矿井通风与灾害防治.ppt

2019/10/4,1,矿井通风与灾害防治,2019/10/4,2,本课程介绍,了解矿井“一通三防”和矿井“五大自然灾害” 基本知识 熟悉矿井“五大自然灾害”发生的条件及预防措施 掌握灾害的预测预报技术和各种主要防治技术的实施方法 重点是矿井通风和瓦斯、煤尘、煤层自燃灾害防治知识 难点是矿井灾害的发生条件及预防措施,2019/10/4,3,第一部分 矿井通风,矿井通风的任务(目的)是什么？ 向井下各工作场所提供适宜的新鲜空气，供人员呼吸;(每人4m3/min) 冲淡并排除各种有毒有害气体和矿尘; 创造适宜的气候条件。,2019/10/4,4,矿井通风的任务（一）,地面空气成分：O2：20.96、N2：79、CO2：0.04，其他稀有气体：0.94。 井下空气成分变化： O2 、 CO2、混入各种有毒、有害气体和矿尘、空气的温度、湿度、压力发生改变等。 O2：无色、无味、无臭的气体，难溶于水，性能活泼，能助燃，相对密度为1.11。人呼吸所需要的氧气量：静止时0.25L/min，工作或行走时13L/min。当空气中氧浓度下降到：17时，人工作时感到喘息和呼吸困难；15时，失去劳动能力：1012时，失去理智；时间稍长就有生命危险。 规程规定：采掘工作面的进风风流中，按体积计算，氧气的浓度不得低于 20 ，二氧化碳的浓度不得超过 0.5;总回风流中二氧化碳的浓度不得超过0.75；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5时，必须停工处理。,2019/10/4,5,矿井通风的任务（二）,二氧化碳(C02) 二氧化碳无色、无臭、微毒，带有微酸味；比空气重、与空气相比比重为1.52，常常聚存在通风不良的盲巷底部和掘进下山巷道内；易溶于水，不助燃，不爆炸。所以我们常常利用它不助燃的特点，来扑灭并下火灾。 二氧化碳对眼睛、鼻腔粘膜有轻微的刺激作用。当空气中二氧化碳含量增大，而氧含量相对减少时，人们就会因缺氧而窒息死亡。这种气体主要存在于通风不良的盲巷底部。 二氧化碳主要来源于：坑木腐朽、煤和岩石的缓慢氧化。在个别矿井中，煤和岩石中会突然释放出大量的二氧化碳。此外，人的呼吸、爆破、煤炭自燃等都会产生二氧化碳。,2019/10/4,6,氮(N2) 氮是一种无色、无味、无臭、无毒的气体，比空气略轻，比重为0.97。氮不能维持人的呼吸、对人体无害。但当空气中的含氮量过高时，能引起空气中氧含量下降，当降到6以下时，人就会因窒息而死亡，所以氮为窒息性气体。氮在高温下和氧化合，生成有毒的化合物二氧化氮(NO2)。 CH4：无色、无味、无臭、无毒（窒息），矿井灾害的主要气体,2019/10/4,7,有毒气体的基本性质,矿井中常见的有毒有害气体： CH4; CO; NO2; SO2; H2S; NH3; H2等 、一氧化碳（CO） 无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，浓度在1375范围内时有爆炸的危险。,2019/10/4,8,主要危害：CO与人体血液中血红素的亲合力比氧大250300倍。0.048%时，轻微中毒，耳鸣、头痛、头晕和心跳加速；0.128%时，51h能严重中毒，出现肌肉疼痛、四肢无力、呕吐、意识迟钝，丧失行动能力；0.4%时，可致命中毒，丧失知觉、痉挛、停止呼吸假死,2030min后死亡。 主要来源：爆破；矿井火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。 规程规定：0.0024（24PPm）,2019/10/4,9,、硫化氢（H2S）,硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到0.0001即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢，硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.345.5时有爆炸危险。 主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。 主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和旧巷积水中放出。 规程规定：0.00066,2019/10/4,10,2003年12月23日22时左右，重庆市开县高桥镇的川东北气矿16H井发生特大井喷事故，造成243人死亡。,2019/10/4,11,2019/10/4,12,二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为1.57，易溶于水。 主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。中毒者当时可能无感觉，经624h后发作，咳嗽、头痛、呕吐，甚至死亡。 主要来源：井下爆破工作。 规程规定：0.00025,、二氧化氮（NO2）,2019/10/4,13,4.二氧化硫(SO2),二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到0.0005即可嗅到。其相对密度为2.22，易溶于水。 