煤矿灾害防治技术课件

煤矿灾害防治技术课件第一章矿井瓦斯灾害防治

目录第一节基本概念和理论概述第二节瓦斯爆炸及突出的规律第三节瓦斯爆炸的防治与处理技术第四节煤与瓦斯突出防治与处理第五节矿井瓦斯抽放

复习题

问题思考第一节基本概念和理论概述

主要内容一、矿井瓦斯的定义及性质二、矿井瓦斯的成因和分带三、煤层瓦斯的赋存状态四、矿井瓦斯的涌出五、瓦斯涌出的影响因素六、矿井瓦斯等级一、矿井瓦斯的定义及性质1．矿井瓦斯的定义从广义上讲，矿井瓦斯是指从煤层或岩层中放出或生产过程中产生并涌入到矿井内的各种气体。狭义的讲，矿井瓦斯专指甲烷（CH4）。后面章节中所谈的瓦斯概念，一般为甲烷。

2．矿井瓦斯的性质瓦斯是无色、无味、无臭、无毒的气体。瓦斯比空气轻，其比重为O.554，因此在煤矿井下常积聚在巷道顶部或上山迎头。瓦斯的扩散能力是空气的1.6倍，且渗透能力很强。瓦斯微溶于水，瓦斯不助燃，但条件适宜时能发生燃烧和爆炸。二、矿井瓦斯的成因和分带1、矿井瓦斯的成因成气过程可分为两个阶段：第一阶段为生物化学成气时期；第二阶段为煤化变质作用时期。2.煤层瓦斯垂直分带根据井下煤层瓦斯组分和含量，将煤层瓦斯按赋存深度不同自上而下分为4个带：N2—CO2带、N2带、N2—CH4带和CH4带（见图1-1-1）。

图1-1-l顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化I—N2-CO2；II—N2；III—N2-CH4；IV—CH4

图1-1-2煤体中瓦斯的赋存状态示意图1-自由瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体；5-空隙

三、煤层瓦斯的赋存状态1、瓦斯的赋存状态矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态。自由状态又称游离状态。吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。自由瓦斯和吸附瓦斯关系：二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。

2.影响煤层瓦斯含量的因素（1）煤田地质史。（2）地质构造。（3）煤层的赋存条件。（4）煤层的围岩性质。（5）煤的变质程度。（6）岩浆活动。（7）水文地质条件。

3.煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。四、矿井瓦斯的涌出1．矿井瓦斯涌出形式瓦斯从煤层或围岩中涌出的形式有两种：（1）普通涌出。（2）特殊涌出。

2．矿井瓦斯涌出量（1）Q绝=Q×C×60×24（1-1-1）式中Q—矿井总回风道风量，m3/d；

C—回风流中的平均瓦斯浓度，%。（2）q相=Q绝×n/T（1-1-2）式中Q绝—矿井绝对瓦斯涌出量，m3/d；

n—矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d/月；

T—矿井瓦斯鉴定月的产量，t/月。（1）煤层和围岩的瓦斯含量（2）开采深度（3）开采规模（4）开采顺序与开采方法。（5）地面气压的变化。五、瓦斯涌出的影响因素《规程》规定：一个矿井中，只要有一个煤（岩）层中发现过瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理，矿井瓦斯等级，按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式划分为：低瓦斯矿井：10m3及其以下；高瓦斯矿井：10m3以上。煤与瓦斯突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出，该矿井即为突出矿井，发生突出的煤层定为突出煤层。六、矿井瓦斯等级第二节瓦斯爆炸及突出的规律

主要内容一、瓦斯爆炸二、煤(岩)与瓦斯突出（一）瓦斯爆炸的过程及其危害

1.瓦斯爆炸的化学反应过程最终的化学反应式为：

CH4＋2O2＝CO2+2H2O

如果煤矿井下O2不足，反应的最终式为：

CH4+O2＝CO+H2+H2O2．瓦斯爆炸的产生与传播过程

3．瓦斯爆炸的危害矿内瓦斯爆炸的有害因素是：高温、冲击波和有害气体。一、瓦斯爆炸1、瓦斯爆炸的基本条件

①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5％～16％；

②混合气体中的氧浓度不低于12％；

③有足够能量的点火源以上三条件必须同时具备。柯瓦德爆炸三角形

（二）瓦斯爆炸的条件及影响因素

瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸，而是要经过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期。表1-2-1瓦斯爆炸感应期火源温度/℃瓦斯浓度/﹪火源温度/℃77582587592597510751175感应期/s678910121.081.151.251.31.41.640.580.60.620.650.680.740.350.360.370.390.410.440.200.210.220.230.240.250.120.130.140.140.150.160.0390.0410.0420.0440.0490.055

0.010.0120.0150.0180.02柯瓦德爆炸三角形

2、影响瓦斯爆炸发生的因素（1）其它可燃气体的影响（2）氧浓度和过量惰气的影响（表1-2-2）（3）温度的影响。（4）气压的影响。

可燃气体加入的惰气惰气/可燃气(体积比率)失爆点处的气体(体积)浓度/%可燃气体O2H2N216.554.35.1CO210.205.38.4CH4N23.006.112.1CO23.207.314.6CON24.1213.96.0CO22.1618.68.6表1-2-2可燃气体H2、CH4、CO失爆所需的惰气量（三）矿井瓦斯爆炸的致因

1．瓦斯积聚瓦斯积聚是指体积超过0.5m3时的空间瓦斯浓度超过2％的现象。积聚原因主要有以下几个方面：（1）通风系统不合理。（2）正常生产时期，煤矿井下的通风设施被随意改变其状态。（3）采掘工作面的串联通风。（4）局部通风机停止运转可能使掘进工作面很快达到瓦斯爆炸的界限。（5）对封闭的区域或停工一段时间的工作面恢复通风，未制定专门的排放瓦斯措施。（6）采空区和盲巷中往往积存大量高浓度的瓦斯。（7）当采掘工作面推进到地质构造异常区域时，有可能发生瓦斯异常涌出，造成瓦斯积聚。（8）巷道冒落空洞由于通风不良容易形成瓦斯积聚。（9）小煤矿的瓦斯积聚除上述几个方面外，还有以下几点：

①独眼井开采。

②未安装主要通风机。

③使用局部通风机代替主要通风机。

④回风井筒兼作提升，矿井漏风严重，通风机不能发挥作用。

⑤矿井停工停风或掘进工作面停工停风。

⑥井下通风系统混乱，串联通风严重。

⑦掘进工作面无局部通风机。

⑧没有瓦斯检查、监测制度。

⑨无专门的安全技术人员从事安全管理工作。2．瓦斯爆炸的点火源（1）井下爆破引起的瓦斯爆炸和燃烧事故呈增加的趋势，存在的问题主要有：

①使用了不符合安全要求的炸药或炸药已经超过安全有效期限。

②充填炮泥不合格，造成放炮火焰存在时间过长。

③爆破炮眼布置不合理，抵抗限过低，或者放明炮、糊炮等。

④爆破电路连线不合格，产生电火花。

⑤放炮器不合格或使用明电放炮等。（2）电火花引起的瓦斯爆炸与电器设备的不合格和人员违章操作有关。（3）摩擦撞击火花有时难以避免。（4）井下严禁使用明火。（5）其他情况有。（一）煤(岩)与瓦斯突出分类按照突出物质的不同，突出可分为煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、砂岩和二氧化碳突出，以及煤、岩、二氧化碳和甲烷突出。按照突出动力源的不同，突出又可分为倾出、压出和突出。（二）煤(岩)与瓦斯突出的机理和条件

