矿井瓦斯防治复习知识点

1、 煤的成气时期

从泥炭到褐煤的生物化学成气时期和在地层的高温高压作用下从烟煤直到无烟煤的变质作用成气时期。

2、 瓦斯的成气母质

高等植物在成煤过程中形成的腐殖型有机质和低等植物在成煤过程中形成的腐泥型有机质。

3、瓦斯生成的影响因素

煤岩组分。从煤岩学角度看，煤层瓦斯的生成取决于成煤作用和煤岩显微组成。煤的有机显微组分可分为镜质组、惰质组和壳质组，其产烃能力大小次序为壳质组>镜质组>惰质组。实际资料证实，煤岩组分与瓦斯吸附量之间存在着依附关系，即瓦斯吸附量随着煤不同的煤化作用阶段而发生变化。气、肥煤阶段，煤的瓦斯吸附量取决于惰质组所占的比例，即惰质组在煤中所占的比例越多，煤的瓦斯吸附量就越大。在中等变质作用阶段，镜质组和惰质组在煤中所占比例对煤总的吸附量影响不大；在高变质作用阶段，煤的瓦斯吸附量主要取决于镜质组，镜质组比例越大，煤的瓦斯吸附量越大。

煤化作用程度。第5页图1-2-2显示由褐煤到长焰煤吸附瓦斯量减小，由长焰煤到无烟煤吸附瓦斯量增加，由无烟煤到石墨吸附瓦斯量减小。这是因为成煤初期，褐煤的结构疏松，孔隙率大，瓦斯分子能渗入煤体内部；在变质作用过程中，由于地应力的作用，煤的孔隙率减小，煤质渐趋致密，如长焰煤；随着变质作用程度提高，在高温高压作用下，煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙，使煤的表面积到无烟煤为最大；以后，煤体内部微孔又收缩、减少，到石墨时变为0。

3、 煤层瓦斯赋存状态

吸附状态和游离状态。实验表明，在煤的瓦斯含量中，一般吸附瓦斯占80%~90%；而吸附瓦斯量主要取决于煤对瓦斯的吸附能力、瓦斯压力和温度等条件，吸附瓦斯在煤中主要以单分子层吸附的状态附着于煤的表面。由第6页图1-3-1看出：由吸附瓦斯和游离瓦斯组成的总瓦斯量随瓦斯压力的增大而提高，随温度的升高而降低。这是因为在一定温度下，当瓦斯压力升高时，则意味着单位体积内瓦斯分子数增加，从而增大了瓦斯分子与煤体吸附的机会；当吸附量增加到一定程度后，就渐趋饱和，一般瓦斯压力超过5.0MPa以后，吸附量基本上达到饱和范围。

4、 影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素

煤体从植物遗体到无烟煤的变质过程中，每吨煤至少可生成100m3以上的瓦斯，但测试的煤最大瓦斯含量为30 m3/t。究其原因，一方面是由于煤层本身含瓦斯的能力所限；另一方面是因为瓦斯是以压力气体存在于煤层中，经过漫长的地质年代，放散了大部分。因此可以说煤层瓦斯的含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件，而不是生成瓦斯量的多少；也就是说，不仅取决于煤质牌号、变质程度，更主要的是取决于储存瓦斯的地质条件。

影响煤层瓦斯含量的主要因素有煤层储气条件、区域地质构造和采矿工作。

煤层储气条件包括煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露头以及煤的煤化作用程度。

区域地质构造包括褶曲构造、断裂构造、构造复合与联合、构造组合以及水文地质条件。关于水文地质条件，由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移；另一方面

又带动了溶解于水中的瓦斯一起流动。因此，地下水的活动有利于瓦斯的排放。同时，水吸附在裂隙和孔隙表面，降低了煤对瓦斯的吸附能力及排放能力。地下水与瓦斯占有的空间是互补的，其表现为水大地带瓦斯小，水小地带瓦斯大。

采矿工作。煤矿井下采矿工作会使煤层所受应力重新分布，造成次生透气性结构；同时，矿山压力可以使煤体透气性增高或降低，其表现为卸压区内透气性增高，在集中应力带内透气性降低。