主要危害：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当浓度达到 0.002时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达0.05时，短时间内即有致命危险。 主要来源：含硫矿物的氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌出。,2019/10/4,14,无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596，易溶于水，。空气浓度中达30时有爆炸危险。 主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。 主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。,5.氨气(NH3),2019/10/4,15,6.氢气(H2),无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低100200， 主要危害：当空气中氢气浓度为474时有爆炸危险。 主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。,2019/10/4,16,矿井通风的任务（三）,1.温度： 进风井口以下的温度必须在 2 以上 生产矿井采掘面温度不得超过 26，机电设备硐室的温度不得超过 30，生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26 ，当空气温度超过时，必须缩短超温地点的工作时间，并给予高温保健待遇 采掘面的温度超过 30 ，机电设备硐室的空气温度超过 34 时，必须停止作业 2.湿度： 人体最适宜的温度为1520，湿度为5060 3.风速： ？采煤面及煤巷（半煤岩巷）掘进面不低于0.25m/s ？岩巷及专供行人巷道不低于0.15m/s ？专用排瓦斯巷不低于0.5m/s ？从防尘的角度考虑，最佳排尘风速为1.62 m/s,2019/10/4,17,1.2.1 矿内空气温度,矿内空气温度是影响矿内气候条件的重要因素。气温过高或过低，对人体都有不良的影响。最适宜的矿内空气温度是1520。 1影响矿内空气温度的主要因素 1）岩石温度 岩层温度的三带 （1）变温带：随地面气温的变化而变化的地带； （2）恒温带：地表下地温常年不变的地带； （3）增温带：恒温带以下地带；,2019/10/4,18,不同深度处的岩层温度可按式计算： tt0+G ( ZZ0) 式中 t0恒温带处岩层的温度，； G地温梯度，即岩层温度随深度变化率，/m， 常用百米地温梯度，即/100m； Z岩层的深度； Z0恒温带的深度。,2019/10/4,19,影响矿内空气温度的主要因素,2）空气的压缩与膨胀 空气向下流动时，空气受压缩产生热量，一般垂深每增加100米，温度升高1；相反，空气向上流动时，则因膨胀而降温，平均每升高100米，温度下降0.80.9。 3）氧化生热 矿井内的有机矿物、坑木、充填材料、油垢、布料等都能氧化发热。例如，经氧化生成2g二氧化碳时，可使1 m3空气升温14.5。在煤层中的采掘巷道，暴露煤面氧化产生的热量较大，故回采工作面是通风系统中温度最高的区段。,2019/10/4,20,影响矿内空气温度的主要因素,4）水分蒸发 水分蒸发时从空气中吸收热量，使空气温度降低。每蒸发一克水可吸收0.585千卡的热量，能使1 m3空气降温1.9，可见水的蒸发对降低气温起着重要的作用。 5）通风强度 (指单位时间进入井巷的风量)，温度较低的空气流经巷道或工作面时，能够吸收热量，供风量越大，吸收热量越多。因此，加大通风强度是降低矿井温度的主要措施之一。,2019/10/4,21,影响矿内空气温度的主要因素,6) 地面空气温度的变化 地面气温对井下气温有直接影响，尤其是较浅的矿井，矿内空气温度受地面气温的影响更为显著。 7) 地下水的作用 矿井地层中如果有高温热泉，或有热水涌出时，能使地温升高，相反，若地下水活动强烈，则地温降低。 ) 其它因素 如机械运转以及人体散热等都对井下气温有一定影响。特别是随着机械化程度的不断提高，机械运转所产生的热量不能忽视。,2019/10/4,22,2矿内空气温度的变化规律,在进风路线上矿内空气的温度与地面气温相比，有冬暖夏凉的现象。回采工作面的气温在整个风流路线上，一般是最高的区段。在回风路线上，因通风强度大，水分蒸发吸热，气流向上流动而膨胀降温，使气温略有下降，但基本上常年变化不大。,2019/10/4,23,1.2.2 矿内空气的湿度,矿内空气湿度是指矿内空气中所含水蒸汽量。 绝对湿度指每1m3或1kg的湿空气中所含水蒸汽量的克数。 相对湿度指湿空气中实际含有水蒸汽量与同温度下的饱和水蒸汽量之比的百分数 式中 w空气中所含水蒸汽量(即绝对湿度)，g/m3； s在同一温度下空气中的饱和水蒸汽量， g/m3 。 空气中饱和水蒸汽量的大小取决于空气的温度。,2019/10/4,24,井下空气湿度的变化规律 进风线路有可能出现冬干夏湿的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近100，随着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。,2019/10/4,25,矿井气候对人体热平衡的影响,矿井气候是矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。 