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矿井瓦斯概论

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中 国 矿 业 大 学
公共选修课《矿井瓦斯概论》考核作业

学生姓名 杨睿杰
学 号 13105265
所在院系 体育学院
任课教师 李忠辉

成 绩
煤与瓦斯突出预测技术研究现状
近年来，随着我国矿井采掘强度和深度的加大，矿井瓦斯问题日益严重，尤
其是煤与瓦斯突出现象。例如：1995年月涟邵局利民煤矿突出3200吨煤，瓦斯
300万m3 ，死亡19人；2002年4月淮北煤业集团芦岭煤矿突出10000吨煤，
瓦斯60多万m3 ，死亡13人。煤与瓦斯突出预测的目的和意义在于为是否采取
合理有效的防突措施提供科学依据，减少防突工程量与时间，保证采掘生产的正
常进行，保障井下生命财产的安全。因此，预测和防治煤与瓦斯突出对于提高矿
井的社会效益和经济效益具有重要的意义。
煤与瓦斯突出预测的基础是人们对突出过程及其影响因素的认识。在对煤与
瓦斯突出进行研究的一个多世纪中，各国的研究者经过不懈的努力，提出了各种
各样的突出预测方法。突出预测从预测的范围与时间来分，大致可分为两类：区
域预测和局部预测。前者的任务是确定矿井、煤层和煤层区域的危险性，这种预
测也可称为长期预测；后者的任务是在前者的基础上，及时预测局部地点即采掘
工作面的突出危险性，这种预测又可称为日常预测或工作面预测。根据突出预测
过程及其连续性，日常预测又可分为静态（或不连续）和动态（或连续）两类预
测方法。静态法是指从现场工作面含瓦斯煤体中提取煤体或瓦斯在某一时刻所处
状态的某种量化指标而确定危险性的方法。动态法是指通过动态连续地监测能够
综合反映含瓦斯煤体所处应力（或变形）状态的某种指标而确定工作面附近煤层
危险性的方法。
随着全国煤炭产业结构的调整和生产布局的变革，新时期煤矿安全生产又出
现了一些新的难点和特点。范维唐院士在第五次全国煤炭科学技术大会上强调，
“十五”期问，煤炭安全技术发展的重点是应用高新技术解决煤矿重大灾害防治
中的关键技术难题，提高煤矿灾害综合防治的能力并提出了6个方面的重点技术
攻关，其中第一个攻关重点就是研究煤与瓦斯突出的区域和突出强度的预测预报
技术。长期以来，国内外许多学者对煤与瓦斯突出机理和突出危险性预测做了大
量工作，并取得了一定的研究成果。随着现代数学、物理理论的发展和其他领域
高科技的兴起，煤与瓦斯突出的研究工作也有了新的进展。
原煤炭部1995年修订的《防治煤与瓦斯突出细则》确定了以煤的破坏类型、
瓦斯放散初速度指标Ap、煤的坚固性系数厂和煤层瓦斯压力P等单项指标作为
区域突出危险性预测的基础，并依据瓦斯地质统计法或综合指标法进行区域突出
危险性预测。根据采掘工作面附近的地质资料、地应力分布情况、瓦斯动力现象
等资料初步确定工作面的突出危险性，对于石门揭煤工作面则选用综合指标法、
钻屑瓦斯解吸指标法，对于煤巷掘进工作面和采煤工作面则选用钻孔瓦斯涌出初
速度法、R值指标法、钻屑指标法，评定工作面的突出危险性。
由于煤与瓦斯突出危险性受多种因素的影响，且各矿井．各[作面的瓦斯地
质条件千差万别，目前的预测预报方法在各矿应用的效果都不一样，很难找到一
种各矿普遍适用的方法，故《防突细则》明确指出：突出危险性预测可采用本《细
则》建议的方法或其他经试验证实有效的方法，且判别煤层突出危险性的各项指
标的临界值应根据矿井的实测资料确定，《细则》的数据仅供参考。
煤与瓦斯突出内在机理极为复杂，突出影响因素与突出事件之间相关规律存
在一定的不精确性和模糊性，基于经验的传统预测技术和基于数学建模的统计预
测方法的应用已受到了很大的限制。目前，一些先进的理论方法如计算机模拟、
模糊数学理论、灰色系统理论、神经网络、专家系统、分形理论和非线性理论、
流变与突变理论等已开始应用于煤与瓦斯突出的定量评价与分析中，并取得了一
定的研究成果。目前关于含瓦斯煤岩突出机理的研究方法，总归起来主要有观察
统计法、逻辑演绎法、实验法和数值分析法。

