矿井安全技术.ppt

1,严 红 矿业工程学院,中国矿业大学课件,第6章 矿井安全技术,采矿概论,2,第6章 矿井安全技术,一、矿井瓦斯及其性质,矿井瓦斯：指井下以甲烷为主的各种气体总称。除甲烷外，还有CO2、N2及少量H2S、H2、稀有气体等。甲烷(又叫沼气CH4)，它是一种无色、无味、无嗅并在一定条件下可以燃烧爆炸的气体。空气、甲烷所形成的混合气体，当甲烷达到一定浓度范围时，遇高温热源(650750以上)即能发生爆炸，此浓度范围称为甲烷爆炸界限。通常情况下，甲烷爆炸界限为516%(9.19.5%时爆炸最猛烈)。甲烷无毒，但不能供呼吸。比空气轻，密度是空气0.554倍。,二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,1.矿井瓦斯涌出形式(1)普通涌出：指采动影响的煤、岩层以及由采落的煤、矸石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象。又称“瓦斯涌出”。这种涌出是均匀的、缓慢的、经常性的。它是矿井瓦斯主要涌出形式，煤矿瓦斯管理工作，主要是针对这部分瓦斯。(2)异常涌出：包括瓦斯喷出、煤(岩)与瓦斯突出。瓦斯喷出：指从煤体或岩体裂隙中大量瓦斯异常涌出的现象。简称“喷出”。瓦斯喷出一般持续时间较短。煤(岩)与瓦斯突出：指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。简称“突出”。煤(岩)与瓦斯突出持续时间极短，一般为数秒或数十秒。,矿井瓦斯涌出量：矿井正常生产过程中以普通涌出形式涌入矿井风流中的瓦斯量。可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量表示。矿井绝对瓦斯涌出量:矿井在单位时间内涌出的瓦斯量。单位是m3/min或m3/d。矿井相对瓦斯涌出量:矿井平均每采1t煤所涌出的瓦斯量。单位是m3/t。3.矿井瓦斯等级 矿井瓦斯等级根据矿井相对涌出量和涌出形式划分为：低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量不大于10m3/t的矿井；高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t的矿井；煤(岩)与瓦斯突出矿井：经鉴定，在采掘过程中发生过煤(岩)与瓦斯突出的矿井。,2.矿井瓦斯涌出量,三、瓦斯爆炸及其防治,1.瓦斯爆炸及其危害 瓦斯爆炸：瓦斯和空气混合后，在一定条件下，遇高温热源发生的氧化反应，并伴有高温及压力上升的现象。矿井一旦发生瓦斯爆炸，危害是十分严重的，主要表现在以下 两个方面：(1)高温高压及冲击。由于瓦斯爆炸是激烈的氧化放热反应，井下爆炸地点及其附近的温度可达1850以上，压力可达0.74MPa以上，促使爆源附近的气体以极大的速度(每秒数百米以上)向外冲击，造成人员伤亡，巷道和机电设备严重破坏。,爆炸时产生的高温很可能引燃井下可燃物，造成矿井火灾。爆炸时产生的冲击，会将煤尘扬起，使空气中煤尘浓度增加，若煤尘具有爆炸性，煤尘浓度又处在爆炸浓度范围内，加之又有高温热源，将会引发煤尘爆炸，使灾害更为严重。(2)爆炸后产生大量有害有毒气体。据有关资料，瓦斯爆炸后的气体成分为：O2=610%，N2=8288%，CO2=48%，CO=24%。由上述数据可以看出，爆炸后空气中氧的含量大为减少，并产生大量一氧化碳，这将造成人员窒息及中毒。,三、瓦斯爆炸及其防治,孙家湾矿难,瓦斯爆炸须同时具备三个条件：一定的瓦斯浓度 即井下混合气体中，瓦斯浓度在爆炸界限范围内(通常为516%)。具有高温热源 点燃瓦斯的最低温度一般为650750。足够的氧气 即含瓦斯的混合气体中氧气浓度必须大于12%，否则，混合气体就会失去爆炸性。