公路隧道瓦斯防治技术 重庆大学资源及环境科学学院
第一篇 瓦斯赋存和涌出管理
第一章 概述??????????????????????????????????????2
第一节 瓦斯的定义、成分??????????????????????????????2 第二节 基本特征??????????????????????????????????2 第二章 瓦斯的生成及赋存????????????????????????????????5
第一节 煤田瓦斯生成及分带?????????????????????????????5 第二节 瓦斯存的形态、煤的孔隙性??????????????????????????7 第三节 煤的吸附性?????????????????????????????????10 第四节 瓦斯压力??????????????????????????????????13 第五节 瓦斯含量??????????????????????????????????19 第三章 瓦斯流动及分布?????????????????????????????????27
第一节 煤的渗透性?????????????????????????????????27 第二节 瓦斯在煤层中的流动?????????????????????????????35 第三节 影响煤层中瓦斯分布的地质因素????????????????????????36 第四章 瓦斯涌出及其管理????????????????????????????????38
第一节 煤层瓦斯涌出特征??????????????????????????????38 第二节 自开采层的普通瓦斯涌出???????????????????????????38 第三节 自邻近的煤层、煤线和岩石的瓦斯涌出?????????????????????40 第四节 矿井瓦斯平衡????????????????????????????????40 第五节 瓦斯在巷道空气中的分布???????????????????????????44 第六节 瓦斯涌出管理????????????????????????????????47 第五章 矿井瓦斯涌出量预测???????????????????????????????53
第一节 矿山统计法?????????????????????????????????53 第二节 根据瓦斯含量计算涌出量???????????????????????????54 第六章 瓦斯检测仪表??????????????????????????????????59
第一节 概述????????????????????????????????????59 第二节 热催化原理检测仪表?????????????????????????????60 第三节 热导原理检测仪表??????????????????????????????67 第四节 光学原理检测仪表??????????????????????????????69
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第一章 概 述
第一节 瓦斯的定义和成分
广义的矿井瓦斯是指涌向矿井巷道的自然瓦斯，采掘时生产过程中形成瓦斯，空气与有用矿物、围岩、支架和其它材料之间的化学反应、生物化学反应可形成的瓦斯的总称。各种类型的瓦斯具有不同的成因和性质
［1］
，其中的一部分(沼气及其同系物H2、CO、H2S)是可燃的，与空气混合形成爆炸混合物；另一部分
(CO、NO、H2S、NH3、含硫的气体、乙醛、汽油蒸气、汞和砷的蒸气)是有毒的，对人体有危害；第三部分(CO2、N2、Ar及其同系物)属于惰性气体，只有CO2当其浓度大大超过空气中含量时对人体有害；第四部分(Rn及其同系物――－Th和Ac )是放射性的。
各种类型瓦斯的化学组成、成因、来源、采掘时的涌出特征见表1－1。
但是，在煤矿中瓦斯的主要成分是沼气，本文以后述及瓦斯时，一般均指沼气而言。
第二节 基本特征
沼气是一种无色、无味、无毒的气体。比重为0.554，在矿井标准条件下每米3重0.716公斤。它难溶于水，扩散性较空气高1.6倍，沼气虽无毒，但当浓度很高时会引起窒息。
沼气不助燃，但在空气中具有一定浓度(5～16%)，并遇到高温(650～750℃)时能引起爆炸。为了便于管理，将矿井瓦斯按其涌出量大小分成等级，并按不同等级采取相应的安全措施和管理标准。
矿井瓦斯涌出量可用绝对涌出量和相对涌出量表示。绝对涌出量是指矿井单位时间内的瓦斯涌出量，单位为米3/分或米3/日；相对瓦斯涌出量是指矿井在正常条件下月平均产煤1吨的瓦斯涌出量，单位为米
3
/吨。
