矿井瓦斯防治

第五章矿井灾害防治

第一节矿井瓦斯防治

矿井瓦斯是赋存在井下煤层中的而受采动影响释放到开采空间的有害汽体的总称，空气中瓦斯含量过高时，氧浓度降低会使人窒息，条件具备时，瓦斯可燃烧、爆炸，是矿井五大灾害之一（粉尘、为灾、水灾、顶板、瓦斯）。瓦斯灾害的治理是矿井生产的一项重要任务。

一、矿井瓦斯基本知识

（一）瓦斯的性质及其赋存

1、矿井瓦斯的概念

矿井瓦斯是井下有害气体的定称，它的确主要成份是沼气（甲烷），占总量的90%以上，因此瓦斯的概念正常单独指甲烷。

矿井瓦斯来自煤层和煤系地层，它的形成经历了两个不同的时期，以植物遗体到形成泥炭，属于生物化又学造气时期，以竭煤，烟煤到无烟煤，属于变质作用的造气时期。由于在生物化学作用造气时期泥炭的埋芷较浅，覆盖层的胶洁固化也不好，因此生成的气体通过渗透的扩散很容易排层到大气中，一般不会保留在煤层内。现在煤层中的瓦斯，仅是变质作用生成的气体总量的3%—24%）。

2、矿井区瓦斯的基本性质

（1）瓦斯是无色、无味、无嗅的气体。

（2）在标准确性状态下密度的0.716/m3,比空气轻，其与空气的相对密度为0.554。

（3）扩散性强，扩散速率是空气的1.34倍。

（4）瓦斯无毒，但空气中瓦斯浓度的增高会导致氧浓度的降低，从而使空气量具有的窒息性。

（5）瓦斯具有燃烧和爆炸的性质。

（6）瓦斯微溶于水0.1013mpa和20℃时的溶解度为3.5%.

3、瓦斯的赋存状态

（1）瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态为两种，一种是游离状态，另一种是吸附状态。

游离状态。这种状态的瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔洞之中，其分

子可自由运动。处于承压状态。

吸附状态。吸附状态的瓦斯按照结合形式不同，又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是指瓦斯被吸着在煤体或岩体微孔表面，在其表面的形成瓦斯薄膜；吸收状态指瓦斯被溶解于煤体中，与煤的分子相结合，类似于气体溶解于液体的现象。

煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于动平衡状态，当条件发生变化时这一平衡就会被打破。由于压力增高或温度降底使一部分游离瓦斯转化为吸附，瓦斯的现象叫做瓦斯吸附，由于压力降低或温度升高使一部分吸附瓦斯转化为游离瓦斯的现象叫做瓦斯解吸。

（2）瓦斯在煤层中的垂直分布带。在漫长的地质年代中变质作用过程中生成的瓦斯在其压力差与浓渡差的作用下，不断向大气中运移，而地表空气通过渗透和扩散也

不断向煤层深部运移，这就导致沿煤层垂深出现了特征明显的4个带，即CO

2—N

2

带

N

2

带,第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ带称瓦斯风化带，第Ⅳ带称瓦斯带。

煤层瓦斯垂直分带组分表

确定瓦斯风化带和瓦斯的深渡很重要的，因为在瓦斯带内，煤层中瓦斯含量，瓦斯压力，以及在开采条件变化不大的前提下瓦斯出量都随深度的增加而有规律的增大，研究这些规律及影响因素，是防止矿井瓦斯灾害的基本工作之一。

（二）煤层瓦斯含量及瓦斯压力

1、煤层瓦斯含量及其影响因素

煤层瓦斯含量是指煤层在自然条件下单位质量或单位体积煤体所含有的瓦斯量，一般用m3/t或m3/m3表示。煤层瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分，其中游离瓦斯均占10%—20%。吸附瓦斯均占80%—90%。

煤层瓦斯含量的大小决定于两个方面的因素，一是成煤过程中体生的气体量和煤的瓦斯能力，二是煤系地层保存瓦斯的条件。

（1）煤的变质程度。煤的变质程度决定了成煤过程中体生的气体量和煤的含瓦斯能力。煤的变质程度越高，生成的气体量就越大，煤的微孔隙就越多，总的表面积越大1kg煤的孔隙表面积可达200m2，吸附瓦斯的含量就越大含瓦斯能力就越强。因此，在共他条件相同的情况下。变质程度高的煤层，瓦斯含量就大。煤的变质程度增高的顺序是褐煤、烟煤、无烟煤。

