煤矿开采安全与“一通三防”安全管理(防爆车司机)ppt课件

煤矿开采安全与 一通三防 安全管理 王世栋二O一二年十二月 主要内容 煤矿开采安全通风安全管理防瓦斯安全管理防尘安全管理防灭火安全管理矿用产品安全标志 主要内容 煤矿开采安全通风安全管理防瓦斯安全管理防尘安全管理防灭火安全管理矿用产品安全标志 煤矿开采安全 煤矿开采五大灾害 水火顶板瓦斯煤尘 煤矿地质 一 煤层的赋存状况及分类二 煤层顶底板三 地质构造四 矿井井巷的名称及分类五 矿井生产系统 地球不是均质体 其物质组成的分布呈同心圈层结构 大致以地壳表层为界分为外圈和内圈 外圈包括 大气圈 水圈 生物圈 内圈包括 地壳 地幔 地核 具体结构见下表 一 地球的圈层结构 第一节地质作用等 一 地球的圈层结构 第一节地质作用等 一 地球的圈层结构 第一节地质作用等 一 地质作用的概念凡是由自然动力所引起的地壳物质成分 内部结构以及外部形态发生变化和发展的过程称为地质作用 二 地质作用的分类根据地质作用的能源不同 地质作用分为两大类 内力地质作用 外力地质作用 第一节地质作用等 二 地质作用 三 内力地质作用的概念和分类1 内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分 内部构造 地表形态发生变化的地质作用 叫内力地质作用 2 按作用的性质和方式 内力地质作用分为地壳运动 地震作用 岩浆作用 变质作用 第一节地质作用等 二 地质作用 四 外力地质作用的概念和分类1 外力地质作用外力地质作用是指以地球外部的太阳能以及日月引力能为能源 并通过大气 水 生物因素所引起的风 雨 冰雪 冰川 河流 海浪等营力产生各种地质作用 2 外力地质作用分类外力地质作用包括 风化作用 剥蚀作用 搬运作用 沉积作用 固结成岩作用等 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 地壳由岩石组成 岩石是矿物的集合体 矿物由化学元素结合而成 一 矿物矿物是地壳中的一种或多种化学元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物 矿物是组成岩石和矿石的基本单位 到目前人们所认识的矿物已达2000多种 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 一 矿物矿物的形态可以分为两类 单体的形态与集合体形态 1 矿物单体的形态 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 一 矿物2 矿物集合体的形态 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 二 岩石岩石是构成地壳和上地幔固态部分的基本物质 它是天然产出的一种或多种矿物在各种地质作用下形成的 具有一定结构 构造的集合体 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 二 岩石按成因分为三大类 岩浆岩 火成岩 沉积岩 变质岩 1 岩浆岩 岩浆冷凝后形成的岩层 如花岗岩 玄武岩等 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 二 岩石2 沉积岩 由先形成的三大类岩石经风化 剥蚀 搬运作用形成的岩石 其特点是成层状态 如砾石 砂岩 页岩 石灰岩 煤等 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 二 岩石3 变质岩 受变质作用或高温高压作用已改变了成份和性质的岩石 如大理岩 石英岩 千枚岩 片岩和片麻岩等 第一节地质作用等 三 地壳物质组成 二 岩石由于地质作用的复杂性 多期性与漫长性 三大类岩石之间可以相互转化 第一节地质作用等 三大岩石相互关系 岩石循环转化示意 四 地史的概念 年代地层单位和地质年代单位1 概念 1 年代地层单位 地层单位 代表一定时间范围内形成的地层依据 生物演化的阶段性 顶底界面具有严格的等时性 2 地质年代单位 时间单位 代表地史中一定时间范围 第一节地质作用等 四 地史的概念 年代地层单位和地质年代单位2 二者具有对应关系年代地层单位地质年代单位宇宙界代系纪统世阶期时带时 第一节地质作用等 二 地层单位分类 年代地层单位和地质年代单位3 地质年代表 第一节地质作用等 第二节煤的形成及煤系 一 煤的形成二 煤系的概念 一 煤的形成 一 煤形成的主要影响因素煤是由古代植物遗体演化而形成的 煤层的形成受以下因素的影响 1 古植物条件 2 古气候条件 3 古构造条件 第二节煤的形成及煤系 一 煤的形成 二 成煤作用植物遗体堆积 到转变为煤的全部过程叫成煤作用 这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用 成煤作用分为二个阶段 泥炭化 腐泥化 阶段煤化阶段 包括成岩作用和变质作用 第二节煤的形成及煤系 二 成煤作用1 泥炭化 腐泥化 阶段植物繁殖 死亡 堆积 在微生物作用下不断分解 化合 聚积 高等植物形成泥炭 低等植物形成腐泥 1 腐泥化作用 1 概念 低等植物和浮游生物在湖泊 泻湖 海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用 2 腐泥 含大量水分的黑灰 黑褐色冻胶淤泥状物质 一 煤的形成 第二节煤的形成及煤系 一 煤的形成 二 成煤作用1 泥炭化 腐泥化 阶段2 泥炭化作用 1 概念 高等植物遗体在泥炭沼泽中经复杂的生物化学 物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用 分为二个阶段 第一阶段 