矿井灾害防治技术

一．回答问题

1．我国矿井地下开采矿山和露天矿山各占多大比例？

96.6%和3.4%

2．目前我国能源生产量和能源消费量哪一个大？

能源消费量大于能源生产量

3．一公斤标准煤是如何确定的？

标准煤指每千克收到基低位热值为29.27兆焦（MJ）（相当于7000卡）的煤4．我国1991年，2005年，2008年和2009年万元GDP能耗各是多少?

5．除了煤炭外，世界上还有那些能源？

原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源

6．全世界每年死于各类伤害，事故及职业病的人数约为多少人？

120W

7．我国近三年煤矿事故死亡人数大约各是多少人？

07年3786人，08年3215人，09年2600人

8．我国百万吨煤的死亡人数大约是西方发达国家的多少倍？

9．什么是采矿工程？采矿工程的主干专业课程有哪些？

主干课程：固体矿床开采、岩土力学、地下工程、矿井通风与安全、岩土测试技术、地质学基础、爆破工程、工程力学等。

10．重庆大学采矿工程专业人才培养的目标是什么？人才培养的模式是什

么？

培养目标：本专业培养德、智、体全面发展，具有采矿工程的基础理论、基本技能，能在采矿工程领域从事设计。生产管理和研究的高级工程技术人才。

11．矿业按采矿行业是如何分类的？矿业按矿业技术专业又是如何划分的？12．本课程内容可针对哪些行业？

13．煤矿的“五大灾害”是什么？煤矿的“第六大灾害”是什么？

瓦斯、矿尘、矿井水灾、矿井火灾和顶板冒落。第六大灾害是地温地热

14．《煤矿安全规程》（2009年版）有多少条？

一共七百五十一条

二．简述题

1.简述我国煤矿伤害事故高的主观和客观原因。

2.简述开设《矿井灾害防治技术》课程的重要性。

3.简述本课程的主要内容及学习要求。

一．回答问题

1.煤矿的“一通三防”是指：“一通”是指矿井通风，“三防”是指防治瓦

斯、防治煤尘、防灭火

2.矿井瓦斯是指井下有害气体的总称

3.煤层瓦斯是指甲烷

4.甲烷的分子式是CH4

5.煤层瓦斯沿垂向一般分为瓦斯风化带和甲烷带

6.煤中微孔的孔隙容积占整个煤的孔隙容积的50%以上，微孔表面积占

整个表面积的97%以上

7.煤中孔隙的渗透容积是指小孔至可见孔的孔隙体积之和

8.描述煤层瓦斯的两个主要参数

9.测煤层瓦斯压力时，本煤层封孔长度应大于，穿层孔封孔的长

度应大于

二．简答题

1.矿井瓦斯的主要成分有哪些？其中，可爆气体，有毒气体，窒息性气

体是哪些？

甲烷，二氧化碳，氮气，硫化氢，一氧化碳，氢气，二氧化硫及其他

碳氢化合物气体（C n H2n+2,C n H2n,C6H6等）

可燃可爆气体：甲烷及其同系物烷烃（C n H2n+2），环烷烃（C n H2n），芳

香烃（C6H6，CH3C6H5），氢气，一氧化碳，硫化氢

有毒气体：硫化氢，二氧化硫，一氧化碳，氨气，二氧化氮，一氧化

氮等

窒息性气体：二氧化碳，甲烷，氮气，氢气等

2.矿井瓦斯灾害有哪三种形式？

煤与瓦斯突出，瓦斯燃烧爆炸，使人窒息

3.煤的孔隙分为哪五种形式？其直径各是多少?