1.突出机理煤(岩)与瓦斯突出是一种力学现象，是地应力、瓦斯和煤(岩)的物理力学性质3个因素综合作用的结果。地应力、瓦斯和煤(岩)强度是突出的主要自然因素，突出的发生与否取决于这3个因素的一定组合。

典型的煤(岩)与瓦斯突出过程可归结为准备、激发、发展和终止4个阶段。有些突出不是一次完成的，而是有多个循环。二、煤(岩)与瓦斯突出2.突出的条件突出发生必须同时满足以下3个条件：（1）放炮落煤、石门突然揭开煤层、采掘工作面进入地质构造带、打钻、悬顶冒落等使工作面附近煤（岩）体应力状态突然改变，并导致煤（岩）体局部的突然破坏，这是突出的诱发条件。（2）突出诱发后，煤（岩）的暴露面处于高地应力和高瓦斯压力区，使煤（岩）体能产生自发地连续破碎，这是突出的发展条件。（3）煤（岩）体和已破碎的煤（岩）能快速涌出瓦斯（包括游离瓦斯和吸附瓦斯），并形成能抛出已破碎煤（岩）的瓦斯流，这是突出发展的必要条件。（三）煤(岩)与瓦斯突出的一般规律和预兆

1.煤(岩)与瓦斯突出的一般规律（1）危险性随开采深度及煤层厚度增大而增大。（2）绝大多数发生在掘进工作面。（3）引起应力状态突然变化的区域：（4）主要诱导因素是采掘作业，其次为爆破、风镐、手镐作业。

2.突出预兆突出预兆主要有以下几种：

①声响预兆。②煤结构变化预兆：

③地压方面的预兆。④瓦斯方面的预兆。

⑤其他预兆。第三节瓦斯爆炸的防治与处理技术

主要内容一、防止瓦斯积聚的技术措施二、防止点火源的出现三、加强瓦斯的检查和监测四、瓦斯爆炸的处理要点

一、防止瓦斯积聚的技术措施（一）按照《规程》的要求做好通风工作（1）矿井通风必须采用机械通风。（2）所有没有封闭的巷道必须保持足以稀释瓦斯到规定界限的风量和风速。（3）采煤工作面必须保持风路畅通，避免形成串连通风。（4）掘进工作面供风最容易出现安全问题。（5）对高瓦斯矿井，必须使用“三专两闭锁”。（6）整个矿井的生产和通风是相匹配的。（二）及时处理局部聚积的瓦斯

1．回采工作面上隅角的瓦斯积聚处理技术处理的方法有以下几种：

1）增风吹散法（1）风障引流法。（2）液压局部通风机吹散法。（3）脉动通风技术吹散法

2）无火花设备抽排法（1）风筒引射导风法。（2）移动泵站抽放法。（3）尾巷排放法。《煤矿安全规程》对该方法的应用提出如下要求：①工作面风流控制必须可靠；②专用排瓦斯巷道内不得进行生产作业和设置电器设备进。③专用排瓦斯巷道内风速不低于0.5m/s；④专用排瓦斯巷道内必须用不燃性材料支护，并应有防止产生静电、摩擦和撞击火花的安全措施；⑤专用排瓦斯巷道必须贯穿整个工作面推进长度且不得留有盲巷；⑥专用排瓦斯巷道内必须安设甲烷传感器，甲烷传感器应悬挂在距专用排瓦斯巷道回风口15m处。⑦煤层的自燃倾向性为不易自燃。2．刮板输送机底槽的瓦斯积聚处理技术处理的方法有以下几种：（1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽畅通，使瓦斯不易积聚。（2）保持输送机经常运转，即使不出煤也让输送机继续运转，以防止瓦斯积聚。（3）如果发现输送机底槽内有瓦斯超限的区段，可把输送机吊起来，使空气流通排除瓦斯。（4）有压风管路的地点可以将压风引至底槽进行通风，排除积聚的瓦斯。

3．机械化采煤工作面瓦斯积聚的处理（1）加大工作面的进风量。（3）降低瓦斯涌出的不均匀性。（4）抽放瓦斯和煤壁注水。（5）采煤机附近局部瓦斯积聚，可在采煤机的切割部或牵引部安装小型局扇或水力引射器，吹散积存的瓦斯。

4．顶板瓦斯聚积的处理1）顶板附近瓦斯层状积聚的处理预防和处理瓦斯层状积聚的方法有两种：（1）加大巷道内风流速度。（2）加大顶板附近的风速。（3）黄泥抹缝法。（4）瓦斯抽放法。如图1-3-9所示。图1-3-9钻孔抽放裂隙带的瓦斯2）顶板冒落空洞内积存瓦斯处理（1）隔离法，见图1-3-10。（2）引风吹散法，常见的方法有：图1-3-10隔离法

图1-3-11挡风板引风处理冒落空洞中的瓦斯1-挡风板；2-坑木；3-风筒①导风板引风吹散法。（如图1-3-11所示）

②风筒分支吹散法。见图1-3-12③压风管分支吹散法。图1-3-12风筒分支法排放瓦斯5．掘进工作面局部的瓦斯积聚处理技术（1）对于瓦斯涌出量大的掘进工作面尽量使用双巷掘进，每隔一定距离开掘联络巷，构成全负压通风。（2）盲巷部分要安设局部通风机供风。（3）掘进工作面及其巷道中很容易出现冒落空洞或裂隙发育带，对于这些地点积聚的瓦斯应使用上述有关方法予以及时处理。6.恢复有瓦斯积存的盲巷或在打开密闭时的瓦斯处理措施要注意以下几点：（1）最好在非生产班进行。（2）排放工作一般由一个救护小队操作。（3）开动局扇前必须检查局扇附近20m内瓦斯浓度是否超限，开动后要检查局扇附近是否有循环风。（4）瓦斯积存量较大时，应逐段恢复通风。（5）采用巷道积聚瓦斯自控排放装置。1．加强管理，提高防火意识

2．防止放炮火源（1）煤矿井下的爆破必须使用符合《煤矿安全规程》规定的安全炸药。（2）有爆破作业的工作面必须严格执行“一炮三检”的瓦斯检查制度。（3）禁止使用明接头或裸露的放炮母线。要严格执行“三人连锁放炮”制度。（4）炮眼的深度、位置、装药量要符合该工作面作业规程的要求。（5）禁止放明炮、糊炮。（6）严格执行井下火药、雷管的存放、运输的管理规定。二、防止点火源的出现3．防止电气火源和静电火源4．防止摩擦和撞击点火5．防止明火点燃（1）严禁携带烟草、点火物品入井，严禁携带易燃物品入井；（2）严禁在井口房、通风机房、瓦斯泵房周围20m范围内使用明火、吸烟或用火炉取暖。（3）不得在井下和井口房内从事电气焊作业。（4）严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等。（5）井下严禁使用电炉或灯泡取暖。6．防止其他火源1．井下各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施

