瓦斯及煤塵防治

1、礦井瓦斯與礦塵礦井瓦斯與礦塵本章主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 礦井瓦斯的存在狀態(tài)礦井瓦斯的存在狀態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量第三節(jié)第三節(jié) 瓦斯爆炸及其預(yù)防瓦斯爆炸及其預(yù)防第四節(jié)第四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防瓦斯噴出與突出及其預(yù)防第五節(jié)第五節(jié) 瓦斯抽放瓦斯抽放第六節(jié)第六節(jié) 礦塵礦塵第一節(jié) 礦井瓦斯的存在狀態(tài)一、瓦斯的生成瓦斯是在煤的生成和煤的變質(zhì)過程中伴生的氣體。在成煤的過程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機(jī)質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。另外，在高溫、高壓的環(huán)境下中，在成煤的同時(shí)，由于物理和化學(xué)作用，可繼續(xù)生成瓦斯。二、瓦斯的性質(zhì)瓦斯是無色、無味、無臭的氣體，但有時(shí)可以聞到

2、類似蘋果的香味，這是出于芳香族的碳?xì)錃怏w同瓦斯同時(shí)涌出的緣故。瓦斯對(duì)空氣的相對(duì)密度是0.544，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716kg/m3。助燃也不能維持呼吸，瓦斯在空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)，遇火能燃燒或爆炸。在煤礦的采掘過程中，當(dāng)條件合適時(shí)，會(huì)發(fā)生瓦斯突出（噴出），產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。 第一節(jié) 礦井瓦斯的存在狀態(tài)三、瓦斯的存在狀態(tài)瓦斯在煤體中存在的狀態(tài)可分為兩類：即游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)。游離狀態(tài)也叫自由狀態(tài)，這種瓦斯是以自由氣體狀態(tài)存在于煤體或周圍巖體的裂縫孔隙之中，游離瓦斯量的大小與存儲(chǔ)空間的容積、瓦斯壓力成正比，與溫度成反比。吸著狀態(tài)又稱為結(jié)合狀態(tài)，起特點(diǎn)是瓦斯與煤或某些巖石結(jié)合成一體，不再

3、以自由氣態(tài)形式存在。按其結(jié)合形式不同又可分為吸附吸收兩種：吸附狀態(tài)是由于固體粒子與瓦斯分子之間分子吸引力的作用，使瓦斯分子在固體顆粒表面上形成很薄的吸附層；吸收狀態(tài)是氣體分子已進(jìn)入煤分子團(tuán)的內(nèi)部。 煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，在成煤過程中生成的瓦斯，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，大部分已排放入大氣，只有一小部分至今仍被保存在煤體或圍巖中。 第二節(jié) 礦井瓦斯涌出量一、煤層瓦斯的含量 煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量或單位體積的煤體，在一定壓力和溫度下所含的瓦斯數(shù)量(即游離瓦斯和吸著瓦斯的總和)，用m3t或m3m3表示。 二、瓦斯的涌出形式 （1）普通涌出：瓦斯從煤層或巖層表面非常細(xì)微的縫隙中緩慢、均勻而持久地涌出

4、。這種涌出的方式涌出的面積大、時(shí)間長，是瓦斯涌出的主要形式。 （2）特殊涌出：特殊涌出又可以分為瓦斯噴出和煤(巖)與瓦斯突出兩種。第二節(jié) 礦井瓦斯涌出量三、瓦斯涌出量的計(jì)算1）礦井絕對(duì)瓦斯涌出量：指礦井在一定時(shí)間或單位時(shí)間內(nèi)所涌出的瓦斯數(shù)量，通常用m3d或m3min來表示。即：15-1 15-2 15-315-4第二節(jié) 礦井瓦斯涌出量四、礦井瓦斯等級(jí)根據(jù)規(guī)程規(guī)定，一個(gè)礦井只要有一個(gè)煤（巖）層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。礦井瓦斯等級(jí)，根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量、絕對(duì)瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為： （1）低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/