微孔：d<10-5mm;小孔：10-5—10-4mm；中孔：d=10-4—10-1mm;可见孔

及裂隙：d>10-1mm

4.描述煤层瓦斯的主要参数有哪两个？

煤层瓦斯压力与煤层瓦斯含量

5.煤层的赋存条件是什么？

煤层瓦斯以游离（自由）和吸附状态赋存于煤体中

6.煤层瓦斯涌出形式按瓦斯来源分为哪三种？

采掘工作面煤（岩）壁瓦斯涌出，采空区瓦斯涌出，采落煤炭瓦斯放

散

7.煤层瓦斯有几个吸附常数？通过什么方法可测定？

两个吸附常数a和b，可以通过吸附试验获得

8.煤层瓦斯在煤和围岩中有几种赋存状态？各占比例一般为多少？那种

赋存状态的煤层瓦斯不呈现压力？

两种赋存状态，自由状态占5%—30%，吸附瓦斯占70%—95%，吸附

瓦斯不呈现压力

9.“高浓度的瓦斯（甲烷）会使人中毒”的说法对吗？为什么？

不对，甲烷是无毒的，但高浓度的甲烷可以让人窒息

三．简述题

1.简述甲烷的性质

无色，无味，无嗅气体；

可燃可爆气体；

扩散性强，扩散速度是空气的1.34倍（当甲烷浓度为43%时，空气中相应的氧气浓度将降到12%；当甲烷浓度为57%时，相应的氧气浓度被冲淡降到9%）；

密度小，0.716kg/m3(标准状况下)，为空气密度的0.554倍；

微溶于水（比瓦斯中其他气体弱）

2.简述煤层瓦斯的生成条件

腐植型有机物（植物）

被泥沙和海水所淹没，与空气隔绝

高温高压的环境

经历较长的成气时期

3.简述矿井瓦斯的来源

煤层与围岩内赋存并能侵入到矿井的气体

矿井生产过程中生成的气体，例如放炮时产生的炮烟等

井下空气与煤岩，矿物，支架与其他材料之间的化学或生物化学的反应生成的气体

放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡（Rn）及惰性气体氦（He）

4.简述影响吸附瓦斯的主要因素

瓦斯压力的影响：在给定的温度下，吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系是双曲线变化；

温度的影响：温度每升高一度，吸附瓦斯的能力降低约为8%；

孔隙率的影响：孔隙率越大，吸附瓦斯量就越大；

煤中水分的影响：水分的增加会使煤的吸附能力降低。

5.简述煤层瓦斯压力分布的一般规律

煤层瓦斯压力随煤层的埋深增加而增加

在煤层赋存条件稳定的情况下，煤层瓦斯压力随深度呈线性关系：

P=P0+C(H-H0)