新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。,2019/10/4,26,矿井气候三要素是影响人体热平衡的主要因素 ： 空气温度对人体对流散热起着主要作用。当气温低于体温时，对流和辐射是人体的主要散热方式，温差越大，对流散热量越多；当气温等于体温时，对流散热完全停止，蒸发成了人体的主要散热方式；当气温高于体温时，人体依靠对流不仅不能散热，反而要从外界吸热，这时蒸发几乎成为人体唯一的散热方式。 相对湿度影响人体蒸发散热的效果。随着气温的升高，蒸发散热的作用越来越强。当气温较高时，人体主要依靠蒸发散热来维持人体热平衡。此时若相对湿度较大，汗液就难于蒸发，不能起到蒸发散热的作用，因为只有在汗液蒸发过程中才能带走较多的热量。,2019/10/4,27,风速影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大。当气温低于体温时，风速越大，对流散热量也越大；当气温高于体温时，风速越大，对流得到的热量也越多。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，凉衣服干得快。 矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合的作用，各要素之间相互联系、相互影响。如人处在气温高、湿度大、风速小的环境中，这三者的散热效果都很差，这时由于人体散热慢，体内产热量得不到及时散发，就会使人出现体温升高、心率加快、身体不舒服，严重时可导致中暑、甚至死亡。相反，如人处在气温低、湿度小、风速大的低温干燥环境中，这三者的散热效果都很强，这时由于人体散热快，就会使人体的体温降低，引起感冒或其他疾病。,2019/10/4,28,矿井及采区通风系统,通风系统：通风网路、通风动力和通风控制设施（通风构筑物）的总称 通风方式（井筒的相对位置）：中央式（并列式、边界式）、对角式（两翼、分区）、混合式 通风方法（风机的工作方式）：压入式、抽出式、混合式 通风网络（巷道间的连接方式） ：串联、并联、角联,2019/10/4,29,矿井及采掘工作面通风系统,串联通风：采掘面或硐室的回风再进入其他采掘面或硐室的通风方式。（一条龙） 循环风：局扇的回风部分或全部再进入同一台局扇的进风流中。 上（下）行通风： 有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风 生产水平和采区必须实行分区通风。高瓦斯矿井、有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置1条专用回风巷。 采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段进风、一段回风。,2019/10/4,30,采煤工作面通风系统,目前采煤工作面大多采用型通风方式，由于上隅角及回风顺槽瓦斯浓度经常超限，严重影响正常生产。因此，国内外都在配合采煤工艺改革，将传统的型通风方式改为+型、型、型、型、型等。,2019/10/4,31,根椐采煤工作面进风巷与回风巷的数量和位置的不同，Y型通风系统可以有多种不同的方式。,2019/10/4,32,Z型后退式通风系统 特点：采空区瓦斯不会涌入工作面，而是涌向回风巷,采空区,W型后退式通风系统 特点：用于高瓦斯的长工作面或双工作面，进回风巷均布置在煤体中。,2019/10/4,33,工作面采用了近似“+”型通风方式,尾巷风量在100200m3/min,尾巷泄排绝对瓦斯量363/min,对处理采空区瓦斯效果较明显（但注意加强尾巷瓦斯浓度的监测）。,2019/10/4,34,H型通风系统特点： 工作面风量大，采空区瓦斯不涌向工作面，气象条件好，增加了工作面的安全出口。但沿空护巷困难。 适用于工作面和采空区的瓦斯涌出量均较大的情况。,2019/10/4,35,独立完整的通风系统，系统简单、稳定、可靠。 明确通风系统合理的通风线路、通风阻力和阻力分布比例，通风系统不合理时，应当进行系统改造。 关键内容解释 合理的矿井通风系统阻力分布是矿井正常生产接续，提高生产效率的重要保证。 对于多台主要通风机联合运转的矿井，为了提高通风系统稳定性，要求公共风路段风阻远小于较小主要通风机风压，一般要求约占到30%。但对于单主扇运转矿井（分支）的进、回风段（公共风路段）与用风段阻力的配备应控制在多大比例，却没有定量分析。 所以，系统阻力分布决定了矿井通风系统的稳定性 。,确保系统合理,2019/10/4,36,矿井生产水平和采区必须实行分区通风，采区进回风必须贯穿整个采区（孙家湾事故） ； 严禁一条巷道一段为进风一段为回风（刘官屯事故） ； 高突矿井、易自燃煤层、低瓦斯煤层群和分层开采联合布置的采区采区专用回风巷；（陈家山事故注意专用排瓦斯巷的应用条件U L等通风）； 采区、工作面局部反风的可能性； 严禁无风、微风、循环风和不符合规定的串联风（木冲沟煤矿事故、瑞之源矿事故）；,2019/10/4,37,确保设施完好,矿井主要通风机和局部通风机要按规定定期检测、检修和维护，实行挂牌管理，专人负责并持证上岗，按规定进行反风演习，保证通风设施完好、正常运行；要加强对风门、风筒、密闭等通风设施及构筑物设置的管理，明确构筑标准和验收程序，已有设施要建立检查和维护制度，定期检查其完好情况，保持通风设施完好可靠，防止风流短路、系统紊乱和有害气体涌出；总回风巷、主要回风巷不得设置风流控制设施。