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2013年安全工程师考试《安全生产技术》复习资料4矿井通风是指利用机械和自然风压为动力，使地面新鲜空气进入井下，并在井巷中作定向和定量流动，稀释井下有害物并将污浊的空气排出矿井的过程。其实质是有效地、合理地组织空气流动，稀释有害物质。矿井通风的基本任务是：连续不断地向井下供给适当空气，将新鲜空气科学合理地分配到各个用风地点，控制并稀释有毒有害物质。调节矿内气候条件，保证安全生产。矿井通风系统是通风动力、通风网路和通风控制设施的总称。矿井通风系统对全矿井的通风状况具有全局性的影响，是搞好井下通风防尘工作的基础。法律、法规明确规定，矿井必须有完整的、合理的通风系统。地下采矿作业是在有限有空间内进行的，不仅工作空间狭小、工作地点多变，生产过程中矿床和围岩体内会不断涌出瓦斯、碳氧化合物、氮氧化合物等有害气体，生产过程中也会不断产生矿尘，部分矿井甚至还存在放射性元素，这些有毒有害物质主要靠通风的办法解决。地面空气进入井下后，氧含量会逐渐降低，矿尘和有毒有害气体成分增加，空气的温度、湿度和压力等参数也会发生一定的变化。为井下采矿活动提供安全舒适的作业环境是矿井通风的根本目的。考查矿井气候条件的主要指标是空气的温度、湿度和流速。而从安全的角度上讲，考察矿井通风工程主要是从风流速度、风量、有毒有害气体浓度、空气的温度和湿度以及通风系统的稳定性和可靠性等方面进行。矿井通风研究的主要内容包括：有害物的生成和分布规律;井下气候条件变化规律及改善方法;井下各作业地点和矿井总风量的正确确定方法;通风系统、通风网络和通风方法的正确确定;通风阻力、通风动力特征以及通风技术管理等方面内容。矿井通风的研究方法主要包括：三个定律(即质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律);气体状态方程、连续性方程、运动方程和动量方程;物质、能量转移方程等。矿井通风是防止瓦斯、煤尘、火灾和热害等自然灾害发生的根本保障。在灾变时期，合理的风流调度是防止灾情恶化，保证有效救灾的最积极最有效的手段。无数的事故案例表明，零星事故的发生主要源于人们的思想麻痹和各种违章行为，而重大灾害事故的发生和恶化，与矿井通风系统中存在的不安全隐患存在着千丝万缕的联系。要搞好矿井通风与安全工作必须在各种基础理论的基础上，运用系统论、控制论的方法和手段，辩证地分析和解决有关问题。弄清采场范围内冒顶事故发生的原因和规律，对冒顶的预防和处理有着十分重要的意义。1.事故发生的原因及地点采煤工作面自开切眼推进到停采线，顶板运动和矿压显现特征可分为两个发展阶段，即老顶第一次来压前的来压阶段和老顶来压完成后的正常推进阶段。对近几年重大冒顶事故的分析可知，约80%的顶板事故发生在第一次来压阶段，其中71%发生在老顶来压之前，只有29%发生在老顶来压时。初次来压前，老顶两端由煤壁等高支承，下沉量很小。工作面采用支撑力较低的增阻支柱支护，支柱上压力很小。在支柱上没有明显压力显现的情况下，直接顶的突然运动很容易将支柱推倒，引起推垮事故。在正常推进阶段，老顶来压时冒顶事故，从机理上讲原因有二：一是工作面推至老顶周期来压步距前时，老顶下沉量最小，如果支架阻力不够或支护特性不合理，就会造成直接顶与老顶的离层。老顶来压时对直接顶形成冲击，造成推垮工作面事故。二是采用木支架等刚性支架，在老顶来压时易被压断，失去支护能力，工作面被压垮。在第一次来压阶段0～30m范围内发生的伤亡事故中，有50%以上发生在工作面推进不到10m的范围内，亦即工作面正处于开始推进的阶段，其中，多数发生在进行第一次放顶期间。其原因是该部位的老顶、强度高的直接顶上位岩层悬露跨度小，挠曲下沉不明显，支架承压小，容易在下位岩层切断时垮落。沿工作面倾斜方向，距离上出口10m内事故比临近下出口部位事故要多得多，这主要是受上侧采空区未受到良好支承的上覆岩层作用影响，工作面顶板完整性遭到破坏而造成的。2.