矿井瓦斯防治及粉尘防治课件

第一章矿井瓦斯防治
矿井瓦斯从广义上说是井下有毒有害气体的总称。

它的主要成分通常是以甲烷（沼气）为主的烃类气体。

它的来源一般分为四个方面：一是在煤层与围岩内赋存并能涌入到矿井的气体；二是生产过程中生成的气体，如放炮时产生的炮烟、充电过程产生的氢气；三是井下空气与煤岩、支架和其它材料之间的化学或生物化学的反应生成的气体；四是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡（Rn）及惰性气体氦。

第一节矿井瓦斯的生成与赋存
一、矿井瓦斯的生成
煤层瓦斯的来源主要是煤层和煤系地层，它主要是腐植型有机物在成煤过程中生成的。

一般分为两个成气时期：一是从植物遗体到形成泥炭属于生物化学成气时期；二是地层在高温高压作用下从褐煤到无烟煤属于煤的化学作用成气时期。

瓦斯生成的多少主要取决于原始母质的组成和煤的化学作用所处的阶段。

二、煤层瓦斯的赋存
煤层进过漫长的地质年代煤化过程生成的瓦斯，在其压力和浓度差的驱动下进行运移，其中大部分脱离产气煤层排放到古大气中；当在运移中遇到良好的圈闭和储存条件下
时，会聚集起来形成天然的气藏。

留存在现今煤层中的瓦斯，仅是其中的一小部分（占3%—24%）。

煤层瓦斯含量的多少，主要取决于封闭条件。

如煤层埋藏深度、煤层与围岩的透气性、地质构造与存储条件。

如煤的吸附能力、孔隙率、含水程度、温度与压力等。

三、瓦斯的存在状态
瓦斯在煤层或岩层中存在的状态有两种：一种叫游离状态；另一种叫吸附状态。

游离瓦斯存在于煤层、岩层的裂隙或空洞中，它可以自由地从煤层或岩层的裂隙中散放出来。

吸附瓦斯是指被吸附在煤体或掩体孔隙壁上，形成一个极薄的薄膜或进入煤体内部，瓦斯分子与煤的分子之间由于引力作用，紧密的吸附着。

以吸附状态存在的瓦斯含量大小，决定于煤的孔隙结构特点、瓦斯压力、煤的温度和湿度等。

据估算，在天然条件下，煤体中以吸附状态储存的瓦斯约占90％，而以游离状态存在的瓦斯的约仅占10％。

这说明瓦斯绝大多数是以吸附状态存在。

但是，在一定条件下，煤体中的游离瓦斯和吸附瓦斯又是可以相互转化的。

例如，当外界压力升高或温度降低时，部分瓦斯将由游离状态瓦斯转化为吸附状态瓦斯。

反之，如外界压力降低或温度升高时，就会有部分吸附状态瓦斯转化为游离状态瓦斯。

四、影响煤层瓦斯含量的因素
煤层瓦斯含量的大小主要取决于煤层保存瓦斯的地质
条件，即煤层和围岩的透气性，地质构造的圈闭条件以及煤层本身的存储条件等。

1.埋藏深度
煤层埋藏深度的增加，不仅会因地应力增高而使煤层及围岩的透气性差，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，两者都不利于瓦斯的封存。

当深度不大时，煤层瓦斯含量随埋深呈线性增加；当埋深很大时，煤层瓦斯含量趋于常量。

2.煤层和围岩的透气性：
煤系地层岩性组合及其透气性对煤层瓦斯含量有很大影响。

煤层及其围岩的透气性越大，瓦斯越易流失，煤层瓦斯含量就越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大。

3.煤层倾角
在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。

4.地质构造：
地质构造是影响煤层瓦斯赋存及含量的最重要条件之一。

第二节矿井瓦斯的涌出
一、瓦斯涌出的形式与特征
瓦斯自煤层或岩层中涌出，有普通涌出和特殊涌出两种形式：普通涌出是煤矿井下瓦斯涌出的一种形式，也是井下瓦斯的主要来源。

