《通 風 安 全 學》 第八章 礦井瓦斯
安徽理工大學能源與安全學院
安全工程係
本章主要內容
第一節 概述
第二節 煤層瓦斯賦存與含量
第三節 礦井瓦斯湧出
第四節 瓦斯噴出
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
第六節 爆炸及其預防
第七節 瓦斯抽放
第一節、概述
礦井瓦斯：是煤礦生產過程中，從煤、岩內湧出的各種氣體的總稱。煤礦術語中的瓦斯指的就是甲烷。
CH4的性質
無色、無味、無嗅的氣體，可燃燒、爆炸；
分子量：16.049，分子直徑：0.41nm，
密度：0.716Kg/m3（氣態）、 424.5 Kg/m3（液態）
相對空氣密度：0.554,
難溶入水:101.3 KPa , 20℃ , 3.31l/100lH2O
危害：爆炸，突出，人員窒息、環境汙染。
作用：能源、化工原料。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
一、瓦斯的成因與賦存
（一）礦井瓦斯的生成
煤層瓦斯是腐植型有機物（植物）在成煤過程中生成的。
成氣過程兩個階段：第一階段為生物化學成氣時期；
第二階段為煤化變質作用時期；
（二）瓦斯在煤體內存在的狀態
煤體是一種複雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表麵。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
煤層中瓦斯賦存兩種狀態：
遊離狀態：瓦斯以自由氣態存在；
吸附狀態：
吸著－瓦斯主要吸附在煤的微孔表麵上。
吸收－瓦斯吸附在煤的微粒結構內部。
煤層中的瓦斯大部分以吸附狀態
（約占總瓦斯含量的80％）存在。
吸著狀態是孔隙表麵的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附於孔隙表麵上，形成很薄的吸附層。
吸收狀態是瓦斯分子充填到幾埃到十幾埃的微細孔隙內，占據著煤分子結構的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解於液體中的狀態。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
二、煤層中瓦斯垂直分帶
形成原因：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四係衝積層覆蓋時，由於煤層中瓦斯向上運移和地麵空氣向煤層中滲透，使煤層內的瓦斯呈現出垂直分帶特征。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
四帶： CO2- N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。現場實際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風化帶。
煤層垂向各帶氣體組份表
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
在近代開采深度內，瓦斯帶內煤層瓦斯含量和湧出量隨深度增加而有規律地增大。
意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯湧出量預測和日常瓦斯管理工作的基礎。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
瓦斯風化帶下界深度確定依據：
（可以根據下列指標中的任何一項確定）
（1）煤層的相對瓦斯湧出量等於2～3m3/t處；
（2）煤層內的瓦斯組分中甲烷及重烴濃度總和達到80%（體積比）；
（3）煤層內的瓦斯壓力為0.1～0.15MPa；
（4）煤的瓦斯含量達到下列數值處：
長焰煤1.0～1.5 m3/t（C.M.），氣煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤與焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，貧煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，無煙煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此處的C.M.是指煤中可燃質既固定碳和揮發分）