5、min。（2）高瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。煤（巖）和瓦斯（二氧化碳）突出礦井第三節(jié) 瓦斯爆炸及其預(yù)防一、瓦斯爆炸的條件及其影響因素瓦斯爆炸的三個(gè)充分必要條件：瓦斯?jié)舛?、引火溫度和氧的濃度?. 瓦斯?jié)舛韧咚怪辉谝欢舛确秶鷥?nèi)爆炸，該濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5%6%，上限為14%16%。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪迺r(shí)，遇高溫火源并不爆炸，但能在火焰外圍形成穩(wěn)定的燃燒層。當(dāng)瓦斯?jié)舛雀哂诒ㄉ舷迺r(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。在正常空氣中瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，

6、其爆炸威力最大。當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?%8%時(shí)最容易爆炸。第三節(jié) 瓦斯爆炸及其預(yù)防2、引火溫度瓦斯的引火溫度受瓦斯?jié)舛?、火源性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素而變化，一般認(rèn)為，瓦斯的引火溫度為650750，最低點(diǎn)燃能量為0.28Mj。當(dāng)混合氣體在壓力增高時(shí)，引燃溫度即降低。在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長，越易引燃瓦斯。3、氧的濃度在煤礦井下巷道及采場等一般氧濃度均滿足瓦斯爆炸條件（氧濃度12%）。井下含瓦斯的混合氣體中氧的濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸界限隨之提高。當(dāng)氧的濃度低于12%時(shí)，混合氣體即失去爆炸性。 第三節(jié) 瓦斯爆炸及其預(yù)防二、預(yù)防瓦斯爆炸的措施1、防止瓦斯積聚的措施1）加強(qiáng)通風(fēng)2）及時(shí)處理局

7、部聚集的瓦斯3）加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測檢測2、防止瓦斯引燃措施1）在井口和井口房內(nèi)，禁止使用明火。2）在瓦斯礦井，要使用防爆型或安全火花型電器設(shè)備，對(duì)其防爆性能要經(jīng)常檢查，不符合要求的要及時(shí)更換。3）嚴(yán)格執(zhí)行放炮制度。4）嚴(yán)格管理火區(qū)，防止密閉墻漏風(fēng)，并定期測定火區(qū)溫度。第四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防一、瓦斯噴出及其預(yù)防1、瓦斯噴出的特點(diǎn)1）瓦斯噴出與地質(zhì)構(gòu)造有密切關(guān)系。噴出一般都會(huì)發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶內(nèi)，如斷層、斷裂和褶曲軸附近。如果煤層圍巖中有溶洞、裂隙發(fā)育的石灰?guī)r巖層存在，當(dāng)其中儲(chǔ)有大量瓦斯時(shí)，也能發(fā)生大規(guī)模的瓦斯噴出。2）瓦斯噴出量有大有小，從幾立方米到幾十萬立方米，噴出的持續(xù)時(shí)間從幾分鐘到幾年

8、，甚至十幾年。它與蓄積的瓦斯量和瓦斯來源的范圍有密切關(guān)系。3）瓦斯噴出前往往出現(xiàn)預(yù)兆，如瓦斯?jié)舛茸兇螅蚝龃蠛鲂。约皣姵隽吭黾訒r(shí)的嘶嘶聲等。第四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防2、噴出的預(yù)防與處理預(yù)防與處理瓦斯噴出的措施，應(yīng)根據(jù)瓦斯噴出量的大小和瓦斯壓力的高低來擬定。有些礦井總結(jié)為探、排、引、堵四類方法。1）探明地質(zhì)構(gòu)造。在掘進(jìn)工作面的前方和兩側(cè)打鉆，探明含有大量瓦斯的斷層、斷裂和溶洞，以及它們的位置、范圍和瓦斯情況。2）排放（或抽放）瓦斯。如探明的高壓瓦斯帶范圍不大，含量不多時(shí)，可讓其自然排放。若范圍較大，瓦斯時(shí)較多時(shí)可將鉆孔封堵，接入瓦斯管路進(jìn)行抽放。3）將瓦斯引至回風(fēng)流。當(dāng)噴出瓦斯的裂隙范圍