2）煤质地层保存瓦斯的条件。煤层有无露头对煤层瓦斯含量有很在影响。有露头时一般存关瓦斯风化带，在该带区内，瓦斯沿煤层向大气运移阻力较小，煤层的瓦斯很容易扩散到大气中去。所以，地表有煤层露头时，该煤层的瓦斯含量会很低。煤层埋藏深渡增加，保存瓦期的条件就变好，煤层吸附瓦斯的能力就加大，瓦斯放散就越困难。在瓦斯带内，煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随埋藏深度的增加而增加，煤层顶底板岩层的透气性，对煤层瓦斯含量影响很大，煤层被透气性很低的岩层包围，煤层的瓦斯放散不出去，瓦斯含量高；反之，瓦斯含量就低，煤层的地质史的影响，成煤有机物沉积以后，直到现今的变质作有阶段，经历了漫长的地质年代。其间，地层多次下降或上升，覆盖层加厚或遭受剥独，海相与陆相高替变化并伴有地质构造运动等，这些地质过程的形式和持续时间对煤层瓦斯含量影响很大。

此外，煤层中的灰分和杂质也降低煤层吸附瓦斯的能力，煤中的水份，不仅占据了孔隙，也占据了煤的孔隙表面，降低了煤的含瓦斯能力。

2、煤层内的瓦斯压力

煤层的瓦斯压力量处于煤的裂隙中的游离瓦斯分子热运动的结果。煤层瓦斯压力不但决定着煤层的瓦斯含量，而且与瓦斯动现象有密切的联系。一般情况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的增加，但在地质构造带附近，瓦斯压力可能异常，正确测定瓦斯压力，对于安全生产有很大的现实意义。

（三）矿井瓦斯涌出

在煤矿开采过程中，由于煤层被破坏和煤层原始应力状态的改变，赋存在煤层中的瓦斯缓慢地、连续地、均匀地、长时间地涌入开采空间内，这类瓦斯涌出又叫瓦斯的普通涌出形式。它是瓦斯涌出的基本形式。还有特殊形式的瓦斯涌出。指瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。

矿井瓦斯涌出量是指矿井在开采过程中涌入井巷的瓦斯数量。其表示方法有两种，绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。

1）绝对瓦斯涌出量指矿井在单位时间内所涌出的瓦斯数量，单位为m3/d或m3/min。

计算公式：Q

绝

=Q×C%×60×24

Q绝——矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d

Q——矿井总回风量，m3/min

C%——回风流中的平均瓦斯浓度

2）相对瓦斯涌出量，指矿井在正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量，单位为m3/t。

计算公式：q

相=Q

绝

×n/t

式中q相——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t

Q绝——矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d

n——矿井瓦斯鉴定工作天数，d/月

t——矿井瓦斯鉴定月产量，t/月

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。

1）煤岩的瓦斯含量。它是影响瓦斯涌出量的重要因素，开采煤层的瓦斯含量越高，瓦斯涌出量也越大。

2）地面大气压变化，必然引起井下气压的相应变化，它对瓦斯涌出量的影响与瓦斯涌出来源有密切关系。对于以煤层暴露面涌出的瓦斯量影响甚微，但对采空区的瓦斯涌出的影响比较显著，当地面大气压突然下降时，矿井瓦斯涌出量增大，反之矿井瓦斯涌出量就减少。

3）开采规模，开采规模越大，瓦斯涌出量就越大。

4）开采方法，开采方法指开采顺序，回采方法及回采工艺等，首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大，回采率低的采煤方法，瓦斯涌出量大。在回采过程中，瓦斯涌出量无均衡时，在同一个工作面内，进行落煤和放顶工序时瓦斯涌出量大。

5）通风方法及采空区管理

抽出式通风时，矿井瓦斯涌出量随矿井风压的升高而增大，随矿井风压的降低而减少。

当矿开采用压入式通风时，风压对矿井瓦斯涌出量的影响与采用抽出式通风影响相反。

采空区是积存瓦斯的场所，如果采空区密闭不严或其进回侧的通风压差比较大，就会形成大量漏风，采空区瓦斯涌出入巷道中，生产造成麻烦甚至造成事故。

矿井瓦斯等级及等级鉴定：

1、矿井瓦斯等级的划分

《规程》规定，矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量，矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分。