《规程》对井下各处允许瓦斯浓度的限值及超限时应采取的措施，都作了明确的规定，详见表1-3-1。三、加强瓦斯的检查和监测地点允许瓦斯浓（%）超过允许浓度时必须采取的措施矿井总回风或一翼回风巷≤0.75矿总工程师立即调查原因、进行处理并报告局总工程师采区回风巷、采掘工作面回风流≤1停止作业，由矿总工程师负责采取有效措施进行处理采掘工作面风流中＜1停止电钻打眼，采取措施＜1.5停止工作、切断电源，进行处理采掘工作面个别地点＜2立即进行处理，附近20m内停止进行其他工作使用机械采煤或掘进的工作面局部积聚＜2附近20m内必须停止机器运转，并切断电源进行处理，只有瓦斯浓度降到1％以下时，才允许开动机器放炮地点附近20m以内风流中＜1禁止放炮电动机附近20m以内的风流中＜1.5必须停止设备运转、切断电源进行处理，只有在瓦斯浓度降到1％以下，才允许开动机器表1-3-1井下各处允许的瓦斯浓度值及超限时的措施2．《规程》关于矿井瓦斯检查的制度要求

《矿井瓦斯检查的主要地点有：所有采掘工作面、硐室、使用中的机械电气设备的设置地点、有人员作业的地点、瓦斯可能超限或积聚的地点等。其检查要求如下：（1）采掘工作面的瓦斯浓度检查次数：①低瓦斯矿井每班至少检查两次，高瓦斯矿井每班至少检查3次。②有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量较大、变化异常的采掘工作面，都必须有专人经常检查瓦斯，并安设甲烷断电仪。（2）采掘工作面CO2浓度应每班至少检查两次；有煤（岩）与CO2突出危险的采掘工作面，CO2涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查CO2浓度。本班未进行工作的采掘工作面，瓦斯和CO2应每班至少检查一次；可能涌出或积聚瓦斯或CO2的硐室和巷道的瓦斯或CO2应每班至少检查一次。（3）在有自燃发火危险的矿井，必须定期检查CO浓度、气体温度等的变化情况。（4）井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查一次，挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查一次。（5）在爆破过程中，严格执行“一炮三检制”。（6）其他作业地点或应该检查瓦斯和CO2地点，每班至少检查一次。（7）瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。（8）通风安全管理部门的值班人员，必须审阅瓦斯检查班报表，掌握瓦斯变化情况，发现问题及时处理，并向矿调度室汇报。3.《规程》对矿井瓦斯检查仪器、仪表的要求 4.通风或瓦斯涌出异常时期应特别注意的事项（1）煤与瓦斯突出造成短时间内涌出的大量瓦斯，易形成高瓦斯区。（2）抽放瓦斯系统停止工作时，必须及时采取增加供风、加强监测直至停产撤人的措施，防止瓦斯事故的发生。（3）排除积存瓦斯时可能会造成局部区域的瓦斯超限，必须制定排放方案和保安措施，以保证排放工作的顺利进行。（4）地面大气压力的急剧下降也会造成井下瓦斯涌出异常，必须加强监测，并有相应的防护措施。（5）在工作面接近采空区边界或老顶来压时，会使涌入工作面的瓦斯突然增加，应加强对这一特殊时期瓦斯的监测，总结规律，并做到心中有数。（6）采煤工作面大面积落煤也会造成大量的瓦斯涌出，应适当限制一次放炮的落煤量和采煤机连续工作的时间。四、瓦斯爆炸的处理要点1．必须了解（询问）的内容（1）爆炸地点及其事故波及范围。（2）人员分布及其伤亡情况。（3）通风情况。（4）灾区瓦斯情况。（5）是否发生了火灾？（6）主要通风机工作情况。2．必须分析判断的内容（1）通风系统破坏程度。（2）是否会产生连续爆炸？（3）能否诱发火灾？（4）可能的影响范围。3．必须做出决定并下达的命令（1）切断灾区电源。（2）撤出灾区和可能影响区的人员。（3）向矿务局汇报并召请救护队。（4）成立抢救指挥部，制定救灾方案。（5）保证主要通风机和空气压缩机正常运转。（6）保证升降人员的井筒正常提升。（7）清点井下人员、控制入井人员。（8）矿山救护队到矿后，按照救灾方案部署救护队抢救遇险人员、侦察灾情、扑灭火灾、恢复通风系统、防止再次爆炸。（9）命令有关单位准备救灾物资，医院准备抢救伤员。

4．处理事故的具体措施（1）选择最短的路线，以最快的速度到达遇险人员最多的地点进行侦察、抢救。（2）迅速恢复灾区通风。（3）反风。（4）清除灾区巷道的堵塞物。（5）扑灭爆炸引起的火灾。（6）发生连续爆炸时，为了抢救遇险人员或封闭灾区，救护队指战员在紧急情况下，也可利用两次爆炸的间隔时间进行。（7）最先到达事故矿井的小队，担负抢救遇险人员和灾区的侦察任务。（8）第二个到达事故矿井的小队应配合第一小队完成抢救人员和侦察灾区的任务，或是根据指挥部的命令担负待机任务。（9）恢复通风设施时，首先恢复主要的最容易恢复的通风设施。第四节煤与瓦斯突出防治与处理

主要内容一、煤与瓦斯突出四位一体防治体系二、煤与瓦斯突出的防治措施三、煤与瓦斯突出事故的处理

（1）突出危险性预测。（2）防治突出措施。（3）防治突出措施的效果检验。（4）安全防护措施。“四位一体”的防治突出综合措施实施系统如图1-4-1所示。一、煤与瓦斯突出四位一体防治体系图1-4-1防突综合措施实施系统图

二、煤与瓦斯突出的防治措施（一）区域性防突出措施

1．开采保护层

1）开采保护层的作用（1）地压减少，弹性潜能得以缓慢释放。（2）煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气系数增加。（3）煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加。

2）保护范围（1）垂直保护距离保护层与被保护层之间的有效垂距应符合表1-4-1所列数值。

表1-4-1保护层与被保护层间的有效垂距名称上保护层/m下保护层/m急倾斜煤层缓倾斜与倾斜煤层<60<50<80<100(2)沿倾向的保护范围

煤层倾角β（°）△（°）缓倾斜倾斜急倾斜90－α90－α100－α11107表1-4-2(3)沿走向的保护范围保护层回采工作面始采线两侧的保护范围，必须按实际考察结果确定。我国现场多用冒落角φ3来确定，如图1-4-4所示。南桐矿务局取为62°～65°，北票矿务局取为80°。图1-4-4沿走向的保护范围(4)煤柱的影响开采保护层还必须注意以下几点：

