第七章 矿山安全技术Word格式.docx
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(1)锚杆支护。
锚杆支护是单独采用锚杆的支护。
掘进后即向巷道围岩钻孔,然后在孔中安装锚杆,目的是使锚杆与围岩共同作用进行巷道支护。
锚杆支护的作用机理有多种:
悬吊作用、组合梁作用及挤压连接、加固拱作用和松动圈支护理论等。
(2)锚喷支护。
锚喷支护又称喷锚支护,是联合使用锚杆和喷射混凝土或喷浆的支护。
从广义上讲可以将除锚杆支护以外的其他与锚杆联合的支护形式都纳入此范围。
如喷浆支护、喷混凝土支护、锚网支护、锚喷网支护、锚梁网(喷)支护以及锚索支护等。
(四)矿用爆破器材及安全管理
矿用爆破器材主要包括炸药和起爆器材。
1.炸药
矿用炸药一般有硝酸铵类炸药、水胶炸药、硝化甘油炸药和乳胶炸药。
其中硝酸铵类炸药是我国矿山最广泛使用的工业炸药。
硝酸铵类炸药是以硝酸铵为主加有可燃剂或再加敏化剂(硝化甘油除外),可用雷管起爆的混合炸药。
该炸药的特点是氧平衡接近于零,有毒气体产生量受到严格限制。
硝酸铵炸药均为粉状,用纸包装加工成圆柱形药卷,外涂一层石蜡防水。
硝酸铵炸药的储存期为4~6个月。
2.起爆器材
起爆器材可分为起爆材料和传爆材料两大类。
雷管是爆破工程的主要起爆材料,导火线、导爆管属于传爆材料,继爆管、导爆线既可起起爆作用,又可起传爆作用,是两者的综合。
(1)雷管。
雷管由外界能激发,是能可靠地引起其后的起爆材料或各种工业炸药爆轰的起爆材料。
雷管有火雷管与电雷管两种,使用导火索引爆的雷管称火雷管,用通电点火引爆的雷管称为电雷管。
由于煤矿井下存在瓦斯和煤尘,因此,煤矿井下禁止使用明火起爆,只能采用电能激发的电雷管。
3.爆破材料的安全管理
(3)井下爆破作业的安全要求
井下爆破作业必须使用符合国家标准或行业标准的爆破器材。
凡从事爆破工作的人员,都必须经过培训,考试合格并持有合格证。
爆破作业必须按爆破设计说明书或爆破说明书进行。
禁止进行爆破器材加工和爆破作业的人员穿化纤衣服。
(一)采矿方法
对于一个具体矿床,根据地质条件和岩石力学资料,在符合生产安全的要求下,选择合理的采矿方法,能取得最大的经济效益。
采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法。
1.露天开采
2.井工(地下)开采
(1)井工采煤方法
井工煤矿采煤方法虽然种类较多,但归纳起来,基本上可以分为壁式和柱式两大体系。
(2)金属非金属地下矿山采矿方法
1)空场采矿法。
空场采矿法在回采过程中,采空区主要依靠暂留或永久残留的矿柱进行支撑,采空区始终是空着的,一般在矿石和围岩很稳固时采用。
全面采矿法。
在薄和中厚的矿石和围岩均稳固的缓倾斜(倾角一般小于30°
)矿体中,应用全面采矿法。
该方法的特点是:
工作面沿矿体走向或倾向全面推进,在回采过程中将矿体中的夹石或贫矿留下,呈不规则的矿柱以维护采空区,这些矿柱一般作永久损失,不进行回采。
房柱采矿法。
房柱采矿法用于开采水平和倾斜的矿体,在矿块或采空区矿房和矿柱交替布置,回采矿房时,留连续的或间断的规则矿柱,以维护顶块岩石。
它比全面采矿法适用范围广,不仅能回采薄矿体,而且可以回采厚和极厚矿体。
矿石和围岩均稳固的水平和缓倾斜矿体,是这种采矿方法应用的基本条件。
留矿采矿法。
工人直接在矿房暴露面下的留矿堆上作业,自下而上分层回采,每次采下的矿石靠自重放出1/3左右,其余暂留在矿房中作为继续上采的工作台。
矿房全部回采后,暂留在矿房中的矿石再行大量放出,即大量放矿。
这种采矿方法适用于开采矿石和围岩稳固、矿石无自燃性、破碎后不结块的急倾斜矿床。
分阶段矿房法。
阶段矿房法。
2)崩落采矿法
3)充填采矿法。
随着回采工作面的推进,逐步用充填料充填采空区的采矿方法叫充填采矿法。
有时还用支架与充填料相配合,以维护采空区。
充填采空区的目的,主要是利用所形成的充填体进行地压管理,以控制围岩崩落和地表下沉,并为回采创造安全和便利的条件。
有时还用来预防有自燃矿石的内因火灾。
按矿块结构和回采工作面推进方向充填采矿法又可分为单层充填采矿法、上向分层充填采矿法、下向分层充填采矿法和分采充填采矿法。
按采用的充填料和输出方式不同,又可分为干式充填采矿法、水力充填采矿法、胶结充填采矿法。
单层充填采矿法。
此法适用于缓倾斜薄矿体,在矿块倾斜全长的壁式回采面沿走向方向、一次按矿体全厚回采,随工作面的推进、有计划地用水力或胶结充填采空区,以控制顶板崩落。
(二)采场矿山压力及其控制方法
1.回采工作面矿山压力的基本概念
2.煤矿矿山压力控制方法
(1)直接顶稳定性分类与老顶压力显现强度分级
