矿井通风及灾害防治

矿井通风及灾害防治 晋城煤业集团凤凰山矿机电管理部 宋少强 矿井通风及灾害防治 第一节 矿井通风 第二节 矿井瓦斯防治 第三节 矿井防尘 第四节 矿井火灾防治 第五节 矿井水灾防治 第六节 顶板事故防治 第一节 矿井通风 一、一通三防 一通：矿井通风， 三防：防瓦斯，防煤尘，防火 。 二、矿井通风 把地面新鲜空气源源不断地送入井下的过程。 三、矿井通风的十二字方针： 先抽后采，监测监控，以风定产 四、矿井通风的任务和目的 任务：供给足够的井下工作人员用的新鲜空气 . ：冲淡和排除有毒有害气体及浮游矿尘，使之符合煤矿安全规程的要求 . ：提供良好的气候条件，维持合适的劳动条件， 目的：使风流能够按拟订的路线流动，维持正常的通风， 保证矿井的安全。 五、矿井空气 *这些气体在 煤矿安全规程 最高允许浓度限时 ， 能嗅出 。 气体 色、味、嗅 相对密度 水溶性 毒理 燃烧爆炸性 来源 氧 无 1.11 微 无 无 大气 氮 无 0.97 微 无 无 大气、爆破 二氧化碳 微酸臭 1.52 易 刺激 无 氧化、燃烧、涌出 甲烷 无 0.55 微 无 有 煤岩涌出 一氧化碳 无 0.97 微 剧毒 有 爆破、燃烧、爆炸 二氧化氮 红褐色 1.57 易 剧毒 无 爆破 硫化氢 * 臭鸡蛋 1.19 易 剧毒 有 老空、涌出 二氧化硫 * 硫磺味 2.32 易 剧毒 无 涌出、含硫矿氧化、燃烧 氢气 无 0.07 微溶 无 有 火区、充电 氨气 * 氨水味 0.6 易 剧毒 无 火灾、爆炸 矿井空气中有害气体的最高容许浓度 有害气体名称 符号 最高容许浓度 /% 一氧化碳 二氧化氮 二氧化硫 硫化氢 氨 CO NO2 SO2 H2S NH3 0.0024 0.00025 0.0005 0.00066 0.004 第一节 矿井通风 第一节 矿井通风 六、矿井通风系统 ： 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，它是矿井通风方式、通风方法、通风网路和风流控制设施的总称。 1、通风方式：指进风和回风井的布置方式。按位置不同，可分为中央式、对角式、区域式及混合式。改变矿井通风方式是矿井通风系统改造的主要方法之一。 中央式： 进、回风井大致位于井田走向中央。 对角式： 进风井位于井田中央，回风井设在沿走向的两翼。 分区式： 进风井位于井田中央，开采井田浅部，在每采区掘一个小回 风井与采区回风巷相通，不必掘总回风巷。 混合式： 两种或两种以上的通风方式综合应用的通风方式称为混合式通风方式。 (a) 中央并列式 主井 副井 风井 第一节 矿井通风 (b) 中央分列式 风井 主井 副井 第一节 矿井通风 （ c）两翼对角式 风井 风井 主井 副井 第一节 矿井通风 (d) 分区式 主井 副井 风井 风井 风井 第一节 矿井通风 2、通风方法： 矿井主要通风机的工作方法，有抽出式、 压入式和压抽混合式三种。我国 90%以上的矿井采用抽出式通风方法。 压入式：主要通风机设在入风井口 ， 在压入式通风机作用下 ， 矿井井巷大气处在高于当地大气压力的正压状态 。 抽出式 :主要通风机设在回风井口 ,在抽出式通风机作用下 ,矿井井巷大气处在低于当地大气压力的负压状态 。 压抽混合式： 主要通风机分别设置于进回风井口。主要用于压入、抽出互相转换的过渡期。 第一节 矿井通风 3、矿井通风网络 矿井风流按照生产要求在巷道中流动时，风流分岔、汇合线路的结构形式。 基本形式：串联 并联 角联 4、通风设施 井下主要通风设施有：风墙、风门、调节风窗、风桥 七 、几种采区通风系统 回采工作面通风系统由工作面进风巷、采煤工作面和工作面回风巷组成。采煤工作面通风系统有 U、 Z、 Y、双 Z、 W和 H形等形式。目前我国煤矿多采用 U 形通风系统。 第一节 矿井通风 前进式 U型 后退式 后退式 前进式 Z 型 后退式 前进式 型 Y 型 W 双 型 Z H型 八、矿井通风机械 矿井通风机 （离心式、轴流式） 九、掘进工作面通风 必须采用全风压通风和局部通风机通风 局部通风机工作方式也可分为压入式、抽出式、抽压混合式 第一节 矿井通风 工作方式 优点 缺点 适用条件 压入式 污 风 不 经 风机 ， 射 程远 ， 可 用 柔性 风 筒 ， 漏风稀释污风污 风 经 巷 道排 出 ， 污 风排出时间长巷 道 有 瓦 斯 ，巷 道 不 长 ， 瓦斯突出巷抽出式 巷道无瓦斯 抽压混合式 巷 道 长 、 无 瓦斯优缺点与压入式相反兼有抽压优缺点第一节 矿井通风 第二节 矿井瓦斯 一、矿井瓦斯的定义及性质 1矿井瓦斯的定义 从广义上讲，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产生并涌入到矿井内的各种气体。 狭义的讲，矿井瓦斯专指甲烷（ CH4）。后面章节中所谈的瓦斯概念，一般为甲烷。 2矿井瓦斯的性质 瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯比空气轻，其比重为 O.554 ，因此在煤矿井下常积聚在巷道顶部或上山迎头。瓦斯的扩散能力是空气的 1.6 倍，且渗透能力很强。瓦斯微溶于水，瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。 第二节 矿井瓦斯 二、矿井瓦斯的危害 瓦斯是煤矿普遍存在的一种有害气体，它能燃烧和爆炸，大量积聚时能使人窒息、死亡。有些煤层还能在短时间内大量地喷出瓦斯或发生煤与瓦斯突出现象，产生很大的动力破坏作用。 图 1-1-2 煤体中瓦斯的赋存状态示意图 1-自由瓦斯 ； 2-吸着瓦斯； 3-吸收瓦斯； 4-煤体； 5-空隙 三、煤层瓦斯的赋存状态 1、瓦斯的赋存状态 矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态。 自由状态又称游离状态。 吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。 自由瓦斯和吸附瓦斯关系： 二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。 