2023年矿井瓦斯防治及粉尘防治课件.doc

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响生成的气体；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，其中大局部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，仅是其中的一小局部〔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，局部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，就会有局部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。这种涌出一般觉察不出来。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，那么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，假设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拟明显，对相对涌出量的影响不大；假设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，相对瓦斯涌出量那么有明显变化。 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；压入式通风矿井那么正好相反。 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方案。 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外表积的大小，矿尘分散度越高，其比外表积越大，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，可认定煤尘根本无爆炸性，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，只有悬浮的煤尘到达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。