煤矿灾害防治技术课件

矿尘防治

一、礦塵分類

礦塵除按其成分可分為岩塵、煤塵等多種無機礦塵外，尚有多種不同的分類方法，下麵介紹幾種常用的分類方法。1．按礦塵粒徑劃分(1)粗塵。(2)細塵。(3)微塵。(4)超微塵。2．按礦塵的存在狀態劃分(1)浮游礦塵。(2)沉積礦塵。

浮塵和落塵在不同環境下可以相互轉化，浮塵因受自重的作用可以逐漸沉降下來變成落塵，而落塵當落塵受到機械振動、爆風衝擊以及巷道中風速的變化等外界條件干擾時，它可再次飛揚，又成為浮塵。其風速的變化與礦塵粒度的關係如表3-1-1。表3-1-1落塵變成浮塵風流的變化與礦塵粒度的關係煤塵粒度／μm75～10535～7510～35吹揚風速／m·s-16.35.293.483．按礦塵的粒徑組成範圍劃分(1)全塵（總礦塵）。(2)呼吸性礦塵。二、礦塵含量的計量指標序號礦塵中游離SiO2含量/%最高容許濃度/mg.m-3總礦塵呼吸性礦塵123456<55～<1010～<2525～<50≥50<10的水泥礦塵20.010.06.04.02.066.03.52.51.51.0

1．礦塵濃度單位體積礦內空氣中所含浮塵的數量稱為礦塵濃度，其表示方法有兩種：(1)品質法。(2)計數法。表3-1-2中國煤礦礦塵濃度標準

2．產塵強度指生產過程中，采落煤中所含的礦塵量。4．礦塵沉積量指單位時間在巷道表面單位面積上所沉積的礦塵量，單位為g/m2·d。這一指標用來表示巷道中沉積礦塵的強度，是確定岩粉撒布週期的重要依據。5．礦塵的分散度礦塵的分散度是指礦塵的整體組成中各種粒度的塵粒所占的百分比。分散度有兩種表示方法。1）重量百分比。2）數量百分比。三、礦塵的特性煤塵粒度／μm1001010.50.2降落時間2.6s4.4min7h22h92h（一）礦塵的懸浮性分散度高的塵粒可以較長時間在空氣中懸浮，不易降落，這是微細礦塵的一種物理特性，叫懸浮性。據實驗，不同粒度的煤塵在靜止的空氣中從1m高處自由降落到底板所需的時間如表3-1-3。表3-1-3不同粒度的煤塵從lm高處自由降落到底板所需時間（二）礦塵的成分二氧化矽是地殼內最常見的氧化物，它以兩種狀態存在：一種是結合狀態的二氧化矽，即矽酸鹽礦物，其危害性不大；另一種是游離狀態的二氧化矽，主要為石英，它是引起人體塵肺病的主要因素。（三）礦塵的表面積和吸附性礦塵表面積和礦塵的分散度有密切關係，分散度越高，礦塵表面積越大。

(四）礦塵的形狀和硬度礦塵的形狀和硬度，在一定程度上也能影響礦塵的穩定程度。（五）礦塵的吸濕性礦塵與空氣中的水分結合的現象叫吸濕性或者叫濕潤性。（六）礦塵的荷電性塵粒由於在粉碎過程和在空氣流動中摩擦而帶有電荷，懸浮在空氣中的礦塵亦可直接吸附空氣中的離子而產生電荷。

礦塵的荷電性對礦塵在空氣中的穩定程度有影響。表3-1-4是一次實測所得數據。作業方式帶正電荷粒子（％）帶負電荷粒子（％）不帶電粒子（％）幹式鑿岩49.844.06.2濕式鑿岩46.743.010.3爆破34.550.614.9表3-1-4井下礦塵的電荷

礦塵具有很大的危害性，表現在以下幾個方面：(1)污染工作場所，引起職業病。(2)某些礦塵（如煤塵、硫化塵）在一定條件下可以爆炸；(3)加速機械磨損，縮短精密儀器使用壽命；(4)降低工作場所能見度，增加工傷事故的發生。1．塵肺病的分類煤礦塵肺病按吸入礦塵的成分不同，可分為三類：(1)矽肺病（矽肺病）。(2)煤矽肺病（煤矽肺）。(3)煤肺病。2．影響塵肺病的發病因素(1)礦塵的成分。(2)礦塵粒度及分散度。(3)礦塵濃度。(4)個體方面的因素。四、礦塵災害的形式（二）煤塵爆炸1．煤塵爆炸的機理(1)煤本身是可燃物質，當它以粉末狀態存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；(2)當溫度達到300～400℃時，煤的幹餾現象急劇增強，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1％左右的其他碳氫化合物；

(3)形成的可燃氣體與空氣混合在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心，當活化中心的能量達到一定程度後，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，發生了塵粒的閃燃；

(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，並使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地迴圈進行，當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數百米後，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變為爆炸。2.煤塵爆炸的條件煤塵爆炸必須同時滿足以下三個條件：（1）煤塵的爆炸性。（2）煤塵濃度。（3）引起煤塵爆炸的熱源。3.煤塵爆炸的效應（1）爆炸溫度。（2）爆炸壓力。（3）爆炸速度。（4）衝擊波。（5）爆炸生成有害氣體4.影響煤塵爆炸的因素（1）煤的成分。

①揮發分。②灰分。③水分。（2）煤塵濃度（3）煤塵粒度。（4）礦井的瓦斯濃度。第二節礦塵治理的基本技術

主要內容一、減塵技術二、降低浮塵三、除塵措施四、隔塵措施一、減塵技術

減塵是指減少和抑制塵源產塵,從而減少井下空氣中煤塵的濃度。減塵一是減少產塵總量和產塵強度；二是減少呼吸性礦塵所占的比例。（一）煤層注水濕潤煤體煤層注水所使用的設備主要包括鑽機、水泵、分流器及水錶等，見圖3-2-1。1．鑽孔佈置方式煤層注水的方式有：長鑽孔注水、短鑽孔注水、深孔注水和巷道鑽孔注水等多種方式。如表3-2-1所示。表3-2-1煤層注水方式的種類注水力式鑽孔地點鑽孔長度/m特點長鑽孔注水工作面回風巷道或運輸巷道>30在原岩應力區的煤體中注水短鑽孔注水工作面<6再應力降低區的煤體中注水，裂隙發育，透水性強，注水壓力低深孔注水工作面6～20在應力升高區的煤體中注水，不發育，透水性弱，注水壓力高巷道鑽孔注水上部煤層巷道或底板巷道不確定在應力降低區的煤體中或瓦斯卸壓煤層中注水（1）長鑽孔。鑽孔直徑為75～100mm，其佈置形式較多，如圖3-2-1所示。圖3-2-1長鑽孔注水防塵示意圖a-上向鑽孔；b-雙向鑽孔；c-偽傾斜鑽孔；d-八字型與傾斜聯合鑽孔1-鑽孔；2-解理abcd（2）短鑽孔。其鑽孔長度比工作面迴圈進度稍長，一般取1.5～2m，最大不超過6m。其佈置如圖3-2-2中a所示。（3）深孔。如圖3-2-2中b。圖3-2-2短孔、深孔注水防塵示意圖a—短孔；b—深孔1—回風巷；2—運輸巷（4）巷道鑽孔。如圖3-2-3所示。圖3-2-3巷道鑽孔注水2．封孔封孔方法有兩種：一種是封孔器封孔，另一種是水泥砂漿封孔。（1）封孔器封孔。（2）水泥砂漿封孔。3．注水（1）注水方法。一是利用礦井地面貯水池，通過井下供水管網實施靜壓注水；二是利用井下的水泵實施動壓注水。a.靜壓注水：b.動壓注水：利用水泵或風包加壓將水壓入鑽孔的注水叫動壓注水。長鑽孔動壓注水的適用性強，被很多煤礦採用，其注水系統如圖3-2-3所示。圖3-2-4動壓注水系統1一注水管；2一水泥砂槳；3一壓力錶；4一高壓膠管；5一閥門；6一分流器；7一單向閥；8一注水表；9一注水泵；10一供水桶