第二节 矿井瓦斯 第二节 矿井瓦斯 四、矿井瓦斯的涌出 1矿井瓦斯涌出形式 瓦斯从煤层和岩层中的涌出形式有两种：普通涌出和特殊涌出。 1. 普通涌出是指瓦斯从煤岩层表面孔隙中缓慢、均匀地涌出。它持续时间长，涌出范围广，是矿井瓦斯的主要放散形式。 2. 特殊涌出包括瓦斯喷出和煤（岩）与瓦斯突出两种形式。瓦斯喷出是指高压瓦斯从煤岩裂隙中快速喷出；煤（岩）与瓦斯突出是指在很短时间内从煤岩壁内部向采掘工作空间突然喷出大量煤岩和瓦斯的现象。 第二节 矿井瓦斯 五、矿井瓦斯等级 矿井瓦斯等级是矿井瓦斯量大小和安全程度的基本标志 ,矿井生产过程中 ,根据不同的瓦斯等级选用相应的机电设备 ,采取相应的通风瓦斯管理制度 ,以保障安全生产 ,并做到经济合理。 煤矿安全规程 规定，“一个矿井中，只要有一个煤（岩）层中发现过一次瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井；并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。” 矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝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。 第二节 矿井瓦斯 六、瓦斯爆炸的条件 瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为 5 16 ； 混合气体中的氧浓度不低于 12 ； 有足够能量的点火源 以上三条件必须同时具备。 七、瓦斯爆炸的危害 （一）产生高温高压 （二）产生冲击波和火焰锋面 （三）产生有毒有害气体 第二节 矿井瓦斯 八、预防瓦斯爆炸的措施 （一）防止瓦斯积聚 1.保证工作面的供风量 2.认真进行瓦斯检查与监测 3.及时处理局部积存的瓦斯 (二 )防止瓦斯引燃的措施 1.严禁携带烟草和点火物品下井； 2.采掘工作面都必须使用取得产品许可证的煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管。 3.井下使用的机械和电气设备，以及供电网路都必须符合 规程 规定。 4.防止机械摩擦火花引燃瓦斯， 第三节 矿井防尘 一、矿尘定义 是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。 二、矿尘的分类 矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。 1按矿尘粒径划分 (1)粗尘。 (2)细尘。 (3)微尘。 (4)超微尘。 2按矿尘的存在状态划分 (1)浮游矿尘。 (2)沉积矿尘。 三、矿尘灾害的形式 矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面： (1)污染工作场所，引起职业病。 (2)某些矿尘（如煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸； (3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命； (4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。 1尘肺病的分类 煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类： (1) 硅肺病（矽肺病）。 (2) 煤硅肺病（煤矽肺）。 (3) 煤肺病。 2影响尘肺病的发病因素 (1) 矿尘的成分。 (2) 矿尘粒度及分散度。 (3) 矿尘浓度。 (4) 个体方面的因素。 第三节 矿井防尘 第三节 矿井防尘 四 . 煤尘爆炸的条件 煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件： （ 1）煤尘的爆炸性。 2）煤尘浓度。（ 3）引起煤尘爆炸的热源。 五、预防煤尘爆炸的措施 1、煤层注水 2、湿式打眼 3、使用水泡泥 4、通风除尘 5、喷雾洒水 6、冲洗粉尘 7、在巷道中撒布岩粉 第四节 矿井防灭火 一、矿井火灾的定义及类型 矿井火灾，狭义讲即井下火灾，它是指发生在煤矿井下或矿井地面井口附近而威胁井下安全生产和人员安全的火灾。 火灾发生的基本要素，一是要有可燃物，二是要有温度和足够热量的热源，三是要有一定氧浓度的空气。 第四节 矿井防灭火 二、矿井火灾的分类 （ 1）根据不同引火热源，矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。 （ 2）根据不同发火地点，矿井火灾分为井筒火灾、巷道火灾、采煤工作面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾。 （ 3）根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧火灾和煤炭自燃火灾。 第四节 矿井防灭火 三、矿井火灾的危害 矿井火灾的发生具有严重的危害性，主要表现在以下几个方面： （ 1）人员伤亡。 （ 2）矿井生产接续紧张。 （ 3）巨大的经济损失。 （ 4）污染环境 四、矿井火灾防治的技术途径 （一）外因火灾防治的技术途径 外因火灾是由外部火源引起的火灾。 预防外因火灾发生的技术途径有两个方面： 一是防止火灾产生； 二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。 第四节 矿井防灭火 1预防外因火灾产生的措施 (1)防止失控的高温热源产生和存在。 (2)尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在热源保持一定的安全距离。 (3)防止产生机电火灾。 (4)防止摩擦引燃： 防止胶带摩擦起火。胶带输送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴承温升控制等综合保护系统； 防止摩擦引燃瓦斯。 (5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用。 