9第九章 矿井安全技术

第九章矿井安全技术1矿井瓦斯防治2矿井粉尘防治3矿井火灾防治4矿井水灾防治5顶板事故防治第一节矿井瓦斯防治一、矿井瓦斯及其性质矿井瓦斯是指井下以甲烷为主的各种气体总称。其成分除甲烷外，还有CO2、N2及少量H2S、H2、稀有气体等。甲烷又称沼气(CH4)，无色、无味、无嗅的气体。空气和甲烷的混合气体中，当甲烷达到一定浓度范围时，遇高温热源(650～750℃以上)即能发生爆炸，此浓度范围称为甲烷爆炸界限。通常情况下，甲烷爆炸界限为5～16%(9.1～9.5%时爆炸最猛烈)。甲烷无毒，但不能供呼吸。甲烷比空气轻，它的密度是空气密度的0.554倍。二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级1.矿井瓦斯的涌出形式(1)普通涌出：由受动影响的煤、岩以及由采落的煤、矸石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象。又称“瓦斯涌出”。均匀的、缓慢的、经常性的。主要涌出形式。(2)异常涌出：瓦斯喷出、煤(岩)与瓦斯突出两种形式。瓦斯喷出：指从煤体或岩体裂隙中大量瓦斯异常涌出的现象。简称“喷出”。瓦斯喷出一般持续时间较短。煤(岩)与瓦斯突出：指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。简称“突出”。煤(岩)与瓦斯突出持续时间极短，一般为数秒或数十秒。有声预兆：劈裂声、闷雷声、响煤炮以及气体穿水裂缝时的吱吱声等。无声预兆：压力增大，片帮掉渣，顶钻、卡钻、喷瓦斯等。2.矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量：矿井正常生产过程中以普通涌出形式涌入矿井风流中的瓦斯量。它可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量表示。矿井绝对瓦斯涌出量:矿井在单位时间内涌出的瓦斯量。单位是m3/min或m3/d。矿井相对瓦斯涌出量:矿井平均每采1t煤所涌出的瓦斯量。单位是m3/t。3.矿井瓦斯等级根据矿井相对涌出量和涌出形式划分为：低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量不大于10m3/t的矿井；高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t的矿井；煤(岩)与瓦斯突出矿井：经鉴定，在采掘过程中发生过煤(岩)与瓦斯突出的矿井。三、瓦斯爆炸及其防治1.瓦斯爆炸及其危害瓦斯和空气混合后，在一定条件下，遇高温热源发生的氧化反应，并伴有高温及压力上升的现象称为瓦斯爆炸。矿井一旦发生瓦斯爆炸，危害是十分严重的，主要表现在以下2个方面：(1)高温高压及冲击由于瓦斯爆炸是激烈的氧化放热反应，井下爆炸地点及其附近的温度可达1850℃以上，压力可达0.74MPa以上，促使爆源附近的气体以极大的速度(每秒数百米以上)向外冲击，造成人员伤亡，巷道和机电设备严重破坏。爆炸时产生的高温很可能引燃井下可燃物，造成矿井火灾。爆炸时产生的冲击，会将煤尘扬起，使空气中煤尘浓度增加，若煤尘具有爆炸性，煤尘浓度又处在爆炸浓度范围内，加之又有高温热源，将会引发煤尘爆炸，使灾害更为严重。