矿井通风、瓦斯防治基础知识..pdf

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1、- 1 - 矿井通风基础知识 矿井通风的基本任务： 1、供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。 2、排出或冲淡有害气体，使之达到无害浓度，以保证安全 生产。 3、调节井下气候。 4、在处理事故时，创造一个比较合适的救灾条件。 矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式和通风网络的总 称。 矿井通风方法： 是指矿井主要通风机对矿井的供风方式。分 为抽出式、压入式和混合式。 矿井通风方式：是指矿井进风井筒与回风井筒的布置方式。 分为中央式、对角式和混合式。 矿井通风网络：是指风流流经路线的连接形式。分为串联、 并联和复杂连接形式。 一、矿井的通风方法： 1、抽出式通风 抽出式通风又称负压通风。通

2、风机从井下或局部地点抽出污 浊空气的通风方式，目前，我国大部分矿井采取抽出式通风。抽 出式通风在矿井主要通风机的作用下，矿井内空气的压力低于同 标高大气压力， 处于负压状态。 抽出式通风的主要优点是矿井主 要进风巷道无需安设风门，便于运输、行人；矿井通风管理工作 - 2 - 容易，另外在瓦斯矿井采用抽出式通风，由于矿井风流处于负压 状态，当主要通风机因故停风时，井下风流压力提高，在短时间 内可抑制采空区内瓦斯等有害气体的涌出，相对压入式通风， 抽 出式通风较安全。 2、压入式通风 压入式通风又称正压通风，通风机向井下或风筒输送空气的 通风方法。 压入式通风在矿井主要通风机的作用下，矿井内空气

3、的压力高于同标高大气压力处于正压状态。压入式通风机的缺点 是矿井通风线路上需要设置控制风流的设施（如：风门、风窗等）， 从而漏风较大， 通风管理工作较困难，且压入式通风使井下风流 处于正压状态，当主要通风机因故停时风，井下风流压力降低， 在短时间内采空区内瓦斯等有害气体的涌出量增加，造成瓦斯积 聚，对安全不利。 当开采煤田上部第一水平，瓦斯涌出量小， 且地面塌陷区分 布较广时， 宜采用压入式通风， 此时可用一部分回风把塌陷区的 有害气体压到地面， 形成短路风流， 避免了塌陷区有害气体的危 害，因此，当矿区火区比较严重，若采用抽出式通风易将火区中 的有害气体抽到井巷中，威胁安全，在这种情况下，可

4、采用压入 式通风。 3、混合式通风 混合式通风是指井田中央的两翼边界均有进、出凤井的通风 方式。在矿井进风侧和回风侧都安设矿井通风机，地面新鲜空气 - 3 - 由压入式通风机压入井下，污浊空气由抽出式主要通风机排除井 外，这种通风方法虽然产生较大的风压，但需要通风设备多，增 大了矿井通风管理的难度，所以一般很少采用。 二、矿井通风方式： 根据矿井进风风井与出风风井的布置形式不同，矿井通风方 式分为中央式、对角式、混合式。 1、中央式是进风井与出风井大致位于井筒走向的中央，根 据出风井沿井筒倾斜方式的不同，中央式又分为中央并列式 和中央分列式（又叫中央边界式）。 （1）中央并列式 无论沿井筒走向

5、和倾斜方向，进风井与出风井均位于井筒中 央，布置在同一工业广场内。 （2）中央分列式 进风井位于井筒中央，出风井位于井筒上部边界沿走向的中 央，出风井的井底标高一般高于进风井底标高。 2、对角式 进风井位于井筒中央，出风井分别位于井筒上部边界沿走向 的两翼，根据出风井沿走向位置的不同又分为两翼对角式和分区 对角式。 （1）两翼对角式 进风井位于井筒中央， 而在井筒浅部沿走向的两翼边界附近 或边界采区的中央各开掘一个出风井。 - 4 - （2）分区对角式 进风井位于井筒中央，在每个采区的上部边界个开掘一个出 风井。 （3）混合式 混合式即中央式和对角式的混合布置。混合通风方式可以有 以下几种形式

6、， 中央并列式与两翼对角混合式，中央分列式与两 翼对角混合式， 混合式通风方式一般是老矿井深部开采时进行通 风系统改造形成的通风方式。 4、通风方式的比较 通过各种通风方式的分析，可以看出， 中央并列式通风的优 点是：初期开拓工程量小，投资少，投产快，地面建筑集中，便 于生产管理， 两个井筒集中， 便于开拓和延伸， 井筒安全支柱少， 通风系统简单，易于实现矿井反风。其缺点是：矿井通风路线是 折返的，通风阻力较大，进、出口风井距离近，容易造成漏风， 使风流短路，特别是井底漏风较大，这种方式安全出口少。 中央分列式和双翼对角式的布置方式与中央并列式的特点 相反。 矿井通风方式选取，应根据煤层赋存条

