通风安全学试题

第1章 矿井瓦斯及其防治矿井瓦斯、矿尘、矿井火灾、矿井水灾及冒顶事故等构成煤矿的五大自然灾害，而瓦斯灾害又是煤矿生产中最严重的灾害。系统地了解矿井瓦斯的基本知识，掌握瓦斯燃烧、爆炸和突出的防治措施，对提高矿井防灾抗灾能力，保障矿井安全生产极为重要。本章要求：1) 熟悉瓦斯性质、矿井瓦斯生成及赋存规律；2) 理解矿井瓦斯涌出及影响因素；3) 了解矿井瓦斯喷出以及防治措施；4) 掌握煤（岩）与瓦斯突出机理、一般规律以及防治技术；5) 掌握矿井瓦斯爆炸条件、机理及预防技术；6) 熟悉矿井瓦斯抽放原则与方法。1.1 矿井瓦斯的生成与赋存一、 矿井瓦斯的概念广义：凡是从煤层或岩层中放出或生产过程中产生涌入矿井内的气体，统称矿井瓦斯。其主要成分为：甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)，还有少量的硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、二氧化硫(SO2)及其他碳氢化合物气体等。狭义：矿井瓦斯就是指甲烷(CH4)。其原因是甲烷为井下有害气体的主要成分，同时甲烷对煤矿的危害也最严重。二、瓦斯的性质1、分子结构2、色，味，嗅3、比重，密度4、溶水性5、窒息性6、可燃性7、可爆性三、矿井瓦斯的生成瓦斯是伴随着煤的形成而生成的。1、生物化学造气期2、煤化变质造气期四、瓦斯在煤层中的赋存状况1、瓦斯在煤层中的垂直分带沿煤层垂深，气体主要成分形成四个分带：l 二氧化碳氮气带(CO2-N2)l 氮气带(N2)l 氮气瓦斯带(N2-CH4)l 瓦斯带(CH4)2、瓦斯在煤体中的赋存状态瓦斯在煤体及围岩中的赋存有自由及吸附两种状态。1. 自由状态(或称游离状态)瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的裂隙及孔洞之中，自由运动，并呈现出压力。2. 吸附状态按其结合的形式不同，又分为吸着状态和吸收状态。实测表明：在未采动的煤层中，在目前开采深度条件下，煤层中自由状态瓦斯占5一30，而吸附状态的瓦斯占70一95。煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的。当外界条件发生变化时，自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯可以相互转化：吸附现象解吸现象五、矿井瓦斯含量1、概念瓦斯含量：煤层或围岩在自然条件下所含有的瓦斯数量，即是指自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯之和。其单位为；m3t(m3)或cm3g(cm3)。2、瓦斯含量影响因素(1)煤的吸附性质煤化变质程度越高，瓦斯的生成量越大。（2)煤层的赋存条件煤层埋藏深度；有无露头；煤层的倾角；煤层顶、底板岩层的透气性；煤层周围地下水活动。(3)煤田的地质条件沉积环境； 煤田生成年代；封闭的和倾伏的背斜或弯窿构造；大型煤包；断层：断层的封闭性，与煤层接触的对盘岩层的透气性；开放性断层； 1.2 矿井瓦斯涌出瓦斯从煤层或岩层中涌出的形式有两种：普通涌出-特殊涌出在煤矿生产中，瓦斯普通涌出是瓦斯放散的主要形式，它的特点是范围大，时间长，涌出虽均匀，速度缓慢。而瓦斯的特殊涌出即是瓦斯的喷出或突出，它是瓦斯矿井少见的一种瓦斯放散形式。一、瓦斯涌出量的表示方法矿井瓦斯涌出量：矿井在开采过程中涌入巷道内或管道中的瓦斯量。1、绝对瓦斯涌出量是指生产矿井在一定时间内所涌出的瓦斯量(Q绝)，单位m3d或m3min。其计算式为：式中 Q绝矿井的绝对瓦斯涌出量，m3d；Q矿井总回风道风量，m3d；C回风流中的平均瓦斯浓度。l 在相同条件下的煤层中，绝对瓦斯涌出量随矿井生产规模的扩大利产量的增加而增加，但它们之间不一定是正比关系。l 绝对瓦斯涌出量只能表明涌出瓦斯的多少，难以判定矿井瓦斯涌出的严重程度。2、相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产情况下平均生产一吨煤的瓦斯涌出量(q相)，单位：m3t。其计算公式为：式中 Q绝矿井的绝对瓦斯涌出量，m3d；n矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d月T矿井瓦斯鉴定月的产量，t月。二、影响瓦斯涌出的因素矿井瓦斯涌出量的多少取决于自然因素和开采技术条件。(一)自然因素1煤层和围岩的瓦斯含量是瓦斯涌出量多少的决定性因素。开采煤层的瓦斯含量高，瓦斯的涌出量就多。l 强调：煤层瓦斯含量(单位m3t)与相对瓦斯涌出量即吨煤瓦斯涌出量(单位：m3t)虽然单位相同，但是意义却不同，而且数值也不相等。2开采深度在瓦斯带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增多。3地面大气压它的变化对瓦斯涌出量有重要影响。