（1）低瓦斯矿井

矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t；且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。

（2）高瓦斯矿井

矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t，矿井中绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。

（3）煤与瓦斯突出矿井

一个矿井中另要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。

每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省煤炭管理部门审批。并报省煤矿安全监察机构备案。

2、矿井瓦斯等级鉴定

（1）鉴定条件

矿井瓦斯等级的鉴定工作应在矿井正常生产条件下进行。

（2）鉴定时间

根据矿井生产和气候的变化规律选择瓦斯涌出量最大的月份作为鉴定时间。

（3）鉴定内容与工作要求。在鉴定月内上、中、下旬中各取活（间隔法）分三个班（或四个班）进行测定工作。

每一班的测定工作应在正常生产时间进行。测定地点应在测风站进行。

地面和井下气温气候条件也应记录，以备参考。

（4）计算一翼，水平或采区的瓦斯涌出量时，应扣去相应的进风流中的瓦斯量。

（5）矿井瓦斯等级鉴定报告

在鉴定月上、中、下旬进行测定的3天中，选取其中瓦斯涌出量最大的一天作为计算相对瓦斯涌出量的数据。

二、瓦斯爆炸及其预防

瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一，每年都因此造成大量的人员伤亡和财产损失。1942年4月26日辽宁本溪煤矿发生的瓦斯煤尘爆炸事故，死亡1549人，伤146人，成为世界煤矿开采历史上最大的伤亡事故。建国以来，我国发生一次死亡100人以上的瓦斯爆炸事故22起，其中铜川局发生过两起死亡百人以上的瓦斯爆炸事故，1975年5月11日焦坪煤矿前卫斜井瓦斯爆炸死亡101人，2004年陈家山煤矿瓦斯爆死亡166人。近年来，瓦斯爆炸事故虽已逐渐减少，但还完全没有杜绝。为此，掌握瓦斯规律和防止爆炸措施，极为重要。

（一）瓦斯爆炸的机理

瓦斯爆炸是瓦斯的空气组成的混合爆炸气体在火源作用下发生的一种是迅猛的氧化反应。

化学反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O

CH4+2（O2+79/21N2）=CO2+2H2O+7.52N2

（二）瓦斯爆炸的危害

井下瓦斯爆炸的有害因素主要有，高温火焰、锋面、高压冲击波和井巷中空气成份的变化。

1）高温火焰锋面

正常燃烧（1—2.5m/s）

到爆轰式爆炸2500m/s

焰面温度2150—2650℃

2）冲击波是传播着的压力突变

爆炸冲击波的通过，使巷道内的空气压力迅速上升，冲击波锋面压力由几个大气压到20大气压。

传播速度大于音速，1000m/s。

从爆源向外传播的冲击波称为正向冲击波；由于向外冲击以及爆炸时产生的部分水蒸气凝结，使爆源附近形成气体稀薄的低气压区，于是爆源以外的气体以很高的速度反向冲回爆源，称为反向冲击波，冲击波是有很大的坡坏性，摧毁井巷，通风设施和大量人员死亡。

3）大气成份的变化。瓦斯爆炸后，矿井中的氧气浓度下降同时生成大量的有害气

体，如CO和CO2，成为井下人员伤亡的主要原因，某些煤矿分析瓦斯爆炸后的气体成份为：氧气（O2）6%—10%、氮气（N2）82%—88%、二氧化碳（CO2）4%—8%、一氧化碳（CO）2%—4%。

瓦斯爆炸的条件及其影响因素：

（一）瓦斯爆炸的必要条件

瓦斯爆炸的发生必须具备3个基本条件；一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%—16%，二是瓦斯与空气的混合气体中氧浓度不低于12%；三是有足够能量的引火热源。