9、小和瓦斯量不大時(shí)，可用金屬罩或帆布將噴瓦斯的裂隙蓋住，然后在罩上接風(fēng)筒或管子將瓦斯引至回風(fēng)流，以保證工作面放炮、掘進(jìn)安全。4）封堵裂隙。噴瓦斯的裂隙較小，瓦斯量較少時(shí)，可用黃泥或其它材料封堵裂隙，阻止瓦斯噴出。第四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防二、煤與瓦斯突出及其預(yù)防（一）煤與瓦斯突出的特點(diǎn)（1）煤與瓦斯突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近，如斷層、褶曲、扭轉(zhuǎn)等；（2）高應(yīng)力集中區(qū)，如巷道的上隅角、受煤柱集中應(yīng)力影響的位置等；（3）突出次數(shù)、強(qiáng)度隨煤厚（特別是軟分層厚度）、傾角等增大二危險(xiǎn)性增大；（4）突出與采掘的工序有關(guān)，且多發(fā)生在放炮和落煤時(shí)或其后；（5）突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間沒有固定關(guān)系。第

10、四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防（二）預(yù)防煤與瓦斯突出的措施1、區(qū)域性措施區(qū)域性措施是指使大范圍煤層消除突出危險(xiǎn)性的措施，主要有開采解放層和預(yù)抽煤層瓦斯開采解放層和預(yù)抽煤層瓦斯兩種。圖15-1 開采解放層 1解放層;2被解放層;3巷道第四節(jié) 瓦斯噴出與突出及其預(yù)防2、局部性防突措施1）鉆孔排放瓦斯，鉆孔排放瓦斯是石門揭煤時(shí)的一種措施，即用石門開拓有煤與瓦斯突出的煤層時(shí)，從掘進(jìn)工作面距煤層10m以外，開始向煤層打鉆，使煤層中的瓦斯從鉆孔中自然排放出來，降低瓦斯壓力，達(dá)到預(yù)防突出的目的，鉆孔超前掘進(jìn)工作面的距離不得小于5m。2）放震動(dòng)炮，放震動(dòng)炮也是石門揭煤的一種措施。 3）水力沖孔，水力沖孔是在安全

11、巖柱（或煤柱）的保護(hù)下向煤層打鉆孔，用壓力水通過鉆桿沖擊煤體，邊鉆邊沖，使煤、瓦斯和水一起從鉆桿也孔壁這間流出，從而將煤與瓦斯突出的能量“化整為零”地逐步釋放出來。 預(yù)防煤與瓦斯突出的措施，還有采用大直徑超前鉆孔、煤層高壓注水及開卸壓槽卸壓等方法。 第五節(jié) 瓦斯抽放瓦斯抽放是將礦井瓦斯通過鉆孔（或?qū)ｉT抽放瓦斯的巷道）、管道、瓦斯泵直接抽至地面。抽放辦法有：本煤層抽放、鄰近導(dǎo)抽放、采空區(qū)抽放及地面定向鉆孔抽放等。一、本煤層抽放瓦斯本煤層抽放瓦斯是在開采煤層之前或開采煤層過程中利用鉆孔或巷道進(jìn)行該煤層的抽放工作。 二、掘進(jìn)巷道瓦斯抽放在掘進(jìn)巷道的兩幫隨掘進(jìn)巷道的推進(jìn)，每隔1015m開一鉆窩，在巷道

12、周圍卸壓區(qū)內(nèi)打12個(gè)4560m的鉆孔，封孔深1.52.0m，封孔后連接于抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放。圖15-2 本煤層瓦斯抽放穿層鉆孔布置圖 1水平鉆孔;2上向鉆孔;3煤層頂板;4鉆場; 5抽放瓦斯管路;6圍巖平巷第五節(jié) 瓦斯抽放三、鄰近煤層抽放瓦斯當(dāng)開采含瓦斯的煤層群時(shí)，在有瓦斯賦存的鄰近煤層內(nèi)預(yù)先開鑿抽放瓦斯的巷道或預(yù)先從開采煤層的某些巷道中向鄰近煤層的頂板或底板打抽放鉆孔，裝上瓦斯抽放管道，進(jìn)行瓦斯抽放 四、采空區(qū)抽放瓦斯如果在采空區(qū)內(nèi)積存大量瓦斯時(shí)，往往會(huì)通過漏風(fēng)而進(jìn)入生產(chǎn)巷道或采煤工作面，造成瓦斯超限而影響正常生產(chǎn)。為此可采用：（1）在采空區(qū)上方開掘一條專用瓦斯抽放巷道，在巷道中布設(shè)鉆場向下部