在沼泽浅部植物遗体受氧化 分解 第二阶段 随积水深度增加 氧化环境被还原环境代替 产生腐植酸和沥青质 形成泥炭 2 泥炭 黄褐 黑褐色 无光泽 质地疏松状物质 风干可作燃料 也可作化工原料和肥料 第二节煤的形成及煤系 一 煤的形成 二 成煤作用2 煤化阶段泥炭或腐泥形成后 由于地壳下降而被其它沉积物覆盖 则进入了煤化作用阶段 此时生化作用停止 代之以物理化学作用 这个过程包括了二个连续过程 1 成岩作用 泥炭 腐泥 在温度 压力作用下 经压实 脱水 固结转变成褐煤 腐泥煤 2 变质作用 褐煤继续在温度 压力 时间影响下转变为烟煤 无烟煤 天然焦或石墨 第二节煤的形成及煤系 一 煤的形成 二 成煤作用3 成煤过程 古植物成煤过程 第二节煤的形成及煤系 二 煤系的概念 一 煤系的概念指在一定地质时间内 形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系 二 煤系地层在煤的形成过程中 煤层上下同时形成许多岩层 这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的 称为煤系地层 第二节煤的形成及煤系 第三节煤的性质及工业分类 一 煤的性质1 煤的物理性质 光泽 颜色 条痕 硬度 脆度 比重和容重 导电性 2 煤的化学组成 有机质和无机质 主要元素有 碳 氢 氧 氮 硫 磷 第三节煤的性质及工业分类 第三节煤的性质及工业分类 煤的主要物理性质变化表 二 煤的工业分类1 常用的煤质指标评价煤质的主要指标包括 水分W 灰分 ash 挥发分 volatility 胶质层厚度Y 发热量Q 硫S和磷P的含量以及含矸率等 2 煤的工业分类我国现行的工业分类 是以炼焦煤为主的分类方案 分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y mm 为指标划分煤的种类 从无烟煤到褐煤分为十大煤种 即无烟煤 烟煤 贫煤 瘦煤 焦煤 肥煤 气煤 弱粘煤 不粘煤 长焰煤 褐煤 第三节煤的性质及工业分类 第四节煤层的埋藏特征 按煤层厚度分类煤层地下开采极薄煤层0 3 0 5m薄煤层0 5 1 3m中厚煤层1 3 3 5m厚煤层3 5 8 0m巨厚煤层 8 0m 第四节煤层的埋藏特征 一 煤层赋存状态 第四节煤层的埋藏特征 一 煤层赋存状态按煤层倾角分类煤层地下开采近水平煤层45 第四节煤层的埋藏特征 第四节煤层的埋藏特征 一 煤层赋存状态按煤层稳定性分类煤层稳定性指煤层形态 厚度 结构和可采性的变化程度 按照矿区 或井田 的煤层变化程度 即稳定程度 划分为四类 稳定煤层 较稳定煤层 不稳定煤层 极不稳定煤层 第四节煤层的埋藏特征 第四节煤层的埋藏特征 一 煤层赋存状态按煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹石层 煤层可分为 1 简单结构2 复杂结构 第四节煤层的埋藏特征 一 煤层的赋存状况及分类 对煤层开采影响较大的有两个方面 1 煤层本身的赋存状况 2 煤层围岩和地质构造 在煤层的赋存条件中 对煤层开采影响较大的是煤层的结构 煤层的厚度 煤层的倾角 煤层的层理 结核 化石等 一 煤层的赋存状况及分类 一 煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹矸层 可将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层 煤层结构对采掘造成重要的影响 如采掘复杂结构煤层时 其表现为 1 增加煤炭中的含矸量 灰分 影响煤质 2 在炮采炮掘面 增加装药量 3 在综采综掘面 增加截齿的磨损 等等 一 煤层的赋存状况及分类 二 煤层厚度煤层厚度 是指煤层顶底板之间的垂直距离 根据煤层结构 煤层厚度可分为总厚度 有益厚度 可采厚度 总厚度 是指煤层顶底板之间各煤分层和夹矸层厚度的总和 有益厚度 是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和 可采厚度 是指在现代经济技术条件下可以开采的煤层厚度 又称最小可采厚度 除经济技术因素外 可采厚度的大小还受煤种 煤炭资源状况以及地质条件的影响 一 煤层的赋存状况及分类 二 煤层厚度达到可采厚度的煤层称为可采煤层 可采煤层具有开采价值 根据开采技术的特点 可采煤层按厚度可分为以下3类 薄煤层 可采煤层 1 3m 中厚煤层 1 3 3 5m 厚煤层 3 5m 生产中 习惯将厚度大于6m以上的煤层称为特厚煤层 我国的煤层以厚煤层和中厚煤层为主 以开采产量而论 厚煤层和中厚煤层大约各占40 薄煤层在20 左右 一 煤层的赋存状况及分类 二 煤层厚度 地下开采 露天开采 1 3m 薄煤层 3 5m 中厚煤层 厚煤层 3 5m 10m 薄煤层 中厚煤层 厚煤层 一 煤层的赋存状况及分类 二 煤层厚度煤层的厚度对采掘也造成重要的影响 一般情况下 2 5m左右的煤层采掘最舒服 薄煤层和厚煤层的开采都会增大采掘的难度 机械化采掘的难度加大 降低了煤炭的回收率等等 根据开采煤层的厚度不同 壁式体系采煤法分 壁式体系采煤法 薄煤层采煤法 中厚煤层采煤法 厚煤层采煤法 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状与倾角煤层的产状是指煤层的空间位置和状态 煤层的产状通常用煤层的走向 倾向 倾角三要素来表示 如下图所示 煤岩层产状要素ab 走向线 ce 倾斜线 cd 倾向 倾角 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状与倾角 1 走向 倾斜煤层层面与假想水平面的交线称为走向线 它是一条水平线 走向线的方向称为走向 