7、件、地形条件、井筒 面积、走向长度以及矿井瓦斯和煤层自然发火等条件，从技术上、 经济上和安全上加以分析，通过方案比较来确定。 煤层倾角大、埋藏深，但井筒走向不大（小于4km ）,而瓦 斯和煤层发火均不严重，地表又无煤层露头的新建矿井，采用中 - 5 - 央并列式通风比较合理。 煤层倾角小，埋藏较浅，但井筒走向不大（小于4km ） ，而 瓦斯和煤层发火比较严重的新建矿井，适宜采用中央分列式通 风。 煤层埋藏较浅，井筒走向较大（大于4km ）井型较大，因瓦 斯和煤层自然发火比较严重的新建矿井，或者瓦斯等级较低， 但 矿井煤层走向较大， 井型较大的新建矿井，适宜采用两翼对角式 通风。 煤层埋藏距地表

8、较浅， 瓦斯和煤层自然发火均严重，但地表 山峦起伏总回风道， 或者地面小窑塌陷区严重，煤层露头多的新 建矿井适宜采用分区对角通风，瓦斯等级高， 或有煤与瓦斯突出 危险，煤层自然发火危险性和煤尘爆炸性均较强，也适宜采用分 区对角式通风。 混合式通风不适用于新建矿井，更适合老矿井通风系统的改 造。 三、矿井通风网络的基本形式： 矿井风流按照生产要求流经路线的结构形式，叫做矿井通风 网络。 形式有三种：串联网络、并联网络和角联网络。 矿井通风动力 一、矿用通风机： 1、按构造分类 - 6 - 按通风机构造的不同， 可分为离心式通风机与轴流式通风机 两类。 离心式通风机结构简单，维护方便，效率较高，运

9、转可靠平 稳，噪音较低，便于调节通风机的工作点。 轴流式通风机结构复杂紧凑，体积较小，各部分全装在机壳 内，维护困难，通风机效率高，可反转实现矿井反风，但高效区 域小，噪音较大。 2、按服务范围分类 可分为矿井主要通风机、 矿井辅助通风机和矿井局部通风机。 二、通风机的附属装置 1、风硐：是连接主要通风机和反风井的一般巷道。 2、防火门：是装在通风机的井筒上，为防止瓦斯爆炸时毁坏 通风机而安装的安全装置。 二、通风机的附属装置 1、风硐：是连接主要通风机和反风井的一般巷道。 2、防火门：是装在通风机的井筒上，为防止瓦斯爆炸时毁坏 通风机而安装的安全装置。 矿井风量的测定 1、风速的测定： V表

10、=n/t 高速(10m/s) 使用风表：分三种中速（ 0.510m/s ） - 7 - 低速（ 0.30.5m/s ） 实风速 =1.14 测得风速 V表 2、风量的计算： 风量=风速断面积Q=V S 单位： m 3/min=m/min m2=m3/min 巷道面积按下式计算： （1）梯形： S=(a+b)*h/2 (a、b 为上底和下底宽， h 为巷道 高) （2）半圆拱巷道： S半拱=b*(h+0.39b) 或 S半圆拱=b*（h+1/2* /4*b） （式中 b 为巷道底宽， h 为墙高） （3）三型拱巷道： S三型拱=b*(h+0.26b) 或 S三型拱=b*(h+1/3* /4*b)

11、 (式中 b 为巷道底宽， h 为墙高 ) 例 1、某矿井进风大巷为梯形巷道上宽3m，下宽 4m,测得 风速为 8m/s, 求此矿井的进风量是多少？ 解：S=(a+b)*h/2=(3+4)*3/2=10.5m 2 V=8m/s=480m/min Q=V*S=480 10.5=5040m 3/min 答：此矿井的进风量是5040 m 3/min 。 例 2、某矿井风井的巷道为半圆拱巷道，底宽为4m，墙高 - 8 - 为 1m,测得回风巷的风速为5m/s, 求此矿井的排风量为多少？ 解： S=b*(h+0.39b)=4*(1+0.39*4)=10.24m 2 V=5m/s=300m/min Q=V

12、*S=300 10.24=3072m 3/min 答：此矿井的排风量为3072 m 3/min 。 例 3、某矿井进风大巷为三型拱巷道，底宽为3m，墙高为 1.1m, 风表测得风速为3m/s ，求进风量？ 解：风速 V=3m/s=180m/min 实际风速 V=180m/min 1.14=205.2m/min S=b*(h+0.26b)=3 (1.1+0.26 3)=5.64m 2 Q=V*S=5.64 205.2=1157.328m 3/min 答：此矿井的进风量为1157.328m 3/min。 矿井瓦斯 矿井瓦斯是煤矿生产过程中必须遇到的有害气体。瓦斯灾 害、煤尘灾害、火灾、水灾和顶板灾

13、害构成了煤矿的五大自然灾 害。 一、矿井瓦斯的概念： 矿井瓦斯是构成煤过程中的一种伴生气体，是指煤矿井下一 甲烷（ CH4）为主的有毒有害气体的总称。有时单独指甲烷，由 于其中甲烷的含量占80以上，所以习惯上把甲烷称为瓦斯。 分子为 CH4. - 9 - 二、瓦斯的性质： 1、矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭、无毒的气体，矿井 中有时闻到轻微的苹果香味，是因为有芳香族的氢气体随瓦斯一 起涌出的缘故。 2、瓦斯的相对密度0.554 ，比空气轻一半，容易积聚在巷 道的顶部，掘进上山工作面。标准状态（气温为0，大气压力 为 101361.53Pa ）下，1m 3 甲烷的质量为0.7168kg, 而 1

