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一通三防基础培训教材第一章 矿井通风第一节 概 述 一、矿井通风的重要性“一通三防”是煤矿安全生产中的重中之重。“一通三防”中的“一通”就是指“矿井通风”，“三防”系指“防瓦斯、防尘、防自燃发火”。煤矿安全生产“十二字方针”中的“以风定产”，就是以通风能力核定生产能力。只要有人正常作业的地方就必须保证有效通风。有效的矿井通风是煤矿安全生产的最基本保证。二、矿井空气地面空气进入矿井后，沿着矿井通风流程，其成分、温度、湿度、压力和密度都将逐渐发生一系列的变化。井下煤和其它物质的氧化、人的呼吸，会使井下空气中的氧气减少，二氧化碳增加；井下煤和岩石中还会不断释放出各种有毒有害气体即瓦斯；在生产过程中也要产生矿尘和炮烟；此外，井下空气由于受地热影响，以及人体和机械的散热、水分的蒸发等原因，导致温度和温度显著增加，造成不良的气候条件。按照成分改变程度，矿井空气可分为新鲜空气和污浊空气。三、矿井通风的二大任务和一个目的 改善作业场所气候条件和稀释有毒有害气体，创造安全作业环境。第二节 矿井空气的主要成分矿井空气主要来自地面。地面空气的成分按体积计算所占的百分比为: 氧气(O2) 20.96%氮气(N2) 79.0%二氧化碳(CO2) 0.04%此外，还有少量的水蒸气、尘埃和稀有惰性气体等。矿井空气的成分如果与地面空气差别不大时，如井底车场、采区石门、井下运输大巷等进风流中，称为新鲜风流或新风。冲洗作业场所后的风流，如采掘工作面、行人巷道或峒室回出的风流，称为污浊风流或乏风。矿井空气的主要成分：1. 氧气（O2）：是一种无色、无味、无嗅的气体。它能助燃和供人呼吸，氧气是维持井下人员呼吸不可缺少的气体。人在休息时所需氧气量平均为0.25L/min。行走和工作时为13L/min。如果空气中氧浓度降低，就会影响人体健康，甚至造成缺氧窒息死亡。氧浓度减少对人体的危害见下表1-1：煤矿安全规程（以下简称规程）规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%。2、氮气（N2）：是一种无色、无味、无嗅、比重和空气相似、化学性质稳定表11氧浓度减少对人体的危害空气中氧气浓度（%）人体的反应17休息时无影响，工作时引起喘息、呼吸困难15呼吸急促，脉搏跳动加快，判断和意识能力减弱1012失去理智，时间稍长即有生命危险69失去知觉，几分钟内心脏尚能跳动，若不急救就会死亡的惰性气体。井下有机物质腐化过程中和爆破工作都可产生氮气，煤和岩体中也有氮气涌出。矿井空气中氮气含量增加，将相对减少氧气含量，可引起缺氧窒息。2. 二氧化碳（CO2）：是一种无色、略带有酸臭味的不助燃气体，由于比空气重，往往聚集在巷道的下部以及下山掘进工作面。矿井空气中CO2除来源于地面空气外，井下煤、岩、坑木等物质的氧化、爆破工作、矿井火灾、瓦斯与煤尘爆炸、人的呼吸等都能产生CO2，有些地方还能直接从煤和岩体中涌出或突然喷出CO2。二氧化碳对人体的眼、鼻、口等器官有刺激作用，同时能刺激中枢神经，引起呼吸加快。当二氧化碳浓度达到3%时，人的呼吸急促，易感疲劳；达到5%时，出现耳鸣、呼吸困难等症状；达到10%时，发生昏迷现象。规程规定：采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不超过0.5%。第三节 矿井空气中的有害气体矿井空气中的有毒有害气体总称为瓦斯，其主要组分有：一氧化碳CO、硫化氢H2S、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、氨气NH3、甲烷CH4、乙烷、丙烷等。1. 一氧化碳（CO）是一种无色、无味、无嗅的气体；相对密度为0.97，能均匀地扩散在空气中，微溶于水，能燃烧，当浓度要达到13%17%时能爆炸。一氧化碳对人体的危害极大，有剧毒，它与人体血液中的红血球的结合能力比氧大250300倍，能使血液中毒，阻碍红血球吸氧，使人体缺氧引起窒息和死亡。据统计，在矿井发生的瓦斯、煤尘爆炸和井下火灾等重大事故时，死亡的人数中有7080%都是因一氧化碳中毒而死的。井下CO的主要来源有：矿井火灾、煤炭自燃、瓦斯与煤尘爆炸和井下爆破。2. 二氧化氮（NO2）。二氧化氮具有刺激性臭味，呈棕红色，极易溶于水，是一种剧毒性气体。井下NO2主要来源于放炮作业。二氧化氮对人的眼睛、鼻腔、呼吸道及肺部组织具有强烈的腐蚀破坏作用，能引起肺水肿。其中毒的特点是，起初无感觉，即使在危险浓度下，也只是感觉呼吸道受刺激而咳嗽，过624小时后才出现中毒现象，其症状为：严重支气管炎、呼吸困难、手指尖及头发出现黄斑，发生肺水肿、引起头疼、呕吐现象，以致死亡。我们通常讲的炮烟熏人，其实就是二氧化氮中毒。3. 二氧化硫（SO2）。二氧化硫是一种具有硫磺气味及酸味的无色气体，易积聚在巷道的下部，有剧毒。二氧化硫对人的眼睛有强烈刺激作用，能腐蚀呼吸器官，引起支气管炎，导致呼吸麻痹，严重时，同二氧化氮中毒一样，引起肺水肿，以致死亡。井下二氧化硫的主要来源是：含硫煤炭的氧化和自燃；含硫煤岩中的爆破和硫化矿物的氧化等。4. 硫化氢（H2S）。硫化氢是一种无色、微甜、带有臭鸡蛋味的气体，易溶于水，能够燃烧和爆炸，具有强烈毒性。