（2）注水壓力。（3）注水速度（注水流量）注水速度是指單位時間內的注水量。為了便於對各鑽孔注水流量進行比較，通常以單位時間內每米鑽孔的注水量來表示。（4）注水量4.煤層注水效果在實際注水中，常把在預定的濕潤範圍內煤壁出現均勻“出汗”（滲出水珠）的現象，作為判斷煤體是否全面濕潤的輔助方法。影響煤層注水效果的因素有如下幾個方面：（1）煤層注水的效果同煤層的裂隙及孔隙的發育程度有關。（2）煤層的注水效果與煤層的埋藏深度和地壓的集中程度有關，埋藏越深，地壓越集中的地方，煤層的孔隙被壓緊，透水性越差。（二）采空區灌水采空區灌水時在開採近距離煤層群的上組煤或採用分層法開採厚煤層時（包括急傾斜水準分層），可以利用往采空區灌水的方法，藉以潤濕下組煤和下分層煤體，防止開採時生成大量的煤塵。灌水方式同黃泥灌漿。（三）濕式作業濕式作業是利用水或其他液體，使之與塵粒相接觸而捕集礦塵的方法，它是礦井綜合防塵的主要技術措施之一，具有所需設備簡單、使用方便、費用較低和除塵效果較好等優點。1.濕式鑿岩、鑽眼該方法的實質是指在鑿岩和打鑽過程中，將壓力水通過鑿岩機、鑽杆送入並充滿孔底，以濕潤、沖洗和排出產生的礦塵。2.水封爆破和水炮泥水封爆破和水炮泥都是由鑽孔注水濕潤煤體演變而來的，它是將注水和爆破聯結起來，不僅起到消除炮煙和防塵作用，而且還提高了炸藥的爆破效果。（1）水封爆破。水封爆破就是在工作面打好炮眼後，先注入壓力不超過4.903×106Pa(50kg/cm2)的高壓水，使之沿煤層節理、裂隙滲透，直到煤壁見水為止。然後裝入防水炸藥，再將注水器插入炮眼進行水封，如圖3-2-5所示。圖3-2-5水封爆破1—安全鏈；2—雷管腳線；3—注水器；4—膠圈；5—水；6—炸藥

（2）水炮泥。水炮泥是用裝水塑膠袋填於炮眼內代替粘土使用。水炮泥的形式有兩種：一種是刀把型的人工結紮封口水炮泥；另一種是雙層自動封口水炮泥，其形式如圖3-2-6a、b所示。

圖3-2-6塑膠水炮泥(a)—人工結紮封口；(b)—雙層自動封口二、降低浮塵它的捕塵作用有：①在霧體作用範圍內，高速流動的水滴與浮塵碰撞接觸後，塵粒被濕潤，附著性增強，塵粒間會互相附著凝集成較大的顆粒，在重力作用下下沉；②高速流動的霧體將其周圍的含塵空氣吸引到霧體內濕潤下沉；③將已沉落的塵粒濕潤粘結，使之不易飛揚。原蘇聯的研究表明，在掘進機上採用低壓灑水，降塵率為43％～78％，而採用高壓噴霧時達到75％～95％；炮掘工作面來用低壓灑水，降塵率為51％，高壓噴霧達72％，且對微細礦塵的抑制效果明顯。1.對產塵源噴霧灑水（1）掘進機噴霧灑水掘進機噴霧分內噴霧和外噴霧兩種。

採煤機的噴霧系統分為內噴霧和外噴霧兩種方式。採用內噴霧時如圖3-2-7所示。採用外噴霧時如圖3-2-8所示。圖3-2-7採煤機內噴霧示意圖圖3-2-8採煤機外噴霧示意圖（3）液壓支架移架和放煤口放煤噴霧灑水液壓支架移架和放煤口放煤是綜采放頂煤工作面僅次於採煤機割煤的兩個主要產塵源。如圖3-2-9所示。圖3-2-9液壓支架自動噴霧噴嘴佈置示意圖（4）轉載點噴霧（5）放炮噴霧（6）裝岩灑水巷道裝岩灑水有人工灑水和噴霧器灑水兩種方式：①人工裝岩時，一般採用人工灑水。②裝岩機裝岩時，在距工作面4～5m的頂幫兩側，懸掛兩個噴霧器進行噴霧灑水。圖3-2-10裝岩機噴霧灑水1一噴霧器；2一控制閥；3一水量調節閥（7）其他地點噴霧除上述地點、工藝的噴霧灑水外，在煤倉、溜煤眼及運輸過程等產塵環節均應實施噴霧灑水。2.巷道水幕淨化風流水幕是淨化入風流和降低汙風流礦塵濃度的有效方法。如圖3-2-11所示一般安設位置為：圖3-2-11巷道水幕示意圖1-水管；2-噴霧器①礦井總進風設在距井口20～100m巷道內；②采區進風設在風流分叉口支流內側20～50m巷道內；③採煤工作面回風設在距工作面回風口10～20m回風巷內；④掘進回風設在距工作面30～50m巷道內；⑤巷道中產塵源淨化設在塵源下風側5～10m巷道內。

三、除塵措施

除塵措施有兩種：一是通風排塵，二是除塵裝置捕集除塵。（一）通風排塵

1．一般巷道和工作地點的通風排塵通風排塵技術是稀釋和排出作業地點懸浮的礦塵，防止其過量積聚的有效措施。

2.掘進巷道通風排塵

1）掘進通風系統選擇合理的掘進除塵系統，是抽塵淨化技術效果好壞的關鍵因素。掘進除塵系統有長壓短抽通風除塵系統和長抽通風除塵系統兩種：（1）長壓短抽掘進除塵系統圖3-2-12長壓短抽通風除塵系統1-掘進機;2-短抽風筒;3-除塵器;4-長壓局部通風機;5-長壓風筒;lr和lc—分別為壓入式和抽出式風筒口距工作面的距離；ld—壓入式風筒口與除塵器重疊段的距離

圖3-2-13附壁風筒螺旋狀出風狀態示意圖如圖3-2-13所示。（2）長抽通風除塵系統圖3-2-14長抽通風除塵系統1一掘進機；2一長抽風筒；3一除塵局部通風機（或抽出式局部通風機）長抽通風除塵系統又可分為以下兩種形式：A．前抽後壓掘進除塵系統，如圖3-2-15所示，主要適用於機掘工作面。圖3-2-15前抽後壓通風除塵系統1一掘進機；2一長抽風筒；

3一除塵局部通風機或抽出式局部通風機；4一壓人式局部通風機；5一短壓風筒

B．前壓後抽掘進除塵系統，如圖3-2-16所示，主要適用於炮掘工作面，對錨噴支護巷道效果甚好。圖3-2-16前壓後抽通風除塵系統1—長抽風筒；2—長抽除塵局部通風機或抽出式局部通風機；3—壓入式局部通風機；4—短壓風筒2）除塵對通風工藝的要求

(1)壓、抽風筒口相互位置的關係

A.長壓短抽時，壓入式風筒口距工作面的距離lr≤5SH(SH為巷道斷面積)，壓入式風筒口到除塵器排放口的重疊長度2dld≥2SH。

B.前抽後壓時，壓入式風筒口距工作面距離lr與長壓短抽時相同，壓入式風筒口與抽出式風筒口的重疊段長度一般為10～30m。

C.前壓後抽時，壓入式風筒口距工作面的距離lr≤5m，抽出式風筒口與壓入式局部通風機的重疊段長度ld視巷道內的塵源（如噴漿支護等）情況而定，一般為10～20m。

D.抽入口（吸塵口）距工作面的距離lc。(2)壓、抽風量的匹配

A.採用除塵系統。

B.採用長抽短壓除塵系統。

C.抽出風量的確定。

(3)長壓局部通風機和長抽除塵局部通風機的安裝位置A.長壓局部通風機應安裝在掘進巷道口進風側，距巷道口的距離大於10m。B.長抽或長抽短壓除塵局部通風機應安裝在掘進巷道回風側，距巷道口的距離大於10m。(4)抽出式局部通風機與除塵局部通風機串聯的要求（二）除塵裝置捕集除塵所謂除塵裝置（或除塵器）是指把氣流或空氣中含有的固體粒子分離並捕集起來的裝置，又稱集塵器或捕塵器。多用於煤岩巷掘進工作面。

