1、第九章第九章 矿井安全技术矿井安全技术矿井瓦斯防治矿井粉尘防治矿井火灾防治矿井水灾防治顶板事故防治第一节第一节 矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治 一、矿井瓦斯及其性质一、矿井瓦斯及其性质 矿井瓦斯矿井瓦斯是指井下以甲烷为主的各种气体总称。其成分是指井下以甲烷为主的各种气体总称。其成分除甲烷外，还有除甲烷外，还有CO2、N2及少量及少量H2S、H2、稀有气体等。、稀有气体等。甲烷又称沼气甲烷又称沼气(CH4)，无色、无味、无嗅无色、无味、无嗅的气体。空气的气体。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，遇高温热源热源(650750以上以上)即能
2、发生爆炸，此即能发生爆炸，此浓度范围浓度范围称为甲烷称为甲烷爆炸界限爆炸界限。通常情况下，甲烷爆炸界限为通常情况下，甲烷爆炸界限为516%(9.19.5%时爆时爆炸最猛烈炸最猛烈)。甲烷无毒，但不能供呼吸。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甲烷比空气轻，它的密度是空气密度的0.554倍。倍。二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级 1.矿井瓦斯的涌出形式矿井瓦斯的涌出形式 (1)普通涌出普通涌出：由受动影响的煤、岩以及由采落的煤、矸：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。又称石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象。又称“
3、瓦斯涌出瓦斯涌出”。均匀的、缓慢的、经常性的。均匀的、缓慢的、经常性的。主要涌出主要涌出形式。形式。(2)异常涌出异常涌出：瓦斯喷出、煤：瓦斯喷出、煤(岩岩)与瓦斯突出两种形式。与瓦斯突出两种形式。瓦斯喷出瓦斯喷出：指从煤体或岩体裂隙中大量瓦斯异常涌出的：指从煤体或岩体裂隙中大量瓦斯异常涌出的现象。简称现象。简称“喷出喷出”。瓦斯喷出一般持续时间较短。瓦斯喷出一般持续时间较短。煤煤(岩岩)与瓦斯突出与瓦斯突出：指在地应力和瓦斯的共同作用下，：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
4、异常的动力现象。简称“突出突出”。煤。煤(岩岩)与瓦斯突出持续时间与瓦斯突出持续时间极短，一般为数秒或数十秒。极短，一般为数秒或数十秒。有声预兆：有声预兆：劈裂声、闷雷声、响煤炮劈裂声、闷雷声、响煤炮以及以及气体穿水裂缝气体穿水裂缝时的时的吱吱声吱吱声等。等。无声预兆：压力增大，片帮掉渣，顶钻、卡钻、喷瓦斯等。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 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量：矿井正常生产过程中以：矿井正常生产过程中以普通涌出形式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
5、涌出量表示。斯涌出量表示。矿井绝对瓦斯涌出量矿井绝对瓦斯涌出量:矿井在单位时间内涌出的瓦斯量。矿井在单位时间内涌出的瓦斯量。单位是单位是m3/min或或m3/d。矿井相对瓦斯涌出量矿井相对瓦斯涌出量:矿井平均每采矿井平均每采1t煤所涌出的瓦斯煤所涌出的瓦斯量。单位是量。单位是m3/t。3.矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级 根据矿井根据矿井相对涌出量相对涌出量和和涌出形式涌出形式划分为：划分为：低瓦斯矿井低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量不大于：矿井相对瓦斯涌出量不大于10m3/t的矿井；的矿井；高瓦斯矿井高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t的矿井；的矿井；煤煤(岩岩)与瓦
6、斯突出矿井与瓦斯突出矿井：经鉴定，在采掘过程中发生过：经鉴定，在采掘过程中发生过煤煤(岩岩)与瓦斯突出的矿井。与瓦斯突出的矿井。三、瓦斯爆炸及其防治三、瓦斯爆炸及其防治 1.瓦斯爆炸及其危害瓦斯爆炸及其危害 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生的氧化反应，并伴有高温及压力上升的现象称为瓦斯瓦斯爆炸爆炸。矿井一旦发生瓦斯爆炸，危害是十分严重的，主要矿井一旦发生瓦斯爆炸，危害是十分严重的，主要表现在以下表现在以下2个方面：个方面：(1)高温高压及冲击高温高压及冲击 由于瓦斯爆炸是激烈的氧化放由于瓦斯爆