走向代表倾斜煤层在平面上的延伸方向 2 倾向 煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线 倾斜线由高到低的水平投影所指方向称为倾向 3 倾角 倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状与倾角倾角的大小反映了煤层的倾斜程度 煤层倾角越大 开采的难度也就越大 并且 煤层倾角对采煤方法和设备的选型有很大的影响 根据倾角大小可将煤层分为4类 近水平煤层 0 8 缓倾斜煤层 8 25 倾斜煤层 25 45 急倾斜煤层 45 有些书上将倾角大于60 的煤层为立槽煤 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状及倾角 地下开采 露天开采 8 近水平煤层 45 缓倾斜煤层 倾斜煤层 25 0 急倾斜煤层 0 5 10 25 近水平煤层 缓倾斜煤层 倾斜煤层 急倾斜煤层 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状及倾角1 根据开采煤层倾角的大小不同 壁式体系采煤法分 壁式体系采煤法 缓倾斜煤层采煤法 倾斜煤层采煤法 急倾斜煤层采煤法 一 煤层的赋存状况及分类 三 煤层的产状及倾角2 根据工作面布置及推进方向不同 壁式体系采煤法分 壁式体系采煤法 走向长壁采煤法 a 倾斜长壁采煤法 仰斜长壁 仰采 b 俯斜长壁 俯采 c 一 煤层的赋存状况及分类 四 煤层的稳定性任何煤层的厚度实际上都是变化的 时薄时厚 甚至尖灭 根据煤层的变化可将煤层分为4类 1 稳定煤层 煤层在整个矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度 且厚度的变化有一定的规律性 2 较稳定煤层 在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可采 而只有局部煤层不可采 3 不稳定煤层 煤层厚度的变化很大 有薄有厚甚至尖灭 经常出现不可采区域 4 极不稳定煤层 煤层常呈鸡窝状 断断续续分布 在井田范围内仅局部可采 一 煤层的赋存状况及分类 五 煤层的层理 结核 化石1 层理 是指煤层垂直方向上 由于煤与夹矸在组成 粒度 颜色 形状不同而显示出的成层现象 层理现象有助于煤炭的破碎 对煤层颗粒的形状也具有直接的影响 2 结核 是指煤层中存在的与周围物质成分不同的团块状物体 其形状和大小不一 如黄铁矿结核 菱铁矿结核等 3 化石 是指煤层中含有古生物遗体和遗迹 如我国云南褐煤层中有大量的哺乳动物化石 层理现象以及结核和化石的存在 说明煤的沉积岩特征 一 煤层的赋存状况及分类 六 煤层的埋深我国是世界产煤大国 也是用煤大国 我国煤炭储量大部分埋藏在深部 埋深大于600m和1000m的储量分别占到73 19 和53 17 1 根据矿井开拓的深度 可将矿井分为 浅 部 矿井 400m中深 部 矿井 400 800m深 部 矿井 800 1200m特深矿井 1200m 浅部 中深部 深部 特深部 400m 800m 1200m 一 煤层的赋存状况及分类 六 煤层的埋深2 深部巷道的概念 由矿井深度和岩性两个因素决定 由浅部过渡到深部的界限称为 极限深度 巷道极限深度表 极限深度以上支护简单 易维护 以下则明显困难 一 煤层的赋存状况及分类 六 煤层的埋深3 深部开采的主要严重问题1 井巷维护困难 维护费用高 影响生产 2 采场顶板破碎 冒顶事故的危害增大 3 凿井困难增加 提升等井筒设备不能适应深井的需要 4 冲击矿压 煤与瓦斯突出危险加大 5 地温升高 恶化生产环境 影响生产 6 瓦斯涌出量增加 瓦斯爆炸危险加大 7 矿井水压力和涌出量增加 突水事故的危险性加大 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板赋存在煤层之上的岩层称为顶板 煤层以下的岩层称为底板 煤层的顶底板一般由砂岩 粉砂岩 泥岩 页岩 粘土岩和石灰岩等组成 煤层的顶底板的岩石性质 结构和构造 强度 含水性等是选择顶板管理方法和采煤工艺的重要依据 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板 顶板根据顶板自然层位的岩性 厚度 与煤层的相对位置及垮落难易程度 可分为伪顶 直接顶 基本顶 又称老顶 3种类型 伪顶 直接位于煤层之上 厚度一般在0 5m以下 极易垮落的岩层 经常在落煤时即随同垮落 通常由炭质页岩 泥质页岩等强度较低的岩层组成 对顶板维护和煤炭质量有一定影响 有些煤层没有伪顶 直接顶 位于煤层或伪顶之上 具有一定的稳定性 在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层 一般为页岩 砂质页岩和粉砂岩等 是采煤工作面顶板管理的直接对象 第四节煤层的埋藏特征 二 煤层顶底板岩层煤层顶底板岩层是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层 第四节煤层的埋藏特征 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板 顶板 直接顶分类根据直接顶的强度及初次垮落步距 可将其分为4类 如下表所示 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板 顶板基本顶 老顶 位于直接顶或煤层之上 通常为厚度及岩石强度较大 难于垮落的岩层 常有砂岩 砂砾岩或石灰岩等组成 基本顶在采空区上方悬露一定的面积后才能垮落 并且垮落后会给采煤工作面带来很大的压力 如果工作面支护不好 就会发生大冒顶伤人事故 