井下硫化氢的主要来源有：有机物质腐化、含硫矿物的氧化和水解、含硫煤炭自燃等。井下硫化氢多出现在有采空区涌水的地点。硫化氢对人的眼睛、鼻腔及上呼吸道的粘膜有强烈刺激作用，能干扰人的中枢神经系统，易引起急性中毒或死亡。5. 氨气（NH3）。氨气是一种无色、具有强烈臭味的气体，易溶于水，有爆炸性和毒性。井下氨气主要来源于炸药爆破。氨气对人的皮肤和呼吸器官有刺激作用，能引起咳嗽、流泪、头晕，重者会昏迷、心力衰竭，以致死亡。矿井有毒有害气体最高允许浓度见下表1-2，甲烷最高允许浓度见瓦斯防治章节。表12矿井有毒有害气体最高允许浓度气体名称最高允许浓度最（%）一氧化碳CO0.0024二氧化氮NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004第四节 防治井下有毒有害气体的主要措施1. 确保有效的矿井通风，保证井下各用风地点风质风量，将各种有毒有害气体冲淡到安全浓度以下并排出矿井。2. 完善“一通三防”各大系统，加大瓦斯综合治理力度，落实“应抽尽抽，可保尽保”战略，坚持“瓦斯超限就是事故”的原则，实施“0.8%断电”措施，避免瓦斯超限。3. 对局部有害气体含量较高、涌出量较大的区域，必须强化瓦斯抽放，并辅以局部通风稀释的办法，使其降到安全浓度以下。4. 对放炮产生的二氧化氮等有害气体和工作面涌出的二氧化碳，应采用喷雾洒水的方法，使其溶于水，以降低其在空气中的含量。5. 实施防突、防火预测预报，加强瓦斯自动监测监控与人工检测与检查，发现异常情况及时回报并采取相应措施，防止各种有害气体积聚或大量涌出。6. 凡井下通风不良的区域或巷道，要设置栅栏，并悬挂“禁止入内”的警标，未经检测不得擅自入内。7. 要按规定构筑用于封闭火区、采空区和盲巷等各种封闭墙，并定期检测检查维修，始终保持完好，防止有害气体涌出。8. 建立健全安全防护设施，加强职工安全知识培训，作好个体防护，严格规程措施的贯彻落实，所有入井人员都必须熟悉避灾路线，对中毒人员应立即移送到有新鲜空气的巷道中或避难峒室内，视其具体情况及时进行抢救。第五节 矿井气候条件1.矿井气候条件的概念和有关规定矿井气候条件是指井下空气温度、湿度和风速三者的综合作用状态。人无论在工作或休息时，身体都在不断地产生热量和散放热量，以保持身体的热平衡，维持体温在36.537之间。如果空气温度高、湿度大和风速小，人体产生的热量就散放不出去，使人感到闷热，严重时会导致中暑；反之，当空气温度低、湿度小和风速大时，人体散放出去的热量就会过多，使人感到发冷，甚至引起感冒。总之，人体失去热平衡就会感到不舒服，甚至引起疾病。人体的热平衡受到周围环境（即气候条件）的直接影响。因此，矿井气候条件的好坏对人体健康和劳动效率有着极为重要的影响。实践证明，井下工作的地点人体最适宜的气候条件是：空气温度为：1525。空气相对湿度为5060%。风速为11.5米/秒。规程规定：进风井以下的空气温度必须在2以上。生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26，机电设备峒室的空气温度不得超过30；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30、机电设备峒室的空气温度超过34时，必须停止作业。规程对各类井巷的最低、最高风速给出了明确的规定，详见表13，这主要是因为：（1）为了有效的冲淡和排出有害气体，防止瓦斯积聚。（2）有利于排出浮游矿尘和防止沉积矿尘飞扬。（3）避免风速过大或过小恶化气候条件而影响作业环境和劳动效率，为安全生产创造良好的气候条件。（4）保证通风系统稳定、合理、可靠，避免浪费，降低通风费用。表13井巷中的允许风流速度井巷名称允许风速/（ m/s）最低最高无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12 风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷8架线电机车巷道1.08运输机巷,采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其他通风人行巷道0.159. 井下采掘工作面和机电硐室的空气温度检查和测定方法:在检查与测定采掘工作面和机电硐室的空气温度时，应按下列要求进行：1）选择测点：（1）掘进工作面空气温度的测点，应选在距工作面迎头2m处的回风流中。（2）长壁采煤工作面空气温度的测点，应选取在运输机道空间中央距回风出口15M处的风流中，采煤工作面串联通风时，应分别测定。（3）机电硐室空气温度的测点，应选在硐室回风道口的回风流中。（4）温度的测点不应靠近人体或发热、致冷设备，至少距离0.5M.。2）测定时间：空气温度的测定时间：一般在8：0016：00的时间内进行。3）测定仪器：测温仪器可使用最小分度为0.5并经过校正的温度计。第六节 矿井通风系统一、 通风系统矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施的总称。良好的通风系统对矿井开发具有战略意义，它与整个矿井的开拓部署有紧密联系，对保证安全生产，提高经济效益有长远的影响。