直接顶是指直接位于煤层之上的易垮落岩层。
煤矿直接顶稳定性分类主要以直接顶初次垮落步距为主要指标,将直接顶分为不稳定、中等稳定、稳定和非常稳定4类。
老顶是位于直接顶之上较硬或较厚的岩层。
老顶压力显现分为4级,即老顶来压不明显、来压明显、来压强烈和来压极强烈。
三、矿山设备安全知识
(一)煤矿井下电网电压等级
1.电网等级
煤矿井下电网与地面三相四线制电网不同,其电压等级有特殊的规定,《煤矿安全规程》规定,煤矿井下各级配电网络电压和各种电气设备的额定电压等级,应符合下列要求:
(1)高压,不超过10000V;
(2)低压,不超过1140V;
(3)照明、信号、电话和手持式电气设备的供电电压,不超过127V;
(4)远距离控制线路的额定电压,不超过36V;
(5)采区电气设备使用3300V供电时,必须制定专门的安全措施。
2.煤矿井下供电系统的基本要求
(1)煤矿井下属于一类用户,停电会造成人员伤亡和重大的生产损失;
(2)煤矿井下供(配)电网不允许采用中性点接地工作方式,不允许井下配电变压器中性点直接接地,严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电;
(3)矿井电网短路容量,老矿井一般限制为50mVA;
新建矿井不再作此限制(一般为100mVA或200mVA);
(4)矿井高压电网,必须采取措施限制单相接地电容电流,使之不超过20A。
(二)煤矿井下电气设备的类型及选用规定
2.矿用防爆型电气设备
(1)适用于爆炸危险场所电气设备的分类。
Ⅰ类:
煤矿用电气设备;
Ⅱ类:
除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。
这些设备外壳的明显处都有在这种场所使用的电气设备的特别标志“Ex”。
矿用防爆电气设备应符合GB3836-2000《爆炸性气体环境用电气设备》系列标准。
(2)煤矿常用防爆电气设备的防爆标志。
矿用隔爆型电气设备的防爆标志为ExdⅠ;
矿用本质安全型电气设备的防爆标志为ExibⅠ(或ExiaⅠ);
矿用隔爆兼本质安全型电气设备的防爆标志为Exd[ib]Ⅰ(或Exd[ia]Ⅰ);
矿用增安型电气设备的防爆标志为ExeⅠ;
矿用增安兼本质安全型电气设备的防爆标志为Exe[ib]Ⅰ。
3.矿用型电气设备的选用
矿用电气设备的选用,应符合规定要求。
否则,必须制定安全措施。
普通型携带式电气测量仪表,必须在瓦斯浓度1.0%以下的地点使用,并实时监测使用环境的瓦斯浓度。
(三)矿用电缆
1.煤矿井下电缆的选型
2.煤矿井下电缆的敷设
敷设电缆(与手持式或移动式设备连接的电缆除外)应遵守下列规定:
(1)在总回风巷和专用回风巷中不应敷设电缆;
(2)电缆必须悬挂,在水平巷道或倾角在30°
以下的井巷中,电缆应用吊钩悬挂;
在立井井筒或倾角在30°
及其以上的井巷中,电缆应用夹子、卡箍或其他夹持装置进行敷设。
夹持装置应能承受电缆重量,并不得损伤电缆;
(3)沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上,钻孔必须加装套管;
(4)电缆不应悬挂在风管或水管上,不得遭受淋水。
电缆上严禁悬挂任何物件;
(5)盘圈或“8”字形的电缆不得带电。
但给采、掘机组供电的电缆不受此限;
(6)通信和信号电缆应与电力电缆分挂在井巷的两侧,如果受条件所限,在井筒内,应敷设在距电力电缆0.3m以外的地方;
在巷道内,应敷设在电力电缆上方0.1m以上的地方;
(7)高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时,高、低压电缆之间的距离应大于0.1m。
高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm。
(四)煤矿井下保护接地、漏电保护和过流保护
保护接地、漏电保护、过流保护,通常称为煤矿井下电气网络的三大保护。
(一)矿井通风系统
1.矿井通风的目的
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)通风类型。
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)通风方式。
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.矿井漏风
4.矿井反风
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10min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。