l 要特别注意大气压力下降时瓦斯矿井的瓦斯管理工作，密切重视采空区和密闭区的瓦斯检测工作，防止瓦斯事故的发生。(二)开采技术条件1开采规模是指开采深度，开采范围以及矿井的产量而言。对一个矿井来说，开采规模越大，瓦斯的涌出量也越大。2开采方法是指开采顺序、回采方法及生产工艺过程等。3通风方法及采空区管理当矿井采用抽出式通风时，矿井瓦斯涌出量随风压(负压)的升高而增多。当矿井采用压入式通风时，风压对矿井的瓦斯涌出量的影响与地面大气压相同。采空区如果密闭不严或是其回风端的风压差比较大，就会造成瓦斯大量涌入巷道中。综上所述，影响矿井瓦斯涌出量的因素是多方面的。矿井瓦斯涌出量不是固定不变的。因此，矿井的瓦斯等级也不是固定不变的。所以，对矿井瓦斯等级必须每年进行鉴定，及时更正矿井瓦斯等级，以便安全有效地进行生产管理。三、矿井瓦斯等级及其鉴定方法(一)矿井瓦斯等级的划分在一个矿井中，只要有一个煤、岩层中发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。矿井瓦斯等级，按照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：低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3/t,且矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min；高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3/t,或矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min；煤（岩）与瓦斯突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤（岩）与瓦斯突出，该矿井既定为煤（岩）与瓦斯突出矿井。 (二)矿井瓦斯等级鉴定方法1鉴定条件矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产条件下进行。矿井瓦斯等级的确定，按每一自然矿井中的矿井、煤层、一翼、水平或采区分别计算月平均日产一吨煤瓦斯涌出量，并采取其中最大值。被鉴定的矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区总产量的60。2鉴定时问根据矿井生产和气候变化规律定时间，一般放在7月或8月。3鉴定内容在鉴定月内上、中、下三旬中各取一天(间隔十天)分三个班(或四个班)进行测定工作。在矿井、煤层、一翼、水平或采区的回风巷道中，分别测定风量和瓦斯浓度。在鉴定月中，地面和井下的气温，气压和湿度等气象条件也应记录，以备参考。4测定记录整理与计算矿井、煤层、一翼、水平或采区测定基础数据填表并计算。计算煤层、一翼、水平或采区的瓦斯涌出量时，应扣去相应的进风流中瓦斯量。5矿井瓦斯等级鉴定报告在鉴定月上、中、下旬进行测定的三天中，选取瓦斯涌出量最大的一天作为计算生产一吨煤瓦斯涌出量的数据。各矿务局应根据鉴定结果并结合产量水平，采掘比重，生产区域和地质构造等因素，提出确定矿井瓦斯等级的意见，连同有关资料报省(区)煤炭局审批。煤与瓦斯突出矿井在瓦斯等级鉴定期间，仍须按照矿井瓦斯等级和二氧化碳的鉴定工作内容进行测算工作。煤与瓦斯突出矿井的突出)鉴定，应由煤炭科学研究单位和矿务局共同提出鉴定报告，并报省(区)煤炭局批准报。四、矿井瓦斯涌出量预测设计新矿井或生产矿井的新区(新采区，深部水平)，需要先掌握其瓦斯等级和瓦斯涌出量，作为矿井、水平和采区设计的依据。根据某些已知数据，按照一定的方法预先得出设计区或巷道瓦斯涌出量，称作矿井瓦斯涌出量预测。目前，预测相对瓦斯涌出量的方法有两大类。 (一)含量计算法根据煤层的瓦斯含量，分别预计采煤、掘进、围岩和采空区的瓦斯涌出量，汇总为新矿井、新水平、新采区的瓦斯涌出量。一般可用来预测新开发煤田或新设计矿井的瓦斯涌出量。(二)矿山统计法根据已往矿井生产中的相对瓦斯涌出量与开采深度的统计规律，推算深部水平相对瓦斯涌出量的预测方法。矿山统计法一般分两步进行：l 将矿井历年生产过程中积累的实际相对瓦斯涌出量按其对应的开采深度进行整理填值。计算出相对瓦斯涌出量递增值(称为瓦斯涌出量梯度)；l 根据相对瓦斯涌出量梯度，推至预测深部区域，统计出深部开采的相对瓦斯涌出量数值。通常在地质条件正常，采矿技术条件变化不大的情况下，瓦斯带内相对瓦斯涌出量与开采深度近似成正比关系。有了生产水平的瓦斯涌出量梯度a，预测深部水平的相对瓦斯涌水量：式中 q0瓦斯带上边界的相对瓦斯涌出量，一般为23m3/t； H0瓦斯带上边界的深度都。为了比较精确地预测相对瓦斯涌出量，应该在矿井开采平面图上标出各个已采区段的相对瓦斯涌出量，把相对瓦斯涌出量相同的点连成等相对瓦斯涌出量线，对于外推的区域，根据对应地点的瓦斯涌出量梯度与底板等高线，用虚线画出预测区等相对瓦斯涌出量线。