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煤礦瓦斯及其防治技術
 
一、瓦斯爆炸及預防
礦井瓦斯不助燃,但它與空氣混合成一定濃度后,遇火能燃燒、爆炸。瓦斯爆炸時會產生3個致命的因素:爆炸火焰、爆炸沖擊波和有毒有害氣體。瓦斯爆炸不僅造成大量的人員傷亡,而且還會嚴重摧毀礦井設施、中斷生產。礦井瓦斯爆炸往往引起煤塵爆炸、礦井火災、井巷坍塌和頂板冒落等二次災害。
1.瓦斯爆炸的條件
引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個條件:一定濃度的甲烷、一定溫度的引火源和足夠的氧氣。
2.預防瓦斯爆炸技術措施
預防瓦斯爆炸技術措施包括4個方面:
(1)防止瓦斯積聚和超限;
(2)嚴格執行瓦斯檢查制度;
(3)防止瓦斯引燃的措施;
(4)防止瓦斯爆炸災害擴大的措施。
二、礦井瓦斯抽放
1.瓦斯抽放方法
瓦斯抽放系統主要由瓦斯抽放泵、瓦斯抽放管路(帶閥門)、瓦斯抽放鉆孔或巷道、鉆孔或巷道密封等組成。
根據抽放瓦斯的來源,瓦斯抽放可以分為:本煤層瓦斯預抽、鄰近層瓦斯抽放、采空區瓦斯抽放以及幾種方法的綜合抽放。
2.瓦斯抽放指標
(1)反映瓦斯抽放難易程度的指標:煤層透氣性系數、鉆孔瓦斯流量衰減系數、百米鉆孔瓦斯涌出量。
(2)反映瓦斯抽放效果的指標:瓦斯抽放量、瓦斯抽放率。
3.瓦斯抽放主要設備設施
(1)瓦斯抽放泵。瓦斯抽放泵是進行瓦斯抽放最主要的設備。
(2)瓦斯抽放管路。瓦斯抽放管路是進行瓦斯抽放必備也是使用量最大的材料。
(3)瓦斯抽放施工用鉆機。絕大多數的瓦斯抽放工程都需要利用鉆孔進行瓦斯抽放,因此,鉆機是進行瓦斯抽放的礦井使用最多的設備。
(4)瓦斯抽放參數測定儀表。煤礦瓦斯流量測定儀表主要有孔板流量計、均速管流量計、皮托管、渦街流量計等。
(5)瓦斯抽放鉆孔的密封。封孔是確保抽放效果的重要環節,采用先進的封孔技術和加強封孔的日常施工管理,是提高封孔質量的主要途徑。
三、礦井瓦斯檢測及監測
瓦斯檢測實際上是指甲烷檢測,主要檢測甲烷在空氣中的體積濃度。使用便攜式瓦斯檢測報警儀,可隨時檢測作業場所的瓦斯濃度,也可使用瓦斯傳感器連續實時地監測瓦斯濃度。煤礦常用的瓦斯檢測儀器,按檢測原理分類有:光學式、催化燃燒式、熱導式、氣敏半導體式等等,可以根據使用場所、測量范圍和測量精度等要求,選擇不同檢測原理的瓦斯檢測儀器。
1.便攜式瓦斯檢測儀表
(1)便攜式熱催化型甲烷檢測報警儀。當一定的工作電流通過黑元件(用鉑絲制成)時,其表面即被加熱到一定溫度,當含有瓦斯的空氣接觸到黑元件表面時,便被催化燃燒,燃燒放出的熱量又進一步使元件的溫度升高,使鉑絲的電阻值明顯增加,于是電橋就失去平衡,輸出一定的電壓。在甲烷濃度低于4%的情況下,電橋輸出的電壓與瓦斯濃度基本上呈直線關系,因此可以根據測量電橋輸出電壓的大小測算出瓦斯濃度的數值;當瓦斯濃度超過4%時,輸出電壓就不再與瓦斯濃度成正比關系,所以按這種原理做成的甲烷檢測報警儀只能測濃度低于4%的瓦斯。
(2)攜便式光學甲烷檢測儀。光學甲烷檢測儀是根據光干涉原理制成的。由于光通過氣體介質的折射率與氣體的密度有關,如果以空氣室和瓦斯室都充入同密度的新鮮空氣時產生的條紋為基準(對零),當瓦斯室充入含有瓦斯的空氣時(抽氣測定),由于空氣室中的新鮮空氣和瓦斯室中的含瓦斯氣體的密度不同,引起折射率的變化,光程也就隨之發生變化,于是干涉條紋產生位移(移動),從目鏡可以看到干涉條紋移動的距離。由于干涉條紋的位移量與瓦斯濃度成正比例關系,所以根據干涉條紋的位移量就可以測得瓦斯的濃度,從目鏡可以觀察到干涉條紋移動后所處的瓦斯濃度刻度值,于是便可測得瓦斯濃度。
2.瓦斯自動監測監控系統
(1)礦井瓦斯監測監控系統組成。礦井瓦斯監測監控系統主要由監測終端、監控中心站、通信接口裝置、井下分站、傳感器組成。
(2)礦井瓦斯監測、監控系統。目前國內在用的礦井瓦斯監測、監控系統有:KJ4、KJ90、KJ95、KJl01、KJP2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等監控系統,以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數字化網絡監測管理系統。
 

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