采区应尽量减少通风构筑物，减少漏风，提高有效风量率；要加强通风巷道维护，保证风流畅通。,2019/10/4,38,局部通风技术,局部通风方式:全风压通风、引射器通风、局部通风机通风 掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风。 局部通风机通风：压入式、抽出式、压抽混合式 瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式 压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口不得小于10m 三专两闭锁（专用变压器、专用开关、专用线路、风电闭锁和瓦斯电闭锁） 问题：使用局部通风机的掘进工作面，除交接时间外，其他时间一律不准停风？ 煤巷、半煤巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式必须采用压入式通风？,2019/10/4,39,局部通风技术,什么叫瓦斯电闭锁？是指掘进工作面中设置的瓦斯传感器，当探测到瓦斯浓度超过规定浓度时，具有可自动停掉动力电源，只有瓦斯降低到规定限度（甲烷为1，二氧化碳浓度为1.5）以下时方可恢复送电的闭锁装置 风电闭锁的作用是防止停风或瓦斯超限的掘进工作面在送电后产生电火花，造成瓦斯燃烧或爆炸 ？恢复局扇通风前，必须检查局扇及开关附近 10m 以内风流中的瓦斯浓度小于 0.5 时方可人工开启局扇,2019/10/4,40,局部通风技术,?严禁使用3台以上（含3台）的局部通风机同时向 1 个掘进工作面供风。不得使用台局部通风机同时向 2 个作业的掘进工作面供风 ?使用局部通风机进行通风的掘进工作面，不得停风，因检修停电等原因停风时，必须撤出人员、切断电源，恢复通风前，必须检查瓦斯。只有在局部通风机及其开关附近 10m 以内风流中的瓦斯浓度都不超过 0.5% 时，方可人工开启局部通风机,2019/10/4,41,掘进通风管理,？风筒出口到掘进工作面的距离一般为：煤巷（半煤巷）不大于5米，岩巷不大于8米，风筒出口风量必须满足通风设计要求。 ？深度不超过6m、宽度不小于1.5m而无瓦斯涌出的硐室，可采用扩散通风？ ？循环风有哪些危害？ 空气污染严重，有毒有害气体和矿尘增大，恶化作业环境，影响工人身体健康。 且容易形成瓦斯超限或积聚，极易引起瓦斯爆炸事故,2019/10/4,42,现代化的局部通风机,2019/10/4,43,主通风机的附属装置,防爆门：是防止井下发生煤尘、瓦斯爆炸时毁坏主要通风机的安全设施 风硐： 扩散器：其作用是为了减少风机出口的能量损失，以提高风机的效率 反风装置：作用是在井下火灾时，改变火灾姻流方向，限制火灾范围，安全撤退受烟流威胁的人员,2019/10/4,44,现代化的主要通风机,2019/10/4,45,根据通风设施用途分为： 引导风流：风硐、风桥 隔断风流：防爆门、挡风墙、风门 控制风流：调节风窗 根据通风设施构筑的年限分为： 永久通风设施 临时通风设施,矿井通风设施,2019/10/4,46,“通风可靠” 典型事故案例分析,2019/10/4,47,2000年9月27日20时38分，贵州省水城矿务局木冲沟煤矿发生瓦斯爆炸事故。事故波及除+1800水平大巷以外的所有井下地点。井下作业的224名矿工中，160人遇难，11人重伤，83人生还。 水城矿务局木冲沟煤矿位于贵州省六盘水市境内。井田走向长8km，倾斜宽为0.9-1.9 km，面积约12.65 km2。矿井可采储量9946万吨，设计年生产能力90万吨，服务年限为79年。1974年投入生产。该矿为高瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为19.9m3/t。 木冲沟矿事故（循环风违规排瓦斯打开矿灯）。,案例1 贵州水城木冲沟矿瓦斯爆炸事故,2019/10/4,48,局部风机,停风积存大量瓦斯巷道，正 排 放 瓦 斯,循 环 风,新鲜风不够四台局部风机用，产生循环风,高浓度瓦斯回流，遇拆卸矿灯的火源引起爆炸。,木冲沟矿因循环风引起 瓦斯爆炸示意图,2019/10/4,49,案例2 宁夏白笈沟煤矿火灾、爆炸灾害事故教训,开拓布置、采掘计划不遵循“合理通风规律”所致,2019/10/4,50,2019/10/4,51,案例3 重大灾害破坏效应及其影响的动态模拟,距100号节点800米发生火灾,5分钟到达抽排泵站,11分钟到达,潘三西二运输巷火灾控风前 烟流迅速威胁到抽排泵站、1782（1）工作面、采区下部变电所和1481（3）工作面等工作地点。,打开风门,潘三西二运输巷火灾控风后 烟流直接进入回风巷道，不再威胁工作地点，为人员的撤退及继发性灾害控制提供支持。,用MFIRE软件对火灾、爆炸、突出等事故进行动态模拟，定量分析灾害威胁范围及可能的继发性灾害，为灾害预防与处理计划及救灾决策提供技术支持，发挥控制原发性灾害、避免继发性灾害的作用。