上述三个必要条件中，只要能消除和控制其中之一，即可防止瓦斯爆炸。,2.瓦斯爆炸防治措施,(1)防止瓦斯积聚 加强矿井通风；及时处理局部积存瓦斯对井下易于积存瓦斯的地点；加强瓦斯检查，并推广建立瓦斯自动检测监控系统；瓦斯抽放。,引导风流带走上隅角的瓦斯,导风板引入风流吹散瓦斯,瓦斯爆炸防治的主要技术措施：,瓦斯监测仪,瓦斯爆炸防治的主要技术措施：,(2)防止瓦斯引燃 严禁携带烟草及引火物品入井；在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用煤矿安全炸药；不准使用不合格或变质的炸药；严格执行打眼、装药、放炮的有关规定，严禁采用“糊炮”或明火放炮；井下使用的机电设备及供电网路都必须符合规程的要求；电气设备的防爆性能处于完好状态，并要经常检查与维护；井下供电应有过电流保护；局扇和掘进工作面的电气设备，必须装有延时的风电闭锁装置；防止机械摩擦火花和摩擦发热引燃瓦斯。,瓦斯爆炸防治的主要技术措施：,(3)限制瓦斯爆炸范围扩大 实行分区通风；通风系统力求简单，不用的巷道要及时封闭；装有扇风机的井口，必须设置防爆门，防止爆炸波冲毁扇风机而影响矿井救灾和恢复生产；矿井主要扇风机必须装有反风设备，要能在10分钟内改变巷道中的风流方向；在连接矿井两翼、相邻采区、相邻煤层之间的巷道中，设置岩粉棚或水槽棚等，以防止瓦斯爆炸火焰的传播和煤尘参与爆炸；编制周密的预防和处理灾害计划。,瓦斯爆炸防治的主要技术措施：,一、矿井粉尘及其危害,矿井粉尘矿井生产过程中产生的固体物质细微颗粒的总称。矿尘按其成分可分为：煤尘细微颗粒的煤炭粉尘。它主要是在采煤、煤巷掘进及煤装运过程中产生的。岩尘细微颗粒的岩石粉尘。它主要是在岩巷掘进及岩石装运过程中产生的。,矿尘按其存在状态可分为：浮尘悬浮在矿井空气中的粉尘。落尘矿井内，因自重而降落，沉积在巷道顶、帮、底板和物体上的粉尘。矿尘按其颗粒组成范围可分为：全尘飞扬在矿井空气中各种粒径矿尘的总合。呼吸性粉尘粒径在5m以下、能被吸入人体肺泡区的浮尘。矿尘的危害：(1)对人体的危害(2)煤尘爆炸,一、矿井粉尘及其危害,二、矿井综合防尘,1.减尘(1)煤层注水(2)采空区灌水(3)湿式凿岩 2.降尘(1)喷雾洒水(2)水封爆破和水炮泥,黄泥密封炮眼示意图,水泡泥密封炮眼示意图,(3)物理化学方法降尘 泡沫降尘 磁化水降尘 湿润剂降尘由于水的表面张力和粉尘的疏水性，影响了用水降尘的效果。当在防尘用水中添加少量湿润剂(如氯化物等)后能大大降低水的表面张力，增加对粉尘的湿润能力，从而提高降尘效果。3.除尘(1)通风除尘(2)除尘器除尘(3)清扫和冲洗巷道落尘 4.阻尘,二、矿井综合防尘,煤尘爆炸指悬浮在空气中的煤尘，在一定条件下，遇高温热源而发生的剧烈氧化反应，并伴有高温和压力上升的现象。(一)煤尘爆炸及其产生条件,煤尘爆炸产生的必要条件是必须同时具备以下3个条件：(1)煤尘本身具有爆炸性。(2)煤尘必须悬浮在空气中并达到一定浓度。我国煤尘爆炸的下限浓度：褐煤为4555g/m3；烟煤为110335g/m3。上限浓度一般为15002000g/m3。(3)具有高温热源。能引起煤尘爆炸的温度一般为700800以上。而井下的明火、电火花、机械摩擦火花、违章放炮产生的火焰及瓦斯燃烧或爆炸等都会达到此温度而引爆煤尘。,三、煤尘爆炸及其防治措施,(二)煤尘爆炸防治措施1.降低煤尘浓度 2.消除引爆热源 3.限制煤尘爆炸范围扩大(1)抑爆措施(2)隔爆措施 岩粉棚 水棚,活拼式岩粉棚,三、煤尘爆炸及其防治措施,悬挂式水槽棚,放置式水槽棚,三、煤尘爆炸及其防治措施,一、矿井火灾及其分类,矿井火灾按引火热源的不同可分为外因火灾和内因火灾两类。外因火灾是指由外部火源引起的火灾。如电流短路、焊接、机械摩擦、违章放炮产生的火焰、瓦斯和煤尘爆炸等都可能引起该类火灾。内因火灾又称自燃火灾。