煤矿五大灾害防治

煤矿五大灾害防治第一章矿井瓦斯§1概述矿井瓦斯是煤矿的主要灾害之一，瓦斯事故不断发生，造成人员伤亡和矿井的损坏，因此，预防瓦斯事故对煤矿的生产和发展具有重要意义。一、什么叫矿井瓦斯矿井瓦斯的广义的解释是：从煤体和围岩中放出的以及矿内化学变化所产生的各种有害气体均称为矿井瓦斯。其成分主要是CH4、CO2、N2、H2S、SO2、CO、H2、NH3（氨）、NO2等。对煤体抽出的气体试样进行分析的结果，其中90%左右是沼气（CH4），而其它气体通常很少。所以，狭义地讲，矿井瓦斯就是单指沼气而言（以后所讲的瓦斯即为沼气）。二、CH4的性质CH4的化学名称叫甲烷，是无色、无味、无毒的气体。在标准状态下（760mmHg-0.1013Mpa,0℃），其密度为0.716kg/m3。CH4比空气轻，与空气相比其相对密度为0.554，一般浮在巷道的上部，CH4难溶于水，在0.1013Mpa和20℃时，溶解度为3.5%。CH4虽然无毒，但其浓度较高时，空气中氧的浓度相对减少（其浓度如果超过57%，空气中氧浓度就降低为10%以下）能使人缺氧窒息，甚至死亡。CH4不助燃，在纯CH4的容器中，使灯火熄灭，但与空气适量混合就具有燃烧性和爆炸性。沼气是重要的能源之一，1m3CH4的燃烧热为37022.26KJ（千焦），约相当于1~1.5kg烟煤。据初步估计，我国煤层沼气总量可达3×1013~3.5×1013m3。§2煤层瓦斯赋存与含量一、CH4的生成煤炭在其形成过程中，古代植物经厌氧菌作用，能分解产生大量的CH4，研究的数字为：由褐煤转化为长烟煤，吨煤生成量为70～80m3，贫煤为120～150m3，无烟煤为240m3。（不同煤种的吨煤生成量为70～240m3/t）。二、煤层中CH4的存在状态存在状态有两种：游离状态和吸附状态。游离瓦斯吸收状态吸着状态1、游离状态（也叫自由状态）：瓦斯以完全自由的状态存在于煤体和围岩的孔隙和裂缝中（煤体中孔隙面积很大，其中微孔占绝大部分，而微孔直径为100埃，瓦斯分子小于4埃-1埃=10-8cm）。因而在煤体孔隙内瓦斯分子可以自由运动。其存在量的大小取决于煤体的孔隙度，外界压力和温度。2、吸附状态：按其结合形式不同，可分为吸着状态和吸收状态。其特点是瓦斯与煤或某些岩石结合为一体。即吸着是瓦斯分子被吸着在煤体粒子的表面，吸收是瓦斯分子已进入煤体分子团内部。§3矿井瓦斯涌出一、瓦斯的涌出形式瓦斯涌出分普通涌出和特殊涌出两种。1、普通涌出：完整的煤体内，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动平衡状态，在煤层中或煤层附近进行采掘工作时，地压的分布发生变化，游离瓦斯和部分解吸的瓦斯就相继不断地、均匀地从煤体中释放出来，这种涌出叫普通涌出。它是瓦斯涌出的基本形式。2、特殊涌出：有时在某些特定的条件下，在很短的时间内从采掘工作面的局部地区，突然涌出大量瓦斯，这叫特殊涌出，它威胁着矿井的安全生产。二、瓦斯涌出量矿井生产过程中涌进巷道的瓦斯量叫瓦斯涌出量。对于整个矿井的叫矿井瓦斯涌出量，对于翼，采区或工作面的，叫翼的、采区的或工作面的瓦斯涌出量。表示方法有两种：绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。§4瓦斯喷出与突出及其预防一、概述瓦斯喷出，煤与瓦斯突出都是矿井瓦斯特殊涌出现象。喷出的规模从几米3到几十万米3，喷出的持续时间从几分钟到几年，甚至十几年。瓦斯喷出与突出能使工作面或巷道充满瓦斯，造成窒息与爆炸条件，于火燃烧或爆炸，能破坏通风系统，造成风流紊乱或短时逆转；突出的煤和瓦斯能堵塞巷道，破坏支架，破坏设施与设备，使现场人员窒息，因此瓦斯喷出和突出是严重威胁工人安全、阻碍煤炭生产的一大自然灾害，必须引起重视。1975年12月焦作矿务局演马庄煤矿煤巷——二水平皮带运输大巷发生煤与瓦斯突出，突煤1500t、CH4、44万m3，摧垮塌落巷道877m，损坏电气设备15台，电缆1.6km，破坏通风设施31处，两个变电所受到破坏，毁坏瓦斯检定器等仪器若干台，牺牲43名矿工，伤55名，造成矿井停产一段时间（因部分矿工带行李离矿），事故的性质是严重的（部安全司童司长带领有关领导，以及煤炭高校和科研单位等90多人在焦作矿务局召开“预防煤与瓦斯突出科研会议……”）。