矿井五大灾害.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,概述,：,我国煤矿的安全生产状况在党和政府的高度重视下得到不断改善。国家先后制定了各种安全生产法规，对,煤矿安全规程,进行了多次修改，制定了完善的安全生产目标管理责任制，深入开展了质量标准化、安全创水平活动，积极推广使用新技术、新装备，加强了安全监察、安全管理和安全培训，矿井抗灾、救灾能力不断提高。,煤矿地下开采作业相比地面作业存在许多不安全因素。其中水、火、瓦斯、矿尘、冒顶是煤矿井下开采危害最为严重的五大灾害，了解灾害的发生和发展规律，鉴别其发生前的征兆，掌握防治的主要措施，对保障和促进矿进安全生产具有重大意义。,一通三防,：,通风,防瓦斯,防煤尘,防灭火,要点：,矿井通风、瓦斯、煤尘、火、水、顶板、爆破,1.,矿井通风,2.,矿内空气,3.,井下气候条件,4.,采煤工作面通风方式,5.,局部通风,6.,井下通风构筑物,矿井通风,题纲：,一、矿井通风,1,、什么叫矿井通风。,对矿井不断输入新鲜空气和排出污浊空气的过程称为矿井通风。,2,、矿井通风的作用。,（,1,）供给井下人员足够的新鲜的空气，满足人员呼吸的需要。,（,2,）稀释和排除井下有害气体、矿尘，使之符合,规程,规定。,（,3,）调节井下气体条件，提高生产效率。,矿井通风,二、矿内空气,1,、地面的新鲜空气,由氮气、氧气和其他成分组成的混合气体，大约氮气,78%,，氧气,21%,，稀有气体,0.94%,，二氧化碳,0.03%,和杂质,0.03%,。,2,、矿内空气,矿内空气是指来源于地面的新鲜空气和井下产生的害气体和浮尘的混合气体。成分与地面空气相同或近似的空气叫做新鲜空气；受到井下浮尘和有害气体污染的空气叫做污浊空气。,主要成分：氧气、氮气、二氧化碳。,井下主要害气体：一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氨 气。,预防井下有害气体中毒措施：加强通风、加强检查、检测和监视、抽放和局部稀释、设置警标、合理构筑通防设施、对中毒人员做到及时有效的抢救。,矿井通风,三、井下气体条件,井下气体条件是温度、湿度和风速三者综合作用的结果。,1,、温度,井下适宜的温度是,15-20,。,规程,规定：进风井口以下的空气温度必须在,2,以上，采掘工作面空气温度不得超过,26,，超过,30,时必须停止作业。,2,、湿度,湿度是空气的潮湿程度，又称相对湿度，是指单位体积空气中实际水蒸气量与同温度下的饱和水蒸气量之比。,3,、风速,煤矿生产过程中，要控制空气湿度比较困难。调节空气时，一般都从调节温度和风速入手来改善矿井气体条件。井巷中的允许风速,输送机巷道，采区进、回风巷 最低,0.25m/s,最高,6m/s,采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷 最低,0.25m/s,最高,4m/s,掘进中的岩巷 最低,0.15m/s,最高,4m/s,矿井通风,四、采煤工作面通风方式,最常见的采煤工作面通风方式有两种：,U,型通风、,W,型通风。,1,、,U,型通风方式,当采用后退式开采时，其进、回风巷均在煤体内，漏风小，有利于预防采空区遗煤的自燃，但回采面上隅角附近极易积聚瓦斯。这种布置方式应用范围广，在瓦斯涌出量较牮倾斜、缓倾斜煤层的长壁工作面均可采用。,2,、,W,型通风方式,W,型通风方式又叫对拉工作面通风方式，它是由三条平巷组成的的回采工作面通风系统。一般适用于炮采、高档普采采煤工作面。,矿井通风,五、局部通风,采用局部通风机通风是掘进巷道时采用的主要通风方法，根据局部通风机安装位置不同分为三种方式：压入式、抽出式、混合式。局部通风要安装使用时应注意以下问题：,1,、局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转，并使用低噪声局部通风机或安设消音器。,2,、压入式局部通风机的启动装置，风机安装在进风巷道中，距回风口不小于,10m,。,3,、局部通风机供电和闭锁装置符合,规程,有关规定。,4,、局部通风机实行挂牌管理，严禁使用,3,台以上的局部通风机同时向一个掘进工作面供风。不得使用,1,台局部通风机同时向两个作业的掘进工作面供风。,压入式通风 抽出式通风 混合式通风,矿井通风,六、井下通风构筑物,矿进井通风构筑物因其用途不同，种类繁多，常见的有风门、风墙、风桥、风硐、风窗等。,1,、风门,在不允许风流通过，但需行人或行车的巷道内必须设置风门。,2,、风墙,又称密闭，是在专门为隔断风流而不行人和不通车而建的。可分为临时风墙和永久风墙两种。,3,、风桥,风桥是将两股平面交叉的进风、回风流隔断成立体交叉的一种通风构筑物。,4,、风硐,风硐是联接主要通风机装置和回风井之间的一段巷道，断面形状通常是圆形或拱形。