畢業(yè)論文—— 煤礦瓦斯及其防治技術(shù)探討

1、<p>　　采礦工程（本科）畢業(yè)論文</p><p>　　論文題目： 煤礦瓦斯及其防治技術(shù)探討 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 采 礦 工 程 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　煤礦瓦斯及其防治技術(shù)探討</p>

2、<p>　　摘 要：通過(guò)理論分析，進(jìn)行了瓦斯綜合抽放技術(shù)研究。分析了瓦斯賦存及流動(dòng)規(guī)律、抽放方法、引起事故危險(xiǎn)因素等進(jìn)行了分析，為合理確定工作面瓦斯抽放方法提供了理論依據(jù)。論文針對(duì)礦井瓦斯地質(zhì)影響因素，探討了其對(duì)煤層瓦斯含量的影響，并從瓦斯安全管理、火源安全管理等方面給出了瓦斯事故防治措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤礦安全 瓦斯賦存狀態(tài) 瓦斯抽放方法 瓦斯地質(zhì)影響因素</p>

3、<p>　　ABSTRACT: Through theoretical analysis, has carried on the comprehensive gas drainage technology research. Analyzed, drainage method and flow law of gas occurrence and cause accident risk factors are analyze

4、d, and reasonable to determine the gas drainage method provides a theoretical basis. Paper in view of the mine gas geological influence factors, discusses its influence on coal seam gas content, and from the gas safety m

5、anagement, fire safety management of gas accident prevention measures are</p><p>　　KEYWORDS: Coal mine safety Gas occurrence state Gas drainage method Gas geology factor</p><p>　　1、我國(guó)煤礦安全生

6、產(chǎn)現(xiàn)狀分析</p><p>　　我國(guó)95％的煤礦開(kāi)采是地下作業(yè)。煤礦事故占工礦企業(yè)一次死亡10人以上特大事故的72.8％至89.6％（2002－2005年）；煤礦企業(yè)一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人數(shù)的71％。煤礦所面臨的重大災(zāi)害事故是相當(dāng)嚴(yán)峻的，造成的損失是極其慘重的。由于煤礦事故多，死亡人數(shù)多，造成了我國(guó)煤礦的百萬(wàn)噸死亡率一直居高不下。特別是煤礦重大及特大瓦斯（煤塵）災(zāi)害事故的頻發(fā)，不但造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)

7、和公民生命的巨大損失，而且嚴(yán)重影響了我國(guó)的國(guó)際聲譽(yù)。 </p><p>　　實(shí)際上，這些瓦斯事故的發(fā)生不是偶然的，它是以往煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題的集中暴露，涉及許多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人為因素以及國(guó)家的體制、管理、經(jīng)濟(jì)政策，社會(huì)的傳統(tǒng)觀念，煤礦企業(yè)的文化素質(zhì)等。</p><p>　　2、瓦斯賦存及流動(dòng)規(guī)律</p><p>　　2.1 瓦斯

8、在煤層中的流動(dòng)機(jī)理</p><p>　　瓦斯在煤層中的流動(dòng)是一個(gè)十分復(fù)雜的運(yùn)移過(guò)程，主要取決于煤層介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)和瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)。煤是一種多孔的微裂隙發(fā)育的介質(zhì)，微裂隙間含有孔隙和大部分與微裂隙相連的毛細(xì)管通路，而孔隙和毛細(xì)管通路的數(shù)目是變化的，它們之間或多或少互有聯(lián)系，其直徑由幾，變化到幾不等。</p><p>　　瓦斯在煤層中主要是以吸附和游離狀態(tài)賦存在煤體中的，其中呈游離狀態(tài)

9、壓縮在微裂隙和大孔隙中的較少，大部分為吸附在煤體中。根據(jù)煤體中的孔隙分布和煤層中的聯(lián)系系統(tǒng)以及周世寧教授的研究表明：瓦斯在煤層中的流動(dòng)主要是層流滲透運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其中前者基本上服從Darcy滲透定律，且主要發(fā)生在煤體大孔和微裂隙中；后者則基本上服從擴(kuò)散定律，且主要發(fā)生在煤體微孔隙之中。因此，瓦斯在煤體中的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是一個(gè)擴(kuò)散滲透的過(guò)程。</p><p>　　2.2 煤的吸附理論及煤層瓦斯含量</p&g

10、t;<p>　　2.2.1 瓦斯賦存狀態(tài)</p><p>　　煤中瓦斯的賦存狀態(tài)一般有吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)兩種。固體表面的吸附作用可以分為物理吸附和化學(xué)吸附2種類(lèi)型，煤對(duì)瓦斯的吸附作用是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子間相互吸引的結(jié)果，如圖2-1所示。在被吸附的瓦斯中，通常以將進(jìn)入煤體內(nèi)部的瓦斯稱(chēng)為吸收瓦斯，把附著在煤體表面的瓦斯稱(chēng)為吸著瓦斯，吸收瓦斯和吸著瓦斯統(tǒng)稱(chēng)為吸附瓦斯。在煤層賦存的瓦斯量中，通常

