1、2022-8-15矿井灾害防治技术矿井灾害防治技术矿井灾害防治技术矿井灾害防治技术第一节第一节 基本概念和理论概述基本概念和理论概述主主 要要 内内 容容 一、一、矿尘分类矿尘分类 二、二、矿尘含量的计量指标矿尘含量的计量指标 三、三、矿尘的特性矿尘的特性 四、四、矿尘灾害的形式矿尘灾害的形式 矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。矿井灾害防治技术一、一、矿尘分类矿尘分类 矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。1按矿尘粒径划分(1)粗尘。(2)细尘。(3)微尘。(4)超微尘。2按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘
2、。(2)沉积矿尘。矿井灾害防治技术 浮尘和落尘在不同环境下可以相互转化，浮尘因受自重的作用可以逐渐沉降下来变成落尘，而落尘当落尘受到机械振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时，它可再次飞扬，又成为浮尘。其风速的变化与矿尘粒度的关系如表3-1-1。表3-1-1 落尘变成浮尘风流的变化与矿尘粒度的关系 煤尘粒度m7510535751035吹扬风速ms-16.35.293.483按矿尘的粒径组成范围划分(1)全尘（总矿尘）。(2)呼吸性矿尘。矿井灾害防治技术二、矿尘含量的计量指标二、矿尘含量的计量指标 1矿尘浓度 单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度，其表示方法有两种：(1)质量
3、法。(2)计数法。表3-1-2 中国煤矿矿尘浓度标准 序号矿尘中游离SiO2含量/%最高容许浓度/mg.m-3总矿尘呼吸性矿尘12345655101025255050 30在原岩应力区的煤体中注水短钻孔注水工作面 6在应力降低区的煤体中注水，裂隙发育，透水性强，注水压力低深孔注水工作面620在应力升高区的煤体中注水，裂隙不发育，透水性弱，注水压力高巷道钻孔注水上部煤层巷道或底板巷道不确定在应力降低区的煤体中或卸压煤层中注水矿井灾害防治技术（1）长钻孔。钻孔直径为75100 mm，其布置形式较多，如图3-2-1所示。图3-2-1 长钻孔注水防尘示意图a-上向钻孔；b-双向钻孔；c-伪倾斜钻孔；d
4、-八字型与倾斜联合钻孔1-钻孔；2-解理abcd矿井灾害防治技术（2）短钻孔。其钻孔长度比工作面循环进度稍长，一般取1.52 m，最大不超过6m。其布置如图3-2-2中a所示。（3）深孔。如图3-2-2中b。图3-2-2短孔、深孔注水防尘示意图a短孔；b深孔1回风巷；2运输巷矿井灾害防治技术（4）巷道钻孔。如图3-2-3所示。图3-2-3 巷道钻孔注水 2封孔 封孔方法有两种：（1）封孔器封孔。（2）水泥砂浆封孔。3注水相关参数 （1）注水压力 一是利用矿井地面贮水池，通过井下供水管网实施静压注水；二是利用井下的水泵实施动压注水。a.静压注水：矿井灾害防治技术b.动压注水：利用水泵或风包加压将
5、水压入钻孔的注水叫动压注水。长钻孔动压注水的适用性强，被很多煤矿采用，其注水系统如图3-2-3 所示。图3-2-4 动压注水系统1一注水管；2一水泥砂桨；3一压力表；4一高压胶管；5一阀门；6一分流器；7一单向阀；8一注水表；9一注水泵；10一供水桶 矿井灾害防治技术（2）注水压力（3）注水速度（注水流量）注水速度是指单位时间内的注水量。为了便于对各钻孔注水流量进行比较，通常以单位时间内每米钻孔的注水量来表示。（4）注水量4.煤层注水效果 在实际注水中，常把在预定的湿润范围内煤壁出现均匀“出汗”（渗出水珠）的现象，作为判断煤体是否全面湿润的辅助方法。影响煤层注水效果的因素有如下几个方面：（1）