根据直接顶的厚度与采高的比值K和基本顶的初次来压步距L 将基本顶分为4级 如下表所示 一 煤层的顶底板 顶板 基本顶分级 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板 底板可分为直接底和老底2种类型直接底 直接位于煤层之下的岩层 直接底坚硬 平整时 有利于工作面支护和采煤机工作 直接底松软或遇水膨胀时 常出现底鼓 支柱插入底板 溜子和液压支架一社困难等现象 老底 位于直接底或煤层之下的岩层 一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成 二 煤层顶底板 一 煤层的顶底板采煤工作面是地下移动着的空间 为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全 必须对采面进行维护 控制采面形成的矿山压力 1 采面围岩一般是指直接顶 基本顶和直接底 这三者对采面的生产有着重要的影响 2 采煤工作的直接维护对象是直接顶 直接顶的好坏将对生产和安全有直接的影响 例如 采面的初次来压与周期来压都是由于基本顶的活动而形成的 3 控制采面的矿山压力显然主要是控制基本顶的活动规律 这样才能保证采面的安全 采面的支护对象是直接顶岩层 通过直接顶间接地对基本顶的活动起一定的控制作用 三 地质构造 一 地质构造的分类及对生产的影响煤层形成初期 一般都是水平或近水平的 并在一定范围内连续分布 但是 后来受地壳运动的影响 使煤岩层的形态和产状发生了变化 这些由地壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化称为地质构造 地质构造的形态多种多样 概括起来可分为三种基本类型 即单斜构造 褶皱构造和断裂构造 它们对煤矿安全生产影响很大 三 地质构造 1 单斜构造如果煤岩层大致向同一方向倾斜 这样的构造称为单斜构造 如图所示 单斜构造往往是其它构造的一部分 如褶曲的一翼或断层的一盘 单斜构造在地壳中的存在状态用产状要素来表示 包括走向 倾向和倾角 三 地质构造 2 褶皱构造当煤岩层受地壳运动水平力的挤压作用而产生弯曲 但仍保持着连续性 这种构造形态称为褶皱构造 其中每一个弯曲部分称为褶曲 它是褶皱构造的基本单位 如下图所示 褶曲的基本形态有两种 即背斜和向斜 背斜 在形态上是一个中间向上凸起的弯曲 煤岩层从中心向两侧倾斜 向斜 在形态上是一个中间向下凹去的弯曲 煤岩层从两侧向中心倾斜 三 地质构造 2 褶皱构造褶皱构造对煤矿安全生产的影响 1 褶曲常常造成煤层厚度 产状的较大变化 给生产 安全造成困难 2 褶曲核部一般裂隙发育 岩石破碎 易冒落 必须加强支护 否则 易发生冒顶 给顶板管理带来困难 3 褶曲核部 瓦斯极易在此集聚 可能会造成瓦斯突出 给安全带来威胁 三 地质构造 3 断裂构造煤岩层受地壳运动的作用力而发生断裂 失去了完整性和连续性 这种构造形态称为断裂结构 断裂后 如果断裂面两侧的煤岩层没有发生显著的位置错动 则称为节理后裂隙 如果发生了显著的位置错动 则称为断层 节理和断层普遍存在于地层之中 与矿井建设和生产关系十分密切 尤其是断层的影响更为显著 以下主要介绍断层构造 三 地质构造 3 断裂构造 断层的要素 断层的性质和形态是由断层面 断层线 断盘 断距等要素组成 如图所示 三 地质构造 3 断裂构造 断层 断层的分类 2 断层的分类方法常用的有以下两种方法 按断层两盘相对位移的方向 分正断层 逆断层和平移断层 又称平推断层 如图所示 正断层 断层的上盘相对下降 下盘相对上升的断层 逆断层 断层的上盘相对上升 下盘相对下降的断层 平移断层 断层的两盘不是相对升降 而是在水平方向相对移动的断层 正断层 逆断层 平移断层 又称平推断层 三 地质构造 3 断裂构造 断层 断层的分类 按断层面的走向与煤岩层走向的关系 分走向断层 倾斜断层和斜交断层 走向断层 断层面走向与煤岩层走向基本平行的断层 倾斜断层 断层面的走向与煤岩层的走向基本垂直 即断层面走向和煤岩层的倾向基本平行的断层 斜交断层 断层面的走向与煤岩层走向斜交的断层 三 地质构造 3 断裂构造 3 断裂构造对煤矿安全生产的影响1 煤岩层受断裂构造的影响 顶板岩层的整体性受到破坏 强度降低 易于冒落 应采取措施 加强顶板管理 2 当断裂面与工作面平行时 工作面易发生片帮切顶事故 当断裂面与工作面斜交或垂交时 易发生冒顶事故 3 断裂带地段是瓦斯 地下水的良好通道和积聚场所 当采掘工作进入该区域时 应加强管理 严防瓦斯 水灾事故的发生 4 断层破坏了煤层的连续性 使巷道布置和采煤工艺复杂化 给煤矿生产安全带来不利因素 四 矿井井巷的名称及分类 井巷 按空间位置 按服务范围 垂直巷道 立井 竖井 暗 立井 水平巷道 平硐 平巷 石门 煤门 准备巷道 采区石门 上下山 车场 开拓巷道 井筒 井底车场 大巷 主石门 硐室 变电所 水泵房 水仓 火药库 倾斜巷道 斜井 上山 下山 回采巷道 机巷 风巷 切眼 二 矿井巷道为了进行矿井开采 在地下开掘的井筒 巷道和硐室的总称 一 按空间位置和形状可分为 1 垂直巷道 立井 暗立井 溜井2 倾斜巷道 斜井 暗斜井 上山 下山3 水平巷道 平硐 石门 煤门 平巷 矿井巷道示意图 1 立井 2 斜井 3 平硐 4 暗立井 5 溜井 6 石门7 煤层平巷 8 煤仓 9 上山 10 下山 11 风井 12 岩石巷道 矿井巷道示意图 9 上山 10 下山 11 风井 12 岩石平巷 13 煤层平巷 1 立井 2 斜井 3 平硐 4 暗立井 5 溜井 6 石门 二 按服务范围及其用途可分为 1 开拓巷道 为全矿井或一个开采水平服务的巷道 2 准备巷道 为采区 一个以上区段 分段服务的运输 通风巷道 3 回采巷道 形成采煤工作面及为其服务的巷道 