11、吸附瓦斯量占80%~90%，游離瓦斯量占10%~20%；在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數(shù)。</p><p>　　在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界條件不變的條件下處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的瓦斯分子和游離狀態(tài)的瓦斯分子處于不斷的交換之中；當(dāng)外界的瓦斯壓力或溫度發(fā)生變化或給予沖擊和振蕩、影響了分子的能量時(shí)，則會(huì)破壞其動(dòng)態(tài)平衡，而產(chǎn)生新的平衡狀態(tài)。</p><p>　　煤是一種多孔

12、介質(zhì)，煤體吸附瓦斯是煤的一種自然屬性，煤體表面吸附瓦斯量的多少，與煤體表面積的大小密切相關(guān)，而煤體表面積的大小則和煤體孔隙特征有關(guān)。因此，煤體孔隙特征對(duì)吸附瓦斯有重要的作用。</p><p>　　1-游離瓦斯；2-吸附瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤體；5-煤中孔隙</p><p>　　圖2-1 煤體中瓦斯的賦存狀態(tài)</p><p>　　2.2.2 煤的吸附性及其影響

13、因素分析</p><p>　　煤之所以具有吸附性是由于煤結(jié)構(gòu)中分子的不均勻分布和分子作用力的不同所致，這種吸附性的大小主要取決于3個(gè)方面的因素，即：一是煤結(jié)構(gòu)、煤的有機(jī)組成和煤的變質(zhì)程度；二是被吸附物質(zhì)的性質(zhì)；三是煤體吸附的環(huán)境條件。由于煤對(duì)瓦斯的吸附是一種可逆現(xiàn)象，吸附瓦斯所處的環(huán)境條件就顯得尤為重要。煤中吸附瓦斯量的大小主要取決于煤化變質(zhì)程度、煤中水分、瓦斯性質(zhì)、瓦斯壓力以及吸附平衡溫度等。</p>

14、;<p>　　(1)瓦斯壓力。實(shí)驗(yàn)研究表明：在給定的溫度下，吸附瓦斯量與瓦斯壓力的關(guān)系呈雙曲線變化，如圖2-2所示，從圖中可以看出：隨著瓦斯壓力的升高煤體吸附瓦斯量增大；當(dāng)瓦斯壓力大于3.0時(shí)，吸附的瓦斯量將趨于定值。</p><p>　　(2)吸附溫度。目前的實(shí)驗(yàn)研究表明：溫度每升高1，煤吸附瓦斯的能力將降低約8%。其原因主要是：溫度的升高，使瓦斯分子活性增大，故而不易被煤體所吸附；同時(shí)，已被吸附

15、的瓦斯分子又易獲得動(dòng)能，會(huì)產(chǎn)生脫附現(xiàn)象，使吸附瓦斯量降低。</p><p>　　(3)瓦斯性質(zhì)。對(duì)于指定的煤，在給定的溫度與瓦斯壓力條件下，煤對(duì)二氧化碳的吸附量比甲烷的吸附量高，而對(duì)甲烷的吸附量又大于對(duì)氮?dú)獾奈搅俊?lt;/p><p>　　圖2-2吸附瓦斯量與瓦斯壓力關(guān)系圖</p><p>　　(4)煤的變質(zhì)程度。煤的瓦斯生成量及煤的比表面積和煤的變質(zhì)程度有關(guān)。一般情

16、況下，從中等變質(zhì)程度的煙煤到無(wú)煙煤，相應(yīng)的吸附量呈快速增加狀態(tài)。</p><p>　　(5)煤中水分。水分的增加會(huì)使煤的吸附能力降低。目前可以采用俄羅斯煤化學(xué)家艾琴格爾的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定煤的天然水分對(duì)甲烷吸附量的影響。</p><p>　　2.3 煤層瓦斯流動(dòng)理論研究</p><p>　　煤層瓦斯流動(dòng)理論是專(zhuān)門(mén)研究煤層內(nèi)瓦斯壓力分布及瓦斯流動(dòng)變化規(guī)律的理論,根據(jù)應(yīng)用

17、范圍和使用條件的不同,煤層瓦斯流動(dòng)理論有以下幾種。</p><p>　　2.3.1 線性瓦斯流動(dòng)理論</p><p>　　線性瓦斯?jié)B流理論認(rèn)為，煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)移基本符合線性滲透定律—達(dá)西定律(Dracy’s law) ，1856年,法國(guó)水力學(xué)家Darcy 通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了著名的Darcy 定律：</p><p><b>　?。?）</b><

