第五节掘进安全工作

第五节掘进安全工作井巷工程一、预防瓦斯爆炸(一)瓦斯爆炸机理1.瓦斯爆炸的机理瓦斯爆炸的实质就是一定浓度的瓦斯与空气中的氧气在一定温度作用下产生的剧烈氧化反应，其反应过程十分复杂，化学反应式的最终结果是：在纯氧中为CH4+2O2=CO2+2H20+882.6kJ／mol在空气中为CH4+2(O2+4N2)=CO2+2H20+8N2+882.6kJ／mo1上述反应均为放热反应，当反应生成热的速度第七章巷道掘进2019/10/22第五节掘进安全工作大于散热速度时，则热量积聚，反应物的温度升高，氧化进一步加快，使气体受热迅速膨胀，最后形成爆炸。如果参与反应的瓦斯浓度低或氧气不足，生成热的速度小于散热速度时，就不会形成爆炸。2.瓦斯爆炸条件瓦斯爆炸必须同时具备三个条件，即适宜的瓦斯浓度、高温火源和足够的氧含量，三者缺一不可。若能消除、控制其中一个条件，即可防止瓦斯爆炸。(1)瓦斯浓度第七章巷道掘进2019/10/23第五节掘进安全工作瓦斯浓度是指瓦斯在空气中按体积计算占有的比率，以百分比表示。瓦斯浓度与煤层瓦斯含量是两个完全不同的概念，不可混淆。瓦斯爆炸界限是指在空气中瓦斯遇高温火源能引起爆炸的浓度范围。瓦斯能发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限。试验证明，瓦斯的爆炸下限为5%～6%，上限为14%～16%，而当瓦斯浓度为9.1%～9.5%时，爆炸最猛烈。上述结论说明，瓦斯只有在一定的浓度范围内才有爆炸性。第七章巷道掘进2019/10/24第五节掘进安全工作(2)高温火源点燃瓦斯所需要的最低温度称为点燃温度。在正常大气条件下，瓦斯在空气中的点燃温度为650～750℃。点燃温度受瓦斯浓度、气体压力、温度与火源性质等因素的影响。点燃温度与瓦斯浓度的关系见表7—26。从表7—26可以看出，瓦斯最容易点燃的浓度为7%～8%。第七章巷道掘进2019/10/25第五节掘进安全工作表7—26点燃温度与瓦斯浓度的关系瓦斯浓度/%23.46.57.68.19.511.014.7点燃温度/0C810665512510514525539565第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作6明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的金属表面、吸烟，甚至撞击或摩擦产生的火花等煤矿井下所能遇到的大多数火源都足以点燃瓦斯。然而使用安全炸药进行爆破时，炸药爆炸初温虽可高达2000℃左右，但在绝大多数情况下不会引起瓦斯的燃烧与爆炸。这是因为人们在制造安全炸药时利用了瓦斯点燃所具有的一个重要性质，即瓦斯的引火延迟性。瓦斯的引火延迟性是指达到爆炸浓度的瓦斯与高温火源接触时，并不立即发生燃烧或爆炸，而是稍微延迟的现象称为瓦斯的引火延迟性。使用安全炸药第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作7进行爆破时，虽然炸药爆炸初温司达2000℃左右，但火焰存在的时间仅为千分之几秒，小于瓦斯爆炸的感应期，故不会引起瓦斯爆炸。(3)足够的含氧量瓦斯爆炸就是瓦斯的急剧氧化，没有足够的氧气，瓦斯就不能爆炸。大量实验也证明，瓦斯爆炸的界限随氧浓度的下降而缩小。当氧浓度降低时，瓦斯爆炸下限缓慢地升高，而上限迅速下降。当氧浓度低于12%时，瓦斯与空气的混合气体就失去了爆炸性。在瓦斯与空气的混合气体中，瓦斯的爆炸第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作8界限与氧浓度的关系如图7-118所示。三角形BCE为爆炸区。图7—118瓦斯—空气混合气体爆炸与氧浓度的关系第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作9综上所述，在一般情况下瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯(5%～16%)；高温火源(650～750℃)和足够的氧气(12%以上)。这三个条件必须同时具备，瓦斯才能爆炸。(二)预防瓦斯爆炸的措施掘进工作面发生瓦斯爆炸的原因有：(1)掘进巷道多数位于煤层的新开拓区，瓦斯涌出量较大。(2)局部通风管理难度较大，容易出现失误或管理不善，如局部通风机因故停转或风筒漏风太第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作10大，致使风量不足或风速过低等原因不能有效地将掘进工作面附近及巷道内的瓦斯冲淡排出，导致瓦斯积聚达到爆炸浓度。(3)煤巷掘进多用电钻打眼、爆破，出现机电设备失爆和爆破不合规定产生引爆火源的可能性较多。大多数煤矿职工在长期的生产实践中，积累了丰富的预防瓦斯爆炸事故的经验，产生了许多行之有效的措施，归纳起来主要有三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯引燃和防止瓦斯爆炸事故范围扩大。第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作111.防止瓦斯积聚(1)加强通风矿井通风的基本任务之一就是把瓦斯等有害气体及粉尘稀释到安全浓度以下，并排至矿井以外。所以，加强通风既是防止瓦斯积聚的基本方法，也是主要措施。(2)加强瓦斯检查加强对瓦斯浓度和通风情况的检查，是及时发现和处理瓦斯超限、瓦斯积聚和防止发生瓦斯爆炸事故的前提。’瓦斯检查人员必须按《煤矿安全规第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作12程》规定要求检查瓦斯和二氧化碳浓度，严禁空班漏捡，必须严格执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查瓦斯的结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。(3)抽放瓦斯抽放瓦斯是瓦斯涌出量大的矿井或采区防止瓦斯积聚的有效措施。(4)及时处理局部积聚的瓦斯生产过程中瓦斯容易积聚的地点有：采煤工作第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作13面的上隅角和采空区边界，采煤工作面的采煤机附近，顶板冒落的空洞内，低风速巷道的顶板附近以及停风的盲巷中。及时处理这些地区局部积聚的瓦斯，是矿井日常瓦斯管理工作的重要内容。2.防止瓦斯引燃井下引起瓦斯爆炸的引火源主要是机电设备的电弧、火花和炽热体，以及明火、爆破等。防止瓦斯引燃的原则就是杜绝一切火源。