该图清晰简明，不仅反映出倾斜方向上瓦斯涌出量的变化，而且还反映出走向方向上的变化。使用矿山统计法预测相对瓦斯涌出量时，必须注意以下问题：(1)此法只适用于瓦斯带内、外推的深度不超过100-200 m的情况下。(2)预测的精度取决于原始统计资料的精度与数量以及预测区域同已采区域在地质条件和开采技术条件上的相似程度。1.3 瓦斯喷出及其预防一、瓦斯喷出及类型瓦斯喷出：在开采过程中，从煤或岩石的裂隙、孔洞中突然涌出大量瓦斯的现象。造成此现象的主要原因是存在高压瓦斯源。瓦斯喷出的通道，一般有两类：l 原始地质构造孔洞、裂隙如：地质破碎带、断层带、石灰岩溶洞裂隙区、背斜(或向斜)轴部储瓦斯区或其他储瓦斯构造附近的原始孔洞、裂隙等。从此类通道喷出瓦斯的特点：流量大、持续时间长，无明显的地压显现情况；l 采掘地压显现时生成的裂隙此类裂隙也往往与地质构造有关，因为在各种地质构造破坏影响区内，原有处于封闭状态的构造裂隙在采掘地压与瓦斯压力综合作用下很容易张开，成为瓦斯喷出的通道。若地压显现突然发生，瓦斯喷出也是突然的，这就更增加了危险性。这类喷出的特点：喷出濒临发生时伴随着地压显现效应，喷出持续的时间较短；流量与卸压区面积、瓦斯压力和瓦斯含量大小等因素有关。二、瓦斯喷出预兆瓦斯喷出前，通常出现岩石压力上升，发生底鼓、破坏支架，煤层变软以及瓦斯浓度忽大忽小，有时出现嘶嘶声。三、瓦斯喷出防治措施根据瓦斯喷出量的大小，瓦斯压力的高低以及瓦斯喷出通道的类型，通常选用以下措施加以防治。1探明地质情况2封堵、引排、抽放综合治理3加强管理工作1.4煤与瓦斯突出及其预防煤与瓦斯突出是煤矿中瓦斯涌出的特殊形式，是一种非常复杂的动力现象。煤与瓦斯突出：在开采过程中，在短暂的时间内(几秒或几分钟)突然从煤层(或岩层)中喷出大量的瓦斯和煤炭(或岩石)的现象。煤与瓦斯突出危害：高速瓦斯流(含煤粉或者粉)能够摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至造成风流逆转；喷出的瓦斯能使井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸；岩能够造成煤流埋人；猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。l 世界上第一次煤与瓦斯突出发生于1834年法国鲁阿雷煤田伊萨克矿井。l 世界上最大的一次煤与瓦斯突出发生于1969年苏联加加林煤矿，突出煤炭14000t，瓦斯25万m3。l 我国最大的一次煤与瓦斯突出发生于l975年8月四川天府三汇坝一井，突出煤(岩)12780t、瓦斯110万m3。一、突出的特点大量的高浓度的瓦斯喷出；伴有大量的煤炭(或岩石)同时被抛出；抛出的煤炭有明显的分选现象；突出时有强大的动力效应，能使煤炭破碎成粉末状并抛至数百米、数千米之外；使风流逆转；强大的冲击被能使矿井设备及通风系统破坏；突出后所形成的孔洞形状一般是口小腔大，孔洞较长，呈梨形或倒瓶形等。二、 突出的原因煤与瓦斯突出是一种极为复杂的动力现象，其原因说法不一。多数国家采用煤与瓦斯突出实例的统计分析、实验室研究和现场观测的方法，对煤与瓦斯突出机理进行了广泛深入地研究，提出了很多假说。综合起来，突出机理假说大体可以分为以下几类：（1）瓦斯主导假说如“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀说” 、“裂隙堵塞”说、“闭合孔隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀”说、“地质破坏带”说、“瓦斯解吸”说等。（2）地质主导假说如“岩石变形潜能”说、“应力集中”说.“剪切应力”说、塑形变型”说、“振动波动”说、“拉应力”说、“应力叠加”说、“冲击移近”说、“放炮突出”说、“顶板位移不均匀”说等。（3）化学本质假说如“瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“硝基化合物”说等。（4）综合假说认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯与煤的物理及力学性质三者综合作用的结果。煤与瓦斯突出是一种能量突然释放的现象，从能量平衡角度分析，研究出能量集中与释放全过程，就能有效地进行防突。即只要防止能量的过度集中与突然释放，就能有效地控制住突出。要想实现这一目标，就必须研究能量集中的条件和释放的方式。煤与瓦斯突出的内在因素是应力、瓦斯和煤的物理及力学性质。而外在因素是形成集中应力和造成突然卸载的条件。为了防治煤与瓦斯突出，必需改善其内在因素和消除其形成集中应力和突然卸载的条件。这是防治突出的主要理论依据。设法降低应力和瓦斯压力，设法增加煤体(或岩休)的坚固性是制止煤与瓦斯突出的关键。三、煤与瓦斯突出的流变机理在采掘过程中，常发现工作面煤岩体发生外移。