以引导风流，减少通风阻力。,5,、风窗,调节风窗安装在风门或其他通风设施上，是可调节风量的窗口，根据通风量的大小，用插板来调节窗口的通风面积。,矿井通风,1.,瓦斯赋存和涌出基础知识,2.,瓦斯爆炸机理和事故的原因,3.,瓦斯事故防治方法,4.,瓦斯排放方法,5.,瓦斯管理规定,瓦斯防治,题纲：,基础理论和知识,瓦斯的检测只能依靠仪器进行，人无法感知瓦斯的存在。,主要成分：甲烷,CH4,，无色、无味、无嗅的气体，相对空气的比重为,0.554,具有爆炸性，在适当的浓度和引火源的作用下会产生强烈的燃烧和爆炸,伴随煤的生成而产生，以一定压力赋存于煤层，在采动影响下涌入工作空间。新揭露煤壁释放瓦斯速率较高。,瓦斯是什么？,瓦斯的重要特性：,它存在吗？,如何判定瓦斯的存在？,瓦斯防治,基础理论和知识,瓦斯的性质,概念,：“,井下以甲烷（,CH,4,）为主的有毒、有害气体的总称，有时单独指甲烷,”,。,来源,：主要来源于煤层及围岩内涌出到矿井中的气体。此外，矿井生产中产生的气体如放炮产生的炮烟等，井下空气与煤、岩、矿用材料等反应生成的气体以及井下人员呼吸生成的气体也是矿井瓦斯的重要来源。,无色、无味、无嗅的气体，标准状态下密度,0.716kg/m,3,，为空气密度的,0.554,倍，无风时会首先积聚在巷道上部。,瓦斯防治,瓦斯的性质,瓦斯在空气中具有较强的扩散性，局部地点较高浓度的瓦斯会自动向低浓度的区域扩散。,扩散过程是不可逆的，即瓦斯与空气一经混合，就很难分离。,井下瓦斯浓度的不均匀分布是由于涌出源不均匀和风流流动不均匀造成的。,涌出的瓦斯会挤占空间，使空气中氧气浓度下降，从而具有窒息性。当混合气体中瓦斯的浓度达到,43,时，氧的浓度降低到,12%,，人在此环境下会感到呼吸短促，时间稍长就会昏迷并有死亡危险。,瓦斯防治,瓦斯的性质,瓦斯是一种可燃性气体，按瓦斯在空气中发生燃烧的性状不同，可以将它分为三个区间：,助燃区间：浓度小于爆炸下限，不能形成持续的火焰，只能起到助燃的作用。,爆炸区间：遇一定能量的点火源会形成可自动加速的燃烧锋面，从而形成强烈的爆炸。,扩散燃烧区：浓度大于爆炸上限。该区域内瓦斯空气的混合气体无法直接被点燃，但当其与新鲜空气混合时，可以在混合界面上被点燃并形成稳定的火焰。,瓦斯防治,瓦斯的存在煤矿井下,存在于煤层和空气中。,一、煤层中的瓦斯,煤是多孔介质，瓦斯可以赋存在其中；,瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中；,游离瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯积聚在孔隙壁面上，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态。,煤体中大量的孔隙对瓦斯具有很强的吸附能力，在一些高瓦斯含量的煤层中，煤中含有的瓦斯体积可以达到煤本身体积的,30,40,倍,。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯,煤吸附瓦斯的特性可以用煤在某一固定温度下吸附瓦斯量随瓦斯压力变化的曲线表示，该曲线称为吸附等温线,，,符合朗格缪尔方程：,煤矿开采过程中，游离的瓦斯首先放散到开采空间，使邻近煤层中瓦斯压力降低、游离瓦斯量减少，这时，煤中吸附的瓦斯就解析出来，成为新的游离态瓦斯。这一过程不断重复，从而使煤层中的瓦斯源源不断地涌出到开采空间。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯,带状分布：赋存在煤层中的瓦斯通过煤层、围岩的裂隙和断层向地表运动，而地表的空气及其它化学作用生成的气体由地表向煤层中运动，由此形成煤层中各种气体成分由浅到深有规律地变化，即所谓的煤层瓦斯沿深度的带状分布。,按深度自上而下分为,4,个带，即：氮气二氧化碳带、氮气带、氮气甲烷带和甲烷带。,在甲烷带中,CH,4,的含量达,80%,，因此，可将瓦斯带的前三带统称为瓦斯风化带。确定瓦斯风化带的下部边界对预测煤层瓦斯含量具有十分重要的意义。瓦斯风化带内相对瓦斯涌出量一般不超过,2m,3,/t,，瓦斯对生产不构成主要威胁。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯带状分布,顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化,氮气二氧化碳带；,氮气带；,氮气甲烷带；,甲烷带,瓦斯防治,煤层瓦斯含量,煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，单位,m,3,/t,或,m,3,/m,3,。