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
三 影響煤層瓦斯含量的因素
煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態下所含有的瓦斯量（標準狀態下的瓦斯體積）。單位為 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。
煤的瓦斯含量包括遊離瓦斯和吸附瓦斯含量之和。
主要影響因素：
1、煤的吸附特性
煤的吸附性能決定於煤
化程度， 一般情況下煤的煤
化程度越高，存儲瓦斯的能
力越強。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
2、煤層露頭
煤層如果有或曾經有過露頭長時間與大氣相通，瓦斯含量就不會很大。
3、煤層的埋藏深度
在近代開采深度範圍內，瓦斯帶內煤層的瓦斯含量隨深度的增加而呈線性增加。
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
4、圍岩透氣性
煤層圍岩：是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內的一定厚度範圍的層段。煤層圍岩對瓦斯賦存的影響，決定於它的隔氣、透氣性能。
5、煤層傾角
埋藏深度相同時，煤層傾角越小，瓦斯含量越大。
∵
∴煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。
Exp:芙蓉礦，北翼：40°~ 80 °,
南翼：6°~ 12 °，
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
6、地質構造
在圍岩屬低透氣性的條件下，封閉型地質構造有利於瓦斯的儲存，而開放型地質構造有利於排放瓦斯。
(1) 褶皺構造 （2）斷層
7、水文地質條件
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
四、煤層內的瓦斯壓力
煤層的瓦斯壓力是處於煤的裂隙和孔隙中的遊離瓦斯分子熱運動撞擊所產生的作用力。
煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力現象的基本參數。
瓦斯壓力測定：打鑽、封孔、測壓
瓦斯帶內瓦斯壓力變化規律：
末受采動影響的煤層內的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規律地增加，可以大於、等於或小於靜水壓
第二節、煤層瓦斯賦存與含量
瓦斯壓力梯度：
則
或
式中 ：
P—預測的甲烷帶內深H(m)處的瓦斯壓力，MPa
gp—瓦斯壓力梯度，MPa/m
P1，P2—甲烷帶內深度為H1、H2(m)處的瓦斯壓力，MPa。 P0--甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa 。
H0---甲烷帶上部邊界深度，m。
第三節 礦井瓦斯湧出
一、瓦斯湧出形式
1、普通湧出
----長時間地、均勻地從煤體中湧出瓦斯。
特點：時間上：連續不斷
空間上：普遍存在
湧出強度：緩慢、均勻
2、特殊湧出：
---- 礦井生產過程中，在某些特定地點、突然地於一段時間內大量湧出瓦斯的現象。
特點：時間上：突然地、間隔的
空間上：非普遍存在
湧出強度：產生動力破壞
第三節 礦井瓦斯湧出
二、瓦斯湧出量
1、定義
瓦斯湧出量－指在礦井建設和生產過程中從煤與岩石內湧出的瓦斯量。
2、瓦斯湧出量表示方法
（1） 絕對瓦斯湧出量
— 單位時間湧出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min：
Qg=Q×C/100
式中 Qg－絕對瓦斯湧出量， m3/min；
Q－風量， m3/min；
C－風流中的平均瓦斯濃度，％。
第三節 礦井瓦斯湧出
（2）相對瓦斯湧出量
— 平均日產一噸煤同期所湧出的瓦斯量，單位是 m3/t 。
qg=Qg/A
式中：qg － 相對瓦斯湧出量，m3/t；
Qg － 絕對瓦斯湧出量，m3/d；
A － 日產量，t/d
說明：相對瓦斯湧出量單位的表達式雖然與瓦斯含量的相同，但兩者的物理含義是不同的，其數值也是不相等的。
第三節 礦井瓦斯湧出
三、影響瓦斯湧出的因素
決定於自然因素和開采技術因素的綜合影響。
（一）自然因素
（1）、煤層和圍岩的瓦斯含量