6、煤层注水的效果同煤层的裂隙及孔隙的发育程度有关；（2）煤层的注水效果与煤层的埋藏深度和地压的集中程度有关，埋藏越深，地压越集中的地方，煤层的孔隙被压紧，透水性越差。矿井灾害防治技术（二）采空区灌水 采空区灌水时在开采近距离煤层群的上组煤或采用分层法开采厚煤层时（包括急倾斜水平分层），可以利用往采空区灌水的方法，借以润湿下组煤和下分层煤体，防止开采时生成大量的煤尘。灌水方式同黄泥灌浆。（三）湿式作业 湿式作业是利用水或其他液体，使之与尘粒相接触而捕集矿尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。矿井灾害防治技术1.湿式凿岩、钻眼 该方法
7、的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。2.水封爆破和水炮泥 水封爆破和水炮泥都是由钻孔注水湿润煤体演变而来的，它是将注水和爆破联结起来，不仅起到消除炮烟和防尘作用，而且还提高了炸药的爆破效果。矿井灾害防治技术（1）水封爆破。水封爆破就是在工作面打好炮眼后，先注入压力不超过4.903106Pa(50kg/cm2)的高压水，使之沿煤层节理、裂隙渗透，直到煤壁见水为止。然后装入防水炸药，再将注水器插入炮眼进行水封，如图3-2-5 所示。图3-2-5 水封爆破1安全链；2雷管脚线；3注水器；4胶圈；5水；6炸药 矿井灾害防治技术（2）水炮泥
8、 水炮泥是用装水塑料袋填于炮眼内代替粘土使用。水炮泥的形式有两种：一种是刀把型的人工结扎封口水炮泥；另一种是双层自动封口水炮泥，其形式如图3-2-6中a、b 所示。图3-2-6 塑料水炮泥(a)人工结扎封口；(b)双层自动封口矿井灾害防治技术二、降低浮尘二、降低浮尘 它的捕尘作用有：在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，附着性增强，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，在重力作用下下沉；高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。原苏联的研究表明，在掘进机上采用低压洒水，降尘率为4378，而采用高压喷雾时达到7595；炮掘工作
9、面来用低压洒水，降尘率为51，高压喷雾达72，且对微细矿尘的抑制效果明显。1.对产尘源喷雾洒水（1）掘进机喷雾洒水 掘进机喷雾分内喷雾和外喷雾两种。矿井灾害防治技术 （2）采煤机的喷雾系统分为内喷雾和外喷雾两种方式。采用内喷雾时如图3-2-7 所示，采用外喷雾时如图3-2-8 所示。图3-2-7 采煤机内喷雾示意图 图3-2-8 采煤机外喷雾示意图矿井灾害防治技术（3）液压支架移架和放煤口放煤喷雾洒水 液压支架移架和放煤口放煤是综采放顶煤工作面仅次于采煤机割煤的两个主要产尘源。如图3-2-9所示。图3-2-9 液压支架自动喷雾 喷嘴布置示意图（4）转载点喷雾（5）放炮喷雾矿井灾害防治技术（6）
10、装岩洒水 巷道装岩洒水有人工洒水和喷雾器洒水两种方式：人工装岩时，一般采用人工洒水。装岩机装岩时，在距工作面45m 的顶帮两侧，悬挂两个喷雾器进行喷雾洒水。图3-2-10 装岩机喷雾洒水1 一喷雾器；2 一控制阀；3 一水量调节阀（7）其他地点喷雾 除上述地点、工艺的喷雾洒水外，在煤仓、溜煤眼及运输过程等产尘环节均应实施喷雾洒水。矿井灾害防治技术2.巷道水幕净化风流 水幕是净化入风流和降低污风流矿尘浓度的有效方法。如图3-2-11所示一般安设位置为：图3-2-11 巷道水幕示意图1-水管；2-喷雾器 矿井总进风设在距井口20100m 巷道内；采区进风设在风流分叉口支流内侧2050 m 巷道内；
