第七章 矿井灾害防治技术

第七章矿井灾害防治技术第一节矿井瓦斯灾害防治一、矿井瓦斯的概念和性质二、矿井瓦斯的成因和分带1、成因：生物化学成气时期；煤化变质作用成气时期。2、分带：N2—CO2带；N2带；N2——CH4带；CH4带三、煤层瓦斯的赋存状态1、赋存状态：自由状态（游离状态），吸附状态。2、煤层瓦斯含量：包括游离瓦斯和吸附瓦斯。m3/t。3、煤层瓦斯压力：游离瓦斯的压力。四、矿井瓦斯的涌出（一）矿井瓦斯的涌出形式1、普通涌出。2、特殊涌出：喷出；突出。（二）矿井瓦斯涌出量1、绝对瓦斯涌出量：m3/min。2、相对瓦斯涌出量：m3/t。（三）瓦斯涌出的影响因素自然因素，开采技术因素。（四）矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级按矿井绝对瓦斯涌出量、相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：（1）低瓦斯矿井──矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。（2）高瓦斯矿井──矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。（3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井──发生过一次煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的矿井。五、瓦斯爆炸的规律（一）瓦斯爆炸的原因和危害1、原因：甲烷与氧气在引火源的作用下发生的激烈的氧化反应。2、危害：高温高压冲击波；有毒有害气体。（二）瓦斯爆炸条件1、爆炸条件：瓦斯达到爆炸界限（5—16%）；氧气浓度不低于12%；足够能量的引火源（650—750℃）。2、瓦斯爆炸的致因：瓦斯积聚：通风系统不合理；串联通风；局扇停转；排放瓦斯不利；瓦斯涌出异常等。引火源：炸药不合格；炮泥充填不够；炮眼布置不合理；电气不防爆；放炮器不合格等。六、瓦斯爆炸的防治及处理（一）防止瓦斯积聚的措施。1、加强通风，把瓦斯浓度稀释到安全浓度以下，并排出矿井；2、加强瓦斯浓度检查和监测；3、及时处理局部积聚的瓦斯；4、对瓦斯涌出量大的煤层或采区进行瓦斯抽放，这是防止瓦斯积聚和突出的最有效的措施。（二）防止瓦斯引燃的措施。1、严格明火管理；2、严格井下放炮制度；3、井下使用的电器设备，必须符合《煤矿安全规程》的有关要求；4、严防摩擦火花和静电火源出现；5、严格管理火区防止密闭墙漏风。（三）限制瓦斯爆炸范围扩大的措施。1、编制预防和处理瓦斯爆炸事故计划，2、实行分区通风，简化通风系统，3、设置防尘隔爆设施等。七、矿井瓦斯抽放瓦斯抽放的条件：（一）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：1．大于或等于40m3/min；2．年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；3．年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；4．年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；5．年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。（三）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。（二）瓦斯抽放的方法：按抽放瓦斯的来源分：1．本煤层抽放；2．邻近层抽放；3．采空区抽放；按抽放与采掘的时间配合分：1．预先抽放；2．边采边抽；3、采后抽放。按抽放工艺分：1．钻孔抽放；2、巷道边抽；3、钻孔巷道混合抽放。4、采空区封闭抽放；5、地面抽放。第二节矿尘灾害防治一、矿尘及性质（一）矿尘的产生及分类按粒径分类；按存在状态分类；按粒径组成范围分类；按有无爆炸性分类；按矿尘的成分分类。全尘（总粉尘）：粒径1mm以下。呼吸性粉尘：5微米以下。（二）矿尘的危害：尘肺病；煤尘爆炸。