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矿井安全教案 第一章矿井瓦斯与矿尘 第一节矿井瓦斯的存在状态 矿井瓦斯的主要成分是甲烷（ CH）,约占80吐90%此外还含有其它煌类（乙烷、丙 烷）等。它十是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一，同时瓦斯（煤层气）也是重要 的清洁能源和化工原料。 一、瓦斯的生成 二、瓦斯的性质 瓦斯是无色、无味、无臭的气体，瓦斯对空气的相对密度是 0.544 ,在标准状态下瓦斯 的密度为0.716kg/m 3。所以，它常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的 1.6倍，难溶于水.不助燃也不能维持呼吸，瓦斯在空气中达到一定浓度时，遇火能燃烧或 爆炸。在煤矿的采掘过程中，当条件合适时，会发生瓦斯突出（喷出） ，产生严重的破坏作 用，甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。瓦斯的燃烧、爆炸或突出是矿井的主要灾害。 三、瓦斯的存在状态 瓦斯在煤体中存在的状态可分为两类：即游离状态和吸着状态。 第二节 矿井瓦斯涌出量 一、煤层瓦斯的含量 二、瓦斯的涌出形式 （1）普通涌出：瓦斯从煤层或岩层表面非常细微的缝隙中缓慢、均匀而持久地涌出。 这种涌出的方式涌出的面积大、时间长，是瓦斯涌出的主要形式。 （2）特殊涌出：特殊涌出又可以分为瓦斯喷出和煤 （岩）与瓦斯突出两种。 三、瓦斯涌出量的计算 1）是指矿井在一定时间或单位时间内所涌出的瓦斯数量， 通常用m3/d或m3/min来 表不。 2） 营井相时瓦斯涌出通.是指研井正靠生产的情况下.平均日产一吨煤的瓦斯涌出量, 常用m*外来表示.可用下式来计算： 15 15 -= 15- 1 ' 15-3 -■'< 「 1 ：' IT ・ I 15-4 4 I 40m式中―.矿，!瓦泊卜I川浙，出量」 T——矿井月产煤量，门 用——矿井月工作天数.dfl 第三节 瓦斯爆炸及其预防 一、瓦斯爆炸的条件及其影响因素 瓦斯爆炸的三个充分必要条件： 瓦斯浓度、引火温度和氧的浓度 。 1. 瓦斯浓度 瓦斯只在一定浓度范围内爆炸， 该浓度范围称为瓦斯爆炸界限， 其最低浓度界限叫爆炸 下限，最高浓度界限叫爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为 5%H6%上PM为14%- 16% 当瓦斯浓度低于爆炸下限时， 遇高温火源并不爆炸， 但能在火焰外围形成稳定的燃烧层。 当瓦斯浓度高于爆炸上限时， 失去其爆炸性， 但在空气中遇火仍会燃烧。 在正常空气中瓦斯 浓度为9.5%时，其爆炸威力最大。当瓦斯浓度为 1% 8%寸最容易爆炸。 但必须注意的是， 瓦斯的爆炸界限并不是固定不变的， 当瓦斯混合气体的温度、 压力发 生变化，或混入煤尘及其它可燃性气体，都会影响瓦斯爆炸界限的变化。 2、引火温度 瓦斯的引火温度受瓦斯浓度、 火源性质及混合气体的压力等因素而变化， 一般认为， 瓦 斯的引火温度为 650〜750C。当混合气体在压力增高时，引燃温度即降低。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。 煤矿井下的明火、煤炭自燃、电弧、 点火花、炽热的金属表面以及撞击和摩擦火花都能 点燃瓦斯。 瓦斯和高温火源接触后， 并不立即引燃， 而要迟延一个很短的时间， 这种特征叫瓦斯引 燃迟延性。 瓦斯引燃迟延时间的长短与瓦斯浓度和引火温度有关。 瓦斯浓度越高， 迟延时间 越长。 