现有梁北矿、新四矿、大平矿等。二、突出的一般规律大量的突出资料统计分析表明，突出具有一般的规律性。了解这些规律，对于制定预防突出的措施，是至关重要的。1、突出与地质构造关系：绝大多数发生在地质构造带内，如断层、折曲、向斜、背斜、扭转和火成岩侵入区等（据南桐矿务局统计，95%以上的突出发生在地质构造带内）。这说明地质构造带内，煤层受着强大的地质构造力的作用而积蓄大量的能量，同时破坏了煤体，形成了裂隙，促使瓦斯积聚，给突出创造了条件。2、突出与瓦斯的关系：煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量是突出的重要因素之一，瓦斯压力和瓦斯含量越大，突出危险性越大。突出一般发生在煤层瓦斯压力大于1.01Mpa(10kg/cm2)的情况，但不是绝对的。3、突出与煤层构造的关系：煤层构造主要指煤的破坏类型和煤的强度。一般情况，煤的破坏类型愈高，强度愈小，突出危险性愈大。故突出多发生在软煤层或软分层中。同时，煤层倾角愈大，突出的危险性也愈大。4、突出与地压的关系：地压愈大，突出的危险性愈大。一般垂深大于100～200m时才发生突出。这也是突出与深度的关系。5、突出与围岩性质的关系：若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层，瓦斯也不易排放，故突出危险性较大，反之则小。6、突出与水文地质的关系：煤层比较湿润，矿井涌水量比较大，则突出危险性比较小，反之则大。7、突出具有延期性：突出的延期性就是指震动放炮后没有诱导突出，而相隔一段时间后才发生的突出叫延期性突出。其延迟时间从几分钟到几小时，它对人员威胁大，应引起注意。四、突出预兆煤与瓦斯突出的预兆，分为两类1、无声预兆（1）煤质结构变化；层理紊乱；煤层由硬变软；煤由湿变干；光泽暗淡；煤层顶底板出现断层、断裂、波状起伏（地鼓），煤岩严重破坏等。（2）工作面压力增大，煤壁外鼓等。（3）瓦斯增大，或忽大忽小，使人感到发冷、发闷，煤尘增大，气味异常，打钻时喷煤，喷瓦斯。2、有声预兆：响煤炮，深部岩层或煤层的破裂声，掉碴，支柱折断声（每次突出前都有预兆出现），但出现的预兆和时间是不同的，有的出现早，有的出现晚，在实践工作中，熟悉或掌握本矿的突出预兆，对于及时撤出人员，减少伤亡，有重要意义。注：《规程》规定，矿井在开采过程，只要发生一次突出，该矿井就定为突出矿井。开采有突出危险的矿井，必须采取防治突出的措施。预防煤与瓦斯突出的措施很多，其中主要有区域性措施和局部性措施。五、预防煤与瓦斯突出的区域性措施：开采解放层。六、预防突出的局部性措施所谓局部性措施，就是指在突出危险煤层掘进中，采用影响范围比较小的预防措施。1、煤层高压注水：煤层高压注水是预先在煤层内打钻，安装注水管，将孔口严密封闭，然后，将高压水注入煤层，注水时间从几分钟到几小时，可以短时高压注水，也可以长时低压注水，使煤体充分湿润（水压大于80～100kg/cm2，8.1～10.1Mpa）。2、震动性放炮：在掘进工作面增加炮眼数目，加大装药量，一次爆开巷道全断面，是人为的绣导突出的一种措施。可用于石门揭煤和煤巷掘进（人员不能在场）。3、水力冲孔：水力冲孔是在安全岩柱（或煤柱）的防护下，向煤层内打钻后，利用高压水射流的冲击作用，在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，以加速瓦斯排放，降低煤层内的瓦斯含量和瓦斯压力；同时，由于孔道周围煤体的移动变形，孔道周围煤体应力重新分布，扩大了卸压范围。此外，由于高压水射流的冲击作用，还可在冲孔过程中诱发小型突出，使煤岩中蕴藏的潜在能量逐次释放，从而可以防止采掘工作时发生大型突出事故。水力冲孔可用于石门揭煤，煤巷掘进和回采工作面。适用条件：多年的试验表明，水力冲孔适用于地压大，瓦斯压力大，煤质松软的突出危险煤层。水力冲孔效果较好，工艺简单，需要设备不多，是一种有希望的局部性预防突出措施。（煤炭部于1978年在广东梅田矿务局和湖南涟韶矿务局立新矿召开水力冲孔评估现场会，水力冲孔科研项目是由重庆煤炭研究所等单位合作搞的……）5、大直径超前钻孔：是煤巷掘进中预防突出的措施。