第四节 矿井防灭火 2预防外因火灾蔓延的措施 其措施有： 在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大。 每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。 每一矿井必须在地面设置消防水池，在井下设置消防管路系统。 主要通风机必须具有反风系统或设备，并保持其状态良好。 第四节 矿井防灭火 一、矿井水灾及其对生产的影响 矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面： (1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。 (2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。 (3）矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。 (4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响 . 第五节 矿井防治水 二、矿井水灾发生必须具备的基本条件 图 4-1-1 煤矿常见的水源 第五节 矿井防治水 （ 1）大气降水。（图 4-1-2 ）。 图 4-1-2 自然界中水的循环 第五节 矿井防治水 （ 2）地表水。 地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水，它的主要来源是大气降水，也有的来自地下水。煤矿在开采浅部煤层时，地表水经过有关通道会进入煤矿井下，形成水患，给生产和建设带来灾害。 3）潜水。 埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水（图 4-1-3 ）称为潜水。 第五节 矿井防治水 图 4-1-3 潜水 1 潜水面； 2 潜水层； 3 第一隔水层； 0-0 基准面（测量高程水准面） 第五节 矿井防治水 （ 4）承压水。 处于两个隔水层中间的地下水，称为承压水（或称自流水），如图 4-1-4 所示。 第五节 矿井防治水 图 4-1-4 承压水 1 含水层； 2 隔水层； 3 地下水流向； 4 自流井； 5 喷泉； 6 断层； a 补给区； b 承压区（分布区）； c 排泄区； 0-0 基准面（测量水准面）； H 静止水位； P 承压水头 第五节 矿井防治水 （ 5）老空积水。 已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空积水 （ 6）断层水。 处于断层带中的水，称为断层水。 2. 矿井水灾的通道 水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有： （ 1）煤矿的井筒。 （ 2）断层裂隙。 （ 3）采后塌陷坑。 （ 4）石灰岩溶洞陷落柱。 （ 5）古井老塘及封堵不严的钻孔。 第五节 矿井防治水 三、造成矿井水灾的主要原因 总结过去发生的矿井水灾，往往是安全思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，措施不当所致。其主要原因可归结如下几个方面： (1)地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下，造成水灾； (2)水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水 ,但措施不当；。 (3)井巷位置设计不当。 (4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂，导致透水； (5) 乱采乱掘，破坏防水煤岩柱造成突水； (6)测量错误，导致巷道穿透积水区； 第五节 矿井防治水 (7)无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井； (8)排水设备能力不足或机电事故造成； (9)排水设施平时维护不当。如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。 第五节 矿井防治水 二、井下防治水技术 （一）做好矿并水文观测与水文地质工作 水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据。 1做好水文观测工作 （ 1）收集地面气象、降水量与河流水文资料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期）；查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。 （ 2）通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律，分析水质等。 （ 3）观测矿井涌水量及季节性变化规律等。 第五节 矿井防治水 2做好矿井水文地质工作 查明矿井水源和可能涌水的通道，为防治水提供依据。为此必须： （ 1）掌握冲击层的厚度和组成，各分层的透水、含水性； （ 2）掌握断层和裂隙的位置，错动距离，延伸长度，破碎带范围及其含水和导水性能； （ 3）掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离，勘探钻孔的填实状况及其透水性能， （ 4）调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况，观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响； （ 5）在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量，老窑积水范围、标高和积水量，水淹区域及探水线的位置。 第五节 矿井防治水 （二）井下探水 井下探放水是防止水害的重要手段之一，“有疑必探，先探后掘”是防止井下水害的基本原则。当采掘工作面遇到下列