根据主扇的工作方式，进、出风井的布置位置，矿井通风系统可分为若干类型。1. 主扇的工作方式：分为抽出式、压入式和压抽混合式3种。规程规定：矿井主扇必须安装在地面。高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井必须采用抽出式通风。所以淮南矿业集团公司所有生产矿井均为抽出式通风。2. 进风与回风井的布置方式：可分为中央并列式、中央边界式、单翼对角式、双翼对角式、分区式和混合式6种。例如：潘一矿的井田中央有两个进风井：主井和副井，一个回风井：中央风井，这种布置方式为中央并列式；潘一矿井田地东部又有南风井（进风井）和东风井（回风井），它们与井田中央的进风井构成了单翼对角式；所以潘一矿的通风方式是上述两种通风方式的结合，即为中央并列、单翼对角混合抽出式通风。3. 通风网路：矿井风流按照生产需求在井巷中流动时，有分、有合，通常把风流分岔、汇合的路线结构形式叫通风网路。通风网路有3种基本形式：串联网路 、并联网路和角联网路。二、 通风系统中的基本概念和几种通风方法的区别1、进风巷、回风巷、盲巷进风巷：进风风流所经过的巷道叫进风巷。为全矿井或矿井一翼进风用的巷道叫总进风巷；为几个采区进风用的巷道叫主要进风巷；为一个采区进风用的巷道叫采区进风巷；为一个工作面进风用的巷道叫工作面进风巷。回风巷：回风风流所经过的巷道叫回风巷。为全矿井或矿井一翼回风用的巷道叫总回风巷；为几个采区回风用的巷道叫主要回风巷；为一个采区回风用的巷道叫采区回风巷；为一个工作面回风用的巷道叫工作面回风巷。规程规定：高瓦斯矿井、有煤与瓦斯突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少一条专用回风巷。采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。盲巷：凡长度超过6M而又不通风或通风不良的独头巷道，统称为盲巷。盲巷内往往积存大量高浓度瓦斯和其他有害气体，是导致人员窒息、瓦斯燃爆事故的重大隐患。 2、独立通风系统采区或采掘工作面的回风流直接进入回风巷而不再进入其它采掘工作面或用风地点的通风系统，称为独立通风系统（简称独立通风）或分区通风。独立通风的优点：（1）风路短，阻力小，漏风少，经济合理； （2）各用风点能保持新鲜风流，作业环境好； （3）当发生灾变时，不致于影响其他地点，较为安全可靠。3串联通风采掘工作面或硐室的回风再进入其它采掘工作面或硐室的通风方式，称为串联通风，也叫一条龙通风。串联通风的害处： （1）被串联的工作地点空气质量无法保证，有害气体和矿尘浓度会增大，恶化作业环境。 （2）、串联通风的工作地点发生灾变时，将会影响或波及到被串的采掘面或硐室。规程规定：采、掘工作面应实行独立通风。同一采区内，同一煤层上下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连的掘进工作面、相邻的2个掘进工作面，布置独立通风有困难时，在制定措施后，可采用串联通风，但串联通风次数不得超过1次。采区内为构成新区段通风系统的掘进巷道或采煤工作面遇地质构造而重新掘进的巷道，布置独立通风确有困难时，其回风可以串入采煤工作面，但必须制定安全措施，且串联通风的次数不得超过1次；构成独立通风系统后必须立即改为独立通风。串联通风必须在被串的工作面的进风中装设CH4断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度不得超过0.5%。开采有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出危险的煤层时，严禁任何2个工作面之间串联通风。井下炸药库和充电室必须有独立的通风系统，回风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风道。4扩散通风及其适用条件利用空气的自然扩散运动而对掘进工作面或硐室进行通风的方法叫扩散通风。井下采掘工作面采用全风压通风或局扇通风，不得采用扩散通风，但如果井下机电硐室设在进风流中，且深度不超过6M，入口宽度不小于1.5M而无瓦斯涌出,可采用扩散通风.5循环风及其危害掘进工作面的回风部分或全部再次被局扇吸入，送到掘进工作面叫循环风。循环风的害处是：掘进工作面的乏风反复进入掘进工作面,有毒有害气体和粉尘浓度会越来越大，不仅使作业环境恶化，更为严重的是由于风流中瓦斯浓度不断增加，当其进入局部通风机时，极易引起瓦斯爆炸事故。6上行通风和下行通风对井巷或斜井来说，风流向上流动的通风方式叫上行通风；反之，风流向下流动的通风方式叫下行通风。二者一般多指回采工作面而言，风流沿工作面倾斜方向向上流动，称为上行通风；反之，称为下行通风。上行通风的主要优点是：工作面涌出的瓦斯能被充分的稀释和排出。缺点：机电设备散发的热量会被带入工作面，使工作面气温升高；风流与运煤方向相反，易使煤尘飞扬。下行通风的主要优点：机电设备散发的热量、运输过程中产生的煤尘和涌出的瓦斯不进入工作面；工作面瓦斯流动方向与风流方向相反可避免上隅角瓦斯积聚。缺点是：工作面瓦斯进入运输机巷，易发生因机械或电器火花引爆的瓦斯事故；运输机巷发生火灾时，容易产生火风压而导致风流反向，直接威胁工作面内工人的生命安全；对于有煤与瓦斯突出危险的采煤工作面，当发生瓦斯突出时，下行通风极易引起大量瓦斯的逆流，而进入上部进风水平流向其它区域，扩大突出事故的波及范围。