圖3-2-17振弦柵結構示意圖

根據是否利用水或其他液體，除塵裝置可分為濕式和幹式兩大類。

1.濕式除塵裝置（1）濕式振弦柵除塵器（2）渦流控塵與濕式旋流除塵器。圖3-2-18長壓短抽混合式局部通風控塵與除塵系統①—除塵系統；2—渦流控塵風筒；3—壓入式局部通風機圖3-2-19濕式旋流除塵系統1—旋流器；2—導向器；3—一級脫水器；4—水箱；5—污水泵；6—二級脫水器；7—抽出式局部通風機2.幹式除塵器幹式除塵是把局部產塵點首先密閉起來，防止礦塵飛揚擴散，然後再將礦塵抽到集塵器內，集塵器將含塵空氣中的粗塵阻留，使空氣淨化的技術措施。幹式中心抽塵鑿岩機工作原理和抽塵系統如圖3-2-20所示。圖3-2-20中心抽塵千式鑿岩機工作系統圖1一千式捕塵器；2一引射器；3一捕塵器壓風管；4一輸塵軟管；5一鑿岩機壓風管；6一氣動支架；7一鑿岩機；8一釺頭

除塵器的結構如圖3-2-21所示。圖3-2-21KLM-60型礦用袋式除塵器結構示意圖1一排氣管；2一排灰系統；3一脈衝清灰系統；4一濾袋組；5一氣包；6一預選箱；7一進氣口四、隔塵措施

隔離礦塵是指通過佩戴各種防護面具的個體防護措施以減少吸入人體礦塵的最後一道措施。1．防塵口罩礦井要求所有接觸礦塵作業人員必須佩戴防塵口罩，對防塵口罩的基本要求是：阻塵率高，呼吸阻力和有害空間小，佩戴舒適，不妨礙視野。2．防塵安全帽（頭盔）

圖3-2-22AFM-l型防塵送風頭盔1—軸流風機；2—主篩檢程式；3—頭盔；4—面罩；5—預篩檢程式3.隔絕式壓風呼吸防塵裝置隔絕式壓風呼吸防塵裝置是利用礦井壓縮空氣通過離心脫去油霧、活性炭吸附等淨化過程，經減壓閥減壓同時向多人均衡配氣供呼吸。第三節防治煤塵爆炸的技術

主要內容一、消除落塵

二、撒布岩粉三、設置隔爆裝置一、消除落塵《規程》規定：“每一礦井，礦長必須組織人員按計畫對井巷定期清掃、沖洗煤塵和刷漿。”從而保證即使沉積的煤塵再度飛揚起來也達不到煤塵爆炸的下限濃度，避免煤塵爆炸事故的發生。二、撒布岩粉

撒布岩粉是指定期在井下某些巷道中撒布惰性岩粉，增加沉積煤塵的灰分，抑制煤塵爆炸的傳播。惰性岩粉一般為石灰岩粉和泥岩粉。對惰性岩粉的要求是：①可燃物含量不超過5%，游離SiO2含量不超過10%；②不含有害有毒物質，吸濕性差；③粒度應全部通過50號篩孔（即粒徑全部小於0.3mm），且其中至少有70％能通過200號篩孔（即粒徑小於0.075mm）。三、設置隔爆裝置

隔爆裝置隔爆原理是：在瓦斯煤塵爆炸時隔爆裝置將會動作（水槽、岩粉槽破碎，水袋脫鉤），並拋撒消焰劑形成抑制帶，撲滅滯後於衝擊波傳播的爆炸火焰，以阻止爆炸傳播。隔爆裝置根據其動作方式的不同可分為被動式隔爆裝置和自動抑爆裝置。（一）被動式隔爆裝置1．水棚水棚包括水槽棚和水袋棚兩種，設置應符合以下基本要求：

①主要隔爆棚組應採用水槽棚，水袋棚只能作為輔助隔爆棚組；②水棚組應設置在巷道的直線段內。其用水量按巷道斷面計算，主要隔爆棚組的用水量不小於400L/m2，輔助水棚組不小於200L/m2；③相鄰水棚組中心距為0.5～1.0m，主要水棚組總長度不小於30m，輔助水棚組不小於20m；④首列水棚組距工作面的距離，必須保持在60～200m範圍內；⑤水槽或水袋距頂板、兩幫距離不小於0.lm，其底部距軌面不小於1.8m；⑥水內如混入煤塵量超過5％時，應立即換水。（1）PGS型隔爆水槽棚（2）KYG型快速移動式隔爆棚如圖3-3-1所示。圖3-3-1KYG型快速移動式隔爆棚（l架）結構示意圖（巷道縱向視圖）1一單軌吊環；2一單軌；3一移動裝裏；4一支撐杆，5一水槽架，6一水槽；7一鋼絲繩（3）XGS型隔爆棚（容器）如圖3-3-2所示。圖3-3-2XGS型隔爆容器吊掛示意圖1一夾持器；2一倒”T”字架；3一隔爆容器

其特點是安裝適應性強，能利用倒“T”字架配合不同的夾持器在不同支護方式、不同形狀的巷道中點式或線式安裝（見圖3-3-3、圖3-3-4）。

圖3-3-3線式安裝示意圖l一支撐杆；2一夾持器；3一倒“T”宇架；4一隔爆容器圖3-3-4點式安裝示意圖1一錨杆；2一夾持器；3一隔爆器2．岩粉棚岩粉棚分輕型和重型兩類。圖3-3-5岩粉棚岩粉棚的設置應遵守以下規定：①按巷道斷面積計算，主要岩粉棚的岩粉量不得少於400kg/m2，輔助岩粉棚不得少於200kg/m2；②輕型岩粉棚的排間距1.0～2.0m,重型為1.2～3.0m；③岩粉棚的平臺與側幫立柱（或側幫）的空隙不小於50mm，岩粉表面與頂梁（頂板）的空隙不小於100mm，岩粉板距軌面不小於1.8m；④岩粉棚距可能發生煤塵（瓦斯）爆炸的地點不得小於60m，也不得大於30Om；⑤岩粉板與臺板及支撐板之間，嚴禁用釘固定，以利於煤塵爆炸時岩粉板有效地翻落；⑥岩粉棚上的岩粉每月至少檢查和分析一次，當岩粉受潮變硬或可燃物含量超過20%時，應立即更換，岩粉量減少時應立即補充。(二)自動隔爆裝置自動抑爆裝置是利用感測器探測爆炸信號，觸發自帶的動力源噴灑消焰劑，形成抑制帶。自動抑爆裝置主要由感測器、控制儀、噴灑器組成。下麵介紹2種新型的自動隔爆裝置：1.ZYB-S型自動產氣式抑爆裝置圖3-3-6ZYB-S型自動產氣式抑爆裝置的抑爆原理示意圖1一火焰陣面；2一火焰感測器；3一控制單元；4一噴灑器2．YBW-I型無電源觸發式抑爆裝置 圖3-3-7YBW-l型無電源觸發式抑爆裝置組成框圖圖3-3-9WDY噴灑器在巷道中安裝結構示意圖1一錨杆；2一工字鋼；3一連接器；4一滾輪；5一噴灑器圖3-3-8WDY噴灑器結構示意圖1一牆蓋；2一外殼；3一儲水泡沫；4一接線盒；5一導爆索其安裝結構如圖3-3-9所示。第四節煤塵爆炸事故的處理

主要內容一、煤塵爆炸事故的處理方法二、煤塵爆炸的特徵注意：（1）災害發生時首先切斷災區（甚至災區周圍的區域）的電源，而且停電操作應在災區以外的地點進行，以免引起再次爆炸；（2）對災區進行偵察過程中，發現火源立即撲滅，防止二次爆炸。（3）救災過程中要注意尋找煤塵爆炸的痕跡和判斷起爆源；（4）煤塵連續爆炸的可能性很大，思想上和物資上應有準備，以免措手不及，避免出現難以控制的局面。一、煤塵爆炸事故的處理方法二、煤塵爆炸的特徵

