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矿井瓦斯瓦斯瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg，所以，它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯的燃烧、爆炸性是矿井主要灾害之一。 瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。 瓦斯在煤内的存在形态示意图游离状态也称为自由状态，这种瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中，其量的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。 吸着状态又称结合状态，其特点是瓦斯与煤或某些岩石结合成一体，不再以自由气态形式存在。按其结合形式不同又可分为吸附及吸收两种。吸附状态是由于固体粒子与气体分子之间分子吸引力的作用，使气体分子在固体粒子表面上紧密附着一个薄层；吸收状态是气体分子已进入煤分子团的内部。 几种状态的瓦斯处于不断变化的动平衡之中，在一定条件下会互相转化。当压力、温度变化时，游离瓦斯转化为吸着瓦斯称为吸附，吸附瓦斯转化为游离瓦斯称解吸。 编辑本段矿井瓦斯等级的划分矿井瓦斯等级是以相对瓦斯涌出量的大小来划分的。煤矿安全规程规定，在一个矿井中，只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级工作制度进行管理。 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10立方米吨且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40立方米分。 (2)高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10立方米吨或矿井绝对瓦斯涌出量大于40立方米分。 (3)煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。 什么是瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出？ 瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出是瓦斯的特殊涌出形式。瓦斯的涌出形式分为普通涌出和特殊涌出。 普通涌出，是指瓦斯从煤层或岩层表面非常细微的缝隙中缓慢、均匀而持久地涌出。其涌出的面积广、时间长，是瓦斯涌出的主要形式。 特殊涌出可以分为瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯突出两种。 瓦斯喷出是指大量瓦斯突然喷出的现象，喷出的时间可长、可短(数天或数年)。每昼夜的喷出量可达数百立方米。 煤(岩)与瓦斯突出(简称突出)，是在一瞬间(几秒钟或几分钟)突然喷出大量瓦斯和煤炭(岩石)，并伴随有强烈的声响和强大的冲击动力现象。 编辑本段瓦斯突出瓦斯突出是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。煤矿开采深度越深，瓦斯瞬间释放的能量也会越大。煤和瓦斯突出主要发生在煤层平巷掘进、上山掘进和石门揭煤时，有的矿井在回采工作面也发生煤和瓦斯突出。瓦斯突出和瓦斯爆炸是两个概念，但灾害都来自于瓦斯。瓦斯突出是一种地质灾害，在大量的有害气体瞬间涌入后，会形成窒息，但不一定会发生爆炸事故。但如果出现以下三种情况后，会引发爆炸事故，一是与空气中氧气含量达到12以上，二是瓦斯浓度达到5至16之间，三是遇到明火，点火温度达到650度以上。 编辑本段煤和瓦斯突出预兆煤和瓦斯突出前大多数都有预兆，归纳起来分有声预兆和无声预兆。 1.有声预兆1)响煤炮。在煤层内发出像机关枪、炮击声。由于条件不同，声音大小、间隔时间也不相同。 2)突然压力增大。支柱来劲，发出咔咔的响声，或发出劈裂折断的响声，手摸煤壁能感到冲击和震动；有煤岩层的破裂声；有时会听到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。 2.无声预兆1)压力增大。预板来压，片帮、掉碴、煤壁向外鼓，煤岩自行剥落。 2)煤层发生变化。层理紊乱、变软，暗淡无光，煤层粉碎，煤质干燥。 3)瓦斯及温度变化。瓦斯涌出异常，忽大忽小，煤尘增大，气味异常，发闷，打钻时喷煤、喷瓦斯，煤壁发冷，气温下降等。 应当指出的是，上述预兆，并不是在每次突出之前都同时出现，而是仅仅出现一种或几种。 编辑本段瓦斯爆炸矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应（也叫链锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。 编辑本段瓦斯爆炸的条件一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气。 (1)瓦斯浓度瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为516。 