14、 m 3 空气 质量为 1.293kg. 3、瓦斯的扩散性很强，是空气的1.6 倍，所以它容易从裂 隙渗到巷道空间。 4、瓦斯微溶于水， 在大气压 101.325KPa和温度 20时的 溶解度为 3.5 . 5、瓦斯不助燃，但与空气混合达到一定的浓度后，遇火源 可燃烧、爆炸，当温度达到 516，遇火可爆炸， 达到 9.5 时爆炸威力最强。 反应式： CH4+2O2=CO2+2H2O+198.44 卡/mol 6、瓦斯本身无毒，但不能供人呼吸，空气中瓦斯浓度增加 很多时，氧气浓度相应减少，会导致人缺氧窒息。当空气中甲烷 浓度为 43，氧气浓度降至12，人们感觉到呼吸困难，当空 气中甲烷浓度为57

15、，氧气浓度降至9时，人处于昏迷状态。 三、瓦斯在煤层中的赋存状态： 瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种：一种是游离状态， - 10 - 一种是吸附状态。 游离状态：以自由气体存在于煤层或围岩的孔洞之中， 其分子可自由运动，处于承压状态。 吸着状态：是指瓦斯被吸着在煤体或岩体微孔表面，在表面形成 瓦斯薄膜。 吸附状态吸收状态：是指瓦斯被溶解于煤体中于煤的分子相结合，即瓦斯 分子进入煤体胶粒状态， 类似于气体溶解于液体的现 象。 煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于不断交换 的动平衡状态，当条件发生变化时，这一平衡就会被打破。由于 压力增高或温度降低使一部分游离瓦斯转化为吸附瓦斯的现象 叫

16、瓦斯吸附。 由于压力降低或温度升高使一部分吸附瓦斯转化为 游离瓦斯的现象，叫瓦斯解吸。 四、矿井瓦斯涌出： 1、瓦斯的含量：包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分。其中游 离瓦斯约占1020，吸附瓦斯约占8090.瓦斯含量 的大小决定于两个方面的因素：一是成煤过程中伴生的气体和煤 的含瓦斯能力；二是煤系地层保存瓦斯的条件。 (1)煤的变质过程：在其他条件相同的情况下。变质程度高 的煤，瓦斯含量就大，煤的变质过程增高的顺序是褐煤、烟煤、 无烟煤，根据实验室测定：煤层含有瓦斯的最大能力，一般不超 - 11 - 过 60m 3/t. (2)煤系地层保存瓦斯的条件：煤层有无露头； 煤层埋藏深度； 围岩的透气性；

17、 煤层的地质史； 地质构造及其条件。 煤层倾角小，瓦斯沿层运动的路径长、阻力大，煤层瓦斯不 易流失，导致煤层瓦斯含量大，反之，则煤层瓦斯含量小。 地下水活跃的矿区，通常煤层的瓦斯含量小。 、是长期的地下水活动，但走了部分溶解的瓦斯； 、是地下水渗透的通道，同样可以成为瓦斯渗透的通道； 、是地下水带走了溶解度的矿物质，使围岩及煤层卸压透 气性增大，造成了瓦斯的流失。 2、矿井瓦斯涌出量的计算： （1）瓦斯涌出形成有两种:普通涌出和特殊涌出。 普通涌出：指瓦斯从采落的煤层暴露后通过微小孔隙长时间 地、均用的放出的形成， 普通涌出形式是矿井瓦斯涌出的主要形 式。 特殊涌出：包括喷出和突出两种。 在短

18、时间内， 大量处于高压状态下的瓦斯，从采掘工作面的 煤岩裂缝中突然涌出的现象，称为瓦斯喷出。 在突然喷出的同时，伴随有大量的煤粉（或岩石）抛出，并 - 12 - 有强大的机械效应，则称为煤（岩）与瓦斯突出。 （2）瓦斯涌出量的计算 、绝对瓦斯涌出量：是指矿井单位时间内涌出的瓦斯量。 QCH4=Q总C QCH4矿井绝对瓦斯涌出量m 3/min Q总矿井总回风量m 3/min C矿井总回风巷中的瓦斯浓度 例、某矿井总排风量为60m 3/s, 测得总排的瓦斯浓度为 0.0024 ，求：此矿井的绝对瓦斯涌出量？ 解：QCH4=Q总C=60 60 0.0024 =0.0864m 3/min 当瓦斯浓度为

