8第八章 矿井安全生产(8).ppt

1、第八章矿井安全生产，矿井安全生产又称矿井灾害防治技术。它是人们在长期生产中不断总结经验教训、探索规律、研究对策、建立理论体系而逐渐形成的科学。主要研究矿井瓦斯、煤尘、水、火、顶板等自然灾害的发生规律和预防措施。防止各种灾害和事故的发生，创造良好的井下工作环境。第一节，矿井瓦斯及其防治，1。煤层瓦斯的赋存状态和含量。矿井瓦斯及其性质在矿井生产过程中，从煤层或岩层中排放的各种有毒有害气体统称为矿井瓦斯，其主要成分是甲烷(CH4)。除甲烷外，还有乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和少量硫化氢(H2S)、氢气(H2)和稀有气体。由于矿井瓦斯的主要成分是甲烷，从狭义上讲，矿井瓦斯是指甲烷。甲烷也叫甲烷，无色、无嗅、无嗅，在一定条件下可以燃烧和爆炸。它与空气的相对密度是0.554。因此，甲烷容易在巷道顶部、冒顶孔、自下而上施工的掘进工作面等空间较大的地方积聚。甲烷的渗透性是空气的1.6倍。它不溶于水，不支持燃烧。当达到一定浓度时，会因缺氧而窒息，并引起燃烧和爆炸。第一节矿井瓦斯及其防治；2.瓦斯生成矿井瓦斯是煤生成和变质过程中的伴生气体。煤形成过程中产生的气体是在古代植物积累成煤的早期通过厌氧细菌分解纤维素和有机物而形成的。此外，在高温高压环境中煤的形成期间，由于物理和化学作用，气体继续产生。3.煤或围岩中气体的存在状态可分为两种：自由状态和吸附状态。自由状态也被称为自由状态。这种状态的气体以游离气体的形式存在于煤或围岩的孔隙和裂隙中。自由气体的量与存储空间的体积和气体压力成正比，与气体温度成反比。吸附状态可分为吸附状态和吸收状态。吸附状态是气体分子在孔表面固体分子的吸引下紧密吸附在孔表面，形成非常薄的吸附层；吸收状态是气体分子在较高气体压力的作用下渗透到煤的分子质量中的状态，就像气体溶解在液体中一样。4、第一节矿井瓦斯及其防治，瓦斯在煤和岩体中的存在状态不是固定的，瓦斯的自由状态和吸附状态处于不断变化的动态平衡状态，在一定条件下会相互转化。当压力降低或温度升高时，部分自由气体变成吸附状态，这成为吸附现象。同时，一些被吸附的气体会变成自由态，这就成为解吸现象。4.气体含量气体含量是指在自然条件下，单位体积或单位重量的煤或围岩中所含的气体量，通常以m3/m3或m3/t表示。它是游离气体和吸附气体的总和。2.气体排放1。以气体排放形式的气体排放是指气体从受开采影响的煤层和岩层以及从开采的煤和煤矸石中排放到地下空间的现象。根据气体排放的不同特点，可分为一般排放和特殊排放。(1)普通气体从煤层或岩层表面的微细裂缝中缓慢、均匀、持续地喷出。这种排放范围广，耗时长，所占比例最大。它是矿井瓦斯涌出的主要形式。(2)特殊排放特殊排放形式包括瓦斯排放和煤(岩)与瓦斯突出。瓦斯涌出是指在开采过程中，大量的瓦斯从煤或岩体的裂隙、孔洞或炮孔中涌出的现象。气体排放通常持续很短时间。煤(岩)与瓦斯突出是指在开采过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩石和瓦斯从煤体或岩体中突然抛入开采空间的异常动力现象煤(岩)与瓦斯突出的持续时间极短，通常为几秒或几十秒。第一节矿井瓦斯与防治6，2。矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出量是指在开采过程中，单位时间内煤层本身、围岩和相邻煤层的瓦斯涌出总量。