温下，CH4的爆炸界限与混合气体中氧浓度的关系，呈三角形，人们称为“爆炸三角形”。实验表明，瓦斯爆炸界限随混合气体中氧浓度的降低而缩小。当氧浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓慢地增高，如图中的BE线所示，爆炸上限则迅速下降，如图中的CE线所示。氧浓度降低到12%时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，遇火也不会爆炸。
（5）、煤尘的影响 降低CH4的爆炸下限。
因为煤尘本身有爆炸性，且煤尘遇热（300～400℃时）会干馏出可燃气体，使爆炸下限降低。
（6）、其它可燃气体
当烷空气体混有碳氢类气体或CO时，可用勒.查特里埃（Le.Chatelier）法则计算混合气体的爆炸界限。
（7）、引火源点火能量的影响
引火源向邻近的烷空气体传输的能量愈大，爆炸范围愈大。 （8）、惰性气体的影响
惰性气体的混入，使氧浓度降低，并阻碍活化中心的形成，可以降低瓦斯爆炸的危险性。 爆炸下限提高，上限降低，即爆炸范围缩小。
20、什么是瓦斯爆炸的感应期？
瓦斯与高温热源接触时，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象称引火延迟性，间隔的这段时间称感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、火源温度和火源性质有关，而且瓦斯燃烧的感应期总是小于爆炸的感应期。根据为瓦斯爆炸的感应期与火源温度关系可知，火源温度升高，感应期迅速下降；瓦斯浓度增加，感应期略有增加。
21、在相同条件下瓦斯爆炸时的最大爆炸压力与爆炸空间的几何形状有何关系？ 最大爆炸压力与爆炸空间的几何形状的关系： 相同条件下:圆球体＞正方体＞圆柱体＞立方体 22、何谓瓦斯积聚？预防措施有哪些？
瓦斯积聚是指局部空间的瓦斯浓度达到2%，其体积超过0.5m3的现象。 防止瓦斯积聚的基本方法如下： (1)保证工作面的供风量
用适当的风量将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排至地面，是预防瓦斯积聚的基本措施。 ①合理选择通风系统，正确确定矿井风量，并进行合理分配，使井下所有工作地点都有足够的风量。
②每一矿井都必须采用机械通风，主要通风机的安装和使用，必须符合《规程》规定。 ③每一生产水平和每一采区，都必须布置单独的回风巷，实行分区通风。在准备采区时，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道。采煤工作面必须构成全风压通风系统后，方可回采。
④采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
⑤掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机通风，不得采用扩散通风。 ⑥正确选择构筑物的位置，并加强维护与管理，防止大量漏风。 (2)认真进行瓦斯检查与监测
严格按照《规程》规定进行瓦斯检查与监测是及时发现和处理瓦斯积聚的前提。
矿井必须建立瓦斯检查制度。低瓦斯矿井的采掘工作面，每班至少检查2次；高瓦斯矿井中每班至少检查3次。有突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并安设甲烷断电仪。
(3)及时处理局部积存的瓦斯
生产中容易积存瓦斯的地点有：采煤工作面上隅角，独头掘进工作面的巷道隅角，顶板冒落的空洞内，低风速巷道的顶板附近，停风的盲巷中，采煤工作面采空区边界处，以及采掘机械切割部周围，等等。及时处理生产井巷中局部积存的瓦斯，是矿井日常瓦斯管理的重要内容，也是预防瓦斯爆炸事故，保证安全生产的关键工作。通常采用的方法有：向瓦斯积聚地点加大风量和提高风速，将瓦斯冲淡排出，将盲巷和顶板空洞内积存的瓦斯封闭隔绝，必要时应采取抽放瓦斯的措施。
23、井下引燃瓦斯的热源种类有哪些？防止瓦斯引燃的原则和措施有哪些？
防止瓦斯引燃的原则是对一切非生产必需的热源，要坚决禁绝。引燃瓦斯的火源有明火、放炮、电火、摩擦火花及静电火花等。针对这些火源，应采取下列预防措施：
(1)严禁携带烟草和点火物品下井
井口房、通风机房和抽放瓦斯泵站附近20m内，不得有烟火或用火炉取暖；井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉。井下和井口房内不得从事电焊、气焊、喷灯焊接等工作，如果必须在井下主要硐室、主要进风巷和井口房内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作，要制订安全措施和审批手续，并遵守《规程》规定；矿灯应完好，否则，不得发出，应该爱护矿灯，严禁拆开、敲打、撞击；严格管理井下火区。
(2)采掘工作面都必须使用取得产品许可证的煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管
使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。打眼、装药、封泥和放炮都必须符合《规程》规定。
(3)井下使用的机械和电气设备、供电网路都必须符合《规程》规定
井下不得带电检修、搬迁电气设备(包括电缆和电线)；井下防爆电气设备的运行、维护和修理工作，必须符合防爆性能的各项技术要求。防爆性能受到破坏时的电器设备，应立即处理或更换，不得继续使用；井下供电应做到：无“鸡爪子”、无“羊尾巴”、无明接头；有过电流和漏电保护，有螺栓和弹簧垫，有密封圈和挡板，有接地装置，电缆悬挂整齐、防护装置全，绝缘用具全，图纸资料全；坚持使用检漏断电器、煤电钻综合保护和局部通风机风电闭锁装置。
(4)防止机械摩擦火花引燃瓦斯，国内外都在对这类问题进行广泛的研究
公认的措施有：禁止使用摩钝的截齿；禁止使用铝或铝合金制作的部件和仪器设备，向截槽内喷雾洒水；在摩擦部件的金属表面溶敷一层活性小的金属，例如铬，或在金属中加人少量的铍来降低摩擦火花的点燃性能。
24、防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施有哪些？
井下局部地区一旦发生瓦斯爆炸，应使其波及范围尽可能缩小，不致引起全矿井的瓦斯爆炸。为此，应采取以下措施：
(1)实行分区通风。每一生产水平和每一采区，都必须布置单独的回风道，采掘工作面都应采用独立通风。
(2)通风系统力求简单。总进与总回布置间距不得太近，以防发生爆炸时使风流短路。采空区必须及时封闭。
(3)装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门或防爆盖，以防止发生爆炸时通风机被毁，造成救灾和恢复生产的困难。
(4)生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。 (5)开采有煤尘、瓦斯爆炸危险的矿井，在矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层和相邻的工作面，都必须用岩粉棚或水棚隔开。在所有运输巷道和回风巷道中必须撒布岩粉。
(6)每一矿井，每年必须由矿井技术负责人组织编制矿井灾害预防和处理计划。 25、局部通风机的管理措施有哪些？风筒的末端管理措施有哪些？ 局部通风机的管理措施有： (1)严格局部通风机管理
①局部通风机要挂牌指定专人管理或派专人看管。局部通风机和启动装置必须安设在新鲜风流中，距回风口不得小于10m。
②一台局部通风机只准给一个掘进工作面供风，严禁单台局部通风机供多头的通风方式。 ③安设局部通风机的进风巷道所通过的风量，必须大于局部通风机的吸风量，保证局部通风机不发生循环风。
④局部通风机不准任意开停。有计划停电、停风要编制安全措施，履行审批手续，并严格执行。停风、停电前，必须先撤出人员和切断电源；恢复通风前，必须检查瓦斯，符合规定后，方可人工开启局部通风机。
(2)严格风筒“三个末端”管理
严格风筒“三个末端”管理是指风筒末端距掘进工作面距离必须符合作业规程要求；风筒末端出口风量要大于40m3/min；风筒末端处回风瓦斯浓度必须符合《规程》规定。
矿井瓦斯防治技术思考题解析doc