引火温度越高， 迟延时间就越短。 这种引燃迟延现象， 对矿内安全爆破有很重要意义。 因为井下放炮时，虽然安全炸药爆炸的火焰温度高达 2000 ℃以上，但其火焰存在时间仅有 千分之几秒，来不及引燃瓦斯，所以瓦斯矿井使用煤矿安全炸药，按《规程》要求爆破不会 引起瓦斯爆炸或燃烧。 但如果炸药质量不合格或炮泥充填不当时， 会使爆炸火焰停留时间延 长，超过瓦斯引燃感应期而造成事故。 3、氧的浓度 在煤矿井下巷道及采场等一般氧浓度均满足瓦斯爆炸条件（氧浓度〉 12%）。 二、预防瓦斯爆炸的措施 1、防止瓦斯积聚的措施 1）加强通风 2）及时处理局部聚集的瓦斯 3）加强瓦斯监测检测 2、防止瓦斯引燃措施 1）在井口和井口房内，禁止使用明火。 2）在瓦斯矿井，要使用防爆型或安全火花型电器设备，对其防爆性能要经常检查，不 符合要求的要及时更换。 3）严格执行放炮制度。 4）严格管理火区，防止密闭墙漏风，并定期测定火区温度。 第四节 瓦斯喷出与突出及其预防 除了煤与瓦斯突出外， 当煤层中含有大量二氧化碳气体时， 由于煤对二氧化碳的吸附能 力极强，故也会发生煤和二氧化碳突出。 一、瓦斯喷出及其预防 1、瓦斯喷出的特点 如果煤层或岩层中存在着大量高压游离瓦斯， 当采掘工作面接近或沟通这一区域时， 瓦 斯就会同喷泉一样从裂缝或裂隙中大量喷出， 突然涌向采掘空间， 在短时间内造成风流中瓦 斯突然增大， 具有突然性和集中性， 可导致突出地点的人员的窒息， 高瓦斯在风流中遇高温 火源可能发生爆炸等重大事故。 瓦斯喷出的特点有： 1） 瓦斯喷出与地质构造有密切关系。 喷出一般都会发生在地质构造破坏带内， 如断层、 断裂和褶曲轴附近。 如果煤层围岩中有溶洞、 裂隙发育的石灰岩岩层存在， 当其中储有大量 瓦斯时，也能发生大规模的瓦斯喷出。 2）瓦斯喷出量有大有小，从几立方米到几十万立方米，喷出的持续时间从几分钟到几 年，甚至十几年。它与蓄积的瓦斯量和瓦斯来源的范围有密切关系。 3）瓦斯喷出前往往出现预兆，如瓦斯浓度变大，或忽大忽小，以及喷出量增加时的嘶 嘶声等。 2、喷出的预防与处理 预防与处理瓦斯喷出的措施， 应根据瓦斯喷出量的大小和瓦斯压力的高低来拟定。 有些 矿井总结为探、排、引、堵四类方法。 1）探明地质构造。在掘进工作面的前方和两侧打钻，探明含有大量瓦斯的断层、断裂 和溶洞，以及它们的位置、范围和瓦斯情况。 2）排放（或抽放）瓦斯。如探明的高压瓦斯带范围不大，含量不多时，可让其自然排 放。若范围较大，瓦斯时较多时可将钻孔封堵，接入瓦斯管路进行抽放。 3）将瓦斯引至回风流。当喷出瓦斯的裂隙范围小和瓦斯量不大时，可用金属罩或帆布 将喷瓦斯的裂隙盖住， 然后在罩上接风筒或管子将瓦斯引至回风流， 以保证工作面放炮、 掘 进安全。 4）封堵裂隙。喷瓦斯的裂隙较小，瓦斯量较少时，可用黄泥或其它材料封堵裂隙，阻 止瓦斯喷出。 此外， 对有瓦斯喷出危险的工作面要有独立的通风系统， 并要适当加大风量， 以保证瓦 斯不超限和影响其它区域。 二、煤与瓦斯突出及其预防 （一）煤与瓦斯突出的特点 煤与瓦斯突出是指地下开采过程中，在很短的时间内（几秒钟或几分钟） ，突然由煤体 内部大量喷出煤 （岩） 与瓦斯 （ CH4、 CO2） ， 并伴随着强烈的震动和声响的一种矿井动力现象。 喷出的煤 （岩） 从几吨到几百吨以至上万吨， 喷出的瓦斯从几百立方米到几万立方米甚至几 十万立方米。短时间内大量的煤和瓦斯突然喷出，可以造成极其严重的后果。 突出可以发生在矿井的各类巷道和采煤工作面的各种作业时间， 但以上山、 石门揭煤和 平巷掘进时最容易发生。 煤与瓦斯突出机理十分复杂， 一般认为煤与瓦斯突出主要是矿山压力和煤层瓦斯压力及 煤岩力学性质等综合作用的结果。 