他的特点是涌出范围大、持续时间长，均匀而缓慢地从巷道、采掘工作面、采空区等地点的煤层或岩
层的所用暴露面，从肉眼看不见的细微孔隙，或裂缝中散放出来。

涌出的首先是游离瓦斯，而后是吸附瓦斯转化为游离瓦斯。

这种涌出一般察觉不出来。

但在湿润的煤壁上有时能听到微弱的“吱吱”声；这种现象称为瓦斯涌出，它是煤矿井下瓦斯的主要来源。

特殊涌出又称异常涌出，这种涌出主要受矿山压力、煤体瓦斯压力的影响，在短时间内突然涌出大量瓦斯，突然涌出的同时往往带有大量的煤粉、岩石抛出。

其特点是：涌出强度大，只影响局部地区，而且时间短，伴随机械动力作用而产生。

特殊涌出的形式主要有以下4种：
1.瓦斯喷出。

瓦斯喷出的主要原因是在含瓦斯的煤岩中，在某些地质破坏带内天然的空洞或裂缝中，往往积存有高压的瓦斯，当采掘工作面或钻孔接近这些地点时，瓦斯便急剧地向低压区涌出。

特点：时间突然，空间上集中，动力效应。

2.煤压出。

煤压出的主要原因是当煤层结构不均匀并有软分层煤存在时，工作面前方在应力集中和煤层瓦斯压力的作用下，破坏了煤体的完整性，压碎煤炭向工作面抛出，同时伴有大量瓦斯喷出。

3.煤倾出。

主要是在煤质松软和工作面指甲不良，瓦斯含量较大的煤层，煤因自重塌落而同时涌出大量的瓦斯。

二、矿井瓦斯涌出量
矿井瓦斯涌出量分为绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出
量。

矿井瓦斯涌出量的大小，取决于自然因素和开采技术因素的综合影响。

（1）自然因素
1）煤层和邻近层的瓦斯含量
煤层和邻近层的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的决定因素。

开采煤层的瓦斯含量高，瓦斯的涌出量就大。

当开采煤层的上部或下部都有瓦斯含量大的煤层或岩层时，由于未受采动影响，这些邻近层内的瓦斯也要涌人开采层，从而增大了矿井瓦斯涌出量。

2）地面大气压及气温
地面大气压的变化与瓦斯涌出量的大小有密切关系。

地面大气压力升高时，矿井瓦斯涌出量减少。

地面大气压力下降，瓦斯涌出量增大。

气温的影响体现在其变化导致大气压的变化，进而影响瓦斯涌出量的大小。

（2）开采技术因素
1）开采规模
开采规模是指开采深度、开拓、开采范围及矿井的产量而言。

开采深度越深，随着瓦斯含量的增加，瓦斯涌出量就越大。

在瓦斯赋存条件相同时，一般是开拓、开采范围越大，则瓦斯绝对涌出量越大，而瓦斯相对涌出量差异不大；产量增减，往往瓦斯绝对涌出量有明显的增减，而相对涌出量的变化不很明显。

当矿井的开采深度与规模一定时，若矿井涌
出的瓦斯主要来源于采落的煤，产量变化时，对绝对涌出量的影响比较明显，对相对涌出量的影响不大；若瓦斯主要来源于采空区，产量变化时，绝对瓦斯涌出量变化较小，相对瓦斯涌出量则有明显变化。