因此，采煤工作面一般采用上行通风。规程规定：有煤与瓦斯突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。三矿井主扇及其有关技术要求1. 矿井必须采用机械通风，矿井主扇的安装和使用应符合下列要求：（一）主要通风机必须安装在地面，装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。（二）必须保证主要通风机连续运转。（三）必须安装2套同等能力的主要通风机，其中1套作备用，备用通风机必须能在10min内开动。（四）严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用。（五）装有主要通风机的出风井应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修1次。（六）至少每月检查1次主要通风机。改变通风机转数或叶片角度时，必须经矿技术负责人批准。（七）新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。2. 矿井的反风及反风设施的有关规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供风量不应小于正常供风量的40%。每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习，矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。3. 矿井主扇停风的安全措施因检修、停电或其他原因停止主扇运转时，必须制定停风措施。主扇停止运转时，受停风影响的地点，必须停止工作、切断电源，工作人员先撤到进风巷道中，由值班矿长迅速决定全矿井是否停止生产、工作人员是否全部撤出。第七节 局部通风一.局部通风及其形式利用矿井总风压或局部通风机，将新鲜风流送入掘进工作面或巷道内，同时将掘进工作面或巷道中的污浊空气排出，实现对局部用风地点供风的通风方法叫局部通风。局部通风一般分为矿井全风压通风和局部通风机通风。1、全风压通风。即利用矿井主扇产生的矿井全风压，借助导风设施把新鲜风流引入掘进工作面或局部用风地点。主要形式有：风障导风和风筒导风。2、局部通风机（简称局扇）通风。它是掘进工作面广为应用的一种通风方法。可分为以下三种形式：A压入式B。抽出式C.压抽混合式二 掘进工作面通风的具体要求掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机（简称局扇）通风。煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压入式，不得采用抽出式；如果采用混合式，必须制定安全措施。瓦斯喷出区域和煤与瓦斯突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。三 安装和使用局扇和风筒应遵守的规定1.局扇必须由指定人员负责管理，保证正常运转。局扇司机现场交接班，并实行挂牌留名管理，任何人不准随意停开局扇，严禁无计划停电、停风。2局扇及其开关必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10M；全风压供风的风量必须大于局扇吸风量，局扇安装地点到回风口间的巷道中的最低风速必须符合规程规定。局扇要安装在专用台架上或吊挂起来，局扇离巷道底板高度大于0.3米。2、 局扇必须设备齐全，高压部位有衬垫，吸风口有风罩，整流器、消音器，局扇进风侧5米内无杂物、淤泥和积水。3、 高瓦斯或有煤与瓦斯突出危险的矿井，掘进工作面的局扇必须实现三专两闭锁，（专用变压器、专用开关、专用线路，风电闭锁、瓦斯电闭锁）。4、 严禁使用3台以上（含3台）的局扇同时向1个掘进工作面供风。不得使用1台局扇同时向2个作业的掘进工作面供风。5、 使用局扇供风的掘进工作面，不得停风，因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断动力电源。6、 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10米范围以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局扇。7、 必须采用抗静电、阻燃风筒。风筒出口到迎头的距离符合有关规定。（煤头5米，半煤岩巷8米，岩巷10米）风筒安装的质量要求：. 接头严密不漏风。. 无破口（末端20米除外。. 风筒接头要反压边。. 吊挂平直，逢环必挂。. 风筒拐弯处要用弯头，不准拐死弯。. 异径风筒接头要用过渡节，先大后小，不准花接。四.巷道贯通应遵守的规定1. 掘进巷道贯通前，综合机械化掘进巷道在相距50米前、其他巷道在相距20米前，必须停止一个工作面作业，做好调整通风系统的准备工作。2. 贯通时，必须由专人在现场统一指挥，停掘的工作面必须保持正常通风，设置栅栏及警标，经常检查风筒的完好状况和工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须立即处理。