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第九章 矿井安全技术 矿井瓦斯防治 矿井粉尘防治 矿井火灾防治 矿井水灾防治 顶板事故防治 * 第一节 矿井瓦斯防治 一、矿井瓦斯及其性质 矿井瓦斯是指井下以甲烷为主的各种气体总称。其成分除甲烷外，还有CO2、N2及少量H2S、H2、稀有气体等。 甲烷又称沼气(CH4)，它是一种无色、无味、无嗅并在一定条件下可以燃烧爆炸的气体。在空气混入甲烷后所形成的混合气体中，当甲烷达到一定浓度范围时，遇高温热源(650～750℃以上)即能发生爆炸，此浓度范围称为甲烷爆炸界限。 通常情况下，甲烷爆炸界限为5～16%(9.1～9.5%时爆炸最猛烈)。 甲烷无毒，但不能供呼吸。 甲烷比空气轻，它的密度是空气密度的0.554倍。 二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级 1. 矿井瓦斯的涌出形式 (1) 普通涌出：指由受动影响的煤、岩层以及由采落的煤、矸石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象。又称“瓦斯涌出”。这种涌出是均匀的、缓慢的、经常性的。它是矿井瓦斯主要涌出形式，煤矿日常所进行的瓦斯管理工作，主要是针对这部分瓦斯。 (2) 异常涌出：包括瓦斯喷出、煤(岩)与瓦斯突出两种形式。 瓦斯喷出：指从煤体或岩体裂隙中大量瓦斯异常涌出的现象。简称“喷出”。瓦斯喷出一般持续时间较短。 煤(岩)与瓦斯突出：指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。简称“突出”。煤(岩)与瓦斯突出持续时间极短，一般为数秒或数十秒。 2. 矿井瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量：矿井正常生产过程中以普通涌出形式涌入矿井风流中的瓦斯量。它可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量表示。 矿井绝对瓦斯涌出量: 矿井在单位时间内涌出的瓦斯量。单位是m3/min或m3/d。 矿井相对瓦斯涌出量: 矿井平均每采1t煤所涌出的瓦斯量。单位是m3/t。 3. 矿井瓦斯等级 矿井瓦斯等级根据矿井相对涌出量和涌出形式划分为： 低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量不大于10m3/t的矿井； 高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t的矿井； 煤(岩)与瓦斯突出矿井：经鉴定，在采掘过程中发生过煤(岩)与瓦斯突出的矿井。 三、瓦斯爆炸及其防治 1. 瓦斯爆炸及其危害 瓦斯和空气混合后，在一定条件下，遇高温热源发生的氧化反应，并伴有高温及压力上升的现象称为瓦斯爆炸。 矿井一旦发生瓦斯爆炸，危害是十分严重的，主要表现在以下2个方面： (1) 高温高压及冲击 由于瓦斯爆炸是激烈的氧化放热反应，井下爆炸地点及其附近的温度可达1850℃以上，压力可达0.74MPa以上，促使爆源附近的气体以极大的速度(每秒数百米以上)向外冲击，造成人员伤亡，巷道和机电设备严重破坏。 爆炸时产生的高温很可能引燃井下可燃物，造成矿井火灾。爆炸时产生的冲击，会将煤尘扬起，使空气中煤尘浓度增加，若煤尘具有爆炸性，煤尘浓度又处在爆炸浓度范围内，加之又有高温热源，将会引发煤尘爆炸，使灾害更为严重。 (2) 爆炸后产生大量有害有毒气体 据有关资料，瓦斯爆炸后的气体成分为：O2=6～10%，N2=82～88%，CO2=4～8%，CO=2～4%。由上述数据可以看出，爆炸后空气中氧的含量大为减少，并产生大量一氧化碳，这将造成人员窒息及中毒。 2. 瓦斯爆炸防治措施 瓦斯爆炸的必要条件是必须同时具备以下3个条件： ① 一定的瓦斯浓度即井下混合气体中，瓦斯浓度在爆炸界限范围内(通常为5～16%)。 ② 具有高温热源点燃瓦斯的最低温度一般为650～750℃。 ③ 足够的氧气即含瓦斯的混合气体中氧气浓度必须大于12%，否则，混合气体就会失去爆炸性。 在上述三个必要条件中，只要能消除和控制其中之一，即可防止瓦斯爆炸。 瓦斯爆炸防治的主要技术措施： (1) 防止瓦斯积聚 ① 加强矿井通风； ② 及时处理局部积存瓦斯对井下易于积存瓦斯的地点； ③ 加强瓦斯检查，并推广建立瓦斯自动检测监控系统； ④ 瓦斯抽放。 图9-1 引导风流带走上隅角的瓦斯 图9-2 导风板引入风流吹散瓦斯 (2) 防止瓦斯引燃