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通风安全学第二篇
通风安全学
第二篇
《安全工程》
主讲:
张爱喜
2011、5.
第九章 矿井瓦斯
矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。
9—1 概述
矿井瓦斯是煤矿生产过程中,从煤、岩内涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称。
瓦斯的化学名称叫甲烷(CH4)是无色、无味、无毒的气体。
甲烷分子的直径为0.3758×10—9M可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。
其扩散速度是空气的1.34倍。
甲烷标准状态时的密度为0.716KG∕m3,比空气轻,与空气相比的相对密度为0.554.瓦斯微溶于水。
9—2 煤层瓦斯赋存与含量
一、瓦斯的成因与赋存
(一)矿井瓦斯的生成
煤层瓦斯是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。
成气过程可分为两个阶段。
①第一阶段为生物化学成气时期
②第二阶段为煤化变质作用时期
(2)瓦斯在煤体内存在的状态
煤体是一种复杂的多孔性固体,既有成煤胶结过程中产生的原生孔隙,也有成煤后的构造运动形成的大量孔隙和裂隙,形成了很大的自由空间和孔隙表面。
因此,成煤过程中生成的瓦斯就能以游离和吸附这两种状态存在于煤体内。
游离瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比,与瓦斯温度成
反比。
吸附瓦斯量的大小,与煤的性质、孔隙结构特点以及瓦斯压力和温度有关。
煤体中的瓦斯含量是一定的,但以游离状态和吸附状态存在的瓦斯量是可以相互转化的,这取决于温度和压力以及煤中水分等条件的变化。
当温度降低或压力升高时,一部分瓦斯将由游离状态转化为吸附状态,这种现象叫做吸附。
反之,如果温度升高或压力降低时,一部分瓦斯就由吸附状态转化为游离状态,这种现象叫做解吸。
一般将煤层由露头自上而下分为四个带;前三个带总称为瓦斯风化带。
煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯。
3、影响煤层瓦斯含量的因素
1、煤的吸附特性
2、煤层露头
3、煤层的埋藏深度
4、围岩透气性
5、煤层倾角
6、地质构造
7、水文地质条件
4、煤层内的瓦斯压力
瓦斯压力测定原理为:
打一穿透待测煤层——插入压力试管——钻孔封堵好——读取瓦斯压力值
第3节矿井瓦斯涌出
在采动影响下煤岩的原始状态受到破坏,。
游离瓦斯在其压力作用下,经由煤层的裂隙通道或暴露面渗透流出并涌向采掘空间。
1、瓦斯涌出量
瓦斯涌出量大小的表示方法有两种:
①绝对瓦斯涌出量
②相对瓦斯涌出量
2、影响瓦斯涌出的因素
(一)自然因素1、煤层和围岩的瓦斯含量
2、地面大气压变化
(二)开采技术因素
1、开采规模
开采规模指开采深度、开拓与开采范围和矿井产量。
在甲烷带内,随着开采深度的增加,相对瓦斯涌出量增大。
这是由于煤层和围岩的瓦斯含量随深度而增加的缘故。
开拓与开采的范围越广,煤岩的暴露面就越大,因此,矿井瓦斯涌出量也就越大。
2、开采顺序与回采方法
3、生产工艺
4、风量变化
为了降低风量调节时回风流中瓦斯浓度的峰值,可以采取分次增加风量的方法。
每次增加的风量和间隔的时间,应使回风流中的瓦斯浓度不超过
《规程》的规定。
5、采区通风系统
6、采空区的密闭质量
3、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理
为了有效地治理瓦斯,每一个矿井都要掌握影响瓦斯涌出的主要因素和各涌出来源在总量中所占的比重,这是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础。
4、瓦斯涌出不均系数
5、矿并瓦斯等级
矿井瓦斯等级,按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量和瓦斯涌出形式划
分为:
1、2、3
3为突出矿井
第四节 瓦斯喷出
瓦斯喷出是指大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。
由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性,可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。
瓦斯喷出前常有预兆,如风流中的瓦斯浓度增加,或忽大忽小,嘶嘶的喷出声,顶底板来压的轰鸣声,煤层变湿、变软等。
3、突出的一般规律见199页
4、预防煤与瓦斯突出的主要技术措施
5、突出的预测
(1)预测指标(见207页)
煤的坚固性系数f它也是一个相对指标,反映煤的力学性质。
软煤比
