矿井通风及灾害防治.ppt

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,第四节矿井火灾防治,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,一、一通三防一通矿井通风，三防防瓦斯，防煤尘，防火。二、矿井通风把地面新鲜空气源源不断地送入井下的过程。三、矿井通风的十二字方针先抽后采，监测监控，以风定产四、矿井通风的任务和目的任务⑴供给足够的井下工作人员用的新鲜空气.⑵冲淡和排除有毒有害气体及浮游矿尘，使之符合煤矿安全规程的要求.⑶提供良好的气候条件，维持合适的劳动条件，目的使风流能够按拟订的路线流动，维持正常的通风，保证矿井的安全。五、矿井空气,*这些气体在煤矿安全规程最高允许浓度限时，能嗅出。,矿井空气中有害气体的最高容许浓度,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部分，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、汇合线路的结构形式。基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,Z,,,,,,,,H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表面孔隙中缓慢、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安全程度的基本标志,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,以保障安全生产,并做到经济合理。煤矿安全规程规定，“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,六、瓦斯爆炸的条件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。七、瓦斯爆炸的危害（一）产生高温高压（二）产生冲击波和火焰锋面（三）产生有毒有害气体,第二节矿井瓦斯,八、预防瓦斯爆炸的措施（一）防止瓦斯积聚1.保证工作面的供风量2.认真进行瓦斯检查与监测3.及时处理局部积存的瓦斯二防止瓦斯引燃的措施1.严禁携带烟草和点火物品下井；2.采掘工作面都必须使用取得产品许可证的煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管。3.井下使用的机械和电气设备，以及供电网路都必须符合规程规定。4.防止机械摩擦火花引燃瓦斯，,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,第四节矿井防灭火,一、矿井火灾的定义及类型矿井火灾，狭义讲即井下火灾，它是指发生在煤矿井下或矿井地面井口附近而威胁井下安全生产和人员安全的火灾。火灾发生的基本要素，一是要有可燃物，二是要有温度和足够热量的热源，三是要有一定氧浓度的空气。,第四节矿井防灭火,二、矿井火灾的分类（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。,第四节矿井防灭火,三、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,四、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。,第四节矿井防灭火,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。,第四节矿井防灭火,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。,第四节矿井防灭火,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，势必增加煤炭生产成本。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，则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基本条件,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。地球表面江、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，往往是安全思想不牢，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、强含水层以及打开隔离煤柱，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排水设备能力不足或机电事故造成；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,二、井下防治水技术（一）做好矿并水文观测与水文地质工作水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据。1．做好水文观测工作（1）收集地面气象、降水量与河流水文资料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期）；查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。（2）通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律，分析水质等。（3）观测矿井涌水量及季节性变化规律等。,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”是防止井下水害的基本原则。当采掘工作面遇到下列情况之一时，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，若其上或其他方向有高压水，则在煤层表面会有水珠，似流汗一样。（3）采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”。（4）在采掘面内若在煤壁、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；若水甜且清，则是“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，察看观测孔（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，并清除淤渣，拆除短轨和架空线，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，井下人员应迅速向安全口撤退，安全出井。,第五节矿井防治水,五、水灾处理的一般原则（1）必须了解突水的地点、性质，估计突出水量、静止水位，突水后涌水量、影响范围、补给水源及有影响的地面水体。（2）掌握灾区范围，如事故前人员分布、矿井中有生存条件的地点、进入该地点的可能通道，以便迅速组织抢救。（3）按涌水量组织强排，发动群众堵塞地面补给水源，排除有影响的地表水，必要时可采用灌浆堵水。（4）加强排水和抢救中的通风，切断灾区电源，防止一切火源，防止沼气和其它有害气体积聚。（5）排水后侦察、抢险中，要防止冒顶和二次突水。（6）搬运和抢救人员，要防止突然改变伤员已适应的环境和生存条件，以造成伤亡。,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,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达到极限跨距，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,第六节煤层顶板事故防治,三、煤层顶板事故的分类及预防措施（一）采煤工作面煤层顶板事故按冒顶范围分为局部冒顶和大型冒顶局部冒顶发生在靠煤壁附近、采煤工作面两端、放顶线附近,第六节煤层顶板事故防治,大型冒顶事故的几种情况老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合煤层顶板推垮型冒顶。,第六节煤层顶板事故防治,预防措施,冒顶位置不同，措施不同采煤工艺不同，措施不同事故致因不同，措施不同,第六节煤层顶板事故防治,（二）掘进工作面煤层顶板事故事故多发地点掘进掌子面、交岔点、贯通点、巷道开口点事故致因顶板破碎、矿压显现、支护失效、支护材料强度不够、支护设计缺陷、支护方式选取不当、未按规程操作、冒险作业、违章指挥等,第六节煤层顶板事故防治,预防措施合理布置巷道位置、加强维护、选用合格材料支护、科学支护设计、敲帮问顶、先支后回、联合支护、严禁空顶作业、按章指挥等等。,第六节煤层顶板事故防治,顶板事故发生原因及预防1、采矿方法不合理和顶板管理不善选用合理的采矿方法2、地质条件不好搞好地质调查工作3、缺乏有效支护加强工作面顶板的支护与维护4、检查不周和疏忽大意严格顶板监测制度5、地压活动或其他原因及时处理采空区、坚持正规循环作业,第六节煤层顶板事故防治,冒顶前的预兆1、发出响声2、掉碴3、片帮4、裂缝5、脱层6、漏顶7、瓦斯增大8、淋水增加,,第六节煤层顶板事故防治,四、冒顶事故处理基本原则1、尽快抢险，防止事故扩大；2、探明范围，确定抢救方法；3、恢复通风，保证空气正常；4、由外向里，加强支护清理通道；5、专人检查监视煤层顶板，防止二次冒顶。,第六节煤层顶板事故防治,本次授课到此结束,祝大家工作顺利、万事如意,