A．如煤层群中有几个保护层时，应首先考虑上保护层。

B．矿井中所有煤层都有突出危险时，可选择突出危险程度较小的煤层作为保护层，但在此保护层的采掘过程中，必须采取防治突出的措施。

C．矿井中所有可采煤层都具有严重突出危险时，也可以选择不可采的煤层作为保护层。为了减小劳动强度，可使用刨煤机、钢丝绳锯等采煤机械。

D．开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。2．大面积预抽煤层瓦斯（二）局部防突措施1．松动爆破2.钻孔排放瓦斯

3．水力冲孔4．超前支架（1）煤巷掘进超前支架。（2）石门揭煤超前支架。5．超前钻孔（三）安全防护措施1.震动放炮它的效果取决于岩柱厚度、装药量和炮眼布置等参数。

实施震动放炮措施时，应注意下列事项：（1）石门震动放炮要求一次全断面揭穿（薄煤层）或揭开（中厚煤层和厚煤层）突出煤层。（2）震动放炮前，揭穿煤层的石门工作面必须有独立的回风系统，且回风系统必须保证风流畅通。（3）在石门进风侧的巷道中，为了防止突出的瓦斯逆流进入进风系统，应设置两道坚固的反向风门。（4）震动放炮应一次起爆全部炮眼，崩开石门全断面的岩柱。（5）震动放炮必须有专门设计，设计中对爆破参数，爆破器材及起爆要求，爆破地点，反向风门位置，避灾路线及停电、撤人和警戒范围等必须做出明确的规定。（6）岩石眼不得打入煤层，眼底距煤层应保持0.2m。如已打入煤层，应在眼底充填不小于0.2m长的炮泥。（7）所有炮眼装药后都应先充填1～2个水炮泥，然后再封炮泥直至眼口。（8）震动放炮应采用毫秒雷管，延期总时间不准超过130ms，严禁跳段使用。（9）震动放炮时，回风系统内电器设备都必须切断电源，严禁人员作业和通过。（10）放炮地点和石门工作面的距离应根据突出后瓦斯可能波及的最大范围确定。（11）震动放炮由矿总工程师统一指挥，并有矿山救护队在指定地点值班。2.金属栅栏。3.反向风门4.井下避难所（1）井下避难所。（2）压风自救系统。三、煤与瓦斯突出事故的处理（1）瓦斯来源充足，并且瞬间涌出量很大、浓度很高。（2）突出的瓦斯能形成冲击气浪破坏通风系统，突出的煤岩能堵塞巷道。（3）突出的高浓度瓦斯，开始时不会立即发生爆炸，但在一定供氧条件下可能遇火源引起燃烧。（4）在处理事故过程中，如果需在突出煤层中掘进巷道用于救人或恢复通风，仍必须采取防突措施。（5）突出后，有可能在同一地点发生第二次、第三次突出。

突出事故发生后，指挥人员应果断地做出的决策：（1）切断灾区和受影响区的电源，但必须在远距离断电，防止产生电火花引起爆炸。（2）撤出灾区和受威胁区的人员。（3）派人到进、回风井口及其50m范围内检查瓦斯、设置警戒，熄灭警戒区内的一切火源，严禁一切机动车辆进入警戒区。（4）派遣救护队佩戴呼吸器、携带灭火器等器材下井侦察情况，抢救遇险人员、恢复通风系统等。

（5）要求灾区内不准随意启闭电器开关。（6）发生突出事故后不得停风和反风，防止风流紊乱扩大灾情。（7）组织力量抢救遇险人员。（8）制定并实施预防再次突出的措施。（9）当突出后破坏范围很大、巷道恢复困难时，应在抢救遇险人员后，对灾区封闭。（10）若突出后造成火灾或爆炸，则按处理火灾或爆炸事故进行救灾。第五节矿井瓦斯抽放

主要内容一、瓦斯抽放的条件二、矿井瓦斯抽放方法三、布孔及抽放参数的确定四、抽放瓦斯装备及抽放监控系统

衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽放，可以根据以下几点：（1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽放瓦斯；（2）对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量＞5m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量＞3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯；（3）对于全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量＞30m3/min，或相对瓦斯涌出量＞15～25m3/t时应抽放瓦斯；（4）开采保护层时可考虑抽放保护层瓦斯；对于突出煤层，可以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。一、瓦斯抽放的条件二、矿井瓦斯抽放方法依据分类适用条件按抽出瓦斯来源分本煤层抽放井下开采工作所遇到的瓦斯主要来自本煤层，且涌出量大邻近煤层抽放由于采动的影响，开采层上、下邻近煤层内的瓦斯涌入开采层的回采工作面而威胁生产时采空区抽放在工作面后方的采空区或者采空区经常泄出瓦斯，导致工作面、采区总回风或全矿井总回风中的瓦斯严重超限按抽放区是否卸压分未卸压抽放适用于透气系数较大的开采煤层卸压抽放适用于透气系数较差的开采煤层按抽放与采掘的时间配合分预先抽放用于够消除回采和掘进时的瓦斯危害边采边抽适用于预先抽放效果不理想或接续紧张条件下的瓦斯抽放按抽放工艺分井下钻孔抽放本煤层、邻近层、采空区抽放瓦斯皆可使用，是最常见的瓦斯抽放通道巷道抽放煤层较厚透气性好，采掘时有大量瓦斯涌出时钻孔、巷道混合抽放邻近层或工作面开区抽放采空区封闭抽放采空区丢煤太多，放顶后涌出瓦斯量大的情况地面钻孔抽放采区距地表较浅，地面有施工条件的地方表1-5-1瓦斯抽放方法分类

（一）本煤层瓦斯抽放开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。按照煤层的透气系数评价未卸压煤层预抽瓦斯的难易程度的指标如表1-5-2。表1-5-2煤层抽放瓦斯难易程度分级表等级煤层透气系数／m2.MPa-2.d-1煤层百米钻孔瓦斯涌出衰减系数/d-1容易抽放可以抽放较难抽放>1010～0.1<0.1<0.015～0.030.03～0.05>0.05

1．未卸压钻孔抽放（1）穿层钻孔（2）顺层钻孔

2．卸压钻孔抽放（1）随掘随抽（2）随采随抽

3．人工增加煤层透气系数的措施（1）水力压裂（2）水力割缝（3）深孔爆破（4）酸液处理（二）邻近层的瓦斯抽放

1．上邻近层瓦斯抽放

1）顶板穿层钻孔法具体应考虑：（1）钻孔的终孔点要在冒落带以上的裂隙带内；（2）钻孔仰角和夹角要保证工作面推过后不断孔，并且要使钻孔处于卸压带以内；（3）根据工作面上隅角或采空区瓦斯分布，钻孔伸人工作面水平投影距离应在1Om以上。