同一层煤，由于地质作用的不同（煤层赋存条件不同），相同水平，相

同埋深，瓦斯压力也可能不一样。

6.甲烷带的特点

甲烷组分CH4≥80%，瓦斯压力P=0.15—0.2MPa（绝对压力）气体含

量赋存特点：煤层的瓦斯含量随深度增加而有规律地增长，但是增长

的梯度视地质条件而定

7.影响煤孔隙特性的主要因素

煤的孔隙特性与煤化程度，地质破坏程度和地应力性质及其大小等因

素密切相关。

8.影响煤层瓦斯含量的主要因素

1．煤层埋藏深度；2.煤层和围岩的渗透性；3.煤层倾角；4.煤层露头；

5.地质构造；

6.煤化程度；

7.水灾地质条件；

8.煤田地质史。

一．回答问题

1.瓦斯风化带形成的原因是什么？

当煤层具有露头或在冲击层之下有含煤盆地时，由于煤层内瓦斯向地

表运移和地面空气向煤层深部渗透，扩散的结果。

2.在煤的孔隙结构中，吸附容积是由哪类孔构成？一般在占煤总孔隙体

积的多少？一般哪种牌号的煤的孔隙率较大？

由微孔构成的，一般在煤总孔隙体积中占50%以上，一般无烟煤的孔

隙率较大。

3.煤的孔隙特性的重要内容是什么？

煤的吸附，储存，扩散和渗流等特性

4.哪种状态的瓦斯呈现出瓦斯压力？研究矿井中煤层瓦斯压力参数的意

义是什么？

游离（自由）瓦斯呈现瓦斯压力。

煤层瓦斯压力参数反映了煤层瓦斯含量的多少，决定了瓦斯流动动力

高低以及瓦斯流动现象的潜能大小，是研究与评价瓦斯储量，瓦斯涌

出，瓦斯流动，瓦斯抽放与瓦斯突出问题的重要参数。

5.为什么瓦斯分子能吸附于煤体微孔壁面上？

6.游离瓦斯含量如何计算？

01vT Q TP p

ξ=式中——单位重量煤的孔隙体积，m 3/t ；

P ——瓦斯压力

T 0,P 0——标准状况下的绝对温度（273K ）与压力（0.101325MPa ）；T ——瓦斯的绝对温度，T=273+t ，t 为瓦斯的摄氏温度（℃）；

ξ——瓦斯压缩系数，甲烷的压缩系数见表1-13；

Q 1——煤的游离瓦斯含量，m 3（标准状况下）/t （煤）。

7.如果考虑煤中的灰分和水分，吸附瓦斯含量如何计算？

100

10031.011)1(ab )(20w A w e bp p Q t t n ???++=?式中e ——自然对数的底，e=2.718；

t 0——实验室测定煤的吸附常数时的试验温度，℃；

t ——煤层温度，℃；

n ——系数，按下式确定：n=

；p

07.0993.002.0+P ——煤层瓦斯压力，MPa ；

a ，

b ——煤的吸附常数；

A,W ——煤的吸附瓦斯含量，m 3（标准状况下）/t （煤）。

8.根据测煤层瓦斯压力的封孔长度的最低要求，本煤层测压大于多少？穿层孔要大于多少？封孔的一些要求是什么？

9.确定煤层瓦斯流动形态的参数有哪些？

参数有流向、流速、压力梯度等运动参数。

10.什么是煤层透气性系数？它与煤层渗透率是什么关系？它物理意义是

什么？它受那些因素影响？

它是反映煤层中孔隙和裂隙状况的一个煤层瓦斯流动参数。两者的关系：n

p μλ2k

=P n ——标准状况下的大气压力，即0.101325MPa ；

——煤层的透气性系数，m 3/MPa 2.d 。

λ主要影响因素：煤的孔隙率、地质构造、地应力。

11.影响煤层瓦斯流动过程的因素有哪些？

12.矿井瓦斯涌出的瓦斯来源有哪些？

采掘工作面煤（岩）壁瓦斯涌出，采空区瓦斯涌出，采落煤炭瓦斯放散。

13.矿井瓦斯涌出的绝对瓦斯涌出量和相对涌出量如何计算？

绝对瓦斯涌出量计算式为：Q 绝=Q C%6024

×××式中Q 绝——矿井的绝对瓦斯涌出量，m 3/d ；

Q ——矿井总回风道风量，m 3/min ；

C%——回风流中的平均瓦斯浓度。

相对瓦斯浓度的计算公式：q 相=Q 绝n/T

×式中Q 绝——矿井的绝对瓦斯涌出量，m 3/d ；

n ——矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d/月；

T ——矿井瓦斯鉴定月的产量，t/月。

14.矿井瓦斯等级是如何划分的？

根据《规程》规定，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分：

低瓦斯矿井：q 相10m 3/t 且Q 绝40m 3/min ；

≤≤高瓦斯矿井：q 相>10m 3/t 或Q 绝>40m 3/min ；

煤和瓦斯突出矿井。

15.瓦斯矿井，突出矿井和瓦斯涌出量梯度是如何定义的？

一个矿井中只要有一个煤（岩）层中发现瓦斯，该矿即为瓦斯矿井。只要发生过一次煤（岩）与瓦斯突出，该矿即为突出矿井。

瓦斯涌出量梯度是表示开采深度每增加1m ，相对瓦斯涌出量平均增加的值为am 3/t 。

二．简述题

1.简述煤和煤层瓦斯的生成过程，并指出哪两个阶段产甲烷气量最大。成煤植物——泥炭——褐煤——长焰煤——气煤——肥煤——焦煤——瘦煤——贫煤——半无烟煤——无烟煤

2.简述吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系。（在一定温度下）bp

1abp Q +=式中Q ——在某温度下，瓦斯压力为p 单位质量（或体积）纯煤吸附的瓦斯量，m 3/t 或m 3/m 3；

a （Q max ）——吸附常数，表示纯煤的极限吸附量，m 3/t ，一般为15—55；（衡量煤层吸附瓦斯能力的指标）

b ——吸附常数，MPa -1，一般为0.5—5.0，（衡量煤层吸附瓦斯特性的指标）

p ——瓦斯压力，MPa

3.简述煤层瓦斯赋存特性。

游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态和不断的交换之中；在未采动的煤层中，煤层中自由状态，占5%—30%，吸附瓦斯占70%—95%。

