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1、河南理工大学,煤矿安全,安全第一 预防为主,隐患险于明火 防范胜于救灾 责任重于泰山,矿井灾害防治,第一章 矿井瓦斯防治 第二章 矿井粉尘防治 第三章 矿井火灾防治 第四章 矿井水灾防治,第一章 矿井瓦斯防治,第一节 煤层瓦斯概述,一、矿井瓦斯的概念和性质,（一）瓦斯的定义 瓦斯是井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称。 根据其危害性可分为三类： 1、具有燃烧和爆炸性的气体，主要是甲烷。 2、具有窒息性的气体，主要是二氧化碳。 3、具有毒性的气体，主要是一氧化碳、硫化氢、二氧化硫和二氧化氮等。 在煤矿，瓦斯的主要成份是甲烷，因此，长期以来，习惯把甲烷称为瓦斯。,（二）瓦斯的性质 1、无
2、色、无味、无臭的气体。比空气轻。 2、扩散能力较强，是空气的16倍。 3、有燃烧和爆炸性。,（三）瓦斯的生成 两种学说： 1、原生说： 地球的原始大气中曾经存在有大量的瓦斯气体，由于地壳的变动而埋藏于地层深处。（参考） 2、分解说： 煤系地层中的瓦斯是植物残骸在成煤过程中的伴生产物。,（四）瓦斯的存在状态,1、游离状态 2、吸附状态 说明： 游离状态和吸附状态处在一种动态平衡当中。 矿井瓦斯含量是指瓦斯游离状态量和吸附状态量之和。,瓦斯存在状态示意图,1游离状态, 2吸附状态,二、影响煤层瓦斯含量的因素,煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位
3、为m3/t。 煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。,影响因素包含以下七点：,1、煤的变质程度， 煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。 2、煤层露头 3、煤层的埋藏深度 -深，瓦斯大 4、煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大 5、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性 6、地质构造-封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小 7、水文地质条件-水流，带走瓦斯,三、煤层中瓦斯垂直分带,形成原因： 当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。 四带： CO2- N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,瓦斯风化带下界
4、深度确定依据：,可以根据下列指标中的任何一项确定。 （1）煤层的相对瓦斯涌出量等于2m3/t处； （2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%（体积比）； （3）煤层内的瓦斯压力为0.2MPa；,四、煤层内的瓦斯压力,瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。 瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压,瓦斯带内瓦斯压力变化规律：,末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。 瓦斯压力梯度： 式中 P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPa m瓦斯压力梯度，MPa/m P0-甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa 。 H0-甲烷带上部边界深度，m
5、。,第二节 矿井瓦斯涌出,矿井瓦斯涌出包括： 普通涌出 特殊涌出,、矿井瓦斯涌出量,（一）绝对瓦斯涌出量 1、定义：每分钟内涌入巷道的瓦斯的立方 米数。 2、单位：立方米/分 3、符号：Q绝,（二）相对瓦斯涌出量 1、定义：每采一吨煤涌入巷道的瓦斯的立方 米数。 2、单位：立方米/吨 3、符号：q相,（三）绝对涌出量与相对涌出量的关系 Q绝 = T q 相 T ：每分钟产煤量（吨） 如果年产量为A吨，则 A = T 365 24 60,（ 四）瓦斯浓度 1、定义：空气中瓦斯体积和空气体积 的百分比。 瓦斯浓度=瓦斯体积/空气体积 2、瓦斯浓度与涌出量的关系 C = Q绝 / Q风 Q风 ：风量
6、,例题 已知某矿日产量3000吨，总回风巷回风量为7600立方米/分，相对瓦斯涌出量为25立方米/吨，求总回风巷的瓦斯浓度？该浓度是否符合规程规定？ 解：C= Q绝 /Q风 但Q绝 = q相 T = 25 3000 /（2460） =52.1立方米/分 故C= Q绝 /Q风=52.1 / 7600=0.68 因0.68 0.75， 所以总回风巷瓦斯浓度符合规程规定,二、影响瓦斯涌出的因素,决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。 (一) 自然因素 1、煤层和围岩的瓦斯含量， 2、地面大气压变化。,（二）开采技术因素,1、开采规模产量与瓦斯涌出量的关系复杂 2、开采顺序与回采方法 -先开采，大；