7、炸是激烈的氧化放热反应，井下爆炸地点及其附近的热反应，井下爆炸地点及其附近的温度可达温度可达1850以上，以上，压力可达压力可达0.74MPa以上，促使爆源附近的气体以极大的速以上，促使爆源附近的气体以极大的速度度(每秒数百米以上每秒数百米以上)向外冲击，造成人员伤亡，巷道和机向外冲击，造成人员伤亡，巷道和机电设备严重破坏。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，造成爆炸时产生的高温很可能引燃井下可燃物，造成矿井矿井火灾火灾。爆炸时产生的冲击，会将。爆炸时产生的冲击，会将煤尘煤尘扬起，使空气中煤尘扬起，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浓度增加，若煤尘
8、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，将会引发范围内，加之又有高温热源，将会引发煤尘爆炸煤尘爆炸，使灾害，使灾害更为严重。更为严重。(2)爆炸后产生大量有害爆炸后产生大量有害有毒气体有毒气体 据有关资料，瓦斯据有关资料，瓦斯爆炸后的气体成分为：爆炸后的气体成分为：O2=610%，N2=8288%，CO2=48%，CO=24%。由上述数据可以看出，爆炸。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。造成人员窒息及中毒。2.瓦斯爆炸防治措施瓦斯爆炸防治措施 瓦斯爆炸的必要条件是必
9、须同时具备以下瓦斯爆炸的必要条件是必须同时具备以下3个条件：个条件：一定的瓦斯浓度，一定的瓦斯浓度，瓦斯浓度在爆炸界限范围内瓦斯浓度在爆炸界限范围内(通通常为常为516%)。具有高温热源，具有高温热源，瓦斯的最低温度一般为瓦斯的最低温度一般为650750。足够的氧气，足够的氧气，混合气体中氧气浓度必须大于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，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。即可防止瓦斯爆炸。瓦斯爆炸防治的主瓦斯爆炸防治的主要技术措施：要技术措施：(1)防止瓦斯积聚防止瓦斯积聚 加强矿井通风加强矿井通风；及时处理局部及
10、时处理局部积存瓦斯对井下易于积存瓦斯对井下易于积存瓦斯的地点；积存瓦斯的地点；加强瓦斯检查，加强瓦斯检查，并推广建立瓦斯自动并推广建立瓦斯自动检测监控系统检测监控系统；瓦斯抽放瓦斯抽放。图图9-1 引导风流带走上隅角的瓦斯引导风流带走上隅角的瓦斯 图图9-2 导风板引入风流吹散瓦斯导风板引入风流吹散瓦斯 (2)防止瓦斯引燃防止瓦斯引燃 严禁携带严禁携带烟草烟草及及引火物品引火物品入井；入井；使用煤矿安全炸药；不准使用不合格或变质的炸药；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，严禁采用严格执行打眼、装药、放炮的有关规定，严禁采用“糊炮糊炮”或明火放炮；或
11、明火放炮；井下使用的机电设备及供电网路都必须符合井下使用的机电设备及供电网路都必须符合规程规程的要求；电气设备防爆，井下供电有过电保护；的要求；电气设备防爆，井下供电有过电保护；防止机械摩擦火花和摩擦发热引燃瓦斯。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限制瓦斯爆炸范围扩大 实行分区通风；实行分区通风；通风系统力求简单，不用的巷道要及时封闭；通风系统力求简单，不用的巷道要及时封闭；装有扇风机的井口，必须设置防爆门，防止爆炸波装有扇风机的井口，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；冲毁扇风机而影响矿井救灾和恢复生产；矿井主要扇风机必须装有反风设备，要
12、能在矿井主要扇风机必须装有反风设备，要能在10分钟分钟内改变巷道中的风流方向；内改变巷道中的风流方向；在连接矿井两翼、相邻采区、相邻煤层之间的巷道在连接矿井两翼、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；和煤尘参与爆炸；编制周密的预防和处理灾害计划。编制周密的预防和处理灾害计划。第二节第二节 矿井粉尘防治矿井粉尘防治 一、矿井粉尘及其危害一、矿井粉尘及其危害 矿井粉尘矿井粉尘矿井生产过程中产生的固体物质细微颗矿井生产过程中产生的固体物质细微颗粒的总称。粒的总称。矿尘按其成分可分为：矿尘按其成分