当瓦斯浓度低于5时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为95时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。 瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。 (2)引火温度瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650750。但因受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7一8时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。 高温火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要条件之一。井下抽烟、电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火作业等都易引起瓦斯爆炸。所以，在有瓦斯的矿井中作业，必须严格遵照煤矿安全规程的有关规定。 (3)氧的浓度实践证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆炸界限随之缩小，当氧气浓度减少到12以下时，瓦斯混合气体即失去爆炸性。这一性质对井下密闭的火区有很大影响，在密闭的火区内往往积存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的浓度低，并不会发生爆炸。如果有新鲜空气进入，氧气浓度达到12以上，就可能发生爆炸。因此，对火区应严加管理，在启封火区时更应格外慎重，必须在火熄灭后才能启封。矿尘编辑本段简介尘粒大小以平均直径或其投影的定向长度表示，称粒度。粒度可分为小于2m、25m、510m和大于10m四个粒级。小于10m的矿尘能长期悬浮于空气中，难捕获，危害性大。表示工作场所粉尘状况的基本参数是空气中的矿尘浓度和分散度。 编辑本段矿尘浓度的表示方法有：重量法，每立方米空气中含有的矿尘重量 (mg/m3);计数法,每立方厘米空气中含有的尘粒数 (cm-3)。每种粒度矿尘的重量百分比称矿尘的重量分散度；数量百分比则称矿尘的数量分散度(见矿井通风)。无防尘措施凿岩时，作业地点矿尘浓度近1g/m3;放炮后或机械化采煤的工作面附近在1g/m3以上，有时还高数倍。机械化程度越高,矿尘的生成量越大，防尘工作越为重要。矿尘能引起职业病，如尘肺。有的矿尘能引起职业性皮炎、角膜炎等病。砷、铅、汞、铬等有毒矿尘能引起慢性中毒。放射性矿尘产生放射性危害（见矿山辐射防护）。煤尘、硫化矿尘和油页岩尘在一定条件下能爆炸或燃烧。矿尘浓度高的场所可见度低，易发生工伤事故。 编辑本段井下的矿尘的分类按照其存在状态，可分为浮游矿尘和沉积矿尘两种。 （1）浮游矿尘：指飞扬在矿井空气中的矿尘。 （2）沉积矿尘：从矿井空气中因自重而沉降下来，附在巷道周边以及积存在巷道内的矿尘，简称为落尘。 在一定条件下，浮游矿尘因自重可沉降为落尘；而落尘受外界条件干扰又可再次飞扬起来变为浮尘 编辑本段矿尘的危害采矿作业生产中产生的粉尘危害极大，它的存在不但导致生产环境的恶化，加剧机械设备的磨损，缩短机械设备的寿命，更重要的是危害职工的身体健康，导致各种职业病。 矿尘人体长期吸人矿尘，轻者会引起呼吸道炎症，重者会引起尘肺病。根据致病粉尘的不同，尘肺病分为矽肺病、石棉肺病、铁矽肺病、煤肺病、煤矽肺病等。有些粉尘会引起支气管哮喘、过敏性肺炎，甚至呼吸系统肿瘤。矿尘还可以直接刺激皮肤，引起皮肤炎症；刺激眼睛，引起角膜炎；进入耳内使听觉减弱，有时也会导致炎症。微尘及超微尘，特别是粒径为0.25m的微细尘容易吸入肺内并储集，危害极大，所以，微尘也称为呼吸粉尘。 编辑本段尘肺长期吸入微细粉尘引起的肺部病变，中医学称“石痨”，是人类最早的职业病之一。古希腊希波克拉底 (Hippocrates)（公元前460前375年）记述过矿工呼吸困难的现象。中国宋代孔平伯著孔氏谈苑中记载：“贾石山采石人，末石伤肺、肺焦多死。”因致病矿尘种类不同，可分为：矽肺。长期吸入游离二氧化硅（矽）含量较高的粉尘，引起肺部纤维化病变，是金属矿和煤矿岩巷掘进工作中最常见、危害最大的职业病。煤肺。长期吸入煤尘引起肺组织网织纤维增生和灶性肺气肿。发病率低，病情较轻，病变进展缓慢。煤矽肺。吸入煤尘和含游离二氧化硅粉尘引起，兼有矽肺和煤肺的病变特征，为中国煤矿最常见的一种。患者约占煤矿尘肺病人总数的7580。石棉肺。吸入石棉粉尘引起的肺部病变。 尘肺的发病率与矿尘性质、粒度、矿尘浓度、接触粉尘的时间(工龄)和体质等因素有关。大于10m的尘粒，由于重力沉降和冲撞作用滞留于上呼吸道的粘液中，能随痰液排出。510m者进入呼吸道后,大部分沉积于气管和支气管中，小部分可到达肺泡。小于 5m者能进入呼吸道深部，沉积于肺泡中成为致病因素。这类矿尘称呼吸性粉尘。美、英、加拿大等国都以呼吸性粉尘的数量或重量作为粉尘浓度的卫生标准。矿尘的游离二氧化硅含量越大，分散度和浓度越高，发病期越短。一般为1520年,少数为510年。