掘进工作面每次爆破前，必须派专人和瓦斯检查工共同到停掘的工作面检查工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须先停止在掘工作面的工作，然后处理瓦斯，只有在2个工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在1.0%以下时，掘进工作面方可爆破。每次爆破前，2个工作面入口必须有专人警戒。3. 贯通后，必须停止采区内的一切工作，立即调整通风系统，风流稳定后，方可恢复工作。间距小于20M的平行巷道的联络巷贯通，必须遵守以上规定。第八节 矿井风量与通风设施一. 确定矿井风量的原则及其计算方法矿井通风的目的：改善作业场所气候条件和稀释有毒有害气体，创造安全作业环境。首先要满足井下工作人员呼吸所必须的新鲜空气量；其二是有效地稀释和排除各种有毒有害气体和矿尘，从而创造良好的劳动气候条件。因此矿井风量的计算，必须同时满足这两个方面的要求，计算结果取其最大值。（1）.按瓦斯涌出量计算：Q100qch4K m3/min式中：qch4瓦斯绝对涌出量m3/minK不均衡系数取1.21.8（2）按炸药量计算：Q25Am3/min式中：A一次爆破的最大炸药量Kg（3）按人数计算：Q4Nm3/min式中：N同时工作的最多人数4每人的供风量不小于4 m3（4）按工作面温度计算：Q60VSm3/min式中：V适宜温度的风速m/s S 工作面断面m2以上计算取最大值，并按风速要求进行验算。规程规定：矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。二. 通风设施在巷道中设置的一些对风流进行控制（引导或隔绝）的构筑物，叫通风设施。按服务时间的长短，通风设施可分为临时通风设施和永久通风设施。常见的通风设施有风门、密闭、风桥、风窗、风障、风墙、眼盖等。三. 通风设施的施工、使用和管理规定所有通风设施必须严格按质量标准施工和维修，每组风门均要安设风门联锁装置，主要进、回风道之间的联巷，不通风行人的必须在联巷两端砌筑永久挡风墙隔开，如需使用，至少要用一组永久风门隔开，正、反向风门均不少于两道。井下所有作业人员必须自觉爱护通风设施。严禁任何人随意损坏通风设施或将一组风门同时打开，避免造成风流短路。规程规定：控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠。不应在倾斜运输巷中设置风门，如果必须设置风门，应安设自动风门或设专人管理并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。开采有突出煤层时，工作面回风侧不应设置风窗。第二章 矿井瓦斯防治第一节 概 述一、矿井瓦斯定义严格地说，矿井瓦斯是指煤矿井下生产过程，从煤、岩内涌出的各种有害气体总称。开采达到一定深度后，其主要成份为沼气，煤矿术语中的“瓦斯”一词通常特指沼气，化学名为甲烷（CH4）。事实上,井下空气常见有害气体除CH4外，还有CO、CO2、H2S、NO2、NH3等。二、瓦斯性质瓦斯无色、无味、无毒。标准状况下，密度为0.716Kg/m3，比空气轻，易积聚在巷道上方。井下巷道空气成份中，如果瓦斯浓度过高，也能使人因缺氧而窒息死亡。瓦斯能够燃烧和爆炸，这都是指它的化学性质：CH4+ 2O2 CO2+2H2O煤矿抽排出来的瓦斯气（含有高浓瓦斯的空混气），已广泛用于工业发电和民用。其实，天然气的主要成份就是甲烷，瓦斯是一种高效洁净的天然资源。据测定，其每立方米燃烧热相当于1.01.5Kg烟煤。三、 瓦斯灾害井下瓦斯主要危害在于：导致人员窒息、因燃烧而引发火灾、煤与瓦斯突出和爆炸。燃烧和爆炸性，决定瓦斯是煤矿生产中最主要的不安全因素，尤其是瓦斯爆炸。据统计，在19941997年间，我国因瓦斯灾害死亡人数为11600人，占同期煤矿灾害事故死亡人数的46.85%。淮南人对瓦斯灾害认识应该最深。矿区历年来发生煤与瓦斯突出事故129次，瓦斯爆炸事故26起，其中死亡10人以上的重特大事故8起。“6.23”、 “11.13”、“11.27”三起重特大瓦斯爆炸，我们记忆犹新。四、 瓦斯爆炸条件瓦斯爆炸是需要条件的，掌握并有效地控制这些条件是矿井防治瓦斯灾害的主要内容。条件之一，瓦斯浓度必须在爆炸范围内。瓦斯在新鲜空气中的爆炸下限为56%，上限为1416%。浓度低于爆炸下限时，遇高温火源并不爆炸，只能燃烧；浓度高于爆炸上限时，空混气体既不燃烧也不会发生爆炸，火源放入其中将被熄灭。若有新鲜空气供给时，可以在混合气体与新鲜空气的接触面上进行燃烧，家庭液化气的使用就是利用这一原理。瓦斯爆炸浓度界限不是固定不变，它受到诸多因素影响。1）其它可燃气体的存在。在煤矿井下，很多气体都具有爆炸性，如H2、CO、H2S以及其它烷类（乙烷、丙烷、戊烷）。一般来说，如果混入的其它可燃气体爆炸下限比瓦斯低，则空混气爆炸下限下降，更易于爆炸；爆炸上限也遵循这样规律。2）煤尘的存在。煤尘本身具有爆炸性，300400时，煤尘中挥发出各种可燃性气体，如C2H6 、C3H8、C2H4、C5H12等，形成和瓦斯混合的爆炸性气体，爆炸危险性增加。