13、采空區(qū)打鉆抽放；（2）從工作面超前巷道中掘?qū)Ｓ勉@窩向工作面采空區(qū)的上隅角打鉆抽放；（3）在放頂煤工作面煤層中沿頂板在靠風(fēng)巷一側(cè)開設(shè)專用的瓦斯排放巷道，密閉后安設(shè)管道抽放。圖15-3 利用鉆孔抽放上鄰近層瓦斯圖第五節(jié) 瓦斯抽放五、地面定向鉆孔抽放瓦斯近年來，應(yīng)用石油部門的拐彎鉆機(jī)從地面打抽放瓦斯鉆孔獲得成功，先從地面打垂直鉆孔到煤層，經(jīng)拐彎后沿煤層鉆進(jìn)，在煤層內(nèi)可延伸達(dá)1000m以上，然后在地面利用鉆孔直接抽放瓦斯。規(guī)程規(guī)定：“抽放瓦斯的礦井中，利用瓦斯時(shí)其濃度不得低于30%，不利用瓦斯時(shí)，采用干式抽放瓦斯設(shè)備，瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?5%”。抽出的瓦斯可以按濃度不同，合理的加以利用：濃度為35%40

14、%時(shí)，可作為工業(yè)或民用燃料；濃度50%以上的瓦斯可作為化工原料。第六節(jié) 礦塵一、礦塵及其危害性煤礦礦塵，就其危害和數(shù)量而言，主要是煤塵和巖塵。其生成量，以采掘工作面最高，其次為運(yùn)輸過程中的各轉(zhuǎn)載點(diǎn)。礦塵危害的主要表現(xiàn)為：（1）污染工作場所，危害人體健康，引起職業(yè)病。作業(yè)地點(diǎn)礦塵過多會(huì)影響視線，甚至造成視力減退，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，從而增加了發(fā)生事故的機(jī)會(huì)；皮膚沾染礦塵，阻塞毛孔能引起皮膚病或發(fā)炎；人體吸入過量的礦塵，輕者可引起上呼吸道炎癥，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致塵肺病，塵肺病是目前危害較大的一種礦工職業(yè)病。（2）燃燒或爆炸井下煤塵在一定的條件下可以燃燒或爆炸，對(duì)于瓦斯礦井，煤塵可能參與瓦斯同時(shí)爆炸，

15、煤塵或瓦斯煤塵爆炸可釀成嚴(yán)重的礦山災(zāi)害。（3）加速機(jī)械設(shè)備的磨損，縮短儀器設(shè)備的使用壽命。第六節(jié) 礦塵二、煤塵的爆炸及其預(yù)防 煤塵爆炸一旦形成，爆炸波便可將巷道中的落塵揚(yáng)起而成為浮塵，為爆炸的延續(xù)和擴(kuò)大補(bǔ)充塵源，因此，煤塵爆炸不僅表現(xiàn)出有連續(xù)性的特點(diǎn)，而且在連續(xù)爆炸的條件下，還可能有離開爆源越遠(yuǎn)其破壞力越大的特征。 煤塵引燃的溫度變化范圍較大，一般為700800以上，有時(shí)也可達(dá)1100。煤礦中能點(diǎn)燃煤塵的高溫?zé)嵩从斜茣r(shí)出現(xiàn)的火焰、電氣設(shè)備的電火花、電纜和架線上的電弧、采掘機(jī)械工作時(shí)出現(xiàn)的沖擊火花、安全燈火焰、井下火災(zāi)以及瓦斯爆炸等。 煤塵爆炸性可以分為有爆炸危險(xiǎn)性及無爆炸危險(xiǎn)性兩種，需經(jīng)過煤

16、塵爆炸試驗(yàn)來確定。一般來講，無煙煤的煤塵沒有爆炸危險(xiǎn)性。但煤塵無論有無爆炸危險(xiǎn)，對(duì)人體健康都是有害的，因此，在礦井生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)采取必要的防塵措施。防止煤塵爆炸的措施分為降塵措施、防止引燃措施、隔爆措施三類。第六節(jié) 礦塵（一）降塵措施 (1)煤層注水濕潤煤體。在回采以前，通過鉆孔將壓力水注入煤體以濕潤煤體?？稍诨夭晒ぷ髅婷罕谏洗蜚@孔也可在回風(fēng)平巷或運(yùn)輸平巷平行工作面煤壁打鉆孔。國內(nèi)不少礦井都試驗(yàn)和采用了這種防塵措施，均獲得較好的防塵效果。 (2)采空區(qū)灌水。當(dāng)開采近距離煤層群的上組煤或者采用分層法開采厚煤層時(shí)，往往在采空區(qū)灌水濕潤下組煤或下分層的煤體，以防止開采時(shí)煤塵的生成。對(duì)前者來說。兩個(gè)煤