地层应力分布带包括常压带、支承压力带、卸压带和冒落带。

5、 掘进巷道瓦斯涌出

掘进巷道的瓦斯涌出包括三部分：巷道壁、迎头煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出。在同一测定时刻，距工作面越远，瓦斯浓度越高。这是因为压入式局部通风的回风流中，越处于下游越是汇集了更多的从煤壁涌出的瓦斯。故而，普通涌出中在时间与空间上存在着瓦斯涌出与瓦斯浓度的不均匀性，是一种潜在的危险。

6、 采煤工作面瓦斯涌出

采煤工作面瓦斯涌出包括：开采层的瓦斯涌出和邻近层的瓦斯涌出。

——QCH4是采煤工作面绝对瓦斯涌出量；QB是开采层绝对瓦斯涌出量；QL是邻近层绝对瓦斯涌出量；Ct采用煤体内巷道回风时取1，采空区保留有回风巷时取0.2。

——QB是开采层绝对瓦斯涌出量；x0是开采层原始瓦斯含量；x1是运出采区采落煤炭的残余瓦斯含量；m是煤层厚度；u是工作面平均推进速度；L是工作面长度；lB、lH是工作面上部和下部瓦斯排放带的宽度。

7、 瓦斯涌出的主要影响因素

影响瓦斯涌出量的主要因素有自然因素和开采技术因素。 自然因素包括煤层及围岩的瓦斯含量、开采深度和地面大气压力的变化。地面大气压力的变化对矿井不同回风流瓦斯浓度会有影响；当地面大气压力下降时，引起工作面后采空区及老采区瓦斯涌出增加，而掘进巷道与掘进区则几乎不受影响。

开采技术因素主要包括开采顺序与回采方法、回采速度与产量、落煤工艺与基本顶来压步距、通风压力与采空区密闭质量和采场的通风系统等。

8、 瓦斯涌出量梯度ā

瓦斯涌出量梯度ā的物理意义是：相对瓦斯涌出量平均每增加1m3/t，开采深度增加的平均值。

——H1、H2是瓦斯带内的两个开采深度；q1、q2对应于H1、H2深度的相对瓦斯涌出量；现采条件下n值取1。

9、 矿井瓦斯涌出分源治理

分源治理就是针对瓦斯来源的数量及其变化规律等特征，采取相适应的控制技术并进行治理，并通过方案对比，选取效果好、经济佳、适用、最优的治理方法。

10、 掘进瓦斯涌出的治理

控制掘进巷道瓦斯涌出的主要方法有：掘前预抽瓦斯；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；掘进速度等。

11、 采煤工作面瓦斯涌出的治理

采煤工作面瓦斯涌出的治理方法：本煤层采前预抽瓦斯，工作面煤壁浅孔注水，采落煤洒水快运，减少一次爆破量，工作面推进速度，抽放上、下邻近层卸压瓦斯。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员等。总之，需根据回采要求与条件，选用适用的综合治理瓦斯方案。

12、 采空区瓦斯涌出治理

首先要及时封闭采空区，并保证密闭质量，以控制其瓦斯涌出。当采空区瓦斯涌出量较大时，应进行抽放瓦斯，抽放瓦斯方法简易，工程量小，容易见效。抽放采空区瓦斯既可以显著降低矿井瓦斯涌出量，又可以提高矿井瓦斯抽放率，开发瓦斯资源，减少隐患，提高矿井生产的安全性。

13、 矿井瓦斯喷出

大量承压状态的瓦斯从肉眼可见的煤、岩裂缝中快速喷出的现象，称之为瓦斯喷出。 瓦斯喷出主要取决于两个因素，即瓦斯压力的大小和周围煤、岩裂隙状态。 瓦斯喷出需要具备两个条件：其一是承压状态的瓦斯，其二是瓦斯喷出的通道。

矿井瓦斯喷出有两类：第一类是瓦斯沿原地质构造裂隙的喷出；第二类是瓦斯沿采掘地压生成裂隙的喷出。

14、 第一类瓦斯喷出的防治措施

(1)加强地质工作，在采掘施工前一定要设法探明地质情况。

(2)根据瓦斯压力、储瓦斯容积和地质采掘条件制定防治瓦斯喷出的设计与安全措施。 (3)利用封堵喷出缝口、引排抽放瓦斯、加强通风等综合方法治理喷出瓦斯。 (4)前探钻孔措施。