大直径超前钻孔是在煤巷掘进工作面前方，打直径为200-300mm的钻孔，排放瓦斯，并在钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，以防止突出的发生。如图所示：§5瓦斯爆炸及其预防一、瓦斯的爆炸性：瓦斯爆炸是煤矿主要灾害之一，它能破坏生产，摧毁矿井，造成大量矿工伤亡，所以要掌握瓦斯爆炸的发生，发展规律及其预防措施，杜绝此类事故，确保安全生产。二、瓦斯爆炸的条件及其影响因素瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：（1）一定的瓦斯浓度；（2）一定的引火温度；（3）足够的氧。1、瓦斯浓度：在新鲜空气中瓦斯爆炸界限一般为5～16%，5%为下限，16%为上限。当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸（这是瓦斯的热容量较大，是空气的2.5倍），但能在火焰外围形成燃烧层；浓度高于16%时，在混合气体中遇火也不爆炸也不燃烧。瓦斯爆炸的界限不是固定不变的，它受混合气体的温度，压力以及混入其它可燃性气体和煤尘等因素的影响。2、引火温度：瓦斯所需最低的点燃温度叫引火温度。一般为650℃～750℃。如明火、煤炭自燃、电气火花、放炮火花、赤热的安全灯网罩、吸烟，甚至金属支架等撞击或磨擦产生的火花等；都是足以引燃瓦斯。瓦斯引燃后，还有个感应期（即是瓦斯与高温热源接触时，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的时间间隔，间隔的这段时间称感应期）、高温热源存在的时间长于感应期，瓦斯就可能爆炸；高温热源存在的时间短于感应期，瓦斯就不会爆炸。如安全炸药爆炸的初温高达2000℃左右，但由于爆焰存在的时间极短（通常仅为千分之几秒），也不引起爆炸。3、氧的浓度：实验得知，当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时，瓦斯的爆炸界限随之缩小，当氧浓度低于12%时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，遇火也不会爆炸。在密闭区，特别是火区往往积存大量瓦斯，且有火源存在，因氧浓度低，并不发生爆炸。但一旦有新鲜空气进入，氧浓度达12%以上，就可能发生爆炸。因此对火区应严加管理。4、其它可燃气体存在时：如果含瓦斯的混合气体中还存在着其它可燃气体，那么，这种混合气体的爆炸界限就不是每个可燃气体的爆炸界限了。而是多种可燃气体同时存在的混合气体的爆炸界限。三、瓦斯爆炸原因的分析：分析瓦斯爆炸的原因多用统计法。一般是按发生地点和引火原因两类分别进行统计，从中发现规律，采取措施，杜绝事故发生。1、爆炸地点：瓦斯矿井任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能性，但大部分发生在掘进工作面，约占三分之一左右，甚至更高。（荥阳某矿风机房CH4爆炸）。掘进工作面较易发生瓦斯爆炸的原因：一是这些地点采用局扇供风，如局扇停止运转，风筒末端距工作面较远，风筒漏风太大，送达的有效风量不足，不能将掘进工作面附近产生的瓦斯及时冲淡与排出，导致瓦斯积聚而达爆炸浓度。二是掘进中多用电钻打眼，局扇通风，经常放炮，如果电气设备防爆性能不良，局扇、掘进机械、放炮、电钻等的操作管理，如不符合规定，容易产生高温热源（火源）——电火花和爆破火焰。另外，回采工作面较易发生瓦斯爆炸的地点是工作面的上隅角。2、引火原因：井下的一切高温热源都可以引起瓦斯燃烧或爆炸，而主要是机电火花，以及放炮、吸烟、火灾等出现的明火。另据统计，低瓦斯矿井发生的瓦斯爆炸次数，往往比高瓦斯矿井发生的瓦斯爆炸次数更多些。大多数爆炸事故是管理上的疏忽和人为的违反安全规程，以及缺少应有的纪律与责任的结果。（如某一小矿的领导从外地回矿，听到外单位救护队人员到他们井下排除事故时，就急忙带着烟到井下请客人们抽烟……）四、预防瓦斯爆炸的措施预防主要从三个方面：（1）防止瓦斯积聚；（2）防止瓦斯引燃；（3）防止瓦斯灾害事故的扩大。1、防止瓦斯积聚：就是要加强通风，冲淡瓦斯，使瓦斯浓度符合《规程》要求。（1）必须采用机械通风。瓦斯矿井应利用抽出式通风