1）瓦斯浓度，瓦斯只有在一定的浓度范围内才有爆炸性，这个浓度范围称为瓦斯的爆炸界限。

最低浓度5%—6%，称瓦斯爆炸下限。

最高浓度14%—16%，称瓦斯爆炸的上限。

当瓦斯浓度为9.5%时发生爆炸，其爆炸威力最大。

2）氧气浓度

当瓦斯与空气的混合气体中氧气的浓度低于12%时瓦斯失去爆炸性。

3）足够能量的引火热源。能够引起瓦斯爆炸的引火热源必须满足3个条件，即温度不低于650℃，能量大于0.28MJ和火源的持续时间不大于感应期。

（二）影响瓦斯爆炸的因素

瓦斯爆炸的界限并不是一个固定不变的常数，它受到许多因素的影响。

1）可燃性气体的影响

混入可燃性气体（氧化、硫化氮，一氧化碳）增加了爆炸性混合气体的总浓度，使瓦斯爆炸界限扩大。

（2）煤尘的影响，煤尘加之到瓦斯与空气的混合气体中，使瓦斯的爆炸下限降低，爆炸的危险性增加。

（3）随性气体的影响。情性气体的加入，会相对降低混合气体中氧的含量，传瓦斯爆炸的危险降低。

（4）混合气体初始温度的影响。混合气体的初始温度越高，爆炸界限越大。

（5）混合气体的初始压力的影响，压力越大，瓦斯爆炸的界限越大。

（三）瓦斯爆炸的原因分析

瓦斯爆炸事故统计资料表明，矿井内任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能性，但90%以上的瓦斯爆炸发生在采掘工作面，其中煤巷掘进发生的瓦斯爆炸事故总次数大于采煤工作面发生总次数。

1、发生瓦斯积聚的主要原因

（1）局部通风机停止运转引起瓦斯积聚。

（2）风筒断开或严重漏风引起瓦斯积聚。

（3）采掘工作面风量不足引起瓦斯积聚。

（4）通风系统不合理，不完善引起瓦斯积聚。

自然通风、串联通风、扩散通风、独风开、局部通风机循环通风。

（5）采空区或盲巷瓦斯积聚。

（6）瓦斯涌出异常引起的瓦斯积聚。

（7）局部地点瓦斯积聚。

2、引爆瓦斯的主要火源

电气火花，爆破火焰，撞击，摩擦火花，电火花，井下明火，井下吸烟，电焊，气焊，雷电。

瓦斯爆炸事故的预防措施：

瓦斯爆炸事故的预防措施，包括以下2个方面，即预防瓦斯爆炸事故的发生和防止瓦斯爆炸事故的扩大。

（一）技术措施

预防瓦斯爆炸事故，就是消除引发瓦斯爆炸的基本条件，即防止瓦斯的积聚和防止引火热源的出现。

1、防止瓦斯积聚的措施

（1）矿井通风工作是防止瓦斯积聚的基本措施。有效稳定的和连续的通风是稀释和排除井下瓦斯的可靠保证。

完善通风系统，保证矿井有足够的风量；

按实际供风量核定矿井产量；

加强局部通风机和风筒的管理；

加强巷道贯通的安全管理；

井下瓦斯浓度符合《规程要求》

（2）严格执行瓦斯检查制度

（3）严格执行《规程》中有关瓦斯浓度的规定和瓦斯超限时必须采取的安全措施，及时处理瓦斯超限和局部瓦斯积聚。

（4）抽放瓦斯。对于采用一般通风方法不能解决瓦斯超限的矿井或工作面，可以采用抽放瓦斯的方法，将瓦斯抽到地面加以利用或排除。

2、防止引火热源的出现

禁止一切非生产需要的火焰入井，对生产中可能出现的热源要严加管理，防止热源产生或限定其引燃瓦斯的能力。

（二）防止瓦斯爆炸事故扩大的措施

一旦发生瓦斯爆炸事故，就应该使其波及范围尽可能的小。因此防止瓦斯爆炸事故扩大的措施应该集中在灾害发生前的预备措施和灾害发生的快速反应。

三、煤矿瓦斯抽放

（一）瓦斯抽放的目的和意义

一些高瓦斯矿井，单纯采用通风的方法难以把工作面的瓦斯浓度控制在允许的范围内，在煤与瓦斯突出矿井中突出危险严重危协着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井正常生产。必须采取抽放的方式来改善矿井的安全生产状况缓解生产压力。

《规程》规定：有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时瓦斯抽放系统。

1）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m2/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方式解决瓦斯问题是不合理的。

