矿井灾害防治理论与技术总复习

.1 矿井瓦斯： 广义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。

狭义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。

矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO 2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氢（H 2）、一氧化碳（CO ）、二氧化硫(SO 2)、硫化氢(H 2S)等。

由于甲烷（俗称沼气）是矿井瓦斯的主要成分，因而人们习惯上所说的瓦斯，通常指甲烷而言。

来源：
（1）煤、岩层涌出（烷烃、环烷烃、芳香烃）； （2）生产过程中产生（CO 2、NO 2、H 2等）
（3）井下化学、生物化学反应生成 （CO2、H2S 、SO2）； （4） 放射性元素蜕变过程生成（Rn 、He 等）
2 煤矿井下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，有机成因说认为煤层瓦斯是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。

3 煤层瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。

形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。

四带： CO 2- N 2带、N 2带、N 2—CH 4带、CH 4带。

现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。

煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态、吸附状态，游离状态：也叫自由状态
4 影响煤层瓦斯含量的因素取决于煤层储存瓦斯的地质条件：1、煤的吸附特性 2、煤层有无露头 3、
煤层的埋藏深度 4、围岩透气性 5、煤层地质史6、地质构造圈闭瓦斯的条件 7、水文地质条件
5 瓦斯涌出量的定义：矿井建设或生产过程中从煤与岩石涌入巷道或采掘工作面的瓦斯量。

瓦斯涌出量表示方法
绝对瓦斯涌出量——单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d 或m3/min ： 相对瓦斯涌出量——平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m3/t 。

瓦斯涌出形式：（1）正常涌出（2）异常涌出
6 影响瓦斯涌出量的主要因素 （一） 自然因素 1、煤层和围岩的瓦斯含量 2、地面大气压变化 3 、开采深度 （二）开采技术因素 1、开采规模 2、开采顺序与回采方法 3、生产工艺 4、通风压力与通风系统
7 只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。

根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌
瓦斯成分 % 名 称 气 带 成 因
N 2
CO 2 CH 4 CO 2— N 2带 生物化学—空气
20～80 20～80 <10 N 2带 空气 ＞80 <10～20 <20 N 2—CH 4带 空气—变质 20～80 <10～20 20～80 CH 4带
变质
<20
<10
＞80
出量和瓦斯涌出形式划分为：
（一）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。

（二）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。

（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。

8 矿井瓦斯涌出量预测：矿山统计法、煤层瓦斯含量法
9 瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂隙中迅速喷出的现象
特点：时间突然，空间上集中，动力效应。

危害：造成局部地区、采区、一翼充满高浓度瓦斯；窒息、遇火燃能引起瓦斯爆炸、火灾。

根据瓦斯喷出裂隙呈现原因不同分：
（1）地质来源；
（2）采掘地压形成。

（3）冲击地压形成
10 瓦斯喷出的防治
一、第一类瓦斯喷出的防治
1、加强地质工作 3、利用封堵、引排、抽放等综合措施治理喷出瓦斯。

二、第二类瓦斯喷出的防治 1、加强地质工作 2、根据初期卸压面积估算卸压瓦斯量，以确定抽放卸压钻孔的数量及孔位。

3、搞好顶板管理 4、加强通风管理 5、加强职工安全教育
11 煤与瓦斯突出：在地应力和瓦斯的共同作用下。

破碎的煤（岩）和瓦斯由煤（岩）体内向采掘空间突然喷出的现象。

简称突出
煤与瓦斯突出分类：突出压出倾出
12 、地应力和瓦斯压力在突出过程中的作用
地应力的作用：
a）使煤体发生最初的变形、位移和破碎
b）影响煤体内部裂隙系统的闭合程度，控制着瓦斯的流动和解吸。

瓦斯压力的作用：
a）当瓦斯压力梯度很大时，能独立激发突出；
b）发展与实现突出的主要因素；
c）膨胀瓦斯破碎，搬运煤岩，孔壁附近保持较高的地应力梯度和瓦斯压力
13 四位一体 1、突出危险区预测 2、防治突出措施 3、防突措施效果检验 4、安全防护措施
按照“四位一体”的防治突出综合措施实施系统，首先经突出区域预测，把煤层划分为突出煤层和非突出煤层；再通过区域预测把突出煤层划分为突出危险区、威胁区和无突出危险区；最后通过工作面突出危险性预测，把工作面划分为突出危险和无突出危险工作面。