13、可分为：煤尘煤尘细微颗粒的煤炭粉尘。它主要是在采煤、煤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。巷掘进及煤装运过程中产生的。岩尘岩尘细微颗粒的岩石粉尘。它主要是在岩巷掘进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。及岩石装运过程中产生的。矿尘按其存在状态可分为：矿尘按其存在状态可分为：浮尘浮尘悬浮在矿井空气中的粉尘。悬浮在矿井空气中的粉尘。落尘落尘矿井内，因自重而降落，沉积在巷道顶、帮、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。底板和物体上的粉尘。矿尘按其颗粒组成范围可分为：矿尘按其颗粒组成范围可分为：全尘全尘飞扬在矿井空气中各种粒径
14、矿尘的总合。飞扬在矿井空气中各种粒径矿尘的总合。呼吸性粉尘呼吸性粉尘粒径在粒径在5m以下、能被吸入人体肺泡以下、能被吸入人体肺泡区的浮尘。区的浮尘。矿尘的危害：矿尘的危害：(1)对人体的危害对人体的危害 (2)煤尘爆炸煤尘爆炸 二、矿井综合防尘二、矿井综合防尘 1.减尘减尘(1)煤层注水煤层注水(2)采空区灌水采空区灌水(3)湿式凿岩湿式凿岩 2.降尘降尘(1)喷雾洒水喷雾洒水(2)水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥 (3)物理化学方法降尘物理化学方法降尘 泡沫降尘泡沫降尘 磁化水降尘磁化水降尘 湿润剂降尘湿润剂降尘 3.除尘除尘 (1)通风除尘通风除尘 (2)除尘器除尘除尘器除尘 (3)清扫和
15、冲洗巷道落尘清扫和冲洗巷道落尘 4.阻尘阻尘 三、煤尘爆炸及其防治措施三、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(一一)煤尘爆炸及其产生条件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煤尘爆炸产生的必要条件是必须同时具备以下3个条件：个条件：(1)煤尘本身具有爆炸性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煤尘必须悬浮在空气中并达到一定浓度。我国煤尘爆。我国煤尘爆炸的下限浓度：褐煤为炸的下限浓度：褐煤为4555g/m3；烟煤为；烟煤为110335g/m3。上。上限浓度一般为
16、限浓度一般为15002000g/m3。(3)具有高温热源具有高温热源。能引起煤尘爆炸的温度一般为。能引起煤尘爆炸的温度一般为700800以上。而井下的明火、电火花、机械摩擦火花、违章放以上。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。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。(二二)煤尘爆炸防治措施煤尘爆炸防治措施1.降低煤尘浓度降低煤尘浓度 2.消除引爆热源消除引爆热源 3.限制煤尘爆炸范围扩大限制煤尘爆炸范围扩大(1)抑爆措施抑爆措施(2)隔爆措施隔爆措施 岩粉棚岩粉棚 水棚水棚 图图9-5 活拼式岩粉棚活拼式岩粉棚 图图
17、9-6 悬挂式水槽棚悬挂式水槽棚 图图9-7 放置式水槽棚放置式水槽棚 第三节第三节 矿井火灾防治矿井火灾防治 一、矿井火灾及其分类一、矿井火灾及其分类 矿井火灾按引火热源的不同可分为矿井火灾按引火热源的不同可分为外因火灾外因火灾和和内因火内因火灾灾两类。两类。外因火灾外因火灾是指由外部火源引起的火灾。如电流短路、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。等都可能引起该类火灾。内因火灾内因火灾又称自燃火灾。它是指由于煤炭或其他易燃又称自燃火灾。它是指由于煤炭或其他易燃物自身氧化
18、积热，发生燃烧引起的火灾。在自燃火灾中，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。主要是由于煤炭自燃而引起的。二、矿井火灾的预防二、矿井火灾的预防 (一一)自燃火灾的预防自燃火灾的预防 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在常温下具有氧化能力的内在属性称为煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性 形成自燃火灾的必要条件是必须同时具备以下形成自燃火灾的必要条件是必须同时具备以下3个条件：个条件：具有自燃倾向性的煤呈破碎状态存在；具有自燃倾向性的煤呈破碎状态存在；连续供氧；连续供氧；氧化生成的热量易
