矿井通风及灾害防治

矿井通风及灾害防治晋城煤业集团凤凰山矿机电管理部

宋少强矿井通风及灾害防治第一节矿井通风第二节矿井瓦斯防治第三节矿井防尘第五节矿井水灾防治第六节顶板事故防治第一节矿井通风*这些气体在?煤矿平安规程?最高允许浓度限时，能嗅出。气体色、味、嗅相对密度水溶性毒理燃烧爆炸性来源氧无1.11微无无大气氮无0.97微无无大气、爆破二氧化碳微酸臭1.52易刺激无氧化、燃烧、涌出甲烷无0.55微无有煤岩涌出一氧化碳无0.97微剧毒有爆破、燃烧、爆炸二氧化氮红褐色1.57易剧毒无爆破硫化氢*

臭鸡蛋1.19易剧毒有老空、涌出二氧化硫*

硫磺味2.32易剧毒无涌出、含硫矿氧化、燃烧氢气无0.07微溶无有火区、充电氨气*

氨水味0.6易剧毒无火灾、爆炸

矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称符号最高容许浓度/%一氧化碳二氧化氮二氧化硫硫化氢氨CONO2SO2H2SNH30.00240.000250.00050.000660.004第一节矿井通风第一节矿井通风六、矿井通风系统：矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成局部，它是矿井通风方式、通风方法、通风网路和风流控制设施的总称。1、通风方式：指进风和回风井的布置方式。按位置不同，可分为中央式、对角式、区域式及混合式。改变矿井通风方式是矿井通风系统改造的主要方法之一。中央式：进、回风井大致位于井田走向中央。对角式：进风井位于井田中央，回风井设在沿走向的两翼。分区式：进风井位于井田中央，开采井田浅部，在每采区掘一个小回风井与采区回风巷相通，不必掘总回风巷。混合式：两种或两种以上的通风方式综合应用的通风方式称为混合式通风方式。(a)中央并列式主井副井风井第一节矿井通风(b)中央分列式风井主井副井第一节矿井通风〔c〕两翼对角式风井风井主井副井第一节矿井通风(d)分区式主井副井风井风井风井第一节矿井通风2、通风方法：矿井主要通风机的工作方法，有抽出式、压入式和压抽混合式三种。我国90%以上的矿井采用抽出式通风方法。压入式：主要通风机设在入风井口，在压入式通风机作用下，矿井井巷大气处在高于当地大气压力的正压状态。抽出式:主要通风机设在回风井口,在抽出式通风机作用下,矿井井巷大气处在低于当地大气压力的负压状态。压抽混合式：主要通风机分别设置于进回风井口。主要用于压入、抽出互相转换的过渡期。第一节矿井通风3、矿井通风网络矿井风流按照生产要求在巷道中流动时，风流分岔、集合线路的结构形式。根本形式：串联并联角联4、通风设施井下主要通风设施有：风墙、风门、调节风窗、风桥七、几种采区通风系统

回采工作面通风系统由工作面进风巷、采煤工作面和工作面回风巷组成。采煤工作面通风系统有U、Z、Y、双Z、W和H形等形式。目前我国煤矿多采用U形通风系统。第一节矿井通风前进式U型