通常，煤塵爆炸具有以下特徵：（1）在巷道壁和支架上留有粘焦（皮渣與粘塊）。圖3-4-1粘焦

①當煤塵爆炸速度較小時，火焰和衝擊波以較慢的速度傳播，皮渣和粘塊在支柱的兩側，爆炸傳來的方向堆積較密；

②當爆炸速度很大時，皮渣和粘塊在支柱的迎風側；

③當爆炸速度極大時，皮渣和粘塊在支柱的背風側，而在迎風側有火燒痕跡。（2）煤塵的成分發生變化。（3）煤塵爆炸時氣體的碳氫比（C/H），明顯高於瓦斯（甲烷）爆炸。（4）災區空氣中CO濃度很高。（5）煤塵爆炸具有連續性。（6）連續爆炸時，離開爆源越遠其破壞力越大。復習題1．什麼是礦塵？有哪些危害？2．常見的礦塵分類方法有哪些？分別是如何分類的？3．礦塵含量的計量指標有哪些？其定義分別是什麼？4．礦塵的危害性主要表現在哪幾個方面？5.礦山塵肺病分為哪幾類？影響塵肺病的發病因素有哪些？6．煤塵爆炸的條件是什麼？影響煤塵爆炸的因素有哪些？7．常見的減塵措施有哪些？影響煤層注水效果的因素有哪幾個方面？8．灑水降塵的作用是什麼？9．何謂最低及最優排塵風速？掘進工作面通風除塵對通風工藝的要求有哪些？10.常見的濕式除塵裝置有哪些？隔塵措施有哪些？

11．撒布岩粉抑制煤塵爆炸時對惰性岩粉的要求是什麼？12．設置水棚應符合哪些基本要求？13．設置岩粉棚應符合哪些基本要求？14．岩粉棚和水棚的限爆作用原理是什麼？15．自動抑爆裝置主要由哪幾部分組成？常見的自動抑爆裝置有哪幾種？16．煤塵爆炸的特徵有哪些？17．封閉火區內火災熄滅的標誌有哪些？？18．火區啟封的方法有哪些？問題思考

1．為什麼采空區遺煤自燃與否主要取決於工作面的推進速度和自燃帶最大寬度Ll+L2？2．封閉采區內的火區時，是否會造成鄰近采空區內瓦斯被大量吸出引起爆炸？3．煤塵爆炸與瓦斯爆炸有何異同？

矿井火灾防治

一、礦井火災發生的基本要素（1）熱源。（2）可燃物。（3）空氣。火災的3個要素必須同時存在，且達到一定的數量，才能引起礦井火災，缺少任何一個要素，礦井火災就不可能發生。二、礦並火災的分類

（1）根據不同引火熱源，礦井火災可分為外因火災和內因火災。（2）根據不同發火地點，礦井火災分為井筒火災、巷道火災、採煤工作面火災、煤柱火災、采空區火災和硐室火災。（3）根據不同燃燒物，礦井火災可分為機電設備火災、火藥燃燒火災、油料火災、坑木火災、瓦斯燃燒火災和煤炭自燃火災。三、煤炭自燃發火

1.煤的氧化自燃過程其過程如圖圖2-1-1所示。（1）潛伏期。（2）自熱期。（3）自燃。在《礦井防滅火規範》中規定出現下列現象之一，即為自燃發火。圖2-1-1煤自燃發展過程示意圖

①煤因自燃出現明火、火炭或煙霧等現象；②由於煤炭自熱而使煤體、圍岩或空氣溫度升高至70℃以上；③由於煤炭自熱而分解出CO、C2H4或其他指標氣體，在空氣中的濃度超過預報指標，並呈逐漸上升趨勢。

2．煤炭自燃的條件從煤的氧化自燃過程可以看出，煤炭自燃必須具備以下三個條件：(1）煤炭具有自燃的傾向性，並呈破碎狀態堆積存在；(2）連續的通風供氧維持煤的氧化過程不斷地發展；(3）煤氧化生成的熱量能大量蓄積，難以及時散失。3．煤的自燃發火期煤炭自燃發火是一漸變過程，要經過潛伏期、自熱期和燃燒期三個階段，因此，具有自燃傾向性的煤層被揭露後，要經過一定的時間才會自燃發火。這一時間間隔叫做煤層的自燃發火期，是煤層自燃危險在時間上的量度。自燃發火期愈短的煤層，其自燃危險性愈大。

4．影響煤炭自燃發火的因素煤炭自燃發火是一個複雜的物理化學過程，影響煤炭自燃發火的因素較多，概括起來主要有如下幾個方面：（1）煤的自燃傾向性煤的自燃傾向性主要取決於以下幾個方面：①煤的變質程度。②煤的孔隙率和脆性。③煤岩成分。④煤的水分。⑤煤中硫和其他礦物質。⑥煤中的瓦斯含量。（2）煤層的賦存地質條件

①煤層越厚與傾角。②地質構造。

③煤層埋藏深度。④圍岩的性質。（3）開拓系統（4）採煤方法（5）漏風條件（如圖2-1-2）圖2-1-2采空區散熱、自燃、窒息三帶分佈示意圖

四、礦井火災的危害

礦井火災的發生具有嚴重的危害性，主要表現在以下幾個方面：（1）人員傷亡。（2）礦井生產接續緊張。（3）巨大的經濟損失。（4）污染環境

五、火風壓

圖2-1-31、火風壓的計算方法如圖2-1-3所示。2、火風壓的特性（l）火風壓產生於煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中；（2）火風壓的作用相當於在高溫煙流流過的風路上安設了一系列輔助通風機；（3）火風壓的作用方向總是向上。3、風流的紊亂形式（1）旁側支路風流逆轉。如圖2-1-4所示。（2）主幹風路煙流逆退。如圖2-1-5所示。圖2-1-4旁側支路風流逆轉

圖2-1-5主幹風路煙流逆退（3）火煙滾退。如圖2-1-6所示。圖2-1-6火煙滾退示意圖

六、礦井火災防治的技術途徑（一）外因火災防治的技術途徑外因火災是由外部火源引起的火災。預防外因火災發生的技術途徑有兩個方面：一是防止火災產生；二是防止已發生的火災事故擴大，以儘量減少火災損失。1．預防外因火災產生的措施(1)防止失控的高溫熱源產生和存在。(2)儘量不用或少用可燃材料，不得不用時應與潛在熱源保持一定的安全距離。(3)防止產生機電火災。(4)防止摩擦引燃：①防止膠帶摩擦起火。膠帶輸送機應具有可靠的防打滑、防跑偏、超負荷保護和軸承溫升控制等綜合保護系統；②防止摩擦引燃瓦斯。(5)防止高溫熱源和火花與可燃物相互作用。

2．預防外因火災蔓延的措施其措施有：①在適當的位置建造防火門，防止火災事故擴大。②每個礦井地面和井下都必須設立消防材料庫。③每一礦井必須在地面設置消防水池，在井下設置消防管路系統。④主要通風機必須具有反風系統或設備，並保持其狀態良好。（二）自燃發火防治的技術途徑

第二節開採技術預防自燃發火

主要內容一、井下易於自燃的區域二、開拓開採技術預防自燃發火的措施

一、井下易於自燃的區域(1)采空區。(2)煤柱。(3)巷道頂煤。(4)斷層和地質構造附近。二、開拓開採技術預防自燃發火的措施

從防止礦井自燃發火的角度出發，開拓開採技術總的要求是：①提高回採率，減少丟煤，即減少或消除自燃的物質基礎。②限制或阻止空氣流入和滲透至疏鬆的煤體，消除自燃的供氧條件。③使流向可燃物質的漏風，在數量上限制在不燃風量之下，在時間上限制在自燃發火期以內。為滿足上述要求，通常應採取以下技術措施：圖2-2-1上下區段分采同掘l—工作面運輸巷；3—聯絡巷2—下區段工作面回風巷；1、合理確定開拓方式（1）盡可能採用岩石巷道。（2）分層巷道垂直重疊佈置。（3）分采分掘佈置區段巷道。見圖2-2-1、圖2-2-2。

