煤矿开采主要灾害及安全管理.doc

行业资料：_煤矿开采主要灾害及安全管理单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 11 页煤矿开采主要灾害及安全管理一、瓦斯（甲烷）甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，甲烷比空气轻，相对于气空的比重为0.554。瓦斯爆炸是煤矿生产主要灾害之一。煤矿一旦发生瓦斯爆炸，危害十分严重，其爆炸时产生的高温、高压和有害气体可造成大量的人员伤亡和人亡矿毁，因此，防止瓦斯爆炸是安全管理的重点，其主要措施是加强矿井通风，防止瓦斯局部积聚，防止煤（岩）与瓦斯突出，防止火源引燃瓦斯。1.矿井瓦斯的危害：（1）瓦斯窒息甲烷本身虽然无毒，但空气中的甲烷浓度较高时，就会相对降低空气中的氧气浓度。氧气浓度相对减少，使人窒息死亡。当空气中甲烷浓度升高，氧气量降到17%，使感到呼吸困难，氧含量降到12%以下时，使人窒息死亡。因此，凡井下盲巷或通风不良的地区，都必须及时封闭或设置栅栏，并悬挂禁止入内的警标，严防人员入内。（2）瓦斯燃烧和爆炸当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦形成灾害事故，就会造成大量作业人员的伤亡，严重影响矿井的安全生产，瓦斯爆炸事故是煤矿事故中最严重的事故。2.瓦斯爆炸的概念：瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸就是空气中的氧气与瓦斯发生剧烈氧化反应的结果。瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热，这些热量能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压，并以极高的速度向外冲击而产生的动力现象，这就是瓦斯爆炸。3.瓦斯爆炸的危害：瓦斯爆炸的主要危害是产生高温焰面，冲击波和有害气体。焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度快、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。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，扩大灾情。冲击波锋面压力由几个大气压到20个大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100个大气压。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。瓦斯爆炸后生成大量有害气体。据分析，瓦斯爆炸后的气体成分为：O2为6%-10%、N2为82%-88%、CO2为4%-8%、CO为2%-4%。如果有煤尘参与爆炸，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因，因此，煤矿安全规程规定，入井人员必须配戴自救器。4.瓦斯爆炸的条件及其影响程度：瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气，三者缺一不可。（一）、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。瓦斯爆炸的界限为5%-16%，5%为爆炸下限，16%为爆炸上限。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9.5%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，失去爆炸性，但在空气中火仍会燃烧。必须强调指出，瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受许多因素的影响：（1）可燃气体的混入，使瓦斯爆炸界限扩大。（2）惰性气体的混入，降低了氧浓度，使瓦斯爆炸的危险性和爆炸界限降低。（3）煤尘掺入可降低瓦斯爆炸下限。（4）瓦斯与空气混合气体的初始温度越高，爆炸界限范围就越大。（5）瓦斯与空气混合气体的初始压力越大，瓦斯爆炸界限范围越大。（二）、引火温度：瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为是650750，但受瓦斯的浓度、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%8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引火温度降低；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。瓦斯与高温热源接触时，并不立即燃烧、爆炸，而是要经过一个很短的时间间隔，我们称此现象为火延迟性，间隔的这段时间称感应期。感应期的长短与甲烷浓度、火源温度、火源性质、混合气体压力有关。火源温度升高，感应期迅速下降；瓦斯浓度增加，感应期略有增加。瓦斯爆炸的感应期对煤矿安全生产意义很大。例如，使用安全炸药爆破时，其初温达xx左右，但高温存在的时间只有千分之几秒，小于瓦斯爆炸的感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药质量不合格，炮泥充填不紧或放炮不正规（如放明炮、糊炮等），就会延长高温存在时间，造成瓦斯爆炸事故。为了安全井下电气设备，必须采用安全隔爆器。（三）、氧的浓度：当氧在混合气体中的浓度低于12%时，混合气体中的瓦斯失去爆炸性。正确认识氧的含量对瓦斯爆炸的作用，对密封或启封火灾区及时封闭火区时，判断火区内有无瓦斯爆炸性等均有指导意义。防止瓦斯爆炸措施主要包括三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯引燃、防止瓦斯事故扩大。二、矿尘矿尘是指在生产过程中所产生的各种矿物微细颗粒的总称。矿尘包括煤矿生产过程中产生的煤尘、岩尘。矿尘不但对井下污染环境，还对工作人员的健康不利，而且在一定条件下，还可以燃烧和爆炸（煤尘具有可燃性，遇有外界火源，很容易引起火灾，还可能导致爆炸事故），除此以外，还会加速机械设备的磨损，影响井下工作人员的视线，因此应采取各种有效的排降措施，如：加强通风，洒水降尘，将矿尘浓度控制在规定的浓度标准范围内。（关于煤尘爆炸资料附后）三、火灾矿井防灭火工作是安全生产管理的重要内容，首先应通过改进开采技术措施，健立完善的通风系统；其次采取防止漏风和预防性灌浆、喷洒阻化剂、均压灭火、注入惰性气体等综合措施防止煤炭自燃的发生；再次采用不燃性支护材料，杜绝或控制明火和电火花的产生等有效措施，防止煤矿外因火灾发生。（矿井火灾防治附后）四、水害矿井水害对煤矿安全生产的影响和危害很大，轻则使生产条件恶化，管理困难；重则造成伤亡或淹井事故，因此，在安全生产和管理方面，应该在保证排水系统可靠的前提下，加强采掘工作在探、放水的安全管理工作。