(2)爆炸后产生大量有害有毒气体据有关资料，瓦斯爆炸后的气体成分为：O2=6～10%，N2=82～88%，CO2=4～8%，CO=2～4%。由上述数据可以看出，爆炸后空气中氧的含量大为减少，并产生大量一氧化碳，这将造成人员窒息及中毒。2.瓦斯爆炸防治措施瓦斯爆炸的必要条件是必须同时具备以下3个条件：①一定的瓦斯浓度，瓦斯浓度在爆炸界限范围内(通常为5～16%)。②具有高温热源，瓦斯的最低温度一般为650～750℃。③足够的氧气，混合气体中氧气浓度必须大于12%。在上述三个必要条件中，只要能消除和控制其中之一，即可防止瓦斯爆炸。瓦斯爆炸防治的主要技术措施：(1)防止瓦斯积聚①加强矿井通风；②及时处理局部积存瓦斯对井下易于积存瓦斯的地点；③加强瓦斯检查，并推广建立瓦斯自动检测监控系统；④瓦斯抽放。图9-1引导风流带走上隅角的瓦斯图9-2导风板引入风流吹散瓦斯(2)防止瓦斯引燃①严禁携带烟草及引火物品入井；②使用煤矿安全炸药；不准使用不合格或变质的炸药；严格执行打眼、装药、放炮的有关规定，严禁采用“糊炮”或明火放炮；③井下使用的机电设备及供电网路都必须符合《规程》的要求；电气设备防爆，井下供电有过电保护；④防止机械摩擦火花和摩擦发热引燃瓦斯。(3)限制瓦斯爆炸范围扩大①实行分区通风；②通风系统力求简单，不用的巷道要及时封闭；③装有扇风机的井口，必须设置防爆门，防止爆炸波冲毁扇风机而影响矿井救灾和恢复生产；④矿井主要扇风机必须装有反风设备，要能在10分钟内改变巷道中的风流方向；⑤在连接矿井两翼、相邻采区、相邻煤层之间的巷道中，设置岩粉棚或水槽棚等，以防止瓦斯爆炸火焰的传播和煤尘参与爆炸；⑥编制周密的预防和处理灾害计划。第二节矿井粉尘防治一、矿井粉尘及其危害矿井粉尘——矿井生产过程中产生的固体物质细微颗粒的总称。矿尘按其成分可分为：煤尘——细微颗粒的煤炭粉尘。它主要是在采煤、煤巷掘进及煤装运过程中产生的。岩尘——细微颗粒的岩石粉尘。它主要是在岩巷掘进及岩石装运过程中产生的。矿尘按其存在状态可分为：浮尘——悬浮在矿井空气中的粉尘。落尘——矿井内，因自重而降落，沉积在巷道顶、帮、底板和物体上的粉尘。矿尘按其颗粒组成范围可分为：全尘——飞扬在矿井空气中各种粒径矿尘的总合。呼吸性粉尘——粒径在5μm以下、能被吸入人体肺泡区的浮尘。矿尘的危害：(1)对人体的危害(2)煤尘爆炸二、矿井综合防尘1.减尘(1)煤层注水(2)采空区灌水(3)湿式凿岩2.降尘(1)喷雾洒水(2)水封爆破和水炮泥(3)物理化学方法降尘①泡沫降尘②磁化水降尘③湿润剂降尘3.除尘(1)通风除尘(2)除尘器除尘(3)清扫和冲洗巷道落尘4.阻尘三、煤尘爆炸及其防治措施煤尘爆炸指悬浮在空气中的煤尘，在一定条件下，遇高温热源而发生的剧烈氧化反应，并伴有高温和压力上升的现象(一)煤尘爆炸及其产生条件煤尘爆炸产生的必要条件是必须同时具备以下3个条件：(1)煤尘本身具有爆炸性。(2)煤尘必须悬浮在空气中并达到一定浓度。我国煤尘爆炸的下限浓度：褐煤为45～55g/m3；烟煤为110～335g/m3。上限浓度一般为1500～2000g/m3。(3)具有高温热源。能引起煤尘爆炸的温度一般为700～800℃以上。而井下的明火、电火花、机械摩擦火花、违章放炮产生的火焰及瓦斯燃烧或爆炸等都会达到此温度而引爆煤尘。(二)煤尘爆炸防治措施1.