游离二氧化硅含量8090时，个别工人的发病期仅1.53年。中国规定的作业场所粉尘允许浓度见表。还规定进风流中矿尘浓度不得超过0.5mg/m3。 矿尘 矿尘尘肺病变分三期,根据临床和X光检查确定。患者自觉症状有气短、胸闷、胸痛、咳嗽和咯血，能并发肺结核、自觉性气胸和肺心病等症，甚至死亡。无特效治疗药物。可靠的预防措施是做好矿山防尘工作，使矿尘浓度不超过国家标准。改善矿井劳动条件，增强矿工体质，定期检查体格，一旦发现早期患者，立即调离产尘作业地点，并进行治疗，以控制病情发展。 编辑本段煤尘爆炸煤尘急剧氧化，并且产生高温（13001700）、高压（510kgf/cm2）气体和大量一氧化碳(0.38.1)，使人员伤亡，设备损坏，甚至整个矿井毁灭。煤碎成微粒后,总表面积增大,化学活性增加。在高温热源作用下放出大量可燃性气体，集聚于尘粒周围，达一定浓度时爆炸。一部分煤尘被焦化，沉积于支架和巷道壁上，这是判别煤尘是否参与爆炸的重要标志。爆炸产生的冲击波能吹扬落尘，为爆炸继续提供尘源。所以煤尘爆炸往往有连续性，有可能离初爆源越远，破坏性越大。煤尘的爆炸性决定于它的成分、粒度和在空气中的浓度。通常煤的挥发分越高，爆炸危险性越大。挥发分低于67的无烟煤，可认为无爆炸危险。煤尘中的灰分和水分能降低爆炸性。粒度小于 1mm的煤尘都能参与爆炸，小于 75m的最易爆炸。爆炸下限约为 3040g/m3，高挥发分的干煤尘可降到1718g/m3；上限为15002000g/m3。矿井中CH4的存在,能降低煤尘的爆炸下限，煤尘引爆温度一般为700800，少数为1100。着火感应期为40250ms。 引起煤尘爆炸的火源有放炮火、煤自燃、电火花、电弧、赤热的金属表面等，放炮火和瓦斯爆炸最危险，它们的冲击波能将落尘掀起，使空气中的煤尘达到爆炸浓度。硫化矿尘的爆炸危险性主要与含硫量有关，爆炸下限约为150g/m3，上限15001800g/m3，引爆温度435460。油母页岩尘的爆炸浓度决定于它的挥发分,干油母页岩尘的爆炸下限为6400g/m3。 防尘措施 以水、风为主的综合防尘措施是降低空气中矿尘浓度、防止矿尘危害的有效措施。方法为： 通风除尘 工作地点都要进行有效通风，将矿尘稀释排出。 湿式凿岩 钻眼过程中将压力水通过凿岩机的钎杆送入孔底，湿润、冲洗并排出钻眼时产生的矿尘，使其大部分不能飞扬，除尘率可达90左右，并可提高凿岩速度1525。 喷雾洒水 压力水通过喷嘴喷出，形成雾状水滴，使浮尘湿润下沉，并阻止落尘飞扬，是简单、有效的防尘措施。除尘用水必须过滤消毒，中国矿山规定，水中固体悬浮物应不超过150mg/1,pH值6.58.5。如在水中加入湿润剂，降低水的表面张力，可提高捕尘效果。 密闭除尘 在密闭矿尘产生地点，抽出含尘空气，直接排入回风道，或经净化排入进风道。适用于集中的高强度产尘点。 煤层注水 采煤前向煤层内打钻,注入高压水,缓慢渗入煤的裂隙和孔隙，使煤的水分增加,强度降低,塑性增大，减少采煤时煤尘的生成量，还可缓和冲击地压和瓦斯突出。水中加入少量湿润剂，可提高除尘率；加入阻化剂，能抑制煤的自燃。注水方法有浅孔注水和深孔注水两种。 此外,用塑料袋装水代替部分干炮泥的水封爆破,定期清扫落尘，佩戴个体防护用具等，都是综合防尘的重要内容。 防爆措施 撒水或撒岩粉，增加煤尘的水分或灰分，可降低煤尘的爆炸性。联邦德国有些矿井在空气相对湿度5575的巷道内，采用食盐粘结法，效果较好。在有煤尘爆炸危险矿井的两翼、相邻采区和相邻煤层间的巷道内，必须设置阻止爆炸传播的岩粉棚、水棚或水幕。岩粉棚由安装在巷道内靠近顶板处的若干块台板构成，板上堆放岩粉，如图所示。煤尘爆炸时产生的冲击波，在火焰到达岩粉棚前，震翻台板，岩粉弥漫于巷道内，吸收热量，阻止爆炸火焰的传播。水棚以水槽盛水代替岩粉，成本低，已逐渐取代岩粉棚。水幕系沿巷道周边安装几组喷嘴，在冲击波的作用下，自动喷水，隔断火焰。 矿井火灾及其防治编辑本段简介矿井发生的火灾(包括危及井下的地面火灾)，常招致人员伤亡,设备 矿井火灾损失,矿井停产,资源破坏,甚至引起瓦斯、 煤尘或硫化矿尘爆炸。1894年俄斯特拉发-卡尔维纳地区(Ostrav-Karvina)拉瑞什(Larisch)煤矿(位于今捷克斯洛伐克境内)因火灾引起瓦斯爆炸，当场死亡235人,处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸,矿山救护队员大部分牺牲。矿井火灾按引起的热源不同分内因火灾和外因火灾两类。 编辑本段内因火灾煤自燃有自燃倾向的煤在常温下吸附空气中的氧，在表面上生成不稳定的氧化物。煤开始氧化时发热量少，能及时散发，煤温并不增加，但化学活性增大，煤的着火温度稍有降低，这一阶段为自燃潜伏期。随后，煤的氧化速度加快，不稳定的氧化物先后分解成水、CO2和CO，氧化发热量增大,当热量不能充分散发时，煤温逐渐升高，这一阶段称为自热期。煤温继续升高，超过临界温度（通常为80左右），氧化速度剧增，煤温猛升，达到着火温度即开始燃烧。在到达临界温度前，若停止或减少供氧，或改善散热条件，则自热阶段中断，煤温逐渐下降，趋于冷却风化状态，如上图所示。 矿井火灾煤的化学成分和碳化程度是影响煤自燃倾向的重要因素。褐煤最易自燃；烟煤、中长焰煤和气煤较易自燃；无烟煤则很少自燃。碳化程度低、含水分大的煤，水分蒸发后易自燃；碳化程度高的煤，水分对自燃的影响不明显。