17、層間的巖層應(yīng)具有較好的透水性，而后者往往是與防止自然發(fā)火進(jìn)行預(yù)防性灌漿相結(jié)合，技術(shù)要求和灌漿基本相間。 (3)水封爆破及水炮泥。它們都是由鉆孔注水預(yù)濕煤體演變而來的。將注水與爆破結(jié)合起來，不僅起到消煙防塵的作用，而且也提高了炸藥的爆破效果。 (4)噴霧灑水。在塵源發(fā)生地點(diǎn)噴霧灑水是捕塵降塵的簡便易行而有效的措施。在機(jī)組采煤、聯(lián)合掘進(jìn)機(jī)組掘進(jìn)、裝煤、翻車、轉(zhuǎn)載等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中采取正確的噴霧灑水措施，將大大減少煤塵的飛揚(yáng)。在爆破時(shí)采取噴霧灑水既起降塵作用又能消除飽煙，縮短通風(fēng)排煙時(shí)間。 (5)采用合理的風(fēng)速。井下風(fēng)速必須嚴(yán)格控制，增加風(fēng)量或改變通風(fēng)系統(tǒng)后，風(fēng)速應(yīng)符合規(guī)程規(guī)定。防止煤塵的飛揚(yáng)。 (6)清

18、掃積塵。沉積在巷道四壁的煤塵，一旦受到?jīng)_擊再度揚(yáng)起，形成初爆的塵云，為煤塵爆炸創(chuàng)造了條件。因此它是造成井下煤塵爆炸的一個(gè)隱患，必須清除掉第六節(jié) 礦塵（二）防止煤塵引燃措施參見本章防止瓦斯引燃部分。（三）隔爆措施巖粉棚是有安裝在巷道中靠近頂板處的若干塊木制巖粉臺(tái)板組成，板與板的間隙稍大于板寬，每塊臺(tái)板上放置一定數(shù)量的不燃性巖粉，在出現(xiàn)煤塵爆炸時(shí)，爆炸波將臺(tái)板震翻，巖粉彌漫在巷道中，從赤熱的燃燒煤塵中吸收熱量并隔斷火焰，從而起到阻止爆炸向前擴(kuò)展的作用。用水槽棚或懸掛水袋的方法代替巖粉棚，用水代替巖粉，效果比巖粉好。采用自動(dòng)水幕作為隔爆設(shè)施，利用煤塵爆炸所產(chǎn)生的爆炸波打開水閥門，自動(dòng)噴霧形成水幕，以隔斷煤塵爆炸的傳播。巖粉棚或水槽棚應(yīng)設(shè)置在礦井兩翼、相鄰采區(qū)和相鄰煤層處 第六節(jié) 礦塵三、煤礦塵肺病的預(yù)防（1）濕式鑿巖濕式鑿巖是在風(fēng)鉆鑿眼時(shí)用水沖洗炮眼內(nèi)破碎的巖粉，使其成膠質(zhì)狀從炮眼中流出。（2）噴霧灑水噴霧灑水在采掘工作面是降低爆破、裝巖（煤）及其它工序產(chǎn)生礦塵和防止落塵飛揚(yáng)的重要措施。如在掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架內(nèi)、放頂煤的放煤口等的集中產(chǎn)塵點(diǎn)安裝噴霧灑水裝置，此外在礦井運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載等其它生產(chǎn)系統(tǒng)中都普遍采用安裝噴霧灑水裝置方法降低煤巖塵。（3）凈化風(fēng)流在礦井巷道中，按照規(guī)定每隔一定距離安裝噴霧器噴霧形成凈化水幕，在掘進(jìn)巷道的局扇風(fēng)筒中裝設(shè)噴霧器形成水幕，使風(fēng)流中的空氣