19、于积聚。氧化生成的热量易于积聚。2.自燃火灾预防措施自燃火灾预防措施 (1)合理确定矿井开拓开采系统及采煤方法合理确定矿井开拓开采系统及采煤方法 (2)预防性灌浆预防性灌浆 泥浆预防自燃火灾的作用是：泥浆预防自燃火灾的作用是：隔绝氧气隔绝氧气。吸热降温吸热降温。阻化剂防火阻化剂防火。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。阻化剂有：生石灰、氯化钙、氯化钠及水玻璃等。(二二)外因火灾的预防外因火灾的预防 1.外因火灾及其必要条件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形成
20、外因火灾的必要条件是必须同时具备下列3个条件：个条件：可燃物存在可燃物存在。矿井内的可燃物除煤炭外，还有坑木、。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炸药、油料、机电设备的某些可燃部件(如非阻燃的橡胶、如非阻燃的橡胶、塑料制品塑料制品)等。等。具有高温热源具有高温热源。在矿井内电流短路、机械摩擦、焊。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。可能成为引火热源。足够的氧气足够的氧气。空气中氧气浓度必须大于。空气中氧气浓度必须大于14%才能维才能维持燃烧。持燃烧。
21、2.外因火灾预防措施外因火灾预防措施 外因火灾预防应针对其形成的必要条件采取相应措施。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。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。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。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：目前预警机电设备温升的方法有：(1)温升变色涂料预警温升变色涂料预警。(2)感温元件预警感温元件预警。它是利用由易熔合金、热敏电阻等。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
22、电设备的温升。组成的感温元件来预警机电设备的温升。三、矿井灭火矿井灭火 1.直接灭火法直接灭火法 (1)水灭火水灭火 (2)砂子砂子(或干粉或干粉)灭火灭火 (3)干粉灭火干粉灭火 (4)泡沫灭火泡沫灭火 (5)挖除火源灭火挖除火源灭火 2.隔绝灭火法隔绝灭火法 3.综合灭火法综合灭火法 第四节第四节 矿井水灾防治矿井水灾防治 一、地面防治水地面防治水 地面防治水的主要措施有：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历年最高洪水位(一般应大于一般应大于0.51.0m)。(2)井田范围内的河流、池塘、沟渠或其
23、他积水区域井田范围内的河流、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。量涌入井下造成灾害。(3)填堵或封闭漏水通道。填堵或封闭漏水通道。二、井下防治水井下防治水 井下防治水主要采取探、放、隔、截、堵等综合措施。井下防治水主要采取探、放、隔、截、堵等综合措施。1.探水探水 当采掘工作面遇有下列情况之一时，必须探水前进：当采掘工作面遇有下列情况之一时，必须探水前进：接近水淹的井巷、采空区或小煤矿；接近水淹的井巷、采空区或小煤矿；接近含水层、导水断层、溶洞或陷落柱；接近含水层、导水断层、溶洞或陷落柱
24、；接近河流、湖泊、水库、池塘等相连通的漏水通道；接近河流、湖泊、水库、池塘等相连通的漏水通道；接近有出水可能的钻孔；接近有出水可能的钻孔；接近其他可能出水的地区。接近其他可能出水的地区。2.放水放水 3.隔水隔水 4.截水截水 5.堵水堵水 第五节第五节 顶板事故防治顶板事故防治 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。的事故。一、回采工作面顶板事故的分类及事故原因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、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。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推行工作面支护质量与顶板动态监测技术