4.简述影响吸附瓦斯量的主要因素。

1）瓦斯压力的影响：在给定的温度下，吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系是双曲线变化；

2）温度的影响：温度每升高一度，吸附瓦斯的能力降低约为8%；

3）孔隙率的影响：孔隙率越大，吸附瓦斯量就越大；

4）煤中水分的影响：水分的增加会使煤的吸附能力降低。

5.简述煤层瓦斯压力分布的一般规律。

1）煤层瓦斯压力随煤层的埋深增加而增加

2）在煤层赋存条件稳定的情况下，煤层瓦斯压力随深度呈线性关系：P=P0+C(H-H0)

3）同一层煤，由于地质作用的不同（煤层赋存条件不同），相同水平，相

同埋深，瓦斯压力也可能不一样。

6.简述矿井煤层瓦斯压力变化规律确定方法。

瓦斯压力变化规律：在煤层走向上布置2—3条测线（水平间隔距离一般500m以上），同时，在每条测线上间隔一定埋深（一般100m以上），布置不少于3个测点测定瓦斯压力，然后采用数字方法拟合，确定瓦斯压力变化曲线。

7.简述煤层瓦斯不同流动形态的特点，并举例说明。

1）单向流动：在三维空间只有一个方向有流速，其他两个方向的流速为零。（半煤巷煤壁涌出的瓦斯流动方式）

2）径向流动：瓦斯等压线为一组同心圆，瓦斯沿圆的径向向圆以流动，

该流动为平面流动（穿过煤层的钻孔或石门、竖井等，通过的瓦斯流动方式）

3）球向流动：球向流动瓦斯等压线为一组同心球，瓦斯沿球的径向流动。

（石门揭开特厚煤层、特厚煤层中的掘进头、煤层中的钻孔孔底等通过的瓦斯流动方式）

8.简述煤层瓦斯流动方式的特点及流动规律。

1）渗流流动：在尺寸较大的煤层裂隙系统中，瓦斯流动属于渗流流动；

2）扩散流动：在孔隙结构的微孔中，瓦斯的流动则是扩散运动。

9.简述矿井瓦斯涌出的形式及特点。

普通涌出：指在时间与空间上比较均匀，普通发生的不间断涌出，它是矿井正常状态下的涌出。其特点：范围大、时间长、涌出量均匀，速度缓慢。

特殊涌出：指在时间与空间上突然集中发生的涌出，涌出速率很不均匀。

10.分析矿井瓦斯涌出的主要影响因素。

（1）自然因素：1）煤层与围岩的瓦斯含量2）开采深度3）地面大气压（2）开采技术条件：1）开采规模2）开采方法3）通风方法及采空区管理

11.简述掘进面瓦斯涌出，回采面瓦斯涌出，老空区瓦斯涌出的瓦斯涌出

的治理方法。

1)掘进面瓦斯涌出治理方法：掘进预抽瓦斯；边掘边抽瓦斯；井巷周壁隔

绝封堵引排瓦斯或抽放瓦斯；湿润煤体与洒水；减少一次爆破量与爆破深度；间歇掘进但不停风；双巷掘进；缩短独头巷掘进巷道长度；加强通风严格通风管理；专职瓦斯检查员与瓦斯监测；限制掘进速度等。