18、;/p><p>　　式中： v ———流速，m/s；</p><p>　　μ———瓦斯動(dòng)力粘度系數(shù)，Pa·s；</p><p>　　K ———煤層的滲透率，m2；</p><p>　　dx ———和流體流動(dòng)方向一致的極小長(zhǎng)度，m；</p><p>　　dp ———在d x 長(zhǎng)度內(nèi)的壓差，Pa ；</p>

19、;<p>　　λ———煤層透氣系數(shù)，m2/(MPa2·d) 。</p><p>　　Darcy 定律是在常溫和常壓條件下，各向同性砂柱中的一維流動(dòng)過(guò)程實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果。在直角坐標(biāo)系中，若以vx , vy , vz 表示三個(gè)坐標(biāo)方向上的滲流速度分量，就得到三維流動(dòng)下的Darcy 定律：</p><p><b>　?。?）</b></p>

20、<p>　　Darcy 定律有一定的適用范圍，超出這個(gè)范圍就不再符合Darcy 定律了。雷諾數(shù)Re 是個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，用來(lái)表示作用在流體上的慣性力和粘滯力之比，它是判別層流和紊流的準(zhǔn)則。同樣，多孔介質(zhì)流體的雷諾數(shù)Re 為：</p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　式中：d ———孔隙骨架的代表性長(zhǎng)度，m；</p>&l

21、t;p>　　v ———流體的滲流速度，m/s ；</p><p>　　γ———流體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，m2/s。</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)Re 在1～10 之間時(shí),屬低雷諾數(shù)區(qū),粘滯力占優(yōu)勢(shì),流體的運(yùn)動(dòng)符合Darcy 定律。</p><p>　　2.3.2 瓦斯擴(kuò)散理論</p><p>　　煤是一種典型的多孔介質(zhì)，根據(jù)氣體在多孔介

22、質(zhì)中的擴(kuò)散機(jī)理的研究，可以用表示孔隙直徑和分子運(yùn)動(dòng)平均自由程相對(duì)大小的諾森數(shù)</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　式中：d ———孔隙平均直徑，m；</p><p>　　λ———?dú)怏w分子的平均自由程，m。</p><p>　　將擴(kuò)散分為一般的菲克( Fick) 型擴(kuò)散、諾森(Knudsen)

23、型擴(kuò)散和過(guò)渡型擴(kuò)散。Kn ≥10 時(shí)，孔隙直徑遠(yuǎn)大于瓦斯氣體分子的平均自由程，這時(shí)瓦斯氣體分子的碰撞主要發(fā)生在自由瓦斯氣體分子之間，而分子和毛細(xì)管壁的碰撞機(jī)會(huì)相對(duì)較少,此類(lèi)擴(kuò)散仍然遵循菲克定理，稱(chēng)為菲克型擴(kuò)散。當(dāng)Kn ≤0. 1 時(shí),分子的平均自由程大于孔隙直徑，此時(shí)瓦斯氣體分子和孔隙壁之間的碰撞占主導(dǎo)地位，而分子之間的碰撞退居次要地位，此類(lèi)擴(kuò)散不再遵循菲克擴(kuò)散，而為諾森擴(kuò)散。當(dāng)0. 1 < Kn < 10 時(shí)，孔隙直徑與瓦

24、斯氣體分子的平均自由程相似，分子之間的碰撞和分子與面的碰撞同樣重要，因此此時(shí)的擴(kuò)散是介于菲克型擴(kuò)散與諾森擴(kuò)散之間的過(guò)渡型擴(kuò)散。</p><p>　　由于多孔特性及其大分子結(jié)構(gòu)，煤是一種良好的吸附劑，當(dāng)瓦斯氣體分子被強(qiáng)烈地吸附于煤的固體表面時(shí)，就產(chǎn)生表面擴(kuò)散。對(duì)吸附性極強(qiáng)的煤來(lái)說(shuō)，表面擴(kuò)散占有很大比重。當(dāng)孔隙直徑與瓦斯氣體分子尺寸相差不大，壓力足夠大時(shí)，瓦斯氣體分子就會(huì)進(jìn)入微孔隙中以固溶體存在，發(fā)生晶體擴(kuò)散，在煤體

25、擴(kuò)散中一般比較小。</p><p><b>　　1、菲克型擴(kuò)散</b></p><p>　　當(dāng)Kn ≥10 時(shí)，由于孔隙直徑遠(yuǎn)大于瓦斯氣體分子的平均自由程，因此擴(kuò)散是由于瓦斯氣體分子之間的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的，可以用菲克擴(kuò)散定律去描述，即</p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　