煤与瓦斯突出一般具有规律性， 主要有： （ 1）煤与瓦斯突出多发生在地质构造附近， 如 断层、 褶曲、 扭转等； （ 2） 高应力集中区， 如巷道的上隅角、 受煤柱集中应力影响的位置等； （ 3 ）突出次数、强度随煤厚（特别是软分层厚度） 、倾角等增大二危险性增大； （ 4）突出与 采掘的工序有关， 且多发生在放炮和落煤时或其后； （ 5） 突出与煤层的瓦斯含量和瓦斯压力 之间没有固定关系。 煤与瓦斯突出前，一般都有一定的预兆，可以分为两类： 1、无声预兆 这类预兆包括： 1）煤层结构变化。层理紊乱，煤层由硬变软，煤层厚度变化，倾角由小变大，煤由湿 变干、光泽暗淡，煤层顶、底板出现断层、断裂、波状起伏，煤岩严重破坏； 2）工作面压力增大，煤壁外鼓等； 3）瓦斯增大，或忽大忽小。 2、有声预兆 响煤炮、深部岩层或煤层的破裂声、掉碴、支柱折断等都属有声预兆。因此，熟悉和掌 握本煤层的突出预兆，可以及时撤出人员，并采取措施，减少煤与瓦斯突出所造成的损失。 （二）预防煤与瓦斯突出的措施 预防煤与瓦斯突出的措施，可以分为区域性措施和局部性措施两大类。 1、区域性措施 区域性措施是指使大范围煤层消除突出危险性的措施， 主要有开采解放层和预抽煤层瓦 斯（见本章第五节）两种。 2、局部性防突措施 局部性防突措施是指在有煤与瓦斯突出危险的煤层中采掘进时， 采用影响范围比较小的 局部预防性方法，在较小范围内消除或降低突出威胁。 1）钻孔排放瓦斯， 2 ）放震动炮， 3 ）水力冲孔， 第五节 瓦斯抽放 瓦斯抽放是将矿井瓦斯通过钻孔（或专门抽放瓦斯的巷道） 、管道、瓦斯泵直接抽至地 面。抽放办法有：本煤层抽放、邻近导抽放、采空区抽放及地面定向钻孔抽放等。 一、本煤层抽放瓦斯 二、掘进巷道瓦斯抽放 三、邻近煤层抽放瓦斯 四、采空区抽放瓦斯 五、地面定向钻孔抽放瓦斯 抽出的瓦斯可以按浓度不同， 合理的加以利用： 浓度为35%〜40%时，可作为工业或民 用燃料；浓度 50% 以上的瓦斯可作为化工原料。 第六节 矿尘 一、矿尘及其危害性 煤矿矿尘，就其危害和数量而言，主要是煤尘和岩尘。其生成量，以采掘工作面最高， 其次为运输过程中的各转载点。 矿尘危害的主要表现为： （ 1）污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。 （ 2）燃烧或爆炸 （ 3）加速机械设备的磨损，缩短仪器设备的使用寿命。 二、煤尘的爆炸及其预防 煤尘引燃的温度变化范围较大，一般为 700〜800 c以上，有时也可达 1100C。煤矿中 能点燃煤尘的高温热源有爆破时出现的火焰、 电气设备的电火花、 电缆和架线上的电弧、 采 掘机械工作时出现的冲击火花、安全灯火焰、井下火灾以及瓦斯爆炸等。 煤尘爆炸性可以分为有爆炸危险性及无爆炸危险性两种，需经过煤尘爆炸试验来确定。 一般来讲， 无烟煤的煤尘没有爆炸危险性。 但煤尘无论有无爆炸危险， 对人体健康都是有害 的，因此，在矿井生产过程中应当采取必要的防尘措施。 防止煤尘爆炸的措施分为降尘措施、防止引燃措施、隔爆措施三类。 （三）隔爆措施 三、煤矿尘肺病的预防 （ 1）湿式凿岩 湿式凿岩是在风钻凿眼时用水冲洗炮眼内破碎的岩粉，使其成胶质状从炮眼中流出。 （ 2）喷雾洒水 （ 3）净化风流 （ 4）个人防护 思考题 1瓦斯在煤体中存在的状态可分为哪两类？ 2. 矿井瓦斯等级如何划分？ 3瓦斯爆炸的条件及其影响因素是什么？ 4. 矿尘的主要危害有哪些 ? 第二章 矿井火灾的防治 第一节矿井火灾 发生在矿井内的火灾统称为矿井火灾。发生在井口附近的地面火灾能直接影响井下生 产、威胁矿工安全的火灾亦称为矿井火灾。 