圖2-2-2上下區段分采分掘1—工作面運輸巷掘進頭；2—下區段工作面回風巷掘進頭（4）推廣無煤柱開採技術。在確定開拓方式和採取巷道佈置時，還要考慮通有利於通風系統防火及均壓放滅火等有關通風系統管理的要求。2、選擇合理的採煤方法（1）長壁式採煤方法的巷道佈置簡單，采出率高，有較大的防火安全性，特別是綜合機械化的長壁工作面，回採速度快、生產集中、單產高，在相同產量的條件下煤壁暴露的時間短、面積小，對於防止自燃發火非常有利。（2）在合理的採煤方法中也應包括合理的頂板管理方法。（3）選擇先進的回採工藝和合理的工藝參數，以便盡可能提高回採率，加快回採進度。（4）合理確定近距離相鄰煤層（下煤層頂板冒落高度大於層間距）和厚煤層分層同采時兩工作面之間的錯距，防止上、下采空區之間連通。（5）選擇合理的開採順序

第三節通風措施防治自燃發火

主要內容一、選擇合理的通風系統二、增阻減少漏風防滅火三、均壓減少漏風防滅火一、選擇合理的通風系統1）選擇合理的通風系統。（見圖2-3-1）圖2-3-1通風的系統選擇(a)—前進式；(b)—後退式（2）實行分區通風。（3）選擇合理的采區和工作面通風系統。如采空區漏風較為嚴重工作面，工作面較短時可採用後退式U型通風系統（圖2-3-2），工作面較長時可採用後退式W型通風系統（圖2-3-3）。圖2-3-2U型通風系統

圖2-3-3W型通風系統二、增阻減少漏風防滅火

圖2-3-41、合理確定通風構築物的位置例如，圖2-3-4的巷道AB間煤柱內有裂隙ced，構成漏風通路。2、堵漏措施（1）沿空巷道掛簾布。（2）利用飛灰充填帶隔絕有空區。（3）利用水砂充填帶隔絕采空區。（4）噴塗空氣泡沫防止漏風。（5）凝膠堵塞漏風。（1）風窗上風側風流壓能增加，下風側風流壓能降低；A點風流壓能增加，B點風流壓能降低，其增加和降低的幅度取決於風窗的阻力和該分支在網路中所處的地位；（2）因風量減小，風窗前後風路上的壓力坡度線變緩。圖2-3-5調節風窗調壓的原理（一）不同調壓設施局部調壓的原理1、調節風窗調壓的原理如圖2-3-5(a)所示，對比兩者可見：三、均壓減少漏風防滅火2、風機調壓的原理圖2-3-6風機調壓的原理

3、風窗-風機聯合調壓的原理（1）風窗——風機增壓調節。所謂增壓調節是指使兩調壓裝置中間的風路上風流的壓能增加。為此，風機安裝在風窗的上風側。圖2-3-7(a)、（b）分別表示風量不變和風量減少時壓力分佈變化特點。（2）風窗——風機聯合降壓調節。做降壓調節時，風窗安裝在上風側，風機安裝在下風側。調壓前後壓能變化規律可根據上圖分析做類似分析。

圖2-3-7風窗一風機聯合增壓調節(二)均壓防滅火的方法1、開區均壓1）並聯漏風的開區均壓如圖2-3-8。

圖2-3-8采空區並聯漏風（1）當自燃高溫火點處於如圖2-1-2所示的自燃帶Ⅱ中後部（靠近窒息帶）時，則可用降低漏風壓差（工作面通風阻力）的方法，減小漏風帶寬度，使窒息帶覆蓋高溫點。其措施有：①在工作面進風或回風中安設調節風窗，或稍稍啟開與工作面並聯風路中的風門d。②在工作面下端設風障或掛風簾（如圖2-3-9）。這種方法對於減少采空區的瓦斯湧出也是有利的。圖2-3-9工作面下端掛設風簾後三帶分佈（2）高溫點位於自燃帶的前部（靠近散熱帶附近）時，採用減小風量的方法不能使其被窒息帶覆蓋時，一般也可採用在工作面下端掛風簾的方法來減小火源所在區域內的漏風，同時加快工作面的推進速度，使窒息帶快速覆蓋高溫點。（3）如果高溫點位置不好判斷時，可以在工作面進風或回風中安設調節風窗，或稍稍啟開與工作面並聯風路中的風門。2）角聯漏風的調壓采空區內除存在並聯漏風外，還有部分漏風與其他風巷或工作面發生聯繫，這種漏風叫角聯漏風。如圖2-3-10（a）所示。圖2-3-10采空區角聯漏風3）複雜漏風圖2-3-10采空區複雜漏風

圖2-3-10為從不明區域漏入,消除這類漏風，抑制采空區遺煤自燃，通常的做法是在回風巷安設調節風門，提高工作面空氣的絕對壓力，為了不減少工作面的供風量，可在工作面進風巷安設風機。

圖2-3-11調壓風窗對火區影響示意圖2、閉區均壓1）風門、風窗調節法如圖2-3-11，在並聯網路中一個分支有火區存在，可以在如圖2-3-11a所示的1-2分支上或如圖2-3-11b所示的3-4分支上安設調壓風窗來減少火區兩側的壓差。2）風筒風機調節法如圖2-3-12所示圖2-3-12風筒風機調節法示意圖3）調壓氣室均壓（1）連通管調壓氣室。（圖2-3-13示）圖2-3-13連通管調壓氣室示意圖1一調壓管；2一輔助密閉；3一密閉；4一壓差計（2）風機調壓氣室。（圖2-3-14）圖2-3-14風機調壓氣室示意圖1一風機；2一氣室密閉；3一永久密閉；4一壓差計

第四節介質法防滅自燃發火

主要內容一、灌漿防滅火二、凝膠防滅火三、阻化劑防滅火四、惰氣防滅火五、泡沫防滅火一、灌漿防滅火

灌漿就是把粘土、粉碎的葉岩、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配製成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區裏，達到防火和滅火的目的。（一）灌漿防滅火的機理（1）泥漿中的沉澱物將碎煤包裹起來，隔絕或減小煤與空氣的接觸和反應面；（2）漿水浸潤煤體，增加煤的外在水分，吸熱冷卻煤岩，減緩其氧化進程；（3）沉澱物充填於浮煤和冒落的岩石縫隙之間，堵塞漏風通道，減少漏風。灌漿防火的實質是，抑制煤在低溫時的氧化速度，延長自燃發火期。（二）灌漿系統灌漿系統由制漿設備、輸漿管道和灌漿鑽孔三部分組成。1．漿液的製備（1）漿材的選取。漿材必須滿足下述基本要求：(1)不含或少含可燃和自燃物質；(2)不含催化物質；(3)粒度一般不大於2mm，而且細小顆粒應占大部分。粒度小於1mm的細小顆粒所占比例要達到75％；(4)易於加水製成泥漿，易於脫水，同時還具有一定的穩定性；(6)收縮量盡可能小，含砂量也不超過30％。（2）漿液的製備工藝。泥漿的製備由攪拌機完成，按攪拌機的運動方式可分為固定式和行走式兩種。2．漿液的輸送（1）輸漿壓力與輸漿倍線。輸送漿液的壓力有兩種，一是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進行輸送，叫靜壓輸送；當靜壓不能滿足要求時應採用加壓輸送。前者使用較多。輸漿倍線表示輸漿管路阻力與壓力之間關係，用N表示。靜壓輸送時：加壓輸送時：（2-4-1）（2-4-2）

式中L——漿液自地面管路的入口至灌漿區管路的出口管線總長度，m；

H——漿液入出口之間的高差，m；

h——泥漿泵的壓力，m。倍線一般控制在3～8之間。過大時，應加壓；過小時，容易發生裂管跑漿事故，可在適當的位置安裝閘閥進行增阻。（2）灌漿管道的選擇。當管道中漿液恰好處於無沉積的懸浮狀態時的流速稱為臨界流速（Vc），也叫不淤流速。在這個流速下輸送漿液，既能保證不淤積、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，臨界流速是一重要參數。與臨界流速對應的管徑叫臨界管徑dc，兩者的關係為：（2-4-3）