后退式后退式前进式Z型后退式前进式型Y型W双型ZH型八、矿井通风机械

矿井通风机〔离心式、轴流式〕

九、掘进工作面通风

必须采用全风压通风和局部通风机通风

局部通风机工作方式也可分为压入式、抽出式、抽－压混合式第一节矿井通风第一节矿井通风第二节矿井瓦斯一、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。第二节矿井瓦斯二、矿井瓦斯的危害瓦斯是煤矿普遍存在的一种有害气体，它能燃烧和爆炸，大量积聚时能使人窒息、死亡。有些煤层还能在短时间内大量地喷出瓦斯或发生煤与瓦斯突出现象，产生很大的动力破坏作用。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。第二节矿井瓦斯第二节矿井瓦斯四、矿井瓦斯的涌出1．矿井瓦斯涌出形式瓦斯从煤层和岩层中的涌出形式有两种：普通涌出和特殊涌出。1.普通涌出是指瓦斯从煤岩层外表孔隙中缓慢、均匀地涌出。它持续时间长，涌出范围广，是矿井瓦斯的主要放散形式。2.特殊涌出包括瓦斯喷出和煤〔岩〕与瓦斯突出两种形式。瓦斯喷出是指高压瓦斯从煤岩裂隙中快速喷出；煤〔岩〕与瓦斯突出是指在很短时间内从煤岩壁内部向采掘工作空间突然喷出大量煤岩和瓦斯的现象。第二节矿井瓦斯五、矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级是矿井瓦斯量大小和平安程度的根本标志,矿井生产过程中,根据不同的瓦斯等级选用相应的机电设备,采取相应的通风瓦斯管理制度,以保障平安生产,并做到经济合理。?煤矿平安规程?规定，“一个矿井中，只要有一个煤〔岩〕层中发现过一次瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井；并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。〞矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，划分为：1.低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min；2.高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；3.煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出矿井。第二节矿井瓦斯第二节矿井瓦斯第三节矿井防尘一、矿尘定义是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。二、矿尘的分类矿尘除按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机矿尘外，尚有多种不同的分类方法，下面介绍几种常用的分类方法。1．按矿尘粒径划分(1)粗尘。(2)细尘。(3)微尘。(4)超微尘。2．按矿尘的存在状态划分(1)浮游矿尘。(2)沉积矿尘。三、矿尘灾害的形式矿尘具有很大的危害性，表现在以下几个方面：(1)污染工作场所，引起职业病。(2)某些矿尘〔如煤尘、硫化尘〕在一定条件下可以爆炸；(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命；(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。1．尘肺病的分类煤矿尘肺病按吸入矿尘的成分不同，可分为三类：(1)硅肺病〔矽肺病〕。(2)煤硅肺病〔煤矽肺〕。(3)煤肺病。2．影响尘肺病的发病因素(1)矿尘的成分。(2)矿尘粒度及分散度。(3)矿尘浓度。(4)个体方面的因素。第三节矿井防尘第三节矿井防尘四.煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件：〔1〕煤尘的爆炸性。2〕煤尘浓度。〔3〕引起煤尘爆炸的热源。五、预防煤尘爆炸的措施1、煤层注水2、湿式打眼3、使用水泡泥4、通风除尘5、喷雾洒水6、冲洗粉尘7、在巷道中撒布岩粉一、矿井水灾及其对生产的影响矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：(1〕由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。(2〕由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产本钱。(3〕矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。(4〕当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，那么会给生产带来严重影响.第五节矿井防治水二、矿井水灾发生必须具备的根本条件图4-1-1煤矿常见的水源第五节矿井防治水〔1〕大气降水。〔图4-1-2〕。图4-1-2自然界中水的循环第五节矿井防治水〔2〕地表水。地球外表江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水，它的主要来源是大气降水，也有的来自地下水。煤矿在开采浅部煤层时，地表水经过有关通道会进入煤矿井下，形成水患，给生产和建设带来灾害。3〕潜水。埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水〔图4-1-3〕称为潜水。

第五节矿井防治水图4-1-3潜水1—潜水面；2—潜水层；3—第一隔水层；0-0’—基准面（测量高程水准面）第五节矿井防治水〔4〕承压水。处于两个隔水层中间的地下水，称为承压水〔或称自流水〕，如图4-1-4所示。第五节矿井防治水图4-1-4承压水1—含水层；2—隔水层；3—地下水流向；4—自流井；5—喷泉；6—断层；a—补给区；b—承压区（分布区）；c—排泄区；0-0’—基准面（测量水准面）；H—静止水位；P—承压水头第五节矿井防治水〔5〕老空积水。已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空积水〔6〕断层水。处于断层带中的水，称为断层水。2.矿井水灾的通道水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有：〔1〕煤矿的井筒。〔2〕断层裂隙。〔3〕采后塌陷坑。〔4〕石灰岩溶洞陷落柱。〔5〕古井老塘及封堵不严的钻孔。第五节矿井防治水三、造成矿井水灾的主要原因总结过去发生的矿井水灾，往往是平安思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，措施不当所致。其主要原因可归结如下几个方面：(1)地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下，造成水灾；(2)水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及翻开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水,但措施不当；。(3)井巷位置设计不当。(4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂，导致透水；(5)乱采乱掘，破坏防水煤岩柱造成突水；(6)测量错误，导致巷道穿透积水区；第五节矿井防治水(7)无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井；(8)排水设备能力缺乏或机电事故造成；(9)排水设施平时维护不当。如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。第五节矿井防治水第五节矿井防治水2．做好矿井水文地质工作查明矿井水源和可能涌水的通道，为防治水提供依据。为此必须：〔1〕掌握冲击层的厚度和组成，各分层的透水、含水性；〔2〕掌握断层和裂隙的位置，错动距离，延伸长度，破碎带范围及其含水和导水性能；〔3〕掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离，勘探钻孔的填实状况及其透水性能，〔4〕调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况，观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响；〔5〕在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量，老窑积水范围、标高和积水量，水淹区域及探水线的位置。第五节矿井防治水〔二〕井下探水井下探放水是防止水害的重要手段之一，“有疑必探，先探后掘〞是防止井下水害的根本原那么。当采掘工作面遇到以下情况之一时，必须探水，确认无突水危险后，才能前进：①接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时；②接近含水层、导水断层、陷落柱时；③接近可能出水钻孔和各类防水煤柱时；④接近可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时；⑤上层采空区积水，在两层间垂直距离小于采高40倍或巷高10倍的下层采掘工作以及采掘工作面有明显出水征兆时；⑥接近有水或稀泥的灌浆区时；⑦接近其它可能出水地区时。第五节矿井防治水一、矿井水灾征兆1．与承压水有关断层水突水征兆〔1〕工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折断柱现象。〔2〕底软膨胀、底鼓张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍。〔3〕先出小水后出大水也是较常见的征兆。由出小水至出大水，时间长短不一，据统计由1～2小时至20～30天不等。〔4〕采场或巷道内瓦斯量显著增大。这是因裂隙沟通、增多所致。2．冲积层水突水征兆〔1〕突水部位岩层发潮、滴水、且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。第五节矿井防治水〔2〕发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量涌出。〔3〕发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。3．老空水突水征兆〔1〕煤层发潮、色暗无光〔2〕煤层“挂汗〞。煤层一般为不含水和不透水，假设其上或其他方向有高压水，那么在煤层外表会有水珠，似流汗一样。〔3〕采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉〞。〔4〕在采掘面内假设在煤壁、岩层内听到“吱吱〞的水呼声时，表征因水压大，〔5〕老空水呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味，口尝时发涩；假设水甜且清，那么是“流砂〞水或断层水。第五节矿井防治水四、矿井突水的应急措施遇到矿井突水时，可采取以下应急措施：(l〕发现有人被堵井下时，各级领导应首先制定营救措施。(2〕立即通知泵房人员加大排水力度，将水仓水位降到最低程度，争取较长的缓冲时间。(3〕检查所有排水设施和输电线路，了解水仓现有容量，派人清挖水沟。(4〕水文地质人员应测量涌水地点、涌水量大小及其变化，记录围岩及巷道破坏变形状况，观察观测孔〔水井〕水位和泉、河、地表水体的变化，(5〕检查防水闸门关闭是否灵活、严密，并去除淤渣，撤除短轨和架空线，派专人看守，待命关闭。(6〕在查明地面水体与突水有关联时，应迅速派人进行堵塞，减少补给量。第五节矿井防治水(7〕当排水能力负担不了涌水量时，可因地制宜，采取将涌水引入下山巷道、筑坝蓄水、关闭防水闸门，以延长缓冲时间，争取时间增加排水设备，保住矿井。(8〕当采取上述措施仍不能阻挡淹井时，井下人员应迅速向平安口撤退，平安出井。第五节矿井防治水第五节矿井防治水第六节煤层顶板事故防治一、概述顶板事故为煤矿五大自然灾害之一。国有煤矿顶板事故约占死亡事故的40-45%，顶板事故中大多数又发生在回采工作面，约占70%顶板事故造成采掘面及巷道垮落、设备损失、人员伤亡。