,伴随着煤的生成而生成的瓦斯以吸附和游离两种形态赋存在煤体内，在煤层形成及其后漫长的地质运动过程中，大部分生成的瓦斯都散失到大气中。当前煤层瓦斯的含量取决于煤层瓦斯运移的条件和保存瓦斯的能力。主要与下列因素有关：,瓦斯防治,煤层瓦斯含量影响因素,1,煤田地质史,2,地质构造：封闭型的地质构造有利于瓦斯的存储，而开放型的构造有利于于瓦斯排放。,3,煤层的赋存条件,4,煤的变质程度,5,煤层围岩的性质,6.,水文地质条件,瓦斯防治,空气中瓦斯,煤层及围岩中的瓦斯涌出到井下空气中，构成了井下空气中的瓦斯。瓦斯在井下空气中存在的状态与空气的运动状态密切相关。,空气的运动状态有三种，即：静止状态、层流状态和紊流状态。判断方法雷诺数,Re,：,v,风流的流动速度，,m/s,；,d,管道的直径，,m,，,空气的运动粘性系数，取,1.5,10,-5,。,当,Re,2320,时，风流处于层流状态。例如：断面积为,9m,2,的梯形巷道中风流的速度,0.012m/s,，风量,6.5m,3,/min,时为层流,。,瓦斯防治,空气中瓦斯静止,瓦斯在静止的空气中主要表现为扩散运动和浮力。,无风或封闭的巷道中风流静止，瓦斯的分布是不均匀的。,靠近煤壁等瓦斯涌出源附近，瓦斯的浓度比较高，且首先在顶部积聚。经过了一段较长的时间后，瓦斯浓度才能达到基本均匀。,进行这些区域的瓦斯浓度测量时（如瓦斯排放工作前），必须注意测定的位置，应该尽量能靠近工作面附近的高浓度区域或多点取样测量，以获得区域内的平均浓度。如果仅仅在密闭墙后测定，由于受到漏风及瓦斯分布不均匀的影响，往往难以获得准确数据。,瓦斯防治,空气中瓦斯层流,流体质点沿着与管道轴向平行的方向作直线运动，互相之间并不混杂，层次分明的流动。,井下采空区深部及漏风量较小的封闭区域内可能出现层流。,瓦斯涌出到层流风流中时，一方面随着风流分层流向下风侧，另一方面，由于层间瓦斯浓度不同，瓦斯会向浓度较低的层扩散，通常形成瓦斯成层流动的现象。,瓦斯防治,空气中瓦斯紊流,流体质点流动速度的大小和方向都随时发生变化，且质点间相互混杂的流动。,在煤矿井下的几乎所有通风巷道中，风流总是处于紊流状态。,瓦斯涌出到紊流风流中时，由于紊流流动的强烈掺混作用，高浓度的瓦斯在很短的距离内就与风流混合均匀。,紊流风流中测量获得的瓦斯浓度分布，反映出瓦斯涌出源分布和风流流动路线的状况。,瓦斯防治,空气中瓦斯紊流,例如,：某掘进工作面放炮后瓦斯的分布如上图所示，瓦斯浓度分布不均匀。这时由于工作面采用压入式风筒供风，风流不稳定，流动路线不均匀，瓦斯涌出源也不均匀造成的。在距离工作面,20m,的巷道范围内大致可分为三个区段，分别为风流折反段、不稳定段和较稳定段。,瓦斯防治,瓦斯的运动规律,由于采动的影响，瓦斯在其压力作用下会涌出到开采空间。,这一过程由两个连续的步骤组成，即瓦斯在煤层中的运移和瓦斯从围岩、煤壁的涌出。,矿井瓦斯涌出除包括围岩、煤壁涌出瓦斯外，还包括采落煤炭放散瓦斯和采空区涌出瓦斯等。,涌出到开采空间的瓦斯随通风风流安全、稳定地排出地面，这一运动过程是矿井通风研究的内容。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,以承压状态赋存在煤层中的瓦斯，当回采、掘进、打钻等工作破坏了煤层中原有的压力平衡后，瓦斯便会由高压向低压流动。,这种流动是一个复杂的过程，它与介质的结构和瓦斯的赋存特性密切相关，主要由扩散运动和渗流运动构成。,在尺寸较大的裂隙系统中，瓦斯属于渗流流动，而在孔隙结构的微孔中，则是扩散运动。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,1,扩散运动,分子自由运动使得物质由高浓度区域向低浓度区域运移的过程称为扩散运动，扩散运动的速度与该物质的浓度梯度成正比。瓦斯的扩散运动符合扩散规律，即菲克（,Fick,）定律：,2,渗流,瓦斯在较大的孔隙和裂隙中的流动属于渗流流动，通常用线性层流渗流来描述瓦斯在煤层中的运移规律，即符合达西定律：,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,决定煤层瓦斯流动速度的因素除了瓦斯压力梯度外，还有一个重要因素就是煤层的渗透率。该值反映了煤层中孔隙和裂隙的状况，对煤体受到的应力非常敏感。这是因为在外力的作用下，煤体中的孔隙和裂隙发生闭合，从而会大大减小煤层的渗透性。此外，煤体吸附瓦斯后，强度降低，塑性增加，加剧了对应力的敏感程度。,煤层的渗透率通常使用煤层透气性系数来衡量，其物理意义是：在,1m3,煤体的两侧作用压力平方差为,1MPa2,的瓦斯时，通过,1m,长度的煤，在,1m2,煤面上每天流过的瓦斯量（,t,，标准大气压力），单位,m3/(MPa2,d),，相当于煤层的渗透率为,2.5,10-17m2,。