它是決定瓦斯湧出量多少的最重要因素。 一般地，煤層的瓦斯含量越高，開采時的瓦斯湧出量也越大。
（2）、地麵大氣壓變化
第三節 礦井瓦斯湧出
（二）開采技術因素
1、開采規模
開采規模指開采深度，開拓與開采範圍和礦井產量。 A、在甲烷帶內，隨著開采深度的增加，相對瓦斯湧出量增大。
B、開拓與開采的範圍越廣，煤岩的暴露麵就越大，因此，礦井瓦斯湧出量也就越大。
C、礦井產量與礦井瓦斯湧出量間的關係比較複雜，達產前、達產後及產量收縮期。
第三節 礦井瓦斯湧出
2、開采順序與回采方法
首先開采的煤層（或分層）瓦斯湧出量大；采空區丟失煤炭多，回采率低的采煤方法，采區瓦斯湧出量大。頂板管理采用陷落法比充填法能造成頂板更大範圍的破壞和卸壓，臨近層瓦斯湧出量就比較大。回采工作麵周期來壓時，瓦斯湧出量也會大大增加。
3、生產工藝
瓦斯從煤層暴露麵（煤壁和鑽孔）和采落的煤炭內湧出的特點是，初期瓦斯湧出的強度大，然後大致按指數函數的關係逐漸衰減。所以落煤時瓦斯湧出量總是大於其它工序。
第三節 礦井瓦斯湧出
4、風量變化
礦井風量變化時，瓦斯湧出量和風流中的瓦斯濃度會發生擾動，但很快就會轉變為另一穩定狀態。
第三節 礦井瓦斯湧出
5、采區通風係統
采區通風係統對采空區內和回風流中瓦斯濃度分布有重要影響。
6、采空區的密閉質量
第三節 礦井瓦斯湧出
四、礦井瓦斯湧出來源的分析與分源治理
按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源劃分為三種方式：
1、按水平、翼、采區來進行劃分
它作為風量分配的依據之一。
2、按掘進區、回采區和已采區來劃分
它是日常治理瓦斯工作的基礎。
3、按開采區、臨近區劃分
它是采煤工作麵治理瓦斯工作的基礎。
第三節 礦井瓦斯湧出
五、瓦斯湧出不均係數
正常生產過程中，礦井絕對瓦斯湧出量受各種因素的影響其數值是經常變化的，但在一段時間內隻在一個平均值上下波動，峰值與平均值的比值稱為瓦斯湧出不均係數。
礦井瓦斯湧出不均係數表示為：
kg=Qmax/Qa
式中：kg－給定時間內瓦斯湧出不均係數；
Qmax－該時間內的最大瓦斯湧出量，m3/min；
Qa－該時間內的平均瓦斯湧出量，m3/min；
第三節 礦井瓦斯湧出
六、礦井瓦斯等級
1、礦井瓦斯等級劃分
依據：按照平均日產一噸煤湧出瓦斯量（相對瓦斯湧出量）和瓦斯湧出形式，劃分為：
低瓦斯礦井：10m3及其以下；
高瓦斯礦井：10m3以上；
煤與瓦斯突出礦井。
2、礦井瓦斯等級鑒定
（1）鑒定時間和基本條件 礦井瓦斯等級的鑒定工作應在正常生產的條件下進行。
（2）測點選擇和測定內容及要求。
（3）礦井瓦斯等級的確定。
第三節 礦井瓦斯湧出
七、礦井瓦斯湧出量預測
瓦斯湧出量的預測：指根據某些已知相關數據，按照一定的方法和規律，預先估算出礦井或局部區域瓦斯湧出量的工作。
1、礦山統計法
統計法是根據生產礦井或生產水平，在以往生產過程中積累的大量不同深度相對瓦斯湧出量與深度的數據，通過整理分析找出相互之間變化關係的統計規律，推算出相鄰的新礦井或延深水平瓦斯湧出量的方法。
（1）瓦斯湧出量梯度
深度與相對瓦斯湧出量的比值，稱瓦斯湧出量梯度。
第三節 礦井瓦斯湧出
（2）、 物理含義：
相對瓦斯湧出量每增加1m3/t 時，開采深度增加的米數，其單位為m/(m3/t)。瓦斯湧出量梯度愈小，礦井瓦斯湧出量隨深度增加的速度愈快。
（3）、計算公式
gm=[(H2-H1)/(q2-q1)]n
式中: gg－瓦斯湧出量梯度，m/（m3/t）或t/m2；
H1、H2－甲烷帶內的兩個已采深度，m；
q1、q2－對應於深度H1、H2的相對瓦斯湧出量，m3/t；
n－ 指數係數，大多數煤田在垂深1000m內時n=1。
第三節 礦井瓦斯湧出
已知瓦斯湧出量梯度和瓦斯風化帶下界深度時，就可用下式預測相對瓦斯湧出量。
qm=q0+(H-H0)/gm 或 qm=qm1+(H-H1)/gm
式中： qm－ 預測的深H(m)處的相對瓦斯湧出量，m3/t；
H0 －瓦斯風化帶下界深度，m；
gm－瓦斯湧出量增深率，(m.t)/m3
q0、q1－瓦斯風化帶下界或H1處的相對瓦斯湧出量，q0=2m3/t；
2、計算法
以煤層瓦斯含量為基礎進行計算。
第四節 瓦斯噴出
一、瓦斯噴出的分類及其特點
瓦斯噴出：大量承壓狀態的瓦斯從煤、岩裂隙中迅速噴出的現象。
特點：時間突然，空間上集中，動力效應。
危害：造成局部地區、采區、一翼充滿高濃度瓦斯；
窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火災。
根據瓦斯噴出裂隙呈現原因不同分：
（1）地質來源；
（2）采掘地壓形成。
第四節 瓦斯噴出
二、瓦斯噴出的預防
預防瓦斯噴出，首先要加強地質工作，查清楚施工地區的地質構造、斷層、溶洞的位置、裂隙的位置和走向、以及瓦斯儲量和壓力等情況，采取相應的預防或處理措施。分為：
1、黃泥或水泥沙漿等充填材料堵塞噴出口。
2、可能的噴出地點附近打前探鑽孔，探測、排放。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
一、概述
含義：煤礦地下采掘過程中，在極短的時間內(幾秒到幾分鍾)，從煤、岩層內以極快的速度向采掘空間內噴出煤(岩)和瓦斯(CH4、CO2)的現象，稱為煤與瓦斯突出。
危害：
1、產生的高壓瓦斯流，能摧毀巷道，造成風流逆轉、破壞通風係統。
2、井巷充滿瓦斯，造成人員窒息，引起瓦斯燃燒或爆炸。
3、噴出的煤岩，造成煤流埋人。
4、猛烈的動力效應可能導致冒頂和火災事故的發生。
到1992年底全國已有282個突出礦井，截止1995年共發生了16000多次突出。
突出包括：壓出、傾出和突出。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
二、突出的機理
突出的機理是關於解釋突出的原因和過程的理論。突出是十分複雜的自然現象，它的機理還沒有統一的見解，假說很多。多數人認為，突出是地壓、瓦斯、煤的力學性質和重力綜合作用的結果。
三、突出的一般規律
1、 突出發生在一定的采掘深度以後。
2、突出多發生在地質構造附近。
3、突出多發生在集中應力區。
4、突出次數和強度，隨煤層厚度、特別是軟分層厚度的增加而增加。煤層傾角愈大，突出的危險性也愈大。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
5、突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定的關係。
6、突出煤層的特點是強度低，而且軟硬相間，透氣係數小。
7、大多數突出發生在放炮和落煤工序。
8、突出前常有預兆發生。
四、預防煤與瓦斯突出的主要技術措施
區域性防突措施：實施以後可使較大範圍煤層消除突出危險性的措施，稱為區域性防突措施；
局部防突措施：實施以後可使局部區域(如掘進工作麵)消除突出危險性的措施稱為局部防突措施。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
1、區域性防突措施
區域性防突措施主要有開采保護層和預抽煤層瓦斯兩種。
（1）、開采保護層
保護層：在突出礦井中，預先開采
的、並能使其它相鄰的有突出危險
的煤層受到采動影響而減少或喪失
突出危險的煤層稱為保護層。
被保護層：後開采的煤層稱為被
保護層。保護層位於被保護層上
方的叫上保護層，位於下方的叫
下保護層。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（2）、開采保護層的作用
地壓減少，彈性潛能得以緩慢釋放。
煤層膨脹變形，形成裂隙與孔道，透氣係數增加。所以被保護層內的瓦斯能大量排放到保護層的采空區內，瓦斯含量和瓦斯壓力都將明顯下降。
煤層瓦斯湧出後，煤的強度增加。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（2）、保護範圍
保護範圍：指保護層開采後，在空間上使危險層喪失突出危險的有效範圍。
垂直保護距離－保護層與被保護層間的有效垂距
沿傾斜的保護範圍確定沿傾向的保護範圍就是沿傾向劃定被保護層的上、下邊界。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
沿走向的保護範圍。
超前距一般不得小於兩個煤層之間垂直距離的兩倍，至少不小於30m。
目的：使被保護層能充分卸壓和排放瓦斯。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
煤柱的影響
影響範圍根據考察結果確定，否則，按以下角度確定。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
2、局部防突措施
（1）鬆動爆破
作用機理： 向掘進工作麵前方應力集中區，打幾個鑽孔裝藥爆破，使煤炭鬆動，集中應力區向煤體深部移動，同時加快瓦斯的排出，從而在工作麵前方造成較長的卸壓帶，以預防突出的發生。