,2019/10/4,52,案例4 孙家湾煤矿“2.14”事故,应急及时,系统合理,风量充足,2019/10/4,53,415 面 爆 源 点,415运顺,415回风巷,415高位巷,1号联络巷,四总回,四皮下,四轨下,415灌浆巷,415工作面,案例5 陈家山煤矿“11.28”事故,2019/10/4,54,415下隅角局部剖面图,415运巷,1号联巷与415运巷的交叉口,转载机头,顶 煤,工作面采面煤壁位置,工作面后梁位置,1号联络巷,炮眼位置,炮眼,瓦斯通过裂隙流动,工作面位置,风量充足,系统合理,设施完好,2019/10/4,55,案例6 云南昌源煤矿“11.25”事故,2019/10/4,56,云南省富源县昌源煤矿“11.25” 事故： 爆源：1173运输巷内距40m上山眼口以里15m附近区域 瓦斯积聚： 主要通风系统不合理、通风设施不合格，造成通风系统极不稳定； 井下局部通风管理混乱，1173与1174作用区局部通风机串连通风，一台局部通风机同时向1174运输巷和1174北翼作业点供风； 1174北翼作业点放炮落煤涌出高浓度瓦斯，被局部通风吹排到1173运输巷，再加上40m上山眼高浓度瓦斯溢出等因素综合作用导致瓦斯积聚，达到爆炸浓度界限。 火源：1173运输巷距40m上山眼口以里15m处煤电钻综合保护装置供电电缆绝缘损坏，造成芯线短路，产生火花，引爆瓦斯。,事故原因,2019/10/4,57,图1 东二盘区巷道布置及瓦斯爆炸冲击波作用方向示意图,案例7 晋城寺河煤矿“2.1”事故,2019/10/4,58,事故原因,瓦斯积聚原因 调风方案没有经过科学分析论证，在不应该进行密闭的区域实施了密闭作业，导致在已经实现全负压通风的2306工作面的23063巷、23062巷和23064巷掘进区域、23061巷以南东二盘区巷道区域和2303工作面相关巷道区域形成92857m3的瓦斯库。 引火源 瓦斯爆炸引火源是由于违章放炮，放炮母线为450/750V的普通照明线，悬挂在金属网上，母线上存在多处漏电，在放炮瞬间2.5kV高压击穿放炮母线，漏电电压通过金属网在爆源点附近放电，产生火花。寺河矿对外包队安全生产管理措施不到位，以包代管。此外，寺河矿井下主要采用金属锚网支护，金属网没有接地，密闭处金属网未完全断开，也是导致本次事故的原因之一。,2019/10/4,59,9#煤层无通风系统,40m巷道无风作业,40m巷道瓦斯积聚达到爆炸界限,案例8 瑞之源煤矿“12.5”事故,2019/10/4,60,风量充足,系统合理,2019/10/4,61,案例9 焦家寨煤矿“11.5”事故,9:00,掘二队停电，51108进掘停风；9:05送电,9:25，掘二队再停电停风；9:33再次送电,11:05掘二队再次停电停风,51108进掘面瓦斯积聚达到爆炸浓度,约11:30,51108进掘面再次送电,高浓度瓦斯自开切眼运移至四冒处；接线盒失爆,11:38,高浓度瓦斯在四冒处因接线盒失爆而爆炸,2019/10/4,62,事故原因,瓦斯积聚原因 局部通风机停风，造成瓦斯积聚，瓦斯浓度达到爆炸界限，在瓦斯电不闭锁和未采取排放瓦斯措施的情况下，违章送电、送风； 引爆火源 51108进风掘进巷距巷口630m处的动力电缆两通接线盒失爆产生火花，引爆瓦斯。,2019/10/4,63,存在的主要问题,1、爆源处的动力电缆两通接线盒为假冒伪劣产品，标注的生产单位是“沈阳防爆电器厂”，矿用安全标志编号为“920454”，经在安全标志网查询和安标办核实，既无沈阳防爆电器厂，又无该安全标志编号产品。 2、瓦斯电不闭锁；未按煤矿安全规程要求安装局部通风机开停传感器，被控设备开关负荷侧馈电状态传感器。 3、多次发生无计划停电；停电后，不能做到查明原因、消除隐患后恢复送电。 4、在停风、瓦斯超限情况下，没有将人撤到安全地点。,应急及时,风流稳定,2019/10/4,64,案例10 鹤壁二矿“10.3”事故,2019/10/4,65,表 工作面顶煤预裂炮眼参数及瓦斯浓度实测结果汇总表,2019/10/4,66,事故的直接原因,事故发生的直接原因是：38采区北煤柱1工作面施工顶煤预裂钻孔距切顶线较近且向采空区方向倾斜，最小抵抗线不足，违章打眼；实施17#孔顶煤预裂爆破时，违章放炮，引起附近采空区内积聚的瓦斯爆燃、爆炸。,2019/10/4,67,案例11 大平煤矿“10.20”事故,21轨道下山岩石掘进 工作面,突出煤岩量约 1894t,瓦斯量25万m3,2019/10/4,68,案例12 平顶山王庄煤矿“4.17”事故,2019/10/4,69,案例13黑龙江省鹤岗市富华煤矿通风系统示意图,2019/10/4,70,2019/10/4,71,第一章 矿井瓦斯防治,一、煤中瓦斯的形成 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程可分为两个阶段。第一阶段为生物化学成气时期，在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。第二阶段为煤化变质作用时期，随着煤系地层的沉降和所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发份减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2。这个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。但在漫长的地质年代中，在地质构造（地层的隆起、浸蚀和断裂）的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。,二、甲烷（CH4）的性质：,甲烷的化学分子式：CH4 ，它是无色、无味、无嗅，可以燃烧或爆炸的气体，对人呼吸的影响同氮气相似，可以使人窒息。 