它是指由于煤炭或其他易燃物自身氧化积热，发生燃烧引起的火灾。在自燃火灾中，主要是由于煤炭自燃而引起的。,二、矿井火灾的预防,(一)自燃火灾的预防 煤在常温下具有氧化能力的内在属性称为煤的自燃倾向性 1.煤的自燃倾向性及自燃火灾的必要条件 形成自燃火灾的必要条件是必须同时具备以下3个条件：具有自燃倾向性的煤呈破碎状态存在；连续供氧；氧化生成的热量易于积聚。,(1)合理确定矿井开拓开采系统及采煤方法(2)预防性灌浆 泥浆预防自燃火灾的作用是：隔绝氧气。泥浆灌入采空区后，其中的固体物沉淀，充填于煤、岩碎块的缝隙之间，并将碎煤包裹起来。不仅增加了采空区的密实程度，减少了漏风，而且又防止了碎煤氧化。吸热降温。泥浆能增加碎煤的湿润，并吸热降温，从而抑制煤的氧化进程。阻化剂防火。阻化剂防火是采用一种或几种阻化剂溶液喷洒或灌注到采空区、煤柱裂隙等易于自燃的地点，降低煤的氧化能力，防止煤的氧化进程。阻化剂是阻止煤炭氧化自燃的化学药剂。我国煤矿常用的阻化剂有：生石灰、氯化钙、氯化钠及水玻璃等。,2.自燃火灾预防措施,1.外因火灾及其必要条件 形成外因火灾的必要条件是必须同时具备下列3个条件：可燃物存在。矿井内的可燃物除煤炭外，还有坑木、炸药、油料、机电设备的某些可燃部件(如非阻燃的橡胶、塑料制品)等。具有高温热源。在矿井内电流短路、机械摩擦、焊接作业、煤的自燃、违章放炮产生的火焰及其他明火等都可能成为引火热源。足够的氧气。空气中氧气浓度必须大于14%才能维持燃烧。,(二)外因火灾的预防,针对形成的必要条件采取相应措施。(1)消除引火热源。(2)矿井内尽量采用不燃或阻燃的材料和制品，并对矿井内可燃物品加强管理。(3)加强火灾前期的预警，防止火灾的形成。目前预警机电设备温升的方法有：(1)温升变色涂料预警。(2)感温元件预警。它是利用由易熔合金、热敏电阻等组成的感温元件来预警机电设备的温升。,2.外因火灾预防措施,三、矿井灭火,1.直接灭火法(1)水灭火(2)砂子(或干粉)灭火(3)干粉灭火(4)泡沫灭火(5)挖除火源灭火 2.隔绝灭火法 3.综合灭火法,一、地面防治水,地面防治水的主要措施有：(1)井口及工业场地各建筑物基础标高均应高于当地历年最高洪水位(一般应大于0.51.0m)。(2)井田范围内的河流、池塘、沟渠或其他积水区域应尽可能改道或疏干，以防止地表水通过各种导水通道大量涌入井下造成灾害。(3)填堵或封闭漏水通道。,二、井下防治水,井下防治水主要采取探、放、隔、截、堵等综合措施。1.探水 当采掘工作面遇有下列情况之一时，必须探水前进：接近水淹的井巷、采空区或小煤矿；接近含水层、导水断层、溶洞或陷落柱；接近河流、湖泊、水库、池塘等相连通的漏水通道；接近有出水可能的钻孔；接近其他可能出水的地区。2.放水 3.隔水 4.截水 5.堵水,顶板事故即通常所说的冒顶。冒顶又称顶板冒落，它是指采掘工作空间或井下其他工作地点顶板岩石发生坠落的事故。,一、回采工作面顶板事故的分类及事故原因,按冒顶的力学原因，将工作面顶板事故分为漏垮型、压垮型、推垮型及综合型冒顶四大类。,二、回采工作面顶板事故防治的主要措施,1.支架性能应与煤层顶板、倾角等开采条件相适应 为防止各类顶板事故，支架的基本性能应具备支、护、稳三个方面，即“支得起”、“护得好”、“稳得住”。“支得起”要求支架既具有一定支撑能力，又具有一定的可缩性，从而保证支架能撑得住来自直接顶和老顶来压时所施加的压力，不致因支架被压垮而导致冒顶；“护得好”要求支架能及时有效地防护好已破碎的直接顶，不致因碎岩下漏而导致冒顶；“稳得住”要求支架具备抵抗沿层面方向推力的能力，不致因推倒支架而导致冒顶。2.提高采煤机械化程度 3.推行工作面支护质量与顶板动态监测技术,二、回采工作面顶板事故防治的主要措施,二、回采工作面顶板事故防治的主要措施,二、回采工作面顶板事故防治的主要措施,