19、1时，矿井的绝对瓦斯涌出量 QCH4=Q总C=60 60 1=36m 3/min 答：此矿井的绝对瓦斯涌出量为0.0864m 3/min。 规程规定：矿井总回风式一翼回风巷中瓦斯或CO2浓 度超过0.75时，必须查明原因并处理。采区回风巷、采掘工 作面回风流中CH4不得超过 1.0，CO2不得超过 1.5. 、相对瓦斯涌出量：矿井在正常瓦斯生产情况下，平均日 产一吨煤涌出的瓦斯量。 qCH4=( QCH4) 24 60 (N/T) qCH4矿井相对瓦斯涌出量 QCH4矿井绝对瓦斯涌出量 N矿井日工作天数 - 13 - T矿井月产煤量 例、某矿井总排风量为4200m 3/min,测得总排风瓦斯浓

20、度为 0.5，此矿井月产量为20 万吨的矿井 （工作日 30 天） ，求此矿 井瓦斯绝对涌出量和相对涌出量？ 解：绝对涌出量： QCH4=Q总C=4200 0.5=21m 3/min 相对涌出量 : qCH4=( QCH4) 24 60 (N/T)=21 24 60 30/200000 =4.536m 3/t 3、矿井瓦斯的等级： 煤矿安全规程规定： 矿井瓦斯等级：根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯 涌出量和瓦斯涌出形成划分为以下三种： （一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于 10m 3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于 40m 3/min 。 （二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量

21、大于10m 3/t 或矿 井绝对瓦斯涌出量大于40m 3/min 。 （三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井 五、瓦斯爆炸的基本条件： 1、一定的瓦斯浓度 最低爆炸浓度叫爆炸下限，最高爆炸浓度叫爆炸上限，瓦 斯爆炸界限（在新鲜空气中）为516。 当瓦斯浓度低于5时，由于参加化学反应的瓦斯较少， 不能形成热量积聚。因此，不能爆炸，只能燃烧，燃烧时，在火 - 14 - 焰周围形成比较稳定的、呈现蓝色或淡青色的燃烧层，观测这种 浅蓝色火焰的高低，是安全部粗略检查CH4浓度的依据，在瓦 斯浓度为 9.5 时，因为空气中的全部氧气都能参与反应，所以 这时的爆炸力最强，当浓度高于16时，氧气不足，不能爆

22、炸。 2、一定的引火温度 点燃瓦斯所需的最低温度，称为引火温度。 瓦斯的引火温度一般认为是650 750. 明火、煤炭自燃、电器火花、赤热的金属表面、吸烟放炮、 安全灯网罩、 架线火花、 甚至撞击和摩擦产生的火花等都足以引 燃瓦斯。 3、充足的氧气含量 当氧气含量低于12时，混合气体中的瓦斯就失去了爆炸 性，遇火也不会爆炸。 复习题： 1、矿井瓦斯有哪些性质？ 2、矿井瓦斯等级是如何划分的？ 3、矿井瓦斯的涌出量有几种表示方法？相互关系怎样？如 何进行计算？ 4、为什么人误入具有高浓度甲烷的盲巷会发生死亡事故？ 5、瓦斯爆炸的基本条件？ 6、爆炸威力最强的瓦斯浓度是多少？为什么？ - 15 -

23、 瓦斯爆炸及其防治 一、瓦斯爆炸的概念： 瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸就是空气中的 O2与 CH4进行剧烈氧化反应的结果，其化学反应式为： CH4+2O2 CO2+2H2O+882.6KJ/mol 从上式中可以看出： 瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化 学反应，生成二氧化碳和水蒸气，并放出大量的热，这些热量能 够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀形成高温、高 压并以极高的速度向外冲击而产生动力现象，这就是瓦斯的爆 炸。 二、瓦斯爆炸的危害： 1、爆炸温度： 当瓦斯浓度为9.5时，爆炸时产生的瞬时温度，在自由空 间内可达 1850 ，在封闭的空间内高达2650 ，由于井下巷道

24、 是半封闭空间，其中的瓦斯爆炸温度在1850与 2650 之间， 而这样高的温度， 不仅会烧伤人员烧坏设备，还可能引起井下火 灾，扩大灾情。 2、爆炸压力： 瓦斯爆炸产生的高温， 会使气体突然膨胀而引起气体压力的 骤然增大， 再加上爆炸波的叠加作用或瓦斯连续爆炸，爆炸产生 的冲击压力会越来越高。 据测定瓦斯爆炸后的压力约为爆炸前的 - 16 - 10 倍。在高温高压的作用下，爆炸处的气体以每秒几百米的速 度向前冲击。瓦斯爆炸时，常常拌有两种冲击，正向冲击和反向 冲击。 3、有毒有害气体： 瓦斯爆炸后，将产生大量有害气体。据分析，瓦斯爆炸后的 气 体 成 分 为O2:6% 10%;N2:82%

25、88%;CO2:4% 8%;CO:2% 4%，爆炸后生成的如此大量的CO 是造成人员大 量伤亡的主要原因，如果有煤尘参与爆炸CO 的生成量就会更 大，危害就更为严重。统计资料表明在发生的瓦斯、煤尘爆炸事 故中，死于 CO 中毒的人数占总死亡人数的70%以上，因此规 程规定，入井人员必须佩戴自救器。 三、瓦斯爆炸发生的规律： 国内外矿井瓦斯爆炸事故统计资料表明，矿井内的任何地点 都有发生瓦斯爆炸事故的可能性，但在90%以上的瓦斯爆炸事 故发生在采掘工作面。 采掘工作面容易发生瓦斯爆炸事故的原因： （1）是容易发生瓦斯积聚的地点多，导致瓦斯积聚和爆炸的 自然因素复杂； （2）是引起瓦斯爆炸的引爆火

