矿井瓦斯是指从煤岩中释放出的气体的总称,主要成分是甲烷(CH4),其次为氮气和二氧化碳,还有烃类气体等。
瓦斯是一种无色、无味的气体。由于瓦斯的比重轻,容易聚集在巷道的上部。瓦斯的渗透性很强,封闭在采空区内的瓦斯能不断地渗透到矿内空气中,从而增加空气中的瓦斯浓度。空气中瓦斯浓度增加会相对降低空气中氧的含量。当瓦斯浓度达到40%时,因缺乏氧气会使人窒息死亡。
瓦斯具有燃烧性与爆炸性。瓦斯与空气混合达到一定浓度后,遇火能燃烧或爆炸,对矿井威胁很大。井下瓦斯爆炸产生的高温、高压和大量有害气体,能形成破坏力很强的冲击波,不但伤害职工生命,而且会严重地摧毁矿井巷道和井下设备。有时,还可能引起煤尘爆炸和井下火灾,从而扩大灾害的危险程度。
矿井瓦斯在煤体及围岩中的存在状态有游离状态(也称自由状态)和吸附状态两种。
(一)瓦斯含量及涌出量
1.瓦斯含量及其影响因素
瓦斯含量是指单位体积或单位质量的煤体或围岩中所含有的瓦斯量,单位通常用m3/ m3、m3/t来表示。瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据,是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。
影响煤体瓦斯含量的因素很多,可概括为两类:一类是影响瓦斯生成量多少的因素,如成煤前含有机质的量,煤化程度;另一类是瓦斯的保存和放散条件,如煤的性质,煤层赋存状况,煤层顶、底板和覆盖层的性质、厚度等。
2.矿井瓦斯涌出的形式
瓦斯涌出是指储存在煤体内的部分瓦斯离开煤体而涌入采掘空间。瓦斯涌出的形式分为普通涌出和特殊涌出两种。瓦斯由煤层或岩层表面非常微细的裂隙和孔隙中缓慢、均匀而持久地涌出称为普通涌出。瓦斯特殊涌出包括瓦斯喷出与突出,即在压力状态下,在很短的时间内自采掘工作面的局部地区,突然涌出大量的瓦斯或伴随瓦斯突然涌出有大量的煤和岩石被抛出。
3.矿井瓦斯涌出量的表示方法和主要影响因素
矿井瓦斯涌出量是指开采过程中正常涌入采掘空间的瓦斯数量,通常用单位时间或单位质量的煤所放出的瓦斯数量来表示。瓦斯涌出量分为绝对涌出量和相对涌出量两种。影响瓦斯涌出量的主要因素有煤层瓦斯含量、开采规模、开采顺序与回采方法、生产工序、地面大气压力的变化、通风方式、采空区管理方法等。