二、煤层顶板的构成及其分类1、煤层顶板的构成岩层细分特征描述岩性顶板伪顶直接覆盖在煤层之上极易垮塌的薄层岩层，常随采随落。厚度不大，一般仅几厘米到十余厘米。多为炭质页岩或炭质泥岩。伪顶常混杂在原煤里，增加了煤的含矸率直接顶能随回柱放顶垮落的岩层。一般厚度可达几米。是采煤面支护的对象。多为泥质页岩、页岩和砂质页岩。垮台落后充填在采空区基本顶又称老顶，位于直接顶之上，抗弯刚度较大，较难垮落的岩层或岩层组合。多为砂岩或石灰岩或砂砾岩，厚度较大，强度较高。开采后不易自行垮塌，随开采面积增大，或发生破断，或发生缓慢下沉第六节煤层顶板事故防治2、煤层顶板的分类：〔从顶板管理的角度来划分〕易垮落、中等垮落、难垮落、极难垮落和塑性弯曲五种第六节煤层顶板事故防治易垮落：松软顶板、随回柱垮落、充满采空区，采面来压较缓和

中等垮落：随回柱垮落、但不能充满采空区，采面有周期来压现象

难垮落：不能随回柱垮落，采面周期来压较明显，造成工作面条件恶劣

极难垮落：呈大面积悬顶而不垮落，易造成重大事故

塑性弯曲：回柱后弯曲下沉，逐步与煤层底板相接触。第六节煤层顶板事故防治三、煤层顶板压力的一般概念〔一〕矿山压力及其显现：矿山压力：煤层上覆岩层在运动过程中，对支架、围岩所产生和作用力，称为矿山压力。矿山压力显现：顶板下沉和垮落、底鼓、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、冲击地压、煤与瓦斯突出、边坡滑动等等。第六节煤层顶板事故防治〔二〕采煤工作面的初次来压与周期来压初次来压：老顶悬露到达极限跨距，老顶断裂，导致采煤工作面顶板急剧下沉，采煤面支架受力加大，称为老顶的初次来压。周期来压：随工作面的推进，裂隙带岩层经历“从稳定到失稳再到稳定〞的变化，导致采煤工作面压力呈周期性出现，称为老顶的初次来压第六节煤层顶板事故防治〔三〕煤层顶板压力的一般规律：1、暴露面积越大，压力越大2、悬露时间越长，压力越大3、顶板越破碎、松软，压力越大4、巷道跨度越大，压力越大5、煤柱越小，压力越大〔沿空掘巷另当别论〕6、巷道交岔点越多，压力越大