2)回采面瓦斯涌出治理方法：

（1）控制回采区工作面与邻近层瓦斯涌出的主要方法有：本煤层采前预

抽瓦斯；工作面煤壁浅孔注水；采落碎煤洒水快运；减少一次爆破煤量；

限制工作面推进速度；抽放上、下临近层卸压瓦斯；抽放采空区瓦斯；

针对瓦斯来源选用符合分源治理瓦斯原则的通风系统，加强通风管理，维护好通风系统，增加风量；设专职瓦斯检查员与瓦斯监测等。

（2）U型通风系统回采工作面的上隅角高瓦斯浓度解决的方法有：抽放

邻近层或采空区瓦斯；采用尾巷排放；矿井通风负压引排上隅角瓦斯；

矿井通风负压引排与局扇向上隅角供风相结合，这种方法由于受矿井通

风负压与局扇能力的限制，其处理的瓦斯量一般不超过3.0m3/min。3)老空区瓦斯涌出的治理方法：首先要及时封闭老空区，并保证密闭质量，

以控制其瓦斯涌出。当老空区瓦斯涌出量较大时，应进行抽放瓦斯，抽访问瓦斯这种方法简易，工程量小容易奏效。

12.简述独头巷道排放其积存瓦斯的方法。

1）局扇直接排放法。

2）风筒增阻排放法。

3）风筒接头断开调风排放法。

4）风筒三通调风排放法。

5）逐段通风排放法。

6）钻孔超前贯通利用局扇与矿井主扇负压排放法。

7）使用调风装置排放法。

一．回答问题

1.瓦斯爆炸产生的主要有害因素有火焰锋面、冲击波和巷道中大气成分的

变化

2.瓦斯爆炸产生的主要危害有对人员和井下巷道、仪器设备等造成损害

3.瓦斯爆炸的主要点火源有井下爆破、电火花、摩擦撞击火花、明火点燃、

炽热表面和炽热气体

4.瓦斯燃爆的三种类型是速燃、爆燃、爆炸

5.瓦斯爆炸产生的效应有高温、高压冲击波和大量有害气体

6.瓦斯爆炸最猛烈的甲烷浓度是9.5%

7.绝对瓦斯涌出量的单位是m3/d

8.相对瓦斯涌出量的单位是m3/t

9.突出矿井的定义是只要发生过一次煤（岩）与瓦斯突出的矿井就是突出

矿井

10.瓦斯特别危险巷道的标准是1）爆破后工作面的甲烷浓度达到2%或更

大；2）工作面停风后，30min内甲烷浓度达到2%

二．简答题

1.矿井瓦斯涌出形式按瓦斯来源分为哪三类？

采掘工作面煤（岩）壁瓦斯涌出，采空区瓦斯涌出，采落煤炭瓦斯放散

2.煤层瓦斯解析是什么意思？

煤层瓦斯解析就是煤体吸附瓦斯解析成游离瓦斯放散。

3.哪种矿井是属于高瓦斯矿井？

高瓦斯矿井：q相>10m3/t或Q绝>40m3/min；

4.瓦斯爆炸产生的有害因素及主要危害有哪些？

瓦斯爆炸产生的主要有害因素有：火焰锋面、冲击波和巷道中大气成分的变化

瓦斯爆炸产生的主要危害有：对人员和井下巷道、仪器设备等造成损害

5.瓦斯积聚的标准是什么？

瓦斯积聚是指体积超过0.5m3的空间瓦斯浓度超过2%的现象。

6.矿井瓦斯爆炸的主要点火源有哪些？

瓦斯爆炸的主要点火源有井下爆破、电火花、摩擦撞击火花、明火点燃、炽热表面和炽热气体

7.矿井瓦斯爆炸防治的基本思路是什么？

基本思路就是消除引发爆炸的基本条件，即防止瓦斯的积聚和点火源的出现。

8.按照《煤矿安全规程》，矿井瓦斯等级是如何划分的？

根据《规程》规定，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分：

低瓦斯矿井：q相10m3/t且Q绝40m3/min；

≤≤

高瓦斯矿井：q相>10m3/t或Q绝>40m3/min；

煤和瓦斯突出矿井。

三．简述题

1.简述瓦斯爆炸的三个基本条件。

1）瓦斯浓度达到一定范围：5%—6%至14%—16%时，混合气体有爆炸性；

2）存在高温火源，一般认为650o—750o；

3）足够的氧气，混合气体中氧气浓度不低于12%。

2.简述煤矿井下哪些是易发生瓦斯爆炸的地点，说明其原因。

1）掘进工作面较易发生瓦斯爆炸的原因，一是瓦斯涌出量大，局部通风机可靠性差，容易形成瓦斯积聚；二是使用的电器设备较多（电钻、扇风机、掘进机等）以及经常放炮，出现火源机会较多。