煤与瓦斯突出预测技术：
1. 静态预测
静态预测的根据就是含瓦斯煤体性质及其赋存条件的某些量化指标。这些指
标主要包括瓦斯指标、煤层性质指标、地应力指标或它们的综合指标，预测则是
考察其中的单个或同时多个指标是否超过临界值。具体说来，目前较多采用的指
标有钻屑量S 、钻孔瓦斯涌出初速度q、瓦斯放散指数△P 、煤体坚固性系数ƒ、
瓦斯压力р。
2.动态预测
当前所采用的静态工作面突出危险预测方法，都是通过钻孔来实现的，因此
又可称为静态的钻孔法。静态法打钻及参数测定需占用作业时间和空间，工程量
很大，预测作业时间也较长，对生产有一定的影响，预测所需费用也较高。并且
这种静态法的准确性也不是很高，易受人工影响。近几年来出现100多次预测指
标未超过临界值而发生突出的事故，如芙蓉矿务局白皎煤1993年3月27日发生
的重大恶性事故就是一例，死亡人数11人，直接经济损失数百万元。究其原因，
煤层或煤体及其内部所含有的瓦斯并不是均匀分布的，也不是稳定的。在钻孔附
近取得的预测结果仅仅是局部的，并不能完全代表整个预测步长范围内的突出危
险性，在预测时刻取得的结果也只是静态的，并不能完全代表煤体稳定前整个时
期内的突出危险性，因为煤体处于动态变化之中，延期突出就是例证。因此，动
态连续预测的研究正日益引起人们的重视。目前，突出的连续预测有3条途径：
1.声发射监测技术；2.利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征，
分析瓦斯涌出与突出的关系从而预测突出；3.电磁辐射监测技术。

煤与瓦斯突出预测技术发展：
静态预测方法所有指标都建立在经验的基础之上，指标的临界值都建立在对
大量实验数据统计分析的基础上，还不能从理论上较好地确定突出临界值，突出
指标的可靠程度取决于实验数据的多少、范围和代表性。因此静态方法受人工、
煤体分布不均匀和应力分布不均匀等因素的影响，预测的准确率难以提高。动态
预测技术是比较良好且很有发展前途的预测方法。利用监测系统动态监测瓦斯的
涌出并对突出进行识别、预测，还需要进行深入的研究和现场实践并不断总结，
建立对煤与瓦斯突出的模式识别技术并开发相应软件势在必行。声发射法和电磁
辐射法是很有发展前途的连续预测方法，这两种方法属于地球物理方法，是近几
年才发展起来的最有前途的预测预报煤矿动力灾害现象的方法。声发射和电磁辐
射是突出这一不可逆能量耗散过程中的两种重要的能量耗散形式，对它们作深入
细致的研究是认识突出过程的重要技术手段。
目前对声发射已有广泛的研究，并在突出机理认识和突出预测及监测方面取
得了一些成果，尤其是声发射方法能够对煤岩体变形破裂剧烈区可以进行定位的
特点更受研究人员的欢迎。与声发射法相比，利用煤岩变形及破裂过程中产生的
电磁辐射预测煤与瓦斯突出等动力灾害现象的电磁辐射法有许多优点：1.可实现
真正的无接触；2.更有效；3.信息的接收、传输等比较简单，且易于实现定向接
收；4.信息丰富，即使在含瓦斯煤体缓慢的变形过程中也有信号产生；5.可望实
现从理论上确定预测指标及其临界值。与现行的预报方法相比，其更有效快捷，
大大减少了工作量，基本不受人工等外界干扰，可实现连续监测及预报，不影响
生产，既能探测煤壁附近的突出危险性及突出危险带的方位，又能检验防突措施
的效果。声发射和电磁辐射预测技术要获得进一步推广应用，需要进行预测指标
及预测设备的标准化和统一化工作。