2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的。

（1）大于或等于40m3/min

（2）年产量0.6—1.5mt的矿井，大于30m3/min；

（3）年产量.06—1.0mt的矿井，大于25m3/min；

（4）年产量0.4—0.6mt的矿井，大于20m3/min；

（5）年产量小于或等于0.4mt的矿井，大于15m3/min；

3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。

（二）瓦斯抽放基本参数

瓦斯抽放基本参数是用来分析瓦斯抽放难易程度和抽放经济效益的参数，常用的

有以下几个。

1、矿井瓦斯储量

矿井瓦斯储量是指矿井开采过程中，煤（岩）所能向矿井排放的总瓦斯储量。

W=W1+W2+W3+W4

W——矿井瓦斯总储量，m3

W1——可采煤层瓦斯储量，m3

W2——局部可采煤层瓦斯储量，m3

W3——采动影响范围内的不可采邻近煤层瓦斯储量，m3

W4——采动影响范围内的围岩瓦斯储量，m3

各煤（岩）层的瓦斯储量按下式计算

W i=A i·X i

式中：W i——含瓦斯煤层（岩层）的瓦斯含量，m3；

A i——含瓦斯煤层（岩层）的地质储量，t；

X i——煤层（岩层）的瓦斯含量，m3/t；

2、可抽瓦斯量

W K=W·d k

W K——矿井可抽瓦斯量，m3

W——矿井瓦斯储量，m3

d k——矿井瓦斯抽放率，%

3、瓦斯抽放率

（1）矿井瓦斯抽放率

d B=Q kc（Q ky+Q kc）×100%

式中：d B——矿井瓦斯抽放率，%

Q kc——矿井抽放瓦斯量，m3/min

Q ky——矿井风排瓦斯量，m3/min

（2）工作面本层开采瓦斯抽放率

d b=Q BC/（Q by+Q BC）×100%

式中：d b——工作面本层瓦斯抽放率，%

Q BC——工作面本层抽放的瓦斯量，m3/min

Q by——工作面本层涌出的瓦斯量，m3/min

（3）工作面邻近层瓦斯抽放率：

d L=Q LC/（Q LC+Q LY）×100%

式中：d L——邻近层瓦斯抽放率，%

Q LC——以邻近层抽放的瓦斯量，m3/min

Q L Y——以邻近层涌出的瓦斯量，m3/min

（4）工作面总抽放率

d G=（Q LC+Q BC）/（Q L Y+Q LC+Q BY+Q BC）×100%

式中：d G——工作面总抽放率，%

（三）瓦斯抽放方法

瓦斯抽放方法，按抽出瓦斯来源分为开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放。按抽放时间顺序可分为采（掘）前预抽瓦斯、边采（掘）边抽和采后抽放。按抽放工程施工方法可分为钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放。按抽放的机理可分为未卸压抽放和卸压抽放。瓦斯抽放方法的选择必须根据矿井瓦斯涌出来源、煤层地质条件、瓦斯赋存条件、抽放瓦斯目的以及开采技术条件等因素来确定。

A．开采煤层的瓦斯抽放

开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放属于卸压抽放。具体方法有：

1．未卸压的钻孔抽放

本法适用于透气系数较大的任何地质条件下，预抽开采煤层的瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度可分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。

2．卸压的钻孔抽放

煤层在回采和掘进巷道时，在采动的影响下引起围岩应力的重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加，如果在这个区域内打钻抽放瓦斯，就可以提高抽出量，并阻截瓦斯流向工作空间，即随采随抽和随掘随抽。

3．人工增加煤层透气系数抽放

对于透气性低的煤怪，提出高煤层，提高煤层透气性是增在大瓦斯抽放量的关键因素。提高透气性的措放包括水力压裂、水力破裂、水力割缝、深孔爆破、酸液处理和交叉钻孔等措施。

B．邻近层的瓦斯抽放:

开采煤矿层群时，回采煤层的顶、底析围岩将发生冒落、移动、龟裂和卸压，透气系数增加。回采层附近煤矿层中的瓦斯就能向回采层的采空区运移。这种能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层，就叫做邻近层。位于开采煤层顶板方向的邻近层，叫做下邻近层，叫做邻近层的瓦斯抽放，就是预先从开采煤层或围岩大巷内向邻近层打钻，或者是在有瓦斯赋存的邻近层内预先掘进抽放瓦期的巷道，将邻近层涌出的瓦斯汇集抽出。前者称为钻孔法，后者称为巷道法。