只有在预测为突出危险的工作面才采用防治突出措施，且在措施执行后进行防治突出效果检验。

在突出煤层的突出威胁区，仅采用安全防护措施，但应根据煤层的突出危险程度，采掘工作面每推进30～100m ，应用工作面突出危险性预测方法连续进行不少于两次的验证性预测，其中任何一次验证为有突出危险时，该区域即改划为突出危险区 14 (一)、区域性防突措施 (二) 局部防突措施
区域性防突措施 1、开采保护层2、预抽煤层瓦斯两种 3. 煤层注水
局部防突措施 1、松动爆破 2、钻孔排放瓦斯 3、水力冲孔 4、超前钻孔 5、金属骨架 6、超前支架 7、卸压槽 8、震动放炮
15 爆炸：物质从一种状态迅速变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量的同时，产生巨大声响的现象。

烷空气体----甲烷与空气混合物。

燃烧速度----火焰面相对于未燃烷空气体的传播速度。

瓦斯爆炸充要条件：瓦斯浓度在爆炸范围内;引火源能量大于最小点火能量（0.28mj ）温度高于最低点火温度（595℃）且高温热源存在时间大于瓦斯引火感应期；氧浓度大于临界值。

16 瓦斯爆炸的危害1、火焰锋面 2、冲击波 3、井巷大气成分变化｛（1）O 2降低；（2）产生大量有毒、有害气体（CO 2、CO 、H 2O ）；（3）形成爆炸性气体（ CO ）；
（4）影响范围极远，与通风系统、通风量及爆炸时对通风系统的破坏情况｝ 17 其它可燃气体对爆炸界限的影响
当烷空气体混有碳氢类气体或CO 时，可用勒.查特里埃（Le.Chatelier ）法则计算混合气体的爆炸
界限。

n
N
n C N C N C N +++=
2
2
1
1100
式中：
N —— 混合气体爆炸上限或下限， ％；
C1、C2、 ——分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比，％； C1+ C2+ C3+…+Cn =100％
N1、N2、N3...Nn ——分别为各可燃气体的爆炸上限或下限， ％；
例题：某矿封闭火区内的可燃气体成份与浓度分别为：CH 4 4.5％，CO 2.1％，C 2H 4 0.02％，
C 2H 6 0.04％，求该火区内可燃气体的爆炸界限，并判断其爆炸危险性。

解 可燃气体的总浓度为：
C ＝C CH4＋C CO ＋C C2H4＋C C2H6
＝4.5+2.1+0.02+0.04=6.66％
各种可燃气体占可燃气体总浓度的百分比为： C CH4＝4.5/6.66＝67.59％ C CO ＝2.1 / 6.66 ＝31.51 ％ C C2H4＝0.02 / 6.66 ＝0.3 ％
C C2H6＝2.1 / 6.66 ＝0.6 ％
则该火区内可燃气体的爆炸界限为：
下限 上限
由此可知，因为火区可燃气体浓度为6.66%，大于爆炸下限6.1％，故有爆炸危险性。

18、惰性气体的影响
爆炸下限提高，上限降低，即爆炸范围缩小。

α
α
αα
-+⨯-+
=1100100)11('N
N
N 式中 N----混合气体惰化前的爆炸极限，%；
N----混入惰性气体后，混合气体爆炸极限，%；
α---- 混合气体内加入惰气（CO 2+N 2）的体积浓度， α=0.01(CO 2+N 2)
不同惰性气体惰化效果：
卤化烃 ＞ CO 2 ＞ N 2 ＞ He 19 预防瓦斯爆炸的技术措施
一、防止瓦斯积存与超限 具体措施主要有： （1）通风异常的原因、类别和对策 a ）停电
是停风的根本原因。

包括：主要通风机停电、局扇停电。

b ）通风系统或通风设施破坏或异常。

如：风门未关好、风道堵塞、风筒脱节或破坏等。

c ）反风
（2）瓦斯涌出异常的类别与对策 a ）煤与瓦斯突出 b ）瓦斯喷出
c ）冲击地压和顶板大面积陷落
d ）大气压急剧下降
e ）采掘作业
二、严格瓦斯检查制度 20 防止瓦斯引燃的措施
原则：严禁和杜绝一切非生产火源；严格管理和限制生产中可能发生的、热源。