3）氧浓度的影响。实验表明，瓦斯爆炸浓度受空混气体中O2浓度影响。正常大气压和常温下，O2浓度低于12%时，混合气体将失去爆炸性。条件之二，瓦斯空气混合气体中的氧浓度必须12%。条件之三，高温热源存在的时间大于瓦斯引火感应期。瓦斯空气混合气体最低点燃温度565650，最低点燃能量0.28mJ。明火、煤炭自燃、电弧、电火花、撞击和摩擦火花都能点燃瓦斯。但是，瓦斯引火具有延迟性，瓦斯与高温热源接触不是立即燃烧和爆炸，需要经过一个很短时间间隔瓦斯爆炸感应期。瓦斯爆炸感应期的存在，对煤矿安全生产意义极大。如安全炸药的使用，电火花的存在，都是因为高温存在时间小于瓦斯爆炸感应期，而不致引起瓦斯爆炸。沼气爆炸的三个条件是煤矿控制瓦斯爆炸、制定瓦斯管理措施的主要依据。五、煤与瓦斯突出井下采掘过程中，常常一瞬间（几分钟甚至几秒钟）发生煤、岩石从煤层中被抛出，并伴有大量的瓦斯，这一动力现象叫做煤与瓦斯突出，简称突出。煤与瓦斯突出条件、发生过程极其复杂，人类至今还未能完全从本质上掌握。但是，影响煤与瓦斯突出的主导因素已毋须质疑，这些基本理论和生产实践中积累的防突经验，是目前现场防突工作的主要依据。煤与瓦斯突出基本条件是煤体承载了一定的地应力和瓦斯潜能。影响突出自然因素：煤层地应力是突出的启动能量；吸附瓦斯对突出启动后进一步扩展起复杂而又至关重要的作用；煤体是突出潜能的包容和承载体，被动地决定抑制突出发生能力。必须强调，突出煤层绝对不会自然发生突出，外界扰动是实现突出的必要条件。影响突出发生的开采因素：巷道集中应力是突出的启动叠加能；放炮、风镐落煤、打钻，扰动并激发启动能；片邦、冒顶，淌漏等，导致煤体失稳而诱发突出。六、 瓦斯灾害控制瓦斯爆炸条件是绝对的，防止瓦斯超限技术及超限后的诸多处理措施已十分有效，瓦斯检测体系完备、可靠，瓦斯防治组织机构、管理制度、运行机制基本成熟。理论上说，瓦斯爆炸事故完全可以杜绝，每一起爆炸事故必然缘于人们认识不足和现场管理存在欠缺。瓦斯管理基本目标就是：控制瓦斯超限，杜绝瓦斯爆炸。尽管影响突出因素十分清晰，消除突出危险各种措施也是有效而具针对性。可以说，对突出灾害我们还未能很好地控制住。迄今，我们还未掌握煤与瓦斯突出发生的充分必要条件。技术层面上，突出危险性预测预报手段不能令人满意；管理层面上，多数突出矿井还没有形成有效的防突安全保障机制，组织机构和人员方面存在问题；对防突的认识和重视普遍不够。防突基本目标是有效控制突出发生，解放生产力。主要课题：探索有效的预测预报手段和高效的掘进工作面消突措施。第二节 煤层瓦斯一、 瓦斯生成及储存瓦斯是古代植物残骸在成煤过程中的伴生产物。研究认为，植物在成煤过程中，每吨煤瓦斯生成量在30200 m3。煤是一种复杂的孔隙性介质，存在各种不同直径、十分发达的孔隙和裂隙，形成庞大的自由空间和孔隙表面，能够保存一定数量瓦斯。成煤过程生成的瓦斯以游离状态和吸附状态存在这些孔隙和裂隙内。游离瓦斯是以气体形态存在于煤体或围岩的裂隙内，它们的活动“自由”，对外呈现压力，暂且比喻这类瓦斯是煤体中的“值班瓦斯”。吸附瓦斯是以单分了薄膜形式凝聚在炭分子的表面，是CH4和C分子互相吸引的结果。其中吸着瓦斯可比喻是煤 体中的“静养瓦斯”，而吸收瓦可比喻为斯 “熟睡瓦斯”。1-游离瓦斯 2-吸着瓦斯 3-吸收瓦斯游离瓦斯与吸附瓦斯在外界条件变 4-煤体 5-孔隙化时，处在不断轮值的动态平衡之 瓦斯在煤内的存在形态示意图中。一般情况，煤体吸附瓦斯占80%以上，游离瓦斯只占20%以下。二、 瓦斯运移和赋存研究表明，煤体不仅能够储存瓦斯，而且瓦斯在煤层中沿垂直方向上具有分带分布的特点。按照前苏联格德黎鑫教授的意见，煤层瓦斯自上向下可以分成四个带：CO2-N2带、N2带、N2-CH4带、CH4带。如下表。名称成因瓦斯成份%N2CO2CH4CO2-N2带生物化学空气的20802010N2带空气的80102020N2-CH4带空气变质的80102080CH4带变质的201080、带又总称为瓦斯风化带。确定和预测瓦斯风化带有着十分重要的实际意义，在沼气带内，煤层的沼气含量和涌出量随深度增加而有规律地增大。瓦斯风化带下限深度通常用以下指标任一项判定：相对瓦斯涌出量2m3/t处；瓦斯组分中的沼气达80%（体积百分数）处；瓦斯压力为0.2Mpa处；瓦斯含量在下列数值范围处：气煤1.52.0m3/t(C.M.)，肥煤与焦煤2.02.5m3/t(C.M.)，瘦煤2.53.0m3/t(C.M.)，贫煤3.04.0m3/t(C.M.)，无烟煤5.07.0m3/t(C.M.)。现代瓦斯风化带深度是煤田长期地质过程的结果，取决于一系列的地质因素影响，如含煤地层排放瓦斯时间长短，地层错动程度、剥蚀情况、覆盖层等。三、瓦斯含量和压力瓦斯含量和压力是煤层中最重要的两个瓦斯参数。瓦斯含量是指单位质量煤体中含有游离瓦斯和吸附瓦斯的总和，单位：m3/t。煤层瓦斯含量大小决定于它的“生、储、盖”条件，即成煤过程的生成量、煤体储存结构以及保存瓦斯条件。如煤的变质程度、煤层露头及赋存深度、围岩性质和水文条件、地质构造、煤层倾角、厚度等。煤层瓦斯含量测定法有以下三种：（1）a、b、法实验室化验，测出煤a、b吸附常数，并在井下实测煤层瓦斯压力，根据公式分别计算出游离瓦斯和吸附瓦斯。（2）直接测定法利用专门的设备取出未散失瓦斯的煤体，并送往实验室。