26、式中：J ———瓦斯氣體通過(guò)單位面積的擴(kuò)散速度，kgP(s·m2 ) ；</p><p>　　———沿?cái)U(kuò)散方向的濃度梯度；</p><p>　　Df ———菲克擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；</p><p>　　C ———瓦斯氣體的濃度，kg/m2 。</p><p>　　等式中由于擴(kuò)散是沿著濃度減少的方向進(jìn)行的，而擴(kuò)散系數(shù)總是正的，故式中要

27、加一個(gè)負(fù)號(hào)。由于孔道是彎曲的各種形狀，同時(shí)又是相互連通的通道，所以擴(kuò)散路徑因孔隙通道的曲折而增長(zhǎng)，孔截面收縮可使擴(kuò)散流動(dòng)阻力增大，從而使實(shí)際的擴(kuò)散通量減少?？紤]以上因素，瓦斯氣體分子在煤層內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)可定義為：</p><p><b>　　（6）</b></p><p>　　式中：Dfe ———瓦斯氣體在煤層內(nèi)的有效Fick 擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ；</p>

28、;<p>　　θ———有效表面孔隙率；</p><p>　　τ———曲折因子，為修正擴(kuò)散路徑變化而引入的。</p><p>　　對(duì)于給定狀態(tài)的某種瓦斯氣體來(lái)講，菲克型擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)大小取決于煤本身的孔隙結(jié)構(gòu)特征。</p><p><b>　　2、諾森型擴(kuò)散</b></p><p>　　當(dāng)Kn ≤0. 1 時(shí)

29、,瓦斯氣體在煤層中的擴(kuò)散屬于諾森型擴(kuò)散，根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論，在半徑為r 的孔隙內(nèi)，由于壁面的散射而引起的瓦斯分子擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p><b>　　（7）</b></p><p>　　式中：Dk ———諾森擴(kuò)散系數(shù)；</p><p>　　r ———孔隙平均半徑，m；</p><p>　　R ———普適氣體常數(shù)；<

30、/p><p>　　T ———絕對(duì)溫度，K；</p><p>　　M ———瓦斯氣體分子量。</p><p>　　若考慮有效表面孔隙率、曲折因子半徑變化等因素,則有效擴(kuò)散系數(shù)為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：s ———煤粒的比表面積，m2/kg；</p&g

31、t;<p>　　ρ———煤密度，kg/m3 。</p><p>　　從上式中可以看出,諾森擴(kuò)散系數(shù)與煤的結(jié)構(gòu)和煤層的溫度等有關(guān)。</p><p><b>　　3、過(guò)渡型擴(kuò)散</b></p><p>　　當(dāng)0. 1 < Kn < 10 時(shí),孔隙直徑與瓦斯氣體分子的平均自由程相近，分子之間的碰撞和分子與壁面的碰撞同樣重要，

32、擴(kuò)散過(guò)程受兩種擴(kuò)散機(jī)理的制約，在恒壓下其有效擴(kuò)散系數(shù)與菲克擴(kuò)散和諾森擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系為：</p><p><b>　　（9）</b></p><p><b>　　4、表面擴(kuò)散</b></p><p>　　對(duì)于凸凹不平的煤粒表面，具有表面勢(shì)阱強(qiáng)度即表面能量Ea，當(dāng)瓦斯氣體分子的能量等于表面能ΔEa 時(shí)，氣體分子在煤表面形成表面

33、擴(kuò)散，見(jiàn)圖2-3。</p><p>　　圖2-3 　瓦斯氣體在煤表面上的表面擴(kuò)散</p><p>　　表面擴(kuò)散經(jīng)常同普通的菲克型擴(kuò)散在煤層較大孔隙中同時(shí)進(jìn)行，使擴(kuò)散的總通量增大；另一種情況是當(dāng)瓦斯氣體被煤表面強(qiáng)烈吸附時(shí)，吸附層增厚使得瓦斯氣體擴(kuò)散通量減少。</p><p><b>　　5、晶體擴(kuò)散</b></p><p>

34、;　　煤晶體內(nèi)的擴(kuò)散阻力較大，擴(kuò)散通量較小。由煤大分子結(jié)構(gòu)可知，煤是由周邊聯(lián)結(jié)有多種原子基團(tuán)的縮聚芳香稠環(huán)、氫化芳香稠環(huán)通過(guò)各種橋鍵和交聯(lián)鍵合邊聯(lián)結(jié)而成，在其中含有各種缺陷、位錯(cuò)或空位。當(dāng)瓦斯氣體壓力較低時(shí)，不易進(jìn)入到芳香層之間或碳分子之間；而當(dāng)瓦斯壓力較高時(shí)，瓦斯氣體分子則可能進(jìn)入芳香層缺陷或煤物質(zhì)大分子之間，發(fā)生晶體擴(kuò)散。當(dāng)孔隙半徑與瓦斯氣體分子大小相差不大，且壓力足夠大時(shí)，瓦斯氣體分子可以進(jìn)入到煤微孔隙中以固溶體(取代式固溶體、填