在许多煤与瓦斯突出的发生过程中，含瓦斯煤岩体表现出具有“流动”行为，如突出孔洞缩小或消失(突出煤岩的体积远大于突出孔洞的体积)；延期突出；特别是距突出地点数十米处的含瓦斯煤岩发生流动；突出瓦斯涌出量远远大于突出煤岩体中的瓦斯含量等实际现象。对这些行为或现象，“综合作用假说”等是无法做出解释的。受外力作用的系统向新的平衡点过渡的过程，就是流变过程，其中包含变形和破裂过程。流变是物质的固有属性。含瓦斯煤岩体是一种很强的流变介质。1含瓦斯煤岩的流变特征2煤与瓦斯突出的流变机理l 煤和瓦斯突出本质上是属于含瓦斯煤体的流变行为。l 煤与瓦斯突出过程从时间上可划分为四个流变破坏阶段，即突出的流变准备阶段、高速动态流变破坏发动阶段、持续流变破坏发展阶段和结束阶段，从空间上可划分为流变松弛区、强流变区、弱流变区三个区域。在采掘工作面前方，依次存在着三个区域，它们是松弛区域(即卸压带)，应力集中区(强流变区、弱流变区)和原始应力区。l 突出有两类：瞬时突出；延期突出。“流变机理”的提出为含瓦斯煤岩动力灾害的预测防治奠定了理论基础。四、突出的一般规律(1)突出发生在一定的深度下，而随着深度的增加，突出的危险性增加。(2)突出的次数和强度，随着煤层厚度的增加特别是软分层厚度的增加而增多和增高，突出最严重的煤层一般都是最厚的主采煤层。(3)突出煤层多数为煤的强度低、变化大，透气性差；瓦斯放散快；湿度小，层理紊乱，遭到地质构造严重破坏的煤层。(4)突出受煤自重的影响。(5)突出同瓦斯压力有关。在同一煤层中，瓦斯压力超高、突出危险性越大。不同煤层，其瓦斯压力与突出危险性之间无直接联系。(6)突出危险区呈条带状分布。(7)采掘工作形成的应力集中区是突出点密集地区。(8)突出的发生同外力冲击诱发有关。(9)大多数突出都有预兆。主要表现在三个方面，即地压显现、瓦斯涌出及煤层结构的变化等。l 地压显现：煤炮声、支架声响、岩煤开裂、掉碴、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等；l 瓦斯涌出：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温异常、气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤粉、哨声、蜂鸣声等；l 煤层结构及构造：煤层层理紊乱、煤层强度松软或不均质、煤暗淡无光泽、煤厚增大(特别是软分层增大)、煤层倾角变陡、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯凸起、断层等。(10)突出危险性随着煤层围岩厚度和硬度的增加而增加。五、防治煤与瓦斯突出的主要措施1局部性措施指开采有突出危险的煤层时，采取作用范围比较小的预防措施。主要有：1)专用支架专用支架的形式有：超前支架、金属骨架和金属栅栏等。(1)超前支架多用于有突出危险的急倾斜煤层和缓倾斜厚煤层中的平巷内。(2)金属骨架用于石门揭开煤层时的一种超前支架。(3)金属栅栏金属栅栏是种抑制突出强度的专用支架。2)超前钻孔与水力冲孔(1)超前钻孔在石门揭开瓦斯突出危险煤层或在瓦斯交出危险煤层中掘进时，在工作面前方一定距离的煤体内，一般都打足够数量的较大直径的钻孔，用以预排工作面前方煤层内的瓦斯，使工作面前方保持一个较长的卸压带，防止突出发生。工作面前方一般有三个应力带：卸压带、集中应力带和正常应力带。在卸压带内，地压力和瓦斯压力都大大降低。卸压带是阻止突出的保护带一般孔长35m时就可以预防突出。l 钻孔布置l 注意问题(2)水力冲孔在采掘之前，使用高压水(40-50个大气压)冲击有突出危险的煤体。l 作用l 工艺流程l 适用条件3)震动放炮和松动爆破(1)震动放炮是一种诱导突出的方法。l 适用条件(2)松动放炮在掘进工作面使用普通震动放炮的基础上，在煤体深部3-7m的应力集中带内，布置几个长炮眼进行爆破。l 目的l 适用条件2区域性措施区域性措施是指开采有突出危险煤层时，采用影响范围比较大的预防措施。主要有：l 开采保护层（目前常采用的方法，是最经济有效的防治瓦斯突出的措施）l 预抽煤层瓦斯（后面有专门一节内容将介绍瓦斯抽放）1)开采保护层及其作用l 开采保护层保护层，被保护层；上保护层，下保护层。l 开采保护层的作用2)保护范围的确定保护范围：指保护层对被保护层沿垂直(层间距)、沿倾斜、沿走向方向的有效保护范围。这个范围，现场用实测的办法来确定。当没有实测数据时，可参考下列数值。层间保护范围沿走向方向保护范围沿倾斜方向保护范围3)开采保护层应注意的问题为了提高保护层的保护效果及合理处理瓦斯，必须采取抽放瓦斯的措施；保护层内不允许留煤柱，应全部采出。如非留不可时，应在图纸上标明煤柱的尺寸和方位以便在开采被保护层时在其影响的范围内采取相应措施，预防突出发生；开采下保护层时，在被保护层的未保护带内进行采掘工作时，要采取预防灾出的措施；如果煤层群中有几个保护层，应优先选用上保护层。保护层的厚度一般都比较小、应尽可能提高机械化程度，以加快采掘速度，降低采动强度和成本，提高经济效益。