煤成分中的镜煤、丝煤，吸氧能力强，着火温度低，煤中含量越多，越易自燃。实验室鉴定煤的自燃倾向的方法很多，都是模拟煤的氧化过程，以其氧化能力作为判定依据。 硫化矿石自燃铁、铜、铅、锌等金属的硫化矿物均易氧化。硫化矿物吸附空气中的氧，氧化发热，随着热量积聚，温度升高，在适宜的外界条件下，氧化过程逐渐加速，直到自燃。通常含硫量高，自燃倾向大。次生硫化矿富集带的矿石比原生矿石具有较大的氧化速度和较低的着火温度。水对硫化矿物自燃有催化作用，湿黄铁矿的氧化速度高于干黄铁矿。矿井水的酸度高，可加速矿石氧化。矿石破碎程度增加,氧化表面积增大,易于自燃。坑木的着火温度低，受酸性水侵蚀的坑木，着火温度只有230250，坑木氧化发热，可促进硫化矿石自燃。 预防自燃措施基本原则是减少矿体的破坏和碎矿的堆积，以免形成有利于矿石氧化和热量积聚的漏风条件。选择正确的开拓开采方法。合理布置巷道，减少矿层切割量,少留矿、煤柱或留足够尺寸的矿、煤柱,防止压碎，提高回采率，加快回采速度。采用合理的通风系统。正确设置通风构筑物，减少采空区和矿柱裂隙的漏风，工作面采完后及时封闭采空区。预防性灌浆。在地面或井下用土制成泥浆，通过钻孔和管道灌入采空区，泥浆包裹碎矿、煤表面，隔绝空气，防止氧化发热，是防止自燃火灾的有效措施。根据生产条件，可边采边灌，也可先采后灌。前者灌浆均匀，防火效果好；自燃发火期短的矿井均采用。泥浆浓度(土、水体积比)通常取1:41:5。在缺土地区，可考虑用页岩等矸石破碎后代替黄土制浆，粉煤灰或无燃性矿渣也可作为一种代用品。均压防火。用调节风压方法以降低漏风风路两侧压差，减少漏风，抑制自燃。调压方法有风窗调节、辅扇调节、风窗辅扇联合调节、调节通风系统等。阻化剂。防止矿石氧化的化学制剂,如CaCl2、MgCl2等,将其溶液灌注到可能自燃的地方，在碎矿石或碎煤表面形成稳定的抗氧化保护膜，降低矿石或煤的氧化能力。 加强监测是早期发现自燃征兆的重要步骤。测定空气中的CO浓度，可判断煤自燃的发展程度及自燃地点。应用红外线分析仪和气相色谱仪分析空气中的微量CO，配合束管法(用细塑料管束从井下各取样地点连至地面)远距离取样，已可在地面进行连续自动检测与报警。 编辑本段外因火灾一切产生高温或明火的器材设备，如果使用管理不当，可点燃易燃物，造成火灾。在中、小型煤矿中，各种明火和爆破工作常是外因火灾的起因。随着机械化程度提高，机电设备火灾的比例逐渐增加。预防外因火灾的主要措施有：煤矿井下禁止吸烟和明火照明；电气设备和器材的选择、安装与使用，必须严格遵守有关规定，配备完善的保护装置；机械运转部分要定期检查，防止因摩擦产生高温，采煤机械截割部必须有完善的喷雾装置，防止引燃瓦斯或煤尘；易燃物和炸药、雷管的运送、保管、领发和使用,均应遵守有关规定;尽量用不燃材料代替易燃材料；一些主要巷道和机电硐室必须砌?或用不燃性材料支护；有些地点要设防火门。 矿井灭火火灾时的风流控制 火灾烟气顺风蔓延，当热烟气流经倾斜或垂直井巷时，可产生与自然风压类似的局部火风压，使相关井巷中的风量变化，甚至发生风流停滞或反向，常导致火灾影响范围扩大，人员不能安全撤退，无法进行灭火，有时还能引起瓦斯或煤尘爆炸。在上行风路中发生火灾，其火风压作用方向与主扇作用方向一致，使火源所在风路的风量增加，旁侧风路的风量减少；随火势发展，火风压增加，旁侧风路的风流可能反向，烟气将侵入。在下行风路中发生火灾，其火风压作用方向与主扇相反，使火源所在风路的风量减少，旁侧风路的风量增加；当火风压增大，火源所在风路的风流可能反向，烟气侵入旁侧风路。在矿井总进风流中发生火灾时，往往需要进行全矿性反风。以免烟气侵入采掘区。所以主要扇风机必须装有反风设备，必须能在10分钟内改变巷道中的风流方向（见矿井通风）。 灭火方法火灾初起时，可用水、砂或化学灭火器直接灭火，有时还要配合挖除火源。火势较大，不能接近火源时，可用高倍数泡沫灭火机灭火。在采空区内发生自燃火灾，或井巷中发生火灾，无法直接灭火时，可用隔绝灭火法。在火源进、回风两侧合适地点修筑密闭墙严密封闭火区，可使火源缺氧熄灭。常用的封闭材料有泥、木、砖、石等。用液态高分子材料就地发泡成型，或用塑料、橡胶气囊充气修筑临时密闭墙，均可减轻劳动强度，缩短修筑时间。有瓦斯涌出的火区，要考虑在封闭过程中发生瓦斯爆炸的危险，通常应先用砂、土袋修筑隔爆墙，在其掩护下建立密闭墙。 火区封闭后，少量漏风使火区内氧浓度维持在 35以上时，火源可能长期阴燃不熄。为了加速灭火,防止漏风，可采用联合灭火法。向封闭的火区灌注黄泥浆最有效；也可灌注N2或CO2。 火区管理与启封火区封闭后,要经常检查密闭墙的严密性。定期测定墙内空气成分和温度。对于煤矿，墙内CO浓度稳定在 0.001以下，气温30、水温25以下,氧气浓度低于2时，才能认为火已熄灭。对于硫化矿山，也有相应规定。启封火区时应将火区回风流直接引向回风道。在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井，应切断与火区相连地点的电源。启封工作应由矿山救护队进行。启封时要在防止新鲜风流进入火区条件下，从回风侧进入侦察，确认火已熄灭，再打开进风侧密闭墙，逐步恢复通风，排除有害气体，清理巷道,消除火灾残迹后,才能恢复生产。