事故类型及作用力研究表明，在严重切顶事故中，由直接顶运动造成的占绝大多数，由老顶大面积运动造成的也相当可观。这说明，提前预报直接顶和老顶来压的时间和位置，采取相应的措施，避免严重切顶事故是完全可能的。统计表明，工作面推垮事故在顶板事故中占的比例较大，而在因直接运动所造成的垮面事故中，推垮性事故所占比例更大。这说明，在单体支柱工作面对顶板来压，尤其是直接顶来压，要着重解决支架稳定性的问题，要采用初撑力高的支柱以及合理的支护方式等。在压垮事故中，老顶来压造成事故所占的比重较大，且多发生在木支柱工作面。实践证明，目前采用单体液压支柱支护的工作面，由于初撑力高，可缩量大，工作阻力比较均匀，可以大幅度地减少垮面事故。3.事故的范围多起切顶事故中，全工作面塌垮的情况较少，这说明除了直接顶和老顶来压可能分段进行外，各过程的操作及支护状况也有影响。例如，在直接顶已在煤壁附近裂断的情况下，采煤机盲目高速推进，大面积空顶或支护质量不高，极易在直接顶和老顶大面积运动时造成推垮工作面的事故。此外，多数倾斜方向推垮性事故都是在首先出现了局部冒顶之后发生的。4.发生事故的煤层条件绝大多数的顶板事故发生在中厚及厚煤层条件下，薄煤层顶板事故较少。厚煤层下分层开采时的事故比重较大。其原因主要是在假顶下，特别是工作面刚开始推进时，直接顶胶结不牢，很容易发生局部冒顶，诱发大面积推垮工作面的事故。据统计，有一半的顶板事故是发生在倾角大于20mm的煤层条件下的，而在推垮性事故中，所占比重更大。这是因为煤层倾角愈大，顶板运动时沿倾斜下滑的危险也愈大(下滑分力大，阻力小)大型推垮性事故中，有许多是发生在岩层强度差别较大的复合顶板下。但第一类复合顶板(即由低强度的直接顶与高强度的老顶相结合)，由于冒落厚度大，能够充填采区，阻止直接顶向采空区运动。因此、只有在煤层倾角较大时，才会造成自倾斜方向推垮工作面的事故。而第二类复合顶板(即直接顶本身上硬下软)，在一般情况下自倾斜和向老槽方向推垮工作面的事故都易发生，因此，是最危险的顶板。5.发生顶板事故的工艺技术条件发生顶板事放，与采场的支护类型有关。采用金属摩擦支柱的顶板事故次数最多，全部木材支护的次之、而单体液压支柱工作面顶板事故则是个别现象。主要是当前应用的摩擦式金属支柱初撑力低、阻力受操作质量等人为因素影响很大，承载不均，可靠性差。木支架则是由于“顶不紧，抗不住”而造成的。工作面支护尽量采用初撑力大，可缩量大，阻力可靠的单体液压支柱。从统计中可以看到，采煤、放顶操作引起的顶板事故几乎各占一半，说明工艺操作引起顶板支承失衡是顶板大面积运动的一个重要条件。因此，通过矿压观测的方法，掌握顶板所处的状态，在进行采煤、放顶等工作之前，采取针对性措施，对于防止顶板事故是非常必要的。按照顶板一次冒落的范围及造成伤亡的严重程度，可将常见的顶板事故分为两大类：大冒顶和局部冒顶事故。1.大冒顶的预兆及预防措施采煤工作面不断向前推进，采场控顶面积便逐步增大，当厚度不大的直接顶逐渐塌落，而坚硬的老顶大面积的悬露时，在工作面顶板岩层形成一个自然压力拱，煤壁受压发生变化，造成工作面压力集中、在这种情况下，如果工作面支架对顶板的总支撑力不能与维持顶板稳定下沉的要求相适应，就会出现大冒顶(或称切顶)(1)大冒顶的预兆1)顶板的预兆：(a)顶板连续发出断裂声。这是由于直接顶和老顶发生离层或顶板切断而发生的声响。(b)顶板岩层破碎、下落、掉碴。掉碴一般由少变多，由稀变密。(c)顶板裂缝增加或裂隙张开，并产生大量的下沉。2)煤帮的预兆。由于冒顶前压力增加，煤壁受压后，煤质变软，片帮增多。使用电钻打眼时，钻眼省力;用采煤机割煤时，负荷减少。3)支架的预兆。使用木支架时，支架大量折断，发出声音。使用金属支柱时，顶板来压引起活柱快速下沉，连续发出“咯，咯”的响声，支柱发颤。工作面使用绞接顶梁时，因受顶板冲击压力，顶梁楔被弹出或挤压，俗称“飞楔”。底板松软或底板留有底夹石、丢底煤时，支柱会大量插入底板。4)工作面瓦斯含量增多或淋水增大。含有瓦斯的煤层，冒顶前瓦斯涌出量突然增大。