C．采空区抽放

回采工作面的采空区或老空积存大量瓦斯时，如果被漏风带入生产巷道或工作面，就会造成回风流中的瓦斯超限而影响生产。为解决此问题，就必须对采空区涌出的瓦斯进行抽放。采空区抽放前应将有关的密闭整修加固，减少漏风。对有自然危险性的煤层，必须经常检查抽出的瓦斯成分，一旦发现异常征兆，应立即停止抽放，采取防止自燃的措施。

D．瓦斯抽放系统

矿井瓦斯抽放系统由瓦斯泵、抽放管路、安全装置、检测仪表及瓦斯罐等组成。

（一）瓦斯泵

瓦斯泵是抽放瓦斯的动力设施，我国煤矿抽放瓦斯通常采用2种类型的瓦斯泵，即水环式真空泵和高压离心式豉风机。前者负压高、流量小，适用于抽出量不大、要求抽放负压高的矿井。后者排气量大、负压低，适用于大管径、大流量的抽放。水环式真空泵安全性好，加上一般矿井都要求较高的抽放负压，所有使用较广泛。

（二）抽放管路

抽放管路连接各个抽放钻孔，汇集瓦斯输送至瓦斯抽放泵，组成抽放系统。抽放管路一般分为主管、干管和支管。瓦斯抽放管路的布置由矿井巷道布置而定，应尽量将抽放管路设于回风道，避免管路损坏时影响矿井安全。在瓦斯抽放管路的主管、干管及支管上要安装控制阀门及流量计等。

（三）安全装置

抽放瓦斯管路中应有防堵塞和防爆炸的安全装置，通常采用的有：放水器、防回火网和水封式防爆防回火装置等。

1）放水器。为及时放出瓦斯管道内的积水，防止堵塞管路，在井下和地面瓦斯管路的下弯处安装放水器。放水器有人工放水器和自动放水器两种。

2）防回火网。它是由数层导热性能好而且不易生锈的铜丝网（网孔约为0.5mm）构成的。将它装在地面泵站附近的管道内。它的作用是：一旦泵站附近发生瓦斯燃烧或爆炸事故，火焰与铜丝网接触，由于铜丝网的散热作用和网孔对链式反应的破坏作用，使火焰被阻止隔绝而不钻透铜丝网。

3）水封式防爆防回火装置。其作用原理是：在正常抽放时，瓦斯通过水封后被抽出，一旦发生瓦斯爆炸或瓦斯燃烧，火焰被水隔断，爆炸波由防爆盖冲出释放，使抽放系统得到保护。

4）放空管、避雷器。瓦斯泵进口和出口应设立放空管。当瓦斯泵因故停抽时，井下自然涌出的瓦斯由进口端放空管排出。为了安全，放空管高度出瓦斯泵房3m以上，并过离其他建筑物。为了避免雷击引燃放空管瓦斯，放空管顶部及周围建筑物顶部应设避雷针。

（四）瓦斯罐

瓦斯罐是设在地面储存瓦斯的设备。同时还可以保持输出瓦斯管路中有一定的压力和起到压力平衡的作用，避免在输送瓦斯的过程中因压力不稳定或间断而发生事故。

（五）检测仪表

瓦斯抽放系统中，必须有检测抽放管理道的瓦斯浓度、流量、压力等参数的仪表或自动监测系统。《规程》规定，利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于30%；不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。

复习思考题

1、何谓矿井瓦斯？

2、瓦斯有哪些基本性质？了解这些基本性质对于防治瓦斯危害有何意义？

3、瓦斯在煤层中的赋存状态有哪几种？

4、瓦斯爆炸的基本条件是什么？影响瓦斯爆炸的因素有哪些？瓦斯爆炸有何危害？

5、何谓瓦斯的引火延迟性和感应期？对矿井安全生产有何重要意义？

6、何谓瓦斯积聚？何谓局部瓦斯积聚？发生瓦斯积聚的原因有哪些？引爆瓦斯的火源有哪些？

7、预防瓦斯爆炸事故的措施有哪几个方面？防止瓦斯积聚的措施有哪些？防止瓦斯引燃的措施有哪些？

8、矿井瓦斯检查制度有哪些？《规程》对井下各处允许的瓦斯莱特行列式浓度及超限时必须采取的措施是如何规定的？

9、瓦斯抽放方法有哪几种？

10、瓦斯抽放系统由哪几种？

11、瓦斯抽放系统由哪几个部分组成？有哪些主要的安全装置？

第四节矿井水灾防治

矿井水灾是煤矿的主要灾害之一。在煤矿建设和生产过程中，往往会遇到程度不同的透水事故，轻则造成排水设备增多、费用增大、原煤成本提高、采区接续紧张，影响生产建设的发展；重则发生淹井事故、人员伤亡、国家蒙受巨额经济损失。因此必须加强水文地质工作，掌握矿井水灾的水源倒分布和造成矿井水灾的原因，采取相应的防治措施，防止水患的发生。

