《安全生产技术》第七章辅导（二）

第二节　地下矿井灾害及防治技术

　　一、地下矿山通风技术
　　（一）地下矿山通风系统
　　1.地下矿山通风的目的
　　矿井通风的目的有两个：
　　在正常生产时期，保证向矿井各用风地点输送足够数量的新鲜空气，用以稀释有毒有害气体，排除矿尘和保持良好的工作环境，确保矿井安全生产；
　　在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其他措施结合，防止灾害扩大。
　　2.矿井通风系统
　　矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气，排除污浊空气的通风网络、通风动力及其装置和通风控制设施（通风构筑物）的总称。
　　（1）通风方式。根据进风井和出风井的布置方式，矿井通风系统的类型可以分为中央式（中央并列式和中央分列式）、对角式（两翼对角式和分区对角式）和混合式3类。
　　（2）通风方法。根据主要通风机的工作方法，矿井通风方式分为抽出式、压入式和压抽混合式。
　　3.地下矿山漏风
　　地下矿山漏风是指通风系统中风流沿某些细小通道与回风巷或地面发生渗漏的短路现象。产生漏风的条件是有漏风通道并在其两端有压力差存在。地下矿山漏风按其地点可分为外部漏风和内部漏风。前者是指地表与井下之间的漏风，后者是指井下各处的漏风。
　　地下矿山漏风会造成动力的额外消耗；使地下矿山、采区和工作面的有效风量减少，造成瓦斯积聚、气温升高等，影响生产和工人身体健康；大量的漏风会使通风系统稳定性降低，风流易紊乱，调风困难，易发生瓦斯事故；会使采空区、被压碎的煤柱和封闭区内的煤炭及可燃物发生氧化自燃，易发生火灾；当地表有塌陷区时，老窑裂隙的漏风会将采空区的有害气体带入井下，使井下环境条件恶化而威胁安全生产。
　　4.地下矿山反风
　　矿井反风是为防止灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施。
　　（1）全矿性反风。全矿反风是指井下各主要风道的风流全部反向的反风。
　　在矿井进风井、井底车场、主要进风大巷或中央石门发生火灾时常采用全矿性反风，避免火灾烟流进入人员密集的采掘工作面。《煤矿安全规程》规定：
　　矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10 min内改变巷道中风流方向，当风流方向改变后主要风机的供给风量不应小于正常供风量40%，每年应进行1次反风演习，反风设施至少每季度检查1次。矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。
　　（2）局部反风。在采区内部发生灾害时，维持主要通风机正常运转，主要进风风道风向不变，利用风门开启或关闭造成采区内部风流反向的反风。
　　（二）地下矿山风量计算及通风参数测定
　　1.煤矿矿井风量计算
　　2.金属非金属地下矿山风景计算
　　3.通风参数测定
　　（三）地下矿山通风设备和通风构筑物
　　1.矿用通风设备
　　矿用通风设备中最主要的是通风机。通风机按其服务范围的不同，可分为主要通风机、辅助通风机、局部通风机；按通风机的构造和工作原理，可分为离心式通风机和轴流式通风机。
　　通风机工作的基本参数是风量、风压、效率和功率。
　　（四）局部通风技术
　　局部通风方法按通风动力形式的不同分为局部通风机通风、地下矿山全风压通风和引射器通风，其中以局部通风机通风最为常用。
　　局部通风机通风分为压入式、抽出式、混合式。
　　压入式通风：局部通风机及其附属装置安装在距离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流经风筒输送到掘进工作面，污风沿掘进巷道排除。
　　抽出式通风：局部通风机安装在距离掘进巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过风筒有局部通风机抽出。
　　（五）地下矿山通风系统参数测定
　　1.风速测定
　　2.地下矿山通风阻力的测定
　　3.一氧化碳检测
　　4.氧气检测
　　5.温度检测
　　
　　二、瓦斯及其防治技术
　　（一）瓦斯性质及瓦斯参数测定
　　1.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。
　　2.煤层瓦斯赋存状态
　　瓦斯在煤层中的赋存形式主要有两种状态：在渗透空间内的瓦斯主要呈自由气态，称为游离瓦斯或自由瓦斯，这种状态的瓦斯服从理想气体状态方程；另一种称为吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部，占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。实测表明，在目前开采深度下（1 000～2 000 m以内）煤层吸附瓦斯量占70%～95%，而游离瓦斯量占5%～30%。
　　3.煤层瓦斯含量及测定
　　煤层瓦斯含量是指单位质量煤体中所含瓦斯的体积，单位为m³/t。煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据，是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。煤层在天然条件下，未受采动影响时的瓦斯含量称原始含量；受采动影响，已有部分瓦斯排出后而剩余在煤层中的瓦斯量，称残存瓦斯含量。
　　影响煤层原始瓦斯含量的因素很多，主要有：煤化程度、煤层赋存条件、围岩性质、地质构造、水文地质条件等。
　　煤层瓦斯含量测定方法目前主要有地勘钻孔测定法、实验室间接测定法和井下快速直接测定法3种。
　　4.煤层瓦斯压力及测定方法
　　煤层瓦斯压力是存在于煤层孔隙中的游离瓦斯分子热运动对煤壁所表现的作用力。煤层瓦斯压力是用间接法计算瓦斯含量的基础参数，也是衡量煤层瓦斯突出危险性的重要指标。测定方法主要有直接测定法和间接测压法。
　　（二）矿井瓦斯涌出及瓦斯等级
　　1.矿井瓦斯涌出的形式
　　2.矿井瓦斯涌出量及主要因素
　　3.矿井瓦斯等级及其鉴定：
　　《煤矿安全规程》规定，一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。
　　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：低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
　　低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10 m³/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m³/min。
　　高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10 m³/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m³/min。
　　煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出，该矿井即定为煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
　　《煤矿安全规程》规定：每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定。
　　（三）瓦斯喷出及预防
　　1.瓦斯喷出
　　地下矿山瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。在20m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1.0m ³/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域。
　　瓦斯喷出的预兆：矿压活动显现激烈，煤壁片帮严重、底板突然鼓起、支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等。
　　2.瓦斯喷出的预防
　　（1）加强地下矿山地质工作，摸清采掘地区的地质构造情况；
　　（2）在可能发生喷出的地区掘进巷道时，打前探钻孔或抽排钻孔；
　　（3）加大喷出危险区域的风量；
　　（4）将喷出的瓦斯直接引入回风巷或抽放瓦斯管路；
　　（5）掌握喷出的预兆，及时撤离工作人员，并配备自救器，安设压气自救系统；
　　（6）掌握矿压规律，避免矿压集中，及时处理顶板，以防大面积突然卸压造成瓦斯喷出。