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,流动的形态,：,1,单向流动,2,径向流动,3,球向流动,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,煤层中的瓦斯流动是动态变化的，包括流速、压力分布等参数都随时间而变化。,在煤层中开掘的巷道或打的钻孔对其周围瓦斯场的影响也有一定范围的限制。,如图所示的一个实测例子可以看出，掘进工作面煤壁暴露的初期，煤层瓦斯含量下降迅速，瓦斯流速快，但影响范围小；经过一定时间后（,15d,），流场趋于稳定；,150d,后，基本上稳定不变，巷道开掘对煤层瓦斯的影响范围也大致稳定为煤壁内,10m,。,瓦斯防治,煤层中的瓦斯流动,煤层内瓦斯流动的稳定性,1,成面后几小时；,2,4d,；,3,10d,；,4,15d,；,5,55d,；,6,150d,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,按瓦斯涌出的形式可以分为普通涌出和特殊涌出（或一般涌出和异常涌出）。,普通涌出是指在时间与空间上比较均匀、普遍发生的不间断涌出，它是矿井正常状态下的涌出。,特殊涌出是指在时间与空间上突然、集中发生的涌出，涌出速率很不均匀，如瓦斯喷出、煤与瓦斯突出。,矿井瓦斯涌出按其来源可分为三个方面，即：煤壁涌出的瓦斯、邻近煤层通过裂隙涌出的瓦斯及采落煤炭放散的瓦斯。,针对具体矿井分析确定各涌出源的大小比例，对矿井瓦斯防治具有十分重要的意义。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,1),煤壁瓦斯涌出,煤壁瓦斯涌出速率（单位面积、单位时间内瓦斯的涌出量）同煤层中瓦斯流速一样，与采煤的工序和煤壁暴露的时间密切相关。瓦斯涌出量是其涌出速率对开采面积和一定时间的累计。,煤壁瓦斯涌出的速率随时间衰减的很快，可以用下列经验公式表示：,qB,经过,1+t,时间后煤壁瓦斯涌出速率，,L/min,m2,q0,t=0,时刻煤壁瓦斯涌出速率，,L/min,m2,；,t,煤壁暴露的时间，,min,；,a,衰减系数。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,煤壁瓦斯涌出速率实例,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,上图是阳泉局对其开采的,3,号、,12,号和,8,号煤层实测的结果，由图可见，煤壁瓦斯涌出的速率在煤壁暴露,2h,后已基本趋于稳定，下降的速度是很快的。,煤壁瓦斯涌出速率的快速变化使得开采过程中工作面瓦斯涌出量不平衡，对矿井瓦斯灾害的防治也提出了更高的要求。,局部区域、短时间的瓦斯超限虽然对矿井的瓦斯涌出量影响很小，但是，如果该区域、该时刻存在点火源，就会发生瓦斯爆炸，造成巨大的伤亡和破坏。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,A),采煤工作面煤壁瓦斯涌出,涌出是不均匀的，不同的回采工艺，瓦斯涌出量的变化也不同。,如下图所示为红卫煤矿某煤层分别采用放炮落煤和刨煤机落煤时的瓦斯涌出情况和风流中的瓦斯浓度变化。,由图可见，放炮法开采瓦斯涌出量变化剧烈，在放顶和放炮工序时出现峰值,30,32m3/min,，延续的时间分别达,3h,和,1h,，其值为采煤工序的,3.6,3.8,倍，为整修工序的,15,16,倍，对安全生产的威胁很大。刨煤机工作时瓦斯浓度直线升高，整修工作时又逐渐下降，第二循环与第一循环类似，与放炮法相比刨煤机工作面瓦斯涌出量的变化要小的多。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,B),掘进工作面瓦斯涌出,掘进巷道的瓦斯涌出包括三部分，即：巷道煤壁、工作面煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出。,以为掘进工作面断面小、落煤量小，瓦斯涌出量也相对较小，因此，瓦斯事故的危险性较小，这种认识是错误的。,绝大多数的掘进工作面使用局部通风机供风，同全负压供风的采煤工作相比稳定性不好，且风量较小，虽然其迎头暴露的煤壁面积较小，都是揭露不久的煤壁，瓦斯涌出量仍很可观，再加上局部通风机管理难度大（停电停风等）、工作面迎头风流较不稳定，因此，形成局部瓦斯积聚的可能性较大。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,2),采空区瓦斯涌出,一般情况下，采空区的瓦斯来源于邻近煤层通过顶底板裂隙涌入的瓦斯和采空区遗留煤炭放散的瓦斯。,积存在冒落顶板构成的孔隙介质中的瓦斯，在矿井通风形成的采空区风流流场作用下带入到开采空间，形成所谓的采空区瓦斯涌出。