11、采煤工作面回风设在距工作面回风口1020m回风巷内；掘进回风设在距工作面3050m 巷道内；巷道中产尘源净化设在尘源下风侧510m 巷道内。矿井灾害防治技术三、除尘措施三、除尘措施 除尘措施有两种：一是通风排尘，二是除尘装置捕集除尘。（一）通风排尘 1一般巷道和工作地点的通风排尘 通风排尘技术是稀释和排出作业地点悬浮的矿尘，防止其过量积聚的有效措施。2.掘进巷道通风排尘 1）掘进通风系统 选择合理的掘进除尘系统，是抽尘净化技术效果好坏的关键因素。掘进除尘系统有长压短抽通风除尘系统和长抽通风除尘系统两种：矿井灾害防治技术（1）长压短抽掘进除尘系统 图3-2-12 长压短抽通风除尘系统1-掘进机;
12、2-短抽风筒;3-除尘器;4-长压局部通风机;5-长压风筒;lr和lc分别为压入式和抽出式风筒口距工作面的距离；ld压入式风筒口与除尘器重叠段的距离 矿井灾害防治技术 图3-2-13 附壁风筒螺旋状出风 状态示意图 如图3-2-13所示。矿井灾害防治技术（2）长抽通风除尘系统图3-2-14 长抽通风除尘系统1 一掘进机；2 一长抽风筒；3 一除尘局部通风机（或抽出式局部通风机）矿井灾害防治技术 长抽通风除尘系统又可分为以下两种形式：A 前抽后压掘进除尘系统，如图3-2-15所示，主要适用于机掘工作面。图3-2-15 前抽后压通风除尘系统1 一掘进机；2 一长抽风筒；3 一除尘局部通风机或抽出式
13、局部通风机；4 一压人式局部通风机；5 一短压风筒 矿井灾害防治技术 B前压后抽掘进除尘系统，如图3-2-16所示，主要适用于炮掘工作面，对锚喷支护巷道效果甚好。图3-2-16 前压后抽通风除尘系统1长抽风筒；2长抽除尘局部通风机或抽出式局部通风机；3压入式局部通风机；4短压风筒矿井灾害防治技术 2）除尘对通风工艺的要求 (1)压、抽风筒口相互位置的关系 A.长压短抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr5SH(SH为巷道断面积)，压入式风筒口到除尘器排放口的重叠长度2dld 2 SH。B.前抽后压时，压入式风筒口距工作面距离lr与长压短抽时相同，压入式风筒口与抽出式风筒口的重叠段长度一般为10
14、30m。C.前压后抽时，压入式风筒口距工作面的距离lr5 m，抽出式风筒口与压入式局部通风机的重叠段长度ld 视巷道内的尘源（如喷浆支护等）情况而定，一般为10 20m。D.抽入口（吸尘口）距工作面的距离lc。矿井灾害防治技术 (2)压、抽风量的匹配 A.采用除尘系统。B.采用长抽短压除尘系统。C.抽出风量的确定。(3)长压局部通风机和长抽除尘局部通风机的安装位置 A.长压局部通风机应安装在掘进巷道口进风侧，距巷道口的距离大于10m。B.长抽或长抽短压除尘局部通风机应安装在掘进巷道回风侧，距巷道口的距离大于10m。(4)抽出式局部通风机与除尘局部通风机串联的要求矿井灾害防治技术（二）除尘装置捕
15、集除尘 所谓除尘装置（或除尘器）是指把气流或空气中含有的固体粒子分离并捕集起来的装置，又称集尘器或捕尘器。多用于煤岩巷掘进工作面。图3-2-17 振弦栅结构示意图 根据是否利用水或其他液体，除尘装置可分为湿式和干式两大类。1.湿式除尘装置（1）湿式振弦栅除尘器矿井灾害防治技术（2）涡流控尘与湿式旋流除尘器。图3-2-18 长压短抽混合式局部通风控尘与除尘系统除尘系统；2涡流控尘风筒；3压入式局部通风机矿井灾害防治技术图3-2-19 湿式旋流除尘系统1 旋流器；2导向器；3一级脱水器；4水箱；5污水泵；6二级脱水器；7抽出式局部通风机 2.干式除尘器 干式除尘是把局部产尘点首先密闭起来，防止矿尘