2）开采顺序与回采方法
首先开采的煤层（或上分层）排放了邻近层的瓦斯，因此，瓦斯涌出量大。

后退式开采程序比前进式开采程序瓦斯涌出量要少，属于回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。

陷落法管理顶板比充填法瓦斯涌出量大。

3）生产过程
瓦斯涌出量一般随开采过程的进行而随时间的延续迅速下降。

4）矿井风压
理论上，与大气压对瓦斯涌出量的影响相同。

抽出式通风的矿井，瓦斯涌出量随矿井通风压力（负压）的提高而增加。

压人式通风矿井，瓦斯涌出量随矿井通风压力（正压）的提高而减少。

5）空区的管理
采空区的密闭质量影响瓦斯涌出量。

抽出式通风的矿井，瓦斯涌出量随密闭质量的提高而减少；压入式通风矿井则正好相反。

第三节矿井瓦斯的危害
一、瓦斯性质
瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷。

瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，扩散性较空气高。

瓦斯无毒，但浓度很高时，会引起窒息。

二、瓦斯的危害
矿井瓦斯的危害主要有以下3个方面：
1.瓦斯爆炸。

瓦斯爆炸产生高温高压；产生很强的冲击波；产生连续性爆炸；产生大量有毒有害气体。

2.瓦斯燃烧。

3.中毒窒息。

三、瓦斯爆炸的条件
矿井瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：一定浓度的瓦斯、一定的温度引火源和足够的氧气。

1.瓦斯浓度。

（5%-16%）
2.引火温度（650℃—750℃）
3.氧气浓度（氧含量不得低于12%）
第四节预防瓦斯事故的主要措施
瓦斯的危害是严重的，可能造成人员重大伤亡，使国家财产遭受严重损失，甚至矿毁人亡。

但是，瓦斯这种自然灾害又是可以认识和预防的。

我知道了瓦斯的主要来源、去向和和聚集、爆炸的剧本规律。

而且又掌握了一套行之有效的措施。

这些措施包括纺织瓦斯积聚和防止井下产生任何可能引燃瓦斯等措施。

1防止瓦斯积聚（1.加强机械式通风。

2.坚决消灭独眼井和自然通风。

3.及时处理局部瓦斯聚积。

4.加强瓦斯检查。

2.杜绝火源（1.严格执行检查搜身制度。

2.加强电器设备维护管理。

3.防治放炮引起的火源。

4.加强局部通风机计管理。

5.防治机械设备摩擦、碰撞产生火花。

6.加强火区管理。

）
3.防治事故范围扩大
（1）每一生产水平、每一采区都要布置单独的口风道，实行分区通风。

（2）通风系统力求简单，总进风道与总回风道布置间距不得太近，以防发生爆炸时使风流短路。

报废的巷道应及时封闭。

（3）装有主要扇风机或分区扇风机的出风井，必须安装防爆门，以防发生爆炸时扇风机被摧毁，造成救灾和恢复生产的困难。

（4）矿井主要扇风机必须装有反风装置，要能在10分钟内改变矿井风流的方向。

（5）在连接矿井的两翼、相邻的采区、相邻的煤层和采掘工作面等处的巷道中,设置“隔爆水棚”或“岩粉棚”,水幕或撤布岩粉,以阻止爆炸火焰的传播。

（6）编制周密的矿井灾害预防和瓦斯爆炸事故处理计划。

第二章矿井粉尘防治
第一节矿尘的性质及危害
一、矿尘的性质及危害
1、矿尘的性质:
(1)1：矿尘中游离SiO2含量
矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的决定因素，其含量越高，危害越大。

(2)矿尘分散度
矿尘分散度的重要意义
①矿尘的分散度直接影响着它的比表面积的大小，矿尘分散度越高，其比表面积越大，矿尘的溶解性、化学活性和吸附能力等也愈强。

②矿尘分散度对尘粒的沉降速度有显著的影响。

矿尘在空气中的沉降速度主要取决于它的分散度、密度及空气的密度和粘度。

③矿尘分散度对尘粒在呼吸道中的阻留有直接影响。

综上所述，矿尘的分散度愈高，危害性愈大，而且愈难捕获。

(3) 矿尘的湿润性
指矿尘与液体的亲和能力。

分为亲水性和疏水性矿尘。

(4)矿尘的荷电性
悬浮于空气中的尘粒，因空气的电离作用和尘粒之间或尘粒与其他物体碰撞、摩擦、吸附而带有电荷，设计和使用除尘器有重要意义。

(5)矿尘的燃烧性和爆炸性
矿尘爆炸时产生高温、高压，生成大量的有毒有害气体，对矿井安全生产威胁极大。

一般认为，含硫大于10％的硫化矿尘即有爆炸性，发生爆炸的粉尘浓度范围为250～1500g/m3，引燃温度为435 ～450℃。

二、矿尘的危害
1、污染工作场所，危害人体健康，引起尘肺病；
2、某些矿尘在一定条件下可以爆炸；
3、加速机械磨损，减少精密仪表的使用时间；
4、降低工作场所的能见度，增加工伤事故的发生。