五 矿井生产系统 矿井生产系统是指在煤矿生产过程中的提升 运输 通风 排水 人员安全进出 材料设备上下井 矸石出运 供电 供气 供水等巷道线路及其设施 是矿井安全生产的基本前提和保证 每一个矿井都必须按照有关规定和要求 建立安全 通畅 运行可靠 能力充足的生产系统 矿井生产系统包括井下生产系统和地面生产系统 五 矿井井巷的名称及分类 矿井生产系统 井下生产系统 地面生产系统 提升运输系统 包括主要提升和辅助提升 通风系统 作用是供氧 排毒 调温 排矸场 机修厂 排水 供水系统 供电系统 地面调度室 开拓方式 盘区 煤矿开采安全 按开采准备方式按开采准备方式可分为上山式 上下山式及混合式 1 上山式开采 开采水平只开采上山阶段 阶段内一般采用采区式准备 2 上下山式开采 开采水平分别开采上山阶段及下山阶段 阶段内采用采区式准备或带区式准备 近水平煤层 开采水平分别开采井田上山部分及下山部分 采用盘区式或带区式准备 3 上山及上下山混合式开采上述方式的结合应用 按开采水平大巷布置方式 1 分煤层大巷 即在每个煤层设大巷 2 集中大巷 在煤层群集中设置大巷 通过采区石门与各煤层联系 3 分组集中大巷 即对煤层群分组 分组中设集中大巷 煤矿开采安全 采煤方法 煤矿开采安全 放顶煤开采 煤矿开采安全 放顶煤开采 煤矿开采安全 分层开采 煤矿开采安全 采煤工艺1 爆破采煤工艺2 普通机械化采煤工艺3 综合机械化采煤工艺4 综采放顶煤采煤工艺 煤矿开采安全 上覆岩层三带 煤矿开采安全 二 生产运输系统 二 生产运输系统 双巷掘进工作面设备布置图 二 生产运输系统 单巷掘进工作面设备布置图 房采与旺采 旺格维利采煤法 巷柱式房采 单翼房采 旺采 煤矿开采安全 工作面顺槽回采流程 房采工艺 开拓系统 巷道分类1 开拓巷道 为矿井服务的巷道 如平硐 主井 2 准备巷道 为采区服务的巷道 如大巷 3 回采巷道 为工作面服务的巷道 如顺槽 一 开拓系统 开拓巷道 准备巷道 回采巷道 一通三防安全管理 加强通风来 防瓦斯 防煤尘 防火灾事故 一通三防 总述 主要内容 煤矿开采安全通风安全管理防瓦斯安全管理防尘安全管理防灭火安全管理 1 矿井通风的作用 供给井下足够的新鲜空气 满足人员呼吸的需要 调节井下气候条件 提高生产效率 稀释和排除井下有害气体 矿尘 通风安全管理 地面空气干空气新风污风或乏风地面空气从井筒进入井下就成了矿井空气 将发生一系列变化 主要有 氧气含量减少 有毒有害气体含量增加 粉尘浓度增大 空气的温度 湿度 压力等物理状态变化等 通风安全管理 采掘工作面进风流中 氧气浓度不低于 1 井下空气的主要成分 氧气 2 井下空气 煤矿安全规程 第100条 通风安全管理 氧气 O2 无色 无味 无臭的气体 对空气的相对密度为1 105 很活跃 易使多种元素氧化 能助燃 维持人体正常生理机能所不可缺少的气体 一般情况下 人在休息时的需氧量为0 2 0 4L min 在工作时为1 3L min 地面空气进入井下后 氧气浓度降低的主要原因有 人员呼吸 煤岩 坑木和其他有机物的缓慢氧化 爆破工作 井下火灾和瓦斯 煤尘爆炸 煤岩和生产中产生其他有害气体等 在井下盲巷 通风不良的巷道中或发生火灾 爆炸事故后 应特别注意对氧气浓度的检查 以防发生窒息事故 氧气 O2 表1 1人体缺氧症状与空气中氧气浓度的关系 氮气 N2 无色 无味 无臭的惰性气体 相对密度为0 97 微溶于水 不助燃 无毒 不能供人呼吸 正常情况下对人体无害 但浓度增加时 会相应降低氧气浓度 人会因缺氧而窒息 井下废弃旧巷或封闭的采空区中有可能积存氮气 1982年9月7日 我国某矿因矿井主要通风机停风 井下采空区的氮气大量涌出 致使采煤工作面支架安装人员缺氧窒息 造成多人伤亡事故 矿井中的氮气主要来源于 井下爆破 有机物的腐烂 天然生成的氮气从煤岩中涌出等 采掘工作面进风流中二氧化碳 CO2 浓度不超过0 5 二氧化碳 采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1 5 时 必须停止工作 撤出人员 查明原因 制定措施 进行处理 煤矿安全规程 第100条 煤矿安全规程 第139条 通风安全管理 二氧化碳 CO2 无色 略带酸臭味的气体 相对密度为1 52 不助燃也不能供人呼吸 略带毒性 易溶于水 对人体的呼吸有刺激作用 在为中毒或窒息的人员输氧时 常常要在氧气中加入5 的二氧化碳以促使患者加强呼吸 当空气中的二氧化碳浓度过高时 轻则使人呼吸加快 呼吸量增加 严重时也能造成人员中毒或窒息 二氧化碳比空气重 常常积聚在煤矿井下的巷道底板 水仓 溜煤眼 下山尽头 盲巷 采空区及通风不良处 矿井中二氧化碳的主要来源有 煤和有机物的氧化 人员呼吸 井下爆破 井下火灾 瓦斯 煤尘爆炸等 如我国某矿 曾在1975年6月发生过一起二氧化碳和岩石突出事故 突出二氧化碳11000m3 通风安全管理 空气中二氧化碳浓度对人体的影响 通风安全管理 二 矿井空气主要成分的质量 浓度 标准 煤矿安全规程 的规定主要如下 采掘工作面进风流中 按体积计算 氧气浓度不低于20 二氧化碳浓度不超过0 5 矿井总回风巷或一翼回风巷风流中 二氧化碳超过0 75 时 必须立即查明原因 进行处理 采区回风巷 采掘工作面回风巷风流中二氧化碳超过1 5 时 采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1 5 时 都必须停止工作 撤出人员 进行处理 通风安全管理 一氧化碳 CO 无色 无味 无臭的气体 相对密度0 97 微溶于水 能燃烧 当体积浓度达到13 75 时遇火有爆炸性 一氧化碳有剧毒 人体血液中的血红素与一氧化碳的亲和力比它与氧气的亲和力大250 300倍 矿井中一氧化碳的主要来源有 