1、专题部分工作面上隅角瓦斯防治摘要：瓦斯是井下煤岩涌出的各种气体的总称，其主要成份是以甲烷为主的烃类气体，瓦斯是在煤炭发育过程中形成的，故也称煤层气。甲烷是无色无味可以燃烧或爆炸的气体。它对人的呼吸的影响同氮气相似，可以使人窒息。在自然条件下，由于甲烷在空气中表现强扩散性，所以它一经与空气混合，就不会因其密度较轻空气小而上浮积聚，所以当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲烷的浓度是均匀分布的，当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈现不均匀分布。瓦斯（CH4）是一种温室气体，同比产生的温室效应是二氧化碳的20倍，在全球气候变暖中的份额为15%，仅次于CO2。我国是煤炭消费大国，伴随着煤炭的开采，我国每年向大气中排放瓦
2、斯约194亿立方米，约占世界采煤排放瓦斯总量的三分之一，瓦斯对大气的严重污染已引起关注。瓦斯是一种优质洁净能源。瓦斯的燃烧热为37兆焦耳每立方米，相当于1到1.5千克的烟煤燃烧产生的热量。瓦斯燃烧后的气体不含硫化氢，所产生的污染大体上只有石油的1/40，煤炭的1/800。瓦斯还是重要的化工原料，它还可以转化成合成原料气，制备出合成氨，合成醇，烃类等重要的化工产品。关键词：瓦斯；甲烷；煤层气；清洁能源；化工原料；合成原料气；合成氨；合成醇；烃类Absract：Underground coal gas emission is the floorboard of all sorts of gas,
3、its main ingredient on methane gas of non-hydrocarbon gases, is in the development process of the formation of coal and CBM, it said.Methane is colorless, odorless and can burn or explosive gas. Its similar with nitrogen respiratory, can make the person suffocate.In natural conditions, due to strong
4、 performance in the air of methane result, so it is mixed with air, wont because of its small and lightweight air floatation accumulation, so when no gas emission in the roadway section when the concentration of methane is evenly distributed, when gas emission, methane concentrations are not evenly
5、distributed.The gas (CH4) is a kind of greenhouse gases, the greenhouse effect is 20 times, the carbon dioxide in the share of global warming to 15%, after CO2. Chinas coal consumption, with each year, China coal mining released into the atmosphere around 194 billion cubic meters of gas, coal gas em
6、issions world one third of the total, gas of atmospheric pollution has caused concern.The gas is an excellent clean energy. The gas burning hot for 37 trillion joule per cubic meters, the equivalent of 1 to 1.5 kilograms of bituminous coal combustion heat generation. After the gas burning gas genera
7、ted hydrogen sulfide-bearing not only oil pollution in the 1/40, coal, 1/800. The gas or important chemical raw materials, it also can be converted into synthesis gas material was synthesized ammonia, alcohol, hydrocarbons, such an important chemical products.Keywords: gas, Methane, CBM, Clean energ
8、y, Chemical raw materials, Synthetic materials, Ammonia, Synthesis of alcohol, hydrocarbon1瓦斯防治成就及任重道远 我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，但煤层赋存条件差异大，含瓦斯煤层多，瓦斯储量大，煤与瓦斯的突出严重。瓦斯灾害给煤矿带来极大的危害，尤其是瓦斯煤尘爆炸事故和突出事故，在煤矿重大严重事故中占有很大的比例。与世界先进采煤国家相比，我国煤矿安全技术起步比较晚，但是煤矿安全技术的研究一直受到国家和行业的高度重视，并被列为国家和行业的科技攻关重点，经过几代工程技术人员的艰苦奋斗，我国煤矿安全技术都被列入