26、源出现概率最高； （3）是工作面风流中氧气充足； （4）是人多手杂，“三违”现象频率出现高。 瓦斯爆炸事故发生的规律可以从以下几个方面阐述： - 17 - 1、瓦斯积聚发生的规律： 局部通风机何止运转引起瓦斯积聚； 风筒断开或严重漏风引起瓦斯积聚； 采掘工作面风量不足引起瓦斯积聚； 风流短路引起瓦斯积聚； 通风系统不合理、不完善引起瓦斯积聚； 采空区或高巷瓦斯积聚； 巷道支架后空间及高顶区瓦斯积聚； 瓦斯涌出异常引起瓦斯积聚； 局部地点瓦斯积聚。 2、引爆火源发生的规律： 电火花 由于管理不善或操作不当由井下照明和设备的电源、电器装 置而产生的电火花， 是引起瓦斯爆炸的主要火源之一，其中矿灯

27、失爆、电缆明接头及带电作业比例较大，由杂散电流引爆瓦斯的 事故也时有发生。电火花引起瓦斯爆炸事故的比重约为40%。 放炮火花 放炮火花引起瓦斯爆炸的比重约为40%。 撞击摩擦火花 明火 静电火花和地面雷击 四、防治瓦斯爆炸的一般措施： - 18 - 1、建立健全矿井瓦斯管理规章制度； 2、建立完善合理的矿井通风系统； 3、加强高巷和采空区瓦斯的治理； 4、加强排放瓦斯的分级管理； 5、加强放炮过程中的瓦斯管理； 规程规定：放炮地点附近20m 以内风流中的瓦斯浓度达 到 1%时，严禁放炮。 “一炮三检”制度：是要求放炮工在井下爆破工艺过程中的装 药前、放炮前和放炮后分别检查放炮地点附近20m 内

28、风流中的 瓦斯浓度和有无瓦斯积聚，只有在瓦斯浓度符合规程有关规 定时，方准许进行装药、放炮。 “三人连锁放炮”制度：是指生产小组组长（队长）、放炮工和 瓦检工。 三专两闭锁： “三专”：专用变压器、专用开关、专用线路。 “两闭锁”：风电闭锁、瓦斯电闭锁。 6、加强瓦斯引爆火源的治理； 防止明火；防止炮火；防止点火；其他引火源的治 理。 7、防止瓦斯爆炸灾害扩大； 编制灾害预防与处理计划 安设安全装置：安设防爆门；安设反风装置；安设隔爆设 - 19 - 施；佩戴自救器。 五、局部瓦斯积聚的处理方法： 矿井瓦斯积聚是发生瓦斯事故的物质基础。 规程规定：采掘工作面内，体积大于0.5m 3 的空间内积

29、 聚的瓦斯浓度达到2%时， 附近 20m 内必须停止工作、 撤出人员、 切断电源进行处理。 1、采掘工作面上隅角处瓦斯积聚的处理方法： 引导风流法：风障引导风流法、风筒导排风流法、尾巷排 放法。 全风压巷道排放法； 瓦斯抽放法； 充填置换法； 风压调节法； 调整通风方式法。 2、掘进巷道积聚瓦斯的处理方法： 增加风量稀释法； 引导风流排放法：导风板引导排放法、风筒分支排放法。 充填置换法。 3、全风压通风巷道局部积聚瓦斯的处理方法： 4、治理掘进工作面和巷道中瓦斯积聚的脉冲通风法； 5、综合机械化机组附近积聚瓦斯的处理方法； 6、乱板输送机下瓦斯积聚的处理方法； - 20 - 7、防止钻孔瓦斯

30、积聚和引燃的安全措施。 复习题： 1、瓦斯积聚发生哪些规律？ 2、引爆火源出现有哪些规律？ 3、什么叫“一炮三检”和“三人连锁放炮”？ 4、什么是“三专两闭锁”？ 5、引爆火源出现哪些规律？ 煤与瓦斯突出及其防治 矿井瓦斯动力现象包括瓦斯喷出和煤与瓦斯突出两大类型， 它能摧毁井下巷道及设施，破环通风系统， 造成瓦斯窒息及爆炸 事故，给煤矿安全生产带来严重威胁。 一、瓦斯喷出与防治： 矿井瓦斯喷出是指大量承压状态的瓦斯从肉眼可见的煤炭 裂缝中快速喷出的现象， 喷出的瓦斯量可以从几立方米到几十万 立方米，喷出持续的时间可以从几分钟到几年。 1、瓦斯喷出的主要特征： 瓦斯喷出通道有两类：一是原始地质