第二节煤尘爆炸
一、煤尘爆炸的必备条件
煤尘爆炸必须同时具备以下3个条件：
1、煤尘本身具有爆炸性
其爆炸性是经技术鉴定和实验测出的：一是在煤尘瓦斯爆炸实验巷道，进行模拟实验测得。

二是在实验室用大管状煤尘爆炸鉴定仪试验得出。

三是通过分析煤的挥发分得出。

当挥发分（V指）<10%时，可认定煤尘基本无爆炸性，但按规定必须进试验才能最后确定。

当V指>10%时，有爆炸性。

（V指<10% 为无爆炸性，V=10%-15%为弱爆炸性，V指=15-28%为强爆炸性，V指>28%为强烈爆炸性）
2、煤尘在空气中的浓度
井下空气中，只有悬浮的煤尘达到一定浓度才可能引起爆炸。

3、煤尘爆炸的点燃热源
煤尘爆炸引火源温度变化范围大，它是随着煤尘性质和实验条件的不同而变化。

经试验，我国煤尘爆炸的引火源温度为610℃—1050℃，一般为700℃—800℃。

二、影响煤尘爆炸的因素
1、煤的挥发分
2、煤的灰分和水分
3、煤尘的粒度
4、空气中的瓦斯浓度
5、空气中的氧含量
6、引爆热源
第三节预防煤尘爆炸的技术措施
煤尘爆炸防治技术措施可分为3类：防尘措施、防爆措施、隔爆措施。

一、防尘措施
1.煤尘注水。

2.采空区灌水。

3.采用水封爆破和水泡泥。

4.清除井巷中的积尘。

二、防爆措施
1.严格执行规程，杜绝明火。

2.防治瓦斯积聚和燃烧爆炸。

3.杜绝放炮时产生火焰。

4.杜绝电器火源。

5.消除其他火源。

三、隔爆措施
1.按规程规定安装隔爆水棚。

2.规程规定安装隔爆岩粉棚。

3.按规程规定安装防尘水幕。

4.使用自动式防爆棚。

第四节综合防尘技术
综合防尘技术包括风、水、密、净和护等5个方面，并以风、水为主。

风是通风防尘；水是湿式作业；密是密闭抽尘；净是净化风流；护是个体防护。

一、通风除尘
1.通风除尘的作用
通风除尘是稀释和排放工作地点悬浮粉尘，防止过量积累的有效措施。

实践证明，通风工作好坏直接影响防尘工作。

通风除尘主要是寻求合理的排尘风速。

二、湿式作业
湿式作业时矿井防尘最普遍的技术措施，具有简单易行、费用小，效果好等特点。

这项工作在地方小矿还没有普遍采用。

1.湿式凿岩
湿式凿岩就是在凿岩过程中，将压力水通过凿岩机送入
井并充满孔底。

以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。

湿式凿岩可使粉尘从大于100mg/m3降低到10mg/m3
2.洒水防尘
洒水防尘是湿润沉积于煤、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。