参考文献
1. 利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出
2. 利用声发射技术预测预报煤与瓦斯突出
3. 电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理--中国矿业大学学报
4. 用电磁辐射法非接触预测煤与瓦斯突出--煤矿安全
5. 地层结构的应力分区与煤瓦斯突出预测分析--岩石力学与工程学报，
6. 煤与瓦斯突出工作面预测技术发展现状分析--山东煤炭科技
7. 煤与瓦斯突出防治技术应用与发展--煤矿现代化
8. 煤与瓦斯突出预测预报技术研究现状及发展趋势--能源技术与管理

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瓦斯总结——精选推荐

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⽡斯总结1.矿井⽡斯的概念⼴义：井下除正常空⽓的⼤⽓成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害⽓体总称。狭义：煤矿⽣产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合⽓体总称。2.⽡斯的成因煤层⽡斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中⽣成的3.煤层⽡斯赋存状态①游离⽡斯②吸附⽡斯③⽔合物状态⽡斯4.⽡斯⽔合物如果⾃然赋存与煤层中，它对煤矿安全有何影响？解：由于⽡斯⽔合物⾼含⽔率，煤层⽡斯⽔合区周围的⽡斯⽓体绝⼤部分将被⽔合固结，煤层中赋存介质由⽓态⽡斯变成固态⽔合物，那么其赋存煤层的应⼒分布将发⽣较⼤变化；⼜由于⽡斯⽔合物的⾼分解热，⽡斯络合过程中必将从⽔合区周围围岩中吸取⼤量的热量，同时伴随着⼤量⽡斯⽓流的传递，所以煤层中会发⽣较复杂的物质流动和热量传递现象，⽡斯的浓度梯度和围岩的温度梯度也将发⽣较⼤变化。⽡斯⽔合物的形成将使处于危险状态的煤层体系变得较为稳定，由于⼤量⽡斯⽓体的固结，煤与⽡斯突出及⽡斯爆炸事故发⽣的概率将会⼤⼤降低；同时，由于⼤量的⽡斯⽓体⽔合物固化后潜藏于煤层中，在估算煤层⽡斯含量时，若忽视该相态⽡斯的存在，则会造成煤矿潜在的危险。

5.煤层⽡斯垂向分带规律，及其意义：四带： CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。将前三带总称为⽡斯风化带。意义：掌握煤层⽡斯垂直分带特征，是搞好矿井⽡斯涌出量预测和⽇常⽡斯管理⼯作基础。6.如何⽡斯风化带下部边界的确定？解：在⽡斯风化带开采煤层时，煤层的相对⽡斯涌出量达到2-3m3/t；煤层内的⽡斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积⽐）；煤层内的⽡斯压⼒为0.1～0.15MPa；煤的⽡斯含量达到2～3 m3/t（烟煤）和5～7 m3/t（⽆烟煤）。7.煤的孔隙特征有哪些？解：集⽓性----CH4的存在形态、含量; 渗透性----流态、流出形式、涌出量；⼒学特性----强度、弹性、脆性。8.什么叫孔隙率（f）解：单位体积固体具有的孔隙容积。9.影响煤与⽡斯吸附量的主要因素(1) ⽡斯压⼒ t=const , P X(2) 温度 P = const t X 温度每升⾼1℃，吸附⽡斯的能⼒降低约8%。(3) ⽡斯的性质对于特定的煤，在t、P⼀定时，CO2的吸附量＞CH4的吸附量＞N2的吸附量(4) 煤的变质程度变质程度反映了煤的表⾯积与化学组成；变质程度越⾼（Vr ）X在成煤初期，煤的结构琉松、孔隙率⼤，因此褐煤吸附⽡斯能⼒较⼤。在变质作⽤初期，由于压⼒的影响，煤的孔隙率减⼩，渐趋致密，故长焰煤吸附能⼒下降，随着煤的进⼀步变质，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，使吸附表⾯逐渐增加，到⽆烟煤达到最⼤值。⽆烟煤之后，由于强⼤的地压作⽤．微孔隙收缩⽽减⼩，到⽯墨为零，吸附能⼒完全消失。