(三)矿井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、矿井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、亚抽混合式。
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,将新鲜空气风流经风筒输入到掘进工作面,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。
新鲜风流经沿巷道流入,污风通过风筒有局部通风机抽出。
五、矿山安全检测监测技术
3.瓦斯检测
4.一氧化碳检测
一氧化碳是剧毒性气体,吸入人体后,造成人体组织和细胞缺氧,引起中毒窒息。
煤矿火灾、瓦斯和煤尘爆炸及爆破作业时都将产生大量的一氧化碳。
为了矿工的身体健康,《煤矿安全规程》规定,井下作业场所的一氧化碳浓度应控制在0.0024%以下。
7.煤矿安全监测监控系统
我国监控系统主要技术指标:
1)中心站到最远测点的距离不小于10km,对于只适应于中小煤矿的系统不小于7km;
2)传感器到分站的传输距离不小于1km;
3)系统误差不大于1%;
4)时分制监测系统的误码率不大于10-6;
5)系统巡检时间不超过30s;
6)控制执行时间不超过30s。
第二节 矿山主要灾害及防治技术与措施
7.2.1大纲要求与分析
一、煤矿瓦斯及其防治技术
(一)了解矿井瓦斯及其性质,瓦斯在煤层内的存在状态,矿井瓦斯等级划分;
(二)了解瓦斯灾害的种类及主要特征,瓦斯灾害发生的条件、规律及危害程度,与煤层瓦斯有关的主要参数的内涵及测定方法;
(三)掌握瓦斯浓度及与预防瓦斯灾害有关的主要参数的测定方法;
(四)掌握瓦斯灾害的预测预报技术和各种主要防治技术的技术要点、实施方法、选用原则及相应装备、设施的选择。
二、矿山火灾及防治技术
(一)熟悉矿山火灾的分类及发生原因的分析判别;
(二)熟悉煤炭及其他可燃矿物自燃发火危险性评价方法、防灭火技术及其适用条件;
(三)掌握火灾时期的风流控制技术、矿井反风技术,防止火灾扩大技术;
(四)掌握矿山内、外因火灾预防与治理技术,火区封闭、管理与启封技术要求;
(五)掌握煤炭自燃发火早期预测预报技术。
三、矿山水害及其防治技术
(一)了解矿井突水源及水质分析,导水通道探测及分析技术;
(二)熟悉矿井涌水特征、涌水通道、突水预兆;
(三)掌握堵排水技术的主要流程及注意事项;
(四)掌握矿井突水监测预防的主要技术及适用条件。
四、矿山粉尘及其防治技术
(一)了解矿山粉尘的产生及性质,矿山粉尘的危害性;
(二)熟悉矿山粉尘的分类,主要生产环节的粉尘特性,控制尘害的原则;
(三)掌握矿山粉尘检测方法、粉尘浓度标准,矿山粉尘(煤矿煤尘)爆炸的条件,防止煤尘爆炸和抑制爆炸的主要技术措施;
(四)掌握矿山防尘技术及其使用条件,矿山粉尘防治技术装备的技术要点及使用条件。
五、矿(地)压灾害及防治技术
(一)熟悉矿(地)压灾害的类型;
(二)掌握冒顶片帮事故的原因和防治技术
(三)掌握冲击地压(岩爆)的发生原因和预防技术
六、露天边坡和排土场灾害及防治技术
(一)了解露天矿边坡和排土场灾害事故发生的条件及原因的分析、判识方法;
(二)熟悉露天矿边坡和排土场灾害事故的应急支护、加固和处理技术;
(三)掌握处理露天矿边坡和排土场灾害事故的主要技术措施。
(四)熟悉露天边坡的主要事故类型和原因
(五)熟悉排土场的主要事故类型和原因
(六)掌握露天边坡事故的防治技术
(七)掌握排土场事故的防治技术
七、尾矿库灾害及防治技术
(一)了解尾矿坝(库)溃坝事故发生的条件及原因的分析、判识方法;
(二)熟悉尾矿坝(库)事故的应急支护、加固和处理技术;
(三)掌握处理尾矿坝(库)灾害事故的主要技术措施。
(四)熟悉尾矿筑坝的方式
(五)掌握尾矿库等别的划分和安全度的分类
(六)掌握尾矿坝事故的主要类型和原因
(七)掌握尾矿库安全检查和监测技术
八、煤矿安全检测
(一)了解煤矿安全检测仪器仪表的种类及适用条件;
(二)熟悉风速、甲烷、一氧化碳、氧气、烟雾、温度等有关参数的测定方法及相关的检测仪器。
九、矿山救护
(一)了解矿山主要灾害的特征、救护原则和救护方法,灾变通风,自救与互救,避灾路线选择;
(二)掌握针对各类灾害事故的救灾技术和战术要点。
7.2.2教材知识点重点提示
(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(1000~2000m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