31、构造孔洞、裂隙，如地 质破碎带、 断层带、 石灰岩溶洞裂隙区背斜轴部储瓦斯区或其它 储瓦斯构造附近的原始孔洞、裂隙等， 从此娄通道喷出瓦斯的特 点是流量大、持续时间长，无明显的地压显现；二是采掘地压显 - 21 - 现时生成的裂隙， 此娄裂隙也往往与地质构造有关，因为各种地 质构造破坏影响区内， 原有处于封闭状态的构造裂隙在采掘地压 与瓦斯压力综合作用下很容易张开，成为瓦斯喷出的通道， 特点 是：喷出的时间较短，流量和御压区面积，瓦斯压力和瓦斯含量 大小等因素有关。 2、瓦斯喷出预兆： 瓦斯喷出前常见现象有：地压增大，发生底鼓，破坏支架， 煤层变软，瓦斯涌出忽大忽小，有时出现嘶嘶声。 3、瓦斯

32、喷出的防治： （1）探明地质情况； （2）封堵、引排、抽放综合治理。 二、煤与瓦斯突出的基本特征： 煤与瓦斯突出是指煤矿井下采掘过程中，在很短时间 （几秒 到几分钟） 内从煤（岩）体内部向采掘空间突然喷出大量煤（岩） 和瓦斯（二氧化碳）的一种动力现象。 分为四类：煤与瓦斯突出、煤的突然压出、煤的突然倾出、 岩石与瓦斯突出。 矿井瓦斯的抽放 矿井瓦斯抽放， 是指为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全的 威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或释 放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的方法。 - 22 - 瓦斯抽放的重要意义在于：瓦斯抽放是消除重大瓦斯事故 的治本措施； 能解决仅靠

33、通风难以解决的问题，降低矿井通风 成本；利用宝贵的瓦斯资源。 一、瓦斯抽放的必要条件： 我国是以矿井瓦斯涌出量的大小作为瓦斯抽放的基本条件， 总的原则是：如果用通风方法不能够将涌出的瓦斯稀释到规 程允许的安全浓度，就必须考虑进行瓦斯抽放，否则，可 以不考虑瓦斯抽放。 1、矿井瓦斯抽放的必要条件 规程规定，有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久 抽放瓦斯系统或井下临时抽放系统。 （1） 1 个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m 3/min,或一个掘进 工作面瓦斯涌出量大于3m 3/min 。用通风方法解决瓦斯问题不合 理的。 （2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：.大于或等于 40m 3/min

34、；.年产量 1.0Mt 1.5Mt 的矿井，大于 30m 3/min； 年产量0.6Mt 1.0Mt的矿井，大于25m 3/min; 年产量 0.4Mt 0.6Mt 的矿井，大于 20 m 3/min ； 年产量小于等于 0.4Mt 的矿井，大于15 m 3/min. （3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的 2、煤层抽放瓦斯难易程度的指标 一个矿井或工作面应该抽放瓦斯，但不一定能够抽出瓦斯， - 23 - 这要看煤层抽放瓦斯的难易程度，即抽放瓦斯的可行性如何，可 行性取决于两个因素： 一是煤层瓦斯压力； 二是煤层的透气性能。 二、瓦斯抽放设备： 瓦斯抽放设备，是指能够造成一定负压，将瓦斯从煤层中抽

35、 出并安全输送到地面上的专业机械设备。它主要由瓦斯泵、 管路 系统和安全装置三部分组成。 1、瓦斯泵：主要有离心式鼓风机、回转式鼓风机和水环式真 空泵三种。 2、抽放管路：直径5m/s 15m/s. 3、安全装置： （1）三防装置：三防：防回火、防回气、防爆炸。 （2）放水装置：分为人工放水器和自动放水器两大类。 三、抽放瓦斯管理： 1、专业队伍和管理制度； 2、技术管理和现场管理； 瓦斯浓度测定（ 100% 理研） 3、瓦斯计量及测定方法抽放负压测定（ U 型压力计） 瓦斯流量测定 四、四、矿井瓦斯抽方方法： 巷道预抽 预抽 - 24 - 1、本煤层抽放瓦斯钻孔预抽 边采边抽 边抽 边掘边抽

36、 开采层内巷道打钻抽放 上邻近层抽放 开采层层外巷道打钻抽放 2、邻近煤层抽放瓦斯 开采层层内巷道打钻抽放 下邻近层抽放 开采层层外巷道打钻抽放 采煤工作面的采空区抽放 3、采空区抽放瓦斯 采煤结束后的老空区抽放 - 25 - 矿井空气 一、地面空气的组成： 地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿 空气。 地面大气的组成成分： 地面空气进入矿井后，由于受到污染，其成分和性质要发生 一系列变化，氧气含量降低，二氧化碳含量增加，混入各种有毒 有害气体和矿尘。空气的状态参数（温度、湿度、压力）发生变 化，一般的将井巷中设经过用风地点，受到污染程度较轻的进风 巷道的空气， 称为新鲜空气，