●矿井瓦斯概念

●矿井瓦斯概念

瓦斯基本常识●矿井瓦斯概念是煤矿井下涌出有害气体的总称。

主要成分是甲烷。

●矿井瓦斯赋存◆在煤层中的赋存状态：游离状态和吸附状态瓦斯爆炸的条件是什么？答：瓦斯发生爆炸必须同时要具备三个条件，一是瓦斯浓度5%~16%；二是热源温度为650~750℃；氧气浓度不低于12%。

◆瓦斯涌出量的概念——绝对瓦斯涌出量：指单位时间内涌入采掘空间的瓦斯数量。

用m3/min或m3/d 表示。

——相对瓦斯涌出量：在矿井正常生产条件下，月平均日产1t煤所涌出的瓦斯数量——低瓦斯矿井：相对量≤10m3/t且绝对量40m3/min；——高瓦斯矿井：相对量>10m3/t或绝对量>40m3/min；。

高瓦斯矿井与瓦斯突出矿井的采掘工作面、排放瓦斯尾巷、利用局部通风的煤仓和巷道，每班至少检查3次；机电硐室、已采区等每班至少检查1次。

采掘工作面主要瓦斯检查点①掘进工作面主要检查正副巷工作面入风、工作面风流等地点的瓦斯浓度。

②采煤工作面主要检查工作面入风、工作面风流、煤帮和上隅角处、工作面回风、尾巷等。

◆图表、牌板、汇报三对口瓦斯检查员每检查一个地点，都要将检查的时间、和结果分别记录在牌板和图表上，并通知采掘队组的有关人员和放炮工，发现问题及时汇报，做到图表、牌板、汇报三对口。

◆瓦斯检查交接班制度瓦斯检查工要在井下指定地点交接班，瓦查员要在工作地点交接班。

交接班时，必须交清本班情况及下班应注意的问题。

斯检◆瓦斯爆炸的基本条件——一定的瓦斯浓度。

瓦斯爆炸的界限一般在5-16%之间。

——一定的引火温度。

一般在650-750℃。

明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的金属表面、吸烟、放炮、架线火花、撞击或摩擦的火花等。

——充足的氧气含量。

实验证明，瓦斯爆炸界限随混合气体氧气浓度的降低而缩小。

当氧气浓度降到12%以后，瓦斯就失去了爆炸性。

◆瓦斯爆炸发生的规律据资料统计，矿井内任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能性，但90%以上发生在采掘工作面——瓦斯聚集发生的原因及地点①局部通风机停止运转。

煤矿瓦斯知识点归纳总结

煤矿瓦斯知识点归纳总结

煤矿瓦斯知识点归纳总结一、煤矿瓦斯的形成1. 煤矿瓦斯的来源煤矿瓦斯是由煤层中的有机质在高温、高压条件下分解产生的，主要由甲烷（CH4）组成，同时还含有少量的乙烷、丙烷、乙烯等烷烃和烯烃。