加温、真空破碎，抽出其中含有的瓦斯，直接算出煤体的瓦斯含量。如集气式岩芯采取器，密式岩芯采取器。地质勘探钻孔中也常用气测井法。（3）解吸补损法快速取出煤样，根据煤样解吸规律，推算出解吸前暴露损失量，再测出样品含有的瓦斯量，两者之和即为煤的瓦斯含量。在煤瓦斯体系中，只有游离瓦斯呈现瓦斯压力，它是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动的结果。瓦斯压力是标志煤层瓦斯赋存量和流动特性又一个重要参数，也是研究煤与瓦斯突出、瓦斯涌出，预测瓦斯含量，制定瓦斯抽放技术方案的一个基本参数。目前看来，淮南矿区日常测定瓦斯压力工作有弱化趋势，这一现象应引起我们高度重视。压力测定关键步骤为：打钻、封孔、测压。打钻。打钻地点应选在无大的裂隙和破坏带内，最好由煤层顶（底）板穿过5m厚的围岩向煤层打钻。测压孔至少施工个，以相互校正。封孔。封孔深度、封孔材料、封孔质量是封孔工作的三要素。封孔工艺是测压工作的重要一环，是测准压力的关键。测压。封孔材料固结后，方可装上压力表。压力表选择要合适，要不断放水；压力表稳定数天后方可测得真正瓦斯压力。测压过程的水处理、真压力的确定是现场测压工作常见的一个问题。研究部门正在试验采用计算拟合方法，间接测算煤层瓦斯压力。四、瓦斯涌出形式瓦斯涌出的基本形式是均匀涌出。完整的煤体内，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态，煤层内瓦斯含量不变；当在煤层中或煤层附近进行采掘活动时，煤岩的完整性受到破坏，应力场发生了变化，游离瓦斯涌向采掘空间，部分吸附瓦斯将转化成游离瓦斯而补充涌出。长时间基本均匀地从煤体中释放出来，这类涌出又称普通涌出。在一些特定条件下，还会出现异常涌出瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。矿井瓦斯涌出主要来自：开采煤层、邻近煤层或煤线、岩层内。研究表明：无论从煤层暴露面，还是采落的煤块，瓦斯涌出随时间衰减。瓦斯涌出量是指生产过程涌出的瓦斯总量，其表示有瓦斯绝对涌出量和瓦斯相对涌出量之分。瓦斯绝对涌出量，即单位时间内涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min。Qg=QC/100式中， Qg瓦斯绝对涌出量，m3/min Q 风量，m3/min C 风流平均瓦斯浓度，%瓦斯相对涌出量，即日产煤一吨在一昼夜内的瓦斯涌出体积，单位为m3/t。qg= Qg。d/A d式中， qg 瓦斯相对涌出量，m3/t Qg。d 瓦斯绝对涌出量，m3/d C 风流中平均瓦斯浓度，%煤矿安全规程（2001年版）定义：一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯（CH4），该矿井即为瓦斯矿井。矿井瓦斯等级，根据矿井瓦斯相对涌出量、绝对涌出量和涌出形式划分为：（一）低瓦斯矿井：矿井瓦斯相对涌出量10 m3/t 且矿井瓦斯绝对涌出量40 m3/min；（二）高瓦斯矿井：矿井瓦斯相对涌出量10 m3/t或瓦斯绝对涌出量40 m3/min；（三）煤与瓦斯突出矿井。瓦斯等级是矿井安全分级管理的直接依据，等级鉴定是年度中的一项重要基础工作。鉴定时间：矿井处于正常生产条件，即产量必须达到设计产量60%以上；选择气压低的月份，一般七月或八月；鉴定月份分上、中、下三旬5、15、25三天，每天三班。测点确定：测点定位必须合理，数量充分。现场测定：时间一致性，实测准确性，测定内容完整性（温度（t）、湿度（）、风量（m3/min）、CH4、CO2）数据分析。等级自定。上报批准。瓦斯涌出量预测也是一项重要的技术工作。新建矿井、生产矿井新水平、新采区需要预先掌握瓦斯涌出量，它是制定瓦斯综合治理设计的主要依据。统计法和分源预测法是通常采用的两种方法。经验表明，在瓦斯风化以下，瓦斯涌出量和开采深度关系密切，并随开采深度增加而增加。在一定预测范围内（150200米）两者近似成线性关系。这也是统计法预测的主要依据。影响瓦斯涌出量因素较多：自然条件（瓦斯含量、煤结构、地质情况）、气候条件、开采条件（开采规模、回采顺序、落煤方式）、通风条件（通风方式、系统、风量）、抽排条件（抽排规模 抽排效果、抽排方式）。其中瓦斯含量、开采规模、瓦斯抽排对矿井实际涌出量影响最大。第三节 瓦斯治理一、通风技术 矿井通风基本任务：供给新鲜空气，保证井下人员呼吸；稀释有害气体至安全浓度；创造适宜的气候条件。对于高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，通风最根本任务是解决瓦斯问题。通风解决井下瓦斯的实质，就是通过合理调度风流（风向、风量），使风流流经采掘地点瓦斯涌出源，携带瓦斯而排出地面。通风方法至今仍是最基本、最有效、最可靠的瓦斯治理手段。矿井通风是一个系统工程，又称通风系统，其主要组成包括：供风设备、通风方式、风流网路、控风设施等。按风流动力供给设备可分：全风压通风、局部通风、扩散通风。通风技术也是一门多学科交汇的专业，涉及网络扑拓学、流体力学、空气动力学等。本节只对全风压通风治理瓦斯机理作简单阐述，局部通风和扩散通风解决瓦斯问题则列入瓦斯管理章节。 