鬆動爆破方法：深孔和淺孔兩種。
鑽孔參數：孔深8~15m，孔徑：40~60 mm。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（2）鑽孔排放瓦斯
作用機理：石門揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危險煤層打鑽，將煤層中的瓦斯經過鑽孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進行采掘工作。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（3）水力衝孔
作用機理：水力衝孔是在安全岩(煤)柱的防護下，向煤層打鑽後，用高壓水射流在工作麵前方煤體內衝出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由於孔道周圍煤體的移動變形，應力重新分布，擴大卸壓範圍。此外，在高壓水射流的衝擊作用下，衝孔過程中能誘發小型突出，使煤岩中蘊藏的潛在能量逐漸釋放，避免大型突出的發生。
水力衝孔主要用於石門揭煤和煤巷掘進。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（4）超前鑽孔
作用機理：是在煤巷掘進工作麵前方始終保持一定數量的排放瓦斯鑽孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鑽孔周圍形成卸壓區，使集中應力區移向煤體深部。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（5）金屬骨架
金屬骨架是一種超前支架。
此法適用於地壓和瓦斯壓力都不太大的急傾斜薄煤層或中厚煤層。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（6）超前支架
多用於有突出危險的急傾斜煤層厚煤層的煤層平巷掘進時。為了防止因工作麵頂部煤體鬆軟垮落而導致突出，在工作麵前方巷道頂部事先打上一排超前支架，增加煤層的穩定性。（7）卸壓槽
近年，在采掘工作麵推廣使用了卸壓槽的方法，作為預防煤 (岩) 與瓦斯突出和衝擊地壓的措施。
作用實質：預先在工作麵前方切割出一個縫槽，以增加工作麵前方的卸壓範圍。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（8）震動放炮
震動放炮是采用增加炮眼數和裝藥量，一次爆破揭開煤層並成巷的爆破方法。
作用機理：因爆破震動，圍岩應力和瓦斯壓差急劇變化，創造了最有利的突出條件。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。
注意事項：
震動放炮時，應將井下人員撤至地麵。為了少影響生產，一般在交接班時放炮。
放炮時應將放炮區或全井斷電，進風係統內不得有火源存在，以免引燃瓦斯。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
放炮半小時後由救護隊進入檢查。具有延期突出的礦井，進入的時間還要加長。
為了限製突出的波及範圍，可在距離工作麵4～5m處，壘起高不小於1.5m的矸石堆或高至頂板的木垛。有人提出，采用延發雷管分次爆破，使一部分岩石落在工作麵附近，起到限製突出的作用。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
五、突出的預測
突出危險性預測是防治煤與瓦斯突出綜合措施的第一步。突出危險性預測包括區域性預測和工作麵預測。
1、預測指標
（1）煤的瓦斯放散指數ΔP
它是表示瓦斯從煤內放散出來快慢的相對指標，能反映煤的孔隙結構和微觀破壞程度。一般情況下，ΔP＞15～25時有突出危險。
（2）煤的堅固係數f
它是一個相對指標，反映煤的力學性質。當f0.6～0.8時有突出危險；f＞1.2時，無突出危險。
第五節 煤與瓦斯突出及其預防
（3）軟煤比
軟煤分層厚度與煤層總厚度之比稱軟煤比，亦稱揉皺係數。該值越高，煤層越不穩定，突出可能性越大。
（4）鑽孔瓦斯湧出量和鑽渣量
這是一種可以在掘進工作麵即時預測有無突出危險的方法，它綜合反映了工作麵前方煤體滲透性、破壞程度、瓦斯湧出速度和岩層應力狀態。
第六節 爆炸及其預防
一、瓦斯爆炸過程及其危害
１、瓦斯爆炸的化學反應過程