35、隙式固溶體) 形式存在，且不易脫附。晶體擴(kuò)散通量與瓦斯氣體分子的化學(xué)位梯度成比例，即：</p><p><b>　　（10）</b></p><p>　　化學(xué)位可用瓦斯氣體的活度a 或分壓p 代替，由Darken 關(guān)系式：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　式中：B

36、———遷移率；</p><p>　　D ———自擴(kuò)散系數(shù)，即由于瓦斯氣體與煤的物理化學(xué)性質(zhì)相似性。</p><p>　　由于瓦斯氣體在煤層中以固溶體形式賦存的量較少，一般在晶體的芳香層缺陷內(nèi)的瓦斯量為1 %～5 % ，在芳香碳晶體內(nèi)瓦斯量為5 %～12 %，所以只有當(dāng)瓦斯壓力很高時(shí)，擴(kuò)散才會(huì)較為明顯[6]。</p><p>　　2.3.3 瓦斯?jié)B透—擴(kuò)散理論<

37、;/p><p>　　瓦斯?jié)B透與擴(kuò)散理論認(rèn)為，煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)動(dòng)是包含了滲透和擴(kuò)散的混合流動(dòng)過(guò)程。煤層中存在相互溝通的裂隙網(wǎng)絡(luò)，沿著這些裂隙網(wǎng)絡(luò)，游離瓦斯流向低壓工作面，而煤體的透氣率與該裂隙網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。與此同時(shí)，塊煤內(nèi)部的瓦斯解吸，向裂隙擴(kuò)散，因此煤層中瓦斯的滲透率和介質(zhì)的擴(kuò)散性共同決定了瓦斯的流動(dòng)狀況[7]。</p><p>　　2.3.4 非線性瓦斯流動(dòng)理論</p><

38、p>　　達(dá)西定律偏離的原因?yàn)椋孩倭髁窟^(guò)大；②分子效應(yīng)；③離子效應(yīng)； ④流體本身的非牛頓態(tài)勢(shì)。著名的流體力學(xué)家EM. Allen 指出，將達(dá)西定律用于描述從均勻固體物(煤樣) 中涌出瓦斯的試驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致了與實(shí)際觀測(cè)不相符合的結(jié)論。從通過(guò)變化壓差測(cè)定煤樣瓦斯?jié)B透率看，達(dá)西定律不太符合瓦斯流動(dòng)規(guī)律[8]。在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出了更能符合瓦斯流動(dòng)的基本規(guī)律—冪定律(Power Law) 。</p><p>&l

39、t;b>　?。?2）</b></p><p>　　式中：qx ——在x點(diǎn)的比流量，m3/P(m2·d) ;</p><p>　　m ——滲透指數(shù)， m = 1～2。</p><p>　　該理論用于中雷諾數(shù)區(qū)， Re = 10～100，此時(shí)為非線性層流區(qū)域。</p><p>　　2.3.4 多煤層系統(tǒng)瓦斯越流理論&

40、lt;/p><p>　　根據(jù)地下滲流力學(xué)多煤層瓦斯越流的定義，如保護(hù)層開(kāi)采的有效保護(hù)范圍的確定問(wèn)題、井下鄰近層(采空區(qū)) 瓦斯抽放工程的合理布孔設(shè)計(jì)抽放率預(yù)估問(wèn)題、地下多氣層之間煤層氣運(yùn)移規(guī)律的預(yù)估和評(píng)估問(wèn)題，都可以歸結(jié)為多煤層系統(tǒng)瓦斯越流問(wèn)題。但由于此問(wèn)題的復(fù)雜性，均未從煤層瓦斯越流的角度去抽象出其普遍規(guī)律并創(chuàng)建多煤層系統(tǒng)瓦斯越流理論，因此,應(yīng)用流體—巖石的相互作用的觀點(diǎn)創(chuàng)建和發(fā)展煤層瓦斯耦合模型及數(shù)值方法，豐富和

41、完善煤層瓦斯?jié)B流力學(xué)，這是當(dāng)今該學(xué)科理論研究的前沿課題。</p><p><b>　　2.3.5 結(jié)論</b></p><p>　　每種煤層瓦斯流動(dòng)理論，在一定的簡(jiǎn)化假設(shè)下，已形成了一定的理論體系，并在煤礦安全生產(chǎn)中起到了一定的作用。但是，由于煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，這不僅與煤的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且受到眾多因素的影響。目前我國(guó)煤礦煤與瓦斯突出事故頻繁發(fā)生，死亡