风量是解决瓦斯问题最主要指标。从矿井单元而言，供风量必须同其瓦斯涌出量相匹配，生产规模必须同矿井供风能力相适应；具体的采掘工作面也是如此。回采工作面通风系统、通风方式、风流路径和瓦斯源的关系对通风方法治理瓦斯也有重要影响。同时，风流的流速、风压一定程度上也影响解决瓦斯的效果。二、抽排技术（一）抽排简述矿井瓦斯抽排的实质，就是通过抽排泵、管路、钻孔或巷道预先把影响采掘活动范围的瓦斯抽放出来，以减少采掘过程中的瓦斯涌出量。抽出来的瓦斯一般排放到地面大气中，数量和质量比较高而且稳定，则可利用；当矿井总回风瓦斯浓度较低时，抽出来的瓦斯也可直接排放到回风流中。抽排必要性在于：防治煤与瓦斯突出的需要。抽排瓦斯是防治突出最常用措施，有时配合其它措施一起应用，也可单独使用；高产高效的需要。综采、综放工作面日产近万吨，瓦斯绝对涌出量有时达40 m3/min，单纯采用通风不可能解决问题，必须实施抽放。事实上，高瓦斯采掘工作面最终解决瓦斯方案是：在合理通风状况下，加大抽排力度。抽排已是高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井最重要的治理瓦斯手段。必须进行抽排的规定：一个采煤工作面瓦斯涌出量大于5m3/min，掘进工作面大于3m3/min；矿井瓦斯涌出量大于或等于40m3/min，或按产量进一步细定；开采有煤与瓦斯突出危险煤层。反映抽排效果的指标：抽排量反映矿井的抽排规模、抽排力度和抽排综合水平。抽排浓度反映具体抽排方法的效果以及现场抽排管理水平。抽排率则是反映矿井或工作面实施抽排的综合效果指标，也是最重要的。瓦斯抽排率表示生产中的甲烷有多少被抽出来。计算方法：抽排率=(%)Q1瓦斯抽排量，m3/min；Q2风排瓦斯量，m3/min。另外一种计算抽放率的方法是：抽排率=(%)Q1累计瓦斯抽排量，m3；Q0给定范围内煤体瓦斯蕴藏量，m3。瓦斯抽排历史悠久。德国鲁尔区曼斯弗乐德矿井进行世界上首次瓦斯抽排。抚顺和阳泉为我国两个大型抽排基地，它们的年抽排瓦斯量达亿立方，是推动城市煤气化发展的成功典范。淮南瓦斯抽排近年来也取得巨大成功，2002年瓦斯抽放量达10796万m3。几十年来的摸索和抽排实践，产生一系列抽排方法，以适应不同的地质、瓦斯和开采条件，抽放理论、技术、装备和管理水平不断改善。实现煤与瓦斯共采“绿色开采”概念提出，正是基于抽排工作全面进步，基于高突矿井开采安全和高产高效的要求，基于变废为保、化害为利的战略思想。“抽采”本质意义有二层：开采前必须抽排，抽排列入开采程序；开采、抽排、利用保持平衡。（二）瓦斯抽排方法分类瓦斯抽排方法一般分类：按空间位置分井下抽排和地面钻井抽排；按抽放工程分巷道抽排和钻孔类抽排。其中，按钻孔同煤层关系又可分顺层钻孔和穿层钻孔，巷道有岩石巷道和煤层巷道；按抽排与采掘时间关系分开采前预抽、边采（掘）边抽、采动卸压抽排；按瓦斯来源分本煤层抽排、邻近层抽排、采空区抽排。淮南矿区主要抽排方法:穿层孔预抽（石门揭煤穿层钻孔防突）、煤巷掘进边抽边掘、工作面采前顺层孔预抽、回采面顶板走向钻孔（高位巷道）边抽边采、回采埋管和尾巷采空区抽排、地面钻井抽排（预抽、卸压、采空区）、深孔松动预裂增透抽排、水力或大直径扩孔抽排。、穿层钻孔预抽钻孔布置如图。抽放原理：利用已有的煤层底板巷直接向煤层或煤层组施工钻孔，预抽煤层瓦斯。主要作用：减少采掘过程瓦斯涌出量；区域性消突、石门揭煤局部消突或对顺槽条带针对性消突。特点：抽放浓度高，同采掘活动干扰性小，煤层回采后作卸压抽放，钻孔寿命长。应用条件：要有顶（底）板巷道，主要用于煤层群联合开采布置预抽或石门揭煤防突。II、顺层钻孔采前预抽钻孔布置如图。抽放原理：利用已有的煤层上、下风巷，施工煤层下向（或上向）顺层钻孔，预抽本煤层瓦斯。主要作用：工作面区域消突、减少回采过程中的瓦斯涌出量。缺点：钻孔工程量较大，钻孔施工深度受限；下向孔排水、排渣及钻进过程防尘，封孔工艺仍待攻关；抽放浓度低。III、“边抽边掘”（巷帮钻场钻孔+迎头钻孔）钻孔布置如图。抽放原理：在掘进工作面迎头施工一定数量的1030m深的煤层钻孔；同时在巷道上、下帮各施工一组36个，深4060m的帮孔，实施边掘进边抽排。主要作用：减少掘进过程瓦斯涌出量；有效控制前方构造，防治突出。问题：掘和抽有一定的干扰，对掘进进度影响较大，抽放浓度低。IV、“边抽边采”（顶板走向钻孔）钻孔布置如图抽放原理：利用工作面上风巷钻场内施工的顶板走向钻孔抽放“新采空区”内的采动卸压瓦斯。主要作用：减少回采过程瓦斯涌出量，控制上隅角瓦斯积聚。特点：抽放效果较好，解决回采过程瓦斯超限和上隅角瓦斯积聚针对性强。应用要求：对钻孔布置要求较高，钻场之间接茬最为关键，往往需要边孔配合。V、“边抽边采II”（顶板高位巷）巷道布置图。抽放原理：完全雷同于顶板走向钻孔，主要作用是减少回采过程瓦斯涌出量，控制上隅角瓦斯积聚。特点：抽放量大，可靠性和灵活性较顶板走向钻孔好。应用条件：巷道工程量大，主要用于瓦斯涌出量较大的回采工作面。VI、“采动卸压”抽排（底抽巷+穿层钻孔）抽放布置如图。抽放原理：利用保护层开采卸压增透效果，在被保护层和保护层之间施工一条岩石巷道，在巷道钻场内向被保护层施工钻孔，回采时抽放卸压瓦斯。主要作用：提高对被保护层煤层的抽放效果，同时拦