人們從事煤礦井下工作要與水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災(zāi)害作斗爭,除此之外還有機(jī)電,運(yùn)輸?shù)劝踩矫娴膯栴},所指這些都是涉及到系統(tǒng)工程,需要綜合治理。
瓦斯是煤礦生產(chǎn)經(jīng)常遇到的一個(gè)問題,也是對(duì)煤礦安全生產(chǎn)威脅最大的一種自然災(zāi)害。在我國不僅過去瓦斯事故十分嚴(yán)重,直到現(xiàn)在也經(jīng)常發(fā)生。根據(jù)一九九七年礦井瓦斯等級(jí)鑒定說明,我國所有礦井都是瓦斯礦井,因此,認(rèn)識(shí)瓦斯特點(diǎn),掌握瓦斯事故發(fā)生的規(guī)律,采取制服瓦斯的措施,也是一項(xiàng)刻不容緩的工作。
礦井中的瓦斯是指從煤層和生產(chǎn)過程中涌出的各種有害氣體的總稱。它大致分為三類:一類是可燃性和爆炸性氣體,主要是沼氣(又稱甲烷,化學(xué)分子式是CH4);二類是窒息性氣體,主要是二氧化碳;三類是有害氣體,主要是一氧化碳,硫化氫,二氧化硫和二氧化氮等。井下煤層和巖層里涌出的有害氣體,主要是沼氣,習(xí)慣上把沼氣叫做瓦斯。
瓦斯是伴隨著煤的形成而生成的。在遠(yuǎn)古時(shí)代,原始森林等古代植物,因地殼變動(dòng),被大量的水,泥砂淹沒和覆蓋,與空氣隔絕,植物殘骸借助自身所含的氧氣進(jìn)行緩慢氧化及細(xì)菌分解發(fā)酵,又受地層高溫,高壓作用,逐步變成煤炭,每生成一噸煤可伴生1000立方米的瓦斯。當(dāng)生成的瓦斯不可能向大氣中擴(kuò)散時(shí),就被保留在煤層或巖層中,這就是我們?cè)诰虏擅夯蚓蜻M(jìn)時(shí)有瓦斯涌出來的原因。
瓦斯是無色,無臭,無味的可燃性氣體,不易溶于水,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,一立方米的重量為0.716公斤,比空氣輕,以空氣重量為1,則瓦斯的比重為0.554。因此,瓦斯容易積聚在采掘工作面上的頂板處,尤其容易積聚在上山巷道的掘井工作面,瓦斯具有很強(qiáng)的擴(kuò)散性,擴(kuò)散速度比空氣大1.5倍,如果巷道一處有瓦斯涌出,能迅速擴(kuò)散到全部巷道內(nèi),滲透性強(qiáng),能穿過鄰近煤層和巖層到采空區(qū)放出。
瓦斯在煤層或圍巖中存在的狀態(tài)可分二類,即游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)。
瓦斯以完全自由氣體狀態(tài)存在于煤體和巖石的孔隙,裂縫與空洞中,稱為游離子狀態(tài)的瓦斯,這種游離子瓦斯可以自由運(yùn)動(dòng),并顯現(xiàn)壓力,有些煤層中的瓦斯壓力高達(dá)40-50個(gè)大氣壓。
瓦斯被吸附在煤體孔隙壁上,形成一個(gè)極薄膜或進(jìn)入煤體內(nèi)部,瓦斯分子和煤的分子之間由于引力作用,緊密地吸附著,稱為吸附狀態(tài)的瓦斯。
煤體中的游離瓦斯和吸附瓦斯,在一定條件作用下,能互相轉(zhuǎn)化,當(dāng)外界壓力升高或溫度降低時(shí),部份游離瓦斯會(huì)轉(zhuǎn)化為吸附瓦斯:反之,如果外界壓力降低或溫度升高時(shí),吸附瓦斯也會(huì)轉(zhuǎn)化為游離瓦斯。
煤體和圍巖中瓦斯放出形式,通常分為涌出,噴出和突出三種。