根据相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，矿井瓦斯等级划分为： 低沼气矿井，10米3/吨及其以下； 高沼气矿井，10米3/吨以上； 煤及沼气突出矿井。
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表1-1
化学组分 瓦斯类型 主要组分 1、空气 2、沉积岩瓦斯石油和地腊 天然气 煤 盐 含硫的 分散的 3、侵入岩和变质岩瓦斯 4、火山瓦斯 5、放射性岩石瓦斯 6、现代过程瓦斯 7、生产过程瓦斯爆破 排气 火灾、瓦斯、蒸气、空气混合物与烟雾的爆炸 蓄电池 焊接 压缩机 8、岩石材料的低温氧化含氧化合物岩石分解 CO2 He、Rn CO2、N2 CO2、CO、NO2 N2、H2O CO2 CO、NO2 N2、H2O CH2O、Cs、H4O CO2、H2、CO、 CH4、 N2 NO2、H2O H2、O2 CO2、CO、NO2 CO2、CO、 油烟雾 CO2、N2、SO2 H2、N2、H2S H2、CH4、重烃 CH4、H2S、NHS N2O2 CH4、重烃 CH4、重烃 CH4 CH4、H2、N2、 H2S、N2、SO2 CO2、CH2、H2、 CO2 、N2、H2、 主要混合物 Ar、CO2 N2、CO2、H2 He、汽油蒸气、 H2S N2、CO2、H2S H2、He 重烃、CO2、N2S、H2 CO2、重烃、硫化氢 CH4、重烃、CO2 重烃、H2S、N2 CH4、H2S、重烃 微量混合物 O2、NO2、H2、 Ne、He、Kr Xe、CH4 Ne、Kr、Xe Ne、Kr、Xe Ar、He、Ne、 Kr、Xe Ar、He、Ne、 Kr、Xe Ar、He、Ne、 Kr、Xe Ar、He、Ne、 Kr、Xe CO、NH3、He Ar Ar、Tn、An、 Ne、Kr、Xe 化学 放射性和放射性化学 生物、化学 化学 化学 化学 水的电解 化学 化学 化学、微生物 水仓、水池、沼泽 爆破物质，被爆破的岩石 发动机内部燃烧 变质和生物化学 变质和生物化学 汞和岩石 化学和放射性化学 岩浆体 具有放射性的矿物和物质 化学、生物化学和放射性成因气体的混合物 变质和生物化学 变质和生物化学 变质和生物化学 变质和生物化学 有用矿物 有用矿物 有机物、瓦斯迁移 有用矿物、瓦斯迁移 分散的有机物 空气 有用矿物 通风 有用矿物、围岩、含沥青的岩石 天然气田 具有含煤地层的煤田 泥质夹层、接触带、裂隙区 裂隙岩石、卡斯特溶洞地下水 多孔和裂隙岩石其中包括含水的 裂隙岩石和多孔岩石 饱和瓦斯的岩石、岩浆体 放射性岩石(其中包括含水的)水仓、采空区、水池和沼泽下的巷道 爆破区 带发动机的机器 — 普通、喷出式、突出 普通、喷出式、突出 普通、喷出式、突出 普通、喷出式、突出 普通、喷出式 普通、少数喷出式 普通、少数喷出式 普通、喷出式、突出 普通 普通 爆破时喷出 发动机工作进排气 在发生火灾和爆炸时强烈涌出 普通 普通 普通 普通 普通 — 每吨石油110～200米3蒸气 10～20米3/吨可烯物，在喷出时250米3/吨喷出岩石 100～150米3/采1吨煤，突出时500～600米3/吨喷出煤 1～2米3/米3盐，突出时400～600米3/米3喷出盐 0.03～0.1米3/昼夜开采1吨， <0.1～0.3米3吨可燃物 <1～1.5米3吨可燃物 3～10米3/昼夜开采1吨，5～7米3/吨喷出岩石，200～300米3/吨喷出煤 <2～15310 –13居里/厘米32秒 由于量少、时间短、没有定量评定 40～100升CO/1公斤炸药 发动机功率每1马力有害有毒气体总量0.03～0.1米3/秒 1米3/木材得到570米3CO，1公斤煤尘得到1.5米3CO。 每片蓄电池20～30升/时的H2 每公斤电焊条产生NO0.07～0.17厘米3/秒或300～500厘米3 油烟雾3.5～9.5克/米3压气 CO215～20米3/采1吨煤 瓦斯成因 巷道中瓦斯主要来源 决定巷道中瓦斯量的因素 在采掘时涌出的特征 主要组分的涌出强度 H2、CH4、SO2、NO3、CO、H2 汞铅蒸气 HCN、C2H2、 AsH3、3,4苯芘 SO2 H2、CH4、 3,4苯芘 重烃、SO2 —— NH3、HCN — O2 H2、重烃NO2、NH3、C2H4 火区、爆炸区及其产物传在火区的物质、岩石、布带 材料、爆炸 电解液 焊接材料、焊条 压缩机的润滑油化学活性物质 蓄电汉机车和矿灯充电房 焊接工作区 压缩机房井下压气用户 煤层巷道、采空区、含有机物和硫的物质 HF CH4、NO2、 CO 第 3 页 共 244 页
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