我国煤矿防治水我国煤矿床水文地质条件复杂，主要煤产地的华北石炭二叠纪煤田和南方晚二叠世煤田，属于喀斯特水文地质类型煤田，黄淮平原的煤田则受到第四系冲洪积层水的危害。目前，在原统配煤矿中，约有18%待开采的煤炭储量受到较为严重的水害威胁。1950年以后，我国煤矿曾发生过数百次突水事故，其中开滦范各庄矿于1984年6月2日发生突水量为2053m3/min的特大突水事故，造成经济损失5亿元以上。由此可见，煤矿水害已成为影响煤矿安全生产的重大关键问题之一，对其进行防治工作研究具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。一我国煤矿水害分布（一）水害区的划分根据我国聚煤区的不同地质、水文地质特征，并考虑到矿井水对生产的危害程度，可将我国煤矿划分为6个矿井水害区(1、华北石炭二叠纪煤田的岩溶裂隙水水害区；2、华南晚二叠世煤田的岩溶水水害区；3、东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；4、西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；5、西藏滇西中生代煤田的裂隙水水害区；6、台湾第三纪煤田的裂隙孔隙水水害区)（二）各水害区的概况从表1-1-1中可看出，我国矿井水害主要分布在华北和华南两大区。其矿井水文地质条件极为复杂，水害十分严重。例如华北石炭二叠纪煤田的煤系基底中奥陶统岩溶-裂隙水水害；黄淮平原新生界松散层水的水害；华南晚二叠世煤田的煤系顶底板灰岩岩溶水水害。而东北侏罗纪煤田虽然存在着裂隙水及第四系松散层水的危害，但不严重；西北侏罗纪煤田处于干旱、半干旱气候区，区内严重缺水，存在着供水问题；西藏-滇西及台湾的中、新生代煤田的水文地质条件比较简单，水害问题也不严重。表1-1-1我国煤矿水害区的概况水害分区气候大区年降水量及其覆盖面积的百分数矿井水对生产危害程度附注编号名称1华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区亚湿润亚干旱气候区6001000mm约占70% 200600mm约占20%出水、突水较频繁，涌水量大或特大（1000123180m3/h）。常常影响生产或淹井，或负担巨大排水费用，采煤和矿井安全都受到严重威胁，区内中深部下组煤有几百亿吨不能开采煤田为分布范围大、可采煤层多、储量大、煤种齐全的焦煤和主焦煤重要产地，对国民经济影响重大2华南晚二叠统岩溶水水害区湿润气候区 12002000mm约占95%以上出水、突水很频繁，经常影响生产或淹井，突水量大（270027000m3/h），矿井正常涌水量亦大（30008000m3/h）。负担巨额排水电费（4001500万元/a）；地面塌陷严重，井下黄泥突出堵塞井巷。矿井安全受到严重威胁雨季更危险由于地面塌陷，每年矿区付出上百万元赔偿费。由于主巷布设在强含水层内，故突水、出水频繁，主要为底板茅口灰岩水，江西是顶板长兴灰岩水3东北侏罗系裂隙水水害区湿润-亚湿润气候区 400600mm约占60%600800mm占25%一般不影响生产，部分矿区受地表水和第四系松散层水的危害较重，有时造成淹井事故局部为亚干旱区（15%）4西北侏罗系裂隙水水害区干旱气候区 2575mm占80%75100mm占80%100400mm占20%本区严重缺水，存在供水问题，仅少部分地区有地表水和老空水，造成的煤矿水害局部为亚干旱区5西藏-滇西中生界裂隙水水害区湿润-亚湿润气候区 300600mm约占55%8001000mm约占35%10002000mm约占10%西藏-滇西和台湾中、新生代煤田煤炭储量仅占全国储量0.1%，水文地质条件比较简单，水害也不严重一小部分为亚干旱区6台湾第三系裂隙-孔隙水水害区湿润气候区 18004000mm约占95%以上另外第四系水（孔隙水）、地表水体所造成的水害，不同程度地存在于各大类型区内。其中仅黄淮平原煤田（属华北水害类型区）第四系水造成的水害较为严重，在煤田开发过程中，流沙溃入并淹没矿井的事故很多。例如1963年7月徐州新河煤矿502工作面突然溃入冲积层水、流沙和黄泥，淤塞巷道1200m，停产58d。老空水（古井、小窑）水害，常常造成局部停产或淹井事故，并常有人身伤亡。这种水害几乎所有矿区都存在，危害程度与其所在水害类型区相关。二 矿井水害的名词与类型（一） 矿井水害名词(1)矿井水 凡是在矿井开拓、采掘过程中，渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水，统称为矿井水。(2)矿井突水（简称突水） 凡因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故，称为矿井突水。(3)矿井水害 凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。（二） 矿井水害类型造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老空水。其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等。现根据水源分类，把我国矿井水害分成若干类型（见表1-1-2），作为防治矿井水害时的参考。