,影响其大小的主要原因有两个方面，即：采空区中储积的瓦斯量和采空区中的风流流场。,采空区中储积的瓦斯不同于煤层中的瓦斯，它本身具有的瓦斯压力很小，如果没有通风流场的作用，则主要依靠扩散作用向工作面通风风流中释放瓦斯，这一过程是缓慢的。,瓦斯防治,采空区瓦斯的涌出在时间上的变化幅度很小，在每次老顶来压后，该值都会有小幅度的增加，然后又恢复到稳定的值。,对采空区瓦斯涌出，重点应该注意的问题是其空间上的不均匀性，这一点主要是由采空区流场决定的。,后退式回采的,U,形通风工作面，在其回风隅角处容易积聚瓦斯，造成瓦斯浓度超限，常常影响生产，这是采空区流场决定其瓦斯涌出的典型例子。,矿井瓦斯涌出,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,3),采落煤炭瓦斯放散,采落煤炭放散的瓦斯主要取决于煤的瓦斯含量、落煤的块度（即总表面积）及停留在煤矿井下的时间。,放散过程主要是煤体中吸附瓦斯的解析过程，吸附在煤体孔隙中的瓦斯，由于周围环境压力的降低和游离态瓦斯的放散逐渐解析出来。,落煤放散的瓦斯量占工作面总涌出量的比例有时也是较高的，以阳泉局三个采煤工作面瓦斯涌出的分析可以看出，煤壁涌出的瓦斯量是主要的，约占总瓦斯量的,60%,70%,；割煤时涌出的瓦斯一般不超过,20%,；落煤涌出的瓦斯约占总量的,10%,20%,。,瓦斯防治,矿井瓦斯涌出,落煤放散的瓦斯量虽然较少，但在一些特殊地点也会形成瓦斯积聚。,例如采区煤仓和井底车场的总煤仓。,煤仓为了防止漏风通常不允许放空，其中的通风状况不好，处于微风或无风状态，因此落煤放散的瓦斯量虽然少，却仍然能形成瓦斯积聚。,瓦斯防治,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件，即：,瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为,5%,16%,。混合气体中氧的浓度不低于,12%,。有足够能量的点火源。,以一个断面积,8m2,的煤巷掘进工作面为例，若正常通风时期供风量为,200m3/min,，回风流瓦斯浓度,0.5%,，则工作面绝对瓦斯涌出量为,1m3/min,。假设新揭露断面及距该断面,10m,范围内的煤壁涌出的瓦斯占掘进工作面总瓦斯涌出量的,50%,，则如果工作面停止供风，该,10m,范围内平均瓦斯浓度达到爆炸下限,5%,只需要：,瓦斯防治,瓦斯爆炸下限,5%,，上限,16%,是指瓦斯空气混合气体爆炸的大致范围，随着其它可燃气体的混入，瓦斯爆炸范围会发生变化，而环境温度、压力及点燃源的能量等都对瓦斯爆炸限有影响，因此，瓦斯爆炸的界限并不是一个固定不变的常数。,对于空气基底不变，有其它可燃气体混入时混合气体的爆炸限，使用里查特法则计算：,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯防治,当有过量惰气加入或空气中的氧气大量消耗时，混合气体爆炸限的计算必须使用爆炸三角形进行估算。,要找出爆炸三角形的另一顶点,E,即失爆点,(,鼻点限,),，需求出其相应的爆炸界限,LTn(,横坐标,),和氧浓度,LTO2(,纵坐标,),。,LTn,仍由上式根据各可燃气体的失爆点限求得。,计算混合气体失爆点氧浓度,LTO2,：,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯防治,B,、,C,、,E,分别表示瓦斯爆炸下限、上限和爆炸临界点时混合气体中瓦斯和氧气的浓度。爆炸下限点,B,为,CH,4,5%,、,O,2,19.88%,，爆炸上限点,C,为,CH,4,16%,、,O,2,17.58%,。混入的惰性气体不同，,E,点的位置也不同，图中所示是掺入,CO,2,时的爆炸临界点,CH,4,5.96%,、,O,2,12.32%,。,1,区为瓦斯爆炸危险区；,2,区是不可能存在的混合气体区，因为不可能向空气中加入过量的氧；,3,区是瓦斯浓度不足区；,4,区是瓦斯浓度过高失爆区；,5,区是贫氧失爆区。,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯防治,范围较小，一般为几十米到几百米。,几千米，甚至冲出地面。,速度大于音速，压力从几个,20,个大气压。危害：人员创伤、巷道毁坏、冒顶、设备翻到破坏、摧毁矿井通风设施等。,爆炸的危害,与爆炸后通风系统状况有关，可波及下风侧的生产区域。,氧浓度下降，燃烧生成大量的,CO2,和,H2O,，不完全反应产生的,CO,浓度一般也达到,0.4%,以上，成为井下人员伤亡的主要因素之一。,速度从每秒几米到,100m/s,至音速以上。温度达,2000,以上。造成人体皮肤、呼吸器官等烧伤，烧坏电气设备、可引燃井巷中的可燃物。