一、矿井水源

矿井突水的主要水源有含水层水，地表水、老空积水、大气降水、断层水及岩溶陷落柱水等。

1）含水层水。含有地下水的岩层，如石灰岩层，砂岩、流砂层、砾岩层等，统称含水层。当掘进井巷或采面穿越这些含水层时，其间的水就会涌入矿井。如果含水层内水量较大，导水性能良好，就有发生水灾的可能。

2）地表水。地表水是指地面河流、湖泊、水库、池塘等贮存的水。在井下掘进巷道或采煤过程中，覆盖在煤层上面的岩石受采动影响，就会下沉产生断裂和缝隙，如果矿井处在地表水体的影响范围之内这些地表水就会沿着裂隙渗入矿井。当进水量大，且持续时间短时，就会发生突水事故。

[案例]1935年，山东鲁大公司淄川矿北大井（即今淄博矿务局洪山煤矿）由于水文地质情况不明，又未采取探水措施，在巷道掘进到与地面朱龙河相连的周瓦庄断层附近时，河水突然涌入，78h全矿淹没，死亡536人，是世界上最大的水灾之一。

3）老空积水。煤矿井下的采空区和废弃旧巷道，由于长期停止排水而积存的下水称为老空积水，掘进巷道接近或遇到老空区时，里面的不便会突然涌出，形成水灾。涌出的水中携带有煤岩碎块，有的还会有有害气体，而且来势风猛，危害极大。

4）大气降水。大气降水即雨水和雪水，大气降水首先渗入地下含水层，采掘过程中含水层的水又涌入矿井。所以，大气降落水是矿井水的间接来源。但也有地面暴雨季大雨成灾，共淹没矿井11次。又如平庄局某矿，1979年6月28日，突然降暴雨和冰雹，总降雨量达239mm，洪水不能及时排出地面涌入井下，淹没全井，使矿井停产304天，损失209万元。

5）断层水。断层破碎带常含有大量积水，特别是断层与含水层或其他水源沟通时，

补给丰富，威胁更大。河北某矿，在1960年回采到断层附近时，由于煤柱尺寸不够，断层水量涌出，淹没全矿，直到1970年才恢复生产。

6）岩溶陷落柱水。1984年6月2日开滦范各庄矿2171采面沟通奥灰岩陷落柱发生突水，21h后全矿淹没，6月6日涌水冲破边界煤柱进入吕家坨矿，6月10日吕家坨矿淹没，因边界煤柱渗水，又使林西矿被迫停产。

二、矿井水害发生原因及危害

1）地面防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，雨季山洪由井筒或塌陷区裂缝大量灌入井下，而造成水灾。

2）水文地持资料不表，盲目施工。如萍乡矿务局黄冲矿黄冲井之上还有一对地方小井采煤，因该矿对地方小井老巷的位置、开采范围不清楚，又缺乏老窑调查资料，所以在采煤时，沟通了小井巷道，导致透水事矿发生，造成多人伤亡事故。

3）井筒位置低于历年最高洪水位，或井巷位置选择不合理都能发生水灾。如半井巷置于不良的地质条件中或接近强含水层附近，易导致顶底板透水。某矿是受底板承压水威胁的矿井，可是却将井底车场、运输大巷及硐室设在煤层底板中，结果造成每分钟突水20余吨的事故。

4）施工质量低劣，致使井巷塌落冒顶、跑砂，导通顶板含水层发生透水事故。如1982年12月某矿一井突水事故，就是因为施工质量差，采区绞车房碹顶未填实，后来逐渐冒落，冒通了流砂层，在流砂层水的作用下继续向上冒通到地面水库，水库中约4000m3水全部灌入井下，发生了重大水灾。

5）小煤窑乱采掘，破坏了防水煤柱或岩柱而造成透水。如贵州林东矿务局贵阳煤矿的河床保护煤柱被小煤窑破坏，1988年9月4日特大暴雨，小煤窑大量灌水，冲垮煤柱，造成淹井。