（3）灌漿鑽孔（三）灌漿防火方法按與回採的關係分，預防性灌漿有：采前預灌、隨采隨灌、采後封閉灌漿等三種。1、采前預灌所謂采前預灌即是在工作面尚未回採前對其上部的采空區進行灌漿。2、隨采隨灌（1）鑽孔灌漿。如圖2-4-2所示圖2-4-2鑽孔灌漿示意圖1—底板消火道；2—回風道；3—鑽孔；4—工作面進風巷（2）小巷鑽孔灌漿。如圖2-4-3所示。圖2-4-3小巷道鑽孔灌漿示意圖1—底板消火道；2—鑽窩巷道；3—鑽孔；4—回風道；5—工作面進風巷（3）埋管灌漿。是在放頂前沿回風巷道在采空區預先鋪好灌漿管，放頂後立即進行灌漿。隨著工作面的推進，按放頂步距用回柱絞車逐漸向外牽引灌漿管，牽引一定距離灌一次漿。（4）灑漿。是從灌漿管接出一段膠管，沿工作面方向向采空區均勻地灑漿。(5)綜采工作面插管灌漿。（見圖2-4-4），圖2-4-4綜放面插管灌漿（2）灌漿後應再灌幾分鐘清水，清洗管道，以免泥漿在管道內沉澱。（3）設置濾漿密閉。在灌漿區下部巷道中必須用濾漿密閉將灌漿區和工作區隔開，而且要求濾漿密閉有一定的強度，防止崩漿事故發生。（4）防止地表水流入井下。在煤層淺部灌漿時，要及時填塞地表塌陷坑及鑽孔，防止地表水流入井下。（5）灌漿區下部採掘。在灌漿區下部進行採掘前，必須對灌漿區進行檢查，一旦發現有積水，必須打鑽放水後，才能進行採掘工作。3、采後灌漿（四）預防性灌漿注意事項有的礦井在灌漿區採掘時曾發生過潰漿事故，造成嚴重損失。為了防止這類事故發生，灌漿時應注意下列事項：（1）經常觀察水情。二、凝膠防滅火

凝膠防滅火技術是20世紀90年代在我國廣泛應用的新型防滅火技術。多用於井下局部煤體高溫或發火的防滅火處理，由於其工藝簡單，操作方便，防滅火效果較好，在有自燃危險煤層的礦區得到廣泛的應用。(1）吸熱降溫作用。(2)堵漏風作用。(3）保水作用凝膠的含水量大於90%，矽酸所形成的立體網狀結構能有效地阻止水的流失。在井下潮濕封閉條件下，凝膠一個月的體積收縮率小於20%，一定時期內能有效地起著堵漏風作用。(4）阻化作用凝膠無論其原料還是最終產物都對煤體具有阻化作用，尤其是成膠後能覆蓋於煤體表面，阻止其氧化。(5）成膠材料來源廣泛，成本低廉，壓注工藝簡單，操作方便。1．雙箱雙泵工藝如圖2-4-5所示。圖2-4-5凝膠防滅火雙箱雙泵工藝原理示意圖2．雙箱單泵工藝其工藝流程如圖圖2-4-6所示。圖2-4-6凝膠防滅火雙箱單泵工藝原理示意圖

凝膠注漿設備目前已經有系列產品出現，如圖2-4-7所示圖2-4-7井下輕便型移動式注膠工藝流程（三）凝膠配方存在的問題和改進

1.方存在的問題凝膠防滅火技術已在我國煤礦得到廣泛應用，但在實踐中也暴露出諸多問題：(1）膠形成過程中釋放出氨氣，污染井下空氣，危害工人健康。(2）膠的強度較低，而且呈剛性，一旦被破壞就不能恢復，因此在壓注完成後，遇礦壓會壓裂，影響堵漏風效果。(3）凝膠成本一般都在60元／m3以上，高於黃泥灌漿、水砂充填等的成本，不適合大面積充填防滅火使用。

2.改進型配方針對傳統凝膠存在的諸如膠形成過程中釋放出氨氣、膠的強度較低且呈剛性、凝膠成本較高等問題，近年來改進型配方主要有以下幾種：三、阻化劑防滅火（一）阻化防火機理阻化劑只有與水混合成一定濃度的水溶液後才能抑制和起到防火作用，其防滅火機理為：①增加煤在低溫時的化學惰性，使煤炭和氧的親合力降低；②形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；③充填煤柱內部裂隙；④增加煤體的蓄水能力；⑤水分蒸發吸熱降溫。實質是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自燃發火期。(1）無氨味凝膠配方。(2）分子結構型膨脹凝膠。(3）粉煤灰膠體。

（2）注液量注液量的大小與注液控制範圍煤量成正比。其計算公式如下：

T=KDV（2-4-4）式中T―日注液量，t;K―噸煤用液量，t/t;D―實體煤容重，t/m3;V―注液控制煤體體積，m3;

（三）阻化劑材料和濃度選擇（1）阻化材料選擇。（2）藥液濃度。（四）阻化防火工藝

1.壓注阻化劑（1）壓注工藝2.汽霧阻化（1）汽霧阻化系統如圖2-4-8所示

圖2-4-8采空區噴送霧狀阻化劑系統1—阻化劑溶液箱；2—輸液泵；3—自動過濾；4—高壓軟管；5—支架；6—漏風方向；7—霧化發生器

（2）噴霧量噴霧量的大小與采空區丟煤量成正比。其計算公式如下：T=KADLHS/R（2-4-5）式中

T―日噴霧量，t;R―霧化率，%;K―噸煤用液量，t/t;D―實體煤容重，t/m3;L―工作面長度，m;H―工作面采高，m;S―日進尺，m;A―丟煤率，％。3.噴灑阻化劑

工藝系統如圖2-4-9所示。圖2-4-9噴灑阻化劑工藝系統l-供水管；2-永久溶液池；3-水泵；4-壓力錶；5-鐵管；6-閥門；7-膠管；8-噴槍；9-流量計四、惰氣防滅火

惰氣系指不可燃氣體或窒息性氣體，主要包括氮氣、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣等。惰氣防滅火原理：惰氣防滅火就是將惰氣注入已封閉的或有自燃危險的區域，降低其氧的濃度，從而使火區因氧含量不足使火源熄滅。（一）氮氣防滅火技術1.氮氣防滅火機理與惰化指標1)氮氣防滅火機理（l）采空區內注入大量高濃度的氮氣後，氧氣濃度相對減小，氮氣部分地替代氧氣而進入到煤體裂隙表面（2）采空區注入氮氣後，提高了氣體靜壓，降低了漏入采空區的風量，減少了空氣與煤炭直接接觸的機會；（3）氮氣在流經煤體時，吸收了煤氧化產生的熱量，可以減緩煤升溫的速度和降低周圍介質的溫度。（4）采空區內的可燃、可爆性氣體與氮氣混合後，隨著惰性氣體濃度的增加，爆炸範圍逐漸縮小（即下限升高、上限下降）。3.注氮防滅火工藝注氮方式從空間上分為開放式注氮和封閉式注氮；從時間上分為連續性注氮和間斷性注氮。1)開放式注氮當自燃發火危險主要來自回採工作面的後部采空區時，應該採取向本工作面後部采空區注入氮氣的防火方法。具體方式有2種：（1）埋管注氮。2)注氮防滅火惰化指標（1）采空區惰化氧濃度指標不大於煤自燃臨界氧濃度,一般氧含量應小於7％～10％。（2）惰化滅火氧濃度指標不大於3％。（3）惰化抑制瓦斯爆炸氧濃度指標小於12％。（2）拖管注氮。

無論是埋管注氮還是拖管注氮，注氮管的埋設及氮氣釋放口的設置應符合如下要求：A、對採用U型通風方式的採煤工作面，應將注氮管鋪設在進風順槽中，注氮釋放口設在采空區中，如圖2-4-10所示。圖2-4-10注氮管埋設及釋放口位置B、氮氣釋放口應高於底板，以900彎拐向采空區，與工作面保持平行，並用石塊或木垛等加以保護。