,大气成份的变化,火焰锋面,冲击波,作用范围,特征及破坏作用,作用过程,瓦斯防治,瓦斯爆炸事故原因,瓦斯爆炸事故的特征,任何一次瓦斯爆炸事故的发生都是偶然性和必然性的统一，没有那一个矿长希望或不在意他管理的矿井发生瓦斯爆炸事故。,纯粹由于自然原因引起的瓦斯爆炸事故在实际矿井中几乎是不存在的，,瓦斯防治,1,）瓦斯爆炸事故的偶然性,瓦斯爆炸事故的发生是井下某地点同时具备瓦斯爆炸的三要素而产生的，安全规定条文只是对其中某一方面的限制规定，因此可能出现：十次违章作业，九次都没有发生事故，但是第十次却发生了爆炸。,瓦斯爆炸的偶然性往往给煤矿井下的违章找到借口。,认为,煤矿安全规程,规定的瓦斯界限太过严格，瓦斯超限一些也不会发生爆炸事故。但是，恰恰是这种松懈的管理作风，使得井下瓦斯分布难以控制。,瓦斯爆炸事故的偶然性，它既不应该成为煤矿追求产量、效益而忽视安全、违章作业的借口，也不能成为事故发生后推卸责任、逃避惩罚的理由。,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯防治,2,）瓦斯爆炸事故的必然性,从微观上看是指局部地点只要具备了瓦斯爆炸的三要素，瓦斯爆炸事故就必然会发生；从宏观上看是指一个忽视安全，瓦斯超限频繁发生，安全管理混乱的矿井，必然会发生瓦斯爆炸等重大事故。,一个不安全的煤矿企业是最没有经济效益的。一次事故的发生不仅对伤亡人员的身心和家庭造成巨大的伤害，而且使企业多年的所谓,“,效益,”,甚至整个矿井毁于一旦。,瓦斯爆炸机理和事故原因,瓦斯防治,瓦斯事故防治,通风系统的可靠性,1.,构成完整的通风系统,2.,井下用风地点、供给风流符合规定,3.,通风路线可靠、畅通，施行分区通风。,4.,通风设施可靠，性能清楚,5.,专业的管理队伍，完善的检查、汇报、处理制度和符合要求的资料、仪器。,瓦斯防治,局部积聚的处理,1.,容易局部积聚地点的瓦斯状况,2.,防止局部地点积聚的措施,3.,容易积聚作业的安全措施,4.,瓦斯超限的频率、局部积聚处理的频率,5.,局部积聚的监测、管理,瓦斯事故防治,瓦斯防治,监测反应机制的有效性,1.,通风、瓦斯、煤尘状况的监测制度,2.,监测人员素质和数量、仪器仪表校验,3.,监测职责明确、报告及时、反应迅速,4.,技术措施制定、审查和执行情况,5.,异常情况的紧急处理,如瓦斯燃烧事故、抽放系统停机等,瓦斯事故防治,瓦斯防治,普掘工作面瓦斯、风电闭锁参考图,瓦斯事故防治,瓦斯防治,综掘工作面瓦斯、风电闭锁参考图,瓦斯事故防治,瓦斯防治,采煤工作面瓦斯、风电闭锁参考图,瓦斯事故防治,瓦斯防治,防止点火源的出现,1,）加强管理，提高防火意识,2,）防止放炮火源,3,）防止电气火源和静电火源,4,）防止摩擦和撞击点火,防止点火源的出现,瓦斯事故防治,瓦斯防治,灾害预处理计划,：,针对可能发生的井下灾害，预先编制处理计划，是防止灾害扩大，及时抢险救灾的主要方法。主要内容包括两方面，即：,1,）当前矿井的基本情况；,2,）可能灾害的处理计划。,隔爆阻爆,1,）用岩粉预防和隔绝煤尘爆炸,2,）用水预防和阻隔爆炸,3,）自动式防爆棚,隔爆、阻爆及处理计划,瓦斯事故防治,瓦斯防治,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,96,年,4,月,23,日,9,时,05,分,，吕梁交城县某矿特大瓦斯爆炸事故，,死亡,20,人,。,事故前：,8:30,8:50,分,，,40,名工人下井。分布：,2104,面,11,名，队长王,。一采区南九、十、十一顺槽掘进面共,9,人。运搬队,7,名，分布在井底车场及下山一带。开溜工,7,名和二采区瓦检员岳、一采掘进瓦检员薛等,6,人。,事故经过：,9:05,分许，,北八顺槽口机尾处,-,回采,队长王，听到突然一声响，一股气流把王*从工作面机尾处猛吹十几米远，,其穿戴的棉衣、雨鞋、帽子全部吹掉。王爬到南八顺槽口，碰上,到南十顺槽取风筒返回的二采区瓦检员岳,，俩人相随朝前跑，刚,跑了两三步又听到第二次爆炸声,，后，爬出坑外。,2104,其余,10,人全部遇难。,其它情况：,约,8:50,分，一采区掘进工,4,人到达,南十顺槽掘进工作面，,突然第一次爆炸发生,，常等,3,人马上往外跑，,跑到南十顺槽口中部，第二次爆炸又发生，,他们被摔出很远，,3,人逃生。一采区掘进,9,人中，,5,人脱险,4,人遇难,。,瓦斯防治,事故,调查情况：,事故前通风情况：,1,）,4,月,22,日班后，,局扇停风,。,23,日上班后，未把已积聚的瓦斯排放到,规程,规定的浓度以下，即违章安排工人进人回采作业。,2,）,23,日，,三个掘进面与一个回采面同时作业，构成大串联通风,。,现场勘察：,井下,有两处破坏损伤程度明显严重。一是回采工作面,，死者烧伤严重，由工作面机尾向西,18m,范围内靠近溜子一侧，金属支柱全部冲倒；,二是回风下山未部机尾处，顶板冒落最严重。