仅指普通气体排放，不包括特殊气体的排放量。气体排放可分为绝对排放和相对排放。矿井绝对瓦斯涌出量是指单位时间内的瓦斯涌出量，单位为m3/d或m3/min。矿井相对瓦斯涌出量是指正常生产条件下平均每天1t煤的瓦斯涌出量，单位为m3/t. 3。影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的主要因素见表8-1，表8-1影响瓦斯涌出的主要因素，第1节矿井瓦斯与防治，第7、4节矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级分为(1)低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10 m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量40 m3/min；(2)高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min；(3)煤(岩)与瓦斯突出矿井：煤矿安全规程规定，矿井在开采过程中一旦发生煤(岩)与瓦斯突出，则该矿井为突出矿井，突出煤层为突出煤层。三、瓦斯爆炸及其防治1、瓦斯爆炸条件及其危害瓦斯爆炸必须同时具备三个条件，即适当的瓦斯浓度、高温火源和足够的氧气，这三者缺一不可。8、第一节矿井瓦斯及防治，(1)瓦斯爆炸的瓦斯浓度限值为5 16%。当气体浓度低于5%时，遇火不会爆炸，但会在火焰周围形成燃烧层。当气体浓度为9.5%时，爆炸威力最大。当气体浓度高于16%时，它将失去爆炸性，但是当暴露在空气中的火中时，它将燃烧。(2)高温火点燃气体的最低温度一般为650 750。火花、明火、炽热金属表面、地下火灾、非法射击引起的火焰、强烈撞击引起的火花等。可能达到或超过这个温度，这可能会导致气体爆炸。(3)足够的氧气，即含气体的混合气体中的氧气浓度必须大于12%，否则，混合气体将失去其爆炸性。在常压和常温下，气体爆炸浓度和氧气浓度的关系见科沃德爆炸三角形(图8-1)。图8-1科沃德爆炸三角，第一节矿井瓦斯与防治，9。一旦发生矿井瓦斯爆炸，危害非常严重，主要表现在以下两个方面：一是产生高温、高压和冲击波。当发生瓦斯爆炸时，井下瓦斯爆炸现场及其周围的瞬时温度可达1850 2650，爆炸后的气压约为爆炸前的9倍，达到0.74兆帕以上，促使爆炸源附近的气体以很高的速度(每秒数百米以上)向外冲击，造成人员伤亡，严重损坏巷道和机电设备。当爆炸产生的高温高压气流高速向外冲击时，如果沿途有积聚的气体或煤尘，可能导致二次爆炸。有时在瓦斯爆炸后，因为火源仍然存在(如爆炸引起的火灾等)。)，当气体再次积聚，浓度达到爆炸极限时，会再次引起爆炸。这种周期性的现象被称为连续爆炸。第二，气体爆炸后会产生大量有毒有害气体。瓦斯爆炸后的气体成分为：O2 6-10%，N2 82-88%，CO2 4-8%，CO2 2-4%。从以上数据可以看出，爆炸后空气中的氧含量大大降低，产生大量一氧化碳，会造成人员窒息和中毒。瓦斯爆炸造成的人员伤亡绝大多数是由一氧化碳中毒和缺氧窒息造成的。第一节矿井瓦斯与防治10，2。预防瓦斯爆炸的措施根据长期的生产实践，预防瓦斯爆炸的技术措施主要包括三个方面：一是防止瓦斯积聚；第二是防止气体点燃；第三是限制瓦斯爆炸范围的扩大。