C、氮氣釋放口之間的距離，應根據采空區“三帶”寬度、注氮方式和注氮強度、氮氣有效擴散半徑、工作面通風量、氮氣洩漏量、自燃發火期、工作面推進度以及采空區冒落情況等因素綜合確定。

D、注氮管一般採用單管，管道中設置三通。從三通上接出短管進行注氮。2)封閉式注氮（1）旁路注氮。（2）鑽孔注氮。（3）插管注氮。（4）牆內注氮。4.防止采空區氮氣洩漏的措施1)直接堵漏措施。2)均壓措施。5.日常管理應注意的事項（1）注氮量的多少，應根據采空區中的氣體成分來確定。（2）合理設置監測感測器，加強對采空區、工作面和回風槽中02、N2和CO的監測；（3）注入氮氣的純度不得低於97％。（4）注意檢查工作面及回風順槽風流中的瓦斯湧出情況，（5）第一次向采空區注氮，或停止注氮後再次注氮時，應先排出注氮管內的空氣，避免將空氣注入采空區中。（6）在注氮過程中，工作場所的氧濃度不得低於18.5%，6.處理好抽放瓦斯與注氮的關係對於開採高瓦斯、易自燃發火煤層的礦井，當采空區同時要採取這兩種措施時，它們之間存在著相互矛，需要處理好兩者之間的關係。采空區瓦斯抽放破壞了瓦斯的游離狀態與吸附狀態的動態平衡，使一部分吸附狀態的瓦斯按一定的衰減速度不斷地被解吸，當抽放到一定程度後，將有部分氣體進入采空區，來補充采空區被抽走的那部分瓦斯。

應用泡沫充填劑是礦井充填堵漏風防滅火的主要技術手段之一。泡沫是不溶性氣體分散在液體或熔融固體中所形成的分散物系。二相空氣泡沫、二相惰氣泡沫、聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫等在煤礦防滅火中雖已得到應用，但由於二相泡沫穩定性差，聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫成本高，對人體健康有害，應用受到限制。五、泡沫防滅火（二）濕式惰氣滅火濕式惰氣是燃料油與一定比例的空氣混合在惰氣發生裝置（機）內經充分燃燒後產生的煙氣，主要成分為：N2、CO2、CO、H2O蒸汽、O2，其中O2含量一般不超過2%。(一)無機固體三相泡沫的形成機理

1、無機固體三相泡沫的形成機理無機固體三相泡沫由氣源、泡沫液、無機固體粉末組成，其形成過程極為複雜無機固體乾粉包括：固體廢棄物（粉煤灰、矸石粉等）、起固結作用的水泥及添加劑等惰性粉料。（二）無機固體三相泡沫的特點同國內外目前正在使用的有關堵漏防滅火材料性能比較，無機固體三相泡沫具有如下特點：(1）堵漏風效果好，防滅火效果明顯，適用於煤礦井下各種堵漏風的防滅火；(2）防火泡沫流動性好，堵漏風充填可靠，滅火泡沫膠凝早，強度增長快，強度高，適宜巷道空洞直接堆積垛起，可快速熄滅高頂火災；(3）成本降低50％以上；(4）材料易取，尤其是利用粉煤灰可改善電廠環境降低除灰成本；(5）安全性、環保性好。（三）無機固體三相泡沫物理性能調控井下不同地點對無機固體三相泡沫物理性能的要求不同。（四）無機固體三相泡沫的充填工藝1.高冒頂充填作業工藝（1）如圖2-4-11所示，圖2-4-11高冒頂空洞充填示意圖2.沿空側空洞充填作業工藝如圖2-4-12所。圖2-4-12沿空側空洞充填示意圖

2)充填時沿中心位置的預埋管依次向四周充填，每個位置每次充填一定時間，如此迴圈可使泡沫有效初凝和增長強度，有利於泡沫的穩定。(3)如此迴圈作業直至下一個鋼管排出泡沫時，說明此位置已被充填至空洞頂。第五節礦井火災處理

主要內容一、發生礦井火災時應採取的措施二、風流控制三、消滅礦井火災的方法四、高瓦斯礦井處理火災時的注意事項五、火區的管理與啟封一、發生礦井火災時應採取的措施

礦井發生火災時，每個人都必須嚴守紀律、服從命令，決不能驚慌失措，擅自行動（一）撤出及救護災區人員煤礦井下發生火災時，礦領導及有關人員的首要任務是保護井下人員的安全，應迅速從危險區撤出與救災無關的人員，同時採取一定的通風措施防止風流逆轉。（二）偵察火區火災發生後，應立即派出礦山救護隊和輔助救護隊人員偵察火區。首先偵察是否有遇難人員，弄清火源的地點，火災的性質及火災的範圍。為採取有效的滅火措施提供依據。同時，切斷火區電源，派專人量風測氣，觀察頂板動態，注意風流的變化，防止事故擴大。二、風流控制

災變時期通風調度決策正確與否對救災工作的成敗極為重要。

1．風流紊亂的原因、規律及其防治（1）上行風路產生火風壓發生風流逆轉的原因主要是：①因火風壓的作用使高溫煙流流經巷道各點的壓能增大；②因巷道冒頂等原因造成火源下風側風阻增大，導致主幹風路火源上風側風量減小，沿程各節點壓能降低。為了防止旁側風路風流逆轉，主要措施有：①降低火風壓；②保持主要通風機正常運轉；③採用打開風門、增加排煙通路等措施減小排煙路線上的風阻。

防止逆退措施是：減小主幹風路排煙區段的風阻；在火源的下風側使煙流短路排至總回風；（如圖2-5-1），以增加風速（圖2-5-2）。圖2-5-1擋風牆

圖2-5-2風障（2）下行風路產生火風壓（3）風流逆退的原因、規律及其防治2、火災時常用的幾種通風制度（1）維持正常通風，穩定風流這一制度的適用條件是：①火源位於采區內部，煙流已彌蔓較大範圍，井下人員分佈範圍大；②通風網路複雜的高瓦斯礦井，③火源位於獨頭掘進巷道內，不能停運局部通風機；④火源位於采區或礦井主要回風巷，維持原風向有利於火煙迅速排出；⑤減少向火源供風抑制火勢發展（2)停風機在以下情況下可考慮：①火源位於進風井口或進風井筒，不能進行反風；②獨頭掘進面發火已有較長的時間，瓦斯濃度已超過爆炸上限，這時不能再送風；③主通風機已成為通風阻力時。（3)反風按範圍分，有全礦反風、區域反風和局部反風三種。（1）全礦反風。通過主通風機及其附屬設施實現。（2）區域性反風。在多進、多回的礦井中某一通風系統的進風大巷中發火時，調節一個或幾個主通風機的反風設施，實現礦井部分地區風流反向的反風方式，稱為區域性反風。（3）局部反風。當采區內發生火災時，主要通風機保持正常運行，調整采區內預設的風門開關狀態，實現采區內部局部風流反向，這種反風方式稱為局部反風。（4)風流短路