2）顶板走向钻孔法

3）顶板巷道抽巷道法（1）倾斜高抽巷。（2）走向高抽巷。（三）采空区抽放采空区瓦斯抽放可分为封闭式抽放和开放式抽放两类。1．封闭式采空区瓦斯抽放技术2．开放式采空区瓦斯抽放技术开放式采空区瓦斯抽放方法开放式采空区瓦斯抽放方法主要有以下几种：（1）引巷密闭插管抽放法（2）钻孔抽放法（3）埋管抽放法（4）顶板（煤）巷抽放法

抽放的瓦斯混合气体，应符合下述要求，一旦发现有关指标异常，应立即停止抽放，采取防止自燃的措施。

①氧气浓度不得大于7%，最高不大于10%；

②一氧化碳浓度不得大于临界值（临界值指标由开采矿井考查确定。抚顺矿区煤炭自燃发火的临界值指标CO临≤50PPm）；

③瓦斯（CH4）浓度不得低于25%或30%（采用水环式真空泵抽放时，不低于25%；采用干式鼓风机抽放时，不低于30%)；

④混合气体温度不得大于所在场所（地点）的空气温度；

⑤回采工作面回风流和上隅角的瓦斯和一氧化碳浓度不得超过《煤矿安全规程》的规定。

三、布孔及抽放参数的确定

1．钻孔间距2．钻孔个数和钻孔长度3．钻孔直径4．钻孔方向5．抽放负压。

抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检测仪表。（一）钻机钻机按动力种类可分为液动、电动和风动钻机三种；按传动方式分为全液压传动杯机械液压传动两种；按结构形式分为滑台动力头式和立轴回转式两种。（二）抽放瓦斯的管道一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。（三）瓦斯抽放泵矿用瓦斯抽放泵大致可分为三类，即水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。（四）其他装置1．放水器2．防爆、防回火装置四、抽放瓦斯装备及抽放监控系统（五）抽放瓦斯监控系统

1．瓦斯泵房及抽放管道监控系统瓦斯抽放泵房及抽放管道监控系统，用于井下或地面抽放泵站对瓦斯抽放管中的甲烷浓度、温度、抽放负压、抽放瓦斯的混合流量和纯流量进行流动检测和连续监测。其主要功能是：（1）对抽放泵站和加压泵站瓦斯管道抽放参数及相应的机电设备工况运行参数进行监测，并完成相应的控制；（2）对抽放泵房和加压泵房环境参数的监控；（3）对配气站（储气罐）管道参数、供气参数和自控阀门等机电设备的监控；（4）全系统信息管理、数据显示、报警显示、数据储存、报表、打印。2．采空区瓦斯抽放监控装备对于采空区瓦斯抽放来讲，除监控抽放量、瓦斯浓度和抽放负压等参数外，尚需监测抽放瓦斯中的一氧化碳浓度，以防止采空区煤炭自燃。至于采空区瓦斯抽放参数的控制，基于采空区的特点，主要是控制抽放负压。控制抽放负压是根据抽放瓦斯浓度的高低，当其低于规定界限时，即应调整（减小）抽放负压，如浓度增高时，尚可适当增大负压，以增加抽放量和提高抽放效果。如在抽放过程中一氧化碳浓度高于限界，将据其实施控制，即停止抽放。复习题

1．什么是矿井瓦斯？瓦斯的主要物理及化学性质有哪些？

2．瓦斯是如何生成的？煤内实际含有的瓦斯量是否等于生成量？

3．瓦斯在煤内存在的形态有哪些？相互之问有何关系？

4．煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量有什么关系？影响煤层瓦斯含量的因素有哪些？

5.矿井瓦斯涌出形式有哪些？矿井的瓦斯涌出量如何表示？

6．某采区的月产量为9000t，月工作日为30大，测得该采区的回风量为480m3／min，瓦斯浓度为0.16％。求该采区的瓦斯涌出量。（答案：2.88m3/min；13.8m3/t。）

7．影响瓦斯涌出量的因素有哪此？

8．我国的矿井瓦斯等级是如何划分的？

9．瓦斯爆炸的条件是什么？爆炸界限是多少？10.局部地点的瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，积聚原因主要是什么？瓦斯爆炸的点火源？11．小煤矿的瓦斯积聚的主要特点是什么？

12．煤(岩)与瓦斯突出分类

13．煤与瓦斯突出的一般规律和预兆有哪些？

14．怎样防止采煤工作面上隅角的瓦斯积聚？

15．如何处理机械化采煤工作面瓦斯积聚？

16．如何处理顶板冒落空洞内积存瓦斯处理？

17．如何处理掘进工作面局部积聚的瓦斯？

18．《规程》关于井下各处允许的瓦斯浓度值分别是多少？超限时的处理措施有哪些？

19．《规程》关于矿井瓦斯检查的制度要求有哪些？

20．通风或瓦斯涌出异常时期应特别注意哪些事项？21．煤与瓦斯突出四位一体防治体系的主要内容是什么？

22．什么是开采保护层？开采保护层的作用是什么？怎样划定保护范围？

23．大面积预抽煤层瓦斯的作用是什么？有哪些方式？

24．局部防突措施有哪些？

25．安全防护措施有哪些？

26．震动放炮作为安全防护措施的作用是什么？进行震动放炮要注意哪此事项？

27．瓦斯抽放的条件是什么？本煤层瓦斯抽放的方法有哪些？

28．人工增加煤层透气系数的措施有哪些？

29．邻近层的瓦斯抽放的方法有哪些？

30．采空区抽放的方法有哪些？采空区抽放时为防止煤炭自燃，应采取哪些措施？问题思考1．何谓瓦斯的引火延迟性？煤矿生产中如何利用这一特性？

2．怎样从开采技术因素方面降低瓦斯的涌出量和瓦斯涌出的不均匀性？

3．为什么在瓦斯矿井中多采用抽出式通风？地面大气压和风量变化对瓦斯涌出的影响如何？

4．为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯？抽放效果决定于哪些因素？为什么邻近层离开采煤层越近，抽放率越低？

第二章矿井火灾防治

目录第一节基本概念和理论概述第二节开采技术预防自燃发火第三节通风措施防治自燃发火第四节介质法防灭自燃发火第五节矿井火灾处理

复习题

问题思考第一节基本概念和理论概述

主要内容一、矿井火灾发生的基本要素

二、矿并火灾的分类

三、煤炭自燃发火

四、矿井火灾的危害五、火风压六、矿井火灾防治的技术途径一、矿井火灾发生的基本要素（1）热源。（2）可燃物。（3）空气。火灾的3个要素必须同时存在，且达到一定的数量，才能引起矿井火灾，缺少任何一个要素，矿井火灾就不可能发生。二、矿并火灾的分类

（1）根据不同引火热源，矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。（2）根据不同发火地点，矿井火灾分为井筒火灾、巷道火灾、采煤工作面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾。（3）根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧火灾和煤炭自燃火灾。三、煤炭自燃发火

1.煤的氧化自燃过程其过程如图图2-1-1所示。（1）潜伏期。（2）自热期。（3）自燃。在《矿井防灭火规范》中规定出现下列现象之一，即为自燃发火。图2-1-1煤自燃发展过程示意图

①煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象；②由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70℃以上；③由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其它指标气体，在空气中的浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋势。

2．煤炭自燃的条件从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备以下三个条件：(1）煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在；(2）连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展；(3）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。3．煤的自燃发火期煤炭自燃发火是一渐变过程，要经过潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段，因此，具有自燃倾向性的煤层被揭露后，要经过一定的时间才会自燃发火。这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自燃发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。

4．影响煤炭自燃发火的因素煤炭自燃发火是一个复杂的物理化学过程，影响煤炭自燃发火的因素较多，概括起来主要有如下几个方面：（1）煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面：①煤的变质程度。②煤的孔隙率和脆性。③煤岩成分。④煤的水分。⑤煤中硫和其他矿物质。⑥煤中的瓦斯含量。（2）煤层的赋存地质条件①煤层越厚与倾角。②地质构造。③煤层埋藏深度。④围岩的性质。（3）开拓系统（4）采煤方法（5）漏风条件（如图2-1-2）图2-1-2采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图

四、矿井火灾的危害

矿井火灾的发生具有严重的危害性，主要表现在以下几个方面：（1）人员伤亡。（2）矿井生产接续紧张。（3）巨大的经济损失。（4）污染环境

五、火风压

图2-1-31、火风压的计算方法如图2-1-3所示。2、火风压的特性（l）火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中；（2）火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机；（3）火风压的作用方向总是向上。3、风流的紊乱形式（1）旁侧支路风流逆转。如图2-1-4所示。（2）主干风路烟流逆退。如图2-1-5所示。图2-1-4旁侧支路风流逆转

图2-1-5主干风路烟流逆退（3）火烟滚退。如图2-1-6所示。图2-1-6火烟滚退示意图

六、矿井火灾防治的技术途径（一）外因火灾防治的技术途径外因火灾是由外部火源引起的火灾。预防外因火灾发生的技术途径有两个方面：一是防止火灾产生；二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。1．预防外因火灾产生的措施(1)防止失控的高温热源产生和存在。(2)尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在热源保持一定的安全距离。(3)防止产生机电火灾。(4)防止摩擦引燃：①防止胶带摩擦起火。胶带输送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴承温升控制等综合保护系统；②防止摩擦引燃瓦斯。(5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用。

2．预防外因火灾蔓延的措施其措施有：①在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大。②每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。③每一矿井必须在地面设置消防水池，在井下设置消防管路系统。④主要通风机必须具有反风系统或设备，并保持其状态良好。（二）自燃发火防治的技术途径

第二节开采技术预防自燃发火

主要内容一、井下易于自燃的区域二、开拓开采技术预防自燃发火的措施

一、井下易于自燃的区域(1)采空区。(2)煤柱。(3)巷道顶煤。(4)断层和地质构造附近。二、开拓开采技术预防自燃发火的措施

从防止矿井自燃发火的角度出发，开拓开采技术总的要求是：①提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础。②限制或阻止空气流入和渗透至疏松的煤体，消除自燃的供氧条件。③使流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下，在时间上限制在自燃发火期以内。为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：图2-2-1上下区段分采同掘l—工作面运输巷；3—联络巷2—下区段工作面回风巷；1、合理确定开拓方式（1）尽可能采用岩石巷道。（2）分层巷道垂直重叠布置。（3）分采分掘布置区段巷道。见图2-2-1、图2-2-2。

图2-2-2上下区段分采分掘1—工作面运输巷掘进头；2—下区段工作面回风巷掘进头（4）推广无煤柱开采技术。在确定开拓方式和采取巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压放灭火等有关通风系统管理的要求。2、选择合理的采煤方法（1）长壁式采煤方法的巷道布置简单，采出率高，有较大的防火安全性，特别是综合机械化的长壁工作面，回采速度快、生产集中、单产高，在相同产量的条件下煤壁暴露的时间短、面积小，对于防止自燃发火非常有利。（2）在合理的采煤方法中也应包括合理的顶板管理方法。（3）选择先进的回采工艺和合理的工艺参数，以便尽可能提高回采率，加快回采进度。（4）合理确定近距离相邻煤层（下煤层顶板冒落高度大于层间距）和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上、下采空区之间连通。（5）选择合理的开采顺序

第三节通风措施防治自燃发火

主要内容一、选择合理的通风系统二、增阻减少漏风防灭火三、均压减少漏风防灭火一、选择合理的通风系统1）选择合理的通风系统。（见图2-3-1）图2-3-1通风的系统选择(a)—前进式；(b)—后退式（2）实行分区通风。（3）选择合理的采区和工作面通风系统。如采空区漏风较为严重工作面，工作面较短时可采用后退式U型通风系统（图2-3-2），工作面较长时可采用后退式W型通风系统（图2-3-3）。图2-3-2U型通风系统

图2-3-3W型通风系统二、增阻减少漏风防灭火

图2-3-41、合理确定通风构筑物的位置例如，图2-3-4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced，构成漏风通路。2、堵漏措施（1）沿空巷道挂帘布。（2）利用飞灰充填带隔绝有空区。（3）利用水砂充填带隔绝采空区。（4）喷涂空气泡沫防止漏风。（5）凝胶堵塞漏风。（1）风窗上风侧风流压能增加，下风侧风流压能降低；A点风流压能增加，B点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位；（2）因风量减小，风窗前后风路上的压力坡度线变缓。图2-3-5调节风窗调压的原理（一）不同调压设施局部调压的原理1、调节风窗调压的原理如图2-3-5(a)所示，对比两者可见：三、均压减少漏风防灭火2、风机调压的原理图2-3-6风机调压的原理

3、风窗-风机联合调压的原理（1）风窗——风机增压调节。所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。为此，风机安装在风窗的上风侧。图2-3-7(a)、（b）分别表示风量不变和风量减少时压力分布变化特点。（2）风窗——风机联合降压调节。做降压调节时，风窗安装在上风侧，风机安装在下风侧。调压前后压能变化规律可根据上图分析做类似分析。

图2-3-7风窗一风机联合增压调节(二)均压防灭火的方法1、开区均压1）并联漏风的开区均压如图2-3-8。

图2-3-8采空区并联漏风（1）当自燃高温火点处于如图2-1-2所示的自燃带Ⅱ中后部（靠近窒息带）时，则可用降低漏风压差（工作面通风阻力）的方法，减小漏风带宽度，使窒息带覆盖高温点。其措施有：①在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门d。②在工作面下端设风障或挂风帘（如图2-3-9）。这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也是有利的。图2-3-9工作面下端挂设风帘后三带分布（2）高温点位于自燃带的前部（靠近散热带附近）时，采用减小风量的方法不能使其被窒息带覆盖时，一般也可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风，同时加快工作面的推进速度，使窒息带快速覆盖高温点。（3）如果高温点位置不好判断时，可以在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门。2）角联漏风的调压采空区内除存在并联漏风外，还有部分漏风与其他风巷或工作面发生联系，这种漏风叫角联漏风。如图2-3-10（a）所示。图2-3-10采空区角联漏风3）复杂漏风图2-3-10采空区复杂漏风