（三）矿尘浓度及安全标准粉尘中游离SiO2含量（%）最高允许浓度/（mg/m3）总粉尘呼吸性粉尘1010～5050～80≥80102223.510.50.3一、矿山尘肺病定义：是以长期吸入大量微细粉尘而引起的以纤维组织增生为主要特征的肺部疾病。（一）尘肺病种类：1、矽肺病：岩尘为主2、煤肺病：煤尘为主3、煤矽肺病：混合粉尘。（二）发病机理1、10微米以上粉尘：上呼吸道内，通过鼻腔、气管粘膜分泌物排出；2、5-10微米粉尘：支气管内，通过纤毛运动随咳痰排出。3、2-5微米粉尘：下呼吸道的细小支气管内，通过纤毛运动逐级排出；4、2微米左右粉尘：呼吸性支气管和肺内，一部分沉积在肺泡壁和肺内。残留在肺内的粉尘仅占总吸入量的1—2%以下。三、煤尘爆炸及预防1、煤尘爆炸特征（1）高温高压冲击波（2）煤尘爆炸具有连续性（3）挥发份减少或形成“黏焦”（4）产生大量的一氧化碳。最高达8%。2、煤尘爆炸条件（1）煤尘本身具有爆炸性。（2）煤尘必须悬浮在空气中，且浓度在爆炸极限范围内（下限一般浓度为30～50g/m3，上限一般浓度为1000～2000g/m3）。（3）存在高温引燃热源。煤尘的引燃温度变化范围较大，一般为700～800℃。3、预防煤尘爆炸的措施预防煤尘爆炸的技术措施可分为三大类：防尘措施、防爆措施和隔爆措施。（1）防尘措施防尘措施一般有减尘、降尘、排尘和除尘等综合措施。方法有：煤层注水、采空区注水、水封爆破、喷雾洒水、控制风速、清扫落尘等。（2）防爆措施消除井下引爆火源，井下引爆火源主要有：放炮时产生的火源、电器火花、摩擦火花、瓦斯爆炸和煤炭自燃等。（3）隔爆措施岩粉棚或水棚；撒岩粉。第三节矿井火灾防治一、概述矿井火灾：凡是发生在煤矿井下或地面，但火烟能进入井下威胁井下安全的火灾，都叫矿井火灾。按其发生地点可分为地面火灾和井下火灾；根据引火源的不同可分为外因火灾和内因火灾。（一）火灾三要素：可燃物；热源；空气。（二）矿井火灾分类1．内因火灾。是指煤炭等易燃物在一定条件下，由于自身氧化而引起的火灾，又称自燃火灾。它经常发生在采空区、停采线、断层、煤柱、等丢煤区，掘进冒顶处或封闭不严的旧采区内。2．外因火灾。指由于外部火源引起的火灾。如明火、电缆着火、电气设备产生的电弧火花，瓦斯或煤尘爆炸，以及放炮引起的火灾。外因火灾大多容易发生在井底车场、机电硐室。运输及回采巷道等机械、电气设备比较集中，而且风流比较通畅的地点。（三）自然火灾的发生过程煤炭自燃是一个很复杂的氧化过程，按其自燃过程的温度和物理化学特征，分为潜伏期、自热期和自燃期三个发展阶段。1、潜伏期（又称低温氧化阶段）煤体温度不升高，其外表特征没有明显变化。2、自热期。这一阶段的煤层的氧化速度加快，特征是：煤体温度升高；空气湿度加大，支架和巷道壁有水珠凝结；空气中CO含量升高等。3、自燃期。当煤体温度达到其自燃临界点温度以上时，若能继续得到充分的供风，煤就开始着火燃烧，进入自燃期。（四）煤炭自燃的条件（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；（2）有连续供氧条件；（3）有积聚氧化热的环境；（4）上述三个条件持续的时间要大于煤的自然发火期。（五）煤的自燃发火期从潜伏期到自燃的时间间隔。（六）矿井火灾的危害（1）烧毁大量设备和煤炭资源；（2）为了灭火封闭火区，冻结大量可采储量；（3）能引起瓦斯、煤尘爆炸事故；（4）火灾产生大量有毒有害气体，造成人员伤亡；（5）为扑灭井下火灾，需消耗大量灭火材料，造成巨大经济损失。（七）火风压矿井火灾造成的井下空气压力变化，形成的一种向上压力。二、矿井火灾防治技术（一）矿井火灾预防的一般性技术措施1、严格控制火源2、严格对易燃品的管理3、重要场所必须采用不燃性材料支护4、进风井口应安设防火铁门5、地面设置消防水池，井下设置消防管路系统6、井上、下必须设置消防材料库7、井下主要地点要配备灭火器材8、主要通风机要具有反风能力。（二）自燃发火的防治技术1、开拓开采方面2、通风方面：减少漏风，均压防灭火3、介质法防灭自燃发火：（1）灌浆防灭火（2）凝胶防灭火：水玻璃（3）阻化剂防灭火：卤化物（4）惰气防灭火：氮气、二氧化碳（5）泡沫防灭火：第四节矿井水灾防治一、概述（一）矿井水灾对生产的影响。（二）矿井充水指标1、含水系数：矿井每采1吨煤，需从矿井内排出的水量。