37、 经过用风地点后受到污染程度较重 的回风巷道内的空气，称为污浊空气。 在新鲜空气中其主要成分仍然是：O2、N2、CO2 1、氧气（ O2） （1）性质： 空气中的氧气是一种无色、无味、无臭，化学性质和活泼的 气体，易使其它物质氧化，几乎可以与所有气体相结合，与空气 气体成分按体积计 % 按质量计 % 氧气（ O2） 氮气（ N2） 二氧化碳（ CO2） 氩气和稀有气体 20.90 78.13 0.03 0.94 23.14 75.53 0.05 1.28 - 26 - 的相对密度为1.11，是人与动物呼吸和物质燃烧不可缺少的气 体。 （2）对人体的影响： 人体需氧量与劳动强度的关系 劳动强度呼

38、吸空气量（ L/min ）氧气消耗量 （L/min ） 休息615 0.20.4 轻体力劳动2025 0.61.0 中度体力劳动3040 1.21.6 重体力劳动4060 1.82.4 极重体力劳动4080 2.53.0 人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系 氧浓度（体 积%） 主要症状 17 静止时无影响，工作时会造成喘息和呼吸困难 15 呼吸及心跳急促，耳鸣目眩，感觉和判断力降低， 丧失劳动力 1012 失去理智，时间够长有生命危险 69 失去知觉， 呼吸停止， 如不及时抢救， 几分钟可导 致死亡 （3）矿井空气中氧浓度降低的原因： 主要原因：人员呼吸；煤岩和其它有机物的缓慢氧化；煤炭 - 2

39、7 - 自然；瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有 害气体，也使空气中氧浓度相对降低。所以，在井下通风不良的 地点，空气中的氧浓度可能很低。如果不经检查而贸然进入人， 就可能引起人员的缺氧窒息。 所以， 煤矿安全规程规定：在采掘工作面的进风流中，氧 气浓度不得低于20%。 2、二氧化碳（ CO2） （1）性质： CO2不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。CO2比空气重 （与空气的相对密度为1.52） ，在风速较小的巷边中底板附近 CO2浓度较大， 在风速较大的巷道中，CO2一般能与空气均匀的 混合。 （2）对人体的影响： 在新鲜空气中含有微量的CO2对人体无害。 CO2对人体的呼

40、 吸中枢神经有刺激作用，如果空气中完全不含CO2，则人体的正 常呼吸功能就不能维持，所以在抢救遇难者进行人工输氧时，往 往要在氧气中加入5%的 CO2，以刺激遇难者的呼吸功能。但当 空气中CO2的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低， 轻则使人呼吸加快， 呼吸量增加， 严重时也可能造成人员中毒或 窒息。 - 28 - CO2中毒症状与浓度的关系 CO2浓度（体 积%） CO2中毒症状与浓度的关系 1 呼吸加深，但工作效率无明显影响 3 呼吸急促，心跳加快，头痛，人体很快疲劳 5 呼吸困难，头痛，恶心，呕吐，耳鸣 6 严重喘息，极度虚弱无力 79 动作不协调，约10min 后可发生昏迷 91

41、1 几分钟内可导致死亡 （3）CO2的来源： 矿井空气中 CO2的主要来源是：煤和有机物的氧化；人员 呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆炸；煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸 等。此外，有的煤层与岩层中也能长期持续地放出CO2，有的甚 至与煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危险。 煤矿安全规程规定：采掘工作面进风流中，CO2的浓度 不得超过0.5%，矿井总回风巷或一翼回风巷中CO2浓度超过 0.75% 时，必须查明原因进行处理。 二、矿井空气中的主要有害气体： 矿井中常见的有害气体主要有：CO、 H2S、 NO2、 SO2、 NH3、 H2等。 1、一氧化碳（ CO） - 29 - (1)性质： CO

42、是一种无色、无味、无臭的气体，相对密度 0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合，CO 能燃烧，当空气中 CO 浓度在 13% 75% 时有爆炸的危险。 （2）对人体的危害： CO 是一种有毒气体，对人体危害极大，空气中CO 浓度只 要达到0.15% 0.2% 就非常危险。因为人体血液中的红血球与 CO 的结合能力是与O2结合能力的 250300 倍，CO 不但阻止 红血球吸氧，而且还能挤掉氧，造成人体细胞组织缺氧，引起中 枢神经系统损坏。而解离力又比O2小 300350 倍，使红细胞 享和 CO 后长时间失去携氧能力，故CO 中毒后恢复慢，但CO 对不含红细胞的昆虫等动物无毒害作用，有时在 C

43、O 大的区域昆 虫能生存，而人却全中毒，应引起注意。 空气中的 CO 浓度达到 0.016% 时，轻微头疼；达到 0.128% 时；肌肉酸痛；无力；呕吐，感觉迟钝，达到0.4%时，人会丧 失知觉，痉挛，呼吸停顿，死亡。CO 中毒有明显特点：嘴唇呈 桃红色，两颊有斑点。 煤矿安全规程 规定：矿井内空气中CO 的最高允许浓度 为 0.0024% 。 2、硫化氢（ H2S） （1）性质：硫化氢是无色、微甜，有浓烈的臭鸡蛋味，当空 气中浓度达到0.0001% 即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神 经中毒麻痹，反而嗅不到，硫化氢相对密度为1.19 ，易溶于水， - 30 - 在常温、常压下一个体积的水可溶