降低煤尘浓度2.消除引爆热源3.限制煤尘爆炸范围扩大(1)抑爆措施(2)隔爆措施①岩粉棚②水棚图9-5活拼式岩粉棚图9-6悬挂式水槽棚图9-7放置式水槽棚第三节矿井火灾防治一、矿井火灾及其分类矿井火灾按引火热源的不同可分为外因火灾和内因火灾两类。外因火灾是指由外部火源引起的火灾。如电流短路、焊接、机械摩擦、违章放炮产生的火焰、瓦斯和煤尘爆炸等都可能引起该类火灾。内因火灾又称自燃火灾。它是指由于煤炭或其他易燃物自身氧化积热，发生燃烧引起的火灾。在自燃火灾中，主要是由于煤炭自燃而引起的。二、矿井火灾的预防(一)自燃火灾的预防1.煤的自燃倾向性及自燃火灾的必要条件煤在常温下具有氧化能力的内在属性称为煤的自燃倾向性形成自燃火灾的必要条件是必须同时具备以下3个条件：①具有自燃倾向性的煤呈破碎状态存在；②连续供氧；③氧化生成的热量易于积聚。2.自燃火灾预防措施(1)合理确定矿井开拓开采系统及采煤方法(2)预防性灌浆泥浆预防自燃火灾的作用是：①隔绝氧气。②吸热降温。③阻化剂防火。阻化剂是阻止煤炭氧化自燃的化学药剂。我国煤矿常用的阻化剂有：生石灰、氯化钙、氯化钠及水玻璃等。(二)外因火灾的预防1.外因火灾及其必要条件形成外因火灾的必要条件是必须同时具备下列3个条件：①可燃物存在。矿井内的可燃物除煤炭外，还有坑木、炸药、油料、机电设备的某些可燃部件(如非阻燃的橡胶、塑料制品)等。②具有高温热源。在矿井内电流短路、机械摩擦、焊接作业、煤的自燃、违章放炮产生的火焰及其他明火等都可能成为引火热源。③足够的氧气。空气中氧气浓度必须大于14%才能维持燃烧。2.外因火灾预防措施外因火灾预防应针对其形成的必要条件采取相应措施。(1)消除引火热源。(2)矿井内尽量采用不燃或阻燃的材料和制品，并对矿井内可燃物品加强管理。(3)加强火灾前期的预警，防止火灾的形成。目前预警机电设备温升的方法有：(1)温升变色涂料预警。(2)感温元件预警。它是利用由易熔合金、热敏电阻等组成的感温元件来预警机电设备的温升。三、矿井灭火1.直接灭火法(1)水灭火(2)砂子(或干粉)灭火(3)干粉灭火(4)泡沫灭火(5)挖除火源灭火2.隔绝灭火法3.综合灭火法第四节矿井水灾防治一、地面防治水地面防治水的主要措施有：(1)井口及工业场地各建筑物基础标高均应高于当地历年最高洪水位(一般应大于0.5～1.0m)。(2)井田范围内的河流、池塘、沟渠或其他积水区域应尽可能改道或疏干，以防止地表水通过各种导水通道大量涌入井下造成灾害。(3)填堵或封闭漏水通道。二、井下防治水井下防治水主要采取探、放、隔、截、堵等综合措施。1.探水当采掘工作面遇有下列情况之一时，必须探水前进：①接近水淹的井巷、采空区或小煤矿；②接近含水层、导水断层、溶洞或陷落柱；③接近河流、湖泊、水库、池塘等相连通的漏水通道；④接近有出水可能的钻孔；⑤接近其他可能出水的地区。2.放水3.隔水4.截水5.堵水第五节顶板事故防治顶板事故即通常所说的冒顶。冒顶又称顶板冒落，它是指采掘工作空间或井下其他工作地点顶板岩石发生坠落的事故。一、回采工作面顶板事故的分类及事故原因按冒顶的力学原因，将工作面顶板事故分为漏垮型、压垮型、推垮型及综合型冒顶四大类。二、回采工作面顶板事故防治的主要措施1.支架性能应与煤层顶板、倾角等开采条件相适应2.提高采煤机械化程度3.推行工作面支护质量与顶板动态监测技术