(1)为防止瓦斯积聚，所谓瓦斯积聚是指采煤工作面及其他地下场所局部瓦斯浓度达到2%且体积超过0.5m3的现象。防止瓦斯积聚的方法是将工作面和其他地下位置的瓦斯浓度稀释或控制在规定浓度煤矿安全规程以下。具体措施是：加强矿井通风，保证各井下作业场所有足够的风量和适当的风速，稀释和排放气体、粉尘等有毒有害气体，使气体浓度降低到爆炸极限以下。(2)加强瓦斯检查认真执行煤矿安全规程规定的瓦斯检查制度，经常检查周围地下点的瓦斯浓度，建立瓦斯自动监测和报警系统等。第一节，矿井瓦斯及其防治，11，3。及时处理局部积聚的瓦斯易积聚在采煤工作面的上隅角、采煤机附近、巷道顶板的冒落孔等。及时处理这些区域的局部积聚气体是预防瓦斯爆炸事故和确保安全生产的关键任务之一。瓦斯抽放。在瓦斯涌出量大或瓦斯含量高的矿井中，单纯用通风方法将井下瓦斯浓度控制在安全浓度以下，在经济上和技术上是不合理的，甚至是不可能的，因此必须进行瓦斯抽放。瓦斯抽放是指利用专用设施(钻孔或专用巷道、管道、气泵等)从煤、岩层和采空区中抽取瓦斯的技术措施。)。根据抽采瓦斯的不同来源，抽采方式分为局部煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采等。此外，高浓度、大量的瓦斯被抽出作为燃料或化工原料，变害为利，不仅改善了矿井的安全状况，还提供了清洁能源和其他物质财富。(2)防止气体着火的原则是消除所有非生产性高温热源，同时应加强对生产中可能产生的高温热源的管理和控制，以防止或限制其点燃气体的能力。点燃气体的点火源有四种：明火、爆破、电火和摩擦火花。对于这4种火源，应采取以下预防措施：一是严禁携带烟草和火种入井，严禁拆除井下矿灯，井口房、通风房和瓦斯抽放站周围20m内严禁明火，必须严格管理井下火区；第二，在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用矿井安全炸药和矿井安全电雷管。第三，地下使用的机电设备和供电网络必须符合煤矿安全规程的规定，以防止机械摩擦火花和摩擦热点燃气体。第一节，矿井瓦斯及其防治，13、(3)限制瓦斯爆炸范围的扩大。如果井下局部区域发生瓦斯爆炸，应尽可能缩小瓦斯爆炸范围，避免造成全矿井瓦斯爆炸。为此，应采取以下措施：一是实施分区通风。每一层、每一个采区和每一个工作面都应有独立的进风和回风系统；第二，通风系统应尽可能简单，未使用的道路应及时关闭。第三，装有通风机的井口必须装有防爆门，以防发生爆炸时通风机被破坏，给救灾和恢复生产带来困难。矿井主要通风机必须配备防风设备，并能在10分钟内改变巷道内的气流方向；第四，在连接矿井两翼、相邻采区和相邻煤层的巷道中，设置石粉棚或水槽棚，防止瓦斯爆炸火焰传播和煤尘参与爆炸。第五是制定一个周密的防灾和救灾计划。第一节矿井瓦斯及其防治14、4、瓦斯突出及煤与瓦斯突出及其防治1、瓦斯突出及煤与瓦斯突出原因大量高压游离气体积聚在自然或采矿作业形成的孔洞和裂隙中。当采矿工作接近或与这些区域相通时，高压气体会突然喷出2.瓦斯突出和煤与瓦斯突出的防治措施(1)瓦斯突出的防治措施瓦斯突出防治措施应根据瓦斯涌出量和瓦斯压力水平确定。一般采取勘探(查明地质构造和瓦斯情况)、抽放(排出或排出瓦斯)、抽放(将瓦斯引向回风)、封堵(堵塞裂缝)、通风(单独通风，增加供风量)等措施。