3技术组织措施加强煤与瓦斯突出的科研工作。加强职工预防突出的教育工作。加强瓦斯地质工作。加强通风工作。开采保护层要做到“三区成套二超前”。即：每个生产水平部要具有开拓区、保护层开采区和被保护层回采区，开拓区要超前于保护层开采区，保护层开采区要超前于被保护层回采区。六、防治煤与瓦斯突出技术的新进展煤与瓦斯突出的发生与发展过程容易受自然与人为因素的影响，现有的突出假说很难解释清楚煤与瓦斯突出的发生与发展过程，难以制定出有效地防治突出的措施，这也是世界各国在防治突出工作中未能有效地防止突出发生的根蒂所在。从近150余年来防突措施的发展来看，防治突出措施可分三个阶段：第一阶段：避免发生人身伤亡而采取的以放炮震动为主的安全防护措施。第二阶段：以消除突出因素为主要目的的防止突出措施，例如开采保护层，超前排放钻孔。此阶段存在的主要问题是一些局部措施的防止突出效果不理想。第三阶段：综合防治突出阶段，此阶段起始于20世纪80年代末期在解决了工作面突出预测方法后，为此阶段提供了技术支持。综合防治突出措施，是由突出危险性预测、防止突出措施实施、防治突出措施效果检验和为防止人员伤亡而采取安全措施等所组成。随着矿井的采掘深度的不断加深，采掘强度不断加大，对防治突出的要求也将不断提高，主要表现为：已有防突方法已不适应自然条件和采掘方式的变化，例如：自然条件的变化对执行防治突出措施不利，受市场经济的影响，突出矿井要求高效低成本，因而要求防突措施必须在提高效率降低成本上下功夫，防突的发展趋势是采用高科技手段来预测煤层的突出危险性和提高措施的有效性。为此：l 在工作面预测方面：采用声发射(地音检测)、电磁辐射等非接触式预测方法，l 在区域预测方面：采用物探法(无线电波透视或槽波地震CT成像)技术，l 在防突措施方面：提高措施的有效作用范围，例如水力扩孔技术、气体致裂低透气性煤层技术等。七、煤与瓦斯突出预测技术通常根据预测范围将预测分为区域预测和工作面预测。l 20世纪50年代开始进行预测的尝试，1959年从原苏联引进与研究了p与f测定方法。l 从20世纪50年代到20世纪80年代初的30多年里，我国大多数的研究者从事区域性预测，并取得了进展。l 从20世纪80年代开始，煤炭科学研究总院重庆分院着手研究工作面的预测方法与指标，确定了以测定钻屑瓦斯解吸量与钻屑量为主要方法的工作面预测方法，研制出ATY突出预测仪和其改进型WTC瓦斯突出参数测定仪，该方法被列入我国防治煤与瓦斯突出细则)中主要的工作面预测方法之一。l 与此同时，煤炭科学研究总院抚顾分院研制了MD2型解吸指标测定仪在北票矿务局试验了h2工作面预测方法，从多方面多途径开展了工作面突出预测。1、突出危险区域预测 （1）多因素综合预测法（2）物探法（3）瓦斯地质法2、工作面煤与瓦斯突出危险性预测工作面突出预测指标分为两类：l 以钻屑量为代表的应力指标l 瓦斯指标瓦斯指标有：钻孔瓦斯涌出初速度（q）钻屑瓦斯解吸量指标(K1，h2)3、声发射预测预报突出（1）技术原理（2）系统组成4、电磁辐射法预测工作面突出危险1.5 矿井瓦斯爆炸及其预防一、矿井瓦斯的爆炸现象 (一)瓦斯爆炸化学反应瓦斯爆炸是瓦斯和空气组成混合爆炸性气体在火源作用下发生的一种迅猛的氧化反应。其化学反应式为：l 瓦斯浓度为9.5是理论上瓦斯爆炸最猛烈的浓度。l 瓦斯氧化、燃烧、爆炸的通常解释为链锁反应理论。根据瓦斯空气混合气体燃烧、爆炸时的火焰传播速度及冲击波压力的大小，可以把瓦斯的燃爆类型分为三种：1速燃火焰传播速度在10 ms以内，冲击波压力在0.15大气压以内。它可以使人烧伤，引起火灾。2爆燃火焰的传播速度在音速以内；冲击波压力高于0.15大气压。它对人和设施有较强的杀伤能力和摧毁作用。3爆炸火焰传播速度超过音速，达到每秒数千米；冲击波压力达到数个至数十个大气压。它对人和设施具有强烈的杀伤能力和摧毁作用。 (二)瓦斯爆炸的效应激烈的氧化反应；放出大量的热，产生高温；高温气体引起体积的骤然膨胀，形成的高温高压气体；正向冲击波；反向冲击波；会发生第二次爆炸和连续爆炸；有时还能引起煤尘爆炸及导致火灾发生；产生大量的有害气体，大量的一氧化碳产生，是造成人员伤亡的主要原因。(三)瓦斯爆炸的条件及影响因素瓦斯爆炸的必要条件：一是瓦斯浓度达到一定范围；二是存在高温火源；三是有足够的氧气。三者缺一不可。1.瓦斯浓度1)瓦斯爆炸的浓度界限。当瓦斯浓度为5-6至14-16时，混合气体有爆炸性；l 瓦斯只有在一定的浓度范围内才有爆炸性，这个浓度范围称为爆炸界限。其最低浓度(5-6)称为爆炸下限，最高浓度(14-16)称为爆炸上限。l 当瓦斯浓度为9.5发生爆炸时，其爆炸威力最大。2)影响瓦斯爆炸界限的因素瓦斯爆炸界限并不是固定不变的。其变化同混入混合气体中其他可燃气体、煤尘、惰性气体的多少及混合气体所在环境的温度高低、压力大小等因素有关。上述诸因素中扩大爆炸界限的因素有： 其他可燃气体的混入多种可燃气体混入，增加了爆炸性混合气体的总浓度，使瓦斯爆炸界限扩大，即爆炸下限降低，爆炸上限增高。