9、国家科技攻关计划和行业重点科技攻关计划。经过几代人的努力，在瓦斯综合治理方面取得了卓越的成绩。矿井瓦斯灾害事故是一个十分复杂的理论与实验技术课题，其复杂性在于灾害现象发生过程非常复杂，并且目前还很少有有效的监测方法和手段，其中的力学过程，物理过程，化学过程，热力学过程和传质过程等交织在一起，具有多相耦合与多种效应的交叉性。对灾害过程用一个单一理论进行某一个过程的实验和理论研究，必然会使研究成果带有某种局限性，这就难以得出与实际情况相吻合的研究成果来指导现场的实际工作，进而也就无法有效的预防瓦斯事故的发生。我国的瓦斯抽放量居世界之首，但是，瓦斯抽放效率低，抽放装备陈旧，采掘抽放比例失调，抽放方法
10、单一，抽放瓦斯利用率低，资金投入严重不足。因此，矿井瓦斯灾害防治任重而道远。2甲烷性质甲烷的物理性质：甲烷的密度为0.716千克每立方米(标准状况下)，为空气密度的0.554倍。甲烷微溶于水，在101.3Pa条件下，当温度为20摄氏度时，100L水可溶解3.31L甲烷，0摄氏度时可溶解5.56L甲烷。甲烷的化学性质：甲烷与氧气适当混合具有燃烧和爆炸性。当空气中的甲烷浓度为5%-16%时，遇到高温（650摄氏度到750摄氏度）能发生爆炸。瓦斯爆炸事故是矿井的严重自然灾害之一，一旦发生，会造成大量人员伤亡，给矿井带来巨大的灾难。3瓦斯赋存状态成煤过程中生成的瓦斯以游离和吸附这两种不同状态存在于煤体
11、中，通常称为游离的瓦斯（Fress gas）和吸附瓦斯（Absorbed gas）。游离状态也叫自由状态，这种状态的瓦斯以自由气体存在，呈现出压力并服从自由气体定律，存在于煤体或围岩的裂隙和较大的孔隙（孔径大于10nm），游离的瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。吸附状态的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上和煤的微粒结构内部。吸着状态是在孔隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧紧地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层；而吸收状态是瓦斯分子充填到纳米级的微细孔隙内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液体中的状态。4工作面上隅角瓦斯积聚工作面上隅角瓦斯积
12、聚，是因为从运输上槽通风，风流经过工作面，一部分风流流进采空区，犹豫采空区的煤块破碎，容易逸出瓦斯，还有新鲜风流进入了采空区，使得有易燃煤层发火，产生CO，新鲜风流带出了采空区的瓦斯与CO，在工作面上隅角流出，犹豫工作面处的风流比采空区的风流大，所以在上隅角产生涡流，导致从采空区流出来的瓦斯及CO在上隅角积累，不易被带走，从而产生瓦斯超限，工作面上隅角瓦斯超限，会产生一系列问题，导致生产进度降低，所以处理好工作面上隅角瓦斯积聚，是件非常重要的问题。5瓦斯积聚的防治回来工作而的上隅角是否能积聚瓦斯与工作面的通风系统密切相关。回采工作面的通风系统可划分为四种基本类型，如图1516所示。图5.1(a
13、)、图5.1(d )类型的上隅角易积聚瓦斯，图5.1(b)、图5.1(c)图类型则不易积聚瓦斯，因此预防回采工作面上隅角积聚瓦斯的最根本措施是合理地选择通风系统。近年来广泛应用的w形和Y形通风系统(图5.2)均实现了预防上隅角瓦斯积聚的目的。图5.2显示，因采空区的瓦斯受通风负压的作用就会向回风道方向涌出，不会向工作面上隅角涌山，故避免了上隅角积聚瓦斯，但回风道是在采空区维护的，易引起采空区漏风，开采有自燃危险的煤层时应慎用。回采工作而上隅角瓦斯积聚的处理措施有下面几种引导风流稀释的实质是把新鲜风引入列回采工作团的上限角，将该处积聚的瓦斯稀释并带走。采用此种方法应根据瓦斯来源、涌出量大小、巷道
14、布置和通风方式等具体情况，引导风流的方法有两种。5.1风障法当回来工作面上隅角积聚瓦斯速度不大(23m3min)和瓦斯浓度不太高(3左右)的情况下应用。凤障的布置方法如图5.3所示。风障材料多为帆布。该方法的优点是安设简单、经济；缺点是引入的风量较少，尚需随着工作的推进而前移，会使作业环境变窄，增加通风阻力。5.1.1尾巷法 国内外均有应用，常用于瓦斯涌出量较大、超限较严重的场所。尾巷法排除积累瓦斯市置方式如图5.4所示。在工作面的回风水平有两条巷道，条为回风巷，另一条为回风副巷(尾巷)。在图5.4的巷道布置中，通常是将工作面后方(采空区)回风巷与尾巷间联络眼的密闭打开个窗口，窗口的大小视上隅
15、角瓦斯涌出量而定，这样以来，上作面的风流部分进入回风巷，另一部分风流则经工作面上隅角进人尾巷，能有效地控制采空区的瓦斯流向，不仅排除了上隅角瓦斯，同时亦会降低回风巷的瓦斯浓度。该法的优点是排瓦斯效果好，也易于实施；但需严格管理，尾巷的瓦斯浓度应控制在2以下。5.1.2向上阶段采空区漏风排瓦斯当采空区瓦斯涌出量大时，不但回采工作面上隅角瓦斯超限而且工作面采空区边界和回风流中也常越限，同时煤炭又不易自燃，如果条件允许，就可将工作面上部小阶段的采空区密闭开个窗口，让风流从老空区漏走一部分将采空区的瓦斯直接排人采区回风道，以避免上隅角积聚瓦斯和采空区边界瓦斯超限（图5.5）。5.2脉动通风技术5.2.1工作原理 脉动通风技术是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关的理论，研制的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动风机使用技术。在正常通风风流中叠加脉动风流，从而增加风流的紊流扩散系数，提高风流驱散局部积聚瓦斯的能力，从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚的问题。脉动风流的产生是因为风机旋转，在风机体周围获得脉动风流。由中国矿业大学研制生产的脉动通风机主要由以下部分组成：(1)液压动力源；(2)执行元件(液压马达)；(3)控制元件(包括各种压力、流量、方向控制阀及其他控制元件)；(4)辅助装置(滤油器及冷却器、压力表及管道、管接头等)。图5.6为矿用液压双旋转通风机的
