礦井瓦斯(或稱礦井有害氣體)的來源,大致可歸為三個方面:煤(巖)層和地下水釋放出來的;化學(xué)及生物化學(xué)作用產(chǎn)生的;煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的。
1.甲烷
甲烷是腐植型有機物,是在成煤過程中產(chǎn)生的。在漫長的地質(zhì)年代中,煤中的瓦斯大部分逸散和釋放,據(jù)實驗室測定,而保存至今的煤層瓦斯含量最高值不超過60m3/t•燃。
在煤層開采過程中,礦井內(nèi)的甲烷一般主要來自開采煤層和頂?shù)装宓泥徑簩雍兔壕,少量來至巖層。
2.重?zé)N
重?zé)N是煤變質(zhì)過程中的伴生氣體,煤的變質(zhì)程度不同其重?zé)N含量亦有差異,以中等變質(zhì)煤的含量為最多。同時,重?zé)N在煤中的分布不是均勻的。在煤的開采過程中,部分重?zé)N氣體能夠解吸并從煤體釋放出來進入開采空間。
3.二氧化碳
二氧化碳亦是成煤過程的伴生氣體,有些煤層中甲烷與二氧化碳混生,賦存較深的煤層,有時甲烷與二氧化碳均很大;地表生物圈內(nèi)生物化學(xué)氧化反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳,溶解于地下水中并攜帶至煤系地層;巖漿與火山氣中有大量的二氧化碳,當(dāng)巖漿沿斷裂構(gòu)造流動和上升時,因溫度下降而析出二氧化碳,貯存于煤系地層中;碳酸巖在高溫下(如火成巖侵入)分解出二氧化碳。
煤、巖層中賦存的二氧化碳,在開采過程中向開采巷道涌出,污染礦井大氣。此外,有機物(坑木等)的氧化、碳酸巖的水解、內(nèi)因和外因火災(zāi),以及瓦斯和煤塵爆炸等均能產(chǎn)生二氧化碳。
二氧化碳的次要來源有:人員呼吸,人均1h呼出二氧化碳為50L;爆破工作,1kg硝銨炸藥爆炸時,產(chǎn)生150L二氧化碳。
4.一氧化碳
通常認(rèn)為,成煤過程中不產(chǎn)生一氧化碳,但在個別煤層已發(fā)現(xiàn)有微量的一氧化碳。
礦井內(nèi)一氧化碳的主要來源是爆破工作與礦內(nèi)火災(zāi),1kg炸藥爆炸后約生成100L一氧化碳;其次是瓦斯和煤塵爆炸,以及支架、坑木燃燒,當(dāng)1m3木材不完全燃燒時,能生成500m3的一氧化碳。
5.二氧化硫
在個別煤層中,二氧化硫以巢狀聚集的形式存在,并能泄入礦井巷道。礦內(nèi)二氧化硫的來源,還有含硫礦物氧化與自燃及其礦塵的爆炸等。
6.硫化氫
礦內(nèi)硫化氫的來源為:有機物的腐爛;硫化礦物的水解;含硫礦物的氧化、燃燒;在含硫礦體中爆破以及從含硫礦層中涌出等。
7.二氧化氮
煤層瓦斯組分中不含二氧化氮。炸藥爆破時產(chǎn)生一系列的氮氧化物,如NO、NO2等。NO遇空氣中的氧,即氧化為NO2。
8.氫
煤層中含有少量氫,亦為有機質(zhì)的變質(zhì)過程產(chǎn)物;煤受熱變質(zhì)時,在高溫下熱分解能產(chǎn)生氫。
礦內(nèi)火災(zāi)或爆炸事故時,可能產(chǎn)生氫;蓄電池充電硐室有氫氣泄出。
9.氮
煤、巖和地下水釋放的瓦斯組分中,往往含有氮。煤層接近露頭及瓦斯風(fēng)化帶內(nèi),由于生物化學(xué)作用,產(chǎn)生大量氮氣。
礦內(nèi)爆破工作時,1kg硝化甘油炸藥產(chǎn)生135L氮氣;有機質(zhì)的腐爛也是氮氣的一種來源。
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