多种可燃气体混合物的爆炸界限可按下式计算：式中 C混合气体的爆炸下限(或上限)，按体积； C1、C2、C3混合气体中各种可燃气体的爆炸下限(或上限) x1, x2, x3一混合气体中各种可燃气的体积百分数、； x可燃气体之总含量(xx1+x2+x3+)。煤尘混入煤尘混入到瓦斯空气的混合气体中，使瓦斯的爆炸下限降低，爆炸的危险性增加。初始温度初始温度越高，瓦斯爆炸范围越大。初始压力初始压力越大，瓦斯爆炸范围越大。2氧的含量当氧在混合气体中的浓度低于l2时，混合气体中的瓦斯失去爆炸性。3引火温度引火温度是指点燃瓦斯所需要的最低温度，一般认为是650-750。它的高低与瓦斯的浓度有关。l 引火延迟性l 感应期综上所述，瓦斯空气混合气体爆炸一定要同时具备三方面条件：瓦斯在混合气体中的浓度超过爆炸下限，即形成瓦斯积聚；混合气体中氧的浓度不低于12；存在温度高于引燃瓦斯的热源并且其存在时间比感应期长。(四)煤矿瓦斯爆炸原因的分析根据瓦斯爆炸的必要条件，分析煤矿井下瓦斯爆炸的基本因素是积存瓦斯和火源。对国内外煤矿发生瓦斯爆炸的地点统计表明，绝大部分瓦斯爆炸发生在瓦斯煤层的采掘工作面，其个又以掘进工作面占多数。掘进工作面较易发生瓦斯爆炸的原因：l 瓦斯涌出量大，局部通风机通风可靠性差，容易形成瓦斯积聚；l 使用的电气设备较多(电钻、扇风机、掘进机等)及经常放炮，出现引火热源机会多。回采工作面容易发生瓦斯爆炸的地点： l 工作面上隅角处l 采煤机工作时切割机构附近此外，由于矿井通风系统不合理，通风巷道失修，供风量不足，管理不善造成风流短路及自然风压大的矿井在倒风季节等均会造成瓦斯积存。造成瓦斯爆炸的原因，国内外统计资料说明，还有思想上的麻痹，管理上的松懈。二、瓦斯爆炸案例某煤矿特大瓦斯爆炸事故1矿井概况2事故经过及抢险救灾过程3事故的直接原因(1)事故的直接原因(2)事故性质4造成伤亡严重的主要原因及矿井安全管理中存在的问题三、预防瓦斯爆炸的措施防止瓦斯爆炸事故发生的措施很多，总结起来，主要包括三个方面：防止瓦斯积聚；防止瓦斯引燃；防止瓦斯爆炸事故扩大。(一)防止瓦斯积聚的措施（每项措施结合煤矿安全规程有关规定展开讲解）所谓瓦斯积聚是指局部瓦斯的浓度超过2，其体积超过0.5m3的现象。防止瓦斯积聚的方法有：1加强通风2严格检查和监测井下瓦斯浓度3及时处理积聚瓦斯4抽放瓦斯(二)防止瓦斯引燃措施（每项措施结合煤矿安全规程有关规定展开讲解）防止瓦斯引燃的原则：坚决禁止一切非生产需要的火源下井；对生产中可能发生的热源严加管理，防止热源产生或限定其引燃瓦斯的能力。1加强明火管理 2严格放炮制度3消除电器火花4. 严防摩擦火花发生5防止静电火源出现 (三)防止瓦斯爆炸灾害扩大措施 (1)编制预防和处理瓦斯爆炸事故计划；组织与训练好矿山救护队；使矿工熟悉并掌握预防瓦斯爆炸的基本知识和有关的规章制度；每个下井人员部必须随身携带自救器，而且每年至少组织一次矿井救灾演习。(2)发生重大瓦斯爆炸事故时，矿务局局长、矿长和总工程师必须立即赶到现场指挥抢救工作，以防事故范围扩大。(3)各生产水平、各生产采区，都必须有单独的回风道，各采掘工作面应采用独立通风。实行分区通风。(4)通风系统应力求简单。(5)主要通风机出风井口安设防爆门，主要通风机安设反风装置。(6)矿井两翼、相邻采区(或煤层)都必须用岩粉棚或水棚等隔开，在所有运输巷道和回风巷道中进行撤布岩粉。四、综放面瓦斯瓦斯涌出特点及治理(一)综采放顶煤瓦斯涌出的特点(1)瓦斯来源同普通综采相比有了明显变化。(2)综放工作面瓦斯涌出地点的特殊性。(3)随着工作面的推进，在风量不变的情况下，瓦斯量有增大的趋势。(二)引起瓦斯爆炸的几种可能性(1)火灾引爆瓦斯；(2)顶板岩石冒落冲击引爆瓦斯；(3)处理大块歼石放炮引爆瓦斯；(4)其他高温引爆瓦斯。(三)处理综放瓦斯问题(1)加强采前煤层瓦斯抽放是从根本上减少综故开采瓦斯的途径。(2)开采保护层。(3)重点瓦斯场所设专职瓦斯检验员负责检查瓦斯情况，同时负责监督检查本区内的通风设施，发现风门损坏、工作面风量不足等情况时及时进行处理。(4)重点瓦斯场所的班组长、放炮员、机组手每班各带一台便携式报警仪，在打眼前、放窗前、放窗时、开机组前、开机组割煤时检查CH4，当CH41.0时停止作业。(5)在工作面设两台瓦斯探头Tl、T2，Tl设在上隅角与回风叉口处，T2设在全风压回风岔口以里10l 5m处。(6)工作面回风流及上隅角瓦斯探头信号反馈至地面微机监测室，使井上下数据准确，严禁超差，每隔10天对探头用标推气样进行校准，地面监测室发现瓦斯超限，立即汇报调皮室，并下达停止生产指令。(7)工作面所有电器设备设专人检查维修，防爆率达到100。(8)当采空区瓦斯量增大，采取掘送瓦斯尾巷的办法抽放采空区瓦斯，以达到降低瓦斯浓度的目的。(9)加大工作面入风量，将采空区涌出的瓦斯及时冲淡或排除。(10)对于采空区及工作面上隅角瓦斯积聚可采取设置挡风障或局部通风机的办法，使一部分风流经瓦斯积聚地点将瓦斯冲淡或排除。