15、 煤与瓦斯突出

煤矿地下采掘过程中，在很短时间内，从煤（岩）壁内部向采掘工作空间突然喷出煤（岩）与瓦斯的现象，称为煤（岩）与瓦斯突出，简称瓦斯突出或突出。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，它能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿最严重的灾害之一。

16、 矿井瓦斯突出分类

根据动力现象的力学特征不同可分为突出、压出与倾出三类。

突出的主要作用力与能源是地应力、瓦斯压力、煤岩的弹性变形能以及瓦斯潜能，其突出物的堆积特征是有分选性，有沉积轮回性，堆积角小于安息角。突出物的破碎特征是有大量手捻无颗粒感的微尘。

压出的主要作用力与能源是地应力、煤岩的弹性变形能，其突出物的堆积特征是堆积角小于或等于安息角，无分选性，无轮回性。突出物的破碎特征是大小不同的块体与碎末混杂。

倾出的主要作用力与能源是地应力、煤自重，煤岩的位能与弹性变形能，其突出物的堆积特征是无分选性，无轮回性，堆积角等于安息角。突出物的破碎特征是大小块混杂。

17、 矿井瓦斯突出发生的一般规律

(1)突出发生在一定深度上。开始发生突出的最浅深度称为始突深度，一般比瓦斯风化带深度深一倍以上。

(2)突出的次数和强度随着煤层厚度特别是软分层的厚度的增加而增多。 (3)突出的气体种类主要是甲烷，个别矿井突出二氧化碳。 (4)突出煤层的特点是煤的力学强度低（f<0.8），而且变化大；透气性差（透气性系数小于10）；瓦斯放散初速度指标高（△p >15）；湿度小；层理紊乱、遭受过地质构造力严重破坏的“构造煤”。

(5)突出危险区呈带状分布，影响突出的主要因素受地质构造控制，而地质构造具有带状分布的特征。

(6)受煤自重影响，由上前方向巷道方向的突出占大多数，从下方向巷道的突出为数极少。突出次数有随着煤层倾角增大而增多的趋势。

(7)采掘工作往往可激发突出，特别是落煤与震动作业。

(8)绝大多数突出都有预兆。预兆大体分三个方面：地压显现方面的预兆有，煤炮声、支架声响、掉渣、岩煤开裂、底鼓、来压、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻粉量增大、钻机过负荷等；瓦斯涌出方面的预兆有，瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温与气味异常、打钻喷瓦斯、蜂鸣声等；煤力学性能与结构方面的预兆有，层理紊乱，煤强度松软或软硬不均，煤暗淡、无光泽，煤厚变化大，倾角变陡，波状隆起，褶曲，断层，顶底板阶状凸起等。

(9)突出危险性随着硬而厚的围岩（硅质灰岩，砂岩等）存在而增高。 (10)从巷道类型与突出危险性的关系上来看以石门最危险。

18、 煤与瓦斯突出机理

单因素作用假说。(1)瓦斯主导作用假说中的“瓦斯包”说认为，煤层内存在着可以积聚高压瓦斯的空洞，其压力超过煤层强度减低区的煤体强度极限，当工作面接近这种瓦斯包时，煤壁就会发生破坏，产生突出。(2)地压主导作用假说中的应力集中说认为，在采煤工作面前方的支撑压力带，由于厚弹性顶板的悬顶和突然沉降引起附加应力，煤体在此集中应力的作用下产生移动和遭到破坏。如果再施加动载荷，煤体就会冲破工作面煤壁而发生突出。煤突出时伴随有大量的瓦斯涌出。(3)化学本质作用假说中的瓦斯水化物说认为，在某些地质构造活动区，在一定温度压力下，有可能生成瓦斯水化物（CH4·6H2O），并以介稳状态保存在煤层和岩石渗透孔隙内，它具有很大的潜能，受到采掘工作影响后，即迅速分解，形成高压瓦斯，破坏煤体而突出。

综合作用假说。认为煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理

力学性质三者综合作用的结果。霍多特对突出的解释为煤层应力状态突然改变和煤体内的各种潜能突然释放所引起煤层的高速破碎。他对突出全过程的解释为：当煤体由一种应力状态迅速转向另一种应力状态时，煤的变形跟不上应力的变化，在岩石对煤层的直接破碎的同时，增添了弹性恢复所引起的破碎和移动功，使破碎煤的孔隙率增加，瓦斯压力作用的面积增大。当煤相当破碎且煤的瓦斯含量足够大时，瓦斯涌出的速度急剧增大，形成瓦斯流，把已粉碎的煤带入巷道。他认为：煤体的破碎是由弹性潜能释放引起的，瓦斯在煤体破碎后才得以释放，释放的瓦斯能只参与了突出的发展过程。