爆破工作 矿井火灾 瓦斯及煤尘爆炸等 通风安全管理 据统计 在煤矿发生的瓦斯爆炸 煤尘爆炸及火灾事故中 约70 75 的死亡人员都是因一氧化碳中毒所致 一氧化碳的中毒程度与浓度的关系 通风安全管理 硫化氢 H2S 无色 微甜 略带臭鸡蛋味的气体 相对密度为1 19 易溶于水 当浓度达4 3 46 时具有爆炸性 硫化氢有剧毒 它能使人体血液缺氧中毒 对眼睛及呼吸道的粘膜具有强烈的刺激作用 能引起鼻炎 气管炎和肺水肿 当空气中浓度达到0 0001 时可嗅到臭味 但当浓度较高时 0 005 0 01 因嗅觉神经中毒麻痹 臭味 减弱 或 消失 反而嗅不到 通风安全管理 矿井中硫化氢的主要来源有 坑木等有机物腐烂 含硫矿物的水化 从老空区和旧巷积水中放出 1971年 我国某矿一上山掘进工作面曾发生一起老空区透水事故 人员撤出后 矿调度室主任和一名技术员去现场了解透水情况 被涌出的硫化氢熏倒致死 硫化氢的中毒程度与浓度的关系 通风安全管理 二氧化硫 SO2 无色 有强烈硫磺气味及酸味的气体 当空气中二氧化硫浓度达到0 0005 时即可嗅到刺激气味 它易溶于水 相对密度为2 32 常常积聚在井下巷道的底部 二氧化硫有剧毒 空气中的二氧化硫遇水后生成硫酸 对眼睛有刺激作用 矿工们将其称之为 瞎眼气体 此外 也能对呼吸道的粘膜产生强烈的刺激作用 引起喉炎和肺水肿 通风安全管理 矿井中二氧化硫的主要来源有 含硫矿物的氧化与燃烧 在含硫矿物中爆破 从含硫煤体中涌出 二氧化硫的中毒程度与浓度的关系 通风安全管理 二氧化氮 NO2 红褐色气体 有强烈的刺激性气味 相对密度1 59 易溶于水 井下毒性最强的有害气体 它遇水后生成硝酸 对眼睛 呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用 严重时可引起肺水肿 二氧化氮的中毒有潜伏期 容易被人忽视 中毒初期仅是眼睛和喉咙有轻微的刺激症状 常不被注意 有的在严重中毒时尚无明显感觉 还可坚持工作 但经过6h甚至更长时间后才出现中毒征兆 主要特征是手指尖及皮肤出现黄色斑点 头发发黄 吐黄色痰液 发生肺水肿 引起呕吐甚至死亡 通风安全管理 矿井中二氧化氮的主要来源是爆破工作 我国某矿1972年在煤层中掘进巷道时 工作面非常干燥 工人们放炮后立即迎着炮烟进入 结果因吸入炮烟过多 造成二氧化氮中毒 2名工人于次日死亡 二氧化氮的中毒程度与浓度的关系 通风安全管理 氨气 NH3 无色 有浓烈臭味的气体 相对密度为0 6 易溶于水 当空气中的氨气浓度达到30 时遇火有爆炸性 氨气有剧毒 它对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用 可引起喉头水肿 严重时失去知觉 以致死亡 氨气主要是在矿井发生火灾或爆炸事故时产生 通风安全管理 氢气 H2 无色 无味 无毒 相对密度为0 07 是井下最轻的有害气体 空气中氢气浓度达到4 74 时具有爆炸危险 井下氢气的主要来源是蓄电池充电 此外 矿井发生火灾和爆炸事故中也会产生 除了上述有害气体之外 矿井空气中最主要的有害气体是甲烷 CH4 又称沼气 它是一种具有窒息性和爆炸性的气体 对煤矿安全生产的威胁最大 在煤矿生产中 通常把以甲烷为主的这些有毒有害气体总称为瓦斯 通风安全管理 二 矿井空气中有害气体的安全浓度标准矿井空气中有害气体最高允许浓度 此外 规程 还规定 井下充电硐室风流中以及局部积聚处的氢气浓度不得超过0 5 通风安全管理 3 矿井空气成分的检测方法 矿井空气主要成分的检测方法 b 快速测定法 a 取样分析法 通风安全管理 利用取样瓶或吸气球等容器提取井下空气式样 送往地面化验室进行分析 分析仪器多用气相色谱仪 特点 分析精度高 定性准确 分析速度快 一次进样可以同时完成多种气体的分析 但所需时间长 操作复杂 技术要求高 适用 一般用于井下火区成分检测或需精确测定空气成分的场合 通风安全管理 快速测定法 b 利用比长式检测管检测 a 利用检测仪检测 通风安全管理 利用便携式仪器在井下就地检测 快速测定 是目前普遍采用的测定方法 1 氧气浓度的快速测定方法 1 利用氧气检测仪检测 2 利用比长式氧气检测管检测2 二氧化碳浓度的快速检测方法主要使用光学瓦斯鉴定器 通风安全管理 AY 1B型氧气检测仪 通风安全管理 近年来 随着煤矿安全装备水平的不断提高 瓦斯监控系统的普遍应用 有害气体的检测手段也日趋完善 各大 中型矿井已经形成了人工定点 定时检测与自动监测相结合的检测体系 在人工检测方法中 除了取样分析法之外 目前使用最广泛的还是快速测定法 一 瓦斯 CH4 的快速检测方法煤矿中用于检测瓦斯的仪器有光学瓦斯检定器 瓦斯检测报警仪 瓦斯断电仪等 通风安全管理 二 CO NO2 H2S SO2 NH3 H2的快速检测方法普遍采用比长式检测管法 它是根据待测气体同检测管中的指示粉发生化学反应后指示粉的变色长度来确定待测气体浓度的 下面以比长式CO检测管为例说明检测原理及检测方法 图1 2比长式CO检测管结构示意图1 堵塞物 2 活性炭 3 硅胶 4 消除剂 5 玻璃粉 6 指示粉 通风安全管理 我国煤矿用比长式气体检测管主要性能表 与比长式检测管配套使用的还有圆筒形压入式手动采样器 图1 3圆筒形压入式手动采样器结构示意图1 气嘴 2 接头胶管 3 阀门把 4 变换阀 5 垫圈 6 活塞筒 7 拉杆 8 手柄 通风安全管理 使用时先将阀门把手转到水平位置 在待测地点拉动活塞拉杆往复抽送气2 3次 使待测气体充满活塞筒 再将把手扳至45 位置 将检测管两端用小砂轮片打开 按检测管上的箭头指向插入胶管接头 将把手扳至垂直位置 按检测管上规定的送气时间 一般100s 把气样以均匀的速度送入检测管 然后 拔出检测管读数 低浓度检测可以采用增加送气次数的方法进行测定 