16、飞扬扩散，然后再将矿尘抽到集尘器内，集尘器将含尘空气中的粗尘阻留，使空气净化的技术措施。干式中心抽尘凿岩机工作原理和抽尘系统如图3-2-20所示。矿井灾害防治技术图3-2-20 中心抽尘千式凿岩机工作系统图1一千式捕尘器；2一引射器；3一捕尘器压风管；4一输尘软管；5 一凿岩机压风管；6 一气动支架；7 一凿岩机；8 一钎头 矿井灾害防治技术除尘器的结构如图3-2-21 所示。图3-2-21 KLM-60 型矿用袋式除尘器结构示意图1一排气管；2一排灰系统；3一脉冲清灰系统；4一滤袋组；5一气包；6 一预选箱；7 一进气口矿井灾害防治技术四、隔尘措施四、隔尘措施 隔离矿尘是指通过佩戴各种防护面
17、具的个体防护措施以减少吸入人体矿尘的最后一道措施。1防尘口罩 矿井要求所有接触矿尘作业人员必须佩戴防尘口罩，对防尘口罩的基本要求是：阻尘率高，呼吸阻力和有害空间小，佩戴舒适，不妨碍视野。矿井灾害防治技术2防尘安全帽（头盔）图3-2-22 AFM-l 型防尘送风头盔1 轴流风机；2主过滤器；3头盔；4面罩；5预过滤器3.隔绝式压风呼吸防尘装置 隔绝式压风呼吸防尘装置是利用矿井压缩空气通过离心力脱去油雾、活性炭吸附等净化过程，经减压阀减压同时向多人均衡配气供呼吸。矿井灾害防治技术第三节第三节 防治煤尘爆炸的技术防治煤尘爆炸的技术主主 要要 内内 容容 一、一、消消 除除 落落 尘尘 二、二、撒撒
18、布布 岩岩 粉粉 三、三、设置隔爆装置设置隔爆装置矿井灾害防治技术一、消除落尘一、消除落尘 规程规定：“每一矿井，矿长必须组织人员按计划对井巷定期清扫、冲洗煤尘和刷浆。”从而保证即使沉积的煤尘再度飞扬起来也达不到煤尘爆炸的下限浓度，避免煤尘爆炸事故的发生。二、撒布岩粉二、撒布岩粉 撒布岩粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增加沉积煤尘的灰分，抑制煤尘爆炸的传播。惰性岩粉一般为石灰岩粉和泥岩粉。对惰性岩粉的要求是：可燃物含量不超过5%，游离SiO2 含量不超过10%；不含有害有毒物质，吸湿性差；粒度应全部通过50 号筛孔（即粒径全部小于0.3 mm），且其中至少有70能通过200 号筛孔（即
19、粒径小于0.075 mm）。矿井灾害防治技术三、设置隔爆装置三、设置隔爆装置 隔爆装置隔爆原理是：在瓦斯煤尘爆炸时隔爆装置将会动作（水槽、岩粉槽破碎，水袋脱钩），并抛撒消焰剂形成抑制带，扑灭滞后于冲击波传播的爆炸火焰，以阻止爆炸传播。隔爆装置根据其动作方式的不同可分为被动式隔爆装置和自动抑爆装置。（一）被动式隔爆装置 1水棚 水棚包括水槽棚和水袋棚两种，设置应符合以下基本要求：主要隔爆棚组应采用水槽棚，水袋棚只能作为辅助隔爆棚组；矿井灾害防治技术 水棚组应设置在巷道的直线段内。其用水量按巷道断面计算，主要隔爆棚组的用水量不小于400L/m2，辅助水棚组不小于200L/m2；相邻水棚组中心距为0
20、.51.0m，主要水棚组总长度不小于30m，辅助水棚组不小于20m；首列水棚组距工作面的距离，必须保持在60200m 范围内；水槽或水袋距顶板、两帮距离不小于0.lm，其底部距轨面不小于1.8m；水内如混入煤尘量超过5时，应立即换水。（1）PGS 型隔爆水槽棚（2）KYG 型快速移动式隔爆棚矿井灾害防治技术如图3-3-1所示。图3-3-1 KYG 型快速移动式隔爆棚（l 架）结构示意图（巷道纵向视图）1一 单轨吊环；2一 单轨；3一 移动装里；4 一支撑杆，5 一水槽架，6 一 水槽；7 一 钢丝绳矿井灾害防治技术（3）XGS 型隔爆棚（容器）如图3-3-2所示。图3-3-2 XGS 型隔爆容
21、器吊挂示意图1 一夹持器；2 一倒”T”字架；3 一隔爆容器 其特点是安装适应性强，能利用倒“T”字架配合不同的夹持器在不同支护方式、不同形状的巷道中点式或线式安装（见图3-3-3、图3-3-4）。矿井灾害防治技术 图3-3-3 线式安装示意图l 一支撑杆；2 一夹持器；3 一倒“T”宇架；4 一隔爆容器图3-3-4 点式安装示意图1 一锚杆；2 一夹持器；3 一隔爆器 矿井灾害防治技术2岩粉棚 岩粉棚分轻型和重型两类。图3-3-5 岩粉棚矿井灾害防治技术岩粉棚的设置应遵守以下规定：按巷道断面积计算，主要岩粉棚的岩粉量不得少于400 kg/m2，辅助岩粉棚不得少于200 kg/m2；轻型岩粉棚