7、回采率低，大；顶板管理 3、生产工艺-初期大，呈指数下降 4、风量变化-单一煤层，随风量减而增，煤层群 5、采区通风系统 6、采空区的密闭质量,三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理,按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式： .按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一； .按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础； .按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础,四、瓦斯涌出不均系数,正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称为瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系
8、数表示为： kg=Qmax/Qa 式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min； 方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度,五、矿井瓦斯等级鉴定 1、鉴定等级 （1）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10立方米/吨，且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40立方米/分。 （2）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 立方米/吨，或矿井绝对瓦斯涌出量大于40立方米/分。 （3）煤与瓦斯突出矿井。,六、矿井瓦斯涌出量预测,瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量
9、的工作。,瓦斯涌出量的预测的方法： （1）统计法 A、瓦斯涌出量梯度：深度与相对涌出量的比值 B、 物理含义 C、计算 （2）计算法: 以煤层瓦斯含量为基础进行计算。,（2）签定工作 鉴定时间：一般在每年夏季7月或8月份进行，鉴定月中，每隔10天签定一次，取三天签定结果的最大值作为最后结果。 测点布置：一般应布置在采区的回风巷道中,第二节 瓦斯爆炸及其预防,一、瓦斯爆炸的原因,瓦斯爆炸是瓦斯和氧气组成的爆炸性混合气体遇火源点燃产生的一种复杂的激烈的氧化反应。 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882.6kJ/mol,二、瓦斯爆炸的效应,（一）产生高温高压, 1、高温：18502
10、650 C 2、高压：7001000 kPa （二）生成大量有毒有害气体, CO = 4 CO2 = 8 O2 = 6 N2 = 82,三、瓦斯爆炸的条件,（一）瓦斯与空气混合成适当的浓度,（516） 说明： 1、 最猛烈的爆炸浓度为9.5； 2 、有煤尘飞扬时,爆炸浓度降至3；,规程的有关规定： 1、采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0，或二氧化碳浓度超过1.5时，必须停止工作 ，撤出人员，采取措施，进行处理。 2、采掘工作面及其它作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0时，必须停止用电钻打眼，爆破地点附近20米以内风流中的瓦斯浓度达到1.0时，严禁爆破。 3、采掘工作面及其它作业地
11、点风流中、电动机或其开关安设地点附近20米以内风流中的瓦斯浓度达到1.5时，必须停止工作 ,切断电源，撤出人员，进行处理。,（二）高温火源 1、点燃瓦斯所需的最低温度，叫做引火温度。 例如瓦斯浓度为6.5%时，引火温度为512 C，瓦斯浓度为14.7%时，引火温度为565 C； 2、瓦斯与高温热源接触时，并不立即燃烧和爆炸，而需经过一个很短的间隔时间，这种现象，叫做引火延迟性，其间隔时间，称为感应期。 瓦斯浓度越高，感应期越长，火源温度越高，感应期越短。,（三）足够的氧含量 当氧浓度降到12时，瓦斯失去爆炸性。 规程规定：井下工作地点的氧气浓度不得低于20 。,四、顶防瓦斯爆炸的措施,（一）防
12、止瓦斯积聚 1、加强通风； 2、认真进行瓦斯检查和监测； 3、及时处理积聚的瓦斯。,（二）防止瓦斯引燃 1 、严禁携带烟草和点火物品下井;井口房及通风机房,瓦斯泵房20米以内禁止出现明火。 2、加强放炮管理，采掘工作面放炮必须使用水炮泥，使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130毫秒。 3、井下防爆电气设备的运行、维护和修理，必须符合防爆性能的各项技术要求。 4、防止机械摩擦火光引燃瓦斯是不少国家正在研究的课题。,第二章 矿井粉尘防治,第一节 矿井粉尘概述,一、定义与分类,（一）定义：煤矿生产和建设过程中所产生的各种煤岩微粒，统称为煤矿粉尘。 （二）分类： 1、岩尘，煤尘；
13、 2、浮尘，落尘（积尘）。 （三）产尘地点： 1、采掘工作面； 2、运输机转载点。,二、矿尘的主要性质,（一）矿尘的粒度 即矿尘颗粒的大小，即指尘粒的平均直径。其单位用微米表示。 矿尘粒度按可见程度分为三类 1、可见尘粒，粒度大于10微米； 2、显微尘粒，粒径为0.2510微米； 3、亚显微尘粒，粒径小于0.25微米。,（二）矿尘的浓度 指一立方米空气中所含的浮尘的克数。 单位：克/立方米 。,三、尘肺病,（一）煤肺病 长期吸人煤尘引起的尘肺病。 （二）矽肺病 吸入二氧化硅含量较高的岩尘引起的尘肺病。 （二）煤矽肺病 吸入煤尘和岩尘所引起的尘肺病。,四 综合防尘措施,一 通风除尘 风速范围0.