1.6 矿井瓦斯抽放及利用一、概述二、瓦斯抽放方法的分类根据瓦斯的来源、抽放与采掘的时间配合、抽放工艺手段等，可分为两大类、三种形式、五种方法。三、 矿井瓦斯抽放(一)本煤层抽放瓦斯 (二)邻近层的瓦斯抽放(三)采空区的瓦斯抽放四、 抽放设备(一)瓦斯泵 (二)瓦斯管路(三)安全装置1. 放水器 2防回火网3水封式阻焰器 (四)瓦斯罐五、矿井瓦斯利用1、化工原料2、工业燃料3、民用燃料第2章 矿尘及防治煤尘爆炸是煤矿五大灾害之一，其后果往往极为惨痛，伤亡严重，损失惊人，危害性极大。同时由矿尘引起的尘肺病危害着职工的健康，每年因尘肺死亡人数3000人左右。因此，解矿尘的性质和危害，掌握其防治方法十分必要。本章要求：1) 了解矿尘的产生、分类、矿尘的危害性；2) 掌握矿尘性质；3) 熟悉尘肺病发病机理及影响因素；4) 理解煤尘爆炸机理；5) 掌握综合防尘技术。2.1 矿尘的产生及其危害一、矿尘及其分类(一)矿尘的含义l 矿尘是指在矿山建设和生产过程中生成的直径不大于l mm的矿物微粒的总称。l 矿尘的大小叫粒度(D)，单位： (二)矿尘的分类l 按矿尘的组成可分为：岩尘和煤尘，它们都能使人得矿尘职业病，而且煤尘还能爆炸，给矿井造成极大威胁。l 全尘，呼吸性粉尘l 浮尘，落尘二、矿尘的性质 1、游离二氧化硅 2、粒度 3、分散度4、浓度5、湿润性6、荷电性7、光学特性三、矿尘的生成及影响因素 (一)矿尘的产生l 煤矿在开拓、掘进、采煤、运输及提升各生产环节中，随着岩体和煤体的破坏、碎裂，便产生大量的矿尘。l 打眼、爆破、放顶等工序生成的矿尘最多。l 矿山压力和地质构造的作用也会生成矿尘。l 矿尘的主要来源是在生产过程中形成的。(二)影响矿尘产生的因索1自然条件1)矿井地质构造复杂，断层、褶皱比较多，岩层和煤层遭到破坏的地区，开拓、开采时，矿尘的产生量最大。2)煤层的倾角越大，厚度越大，采掘过程中煤尘的发生量越大。3)煤质脆、节理发育、结构疏松、水分少的煤层，开采时，煤尘助产生量大。2采掘条件1)采掘机械化程度高，采掘强度大时，矿尘的发生量大。2)采煤的方法不同，生成煤尘的量不一样。3)通风的状态不同，空气中的矿尘量不同。风速是影响井下空气中含尘量的重要因素。四、矿尘的存在状态煤矿井下各生产环节形成的矿尘，一般是一种不均质的、不规则的和不平衡的矿物微粒，它呈复杂运动状态悬浮于空气中，随风流而飘动，一部分被风流带出矿井，而大部分却留在矿井内。随着时间的延长，在井下各处的矿尘的存在状态又可分为两种：浮游矿尘和沉积矿尘。(一)浮游矿尘(浮尘)浮尘指悬浮飞扬在煤矿井下空气中的矿尘，其粒度(D)小于 。(二)沉积矿尘(落尘)落尘指矿井空气中沉降在巷道四周和巷道中各种堆积物上的矿尘，其粒度(D)大于10 。l 浮尘和落尘的存在状态不是绝对不变的。l 浮尘在空气中的飞扬时间，取决于粒度、比重、形状。同时还受空气的温度、湿度，尤其是风速的影响。l 当落尘受到机械振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰时，可再次飞扬，成为浮尘。五、矿尘含量的表示方法及卫生标准(一)矿尘的含量及矿尘的分散度1矿尘的合量及表示方法矿井空气中单位体积内所含浮尘的数量叫矿尘浓度。有两种表示方法：1) 重量法。单位：mg/ m3或gm3。2）计数法。单位：粒/cm3。我围规定用重量法表示矿尘浓度。2矿尘的分散度及其表示方法矿尘的分散度是指矿尘的整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。分散度有两种表示方法：1)重量百分比2)数量百分比l 我国对矿尘的分散度划分为四个计测范围：小于2 ；2-5 ；5-10 ；大于10 。l 矿尘组成中，小于5 的尘粒所占的百分比越大，对于人体的危害就越大。l 根据矿井的实测资料， 5 以下的矿尘占90以上。这部分矿尘不仅危害性很大，而且更难捕获和沉降。为此，应是通风防尘工作的重点。(二)矿尘的卫生标准矿尘的卫生标准、就是矿尘的最高允许浓度。规程规定了井下有人工作的地点和人行道的空气中粉尘的浓度的标准。六、矿尘的危害(1)对人体的危害：尘肺病皮肤病；慢件中毒。(2)煤尘爆炸。会使人身受到伤害。破坏设备，其至毁坏整个矿井。(3)加速机械的磨损，减少精密仪表的使用时间。(4)降低工作场所的能见度，使工伤事故增多。2.2 矿尘职业病及其预防一、矿尘职业病l 概述l 煤矿尘肺病分类二、尘肺的发病原因及影响因素(一)发病原因关于尘肺的发病原因，说法很多，但一般认为得病的原因是：含有游离的二氧化硅粉尘侵入肺泡中后，同肺泡中的水形成硅酸，而硅酸毒化肺部组织并逐渐使肺部组织纤维化，失去弹性，呼吸能力受到损伤，从而出现喘息、咳嗽、胸痈等尘肺病各种症状，严重时可使人丧失劳动能力，直至死亡。(二)影响尘肺发病的因素1矿尘中游离二氧化硅的含量2矿尘粒度3矿尘浓度4从事岩石作业时间5个体防护三、预防尘肺的技术措施采取综合性防尘措施，包括：湿式凿岩、加强通风、放炮喷雾、装岩洒水、冲洗岩帮以及个体防护等。