测得的浓度值除以送气次数 即为被测对象的实际浓度 高浓度检测在优先考虑测定人员的防毒措施后 可先将待测气体稀释后再进行测定 但测定结果要根据稀释的倍数进行换算 通风安全管理 四 防止有害气体危害的措施1 加强通风 2 加强对有害气体的检查 3 瓦斯抽放 4 放炮喷雾或使用水炮泥 5 加强对通风不良处和井下盲巷的管理 6 井下人员必须随身佩带自救器 7 对缺氧窒息或中毒人员及时进行急救 一般是先将伤员移到新鲜风流中 根据具体情况采取人工呼吸 NO2 H2S中毒除外 或其它急救措施 通风安全管理 近年来 已开发了多种便携式煤矿安全检测仪表 新产品除了便携式瓦斯检测报警仪 还有氧气检测仪 一氧化碳检测报警仪 多参数组合检测仪 CH4 CO O2 温度等 以及通过检测煤矿井下气体和其他安全参数的监控设备等 通风安全管理 矿井空气中常见的有害气体除了上述的二氧化碳 瓦斯和氮气外 主要还有 一氧化碳 CO 氮氧化合物 二氧化氮NO2 一氧化氮NO 二氧化硫 SO2 硫化氢 H2S 氢气 H2 氨气 NH3 通风安全管理 一氧化碳 CO 0 0024 硫化氢 H2S 0 00066 二氧化氮 NO2 0 00025 井下有害气体最高允许浓度 氨 NH3 0 004 二氧化硫 SO 0 0005 煤矿安全规程 规定 矿井有害气体的最高允许浓度 煤矿安全规程 第100条 学习回顾 氢 H2 0 5 煤矿安全规程 第131条 井下充电室必须有独立的通风系统 回风风流应引入回风巷 井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度 不得超过0 5 通风安全管理 3 井下气候条件 1 井下气候条件 是指井下空气的温度 湿度和风速三者综合给予人的舒适感觉 通风安全管理 2 井下空气温度 采掘工作面的气温不得超出26 机电硐室的气温不得超出30 煤矿安全规程 第102条 通风安全管理 综合机械化采煤工作面 在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后 其最大风速可高于表2的规定值 但不得超过5m s 回采工作面 掘进中的煤巷和半煤岩巷风速不得低于0 25m s 最高不超过4m s 掘进中的岩巷风速不得低于0 15m s 最高不超过4m s 3 井下风速 煤矿安全规程 第101条 通风安全管理 矿井气候条件及改善 矿井气候是指矿井空气的温度 湿度和风速等参数的综合作用状态 一 矿井气候对人体热平衡的影响人体散热的方式主要通过皮肤表面与外界的对流 辐射和汗液蒸发三种基本形式进行 二 矿井空气的温度 湿度和风速 一 矿井空气的温度最适宜的矿井空气温度为15 20 在进风路线上 矿井空气的温度主要受地面气温和围岩温度的影响 有冬暖夏凉之感 通风安全管理 二 矿井空气的湿度 1 绝对湿度 指单位体积湿空气中所含水蒸气的质量 g m3 用f表示 空气在某一温度下所能容纳的最大水蒸气量称为饱和水蒸气量 用F饱表示 温度越高 空气的饱和水蒸气量越大 通风安全管理 通常所说的湿度指的都是相对湿度 它反映的是空气中所含水蒸气量接近饱和的程度 一般认为相对湿度在50 60 对人体最为适宜 一般情况下 在矿井进风路线上 有冬干夏湿之感 在采掘工作面和回风系统 因空气温度较高且常年变化不大 空气湿度也基本稳定 一般都在90 以上 甚至接近100 通风安全管理 风速与温度之间的合适关系 通风安全管理 井巷中的允许风流速度 此外 规程 还规定 设有梯子间的井筒或修理中的井筒 风速不得超过8m s 梯子间四周经封闭后 井筒中的最高允许风速可按上表执行 无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于上表的规定值 但不得低于0 5m s 综合机械化采煤工作面 在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后 其最大风速可高于上表的规定值 但不得超过5m s 通风安全管理 二 矿井气候条件的安全标准我国现行的评价矿井气候条件的指标是干球温度 规程 规定 进风井口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 机电设备硐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 机电设备硐室的空气温度超过34 时 必须停止作业 通风安全管理 五 矿井气候条件的改善 一 空气预热空气预热就是使用蒸汽 水暖或其它设备 将一部分空气预热到70 80 再使其与冷空气混合 混合后的空气温度达到2 以上 按冷热空气混合方式的不同 预热方式有井筒混合式 井口房混合式 井筒 井口房混合式三种 通风安全管理 五 矿井气候条件的改善 二 降温措施1 通风降温 1 增加风量 2 选择合理的通风系统 3 改革采煤工作面通风方式2 改革采煤方法和顶板管理 1 后退式采煤法有利于降温 2 倾斜长壁式采煤法对改善工作面的气候有利 3 采用充填法管理顶板可降低工作面风流的温度 3 减少各种热源散热4 制冷降温 通风安全管理 井巷中风速与风量的测定 单位时间内通过井巷断面的空气体积叫做风量 它等于井巷的断面积与通过井巷的平均风速的乘积 因此 测量风量时必然测定风速 规程 规定 矿井必须建立测风制度 每10天进行一次全面测风 对采掘工作面和其它用风地点 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 矿井应根据测风结果采取措施 进行风量调节 井巷断面上的风速分布空气在井巷中流动时 一般来说 位于巷道轴心部分的风速最大 靠近巷道周壁部分的风速最小 通常所谓巷道内的风速都是指平均风速v均 实际工作中最大风速不一定正好位于井巷的中轴线上 