2. 煤矿瓦斯的生成条件煤矿瓦斯的生成与煤层的埋深、温度、压力和煤的有机质含量等因素有关。

通常情况下，煤矿瓦斯的生成条件为煤层埋深在200m以上，温度在40℃以上，压力在3MPa以上。

二、煤矿瓦斯的性质1. 化学性质煤矿瓦斯主要成分为甲烷，其化学式为CH4。

它是一种无色、无味、无毒的气体，在空气中的爆炸极限为5%~15%。

2. 物理性质煤矿瓦斯比空气轻，燃烧时生成的热量大，且火焰温度高。

在低温下，煤矿瓦斯易液化。

在低温低压下，甲烷可形成固态，称为天然气水合物。

三、煤矿瓦斯的危害1. 爆炸危险煤矿瓦斯是一种易燃气体，在一定浓度范围内与空气混合后，遇到明火或高温表面容易发生爆炸。

煤矿瓦斯爆炸不仅造成人员伤亡和生产设施的破坏，还会引发二次事故，给煤矿安全生产造成严重影响。

2. 中毒危害煤矿瓦斯在空气中的浓度超过一定限制时，会对人体造成窒息和中毒。

特别是煤矿井下的工作人员，长期暴露在煤矿瓦斯环境中，会对身体健康造成严重影响。

四、煤矿瓦斯的监测与防治1. 煤矿瓦斯的监测（1）煤矿瓦斯的监测手段煤矿瓦斯的监测手段主要包括传感器监测、抽放法监测、化学分析法监测等。

其中，传感器监测是最常用的监测手段，通过设置煤矿瓦斯传感器在煤矿井下实时监测瓦斯浓度，并及时报警，以确保煤矿安全生产。

（2）煤矿瓦斯的监测要求对于含瓦斯矿井，应在井下通风和巷道出口设置煤矿瓦斯传感器，并定时进行瓦斯浓度监测。

同时，要求煤矿工作人员严格按照规定的防护装备和作业程序进行作业，确保煤矿瓦斯安全监测和防护。

2. 煤矿瓦斯的防治（1）通风防治通风是煤矿瓦斯的主要防治手段，通过合理设置通风系统和通风设备，将煤矿瓦斯排出矿井，降低瓦斯浓度，减少爆炸危险。

（2）抽放防治抽放防治是通过使用抽放设备将煤矿瓦斯抽出，降低瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸危险。

瓦斯(基础知识1)

瓦斯(基础知识1)

— 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min： Qg=Q×C/100
式中 Qg－绝对瓦斯涌出量， m3/min； Q－风量， m3/min；
C－风流中的平均瓦斯浓度，％。
第三节 矿井瓦斯涌出
（2）相对瓦斯涌出量 — 平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m3/t 。
qg=Qg/A 式中：qg － 相对瓦斯涌出量，m3/t；
其单位为m/(m3/t)。瓦斯涌出量梯度愈小，矿井瓦斯涌出量 随深度增加的速度愈快。 （3）、计算公式
gm=[(H2-H1)/(q2-q1)]n 式中: gg－瓦斯涌出量梯度，m/（m3/t）或t/m2；
H1、H2－甲烷带内的两个已采深度，m； q1、q2－对应于深度H1、H2的相对瓦斯涌出量，m3/t；
（1）鉴定时间和基本条件 矿井瓦斯等级的鉴定工作应在 正常生产的条件下进行。
（2）测点选择和测定内容及要求。 （3）矿井瓦斯等级的确定。
第三节 矿井瓦斯涌出
七、矿井瓦斯涌出量预测 瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一
定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的 工作。 1、矿山统计法
式中：kg－给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax－该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa－该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；
第三节 矿井瓦斯涌出
六、矿井瓦斯等级 1、矿井瓦斯等级划分
依据：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出 量）和瓦斯涌出形式，划分为： • 低瓦斯矿井：10m3及其以下； • 高瓦斯矿井：10m3以上； • 煤与瓦斯突出矿井。 2、矿井瓦斯等级鉴定
Qg － 绝对瓦斯涌出量，m3/d；
A － 日产量，t/d 说明：相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同， 但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。