1)发生火灾的条件 2)矿井火灾的分类 按引火原因可分为内因(自燃)火灾和外因火灾两类。 3)矿井火灾的危害 (1)矿井火灾发生后，随着火灾的发展而产生高温和大量火烟，火烟内含有大量毒和窒息 性气体，严重威胁工人生命安全。 (2)能够引起瓦斯、煤尘爆炸。 (3)使并下风流逆转。 (4)产生再生火源。 (5)损坏机械设备，破坏矿井的正常生产秩序。 第二节煤炭自燃及其预防 、煤炭自燃的原因 1)潜伏期。有自燃倾向性的煤炭与空气接触后，吸附氧而形成不稳定的氧化物或 图 16-1 称含氧的游离基，初期看不出其温度上 升和周围环境温度上升的现象。此过程 煤的氧化比较平缓，煤的总量略有增加, 着火温度降低，化学活泼性增强。 2)自热期。在准备期之后，煤氧化的 速度在增加.不稳定的氧化物开始分解 成水(H20)、二氧化碳(CQ)和一氧化碳 (CO)。这时若产生的热量未散发或传导 出来，则积聚起来的热量便会使煤体逐 渐升温，达到某一临界值时，便开始进 入燃烧期。 3)燃烧期。煤进入燃烧阶段就出现了一般的着火现象：明火、烟雾、一氧化碳、二氧化 碳以及各种可燃气体，火源中心处的煤温可高达 1000〜2000C。 总之，煤炭的自燃的加速度很大，生成的热量来不及放散，一自动加速氧化过程的特 性，不仅在说明煤炭自燃的理论方面有其意义，而且可以作为鉴别煤炭自燃难易的依据。 二、煤炭自燃的早期识别 1）按自燃的外部征兆判断 早期自燃的外部征兆有： 空气的湿度、温度增加， 在火区附近出现烟雾，巷道壁和支架 上有水珠，或有煤油、煤焦油、松节油等的气味。 2）矿内空气成分的变化 煤的氧化过程可使附近地区空气成分发生变化， 即氧的浓度降低， 一氧化碳和二氧化碳 浓度增加，并出现一些碳氢化合物。 三、自燃火灾的预防 消除或改变煤炭自燃过程中必须同时具备的四个因素之一（或一个以上） ，即可预防煤 炭自燃。 1）合理的开拓开采系统、采煤方法及通风系统 2）预防性灌浆 3）阻化剂防火 4 ）均压防灭火 5）惰性气体防灭火 第三节 外因火灾的预防 外因火灾的预防主要应采取“预防为主，消防结合”的方针，把防火放在首位。防火措 施主要有：技术措施、教育措施和管理措施等三种。 第四节 井下灭火 矿内灭火方法有：直接灭火法、隔绝灭火法和联合灭火法。 一、直接灭火法 二、隔绝灭火法 三、联合灭火法 通常在火区封闭后， 同时采取一些其他配套措施， 加快熄灭火灾， 提高灭火速度， 这种 方法称为联合灭火法。 思考题 1 ．何为矿井火灾？矿井火灾主要分哪两类？ 2．煤炭自燃的影响因素主要有哪些？ 3. 矿井外因火灾的预防措施主要有哪几种？ 4．矿内火灾的灭火方法主要有哪几种？ 第三章 矿井防水和排水 第一节 矿井水源和涌水通道 一、矿井水源 矿井水源按其来源分为地面水和地下水两类。 二、涌水通道 水源进入矿井的可能通道有：断层破碎带、采掘过程形成的裂缝、 井巷、封闭不好或没 有封孔的旧钻孔等。 对某一具体矿井来说， 上述因素不一定同时具有充水作用， 而往往只是 其中个别因素或几个因素起着主导作用。 所以， 必须抓住主要因素加以分析， 以便采取有效 的措施，防止矿井水灾事故发生。 第二节 矿井防水 一、造成矿井水灾的原因 造成矿井水灾的原因是多方面的。归纳起来主要有以下四个方面： 1)井田内的水文地质等资料不清。盲目开采。 2)井筒位置选择不合理 3)技术决定不正确 4)麻痹大意，丧失警惕 二、矿井水灾的预防 1)地面水的防治 (1) 防止井口灌水。 (2) 防止地面渗水。 (3) 加强地面防水工程的检查。 2)井下防水 (1) 掌握矿井的水文地质资料。 (2)井下探水。 (3)井下放水。 (4)井下堵水。 