44、解2.5 个体积的硫化氢，所以 它可能积存于旧巷的积水中，H2S 可燃，空气中硫化氢浓度为 4.3% 45.7% 时有爆炸的危险。 （2）对人体的危害 : H2S 剧毒，有强烈的刺激作用，不但引起鼻炎、气管炎和肺 水肿，而且还能阻碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫 化氢浓度较低时，主要以腐蚀、刺激作用为主；浓度较高时，能 引起人体迅速昏迷死亡，服饰刺激作用不明显。空气中硫化氢达 到 0.0001% 时人就能嗅到它的气味；浓度达到0.001% 时，轻度 中毒，流鼻涕、头晕、呼吸困难；浓度在0.05% 0.1% 时，严 重中毒，痉挛、失去知觉，在短时间内死亡。 （3）空气中硫化氢主要来源：

45、有机物腐烂；含硫矿物的分解，矿物氧化和燃烧，从老空区 和旧巷积水中放出，我国有些矿区煤层中也有H2S 涌出。 煤矿安全规程 规定：井下空气 H2S 允许浓度 0.00066% 。 3、二氧化氮（ NO2） （1）性质：NO2是一种和红色的气体，有强烈的刺激气味， 相对密度 1.59，溶于水。 （2）对人体的危害： NO2溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸， 对眼睛、 呼吸道黏膜和肺部组织有强烈刺激及腐蚀作用，严重时 可引起肺气肿， 二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无 感觉，还可坚持工作，但经624h 后发作，中毒者指头出现黄 - 31 - 色斑点，并出现严重咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。二氧化氮

46、浓度 达到 0.0034% 时，呼吸困难；浓度达到0.01% 时，恶心、呕吐、 神经系统麻木；浓度达到0.0025% 时，短时间死亡。 （3）来源：井下爆破作业。1kg 硝铵爆炸后产生10L 二氧 化氮。 煤矿安全规程 规定：矿井空气中二氧化氮的最高允许浓 度为 0.00025% 。 4、二氧化硫（ SO2） （1）性质：SO2是无色、有强烈的硫磺气味及酸味的气体， 当空气中SO2浓度达到0.0005% 时即可嗅到，其相对密度为 2.22，在风速较小时。易积聚与巷道的底部。SO2易溶于水，在 常温、常压下1 个体积的水可溶解4 个体积的 SO2。 （2）对人体的危害 : SO2遇水后生成硫酸，

47、对眼睛及呼吸系统黏膜有强烈的刺 激作用，可引起喉炎和肺气肿，当空气中SO2达到 0.002% 时， 眼及呼吸器官即可感到有强烈的刺激；浓度达到 0.05% 时，短时 间内既有生命危险。 （3）空气中 SO2的主要来源有含流矿物的氧化与自然，在 含硫矿物中爆破以及从含硫矿物中涌出。 煤矿安全规程规定：井下空气中SO2最高允许浓度为 0.0005% 。 5、氨气（ NH3） - 32 - 氨气是一种无色、 具有浓烈刺激臭味， 并具有爆炸性（16% 27% ，30%既有爆炸）相对密度0.6，易溶于水，这种气体毒性 很强，对人体上呼吸道粘膜有较强刺激作用，引起咳嗽、使人流 泪、 头晕，严重时导致肺水肿

48、。 当空气中 NH3浓度达到 0.004% 0.0093% 时，对人就有明显的刺激作用；当都达到0.047% 0.05% 时，对人有强烈的刺激作用，时间稍长引起贫血、体重下 降、抵抗力减弱、产生肺气肿直至死亡。 NH3主要来源：炸药爆破；有机物氧化腐烂；用水熄灭的燃 烧煤炭等。 煤矿安全规程规定：空气中氨气的最高允许浓度为 0.004% 。 6、氢气（ H2） H2是无色、无味、无毒相对密度为0.07 ，氢气能自然，其 燃烧点较甲烷低100200， 当空气中氢气浓度达到4%74% 时有爆炸危险。 空气中氢气的主要来源有井下蓄电池充电时可放出氢气，有 些中等变质的煤层中也有氢气涌出。 煤矿安全规

49、程 规定：井下充电室风流中以及局部积聚处 的氢气浓度不得超过0.5% 。 矿井有害气体最高允许浓度% 一氧化碳 CO 0.0024 二氧化氮 NO20.00025 - 33 - 二氧化硫 SO20.0005 硫化氢 H2S 0.00066 氨气 NH30.004 三、有害气体的划分： 有毒有害气体的性质可划分为以下几方面： 1、臭、味和色方面： （1）有臭味的的气体有4 种： NH3（剧臭）SO2（强烈硫磺臭） H2S（坏鸡蛋臭，浓度为0.0001% 时，便可嗅出来） CO2（微酸臭） （2）有味的气体有三种： SO2（酸臭）H2S（微甜）CO2（微酸） （3）有色气体只有一种：NO2（浅红褐色） 2、比重方面空气的比重为1 （1）比空气重的气体有四种： SO2（比重 2.264 ）NO2（比重 1.57）CO2（比重 1.529 ） H2S（比重