表1-1-2 矿井水害类型类别水源水源进入矿井的途径或方式发生过突水、淹井的典型矿区地表水水害大气降水、地表水体（江、河湖泊、水库、沟渠、坑塘、池沼、泉水和泥石流）井口、采空冒裂带、岩溶地面塌陷坑或洞、断层带及煤层顶底板或封孔不良的旧钻孔充水或导水水城汪家寨矿、内蒙古平庄古山矿、辽源梅河一井等老空水水害古井、小窑、废巷及采空区积水采掘工作面接近或沟通时，老空水进入巷道或工作面山西陵川县关岭山煤矿、徐州旗山矿、峰峰四矿等矿区都发生过老空水的水害孔隙水水害第三系，第四系松散含水层孔隙水、流沙水或泥沙等，有时为地表水补给采空冒裂带、地面塌陷坑、断层带及煤层顶、底板含水层裂隙及封孔不良的旧钻孔导水吉林舒兰煤矿、淮南孔集矿、徐州新河煤矿裂隙水水害砂岩、砾岩等裂隙含水层的水，常常受到地表水或其他含水层水的补给采后冒裂带、断层带、采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水，或封孔不良的老钻孔导水徐州大黄山煤矿、韩桥煤矿，开滦范各庄矿等煤矿区都有裂隙水水害岩溶水水害薄层灰岩水水害主要为华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水（山东省一带为徐家庄灰岩水），并往往得到中奥陶系灰岩水补给采后冒裂带、断层带及陷落柱，封孔不良的老钻孔，或采掘工作面直接揭露薄层灰岩岩溶裂隙带突水徐州青山泉二号井，淮南谢一矿，肥城大封煤矿，杨庄矿（徐灰），新蜜芦沟矿厚层灰岩水水害煤层间接顶板厚层灰岩含水层，并往往受地表水补给采后冒裂带、采掘工作面直接揭露或地面岩溶塌陷坑江西丰城云庄矿煤系或煤层的底板厚层灰岩水（在我国煤矿区主要是华北的中奥陶系厚层（500600m）灰岩水和南方晚二叠统阳新灰岩水），对煤矿开采威胁最大，也最严重采后底臌裂隙、断层带、构造破碎带、陷落柱或封孔不佳的老钻孔和地面岩溶塌陷坑吸收地表水峰峰一矿，焦作演马庄矿、冯营矿、中马村矿、淄博北大井均为断层导水淹井；开滦范各庄矿，安阳铜冶矿为中奥灰水通过陷落柱、探孔进入矿井注：表中矿井水害类型系指按某一种水源或某一种水源为主命名的。然而，多数矿井水害往往是由23种水源造成的。单一水源的矿井水害很少。顶板水或底板水，只反映含水层水与开采煤层所处的相对位置，与水源丰富与否、水害大小无关。同一含水层水，既可以是上覆煤层的底板水，又同时是下伏煤层的顶板水。例如，峰峰矿区的大青灰岩水，既是小青煤层的底板水，又是大青煤层的顶板水。因此，不按此分类。断层、旧钻孔、陷落柱等都可能成为地表水或地下水进入矿井的通道（水路），它们可以含水或导水，但是以它们命名的水害，既不能反映水源的丰富程度，又不能表明对矿井安全危害和威胁的严重性。因为由它们导水造成的矿井水害有大有小，有的造成不了水害。其危害或威胁程度，决定于通过它们的水的来源丰富与否。三 煤矿防治水害的现状与方法（一） 煤矿防治水害的现状1国内现状在突水机理的研究上，曾先后提出了“突水系数”、“等效隔水层”和底板隔水层中存在“原始导高”等概念。经过多年的试验、观测与研究，认为底板突水机理是“含水层富水性、隔水层厚度及其存在的天然裂隙与水压、矿压等因素的综合作用结果。”对突水分析采用了统计学方法，力学平衡、能量平衡方法。同时，开始应用井下物探技术，如坑道透视法、井下电法、氡气测定法等来探测充水水源和充水通道。并在研究、验证预测突水量的数学模型方面有较大进展。疏干降压是我国矿井防治水害的主要技术措施。国内除普遍的采用经常性疏干排水外，先后还进行了峰峰矿区和淄博矿区的薄层灰岩水的疏干和降压及邯郸矿区的疏干工作程序和疏干勘探方法。80年代初，在淮南矿区还总体研究了太原群灰岩水的疏干问题。堵水截流是我国矿井防治水害的重要方法。在静水与动水条件下注浆封堵突水点、矿区外围注浆帷幕截流等都有比较成熟的方法和经验。焦作、峰峰、煤炭坝等矿区都进行过这类工作，近年来又成功的封堵了开滦范各庄矿特大型突水。从60年代起在徐州、枣庄、新汶等煤矿和张马屯铁矿、水口山铅锌矿等不同水文地质条件下的灰岩地层中成功地建造了大型堵水截流帷幕，取得了良好的堵水效果。近年来，峰峰四矿对煤层底板注浆截断岩溶水垂向补给通道，取得了明显的效果，提供了一种可借鉴的截流方法。2国外现状目前，国外主要采用主动防护法，即采用地面垂直钻孔，用潜水泵专门疏干含水层。为了适应预先疏干方法，国外生产了高扬程（达1000m）、大排水量（达5000m3/h）、大功率（2000kW）的潜水泵，其疏干工程已逐渐采用电脑自动控制。国外堵水截流方法也有很大发展，建造地下帷幕方法愈来愈受到重视，苏联认为帷幕是今后疏干研究工作的方向之一。目前有些国家利用挖沟机在松散层中修建帷幕；开挖、护壁、清渣流水作业，是当前国外先进的堵水截流技术。但是，现在国外还没有在岩溶地层中建造大型帷幕的实例。为充分利用隔水层厚度，减少排水量，国外正在对隔水层的隔水机理、突水量与构造裂隙的关系、高水压作业下的突水机理以及隔水层稳定性与临界水力阻力的综合作用等进行研究。目前预测方法有统计学方法、突变论方法和现场试验，如水力压裂法等。物探方法也有一定的发展。如德、英、美等国研究槽波地震法探测落差大于煤厚的断层，以及采用井下数字地震仪探测岩层中的应力分布；苏联从超前孔中用无线电波法研究岩溶发育带预防突水。（二） 煤矿防治水害方法如前所述，我国在矿井水害防治方面，已有了比较成熟的技术和措施，如疏干降压、注浆堵水、突水预测和探放水等（见表1-1-3）。