三、消滅礦井火災的方法（一）直接滅火法由於發火地點和發火特徵的差異，內因火災與外因火災在直接滅火時方法有所不同。內因火災介質法直接滅火的有關技術上一節已經介紹。下麵，重點介紹外因火災的直接滅火技術。1．用水滅火用水滅火，簡單易行，經濟有效。其作用和注意事項如下：（1）水的滅火作用。（2）用水滅火的注意事項①供水量要充足。②確保正常通風。③當火勢旺時，應先將水流射向火源週邊。④水能導電。⑤水比油重，因此，水不能撲滅油類火災。（1）泡沫滅火器，如圖2-5-3所示。圖2-5-3泡沫滅火器1—機身；2—機蓋；3—玻璃瓶；4—鐵架；5—噴嘴；6—鹼性藥液；7—酸性藥液2．用砂子（或岩粉）滅火把砂子（或岩粉）直接撒在燃燒物體上能隔絕空氣，將火撲滅。3．用化學滅火器滅火（2）乾粉滅火器。目前礦用乾粉滅火器是以磷酸銨粉為主藥劑的。4．用高倍數空氣機械泡沫滅火高倍數空氣機械泡沫是用高倍數泡沫劑和壓力水混合，在強力氣流的推動下形成的。其工藝系統如圖2-5-4所示。圖2-5-4高倍數泡沫滅火裝置1—風機；2—泡沫發射器，3—潛水泵；4—管路；5—泡沫劑；6—水桶；7—噴嘴，8—棉線網；9—水管；10—水柱計；11—密閉（二）隔絕滅火法隔絕滅火法是在直接滅火法無效時採用的滅火方法1．封閉火區的原則封閉火區的原則是：“密、小、少、快”四字。2．封閉火區的方法封閉火區的方法分為三種：(1)鎖風封閉火區。(2)通風封閉火區。(3)注惰封閉火區。3．防火牆的類型根據防火牆所起的作用不同，可分為臨時防火牆、永久防火牆及耐爆防火牆等。(1）臨時防火牆臨時防火牆的作用是暫時遮斷風流，防止火勢發展，以便採取其他滅火措施。

氣囊快速臨時防火牆，又稱充氣密閉。石膏防爆防火牆，是以石膏為基料，另加些助凝劑，在噴射機內攪拌噴灌成型的一種防火牆。(2)永久防火牆永久防火牆的作用在於長期嚴密地隔絕火區、阻止空氣進入。因此要求堅固、密實。

(3)耐爆防火牆（圖2-5-5）。圖2-5-5水砂充填耐爆防火牆1—秫秸簾子；2—磚牆，3—充填管；4—觀測孔；5—注漿管；6—放水管；7—返水池4．建立防火牆的順序火區封閉後必然會引起其內部壓力、風量、氧濃度和瓦斯等可燃氣體濃度變化；目前基本上有兩種：一是先進後回（又稱為先入後排）；二是進回同時。（三）混合滅火法混合滅火法就是先用防火牆將火區封閉，然後再採取其他滅火手段，如灌漿、調節風壓和充入惰性氣體等加速火的熄滅。四、高瓦斯礦井處理火災時的注意事項

高瓦斯礦井處理火災時，對災區進行合理的通風，對防止瓦斯爆炸有決定性的作用，採取相應的措施。（1）上、下山和運輸平巷發火時，如果在火源的上風側有掘進頭和廢巷，應將積存瓦斯的巷道嚴密封堵。（2）處理高瓦斯礦高冒處火災時，必須在噴霧水槍的掩護下（迫使火源局限在高冒處），在火源的下風側設水幕，然後在高冒處兩端用水槍滅火。（3）處理高瓦斯礦井獨頭巷道火災時，不能停風，要在保持正常通風或加大風量的條件下處理火災。（4）當直接滅火無效或不可能時，應封閉火區。在高瓦斯礦封閉火區是相當危險的工作。（5）封閉采區內的火區時，還應考慮某巷道封閉後，是否會造成鄰近采空區內瓦斯被大量吸出通過火源引起爆炸？另外，還必須強調一下，任何情況下（無論是高瓦斯礦、還是低瓦斯礦），不准先堵回風，後堵進風，否則會造成火煙逆退或發生瓦斯爆炸。五、火區的管理與啟封

火區封閉以後，雖然可以認為火勢已經得到了控制，但是對礦井防滅火工作來說，這僅僅是個開始，在火區沒有徹底熄滅之前，應加強火區的管理，待徹底熄滅後啟封。（一）火區的管理火區管理工作包括對火區所進行的資料分析、整理以及對火區的觀測檢查等工作。1、繪製火區位置關係圖、建立火區卡片2、火區檢查觀測與日常管理在火區日常管理工作中，防火牆的管理佔用重要的地位，因此必須遵循以下原則：(1）每個防火牆附近必須設有柵欄、提示警標，禁止人員入內，並懸掛說明牌。(2）定期測定和分析防火牆內、外的氣體成分、溫度和壓差以及防火牆的破損變形情況等，(3）所有測定和檢查結果都必須記入防火記錄本中，並及時繪製隨時間變化的曲線圖。（二）火區啟封技術1、判別火區火熄滅的條件(1)火區內溫度下降到30℃以下，或與火災發生前該區的空氣日常溫度相同；(2火區內的氧氣濃度降到5％以下；(3)火區內空氣中不含有C2H2、C2H4,CO在封閉期間內逐漸下降，並穩定在0.001%以下；(4)火區的出水溫度低於25℃，或與火災發生前該區的日常出水溫度相同；(5)以上四項指標持續穩定的時間在1個月以上。現場應用時要注意以下幾個問題：(1）火區內空氣的溫度、氧氣濃度、CO濃度，都應在大氣壓力穩定或下降期間於回風側防火牆內或鑽孔中測取，並以最大值為准；(2)火區的出水溫度應以火區所有出水的防火牆或鑽孔中出水的最大溫度為准；(3）在上述地點測得的指標，應保持連續測定時間不少於30天，每天不少於3次。2、火區啟封（1）鎖風啟封火區鎖風啟封火區也稱分段啟封火區，適用於火區範圍較大、難以確認火源是否徹底熄滅或火區內存積有大量的爆炸性氣體的情況下。（2）通風啟封火區通風啟封火區也稱為一次性打開火區，適用於火區範圍較小並確認火源已經完全熄滅的情況下。打開進、回風側防火牆後，應採用強風流向火區通風，以沖淡和稀釋火區積存的瓦斯。通風啟封火區的過程中，應經常檢查火區氣體，如有異常情況應及時處理。復習題1．什麼是煤炭自燃發火？煤炭自燃發火經過哪幾個階段？2．煤炭自燃的條件是什麼？什麼是煤的自燃發火期？3．煤的自燃傾向性主要取決於哪幾個方面的因素？4．影響煤炭自燃的地質開採因素有哪些？5.什麼是火風壓？火風壓的特性是什麼？6．如何計算火風壓？7．風流的紊亂形式有哪此？8．開拓開採技術預防自燃發火的措施有哪些？9．通風措施防治自燃發火的原理是什麼？主要有哪些技術途徑？10.均壓防滅火的實質是什麼？均壓防滅火的方法有哪些？

11．不同調壓設施局部調壓的原理是什麼？12．介質法防滅自燃發火的方法有哪些？其各自的原理是什麼？13．火災發生在上行風流和下行風流中時，風流逆轉的地點有何不同？採取哪些措施能防止風流逆轉和逆退？14．礦井發火時對通風制度的基本要求是什麼？火災時常用的通風制度有哪幾種？15．消滅礦井火災的方法有哪些？用水滅火時應注意哪些事項？16．封閉火區內火災熄滅的標誌有哪些？17．火區啟封的方法有哪些？問題思考1．為什麼采空區遺煤自燃與否主要取決於工作面的推進速度和自燃帶最大寬度Ll+L2？2．封閉采區內的火區時，是否會造成鄰近采空區內瓦斯被大量吸出引起爆炸？

矿井水灾防治

礦井水對生產的影響主要表現在以下幾方面：(1）由於礦井水在採掘工作面可出現淋水，使空氣濕度明顯增加，頂板破碎，對勞動條件及生產效率影響很大。(2）由於礦井水的存在，在生產中必須進行排水，水量越大，排水費用越高，勢必增加煤炭生產成本。(3）礦井水對各種金屬沒備、鋼軌和金屬支架等，均有腐蝕作用，這就縮短了生產設備的使用壽命。(4）當井下突然湧水或其水量超過礦井排水能力時，則會給生產帶來嚴重影響.一、礦井水災及其對生產的影響二、礦井充水程度指標

生產礦井常用含水係數（KB）或礦井湧水量(Q)兩個指標來表示礦井充水程度。1.含水係數含水係數又稱富水系數，它是指生產礦井在某時期排出水量Q（m3）與同一時期內煤炭產量P(t)的比值。即礦井每采1t煤的同時，需從礦井內排出的水量。含水係數KB的計算公式為：