三、矿井透水事故的预兆及处理 1)透水的预兆 采掘工作面透水前，一般都有预兆，这些透水预兆是： (1) 煤层发潮、发暗。煤层本来是干燥光亮的，由于水的渗入，就变得潮湿发暗了，如 果挖去一层还是这样。就说明附近有积水。 (2)巷道壁或煤壁“挂汗” 。这是由于压力水渗过微小的裂缝和裂缝凝结于岩石或煤层表 面造成的现象。看上去就好像煤壁或巷道壁出汗似的。 (3) 煤壁或巷道空气变冷。煤层含水时，能吸收大量的热，所以用手摸煤壁时感到发凉， 巷道的空气也会较正常时低。 (4)顶板压力及淋水增大，或底板鼓起并向外渗水。 (5) 出现压力水流 (或叫压力水线 )且水质浑浊．这是离水源已经很近的预兆。 (6)有水声出现。 一种是水受挤压发出的“嘶嘶”声，另一种是空洞泄水声，这些都 是离水源很近的危险预兆。 (7)有硫化氢、二氧化碳等气体逸出。工作面的有害气体增加。 (8) 煤壁或巷道壁“挂红” ，酸味大．水味发涩，有臭鸡蛋味。这些都属于积木年久，水 中溶解许多杂质的原因。含铁能使水变成红色．酸性水发涩，合硫化氢的水有臭鸡蛋味。 以上仅仅是一般预兆。 有时， 也会遇到特殊情况， 如过断层时． 有的没有出现什么预兆． 只 是压力增加，以后支架破损．水即涌出。 当下作面发现涌水预兆或涌水大量增加时。说明已接近积水区，此时应停止作业，迅速 报告矿调度室及时采取有效措施，防止透水事故的发生。 2)透水时采取的措施 当井下某个地点发生透水时，现场工作人员，除立即向矿调度室汇报外。还应迅速组织 抢救，尽可能就地取材．加固上作面，如打木垛或密集支柱设法堵住出水口 ，以防事故继 续扩大。如情况紧急，水势很猛，无法抢险，则应有组织地、按照规定的避灾路线迅速撤离 险区。其原则是以最短的路程和最快的速度，由危险地区撤至上一水平的进风巷道或地面， 切勿进入独头的上下山巷道。 当有硫化氢和其它有害气体逸出时， 要设法避免中毒。 暂时避 难的人员应保持镇静．避免体力的过度消耗。 矿领导接到透水报告后． 应立即汇报上级有关部门并通知矿山救护队。 同时根据事故地 点和可能涉及的地区， 通知有关人员撤离危险区域． 关闭有关的水闸门。 井下所有的排水设 备。 应全部开动排水。 与此同时． 应积极组织力量抢险救灾， 营救遇险人员。 具体措施如下： (1)尽快掌握透水事故的地点、水量、已经淹没或可能淹没的巷道．用不同方法尽快通 知井下可能受威胁的一切人员撤到安全地点。 (2)组织所有力量，采取一切有效措施，迅速抢救遇险人员。 (3)加强通风，排除透水带来的有害气体，必要时先通风后组织抢救人员。 (4)排水期间，要经常检查有害气体的变化情况，并应时刻警惕再次透水。 第三节矿井排水 、排水方式 矿井排水通常是指将涌入矿井的水流集中起来并排至地面。 矿井排水方式可分为自流式 和扬升式两种。在地形许可的条件下，利用平胴自流排水是最经济、最可靠的方法。但它受 地形条件限制，多数矿井没有这种条件，需要采用扬升式排水。 扬升式排水是借助于水泵将水排至地面。 扬升排水可分为固定式和移动式两种。 井下水 泵房一般采用固定式；在平巷掘进时，采用移动水泵，在巷道低洼处开掘水窝将水排除；在 掘进竖井和斜井时，把水泵吊在专用钢丝绳上，随掘进工作面前进而移动。 17.2： I 一总强r?一防本『1】［一轨旧的曲］T17-2I l E一内定和・蛾・卜•飞动更为* 1P一分卡阿I *一日 水口格Sh与一戈卓零骨产1 口一防火门। n一巾先变4&麻n ig-WTiii "一求色门一配.水井 - 17-1 1一机壳.2 —叶轮t 3—排水管：4一段水 管I 5一昵阀।书一逆止墀.7-懒水漏斗/ 国一匹力计* 9一真空计 二、排水设备和管路 目前，矿井所采用的排水设备， 多为卧 式电动离心式水泵。