42、人數(shù)多，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)，而瓦斯流動(dòng)規(guī)律對(duì)于預(yù)防煤與瓦斯突出，改善煤層瓦斯抽放率和煤層氣開(kāi)發(fā)利用具有重要意義，因此煤層瓦斯流動(dòng)理論有待繼續(xù)深入研究。</p><p>　　3、煤礦瓦斯抽放方法以及引起事故危險(xiǎn)因素的分析</p><p>　　3.1 抽放瓦斯方法分類(lèi)</p><p>　　抽放瓦斯的分類(lèi)方式和方法多種多樣，目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。通常按以下三種方法進(jìn)行分

43、類(lèi)。</p><p>　　1、按抽放瓦斯的來(lái)源分類(lèi)</p><p>　　按抽放瓦斯的來(lái)源分為：</p><p>　　1）開(kāi)采層（本煤層）抽放瓦斯；</p><p>　　2）鄰近層抽放瓦斯；</p><p>　　3）采空區(qū)抽放瓦斯。</p><p>　　2、按抽放與采掘的時(shí)間分類(lèi)</p>

44、;<p>　　按抽放與采掘的時(shí)間關(guān)系可分為：</p><p>　　1）采前抽放（也稱(chēng)為預(yù)抽）；</p><p>　　2）采中抽放（也稱(chēng)邊抽，包括邊采邊抽和邊掘邊抽）；</p><p>　　3）采后抽放（也趁舊區(qū)抽放）。</p><p>　　3、按施工工藝和手段分類(lèi)</p><p>　　按施工工藝和手段可分

45、為：</p><p><b>　　1）巷道抽放法；</b></p><p><b>　　2）鉆孔抽放法；</b></p><p>　　3）巷道、鉆孔混合抽放法。</p><p>　　瓦斯抽放方法雖然有以上不同分類(lèi)方法和不同種類(lèi)，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往是互相結(jié)合、綜合使用，無(wú)法截然分開(kāi)的。如，本煤層

46、抽放中包括巷道預(yù)抽法、鉆孔預(yù)抽法及邊抽（掘）法等；同時(shí)，鉆孔抽放法又應(yīng)用于本煤層抽放、鄰近層抽放及預(yù)抽、邊抽等。</p><p>　　3.2 瓦斯抽放新方法研究</p><p>　　1、深孔預(yù)裂控制爆破強(qiáng)化抽放瓦斯技術(shù)</p><p>　　深孔控制預(yù)裂爆破強(qiáng)化抽放瓦斯技術(shù)實(shí)質(zhì)是：在回采工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷和掘進(jìn)工作面每隔一定的距離，打一定深度的爆破孔和控制孔(用于抽

47、放)，二者交替布置。利用煤礦瓦斯抽排孔專(zhuān)用爆破藥柱裝藥。利用炸藥爆炸的能量、瓦斯壓力及抽放孔的導(dǎo)向和補(bǔ)償作用使煤體產(chǎn)生新的裂隙，并使原生裂隙得以擴(kuò)展，從而提高煤層透氣性，達(dá)到提高抽放效果的目的。和普通爆破相比：普通裝藥爆破后，炮孔壁上各個(gè)方向受到的作用力相同，在沖擊波作用下，孔壁上產(chǎn)生多條隨機(jī)裂隙。深孔預(yù)裂控制爆破就是使鉆孔內(nèi)的炸藥爆破后在預(yù)定的幾個(gè)方向上形成應(yīng)力集中和能量集中，從而在這些方向產(chǎn)生較深的裂隙，并抑制其它方向的裂隙產(chǎn)生，爆

48、破后不能形成較大的空腔，煤層中會(huì)形成許多裂隙，瓦斯通過(guò)這些裂隙被抽出。</p><p>　　2、深孔預(yù)裂控制爆破原理</p><p>　　透氣性較低的高瓦斯煤層，必須采用專(zhuān)門(mén)的措施來(lái)增加煤層的透氣性，才能有效地抽出瓦斯。國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)地方法有：煤層注水、水力壓裂、水力割縫、深孔爆破和酸液處理等。對(duì)于不同的瓦斯地層，各種方法的效果也不同，理論研究和試驗(yàn)都表明，采用爆破的方法可以增加瓦斯地層的透氣

49、性，從而提高瓦斯抽放率，在爆破沖擊波和應(yīng)力波的直接作用下，裝藥周?chē)拿后w中將形成空腔區(qū)、壓碎區(qū)、裂隙區(qū)和震動(dòng)區(qū)。從爆破的后期效應(yīng)看，炮孔附近煤體中水和瓦斯的排放及遷移進(jìn)一步降低了煤體的應(yīng)力水平，使得瓦斯的排放成為一個(gè)由近區(qū)到遠(yuǎn)區(qū)的連續(xù)過(guò)程。</p><p>　　3.3 瓦斯燃燒或爆炸的分析</p><p>　　3.3.1 瓦斯燃燒與爆炸的感應(yīng)期</p><p>