甲烷分子直径0.375810-9m，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。其扩散速度是空气的1.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。密度0.716 kg/m3（标准状况下），与空气密度的0.554倍。它与空气混合形成气团时，该气团较周围气体的密度轻，它将边上浮、边扩散。 瓦斯是重要的矿物资源之一，可做燃料和化工原料。每立方米瓦斯的燃烧热为3.7107J，相当于11.5 Kg烟煤。,2019/10/4,74,瓦斯在煤层中的赋存状态：游离状态、吸附状态 两种状态的瓦斯在一定温度和压力条件下处于一种动平衡状态。条件变化，平衡随之变化。其中吸附瓦斯占煤层瓦斯总量的 8090。 不同变质程度的煤，吸附瓦斯量和瓦斯含量不同。,矿井瓦斯的赋存规律,2019/10/4,75,3、其它形态-结晶水化物（吸收状态） 问题提出： 结晶水化物的形式： 形成条件：低温、高压。 4、固态瓦斯可燃冰,2019/10/4,76,煤层瓦斯含量,煤在自然条件下实际含有的瓦斯量，称为煤的瓦斯含量。煤层瓦斯含量包括游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量两部分，其中游离瓦斯含量约占总瓦斯含量的1020，吸附瓦斯含量约占总瓦斯含量的8090。 煤层瓦斯含量的大小取决于两个方面的因素： 一是瓦斯生成量的多少和煤的含瓦斯能力， 二是瓦斯保存和放散的条件。 (1)煤的变质程度。煤的变质程度越高，生成的气体量就越大，煤的微孔隙就越多，总的表面积就增大，吸附瓦斯的量就越大，含瓦斯能力就越强。另外，煤中的灰分、杂质、水分降低了煤的含瓦斯能力。,成煤过程生成瓦斯的规模通常采用计算法或试验法确定。在试验室进行了有机质热解模拟试验，得出成煤有机质的演化过程和一套物质平衡方程，并据此计算成煤过程的产气规模如下表。 原苏联托卡列夫（顿巴斯）,2019/10/4,78,煤层有无露头。有露头的煤层瓦斯含量小，没有露头的煤层瓦斯含量大。 煤层埋藏深度。煤层埋藏越深，瓦斯含量越大；煤层埋藏越浅，瓦斯含量越小。 围岩的透气性。煤层的顶、底板岩层透气性低，煤层瓦斯含量大；反之，瓦斯含量就低。 成煤的地质史。海、陆相交替成煤的煤层瓦斯含量大；陆相成煤的煤层瓦斯含量小。 煤层倾角。煤层倾角越大，瓦斯含量越小；煤层倾角越小，瓦斯含量越大。 地质构造。煤层内有地质构造带的地点，瓦斯含量增大。 水文地质。有地下水活动的地点煤层瓦斯含量相应降低。,(2)煤系地层保存瓦斯的条件,2019/10/4,79,矿井瓦斯涌出,瓦斯涌出形式： 普通涌出： 特殊涌出： 瓦斯喷出：大量承压状态下的瓦斯，沿着煤岩体内洞缝，快速喷出的现象，称为瓦斯的喷出。 瓦斯突出：在地应力和瓦斯的共同作用下，在极短的时间内，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动力现象 矿井瓦斯涌出量： 绝对瓦斯涌出量：单位时间内涌出瓦斯量，单位为m3/d或m3/min 相对瓦斯涌出量：在正常生产条件下，平均日产1t煤涌出的瓦斯量，单位是m3/t,2019/10/4,80,矿井瓦斯等级的划分,低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且矿井绝对涌出量小于或等于40m3/min 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 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井 煤与瓦斯突出机理：是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三者综合作用的结果,2019/10/4,81,瓦斯爆炸的基本条件,瓦斯浓度：在正常情况下，瓦斯浓度范围516， 810时，爆炸威力最大。下限是随着条件变化而变化的。 氧气浓度：不低于12 引爆火源：有足够能量的引爆火源（热源），一般6500C7500C以上（炮火、明火、吸烟、电器火花、煤炭自燃、铁器撞击或摩擦产生的火花都可以） 必须同时具备，缺一不可 问题：井下风流中瓦斯和煤尘同时存在时，煤尘浓度越高，瓦斯爆炸的下限越低？,2019/10/4,82,影响瓦斯爆炸的因素,影响瓦斯爆炸的因素很多、很复杂，主要因素有： 1、可燃性气体的混入（H2、H2S、C2H4、CO等） 2、爆炸性煤尘的混入 3、惰性气体的混入（CO2、N2） 4、混合气体的初始温度（20时，6.013.4 ；700 时，3.2518.75 ） 5、瓦斯浓度与引火温度（ 78时引火温度最低） 6、混合气体的压力（压力与引火温度成正比）,2019/10/4,83,三、瓦斯爆炸的危害,高温、高压：焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度大、温度高。从正常的燃烧速度（12.5m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s）。焰面温度可高达21502650 C。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾。 冲击波：冲击波锋面压力由几个大气压到20大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡，设备和通风设施损坏，巷道垮塌。 