,对该处死者尸检，外衣、颜面、双手烧伤严重，,CO,中毒。个别物体、煤壁有轻度过火现象，木棚、支柱、煤壁未发现有煤尘参与燃烧爆炸的迹象。,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,瓦斯防治,人员询问：,王提供，本人爆炸前在,2104,面机尾处，身体面南背北，爆炸后，将其冲击至下山第二贯眼中部。溜子工杜入井后去下山尾部将水泵开启，走到进风下山风门口处时，听到第一次爆炸声，时隔不久，第二次爆炸即发生。,综合分析：,1,）爆炸源分析,爆炸先后有两次，第一次发生在回采工作面内，爆炸后，随冲击波传播方向，将残火引入回风下山机尾处，与南十一顺槽排放出来的瓦斯相遇，发生第二次爆炸。故认定第一次爆炸点在回采工作面机尾距机头,18m,范围内，第二次爆炸点在回风下山机尾处范围内。,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,瓦斯防治,综合分析：,2,）火源确定,通过现场勘察认定：回采工作面煤电钻事故前正在打眼，事故后经查未发现失爆发火现象，可,排除煤电钻火源,。回采工作面虽然使用金属支柱，但刚开始作业，工人正在打眼装药，支护工作未开始，故,可排除金属支柱间的撞击火花。,回采工作面中部发现有雷管己装入炸药包内，药包内雷管仍然存在，,可排除装药、爆破作业产生的火源。,通过尸检和现场勘察，未发现死者携带烟火现象，,可排除吸烟火源。,在回采面内发现一盏编号,003,的矿灯，,灯头严重损坏，有短路痕迹，,经核对是回采支柱工薛使用。尸检情况是：,该死者头发烧焦，,双上肢、脸、颈部、前胸、肩部、双小腿严重烧伤；双眼睑破裂。左耳廓撕裂，肋骨骨折数根，右下肢腔骨半数骨折，为工作面死亡,9,人中,伤害最为严重,者。,据此分析认定，薛所用头灯产生的电火花是引起此次瓦斯爆炸的火源。,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,瓦斯防治,综合分析：,3,）瓦斯积聚的原因：,十一顺槽供风,局扇,安装在十顺槽回风中，,布置不合理,。采区通风系统形成多头掘进与,2104,面,串联通风,。,掘进面停产停风,，且在未,排放瓦斯,的情况下就,安排下风侧的,2104,面生产,，造成掘进面送风排放瓦斯，致使进入回采工作面的瓦斯浓度达到爆炸界限。,根据现场勘察，九、十、十一顺槽内两台局扇风筒炸碎，并向反风方向抛落。并根据排放瓦斯工薛*、王*二人遇难位置，可以认定局扇已开启。,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,瓦斯防治,瓦斯爆炸事故案例图,事故案例,1,分析,瓦斯爆炸,瓦斯防治,郑州煤业集团公司大平煤矿,“,10.20,”,特大型煤与瓦斯突出和特别重大瓦斯爆炸事故概况,瓦斯防治,一、矿井事故概况,2004,年,10,月,20,日,22,时,09,分，,21,岩石下山发生了煤与瓦斯突出事故，突出瓦斯逆流进入西大巷主要进风流中，导致,13,、,15,采区巷道和工作面的瓦斯浓度突然上升，并造成西大巷局部地段和,13,采区瓦斯浓度达到爆炸浓度。,2004,年,10,月,20,日,22,时,40,分，在西大巷与,11,轨道石门交汇点附近的西大巷内，由架线电机车电火花引发瓦斯爆炸，传播到,13,采区，波及,11,、,15,采区、西大巷、,21,岩石下山和西翼回风巷道。这起特大型煤与瓦斯突出和特别重大瓦斯爆炸事故造成,148,人死亡，,32,人受伤。,二、“,10.20”,事故的直接原因,(,一,),、煤与瓦斯突出地点、时间、类型、强度,1,、突出地点,21,轨道下山岩石掘进工作面（标高,-282m,，距地表垂深,612m,）。,2,、突出时间,2004,年,10,月,20,日,22,时,9,分。,3,、突出类型,特大型煤与瓦斯突出。,4,、突出强度,初步估算，突出煤岩量约为,1000 t,，突出瓦斯量约为,25,万,m,3,。,(,二,),、瓦斯爆炸时间、爆源点、引火源的确定,1,、瓦斯爆炸时间,据矿井安全监控系统运行记录，确定引发瓦斯爆炸时间为,2004,年,10,月,20,日,22,时,40,分（此时西部,2#,、,3#,、,4#,、,8#,、,9#,、,15#,等监控分站通讯中断，并确认这是敷设在西大巷爆炸点处的西部监控主通讯电缆被炸断所致）。,2,、瓦斯爆（火）源点,瓦斯爆炸爆（火）源点在西大巷与,11,轨道石门交汇点附近的西大巷内，主要依据是：,1),爆炸力作用方向以该点为爆源点，分别指向西大巷的东、西两个方向和,11,轨道石门的南向。,2),该点有引爆火源，引火源是架线电机车取电弓与架线产生的电火花。,3),该点有瓦斯源，,21,岩石下山突出的瓦斯逆流进入西大巷，与新鲜风流混合形,成有,爆炸浓度的瓦斯。