14、154 米/秒 最优排尘风速1.52 米/秒 二 湿式作业 （1）湿式凿岩 （2）放炮喷雾 （3）装岩洒水 （4）冲洗岩帮 三 净化风流 四 个体防护,第二节 煤尘爆炸及其预防,一、煤尘爆炸的原因,（一）粉碎的煤增大了与氧气的接触面积； （二）煤尘具有吸收氧气的特性； （三）煤尘受热放出可燃性气体挥发分。 煤的成份： 固定碳 + 挥发分 + 灰分 + 水分,二、煤尘爆炸的条件,（一）煤尘本身具有爆炸性 煤中的挥发分含量是决定煤尘爆炸性的根源。因此可用煤中挥发分与可燃物含量之比的百分数表明煤尘的爆炸性，该比值称为煤尘爆炸指数。 抚顺煤科院研究表明：爆炸指数为 1、 10以下，煤尘不爆炸； 2、
15、1015，弱爆炸性； 3、 15以上，强爆炸性。,（二）煤尘必须悬浮于空气中，并且达到一定的浓度； 1、爆炸下限浓度 45克/立方米 2、最强浓度 300400 克/立方米 3、爆炸上限浓度 15002000 克/立方米。 浮尘是爆炸的直接因素，积尘是爆炸的最大隐患。,（三）具有点燃煤尘爆炸的热源 1、 引燃温度 6101050 C， 一般 700800 C， 2、引燃火源 （1）放炮火焰 （2）电器火花 （3）摩擦热源 （4）井下火灾,三、煤尘爆炸的效应和特征,（一）效应 1、产生高温高压， 高温 23002500 C， 高压 490980 kPa 2、 产生正向冲击和反向冲击， 3、引起煤
16、尘或瓦斯连续爆炸， 4、生成有毒有害气体。,（二）特征 1、生成皮渣和粘块； 2、爆炸区域大，离爆源越远，破坏性越严重。 一般地，距爆源1030米破坏较轻，而在一定范围内逐渐加重。,四 预防煤尘爆炸的措施,（一）减尘措施 1、煤层注水， 2、水炮泥， （二）抑尘措施 用机械或人工定期在巷道内撒布惰性岩粉，以增加煤尘中不燃物的含量，从而抑制煤尘爆炸的发生，该方法称抑爆技术。 （三）隔爆措施 规程规定：开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，在矿井的两翼、相邻的采区和相邻的煤层都必须用岩粉棚或水棚隔开。,第三章 矿井火灾防治,第一节 矿井火灾概述,一、矿井火灾三要素,（一）可燃物； （二）热源 ； （三）氧
17、气 。 同时具备以上三要素才能发生火灾。,二、矿井火灾的分类,根据引火热源不同，矿井火灾分为两类： （一）外源火灾（外因火灾）， 特点：来势凶猛，易于发现。 （二）自燃火灾（内因火灾） 特点：发火缓慢，难于扑灭。,三、 煤炭自燃,（一）煤炭自燃的条件 1、具有低温氧化持性的煤呈碎裂状态堆积存在； 2、通风供氧维持煤的氧化过程不断发展； 3、氧化生成的热量蓄积，难以及时放散。,（二）煤的自燃发火期 开采过程中暴露的煤炭从接触空气到发生自燃的一段时间。以月为单位。 （三）煤炭自燃的早期识别及预报 1、人体直接感觉 （1）巷道出现雾气； （2）工作面闻到焦油味； （3）人体有头痛、闷热之感觉。 2、
18、测定空气和围岩温度 3、测定井下空气成份的变化。,第二节 矿井防火,一、一般性防火措施,（一）建立防火制度； （二）设防火门防止火烟入井； （三）设置消防材料库； （四）设置矿井消防用水。,二、预防外源火灾的措施,（一）防治失控的高温热源 1、防止使用明火引燃； 2、预防电器设备失控引火； 3、顶防机械摩擦起火； 4、防止爆破引火。 （二）使用不燃或耐燃材料 1、采用不燃材料支护或难燃制品； 2、防止可燃物大量堆积。,三、预防自燃火灾的措施,（一）开采技术措施； （二）通风措施； （三）均压措施； （四）预防性灌奖措施； （五）阻化剂防火。,第三节 矿井灭火,一、火灾时期控制风流的方法,（一）