图2-3-10为从不明区域漏入,消除这类漏风，抑制采空区遗煤自燃，通常的做法是在回风巷安设调节风门，提高工作面空气的绝对压力，为了不减少工作面的供风量，可在工作面进风巷安设风机。

图2-3-11调压风窗对火区影响示意图2、闭区均压1）风门、风窗调节法如图2-3-11，在并联网路中一个分支有火区存在，可以在如图2-3-11a所示的1-2分支上或如图2-3-11b所示的3-4分支上安设调压风窗来减少火区两侧的压差。2）风筒风机调节法如图2-3-12所示图2-3-12风筒风机调节法示意图3）调压气室均压（1）连通管调压气室。（图2-3-13示）图2-3-13连通管调压气室示意图1一调压管；2一辅助密闭；3一密闭；4一压差计（2）风机调压气室。（图2-3-14）图2-3-14风机调压气室示意图1一风机；2一气室密闭；3一永久密闭；4一压差计

第四节介质法防灭自燃发火

主要内容一、灌浆防灭火二、凝胶防灭火三、阻化剂防灭火四、惰气防灭火五、泡沫防灭火一、灌浆防灭火

灌浆就是把粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的。（一）灌浆防灭火的机理（1）泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝或减小煤与空气的接触和反应面；（2）浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，减缓其氧化进程；（3）沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风。灌浆防火的实质是，抑制煤在低温时的氧化速度，延长自燃发火期。（二）灌浆系统灌浆系统由制浆设备、输浆管道和灌浆钻孔三部分组成。1．浆液的制备（1）浆材的选取。浆材必须满足下述基本要求：(1)不含或少含可燃和自燃物质；(2)不含催化物质；(3)粒度一般不大于2mm，而且细小颗粒应占大部分。粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％；(4)易于加水制成泥浆，易于脱水，同时还具有一定的稳定性；(6)收缩量尽可能小，含砂量也不超过30％。（2）浆液的制备工艺。泥浆的制备由搅拌机完成，按搅拌机的运动方式可分为固定式和行走式两种。2．浆液的输送（1）输浆压力与输浆倍线。输送浆液的压力有两种，一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送，叫静压输送；当静压不能满足要求时应采用加压输送。前者使用较多。输浆倍线表示输浆管路阻力与压力之间关系，用N表示。静压输送时：加压输送时：（2-4-1）（2-4-2）

式中L——浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度，m；

H——浆液入出口之间的高差，m；

h——泥浆泵的压力，m。倍线一般控制在3～8之间。过大时，应加压；过小时，容易发生裂管跑浆事故，可在适当的位置安装闸阀进行增阻。（2）灌浆管道的选择。当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速称为临界流速（Vc），也叫不淤流速。在这个流速下输送浆液，既能保证不淤积、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，临界流速是一重要参数。与临界流速对应的管径叫临界管径dc，两者的关系为：（2-4-3）

（3）灌浆钻孔（三）灌浆防火方法按与回采的关系分，预防性灌浆有：采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆等三种。1、采前预灌所谓采前预灌即是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。2、随采随灌（1）钻孔灌浆。如图2-4-2所示图2-4-2钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—回风道；3—钻孔；4—工作面进风巷（2）小巷钻孔灌浆。如图2-4-3所示。图2-4-3小巷道钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—钻窝巷道；3—钻孔；4—回风道；5—工作面进风巷（3）埋管灌浆。是在放顶前沿回风巷道在采空区预先铺好灌浆管，放顶后立即进行灌浆。随着工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐向外牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆。（4）洒浆。是从灌浆管接出一段胶管，沿工作面方向向采空区均匀地洒浆。(5)综采工作面插管灌浆。（见图2-4-4），图2-4-4综放面插管灌浆（2）灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。（3）设置滤浆密闭。在灌浆区下部巷道中必须用滤浆密闭将灌浆区和工作区隔开，而且要求滤浆密闭有一定的强度，防止崩浆事故发生。（4）防止地表水流入井下。在煤层浅部灌浆时，要及时填塞地表塌陷坑及钻孔，防止地表水流入井下。（5）灌浆区下部采掘。在灌浆区下部进行采掘前，必须对灌浆区进行检查，一旦发现有积水，必须打钻放水后，才能进行采掘工作。3、采后灌浆（四）预防性灌浆注意事项有的矿井在灌浆区采掘时曾发生过溃浆事故，造成严重损失。为了防止这类事故发生，灌浆时应注意下列事项：（1）经常观察水情。二、凝胶防灭火

凝胶防灭火技术是20世纪90年代在我国广泛应用的新型防灭火技术。多用于井下局部煤体高温或发火的防灭火处理，由于其工艺简单，操作方便，防灭火效果较好，在有自燃危险煤层的矿区得到广泛的应用。(1）吸热降温作用。(2)堵漏风作用。(3）保水作用凝胶的含水量大于90%，硅酸所形成的立体网状结构能有效地阻止水的流失。在井下潮湿封闭条件下，凝胶一个月的体积收缩率小于20%，一定时期内能有效地起着堵漏风作用。(4）阻化作用凝胶无论其原料还是最终产物都对煤体具有阻化作用，尤其是成胶后能覆盖于煤体表面，阻止其氧化。(5）成胶材料来源广泛，成本低廉，压注工艺简单，操作方便。1．双箱双泵工艺如图2-4-5所示。图2-4-5凝胶防灭火双箱双泵工艺原理示意图2．双箱单泵工艺其工艺流程如图图2-4-6所示。图2-4-6凝胶防灭火双箱单泵工艺原理示意图

凝胶注浆设备目前已经有系列产品出现，如图2-4-7所示图2-4-7井下轻便型移动式注胶工艺流程（三）凝胶配方存在的问题和改进

1.方存在的问题凝胶防灭火技术已在我国煤矿得到广泛应用，但在实践中也暴露出诸多问题：(1）胶形成过程中释放出氨气，污染井下空气，危害工人健康。(2）胶的强度较低，而且呈刚性，一旦被破坏就不能恢复，因此在压注完成后，遇矿压会压裂，影响堵漏风效果。(3）凝胶成本一般都在60元／m3以上，高于黄泥灌浆、水砂充填等的成本，不适合大面积充填防灭火使用。

2.改进型配方针对传统凝胶存在的诸如胶形成过程中释放出氨气、胶的强度较低且呈刚性、凝胶成本较高等问题，近年来改进型配方主要有以下几种：三、阻化剂防灭火（一）阻化防火机理阻化剂只有与水混合成一定浓度的水溶液后才能抑制和起到防火作用，其防灭火机理为：①增加煤在低温时的化学惰性，使煤炭和氧的亲合力降低；②形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面；③充填煤柱内部裂隙；④增加煤体的蓄水能力；⑤水分蒸发吸热降温。实质是降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自燃发火期。(1）无氨味凝胶配方。(2）分子结构型膨胀凝胶。(3）粉煤灰胶体。