表1-1-3 煤矿防治水害方法简介防治水方法应用矿区分类主要内容地表水防治1在河流（含冲沟、小溪渠道）的漏水、渗水段铺底，修人工河床、渡槽或河流部分地段改道等 2在矿区外围修筑防洪泄水渠道，在采空区外围挖沟排（截）洪3填堵渠道（指对岩溶地面塌陷及采空区塌陷的处理）4建闸设站，排除塌陷区积水或防止河水倒灌湖南恩口矿、南桐红岩矿、徐州贾汪矿区井下防水设施1留设防水煤（岩）柱 2设置防水闸门及防水闸墙3设排水泵房、水仓、排水管路及排水沟等排水系统峰峰各矿、邯郸各矿及其他大水矿区井下探放水1探放老空水 2探放断层水3探放陷落柱水4探放旧钻孔水5探放含水层水峰峰、井陉、邯郸、淄博和肥城等矿区疏干1地表疏干从地面施工垂直钻孔，安装潜水泵，抽排含水层水 2地下疏干(1)专门疏干矿井、巷道和放水孔(2)疏干巷道（运输巷道疏干含水层、疏水石门、疏水平硐）(3)疏水钻孔（井下放水孔疏干、井下吸水孔疏干）3联合疏干(1)地表疏干与地下疏干同时进行(2)多井同时疏干同一含水层广东石碌铜矿 匈牙利 南桐红岩矿 湖南煤炭坝矿、恩口矿等 徐州夏桥矿 新汶张庄矿 潞安五阳矿 苏联北乌拉尔铝土矿 湖南煤炭坝矿突水预测1易于突水的构造部位或地段的预测 2采掘前突水预测3采掘过程中突水预测4突水量预测焦作矿区、淄博矿区井陉矿区、邯郸王凤矿 陕西韩城矿区、井陉矿区 地表水体下采煤安全措施1地表水体下留设安全煤（岩）柱（含断层煤柱） 2选择控制采高的采煤方法，加强顶板管理3保持足够的排水能力，即设计的最大排水能力4建立井上、下水文动态观测网、避灾路线、报警系统等5必要时探水掘进淮南孔集矿等 乐平钟家山矿 开滦唐山矿 淮南孔集矿等 井陉矿区注浆堵水1注浆堵水的一般施工 2封堵突水口（点）的注浆1）封堵突水巷道的注浆2）封堵突水断裂带的注浆3）封堵岩溶陷落柱的注浆4）巷道布设在厚层灰岩的突水口的注浆3封堵天然隐伏垂向补给通道的注浆4堵水截流帷幕的注浆开滦范各庄矿与吕家坨矿的边界巷道动水注浆工程新汶协庄矿；肥城大封矿 开滦赵各庄矿 开滦范各庄矿 安阳铜冶矿 涟邵斗笠山矿、湖南恩口矿 峰峰四矿 徐州青山泉矿、枣庄郭东井酸性水防治1减少酸性水发生的根源 1）检选、利用造酸矿物2）减少地表水渗入量3）减少大气降水沿煤层露头带渗入量2减少排水量3减少排酸性水的时间4提高设备的耐酸性能5中和酸性水淄博矿务局 丰城矿务局 江苏潭山硫铁矿矿山其它安全事故的预防及处理供电、电器设备安全技术一、概述电气事故包括人身伤亡事故和设备事故两大方面。人身伤亡事故是指触电伤亡事故。设备事故主要是指由电气设备所产生的电弧、电火花和危险温度引起的瓦斯或煤尘爆炸，设备损毁，电气火灾等（一）矿用电气设备的特点1电气防爆2防护性能好3.电网电压波动适应能力强4、过载能力强5、保护功能强6可靠性高。主要通风机、局部通风机等设备或供电系统的故障会引起瓦斯集聚，在一定的条件下会造成瓦斯和煤尘爆炸。因此，煤矿井下供电系统及设备的可靠性要高。（二）煤矿供电系统电力是煤矿的动力，为保证煤炭的安全生产，对供电提出如下要求：1可靠供电，即要求供电不间断。2安全供电3经济供电煤矿电力用户可分为三类1) 一类用户：凡因突然停电造成人身伤亡事故或重要设备损坏，给企业造成重大经济损失者，均是一类用户。如煤矿主通风机、井下主排水泵、副井提升机等，这类用户应采用来自不同电源母线的两回路进行供电，无论是电力网在正常或事故时，均应保证对它的供电2) 二类用户：凡因突然停电造成较大减产和较大经济损失者。例如，煤矿集中提煤设备、地面空气压缩机、采区变电所等，对这类用户一般采用双回路供电或环形线路供电3) 三类用户：凡不属于一、二类用户的，均为三类用户，这类用户突然停电时对生产没有直接影响。例如，煤矿井口机修厂等。对这类用户的供电，只设一回路供电。（三） 矿井供电必须符合下列要求1矿井应有两回路电源。2地面供电线路发生任何故障，至少应有一路电源不中断供电，即两路电源和线路不得同时受到损害，并且任一回路都能担负矿井全部负荷。3采用一个回路运行时，另一回路应带电热备用，保证已运行回路停电时，能迅速查明停电原因并进行必要的倒闸操作。4在发生任何故障时，应由值班人员进行必要的操作，迅速恢复一个电源供电，并能担负矿井的全部负荷5矿井地面变电所的电能应分别来自电力网中的两个区域变电所和发电厂。6年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等要求7矿井的两回路电源线路上，但经有关部门批准后，其中一个回路可不受分接负荷的限制8矿井电源线路上严禁装有负荷定量器9小型矿井采用10kV以下电压作为矿井架空电源进线时，两回路电源线路不得共杆架设10矿井多回路(多于2路)电源供电，部分线路可共杆架设，但应报局总工程师批准，并遵守下列规定：1)线路不得通过塌陷区；2)共杆架设部分，在任一回路正常运行情况下，另一回路必须具有正常维护和检修条件；3)共杆架设的线路发生故障停止供电时，其他电源线路仍能担负矿井全部负荷。11井下各水平中央变(配)电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房的供电线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能承担全部负荷的供电。