19、火灾发生在总进风流中（如井筒和车场等）, 此时应进行全矿井反风或风流短路。 （二）火灾发生在总回风流中（如总回风巷等）, 应维持原风向，瓦斯小时，可适当减少供风量。 （三）火灾发生在采区内时， 原则是稳定风流，保持正常通风，注意防止风流逆转。一般不宜采取减风、停风和反风措施。 如火灾发生在采区进风流中，有条件是可采取区域性反风措施。,二、灭火方法,（一）直接灭火法 1、用水灭火， 2、用砂子或岩粉灭火， 3、用化学灭火器灭火， （1）泡沫灭火器， （2）干粉灭火。 （二）隔绝灭火法 1、临时性防火墙， 2、永久性防火墙。,第四章 矿井水灾防治,第一节 矿井水灾概述,一、矿井涌水量,（一）定义：
20、 矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量,用Q表示，单位为“立方米/分钟” 。 （二） 等级划分 第一级：涌水小的矿井， Q2； 第二级：涌水中等矿井， Q=25； 第三级：涌水大的矿井， Q=515； 第四级：涌水特大矿井， Q15。,二、矿井充水水源,（一）地面水源 1、大气降水， 2、地面水，,（二）地下水源 1、含水层水（砾岩层、流砂层，灰岩层） 2、断层水， 3、老空水。,三、矿井涌水通道,（一）含水层的露头区， （二）构造断裂带， （三）采空区上方冒落裂隙带， （四）煤层底板岩层突破， （五）导水岩溶陷落柱， （六）封闭不良的钻孔。,第二节 矿井防治水,一、地面防治水,（一）防止井
21、口灌水 （二）填堵通道 （三）挖沟排洪 （四）整治河流 （五）加强雨季前的防汛工作,二、井下防治水,（一） 做好水文观测工作与矿井地质工作 （二）井下防治水技术 1、探水 2、放水（疏排） 3、截水（隔离) （1）留设防水煤柱 （2）防水闸门和防水墙 4、堵水 （1）建立隔水帷幕带 （2）冷冻技术,第三节 透水事故的处理,一、透水预兆,（一）一般预兆 1、煤层发潮发暗， 2、巷道煤壁挂汗， 3、顶板淋水加大， 4、出现压力水线， 5、温度下降变冷， 6、煤壁挂红发涩， 7、有害气体增加， 8、出现挤水叫声。,（二）类型预兆 1、老空水 年代久远，多属死水，常出现“挂红”，水味发涩。 2、断层水
22、 附近岩石破碎，工作面来压，淋水加大，多属活水，且无涩味。 3、溶洞水 在石灰岩中遇到，常出现柱窝渗水，裂缝浸水。水呈黄色或灰色，带有臭味。 4、冲积层水 浅部井筒掘进经常遇到。开始水小，发黄，夹有泥砂，以后水量变大。,二、处理突水事故的一般原则,（一）迅速判定水灾的性质，了解突水地点，影响范围，静止水位，估计突水量和补给水源。 （二）掌握灾区范围，搞清事故前人员分布，分析被困人员可能躲避的地点。 （三）积极采取疏排、堵截等措施。迅速组织抢救遇难人员。 （四）加强通风，防止瓦斯和其它有害气体的积聚和发生熏人事故。 （五）排水后进行侦察，抢险时防止冒顶、掉底和二次突水。 （六）抢救和运送长期被困井下人员时，要防止突然改变他何已适应 的环境和生存条件，造成不应有的伤亡。,