50、　　據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，瓦斯與高溫?zé)嵩唇佑|時(shí)，不是立即發(fā)生燃燒或爆炸，而是有個(gè)引火遲延期，或叫感應(yīng)期。感應(yīng)期的長(zhǎng)短與瓦斯?jié)舛?、火源溫度和火源性質(zhì)有關(guān)。實(shí)踐證明，瓦斯燃燒的感應(yīng)期總是小于爆炸的感應(yīng)期。說(shuō)明引起瓦斯燃燒的可能性大。對(duì)于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，對(duì)安全生產(chǎn)的意義很大。比如，使用安全炸藥爆破時(shí)，雖然爆炸的初溫高達(dá)2000℃左右，但高溫存在的時(shí)間極短，大大小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，所以不會(huì)引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格、炮泥充填不夠或放炮操作不

51、當(dāng)，就會(huì)增加高溫氣流的溫度，延長(zhǎng)它的存在時(shí)間，一旦超過(guò)感應(yīng)期，就可能發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸。</p><p>　　3.2.2 瓦斯爆炸的類(lèi)型</p><p><b>　　1、瓦斯燃燒與爆炸</b></p><p>　　嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，瓦斯燃燒與爆炸都是在高溫作用下一定濃度的瓦斯與空氣中的氧氣發(fā)生激烈復(fù)雜的氧化反應(yīng)的結(jié)果，二者很難區(qū)分的。一般認(rèn)為，火焰移

52、動(dòng)速度較慢，聲效應(yīng)較小，空氣沒(méi)什么震動(dòng)，無(wú)破壞作用的情況，稱(chēng)之為瓦斯燃燒；反之，火焰移動(dòng)的速度快，爆炸聲較大，對(duì)巷道和各種設(shè)施破壞較為嚴(yán)重，稱(chēng)之為瓦斯爆炸。</p><p>　　瓦斯與煤塵混合爆炸可分為兩種情況：一是在爆炸發(fā)生的瞬間，混合氣體中同時(shí)存在著瓦斯與煤塵，二者相互影響且降低了各自的爆炸下限，在高溫作用下而發(fā)生的瓦斯與煤塵聯(lián)合爆炸。二是由于瓦斯爆炸產(chǎn)生的沖擊波揚(yáng)起爆源附近的沉積煤塵而導(dǎo)致的聯(lián)合爆炸。這種爆

53、炸往往是常見(jiàn)的連續(xù)發(fā)生的爆炸事故。其直接原因是首次爆炸產(chǎn)生的沖擊波的速度（2340m/s）遠(yuǎn)大于火焰的傳播速度（610—1800m/s），隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，二者差距越來(lái)越大，當(dāng)前面的沖擊波把巷道積塵再次揚(yáng)起且達(dá)到一定濃度，而高溫火焰又跟蹤而至，就會(huì)把揚(yáng)起的煤塵點(diǎn)燃，發(fā)生第二次、第三次爆炸。</p><p>　　3.3 瓦斯突出分析</p><p>　　在極短的時(shí)間內(nèi)，煤與瓦斯由煤體向巷道或

54、采掘空間大量噴出的動(dòng)力現(xiàn)象，叫做煤與瓦斯的突出。發(fā)生煤與瓦斯突出時(shí)，在煤體中形成特殊形狀的孔洞，并拌有動(dòng)力效應(yīng)和響聲，能對(duì)井下巷道、設(shè)備、設(shè)施、生產(chǎn)系統(tǒng)造成破壞，甚至引起火災(zāi)或瓦斯爆炸。煤與瓦斯突出是一種危害很大的自然災(zāi)害。</p><p>　　3.3.1 瓦斯突出的特征</p><p>　　突出危險(xiǎn)在廣泛區(qū)域上具有點(diǎn)、線分別特征，并非“突出危險(xiǎn)煤層”范圍內(nèi)的煤體都具備形成突出危險(xiǎn)源的條件