（2）注液量注液量的大小与注液控制范围煤量成正比。其计算公式如下：

T=KDV（2-4-4）式中T―日注液量，t;K―吨煤用液量，t/t;D―实体煤容重，t/m3;V―注液控制煤体体积，m3;

（三）阻化剂材料和浓度选择（1）阻化材料选择。（2）药液浓度。（四）阻化防火工艺

1.压注阻化剂（1）压注工艺2.汽雾阻化（1）汽雾阻化系统如图2-4-8所示

图2-4-8采空区喷送雾状阻化剂系统1—阻化剂溶液箱；2—输液泵；3—自动过滤；4—高压软管；5—支架；6—漏风方向；7—雾化发生器

（2）喷雾量喷雾量的大小与采空区丢煤量成正比。其计算公式如下：T=KADLHS/R（2-4-5）式中

T―日喷雾量，t;R―雾化率，%;K―吨煤用液量，t/t;D―实体煤容重，t/m3;L―工作面长度，m;H―工作面采高，m;S―日进尺，m;A―丢煤率，％。3.喷洒阻化剂

工艺系统如图2-4-9所示。图2-4-9喷洒阻化剂工艺系统l-供水管；2-永久溶液池；3-水泵；4-压力表；5-铁管；6-阀门；7-胶管；8-喷枪；9-流量计四、惰气防灭火

惰气系指不可燃气体或窒息性气体，主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气等。惰气防灭火原理：惰气防灭火就是将惰气注入已封闭的或有自燃危险的区域，降低其氧的浓度，从而使火区因氧含量不足使火源熄灭。（一）氮气防灭火技术1.氮气防灭火机理与惰化指标1)氮气防灭火机理（l）采空区内注入大量高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面（2）采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会；（3）氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度。（4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐渐缩小（即下限升高、上限下降）。3.注氮防灭火工艺注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；从时间上分为连续性注氮和间断性注氮。1)开放式注氮当自燃发火危险主要来自回采工作面的后部采空区时，应该采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法。具体方式有2种：（1）埋管注氮。2)注氮防灭火惰化指标（1）采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度,一般氧含量应小于7％～10％。（2）惰化灭火氧浓度指标不大于3％。（3）惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12％。（2）拖管注氮。

无论是埋管注氮还是拖管注氮，注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合如下要求：A、对采用U型通风方式的采煤工作面，应将注氮管铺设在进风顺槽中，注氮释放口设在采空区中，如图2-4-10所示。图2-4-10注氮管埋设及释放口位置B、氮气释放口应高于底板，以900弯拐向采空区，与工作面保持平行，并用石块或木垛等加以保护。

C、氮气释放口之间的距离，应根据采空区“三带”宽度、注氮方式和注氮强度、氮气有效扩散半径、工作面通风量、氮气泄漏量、自燃发火期、工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定。

D、注氮管一般采用单管，管道中设置三通。从三通上接出短管进行注氮。2)封闭式注氮（1）旁路注氮。（2）钻孔注氮。（3）插管注氮。（4）墙内注氮。4.防止采空区氮气泄漏的措施1)直接堵漏措施。2)均压措施。5.日常管理应注意的事项（1）注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定。（2）合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中02、N2和CO的监测；（3）注入氮气的纯度不得低于97％。（4）注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况，（5）第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。（6）在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5%，6.处理好抽放瓦斯与注氮的关系对于开采高瓦斯、易自燃发火煤层的矿井，当采空区同时要采取这两种措施时，它们之间存在着相互矛，需要处理好两者之间的关系。采空区瓦斯抽放破坏了瓦斯的游离状态与吸附状态的动态平衡，使一部分吸附状态的瓦斯按一定的衰减速度不断地被解吸，当抽放到一定程度后，将有部分气体进入采空区，来补充采空区被抽走的那部分瓦斯。

应用泡沫充填剂是矿井充填堵漏风防灭火的主要技术手段之一。泡沫是不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散物系。二相空气泡沫、二相惰气泡沫、聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫等在煤矿防灭火中虽已得到应用，但由于二相泡沫稳定性差，聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫成本高，对人体健康有害，应用受到限制。五、泡沫防灭火（二）湿式惰气灭火湿式惰气是燃料油与一定比例的空气混合在惰气发生装置（机）内经充分燃烧后产生的烟气，主要成分为：N2、CO2、CO、H2O蒸汽、O2，其中O2含量一般不超过2%。(一)无机固体三相泡沫的形成机理

1、无机固体三相泡沫的形成机理无机固体三相泡沫由气源、泡沫液、无机固体粉末组成，其形成过程极为复杂无机固体干粉包括：固体废弃物（粉煤灰、矸石粉等）、起固结作用的水泥及添加剂等惰性粉料。（二）无机固体三相泡沫的特点同国内外目前正在使用的有关堵漏防灭火材料性能比较，无机固体三相泡沫具有如下特点：(1）堵漏风效果好，防灭火效果明显，适用于煤矿井下各种堵漏风的防灭火；(2）防火泡沫流动性好，堵漏风充填可靠，灭火泡沫胶凝早，强度增长快，强度高，适宜巷道空洞直接堆积垛起，可快速熄灭高顶火灾；(3）成本降低50％以上；(4）材料易取，尤其是利用粉煤灰可改善电厂环境降低除灰成本；(5）安全性、环保性好。（三）无机固体三相泡沫物理性能调控井下不同地点对无机固体三相泡沫物理性能的要求不同。（四）无机固体三相泡沫的充填工艺1.高冒顶充填作业工艺（1）如图2-4-11所示，图2-4-11高冒顶空洞充填示意图2.沿空侧空洞充填作业工艺如图2-4-12所。图2-4-12沿空侧空洞充填示意图

2)充填时沿中心位置的预埋管依次向四周充填，每个位置每次充填一定时间，如此循环可使泡沫有效初凝和增长强度，有利于泡沫的稳定。(3)如此循环作业直至下一个钢管排出泡沫时，说明此位置已被充填至空洞顶。第五节矿井火灾处理

主要内容一、发生矿井火灾时应采取的措施二、风流控制三、消灭矿井火灾的方法四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项五、火区的管理与启封一、发生矿井火灾时应采取的措施

矿井发生火灾时，每个人都必须严守纪律、服从命令，决不能惊慌失措，擅自行动（一）撤出及救护灾区人员煤矿井下发生火灾时，矿领导及有关人员的首要任务是保护井下人员的安全，应迅速从危险区撤出与救灾无关的人员，同时采取一定的通风措施防止风流逆转。（二）侦察火区火灾发生后，应立即派出矿山救护队和辅助救护队人员侦察火区。首先侦察是否有遇难人员，弄清火源的地点，火灾的性质及火灾的范围。为采取有效的灭火措施提供依据。同时，切断火区电源，派专人量风测气，观察顶板动态，注意风流的变化，防止事故扩大。二、风流控制

灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。

1．风流紊乱的原因、规律及其防治（1）上行风路产生火风压发生风流逆转的原因主要是：①因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大；②因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：①降低火风压；②保持主要通风机正常运转；③采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。