风速分布也不一定具有对称性 图1 6巷道中的风速分布 通风安全管理 4 矿井通风系统 是造成压力的通风设备 引导风流的通风巷道 控制风流的通风设施的总称 1 通风系统 通风安全管理 矿井必须有完整的独立通风系统 改变全矿井通风系统时 必须编制通风设计及安全措施 由企业技术负责人审批 煤矿安全规程 规定 煤矿安全规程 第107条 通风安全管理 按其服务范围和所能起得作用可分为三类 矿井通风机 a 主要通风机 主扇 b 辅助通风机 辅扇 c 局部通风机 局扇 2 矿井通风机 通风安全管理 按其构造不同分为两大类 a 离心式通风机 b 轴流式通风机 矿井通风机 通风安全管理 离心式通风机结构示意图 通风安全管理 轴流式通风机结构示意图 通风安全管理 指矿井主要通风机对井下供风的工作方式 3 矿井通风方法 矿井通风方法 通风安全管理 矿井通风方法可分为 a 压入式通风 正压通风 b 抽出式通风 负压通风 c 抽压混合式通风 矿井通风方法 通风安全管理 一个矿井构成通风系统就至少需一个进风井和一个回风井 4 通风方式 通风方式 指矿井的进风井筒与回风井筒之间的相对位置 通风安全管理 通风方式分类 通风方式 进 回风井筒相对位置 中央式 井田倾斜方向上位置 中央并列式 中央边界式 对角式 区域式 两翼对角式 单翼对角式 分区对角式 混合式 回 风井走向位置 通风安全管理 中央并列式通风系统示意图 中央边界式通风系统示意图 通风安全管理 两翼对角式 通风安全管理 分区对角式通风系统示意图 通风安全管理 中央边界与双翼对角混合式通风示意图 通风安全管理 矿井内风流按生产需求在井巷中流动时 风流的风支 汇合线路的结构形式 叫通风网路 5 矿井通风网路 矿井通风网路 通风安全管理 通风网路分类 a 串联网路 通风 b 并联网路 通风 c 角联网路 通风 通风网路 通风安全管理 就是在矿井通风系统中 为引导 控制或为改善通风动效果等所建造的通风设施 6 通风构筑物 通风构筑物 通风安全管理 a 风墙 密闭 挡风墙 主要通风构筑物 作用 严密阻断风流 通风安全管理 作用 阻断风流通过 但可行车 走人 b 风门 设置 在同一巷道 设置风门至少设置两道 通风安全管理 c 风窗 调节风窗 作用 利用改变风窗口面积大小来调节风量 通风安全管理 作用 在平面相交叉的两巷道交叉点构筑立体风路 使两巷道风流不相混合 d 风桥 通风安全管理 按服务年限 巷道中通过风量大小以及风桥的结构特点不同可分 绕道式风桥 混凝土料石风桥 铁筒式风桥 风桥 通风安全管理 5 采区通风 采区通风是矿井通风的主要对象 搞好采区通风是保证矿井安全生产的基础 1 采区通风的基本要求 2 回采工作面上行风与下行风 3 回采工作面同向通风与逆向通风 4 进风巷与回风巷的布置形式 5 采煤工作面风流 通风安全管理 1 采区通风的基本要求 采区必须实行分区通风 采掘进工作面都必须实行独立通风 采掘工作面采用串联通风的次数不得超过一次 煤矿安全规程 第113条 煤矿安全规程 第114条 煤矿安全规程 第114条 通风安全管理 上行风与下行风是针对风流方向与煤层倾斜的关系而言 2 回采工作面上行风与下行风 下行通风 上行通风 工作面通风 煤矿安全规程 第115条 有煤 岩 与瓦斯 二氧化碳 突出危险的采煤工作面不得采用下行通风 通风安全管理 工作面通风 通风安全管理 同向通风 同向通风与逆向通风是针对风流方向与煤炭运输方向之间的关系而言的 逆向通风 工作面通风 3 回采工作面同向通风与逆向通风 通风安全管理 长壁式回采工作面进风巷与回风巷的布置有U Z Y 双Z及W等形式 4 回采工作面进风巷与回风巷的布置形式 我国多采用U形通风 后退式 通风安全管理 进风巷与回风巷的布置形式图 a U形 b Z形 通风安全管理 6 掘进通风 对开掘巷道这种只有一个出口的独头工作面的通风 1 掘进通风 掘进通风 又称局部通风 通风安全管理 2 巷道掘进通风方法 扩散通风 全风压通风 局扇通风 巷道掘进通风方法 通风安全管理 扩散通风 a 扩散通风 利用空气分子的自然扩散运动 对局部地点进行通风的方式 通风安全管理 由于扩散作用的有效范围有限 只适用于掘进小型硐室 b 适用 井下机电设备硐室应设在进风风流中 如果硐室深度不超过6m 入口宽度不小于1 5m而无瓦斯涌出 可采用扩散通风 煤矿安全规程 第132条 通风安全管理 是利用主要通风机产生的风压 借助导风设施 把风流引入掘进工作面的通风 全风压通风 a 全风压通风 通风系统中主要通风机出口侧和进口侧的总风压差 全风压 通风安全管理 b 全风压通风的具体方法有以下几种 a 利用纵向风墙导风 b 利用风筒导风 c 双巷通风 d 利用钻孔通风 e 引射器通风 通风安全管理 压入式通风的局部通风机和启动装置 必须安装在离掘进巷道道口10m以外的进风侧 1 压入式通风 通风安全管理 局部通风机的回风流部分或全部再回入同一局部通风机的进风流中的现象 循环风 局部通风机不准使用循环风 通风安全管理 把工作面污浊空气经风筒抽出 新鲜空气经由巷道流入 抽出式通风的局部通风机和启动装置安装在离掘进巷道道口10m以外的回风侧 2 抽出式通风 抽出式通风 抽出式通风仅限于无瓦斯的岩巷掘进中使用 通风安全管理 b 抽出式通风 通风安全管理 是压入式和抽出式通风的综合通风方式 3 混合式通风 抽 压混合式 利用压入式通风有效射程长的特点 将炮烟排离工作面 然后经抽出式局部通风机吸走 混合式通风 通风安全管理 压入式通风筒的出风口或抽出式通风筒的吸风口与工作面的距离 应分别在风流的有效射程范围内 排烟快 效果好 混合式通风的特点 但抽出式通风筒吸风口与掘进工作面的距离不得大于5m 混合式通风的要求 通风安全管理 c 混合式通风 通风安全管理 按井下同时工作的最多人数计