2）回采工作面容易发生瓦斯爆炸的地点是工作面上隅角以及采煤机工作时

切割机构附近。

3.简述引起瓦斯积聚的原因。

1）工作面风量不足引起积聚

2）通风设备质量差、管理不善引起瓦斯积聚

3）串联通风、不稳定分支等引起瓦斯积聚

4）局部通风机停止运转造成的瓦斯积聚

5）恢复通风排放瓦斯时期容易造成瓦斯事故

6）采空区及盲区中积聚的瓦斯

7）瓦斯异常涌出造成的瓦斯积聚

8）巷道冒落空洞等的瓦斯积聚

9）小煤矿瓦斯的积聚

4.简述防止井下瓦斯积聚的方法。

1）保证工作面的供风量

2）处理采煤工作面回风隅角的瓦斯积聚：挂风障引流；尾巷排放瓦斯法；风筒导风法；移动泵站排放法；液压局部通风机吹散法

3）掘进工作面局部瓦斯积聚的处理：充填法；引风法；风筒分支排放法；黄泥抹缝法；钻孔抽放裂隙带的瓦斯。

4）刮板输送机底槽瓦斯积聚的处理：（1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽通畅，使瓦斯不易积聚（2）保证输送机经常运转，即使不出煤也让输送机断续运转，以防止瓦斯积聚（3）吊起输送机处理积聚的瓦斯（4）压风排瓦斯

5.简述防瓦斯爆炸的主要隔爆，阻爆方法。

采取分区通风；

设置隔爆、阻爆装置：用水预防和阻隔爆炸；自动式防爆棚

6.简述影响矿井瓦斯涌出的因素。

（3）自然因素：1）煤层与围岩的瓦斯含量2）开采深度3）地面大气压（4）开采技术条件：1）开采规模2）开采方法3）通风方法及采空区管理

7.举出至少三种掘进巷道瓦斯涌出治理的方法。

掘进面瓦斯涌出治理方法：掘进预抽瓦斯；边掘边抽瓦斯；井巷周壁隔绝封堵引排瓦斯或抽放瓦斯；湿润煤体与洒水；减少一次爆破量与爆破深度；间歇掘进但不停风；双巷掘进；缩短独头巷掘进巷道长度；加强通风严格通风管理；专职瓦斯检查员与瓦斯监测；限制掘进速度等。

8.举出至少三种回采工作面瓦斯涌出治理的方法。

1）控制回采区工作面与邻近层瓦斯涌出的主要方法有：本煤层采前预抽

瓦斯；工作面煤壁浅孔注水；采落碎煤洒水快运；减少一次爆破煤量；限制工作面推进速度；抽放上、下临近层卸压瓦斯；抽放采空区瓦斯；针对瓦斯来源选用符合分源治理瓦斯原则的通风系统，加强通风管理，维护好通风系统，增加风量；设专职瓦斯检查员与瓦斯监测等。

2）U型通风系统回采工作面的上隅角高瓦斯浓度解决的方法有：抽放邻

近层或采空区瓦斯；采用尾巷排放；矿井通风负压引排上隅角瓦斯；矿井通风负压引排与局扇向上隅角供风相结合，这种方法由于受矿井通风负压

与局扇能力的限制，其处理的瓦斯量一般不超过3.0m3/min。

四．计算题

某矿井月产量为400吨，矿井瓦斯鉴定月的工作天数为29天；矿井总回风

道风量平均为5000m3/min，回风流中的平均瓦斯浓度为0.6%。试计算矿井绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。

Q绝=Q C%6024=50000.6%6024=43200m3/d

××××××

q相=Q绝n/T=4320029/4000=313.2m3/t

××