工作面放炮后，在岩帮和支架上都落有大量的微细岩尘，在震动或大风速的情况下，可能会再次飞扬，因此还必须冲刷岩帮。

三、净化风流
净化风流是使井巷中含尘的空气通过一定的设施或设备，而将矿尘捕获、颈环风流的技术措施。

目前使用较多的是水幕和湿式旋风除尘机。

四、个体防护
在采取综合防尘措施的基础上，对个别难以涉及的矿尘防治地点，配合个体防护是改善井下工人生产环境的积极措施。

现在使用较多的是防尘口罩。

第七章矿井事故抢救与处理
煤矿生产时地下作业，自然条件十分恶劣，时刻会出现受到水、火、瓦斯、矿尘及顶板事故等灾害的严重威胁。

为
此，必须对某些万一可能出现的灾害事先做好《灾害预防和处理计划》。

这样，当灾害一旦发生时，就可以作为在场人员记忆救护队员处理事故时的行动纲领，做到积极抢险救灾，使灾害事故减轻到最低的危害程度。

第一节事故抢救的一般要求
一、事故抢救一般要求
矿井灾害事故的抢救与处理，是一项非常艰巨和复杂的工作。

因此事故的灾害地段往往充满烟雾、有毒、有毒气体，巷道遭受破坏、堵塞、甚至引起火灾。

而且许多重大事故在一定条件下是可以转化的如沼气燃烧可能转而发生爆炸；一次瓦斯爆炸可能转而发生连续爆炸等。

在此情况，如果计划不周、指挥不当，还会扩大事故、灾害，造成更大的伤亡。

根据事故的性质及发生、发展规律，抢险救灾的一般要求和方法是：
1.以《矿井灾害预防和处理计划》（以下简称《计划》）作为行动纲领，有计划、有组织地实施抢险救灾工作。

《煤矿安全规程》规定：凡有自然起火、瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸和透水等危险的矿井，每年要编制矿井灾害预防和处理计划，并且每年要组织一次演习，每季做1次修改。

该计划的内容包括对井下灾害的应变措施和必要的物质、器材的准备
以及一旦发生事故后的警报信号、联络方法、安全撤离路线、自救与救援组成和分工、必须提供的各种图纸资料和各种不同性质的事故的抢险措施与方法以及注意事项等。

2.建立抢险救灾指挥部
发生重大事故后，应根据《计划》迅速成立救灾指挥部，并按分工各负其责。

3.及时营救遇难人员
矿井灾害事故的抢救与处理，是贯彻“救死扶伤”、发扬革命人道主义精神的具体表现。

事故的抢救与处理工作，第一位的任务是救人，寻找遇难人员和帮助他们脱离险境；其次才是清理和修复事故现场，消除有可能引起继续发生事故的各种隐患。

4.组织观察，为恢复生产和勘察事故现场创造条件
组织勘察，是判断事故性质和灾害程度范围、制定抢救与处理计划的前提和基础。

勘察的任务包括：查明事故原因的性质、地点、范围，寻找遇难人员；查明巷道被破坏、堵塞和井下通风情况，测定瓦斯和有毒、有害气体的浓度；了解是否存在火源和事故蔓延的方向等等。

二、安全撤退的一般原则
当发生煤尘、瓦斯爆炸事故时，位于事故地点进风侧的人员应迎着风流方向撤退；人员位于回风侧时，可佩戴自救器或用湿毛巾捂住口鼻，尽量走捷径以便较快地绕道新鲜风
流中去，或顺风流撤退。

当发生火灾时事故时，应尽量弄清火灾性质和地点，如果是外因火灾，火势不大，立即就地取材将火扑灭；对于电器火灾，则首先切断电源，然后再设法将火扑灭。

当发生透水事故时，则应撤退到透水地点上部水平，但尽量不要进入涌水地点附近的独头巷道中。

若发生老空积水涌水事故，要注意防止有毒有害气体伤人。

因为水从老空区涌出时，往往会有有毒有害气体，如：瓦斯、硫化氢、二氧化碳等。

第二节事故处理措施
井下发生火灾、瓦斯爆炸、煤尘爆炸以及煤与瓦斯突出等重大事故时，首先要迅速组织撤出灾区和受威胁区域的人员，全力以赴抢救遇难人员，并切断灾区电源。

一、矿井火灾事故抢救处理方法
矿井发生火灾事故后，应立即报告调度室，采取下列措施：
1.迅速探明火区地点、范围和发火原因，消除燃烧物，防治火灾气体向有人员的巷道蔓延。