瓦斯爆炸：一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在高溫熱源的作用下發生激烈氧化反應的過程。
最終的化學反應式為：CH4+2O2=CO2+2H2O
如果O2不足，反應的最終式為：CH4+O2=CO+H2+H2O
礦井瓦斯爆炸是一種熱－鏈反應過程(也稱連鎖反應)。
第六節 爆炸及其預防
２、瓦斯爆炸的產生與傳播過程
爆炸性的混合氣體與高溫火源同時存在，
初燃(初爆) 焰麵 衝擊波 新的爆炸混合物
３、瓦斯爆炸的危害
礦內瓦斯爆炸的有害因素是：
高溫焰麵、衝擊波和有害氣體。
第六節 爆炸及其預防
二 瓦斯爆炸的主要參數
1、瓦斯的爆炸濃度
在正常的大氣環境中，瓦斯隻在一定的濃度範圍內爆炸，這個濃度範圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6％，上限為14～16％。
第六節 爆炸及其預防
瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：
（1） 氧的濃度
（如右圖所示）
第六節 爆炸及其預防
（2）其它可燃氣體
混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定於各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度。可由下式求出：
式中：N——多種可燃氣體同時存在時的混合氣體爆炸上限或下限， ％；
C1、C2、C3...Cn——分別為各可燃氣體占可燃氣體總的體積百分比，％； C1+ C2+ C3+...Cn =100％
N1、N2、N3...Nn——分別為各可燃氣體的爆炸上限或下限， ％；
第六節 爆炸及其預防
各種氣體的爆炸上下限
第六節 爆炸及其預防
例題：某礦封閉火區內的可燃氣體成份與濃度分別為：CH4 4.5％，CO 2.1％，C2H4 0.02％，C2H6 0.04％，求該火區內可燃氣體的爆炸界限，並判斷其爆炸危險性。
解：可燃氣體的總濃度為：
C＝C CH4＋C CO＋C C2H4＋C C2H6
＝4.5+2.1+0.02+0.04=6.66％
各種可燃氣體占可燃氣體總濃度的百分比為：
C CH4＝4.5 / 6.66＝67.59％ C CO＝2.1 / 6.66 ＝31.51 ％
CC2H4＝0.02 / 6.66 ＝0.3 ％ C C2H6＝2.1 / 6.66 ＝0.6 ％
第六節 爆炸及其預防
則該火區內可燃氣體的爆炸界限為：
下限 ：
上限
因為火區可燃氣體濃度為6.66%，大於爆炸下限6.1％，故有爆炸危險性。
第六節 爆炸及其預防
（3） 煤塵
煤塵具有爆炸危險，使瓦斯的爆炸危險性增加。
（4）空氣壓力
爆炸前的初始壓力對瓦斯爆炸上限有很大影響。使燃燒反應易進行，爆炸極限範圍擴大。
（5） 惰性氣體
可以降低瓦斯爆炸的危險性。
2、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量
瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量決定於空氣中的瓦斯濃度，瓦斯-空氣混合氣體的最低點燃溫度，絕熱壓縮時565℃，其它情況時650℃。最低點燃能量為0.28mJ。
第六節 爆炸及其預防
3、瓦斯的引火延遲性
引火延遲性：瓦斯與高溫熱源接觸後，不是立即燃燒或爆炸，而是要經過一個很短的間隔時間，這種現象叫引火延遲性。（安全意義）
三 煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析
1、火源
井下的一切高溫熱源都可以引起瓦斯燃燒或爆炸，但主要火源是放炮和機電火花。
2、發生地點
煤礦任何地點都有發生爆炸的可能性，但大部分爆炸事故發生在采掘工作麵。
第六節 爆炸及其預防
四、預防瓦斯爆炸的措施
1、瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：
（1）CH4濃度處於爆炸範圍內（正常條件 5 ~ 15 %）;
（2）氧濃度超過失爆氧濃度（在CO2惰化下，＞12%，在N2惰化下， ＞9 %）；
（3）引火源的能量大於最小點火能量（0.28mJ）、溫度高於最低點火溫度（595℃）且高溫熱源存在時間大於瓦斯引火感應期。
注：一般礦井中，O2＞12%，隻要瓦斯積存和火源兩因素同時具備，即會發生瓦斯爆炸。
第六節 爆炸及其預防
2、防止瓦斯積聚