严格执行有疑必探，先探后掘的方针，保障矿井安全。（矿井水害防治附后）五、顶板顶板事故会造成井下人员伤亡、设备损坏和生产停顿等事故，是煤矿生产的主要灾害之一。随着开采深度的不断增加，巷道断面不断增加，预防采掘工作面的顶板事故更加重要。为防止顶板事故的发生，应制定和执行严格合理的顶板管理安全技术措施；应建立顶板灾害发生的预警、预报系统；加强对顶板的支护；加强对采空区的观察，合理留设煤柱的安全防范措施，有效控制顶板事故。除上述五大灾害以外，随着矿井开采深度不断增加，采空区面积随着增大，冲击地压的危险也将会更加突出，冲击地压又称岩爆，常伴有煤岩体抛出，巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，也是煤矿的重大灾害之一，我矿应采取有效措施防范采空区大面积冒顶引发地表塌陷，使地表水透入井下造成的水害。第 6 页 共 11 页煤矿开采沉陷防治和控制技术一.沉陷的防治技术途径沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑；（1）对开采沉陷的控制，即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施，来减少地表下沉，控制地表下沉速度和范围，达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。（2）开采沉陷破坏的恢复和整治，运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术，对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。1.1.1全部充填开采在煤炭采出后顶板尚未冒落之前，用固体材料对采空区进行密实充填，使顶板岩层仅产生少量下沉，以减少地表的下沉和变形，达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法，其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施，还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大，吨煤成本相应的增加。1.1.2条带开采根据煤层和上覆岩层组合条件，按一定的采留比，在被开采的煤层中采出一条，保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动，控制地表的移动和变形，实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多，工作面效率低。1.1.3覆岩离层带充填根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性，在煤炭采出后一定时间间隔内，用钻孔往离层带空间高压注浆，充填，加固离层带空间，将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构，使离层带的下沉空间不再向地表传递，以减少或减缓地表下沉，保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大，再近一步研究。1.1.4限厚开采根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，确定可开采的煤层厚度，开采是仅回采这一厚度的煤，其余各煤层均不开采，以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低，仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。1.1.5协调开采厚煤层分层开采时，合理设计各工作面的开采间距，相互位置与开采顺序，使开采一个煤层（工作面）所产生的地表变形和开采另一个煤层（工作面）所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分，以减少采动引起的地表变形，保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距，因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。1.1.6“采-注-采“三步法开采充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，应用荷载置换的原理，进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采，有效的对岩层移动和地表沉陷的控制，解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率，保护了地面建、构筑物，但也存在工艺复杂，成本较大等缺点。2.2.1煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦（1）地下开采产生的大量煤矸石运到地表排放，既占地有污染环境。利用煤矸石作为充填材料，即可使采煤破坏的土地得到恢复，又能减少矸石的额占地。（2）利用电厂的废弃物-粉煤灰充填沉陷区复垦土地，可以化两害（沉陷区、粉煤灰）为三利（电厂、煤矿、农民三放面有利）。2.2.2平地和修建梯田复垦对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带，可采取平整土地、改造成梯田的方法复垦利用。梯田的水平宽度和梯坎高度，应根据地面坡度抖缓、土层薄厚、工程量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑确定，田间坡度的大小和坡向，应根据原始坡度的大小、有无灌溉条件、复垦土地用途来决定。2.2.3输排法复垦开挖排水渠道，将沉陷区浅积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等，作为蓄水用，是沉陷水淹地重新得到耕种。2.2.4深挖垫浅复垦运用人工或机械方法，将局部积水或季节性积水沉陷区下沉大区域挖深，适合养鱼、蓄水灌溉等，用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区，使其成为可种植的耕地。2.2.5积水区综合利用技术对地面大面积积水和积水深度很大的沉陷区，科学的综合利用，发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园等。2.2.6固体微生物复垦技术煤矸石添加适量微生物活化剂，经过一个植物生长期（约6个月）就可建立起稳固的植物生长层，形成熟化的土壤。三.结束语开采沉陷是造成矿区环境地质灾害的直接原因，有效控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的基本途径。充填采煤法是减少地表下沉效果作好的方法，近年在山东有些矿区正在做膏体充填的实验，这种方法可使采场没有或