2、矿井涌出量：单位时间内流入矿井的水量。涌出量小的矿井：小于2m3/min涌水量中等的矿井：2-5m3/min;涌水量大的矿井：5-15m3/min;涌水量极大的矿井：大于15m3/min.（三）矿井水灾的水源（1）地面水：江河、湖泊、池塘、水库、沟渠等积水，以及季节性雨水。（2）地下水：潜水、承压水、溶洞水、断层水、老空水等。二、矿井防治水技术（一）地面防治水技术1、防止井口灌水2、防止地面渗水3、加强地面防水工程的检查（二）井下防治水技术1、做好矿井水文观测与水文地质工作，查明矿井水源和可能涌水通道，为防治水提供依据。2、在采掘工作中，必须遵循“有疑必探，先探后掘”的原则，遇到下列任何一种情况时，都必须探水前进：（1）接近被岩淹井巷或小窑、老空区。（2）接近溶洞、含水断层、含水层或接近积水区。（3）上层有积水，在下层进行采掘活动，两层之间的距离小于安全厚度的要求（4）探水地区内掘进，一次掘进长度达到了允许掘进的长度，或探水孔的超前距已达到规定的限度。（5）采掘工作面发现出水征兆。（6）突然发现断层，对另一盘的水文地质情况不清楚。（7）打开隔离煤柱放水。（8）接近有出水可能的钻孔。（9）采掘工作面接近各类防水煤柱线，为确保煤柱尺寸，要提前探明情况。（10）在强含水层上，工作面进行带压开采，对强含水层水压、水量、裂隙等情况不清楚，对隔水层厚度变化情况不清楚。具体措施：探水；排水；截水；堵水。三、矿井突水事故处理（一）透水征兆（1）煤壁或巷道壁“挂红”、“挂汗”；（2）巷道空气变冷；（3）煤层发潮、发暗；（4）巷道产生雾气；（5）顶板来压、淋水加大或底板鼓起有渗水；（6）有“咝咝”的水流声；（7）有时有臭鸡蛋味。（二）应急措施（三）矿井火灾处理1、发生火灾时应采取的措施2、风流控制3、灭火方法：（1）直接灭火法（2）隔绝灭火法（3）混合灭火法4、火区的管理与启封（1）火区管理：火区位置图；火区卡片；定期检查观测。（2）火区启封：火区同时具备下列条件时，方可认为火已熄灭：（一）火区内的空气温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。（二）火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下。（三）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下。（四）火区的出水温度低于25℃，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。（五）上述4项指标持续稳定的时间在１个月以上。火区启封工作应由矿山救护队来完成。第五节矿山救护一、矿山救护队矿山救护队是负责处理矿山事故的专业性队伍，是具有职业化、技术化和军事化的专业组织。（一）矿山救护队的组织与任务。1、组织：大队；中队；小队。矿山救护队值班员必须24h值班。辅助矿山救护队。矿山救护队距离服务矿井的行车时间以不超过30min为限。救护队接到报警后，必须1min钟内出发。进入灾区的救护小队队员不得少于6人2、任务：（1）抢救井下遇难人员；（2）处理灾害事故，控制灾情；（3）参与危及井下人员安全的灭火工作；（4）参加排放瓦斯、震动性爆破、启封火区、反风演习和其他需要佩戴氧气呼吸器的安全技术工作；（5）参与审查矿井灾害预防和处理计划，协助搞好矿井安全和消除事故隐患的工作；（6）负责辅助救护队的培训和业务指导；协助矿井搞好职工救护知识的教育。（二）矿山救护队的常用技术装备1、氧气呼吸器。氧气压力不得低于18MPa，任何情况下氧气呼吸器都必须保留不低于5MPa的压力。2、自动苏生器：二、矿工自救（一）发生事故时现场人员的行动原则（二）矿工自救装置和设备1．自救器：自救器分为过滤式和隔离式两类。隔离式自救器又分为化学氧自救器和压缩氧自救器两种。目前使用最多的是化学氧自救器。2．避难硐室避难硐室是供井下人员在遇到事故无法撤退而躲避待救的设施，避难硐室有两种：一种是事先设在井底车场和采区工作地点安全出口路线上的永久避难硐室；另一种是事故后因地制宜构筑的临时避难硐室。（三）撤离灾区的一般原则1、发生瓦斯煤尘爆炸事故：2、发生火灾事故：3、发生水灾事故4、避难时的一般原则。