所謂瓦斯積聚是指瓦斯濃度超過2％，其體積超過0.5m3的現象。
（1）搞好通風。
（2）及時處理局部積存的瓦斯。
生產中容易積存瓦斯的地點有：回采工作麵上隅角，獨頭掘進工作麵的巷道隅角，頂板冒落的空洞內，低風速巷道的頂板附近，停風的盲巷中，綜放工作麵放煤口及采空區邊界處，以及采掘機械切割部分周圍，等等。
（）抽放瓦斯
（4）經常檢查瓦斯濃度和通風狀況
第六節 爆炸及其預防
3、防止瓦斯引燃
防止瓦斯引燃的原則，是對一切非生產必需的熱源，要堅決禁絕。生產中可能發生的熱源，必須嚴加管理和控製，防止它的發生或限定其引燃瓦斯的能力。
4、防止瓦斯爆炸災害事故擴大的措施
萬一發生爆炸，應使災害波及範圍局限在盡可能小的區域內，以減少損失。
第七節 瓦斯抽放
一、概述
規定：當回采工作麵瓦斯湧出量>5m3/min，掘進工作麵瓦斯湧出量>3m3/min，采用通風方法解決瓦斯問題不合理時，應該抽放瓦斯。
抽放瓦斯的方法：
按瓦斯的來源分為：開采煤層的抽放、鄰近層抽放和采空區抽放三類；
按抽放的機理分為：未卸壓抽放和卸抽放兩類；
按彙集瓦斯的方法分為：鑽孔抽放、巷道抽放和巷道與鑽孔綜合法三類。
第七節 瓦斯抽放
二、開采煤層的瓦斯抽放
開采煤層的瓦斯抽放，是在煤層開采之前或采掘的同時，用鑽孔或巷道進行該煤層的抽放工作。
1、未卸壓的鑽孔抽放
本法適用於透氣數較大的開采煤層預抽的瓦斯。
按鑽孔與煤層的關係分為穿層鑽孔和沿層鑽孔；按鑽孔角度分為上向孔、下向孔和水平孔。我國多采用穿層上向鑽孔。
第七節 瓦斯抽放
（1）鑽孔參數：
鑽孔方向
我國多為上向孔；
孔間距
它是決定抽放效果的重要參數。鑽孔的間距應小於極限抽放半徑的兩倍。
抽放負壓
抽放負壓與抽出量的關係，國內外都有不同的看法。
鑽孔直徑
抽放瓦斯的鑽孔直徑一般為70-100mm。
第七節 瓦斯抽放
2、卸壓的鑽孔抽放
在受回采或掘進的采動影響下，引起煤層和圍岩的應力重新分布，透氣係數大大增加。如果在這個區域內打鑽抽放瓦斯，可以提高抽出量。其方法分為：
隨掘隨抽 ：
第七節 瓦斯抽放
隨采隨抽
這類抽放方法隻適用於賦存平穩的煤層，有效抽放時間不長，每孔的抽出量不大。
3、人工增加煤層透氣係數的措施
主要包括：水力壓裂、水力割縫、 深孔爆破、酸液處理和交叉鑽孔等。
第七節 瓦斯抽放
三、鄰近層的瓦斯抽放
開采煤層群時，回采煤層的頂、底板圍岩將發生冒落、移動、龜裂和卸壓，透氣係數增加。
鄰近層：能向開采煤層采空區湧出瓦斯的煤層或夾層，就叫做鄰近層。位於開采煤層頂板內的鄰近層叫上鄰近層，底板內的叫下鄰近層。
為什麼鄰近層抽放總能抽出瓦斯呢？
煤層開采後，在其頂板形成三個受采動影響的地帶：冒落帶、裂隙帶和變形帶，在其底板則形成卸壓帶。λ增大。
第七節 瓦斯抽放
注意：
鄰近層距開采煤層愈近，流向采空區的瓦斯量愈大。
鄰近層距開采煤層愈遠，抽放率愈大，抽出的瓦斯濃度愈高。
1、鄰近層的極限距離
鄰近層抽放瓦斯的的上限與下限距離，應通過實際觀測。
上鄰近層取冒落帶高度為下限距離，裂隙帶的高度為上限距離。
下鄰近層不存在冒落帶，所以不考慮上部邊界，至於下部邊界，一般不超過60～80m。
第七節 瓦斯抽放
2、鑽場位置
鑽場位置應根據鄰近層的層位、傾角、開拓方式以及施工方便等因素確定，要求能用最短的鑽孔，抽出最多的瓦斯，主要有下列幾種：
（1） 鑽場位於開采煤層的運輸平巷內；
（2） 鑽場位於開采煤層的回風巷內；
（3） 鑽場位於層間岩巷內；
（4） 鑽場位於開采煤層頂板，向裂隙帶打平行於煤層的長鑽孔；
（5）混合鑽場，上述方式的混合布置。
3、鑽場或鑽孔的間距
決定鑽場或鑽孔間距的原則，是工程量少、抽出瓦斯多，且不幹擾生產。
第七節 瓦斯抽放
4、鑽孔角度
指它的傾角和偏角。
上鄰近層抽放時的仰角，應使鑽孔通過頂板岩石的裂隙帶進入鄰近層充分卸壓區，仰角太大，進不到充分卸壓區，抽出的瓦斯濃度雖然高，但流量小；仰角太小鑽孔中段將通過冒落帶，鑽孔與采空區溝通，必將抽進大量空氣，也大大降低抽放效果。
下鄰近層抽放時的鑽孔角度沒有嚴格要求，因為鑽孔中段受開采影響而破壞的可能性較小。
第七節 瓦斯抽放
5、鑽孔進入的層位
對於單一的鄰近層，鑽孔穿透該鄰近層即可。對於多鄰近層，視情況而定。
6、孔徑和抽放負壓
與開采煤層抽放不同，孔徑對瓦斯抽出量影響不大。四、采空區抽放
五、圍岩瓦斯抽放
六 、瓦斯抽放設備
抽放瓦斯的設備主要有鑽機、封孔裝置、管道、瓦斯泵、安全裝置和檢測儀表。
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