(一)湿式凿岩l 在岩巷掘进中，湿式凿岩是最有效的防尘措施。l 为了提高湿式凿岩的防尘效果，必须抓住两个重要环节：水质和水量。(二)通风除尘(三)放炮喷雾爆破是产生矿尘的主要生产环节之一。事实说明，爆破时采用喷雾洒水措施防尘效果是显著的。(四)装岩洒水装岩洒水主要是为了防止混杂在破碎岩石中的矿尘在装车时再度飞扬，为此在装岩之前要尽量多洒水，使之充分湿润。(五)洗刷岩(煤)帮在放炮时，未能被喷雾洒水捕捉而沉落于巷道两帮与顶部的矿尘，在撮碴时受到扰动而再度飞扬的结果。(六)个体防护措施个人防护是指戴防尘口罩等。防尘口罩有两种：一种是普通过滤式口罩，另一种是过滤式送风口罩。前者有纱布口罩、泡沫塑料口罩、上海劳研口罩、武安302型口罩等；后者是借助小型通风机的动力，使含尘空气通过高效率的滤料净化，然后送到口罩内供人呼吸。2.3 煤尘爆炸及预防一、煤尘的燃烧和爆炸l 凡是遇火源能发生燃烧和爆炸的固体粉尘都称为可燃粉尘。l 煤尘是一种可燃粉尘。(一)煤尘爆炸的原因1煤尘的氧化面积增大2. 可燃气的作用(二)煤尘爆炸发展过程分析煤尘爆炸的过程，由以下三步发展形成的：l 悬浮的煤尘在热源的作用下被干馏而形成可燃气体；l 可燃气体与空气混合而形成燃烧；l 煤尘燃烧放出热量，热传导和火焰辐射，附近悬浮受热气化，燃烧循环持续进行，反应速度越来起快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。(三)煤尘爆炸的特征煤尘的爆炸具有与瓦斯爆炸相类似的特点，爆炸后同样要产生高温、高压和冲击波及生成大量有害气体、皮渣、粘块等。1. 爆炸温度煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度上升到2300-3500。这种高温是造成煤尘爆炸连续发生的重要条件。2爆炸压力煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度急剧上升，必然使气体的压力突然增大。许多国家曾分别在实验空和巷道中进行测定。其结过表明，爆炸压力随离开爆源的距离的延长而跳跃式的不断增大，爆炸在扩展过程中如果有障碍物阻拦或巷道的断面突然变化及巷道拐弯等，则爆炸压力将增加得更大。3爆炸速度在爆炸产生高温高压的同时，爆炸火焰和爆炸冲击波以极快的速度间外传播：利用实验巷道对其传播速度进行了测定，结果表明，每秒可达到1000多米。4. 冲击波煤尘爆炸向样形成冲击波，其传播速度比爆炸火焰传播得还要快，有的可达2400 ms，对矿井的破坏极大。5。煤尘爆炸后生成大量的一氧化碳气体，其浓度可达2-3，有时甚至高达8左右这是造成矿工大量中毒伤亡的主要原因。6爆炸生成皮渣和粘块煤中含有不可燃物体，煤尘爆炸又缺乏氧气，因此，煤尘的燃烧是不完全的，一部分煤尘燃烧了，另一部分煤尘被局部焦化，并附在巷道、支架上，在巷道的周围及煤壁上形成一种烧焦的皮渣和粘块。根据皮渣和粘块在支柱上的位置不同，可以判断出煤尘爆炸的程度。1)当煤尘爆炸速度较小时，火焰和冲击波以较慢的速度传播，皮渣和粘块在支柱的两侧，爆炸传来的方向堆积较密；2)当爆炸速度很大时，皮渣和粘块在支柱的迎风侧； 3)当爆炸速度极大时，皮渣和粘块在支柱的背风侧，而在迎风侧有火烧痕迹。l 煤尘爆炸生成的皮渣和粘块是它区别于瓦斯爆炸的重要特征。二、煤尘爆炸的必要条件及影响因素(一)煤尘爆炸的必要条件煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件：l 煤尘本身具有爆炸性；l 煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定的浓度；l 有一个引爆煤尘的热源。1. 煤尘的爆炸性煤尘爆炸是煤尘受热氧化后，放出可燃性气体遇高温发生剧烈反应形成的。有的煤尘受热氧化后，产生很少的可燃气体，不能使煤尘发生爆炸。所以煤尘又可分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。确定煤尘爆炸性可用下列方法：1)试验鉴定法。试验鉴定煤尘的爆炸性有两种方法：一种方法是在类似于并下巷道的大型煤尘爆炸试验巷道内，用近似矿井的条件下进行爆炸性鉴定。此法比较准确，但是工作比较繁重，而且复杂，同时消耗的人力及物力也较大，需要的时间长，所以，一般仅为标准鉴定用。另一种方法是我国目前采用的“大管状煤尘爆炸鉴定仪”的试验鉴定法，此法是在1100高温下确定煤尘的爆炸性的。l 鉴定方法2)统计判断法。利用工业分析计算出来的可燃挥发分，又称挥发指数(符号VT)来大致判断煤尘的爆炸性。一般说来，可燃挥发分越高，煤尘的爆炸性越强。计算公式从公式中可以看出，可燃挥发分就是煤中所含挥发分与可燃物质的百分比。l 正是由煤尘可挥发分(VT)能够初步地判断其爆炸的危险程度，所以又称其为煤尘爆炸指数。l 但是，以煤尘爆炸指数判断煤尘的