,(,三,),、爆炸类型及传播范围,1,、爆炸类型,这次爆炸事故是瓦斯爆炸事故。,2,、传播范围,在西大巷与,11,轨道石门交汇点附近的西大巷内，架线电机车取电弓与架线产生的电火花引爆瓦斯后，爆炸火焰沿达到爆炸瓦斯浓度的西大巷区段向西传播，经,13,采区绕道进入弋湾石门、,13,瓦斯泵站、,13,变电所、,13,皮带下山与,13,轨道下山、,13051,上付巷（掘进工作面）、,13121,下付巷和,13121,上付巷等。爆炸冲击波沿非爆炸危险的巷道向东冲向副井；向西沿,15,机轨合一大巷冲向,15,采区；向南沿弋湾石门冲向,11,运输上山与,11,回风上山；冲击波自西大巷与,11,轨道石门交汇点向南冲向,11,轨道上山与,21,岩石下山。瓦斯浓度处于爆炸范围的,13,采区的爆炸冲击波还沿弋湾石门、铸石上山冲向炸药库和西风井等处，,22,时,45,分西风井防爆门被冲击气浪冲开，西风井主要通风机掉闸、停止运行,9 min,。,瓦斯防治,(,四,),、爆炸瓦斯源的认定,突出的瓦斯流沿,21,岩石下山向上喷出，由于,21,岩石下山至,11,铸石上山之间联络巷有通风口的砖墙并堆有物料，致使,21,岩石下山至,11,铸石上山之间通风阻力较大，瓦斯流通过,11,轨道石门风门逆流进入西大巷。根据,11,东翼轨道巷和皮带巷瓦斯传感器显示瓦斯浓度无明显变化，判断高浓度瓦斯沿西大巷向进风（付井）方向逆流距离较短，没有逆流到西大巷与,11,东翼区域的交叉口。高浓度瓦斯沿进风风流方向一路进入,13,采区，使,13,采区内瓦斯浓度达到爆炸浓度范围，,13121,工作面抽出式风机及工作面回风处监测到的瓦斯浓度分别为,6.30%,及,7.35%,。高浓度瓦斯沿进风风流方向另一路进入,15,采区，由于从西,5,皮带巷有新鲜风流向,15,采区补充，致使,15,采区瓦斯浓度相对,13,采区有所减少，,15,下车场和,15,下车场回风处监测到的瓦斯浓度为,4.0%,。,三、初步结论,郑煤集团大平煤矿“,10.20”,事故，是在地质构造复杂、距地表垂深达,612m,的岩石掘进工作面发生的特大型煤与瓦斯突出，并且像国内外特大型煤与瓦斯突出一样，这次突出也发生了瓦斯逆流，逆流到西大巷新鲜风流中的瓦斯，由架线电机车取电弓与架线产生的电火花，引发了特别重大的瓦斯爆炸事故。突出煤岩量约,1000t,、瓦斯量约,25,万,m3,，,148,人死亡、,32,人受伤（其中重伤,5,人）。煤与瓦斯突出事故发生时间是,2004,年,10,月,20,日,22,时,9,分，突出地点在,21,轨道下山岩石掘进工作面。瓦斯爆炸时间是,2004,年,10,月,20,日,22,时,40,分，瓦斯爆炸爆源点在西大巷与,11,轨道石门交汇点附近的西大巷内；引火源是架线电机车取电弓与架线产生的电火花。,瓦斯防治,22,时,09,分,12,秒,22,时,12,分,26,秒,瓦斯浓度从,0.12%,升到,40%,以上,.,大平煤矿,“,10.20,”,事故瓦斯突出及扩散过程演示,22,时,31,分,31,秒,22,时,35,分,15,秒,瓦斯浓度从,0.17%,升到,4.0%.,21,轨道下山岩石掘进,工作面,突出煤岩量约,1000t,瓦斯量,25,万,m,3,22,时,32,分,16,秒,22,时,39,分,45,秒,瓦斯浓度从,0.5%,升到,6.3%.,瓦斯防治,瓦斯防治,大平煤矿,“,10.20,”,瓦斯爆炸传播过程演示,瓦斯防治,瓦斯防治,瓦斯防治,瓦斯排放方法,矿井瓦斯排放对于瓦斯矿井，是一项经常性工作，一旦措施方法不合理，易于出现瓦斯爆炸事故，如,2000,年,9,月发生的水城局木冲沟矿的瓦斯爆炸事故，,2003,年,8,月阳泉某矿发生的瓦斯爆炸事故等。,在瓦斯排放期间，矿井处于非正常状态下，同正常生产状态和灾变状态都不同。,例如，使用,“,一风吹,”,排放或分段排放中未控制排放速率，就会形成爆炸界限的瓦斯空气混合气体团沿巷道流动，流动路径上若恰好遇到火源则产生爆炸。更危险的是该爆炸性混合气体团，若无新鲜风流稀释或新鲜风流量不够，则难以消除，只能任其流向总回风巷道。,瓦斯防治,1.,瓦斯排放的基本要求,瓦斯排放,应当,分级管理,：对于停风时间长、瓦斯积聚量大的,封闭巷道瓦斯排放,，,须由救护队员完成,；对于积聚量小，停风时间长，仅,设置密闭墙的临时停风巷道瓦斯排放工作可由通风区队的人员完成,。,进行瓦斯排放时应做到以下几点：,（,1,）,查明瓦斯积聚的原因：瓦斯积聚的原因主要有停电停风、工作面瓦斯异常涌出、工作面火灾等灾害封闭引起的瓦斯积聚。,（,2,）估算积聚的瓦斯量：积聚瓦斯量的估算主要有两种方法，一是测量法：即通过测量该区域内平均瓦斯浓度，再乘以其体积得到瓦斯量。二是计算法：依据工作面瓦斯涌出的经验数据和停风封闭的时间，计算封闭区域内积聚的瓦斯量,瓦斯防治,瓦斯排放方法,（