19、 突出的发展过程

准备阶段、激发阶段、发展阶段、终止阶段。

20、 瓦斯在突出过程中的主要作用

一是在某些场合，当形成高瓦斯压力梯度，瓦斯可激发突出，在自然条件下，由于有地应力配合，可以不需要高的瓦斯压力梯度。二是发展与突出的主要因素，在突出的发展阶段，瓦斯压力与地应力配合连续地剥离破碎煤体使突出向深部传播。三是膨胀着的具有压头的瓦斯风暴不断地把破碎的煤运走，加以粉碎，并使新暴露的突出孔壁附近保持着较高的地应力梯度与瓦斯压力梯度，为连续剥离煤体准备好必要条件。

21、 煤与瓦斯突出危险性预测

分为区域性预测和工作面预测。

区域性预测的任务是确定矿井、煤层和煤层区域的突出危险性； 工作面预测的任务是在区域性预测的基础上，及时预测局部地点即采掘工作面的突出危险性。

22、 区域性突出危险性预测

区域性突出危险性预测是在地质勘探、新井建设、新水平和新采区开拓时进行。 方法包括:

(1)煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析。

(2)单项指标法。预测煤层突出危险性单项临界指标值如下： 煤层突出危险性 突出危险 煤的破坏类型 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 瓦斯放散初速度 煤的坚固性系数 △p≥10 f≤0.5 煤层瓦斯压力 p≥0.74 Mpa 23、 石门揭煤工作面突出危险性预测

综合指标D与K；钻屑瓦斯解吸指标法；钻孔瓦斯涌出初速度结合瓦斯涌出衰减系数。

24、 煤巷掘进工作面突出危险性预测

钻屑指标法；R值法；复合指标法；最大钻屑量(Smax)和钻屑瓦斯解吸指标(K1)法；最大钻屑量(Smax)和钻屑瓦斯解吸指标(△h2)法；V30特征值法；声发射预测法；电磁辐射法。

25、 制定煤与瓦斯突出防治措施的原则

基于当前对突出的认识，地应力和煤层瓦斯压力是突出的主要动力，煤层是受力体，是破碎和抛出的对象，开采工艺条件是突出的外部诱导因素。因此，为了防治突出，应制定如

下几个基本原则：

(1)部分卸除煤层或采掘工作面前方煤体的应力，将集中应力区推移至煤体深部。

(2)部分排除煤层或采掘工作面前方煤体中的瓦斯，降低瓦斯压力，减小工作面前方的瓦斯压力梯度。

(3)增大工作面附近煤体的承载能力和稳定性。

(4)改变煤体的力学性质，使其不易于发生突出，如煤层注水后，煤体湿润，弹性减小，塑性增大，使突出不易发生。

(5)改变采掘工艺条件，使采掘工作面前方煤体应力和瓦斯动力学状态平缓变化，达到工作面本身自我卸压的目的。如水平分层开采，浅截深机组采煤，间歇作业等。

25、煤与瓦斯突出防治技术措施分类

分为两类：区域防突措施和局部防突措施。 区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯。区域防突措施的优点是突出煤层采掘工作开展前，预先采取防突措施，措施施工与采掘作业互不干扰，且防突效果较好，故在采用防治突出措施时，应优先选用区域性防突措施。

局部防突措施的作用在于使工作面前方小范围煤体丧失突出危险性。(超前钻孔，水力冲孔，松动爆破，金属骨架等。)局部防突措施的缺点是：措施施工与采掘工艺互相干扰，且防突效果受地质开采条件变化影响大。

26、 保护层开采技术

所谓保护层，一般是指在突出矿井的煤层群中首先进行开采的非突出危险煤层，开采保护层后，对有突出危险性的煤层产生保护作用，使之消除或减少突出危险性，达到防治煤和瓦斯突出的目的。位于被保护层上部的叫上保护层，反之叫下保护层。