6）测量失误和违章作业，如邯鄣磁县某小煤窑，没有很好地测量煤柱厚度，在掘进中，老巷积水将煤柱鼓开而淹井。某矿务局1956~1966年发生的9次水灾事故中，由于勘探资险料不足，矿物质井地质构造和水文情况不清而造成的占20%，由于没有执行探放水制度，在构造破坏带违章作业，以及注浆质量不高等原因造成的占80%。这说明违章作业，管理不严，必造成危害。

三、井下防治水

井下防治水的措施，可归纳为“查、探、放、排、堵、截”6个字。

1）查明水源和可能的涌水通道，为防治水提供依据。主要查明以下情况：

（1）冲积层的厚度和组成，各分层的透水性、含水性。

（2）断层和裂隙的位置及其含水、导水性能。

（3）含水层及隔水层的数量及位置，距开采煤层的距离。

（4）查明老窑和现采小窑的开采范围、积水区域的分布。

（5）地表塌陷情况，判断是否会透水。

2）井下探水。采掘工作遇到下列情况这一时，必须探水前进：

（1）接近水淹井巷、老空、老窑时。

（2）接近水文地质复杂的区域，并有出水征兆时。

（3）接近含水层、导水断层、溶洞、陷落柱时。

（4）接近灌浆区或可能出水的钻孔时。

（5）打开隔离煤柱放水时。

井下探放水必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。

3）井下疏干排水。即在地面或井下打专门钻孔和利用专门疏水巷道（井筒）进行疏放排水，以降低含水层的水位和水压，并疏干局部地下水。

4）截水。即在井下适当地点修筑截水建筑物和留防水煤柱。当井下局部地点发生涌水时，利用水闸门，将其截住，不致危及其他地区；利用防水煤柱将煤层开采区与水流隔离，以保证开采工作安全进行。

5）注浆堵水。即将水泥浆或化学浆通过专门钻孔压入地层孔隙，浆液在孔隙中扩散时胶结硬化，最终起到加固煤系地层和堵隔水源的作用。

四、矿井透水的预兆

采掘工作面透水前一般都有预兆，井下工作人员熟悉这些预兆，对于及时采取对策，保证人员安全撤离有着重要意义，透水预兆有。

1）巷道壁或煤壁“挂汗”这是由于积水透过微孔隙而凝聚于岩石功煤表面。顶板“挂汗”多是呈尖形水珠，有“承压欲滴”之势，这可以区别自然预兆中的“挂汗”，后果是平形水珠，为蒸汽凝结于顶板所形成。

2）煤层变冷。煤层含水增大时，热导率增大，所以用手摸煤壁时有发凉的感觉。

3）淋水加大，顶板来压，或底板鼓起并有渗水。

4）出现压力水线（或称水线）。这表明距水源已较近，应密切注视水流情况。出

现混浊，说明水源很近，如出水清净则稍远。

5）出现水流声。煤层有水挤出，并产生“嘶嘶”声，有时尚能听到空洞水声。这是透火危险的征兆。

6）工作面有害气体增加。因水积水区常散发瓦斯，二氧化碳和硫化氢等。

7）煤壁或巷道“挂红”酸度大，水味发涩和有臭鸡蛋味。这是老空水的特点。铁锈使水变成红色，含硫化氢有臭鸡蛋味，酸性水发涩。

8）煤发潮发暗。干燥、光亮的煤由于水的渗入，就变得潮湿、暗淡。如果挖去表层，里面还是这样，说明附近有积水。

由于透水因素错综复杂，有时会遇到特殊情况。如某矿过断层时，未发现透水预兆，只是压力增大，支柱折断，水突然涌出。又如某矿巷道上部有一盲巷通过老空，并有较厚的淤泥隔水，预兆不明显，但在巷道送过去之后，引起岩石松动，突然透水。

在发现透水预兆或大量涌水时，应停止作业，迅速报告调度室，采用相应的防水措施，并通知受威胁区域的人员撤退。

复习思考题

1、矿井水灾的危害有哪些？造成矿井水灾的水源有哪些？

2、矿井突水的原因主要有哪些？

3、井下防治水的措施有哪些？

4、井下控放水的原则是什么？

5、井下透水的预兆有哪些？透水时人员的行动原则是什么？