有害气体：O2610；N28288；CO248；CO24。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大。,2019/10/4,84,瓦斯浓度的检查（一）,三个原则：1、进风流原则； 2、工作面原则； 3、回风流原则。 采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0%时，严禁爆破 ？采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理,2019/10/4,85,瓦斯浓度的检查（二）,？采掘面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源 对因瓦斯浓度超过规定被关闭的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下，方可通电开动 综采掘面，应在采煤机和掘进机上安设机载式断电仪，当其附近瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.5%时必须停止作业，切断电源,2019/10/4,86,瓦斯爆炸灾害防治,加强通风管理，防止瓦斯积聚 ？发生瓦斯超限时，必须立即停止工作，查明原因，及时排除 ？排放瓦斯的原则是断电、撤人、警戒、限量 防止出现引爆火源：防止明火、防止炮火、防止电火花、防止其他火源 防止瓦斯爆炸灾害扩大：分区通风，采区、采掘面有独立系统，通风系统简单、稳定；隔爆设施；佩戴自救器等,2019/10/4,87,防止出现引爆火源,1、防止出现明火：禁止携带烟草和点火工具下井，井下禁止吸烟，井口房附近20m内不得有烟火或用火炉取暖，严格控制井下电焊、气焊和使用喷灯接焊等 2、防止出现炮火：严格执行“一炮三检”和“三人连锁放炮”制，每个炮眼必须充填足够炮泥和水炮泥。严禁放明炮和糊炮 ，按规定装药和放炮 案例 3、防止出现电火花：使用安全型、防爆型和安全火花型的设备，装设放雷电、防短路保护，电缆接头不准有明接头等，不准带电作业，井下应使用防爆的照明灯，禁止打开矿灯等 4、防止出现其他火源：防止铁器摩擦、撞击产生火花；严禁穿化纤衣服下井等,2019/10/4,88,煤与瓦斯突出,？什么叫煤与瓦斯突出？ 在地应力和瓦斯的共同作用下，在极短的时间内，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动力现象 ?什么叫煤与瓦斯喷出？ 大量承压状态下的瓦斯，沿着煤岩体内洞缝，快速喷出的现象，称为瓦斯的喷出。,2019/10/4,89,全国煤矿瓦斯灾害分布,国有煤矿高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井约占50,2019/10/4,90,近年来煤矿重大事故的新特点： 在社会经济发展水平提高，安全技术装备水平提高，政府、人们、企业各级领导更重视安全，法律法规的约束、监察监管力度加强的情况下，然而，从1980年到2005年，煤矿死亡百人以上的重大事故发生频率却加快，从10年（1起）5年（1起）4年（1起） 2年（1起）1年（2起）1年（4起）。,2019/10/4,91,20042007年，是1960年以来我国死亡百人煤矿特别重大事故的高发期 1、2004.10.22 6 郑州大平矿难 死亡148人（突出引起进风区瓦斯爆炸）； 2、2004.11.27 4 铜川陈家山矿难 死亡166人 （下隅角强制放顶瓦斯爆炸）； 3、2005.2.14 1 阜新孙家湾矿难 死亡214人 （冲击地压引起原低瓦斯风道瓦斯爆炸）； 4、2005.7.4 梅州大兴水灾 死亡123人；,2019/10/4,92,5、2005.11.27 3 七台河东风矿瓦斯爆炸 死亡171人（煤仓放炮引起煤尘爆炸）； 6、2005.12.7 唐山刘官屯矿瓦斯爆炸 死亡108人（低瓦斯乡镇矿井）； 7、2007.8.17 山东新汶华源矿水灾 2 死亡181人（定性为自然灾害）。 8、2007.12.5 山西洪洞瑞之源煤矿瓦斯爆炸 瓦斯爆炸 死亡108人（低瓦斯乡镇矿井）。,2019/10/4,93,安全煤量与“三量”的关系 安全煤量包括四个部分： 1）非突出煤层中的准备煤量； 2）突出煤层中无突出危险区的准备煤量； 3）突出威胁区经检验性预测为无突出危险的准备煤量； 4）突出危险区经区域性瓦斯治理后效果检验为无突出 危险的准备煤量。 这样在安全煤量内掘进巷道形成的回采煤量即为 突出矿井可供安全开采的煤量。,2019/10/4,94,发生突出的基本特征,（1）突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象。 （2）抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。 （3）抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉。 （4）有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施。 （5）有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转。 （6）突出孔洞呈口小腔大的梨形、倒瓶形以及其它分岔形等。