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10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。
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。
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
(四)煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出及预防
煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。
特点:
煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)冲出等特点,能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息,甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故,是煤矿最严重的灾害之一。
1.煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的一般规律
(1)突出危险性随采掘深度的增加而增加;
(2)突出危险性随煤层厚度的增加而增加,尤其是软分层厚度;
(3)石门揭煤工作面平均突出强度最大,煤巷掘进工作面突出次数最多,爆破作业最易引发突出,采煤工作面突出防治技术难度最大;
(4)突出多数发生在构造带、煤层遭受严重破坏的地带、煤层产状发生显著变化的地带、煤层硬度系数小于0.5的软煤层中;
(5)突出发生前通常有地层微破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻孔卡钻夹钻、煤壁温度降低、散发煤油气味、煤层产状发生变化等预兆;
(6)突出按动力源作用特征可分为3种类型:
突出、压出和倾出;
按突出物分类可分为4种类型:
煤与瓦斯突出、煤与二氧化碳突出、岩石与瓦斯突出、岩石与二氧化碳突出。
2.防治煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的措施
(1)防治突出的技术措施。
防治突出的技术措施主要分为区域性措施和局部性措施两大类。
区域性措施是针对大面积范围消除突出危险性的措施;
局部性措施主要在采掘工作面执行,针对采掘工作面前方煤岩体一定范围消除突出危险性的措施。
目前区域性措施主要有3种,即预留开采保护层、大面积瓦斯预抽放、控制预裂爆破;
局部性措施有许多种,如卸压排放钻孔、深孔或浅孔松动爆破、卸压槽、固化剂、水力冲孔等。
(五)瓦斯爆炸及预防
1.瓦斯爆炸的条件
引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件:
一定浓度的甲烷、一定能量的引火源和足够的氧气。
2.预防瓦斯爆炸技术措施
预防瓦斯爆炸技术措施包括4个方面:
(1)防止瓦斯积聚和超限;
(2)严格执行瓦斯检查制度;
(3)防止瓦斯引燃的措施;
(4)防止瓦斯爆炸灾害扩大的措施。
(六)矿井瓦斯抽放
1.瓦斯抽放方法
瓦斯抽放系统主要由瓦斯抽放泵、瓦斯抽放管路(带阀门)、瓦斯抽放钻孔或巷道、钻孔或巷道密封等组成。
根据抽放瓦斯的来源,瓦斯抽放可以分为:
本煤层瓦斯预抽、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放以及几种方法的综合抽放。
2.瓦斯抽放指标
(1)反映瓦斯抽放难易程度的指标:
煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、百米钻孔瓦斯涌出量。
(2)反映瓦斯抽放效果的指标:
瓦斯抽放量、瓦斯抽放率。
(一)矿山火灾的分类和特点
凡是发生在矿山地下采场或地面而威胁到井下安全生产,造成损失的非控制燃烧均称为矿山火灾。
矿山火灾的发生具有严重的危害性,可能造成人员伤亡、矿山生产接续紧张、巨大的经济损失、严重的环境污染等。
根据引火源的不同,矿山火灾可分为外因火灾和内因火灾两大类。
外因火灾是指由于外来热源,如明火、爆破、瓦斯煤尘爆炸、机械摩擦、电路短路等原因造成的火灾。
外因火灾的特点是突然发生,来势凶猛,如不能及时发现,往往可能酿成恶性事故。
内因火灾是指煤(岩)层或含硫矿场在一定的条件和环境下自身发生物理化学变化积聚热量导致着火而形成的火灾。
内因火灾的特点是
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