55、。突出危險(xiǎn)源是存在于采礦活動(dòng)中的具備發(fā)動(dòng)煤與瓦斯突出的高勢(shì)能瓦斯與破碎煤體混合的瓦斯富積區(qū)。其特征是：區(qū)內(nèi)瓦斯大量解吸為氣態(tài)的游離狀瓦斯而積聚；區(qū)內(nèi)煤體受力狀態(tài)發(fā)生變化，原始結(jié)構(gòu)被破壞；受破壞的煤體失去傳導(dǎo)壓力的能力而使氣態(tài)瓦斯處于承壓（被壓縮）狀態(tài)，產(chǎn)生高勢(shì)能瓦斯與碎煤體混合的瓦斯富積區(qū)。突出危險(xiǎn)源存在是煤與瓦斯突出能夠發(fā)動(dòng)的先決條件，突出危險(xiǎn)源積聚的勢(shì)能大小決定突出發(fā)動(dòng)時(shí)的突出強(qiáng)度。 </p><p>　　3

56、.3.2 影響突出危險(xiǎn)的形成的要素</p><p>　　影響突出危險(xiǎn)源的形成要素, 大致可分為：一是煤體的瓦斯含量的大??；二是煤層煤體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高低；三是煤體的受力狀態(tài)和作用在煤體上壓力的大小及壓力作用的時(shí)間；四是游離瓦斯積聚的條件（承壓瓦斯區(qū)周?chē)膰鷰r封閉程度）是否具備。突出危險(xiǎn)源的分布主要受到煤體強(qiáng)度和圍巖壓力分布的控制。一般來(lái)講，在原生煤體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低或煤體結(jié)構(gòu)受到地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的破壞而強(qiáng)度降低的區(qū)域內(nèi)容易形成突

57、出危險(xiǎn)源；在地應(yīng)力（原始地應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造殘存應(yīng)力）大的區(qū)域容易形成突出危險(xiǎn)源；在工程活動(dòng)引起的支撐壓力集中區(qū)及其附近容易形成突出危險(xiǎn)源。</p><p><b>　　4、 總結(jié)</b></p><p>　　本文先對(duì)瓦斯的有關(guān)理論進(jìn)行了分析，通過(guò)理論分析，進(jìn)行了瓦斯綜合抽放技術(shù)研究，為提高瓦斯抽放效率和抽放濃度，合理的選擇了瓦斯抽放方法和工藝參數(shù)，探索瓦斯綜合治理的有效

58、途徑提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)最后地煤礦的安全生產(chǎn)提出了自己的建議。全論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：</p><p>　　1、分析了國(guó)內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀，分析結(jié)果表明我國(guó)的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀依然非常嚴(yán)峻，需要進(jìn)一步的加強(qiáng)。</p><p>　　2、對(duì)引起瓦斯事故的危險(xiǎn)因素，如：瓦斯超限、瓦斯燃燒與爆炸、瓦斯突出等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。</p><p>　　3、對(duì)瓦斯賦存及流

59、動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了理論分析與研究。目前我國(guó)煤礦煤與瓦斯突出事故頻繁發(fā)生，死亡人數(shù)多，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)，而瓦斯流動(dòng)規(guī)律對(duì)于預(yù)防煤與瓦斯突出，改善煤層瓦斯抽放率和煤層氣開(kāi)發(fā)利用具有重要意義，所以煤層瓦斯流動(dòng)理論有待繼續(xù)深入研究。</p><p>　　3、對(duì)抽放方法的分類(lèi)，開(kāi)采煤層，瓦斯抽放新方法，抽放方法的選擇的原則進(jìn)行了理論分析，為合理確定工作面瓦斯抽放方法提供了理論依據(jù)。</p><p>　

60、　在煤層群高瓦斯條件下，僅采用單一的瓦斯抽放、風(fēng)排等措施治理難以解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，必須采取多種抽放方法、合理配風(fēng)、輔助保障并舉的綜合治理措施。工作面采用多種抽放發(fā)放時(shí)，不宜采用混合抽放并網(wǎng)的方式。瓦斯事故的發(fā)生，對(duì)井下安全生產(chǎn)及人員安全造成了嚴(yán)重的威脅，是礦井生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。本文結(jié)合瓦斯事故的地質(zhì)影響因素探討，從瓦斯安全管理機(jī)制、火源安全管理機(jī)制和礦工不安全行為控制給出了瓦斯事故的防治措施，對(duì)礦山安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的

61、現(xiàn)實(shí)意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王省生 《礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)》 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1991年</p><p>　　[2] 曾廣冬 《多孔介質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)移理論研究及鹽淡水界面的數(shù)值模擬》 天津大學(xué),2002年</p><p>　　[3] 林柏泉，張建國(guó) 《礦井

62、瓦斯抽放理論與技術(shù)》 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998年</p><p>　　[4] 林柏泉，崔恒信 《礦井瓦斯防治理論與技術(shù)》 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998年</p><p>　　[5] 張鐵崗 《礦井瓦斯綜合治理技術(shù)》 煤炭工業(yè)出版社，2001年</p><p>　　[6] 俞啟香 《礦井瓦斯防治》 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008年</p>