12井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：1）高压不应超过10000V； 2)低压不应超过1140V；3）照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压都不应超过127V4)远距离控制线路的额定电压不应超过36V。采区机械设备的额定供电电压超过3300V时，必须制定专门的安全措施13井下低压配电系统同时存在两种或两种以上电压时，低压电气设备(电动机、变压器、馈电开关、启动器、检漏继电器等)上，应明显地标出其电压额定值14每一矿井必须备有地面、井下配电系统图15电气设备不应超过额定值运行16直接向井下供电(包括经过钻孔的供电电缆)的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。17为了防止地面雷电波及井下引起瓦斯、煤尘以及火灾等灾害，必须遵守下列规定：1）经由地面架空线路引入井下的供电线路(包括电机车架线)，必须在入井处装设避雷装置；2）由地面直接入井的轨道，露天架空引入(出)的管路，都必须在井口附近将金属体进行不少于两处的良好的集中接地；3）通信线路必须在入井处装设熔断器和避雷装置。18煤电钻必须设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻的综合保护装置。煤电钻综合保护装置在每班使用前必须进行1次跳闸试验。19严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机向井下供电20一切容易碰到的、裸露的电气设备及其带动的机器外露的转动和传动部分(靠背轮、链轮、胶带和齿轮等)，都必须加装护罩或遮栏，防止碰触危险21电杆根部无腐朽。基础支撑牢固。杆无歪斜。设计强度达到要求，钢筋混凝土杆无裂纹。杆与杆之间的距离符合设计要求。22线路无破损断裂痕迹23有巡回检查制度和记录24隐患及时处理二、煤矿井下电气防爆技术(一)煤矿井下防爆电气设备的类型为了适应不同的生产环境和爆炸性环境，国家制定了不同类型的防爆电气设备的设计制造标准，共有以下十种类型：隔爆型（d）、本质安全型(i)、增安型(e)、浇封型(m)、气密型(h)、充砂型(q)、正压型(p)、充油型(o)、无火花型(n)和特殊型(s)。另外，矿用一般型电气设备是用于煤矿井下的非防爆电气设备。防爆电气设备的国家标准GB3836(矿用一般型除外，矿用一般型的国家标准是GBl2173)，所有防爆电气备的设计、制造、检验均应以此标准为依据1、隔爆型电气设备(d)：具有隔爆外壳的电气设备，称之为隔爆型电气设备。该外壳既能承受其内部爆炸性气体混合物引爆产生的爆炸压力，又能阻止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物2.本质安全型电气设备(i)：全部电路均为本质安全电路的电气设备3.增安型电气设备(e)：在正常运行状态下不会产生电弧、火花可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上4.特殊型电气设备(s)：凡在结构上不属于上述基本防爆类型及其类型组合的电气设备，经过充分试验又确实证明具有防止引爆设备周围爆炸性气体混合物能力的设备5.矿用一般型电气设备(KY)：是一种没有采取任何防爆措施，用于煤矿井下无瓦斯、煤尘爆炸性混合物场所的电气设备。矿用一般型电气设备与一般电气设备不同防爆电气设备的类别、类型、级别和组别连同防爆总标志“EX构成防爆标志。例如：隔爆型电气设备的防爆标志为Exd I”，其中，Ex为总的防爆标志，d是隔爆型电气设备的标志，I指电气设备的类别为I类(类指用于煤矿井下的电气设备，类指用于工厂的防爆电气设备)，即煤矿井下用电气设备。煤矿用出等级的本质安全电气设备的防爆标志为“Exib I”。 电气设备外壳的明显处，须设置清晰的永久性凸纹标志“Ex”；小型电气设备及仪器、仪表可采用标牌铆或焊在外壳上，也可采用凹纹标志。(二)防爆电气设备选型根据煤矿井下使用的环境和矿用电气设备的类型特征，要求煤矿井下必须选用I类防爆电气设备(类为工厂用防爆电气设备)三、井下供电“三大”保护（一）过流保护凡是流过电气设备(包括供电线路)的电流超过其额定电流时称为过电流，简称过流。过流可分为允许过流和不允许过流两种，通常所说的过流是指不允许过流。1常见的过流有短路、过负荷和断相三种。1）短路过流*使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备(包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器)* *煤(岩)与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机* * *允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯2)过负荷过流过负荷是指电气设备的工作电流不仅超过了额定电流值，而且超过了允许的过负荷时间。过负荷在电动机、变压器和电缆线路中较为常见，是烧毁电动机的主要原因之一。过负荷电流一般比额定电流