,2019/10/4,95,煤与瓦斯突出的预兆,（1）无声预兆 1）煤层结构变化，层理紊乱，煤层由硬变软、由薄变厚，倾角由小变大，煤由湿变干，光泽暗淡，煤层顶、底板出现断裂，煤岩严重破坏等。 2）工作面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓、掉碴、顶底板出现凸起台阶、波状鼓起、炮眼变形、打眼时夹钻等。 3）瓦斯增大或忽小忽大，煤尘增多，空气气味异常、闷人。 （2）有声预兆 煤爆声、闷雷声、深部岩石或煤层的破裂声、支柱折断等。 每次突出前都有预兆出现，但出现预兆的种类和时间是不同的，熟悉和掌握预兆，对于及时撤出人员、减少伤亡具有重要的意义。,2019/10/4,96,突出发生的一般规律,1、突出发生在一定深度以后。 始突深度：矿井开始发生突出的最浅深度。不同矿区差别很大， 2、突出的次数和强度随着煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。 3、突出需具有一定的瓦斯含量和瓦斯压力 4、突出煤层的强度低，而且变化大。 5、突出危险区呈带状分布。 6、上山掘进比下山掘容易突出，突出次数随着煤层倾角增大而增多。 7、采掘工作往往可以激发突出。 8、突出大多有预兆。 9、突出危险性随着有硬而厚的围岩存在而增高。 10、石门突出危险性最高。,2019/10/4,97,煤与瓦斯突出灾害防治技术,防治突出的技术措施分类： 一是区域性防突措施 二是局部防突措施 综合性防突措施，即：“四位一体” ： 突出危险性预测； 防治突出的技术措施； 防突措施的效果检验； 安全防护措施,2019/10/4,98,局部瓦斯治理技术,工作人员长期在突出煤层中作业，任何一环出现问题，都有可能发生突出事故，造成人员的伤亡；危险性较大。,突出煤层（危险源）,防突工程,煤层巷道,传统的局部瓦斯治理技术,2019/10/4,99,从安全区域向突出煤层 施工防突工程,大面积消除突出危险性,安全开采突出煤层,瓦斯治理 总体规划,瓦斯治理 管理保障,煤与瓦斯突出矿井 区域性瓦斯治理技术体系,区域性瓦斯治理技术,2019/10/4,101,2019/10/4,102,综合防突技术措施,综合防突是指突出危险性预测、防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施四个方面，把这四个方面归结在一起，叫做“四位一体”综合防突措施。 (1)突出危险性预测是综合防突的第一个环节。突出危险性预测包括区域性预测和工作面预测。区域性预测又分为矿井、煤层、水平(或采区、区段)三个层次。根据预测结果分别将矿井、煤层和采区或区段划分为突出区和非突出区。在突出区内进行采掘作业时，还应进行工作面突出危险性预测。当工作面预测有突出危险时，必须采取防治突出的措施和进行防突效果检验。 预测特别是区域预测时，必须结合本井田或相邻井田突出的实际资料，考虑围岩性质、地质构造类型及特征、水文地质情况、煤层赋存条件及结构特征、煤的变质程度、煤层瓦斯含量和瓦斯压力、开采深度等因素，从中找出主要因素，作为预测的依据。,2019/10/4,103,(2)防突措施是综合防突的第二个环节，它是防止发生突出事故的第一防线，即防止突出发生。防突措施仅在预测有突出危险的区域和区段应用。局部防突措施主要包括松动爆破（深孔松动爆破）、钻孔排放瓦斯、水力冲孔、水力冲刷、超前钻孔、超前支架（金属骨架）、卸压槽、震动爆破等。 根据局部措施的应用巷道类别，局部防突措施可分为石门措施、煤巷措施和采煤工作面措施： 石门局部防突措施: 扩孔卸煤钻; 金属骨架；高压注水；水力冲孔；超前钻孔。 煤巷局部防突措施 水力冲孔；超前钻孔；松动爆破；超前支护；高压注水；卸压槽；掩护挡板。 采煤工作面局部防突措施: 超前支护；卸压槽；高压注水；浅孔松动爆破。,2019/10/4,104,区域性防突措施,开采保护层：在突出矿井煤层群中首先开采的，并能使相邻的突出煤层消除突出危险的煤层叫保护层。 预抽煤层瓦斯：在大面积区域内，通过对突出危险煤层采前预抽瓦斯，首先可以降低突出煤层的瓦斯潜能，由于瓦斯的排放，煤体发生收缩，可以缓和煤体的应力紧张状态，从而部分地释放煤体的弹性潜能；此外，煤体瓦斯的排出能提高煤的强度，增大了突出的阻力，降低了激发和发展突出的作用力，因此可以达到消除突出危险性的目的。 煤层注水：作为区域性防突煤层注水措施，应在大面积范围内均匀布置长钻孔来实现。通过钻孔向煤层注水，使煤体湿润，增加煤的可塑性，随后开采时，可减小工作面前方的应力集中；当水进入煤层内部的裂隙和空隙后，可使煤体瓦斯放散速度减慢，因此煤层注水可以减缓煤体弹性潜能和瓦斯潜能的突然释放，降低或消除煤层的突出危险性。,2019/10/4,105,保护层的概念:,2019/10/4,106,被保护层,保护层,100110m,穿层钻孔,底板岩巷,在淮北芦岭、朱仙庄煤矿应用，国内外下保护层层间距一般不大于70m,2019/10/4,107,穿层钻孔,底板岩巷,在淮北芦岭、朱仙庄煤矿应用，国内外下保护层层间距一般不大于70m,被保护层,保护层,100110m,2019/10/4,108,穿层钻孔,底板岩巷,在淮北芦岭、朱仙庄煤矿应用，国内外下保护层层间距一般不大于70m,被保护层,保护层,100110m,2019/10/4,109,穿层钻孔,底板岩巷,在淮北芦岭、朱仙庄煤矿应用，国内外下保护层层间距一般不大于70m,被保护层,保护层,100110m,20