第一节矿井瓦斯与防治，15，(2)煤与瓦斯突出的预防措施当开采保护层开采有煤与瓦斯突出危险的煤层时，先开采无突出危险或危险性较小的煤层，以减轻有突出危险的煤层的压力，释放大量的瓦斯，从而减弱或丧失煤与瓦斯突出的危险。这种预先开采的煤层称为保护层，已经解除煤与瓦斯突出危险的煤层称为保护层。(2)防突局部措施局部措施是指在有突出危险的煤层中开采时，影响范围较小的预防措施。主要有振动爆破、诱发突出和卸压；液压冲孔释放潜力；提前钻孔排放气体。图8-1开采保护层1-保护层2-保护层3-巷道，第1节矿井瓦斯与防治，第16节第2节矿井粉尘及其防治，第1节矿井粉尘及其危险性矿井粉尘是矿井生产过程中产生的固体物质细颗粒的总称。其中，那些在空中飞行的被称为浮尘，那些从空中落下的被称为落尘。矿井粉尘的两种存在状态是相对的。随着外部气候条件的变化，浮尘和降尘可以相互转化。煤矿粉尘主要是煤尘和岩石粉尘。采煤和采掘工作面的产量最高，其次是运输过程中的转运点，因为煤和岩石进一步破碎，还会产生一定量的矿尘。矿井粉尘的危害主要表现在以下两个方面：1 .对人体的伤害。如果人的肺长时间吸入大量的矿尘，轻度的矿尘可能会引起上呼吸道炎症，在严重的情况下，还会引起尘肺。尘肺病是一种对矿工危害极大的职业病。此外，皮肤被矿物粉尘污染，这会堵塞毛孔，导致皮肤病或炎症。2、煤尘爆炸井下在一定条件下会发生煤尘爆炸，造成人员伤亡和严重损坏矿井设备，造成严重的矿井灾害。煤尘爆炸条件煤尘爆炸是指悬浮在空气中的煤尘在一定条件下暴露于高温热源时发生的剧烈氧化反应，伴随着高温和压力的上升。煤尘爆炸的必要条件是必须同时满足以下四个条件：第一，煤尘本身具有爆炸性，这是煤尘爆炸的内因；其次，有足够的氧气。煤尘爆炸是煤尘的一种严重氧化现象。实验表明，当空气中的氧气浓度低于17%时，煤粉不会爆炸。第三，悬浮在地下空气中的煤尘达到一定浓度。据测定，褐煤煤尘爆炸下限浓度为45 55g/m3，烟煤为110 335g/m3。上限浓度一般为1500 2000g/m3；第四，高温热源会引起煤尘爆炸，煤尘爆炸的温度一般在700 800以上，但明火、电火花、机械摩擦火花、非法射击产生的火焰、气体燃烧或爆炸都会达到这个温度而引起煤尘爆炸。第二节矿井粉尘及其防治18、3。煤尘爆炸的防治措施根据煤尘爆炸的必要条件及其连续爆炸的特点，煤尘爆炸的防治措施应包括以下三个方面：一是降尘措施；二是防止煤尘着火的措施；第三，限制煤尘爆炸范围扩大的措施。1、降尘措施减少或减少煤矿生产过程中产生的煤尘和浮尘量是防治煤炭最积极有效的根本措施第二部分是关于矿井粉尘及其防治。(3)水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥是由预湿煤体经钻孔注水演化而来。注水与爆破相结合不仅可以消除烟尘，还可以提高炸药的爆破效果。(4)喷水是一种简单、易行、有效的降尘措施。在机组采煤、联合掘进机组掘进、装煤、翻车、转载等生产环节采取正确的洒水措施。将大大减少煤尘的飞扬。爆破时，喷水不仅能脱落粉尘，还能消除炮烟，缩短通风机排烟时间。(5)必须严格控制地下风速，以控制风速。风量增加或通风系统改变后，风速应符合煤矿安全规程的规定，防止粉尘飞扬。(6)清理沉积在巷道四壁的煤尘。一旦受到撞击，它可以再次被提起。降尘不仅影响生产环境，而且是井下煤尘爆炸的隐患，必须及时清除。第二节矿井粉尘及其防治，2