有淋水的顶板，淋水量增加。(2)预防大冒顶的措施1)掌握工作面顶板周期来压规律。在确定工作面支架的总支撑力时，必须考虑顶板的初次来压和周期来压规律。如果支架总支撑力只能适应平时顶板压力，当有周期来压时会给工作面造成严重威胁、在支架的总支撑力不足应付周期来压时，掌握了顶板活动规律，在来压前加强支护，多增支架，并采取各种安全措施，则可以防止冒顶。所以，采掘工作面有备用支护材料是十分必要的。2)采煤工作面要有合理的支架规格和支护密度。3)加快工作面推进速度。因为工作面进度慢，顶板下沉量大，所以顶板不完整，木支架折损多，反应在金属支柱上的压力也大。由于进度慢，支柱大量折损，便使得工作面的总支撑力减小，这就容易推垮工作面。故应加快工作面推进速度。2.局部冒顶的预兆及预防措施局部冒顶的发生主要决定于顶板的岩石性质以及支架对每一块顶板的支撑力。当顶板破碎、节理发育时、不进行支护就会发生冒顶。在地质条件变化的区域，也易发生冒顶。有时尽管顶板比较稳定，但忽视支架规格质量，违反操作规程，也会引起局部冒顶。(1)局部冒顶的预兆(a)工作面遇到小地质构造;(b)顶板裂隙张开，裂隙增多，敲帮问顶时发出不正常的声音;(c)顶板裂隙内卡有活矸，并有掉碴、掉矸现象，先小后大;(d)煤层与顶板接触面上，极薄的矸石片不断地脱落;(e)滴淋水从顶板劈裂面滴落。(2)预防局部冒顶的措施(a)支护方式必须和顶板岩石性质相适应。(b)采煤机采后要及时支柱。(c)整体移置输送机要采取必要的安全措施。(d)工作面上下出口要有特种支架。根据《煤矿安全规程》的规定，一般采取在上、下平巷中超前工作面架抬棚，在机头、机尾处架抬棚，有时要加打密集支柱或木垛等措施加以特别支护。(e)防止放炮崩倒棚子。(f)认真做好回柱放顶工作。回柱放顶一定要及时，控顶距超过作业规程规定时，禁止采煤。回柱后顶板仍不冒落，超过规定悬顶距离时，必须采取人工放顶或其他有效措施进行强制放顶。(g)坚持正规循环作业。(h)坚持执行必要的制度。如敲帮问顶制度、验收支架制度、岗位责任制度、金属支架检查制度、交接班制度、顶板分析制度等。(1)炸药炸药是在一定的条件下，能够发生快速化学反应，释放大量热量，产生大量气体，因而对周围介质产生强烈的机械作用，呈现所谓爆炸效应的化合物或混合物。炸药一般有酸铵类炸药、水胶炸药、硝化甘油炸药和乳胶炸药。其中硝酸铵类炸药是我国矿山最广泛使用的工业炸药。硝酸铵类炸药曾称“硝安炸药”或“硝铵炸药”，是经硝酸铵为主加有可燃剂或再加敏化剂(硝化甘油除外)，可用雷管起爆的混合炸药。该炸药的特点是氧平衡接近于零，有毒气体产生量受到严格限制。硝酸铵炸药均为粉状，用纸包装加工成圆柱形药卷，外涂一层石蜡防水。硝酸铵炸药的贮存期为4～6个月。(2)起爆器材起爆器材可分为起爆材料和传爆材料两大类。雷管是爆破工程的主要起爆材料，导火线、导爆管属于传爆材料，继爆管、导爆线既可起起爆作用，又可起传爆作用，是两者的综合。①雷管：雷管由外界能激发，能可靠地引起其后的起爆材料或各种工业炸药爆轰的起爆材料。雷管有火雷管与电雷管两种。使用导火索引爆的雷管称火雷管，用通电点火引爆的雷管称为电雷管。由于煤矿井下存在瓦斯和煤尘。因此，煤矿井下禁止使用明火起爆，只能采用电能激发的电雷管。电雷管可以分成如下几种：激发后瞬时爆炸的称“瞬发电雷管”，隔一定时间爆炸的称“延期电雷管”。按延期间隔时间不同，延期电雷管又可以分为“秒延期电雷管”和“毫秒延期电雷管”。②导火索：导火索又叫导火线，用于引爆火雷管。由于导火索点燃后，自身是一发火体，因此不能在有瓦斯或矿尘爆炸的场所使用。③导爆索：导爆索又叫传爆线，是以副爆药为索芯，以棉、麻、纤维等为被覆材料，能够传递爆轰波的索状起爆材料。导爆索可用来传递爆轰波并直接引爆炸药或与之相连的另一根导爆索。④继爆管：继爆管是专门与导爆索配合使用的延期起爆器材，借助于继爆管的微差延期继爆作用与导爆索一起实现微差爆破。⑤导爆管：导爆管是一种非电起爆器材，不能直接起爆炸药，只能传递爆轰波起爆雷管，由雷管引爆炸药。导爆