爆破前应检查工作面附近20m的瓦斯浓度，超过1%就不能爆破；在瓦斯矿井爆破必须使用煤矿许第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作14用炸药；爆破时，掘进工作面不得有阻塞断面1／3以上的物体，以免造成冲击波的反射；变质炸药，发爆能不足的雷管应禁止使用；炮眼必须进行良好的填塞后才准爆破。3.防止瓦斯灾害事故的扩大煤矿生产过程中，认真采取防治瓦斯积聚和引燃的措施，瓦斯爆炸事故是可以避免的。但如放松警惕，稍加忽视，还有发生事故的可能牲。一旦某些地点发生爆炸，应使其限制在局部地区，尽可能缩小波及范围。为此，应有以下措施：第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作15(1)实行分区通风。各水平、各采区和各工作面应有独立的进、回风系统；(2)通风系统力求简单，不用的巷道都要及时封闭；(3)装有通风机的井口，必须设置防爆门，以防止发生爆炸时，爆炸波冲毁通风机，造成救灾和恢复生产时的困难；(4)设置水棚、岩粉棚、岩粉带，阻止瓦斯爆炸或由于煤尘参与爆炸而波及其他地点；(5)编制周密的预防与处理瓦斯爆炸事故的计第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作16划。二、煤尘爆炸及其预防(一)煤尘爆炸机理和特征1.煤尘爆炸机理煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应，一般认为其爆炸机理及过程如下：(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作17增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；(2)当温度达到300～400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1％左右的其他碳氢化合物；(3)形成的可燃气体与空气混合，在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作18使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。2.煤尘爆炸特征(1)形成高温、高压、冲击波。煤尘爆炸火焰温度为1600～1900℃，爆源的温度达到2000℃以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一次爆炸的理论压力将是前一次的5～7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作191120m／s，冲击波速度为2340m／s。(2)煤尘爆炸具有连续性。由于煤尘爆炸具有很高的冲击波速，能将巷道中落尘扬起，甚至使煤体破碎形成新的煤尘，导致新的爆炸，形成连续爆炸，这是煤尘爆炸的重要特征。(3)煤尘爆炸的感应期。煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。(4)对于气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤的煤尘，一旦发生爆炸，一部分煤尘会被焦化，粘结在第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作20一起，沉积于支架或巷道壁上，形成煤尘爆炸所特有的产物一焦炭皮渣或粘块，统称“粘焦”。“粘焦”也是判断井下发生爆炸事故时是否有煤尘参与的重要标志。(5)产生大量的C0。煤尘爆炸时产生的C0，在灾区气体中浓度可达2%～3%，甚至高达到8%左右，爆炸事故中受害者的大多数(70%～80%)是由于CO中毒造成的。(二)煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作21有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。1.煤尘本身具有爆炸性煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸的危险性必须经过试验确定。《煤矿安全规程》规定：新矿井的地质精查报告中，必须有各煤层的煤尘爆炸性鉴定材料。生产矿井每延深一个新水平，由矿务局组织一次煤尘爆炸性试验工作。2.煤尘必须浮游在空气中，并具有一定的浓度井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作22才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低或最高煤尘量称为下限浓度和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30～50g／m3，上限浓度为1000～2000g／m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g／m3。3.点燃煤尘的炽热火源煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘特第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作23性、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610～1050℃之间，一般为700～800℃。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧或爆炸、井下火灾等。根据统计资料，由于爆破和机电火花引起的煤尘爆炸事故分别占总数的45%和35%。煤尘爆炸必须同时具备以上三个条件，缺一都不可能引起煤尘爆炸。(三)预防煤尘爆炸的措施第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作24预防煤尘爆炸的措施，可分为降尘措施，防止引燃措施和限制爆炸传播措施。l.降尘措施防尘防爆最主要最积极的措施是设法减少生产中煤尘的产生量和浮尘量，具体措施有：(1)煤层注水即回采前预先在煤层中打若于钻孔，通过钻孔以0.507～l.01MPa或更高压力向煤层注水，使压力水沿煤层层理、节理和裂隙渗入煤层预湿煤体，以减少开采时煤尘产生量。实践证明，煤层注水是防第七章巷道掘进2019/10/2第五节掘进安全工作25尘最积极的措施，煤层注水后一般可降尘60%～90%。(2)水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥是借炸药爆破时产生的压力将水注入煤层的一种降尘方法。水在爆破压力的作用下，不仅可渗到煤层中，有助于提高爆破效果，而且爆破时水的汽化更能提高降尘效果。图7-119、120为水封爆破布置示意图。在炮眼内的炸药(用炮泥隔水)和炮眼口的炮泥之间的空问，插入细注水管注水