《防突规定》第一条原则：优先选择无突出危险的煤层作为保护层；矿井中所有煤层都有突出危险性时，应选择突出危险程度较小的煤层作为保护层。

《防突规定》第二条原则：应优先选择上保护层；选择下保护层开采时，不得破坏被保护层的开采条件。上保护层的开采优点：不破坏下部煤层的开采条件；顶板涌水量大的地方可提前释放顶板来水；它的开采可使同水平的被保护层得到充分保护。

27、 钻孔预抽防突技术

钻孔预抽是国内外目前抽放开采层瓦斯的主要方式，有地面钻孔预抽和井下布孔抽放两种。

井下布孔抽放基本方式有穿层钻孔和顺层钻孔两种。

28、 瓦斯抽采应达到的指标

煤层突出工作面采掘作业前必须将控制范围内的煤层瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。

若没能考察出煤层始突深度的瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74Mpa(表压)以下。

29、 煤层注水作用原理

在煤层注水，主要能起到防治煤与瓦斯突出、降低瓦斯涌出和减少粉尘三方面作用。 防治煤与瓦斯突出机理。从能量角度看，煤体注水使煤体中储存的弹性潜能和瓦斯内能降低了，表现在：

(1)煤层注水后，由于弹性模量降低，泊松系数增大，煤层应力降低，从而煤层的弹性潜能降低，降低到突出危险性需要的能量以下，有效防止突出的发生。

(2)煤体注水后，水深入煤的细小孔隙，使煤体湿润，煤的塑性增加，减少煤的脆性破坏，使瓦斯放散速度变缓，降低其释放瓦斯的能力，减少了发生突出的瓦斯内能。

(3)压力水进入工作面前方的集中应力带，破坏煤体，产生裂隙，引起煤层卸压和瓦斯排放，使集中应力带向煤层深部转移；水进入煤层内部的裂隙和孔隙，使原始煤层湿润，改变了煤的力学性质，降低了煤的弹性模量，增加了煤的可塑性，应力分布比较均匀，卸压带范围增大，有利于防止突出的发生。

29、瓦斯爆炸的条件及影响因素

瓦斯爆炸需具备三个条件：瓦斯的浓度处于爆炸范围，氧浓度超过失爆氧浓度；引火源的能量大于最小点燃能量、温度高于最低点燃温度；点燃时间长于感应期。

瓦斯爆炸界限一般为5%~16%；当氧浓度降低到12%时，瓦斯混合气体失去爆炸性，遇火也不爆炸，该点的氧浓度称为失爆氧浓度；最小点燃能量0.28mJ；瓦斯最低点燃温度为650~750°C，瓦斯最容易被点燃的浓度为7%~8%；感应期即引火延迟时期，在爆炸界限内，瓦斯浓度越高，感应期越长；火焰温度越高，感应期越短。

30、 瓦斯爆炸的危害

瓦斯爆炸的危害表现在两个方面：其一是产生高温高压火源、冲击波，造成人员伤亡，破坏矿井设施及设备；其二是产生有毒有害气体，这往往是造成人员伤亡的主要原因。

31、 矿井瓦斯爆炸的防治

矿井瓦斯爆炸防治主要从三个方面考虑，即防止瓦斯超限与积聚，防止瓦斯引燃和防止瓦斯爆炸事故扩大。

32、 防止瓦斯超限与积聚

包括：防止盲巷积聚瓦斯；防止高冒顶积聚瓦斯；采煤工作面积聚瓦斯的处理（方法包括通风稀释法，引导风流法，钻孔抽放法，风压调节法）；采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理；综合机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理。

33、 防止瓦斯爆炸事故扩大

方法包括：被动式隔爆技术，自动隔抑爆技术，多孔材料抑制瓦斯爆炸传播技术。

34、 影响钻孔瓦斯流量因素的考察

包括：抽放负压，煤层透气性系数，钻孔直径。

35、 矿井瓦斯抽放技术及方法

(1)从抽放的部位上分，有开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放及采空区瓦斯抽放。 (2)从抽放时间上分，有采掘前预抽、边采边抽以及采后抽放。

(3)从抽放管道形状上分，有钻孔抽放、巷道抽放以及采空区插管抽放。

35、 采空区瓦斯抽放

包括：密闭抽放法；插管法；向冒落拱上方打钻孔抽放法；在基本顶岩石中打水平钻孔

抽放法；直接向采空区打钻抽放法；地面垂直钻孔抽放法。