2.立即通知灾区人员按照避灾路线撤离灾区，并切断火区
的电源。

3.根据火源位置、火灾波及的范围和工作人员所在的地点，采区不同的通风方式，确保就爱人员的安全，这样有利于抢救遇难人员和灭火。

进风井口、井筒、井底车场、主要运输大巷发生火灾时，为使井下工作人员免受火灾产生的有毒有害气体的危害和火灾向工作面蔓延，必须采取反风或短路风流的措施。

在工作面发生火灾时，火风压的影响有可能使双翼采区的邻近工作面受到烟雾侵害，必须在发生火灾的工作面下顺槽安设临时调节风门以增加风阻；或者加大主扇的风压，才能防止风流逆转；或者降低送入火灾的风量，减小火灾所造成的热风压。

5.在灭火时，首先是要切断火区电源，同时要密切监察瓦斯浓度与风流变化。

火灾初期，火热不大，是采用直接灭火的有利时机。

用水灭火必须在有充足的供水条件下进行。

灭火时，人站在进风侧，用水枪由火的边缘向中心喷射，回风侧应切断电源，保持畅通。

如处于风流不稳定的角联风路或下行风流中，或遇回风受阻使排烟不畅时，都应防止火烟逆转。

用水灭火还要防止形成的水煤气爆炸。

直接灭火后，应将火源或残留火种挖除。

如供水不足，可用灭火器，也可用砂子、黄土等不燃物充填火区向火区注浆。

当直接灭火无效或火势发展快、温度高、无法接近火源时，则可将火区进、回风道封闭，使封闭区内氧浓度下降，达到惰化火区，促其熄灭的目的。

有煤尘自燃威胁的矿井、采区、工作面在设计与施工中均应为迅速封闭火区创造条件。

封闭地点的选择、封闭顺序的安排、密闭墙建造的要求以及建造时的安全、离爆措施，应按《煤矿救护规程》有关规定执行。

如火区范围大，且不易封闭严密，而火区气体无爆炸危险，可采用高位数泡沫远距离喷射。

如火区气体有爆炸危险，且灾区人员均已撤出，则可用惰气送入，以加速火区惰化。

在特殊情况下，万不得已时，个别矿井或采区只有采用水淹。

这种方法对极易自燃的煤层而言，在排除积水后，更易复燃。

二、瓦斯、煤尘爆炸事故抢救处理方法
1.迅速组织救护队听着那名事故的地点和范围，全力以赴救护遇难人员。

（1）井下发生燃烧、爆炸事故后，救护人员要以最快的速度、由最短的路线到达遇难人员最多的地点进行抢救。

其方法，一是沿进风方向进入灾区；二是沿回风方向进入灾区。

选择哪条路线最好，要根据具体情况来断定。

（2）当爆炸产生大量有毒有害气体、严重威胁回风方向的工作人员安全时，为了紧急救人，在保证进风的人员安全撤退的情况下，可以采取区域性反风或局部反风措施。

（3）当有可能发生瓦斯连续爆炸时，为了紧急救人，可以利用两次爆炸的间隔时间。

将救护队员派往灾区救人，但必须掌握瓦斯爆炸的最短的间隔时间。

2.注意扑灭或杜绝火源，防止第二次爆炸。

（1）杜绝电火花。

进入灾区前，必须切断通往灾区的电源。

（2）防止扬起明火。

救护队员进入灾区执行抢救任务时，行走与施工的动作要轻，要注意避免扬起煤尘与隐蔽的火源。

（3）抢救、处理灾区的同时，要注意扑灭爆炸引起的火灾和残留的火源，特别是寻找、扑灭隐蔽的火源、火星。

3.处理冒落区，清理堵塞物，恢复通风。

在确认无火源存在时，各种气体浓度符合《规程》规定时，要采取一切可能的措施，迅速恢复通风。

三、煤与瓦斯突出事故的抢救处理方法
发生煤与瓦斯突出事故时，除应遵守上述瓦斯爆炸事故的处理方法外，还应特别注意：
1.立即切断通向灾区的电源，并迅速通知救护队抢救遇难人员。

2.救护队接到通知赶到事故地点后，应首先检查瓦斯浓度和突出波及的范围。

如发现存在火源应迅速扑灭，一面引起瓦斯燃烧和报站。