22、的排间距1.02.0m,重型为1.23.0m；岩粉棚的平台与侧帮立柱（或侧帮）的空隙不小于50 mm，岩粉表面与顶梁（顶板）的空隙不小于100 mm，岩粉板距轨面不小于1.8m；岩粉棚距可能发生煤尘（瓦斯）爆炸的地点不得小于60m，也不得大于30Om；岩粉板与台板及支撑板之间，严禁用钉固定，以利于煤尘爆炸时岩粉板有效地翻落；岩粉棚上的岩粉每月至少检查和分析一次，当岩粉受潮变硬或可燃物含量超过20%时，应立即更换，岩粉量减少时应立即补充。矿井灾害防治技术(二)自动隔爆装置 自动抑爆装置是利用传感器探测爆炸信号，触发自带的动力源喷洒消焰剂，形成抑制带。自动抑爆装置主要由传感器、控制仪、喷洒器组成。
23、下面介绍2种新型的自动隔爆装置：1.ZYB-S 型自动产气式抑爆装置 图3-3-6 ZYB-S 型自动产气式抑爆装置的抑爆原理示意图1 一火焰阵面；2 一火焰传感器；3 一控制单元；4 一喷洒器矿井灾害防治技术 2YBW-I 型无电源触发式抑爆装置 图3-3-7 YBW-l 型无电源触发式抑爆装置组成框图矿井灾害防治技术图3-3-9 WDY 喷洒器在巷道中安装结构示意图1 一锚杆；2 一工字钢；3 一连接器；4 一滚轮；5 一喷洒器图3-3-8 WDY 喷洒器结构示意图1 一墙盖；2 一外壳；3 一储水泡沫；4 一接线盒；5 一导爆索其安装结构如图3-3-9所示。矿井灾害防治技术第四节第四节
24、煤尘爆炸事故的处理煤尘爆炸事故的处理 主主 要要 内内 容容 一、煤尘爆炸事故的处理方法一、煤尘爆炸事故的处理方法 二、煤尘爆炸的特征二、煤尘爆炸的特征矿井灾害防治技术 注意：（1）灾害发生时首先切断灾区（甚至灾区周围的区域）的电源，而且停电操作应在灾区以外的地点进行，以免引起再次爆炸；（2）对灾区进行侦察过程中，发现火源立即扑灭，防止二次爆炸。（3）救灾过程中要注意寻找煤尘爆炸的痕迹和判断起爆源；（4）煤尘连续爆炸的可能性很大，思想上和物资上应有准备，以免措手不及，避免出现难以控制的局面。一、煤尘爆炸事故的处理方法一、煤尘爆炸事故的处理方法矿井灾害防治技术二、煤尘爆炸的特征二、煤尘爆炸的特征
25、 通常，煤尘爆炸具有以下特征：（1）在巷道壁和支架上留有粘焦（皮渣与粘块）。图3-4-1 粘焦 当煤尘爆炸速度较小时，火焰和冲击波以较慢的速度传播，皮渣和粘块在支柱的两侧，爆炸传来的方向堆积较密；当爆炸速度很大时，皮渣和粘块在支柱的迎风侧；当爆炸速度极大时，皮渣和粘块在支柱的背风侧，而在迎风侧有火烧痕迹。矿井灾害防治技术（2）煤尘的成分发生变化。（3）煤尘爆炸时气体的碳氢比（C/H），明显高于瓦斯（甲烷）爆炸。（4）灾区空气中CO浓度很高。（5）煤尘爆炸具有连续性。（6）连续爆炸时，离开爆源越远其破坏力越大。矿井灾害防治技术复习题复习题1什么是矿尘？有哪些危害？2常见的矿尘分类方法有哪些？分别
26、是如何分类的？3矿尘含量的计量指标有哪些？其定义分别是什么？4矿尘的危害性主要表现在哪几个方面？5矿山尘肺病分为哪几类？影响尘肺病的发病因素有哪些？6煤尘爆炸的条件是什么？影响煤尘爆炸的因素有哪些？7常见的减尘措施有哪些？影响煤层注水效果的因素有哪几个方面？8洒水降尘的作用是什么？9何谓最低及最优排尘风速？掘进工作面通风除尘对通风工艺的要求有哪些？10.常见的湿式除尘装置有哪些？隔尘措施有哪些？矿井灾害防治技术 11撒布岩粉抑制煤尘爆炸时对惰性岩粉的要求是什么？12设置水棚应符合哪些基本要求？13设置岩粉棚应符合哪些基本要求？14岩粉棚和水棚的限爆作用原理是什么？15自动抑爆装置主要由哪几部分组成？常见的自动抑爆装置有哪几种？16煤尘爆炸的特征有哪些？2022-8-15矿井灾害防治技术