防止瓦斯爆炸事故扩大的措施
原则：一旦发生瓦斯爆炸，为防止灾情扩大，应使灾区局限在尽可能小的区域和防止二次灾害。

21 抽放类型的划分
按空间对象分 按地应力划分⎪⎩
⎪⎨⎧卸压抽放瓦斯未卸压抽放瓦斯 %
1.622
.36.075.23.05.1251.31557.67100
==
+++b N %
27.2145
.126.06.283.07551.311657.67100
==
+++b N ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧综合抽放
围岩抽放采空区抽放邻近煤层抽放开采煤层抽放
按时间对比划分（采掘与抽放）⎪⎪⎩⎪⎪
⎨⎧采后抽放
边采边抽放边掘边抽放
前预抽掘采)(
21 矿尘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。

矿尘分类
按矿尘的存在状态划分
(1)浮游矿尘。

悬浮于矿内空气中的矿尘，简称浮尘。

(2)沉积矿尘。

从矿内空气中沉降下来的矿尘，简称落尘。

按类型分 矿石粉尘、煤尘和岩尘
22 矿尘治理的基本技术 一、通风除尘 二、湿式作业｛1. 湿式凿岩 2.湿式钻眼 3.洒水防尘 4.喷雾捕捉浮沉 5. 水封爆破和水炮泥 6.防尘供水｝三、密闭抽尘 四、净化风流 五、泡沫除尘 六、个体防尘
23 煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件： （1）煤尘本身具有爆炸性。

（2）煤尘必须悬浮在空气中并达到一定浓度。

（3）引起煤尘爆炸的热源。

24 煤尘爆炸的机理
煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。

一般认为其爆炸机理及过程如下：
(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；
(2)当温度达到300～400℃ 时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1％左右的其它碳氢化合物；
(3)形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；
(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。

25 影响煤尘爆炸的因素
（1）煤的物理化学性质。

煤的组成除固定碳外还有挥发分、水分、灰分、粒度等，它们对煤尘的爆炸性起着不同的作用。

（2）矿井的瓦斯浓度。

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。

轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病； (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。

26 矿井火灾的分类
(1）根据不同引火热源，矿井火灾可分为外源火灾（外因火灾）和自燃火灾（内因火灾）。

外源火灾是由于外部热源引起的火灾。

自燃火灾是由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并积聚热量而引起的火灾。

27 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。

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煤的粒度。

③煤岩成分。

④煤的水分。

⑤煤中含硫量
28 通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙漏风。

易于自燃的区域：采空区、煤柱、巷道顶煤、断层和地质构造附近
29 矿井火灾的危害
(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。

30 自燃发火防治的技术途径 1、开采技术措施 2、预防性灌浆 3、均压防火 4、阻化剂防火 5、凝胶防灭火 6、氮气防灭火
31 采空区浮煤划分三个带 1、中性带（不自燃带）2、自燃带 3、窒熄带
32 矿井灭火：1、消除可燃物 2、降低燃烧物的温度 3、隔绝窒息灭火
33 封闭火区的防火墙 (1）临时防火墙(2）永久防火墙(3）耐爆防火墙
34 地表水综合防治措施 1、合理选择井筒位置 2、填堵通道和消除积水3、挖沟排（截）洪水 4、整治河流 5、加强雨季前的防汛工作
35 矿井水灾的影响因素（一）自然因素 1. 地形 2. 围岩性质 3.地质构造 4. 充水岩层的出露条件和接受补给条件。

（二）人为因素 1. 顶板塌陷及裂隙。

2. 老空积水 3. 未封闭或封闭不严的勘探钻孔
36 探放水原则：有疑必探，先探后掘
37 水疏干方法：地表疏干、井下疏干、地表和井下相集合疏干
38井下疏干：直接放水、先堵后放、先放后堵、先隔后放
39 矿山现场急救方法：口对口吹气、仰卧压胸、俯卧压背
40 判断死亡：看瞳孔、听脉搏、试呼吸。