软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比,亦称揉皱系数。
该值越高,煤层越不稳定,突出可能性越大。
(二)突出预兆(见207)
第六节 瓦斯爆炸及其预防
瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一。
1、瓦斯爆炸过程及其危害
1、瓦斯爆炸的化学反应过程
※瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激烈氧化反应的过程。
※矿井瓦斯爆炸是一种热链反应过程(也称连锁反应)。
2、瓦斯爆炸的产生与传播过程
※由于热量集中而使爆源气体产生高温和高压并急剧膨胀而形成冲击波。
※爆炸时由于爆源附近气体高速向外冲击,在爆源附近形成气体稀薄的
低压区,于是产生反向冲击波,使已遭破坏的区域再一次受到破坏。
3、瓦斯爆炸的危害
矿内瓦斯爆炸的有害因素是,高温、冲击波和有害气体。
2、瓦斯爆炸的主要参数
1瓦斯的爆炸浓度
爆炸界限:
瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸,这个浓度范围称瓦斯的
爆炸界限
爆炸下限:
最低浓度界限叫爆炸下限,
爆炸上限:
最高浓度界限叫爆炸上限,
瓦斯在空气中的爆炸下限为5%~6%、上限为14%~16%、
※瓦斯浓度低于爆炸下限时,遇高温火源并不爆炸,
※浓度高于爆炸上限时,在该混合气体内不会爆炸,也不燃烧,
※在正常空气中瓦斯浓度为9.5%时,化学反应最完全,产生的温度与
压力也最大。
※瓦斯浓度在7%~8%时最容易爆炸,这个浓度称最优爆炸浓度。
必须强调指出,瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受到许多因素的影响,其中重要的有:
(氧的浓度)(其他可燃气体)(煤尘)(空气压力)
(惰性气体)
3、煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析
1、火源
2、发生地点
煤矿任何地点都有发生爆炸的可能性,但大部分爆炸事故发
生在采掘工作面。
4、预防瓦斯爆炸的措施:
(一)
常见方法:
见212~214页
(2)防止瓦斯引燃
防止瓦斯引燃的原则,
1、是对一切非生产必需的热源,要坚决禁绝。
2、生产中可能发生的热源,必须严加管理和控制,防止它的发生或限定其
引燃瓦斯的能力。
《规程》规定,(明火)(电气)(设备)(矿井焊接)等
(3)防止瓦斯爆炸灾害事故扩大的措施(见215页)
第7节瓦斯抽放
1、概述
抽放瓦斯的方法:
1、按瓦斯的来源分为开采煤层的抽放、
2、邻近层抽放
分三类3、采空区抽放
第10章火灾防治
10—1 概述
※通常把违背人们意愿而发生的非控制性燃烧称之为火灾。
※在矿井或煤田范围内发生,威协安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故,称之为矿井或煤田火灾。
1、火灾的类型及其特性
1、按引火原因分类:
1)内因(自燃)火灾。
自燃物在一定的外部(适量的通风供氧)条件下,自身发生物理化学变化,产生并积聚热量,使其温度升高,达到自燃点而形成的火灾称之为内因火灾。
2)外因火灾。
可燃物在外界火源(明火或高温热源)的作用下,引起燃烧而形成的火灾叫外因火灾。
2、消防分类
从选用灭火剂的角度出发,消防上根据物质及其燃烧特性对火灾进行如下分类:
A类煤炭、木材、橡胶、棉、毛、麻等含碳的固体可燃物质燃烧形成的
火灾称为A类火灾。
B类指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液体燃烧形成的火灾。
C类指煤气、天燃气、甲烷、乙炔、氢气等和可燃气体燃烧形成的火灾。
D类像钠、钾、镁等可燃金属燃烧形成的火灾。
其特点是火源温度高。
按火源特性:
可分为原生火灾与再生火灾;
按火源产生的位置:
可分为井上火灾与和井下火灾等。
3、防灭火研究的内容
煤矿火灾防治是一项系统工程,其理论与技术的研究内容应围绕
一个目标和三个问题。
一个目标就是防止矿井火灾发生,对于已发生的火灾要防止其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。
三个问题是:
一、火灾是如何发生的?
其内容主要是研究矿井火灾的类型及其产生的
原因、条件以及各类火灾发生过程和特点,这是防灭火的理论基础;
二、如何防止火灾发生包括火源预测、火灾预防和预报技术;
三、火灾发生后如何进行及时而有效地控制和处理?
10—2外因火灾及其预防
一、物质燃烧的充要条件
物质燃烧是一种伴有放热、发光的快速氧化反应。
发生燃烧必须具备的充要条件是:
1、必要条件:
①有充足的可燃物;②有助燃物存在③有一定的温度和能量的火源
2、充分条件:
1)有三个必要条件共同存在,相互作用
2)可燃物的温度达到燃点,生成热量大于散发热量、
则三要素是组成圆环的三个链体
如果组成圆环的三个链体缺少一个,或三个链体不相互连结,则将不能构成圆环,
即缺少燃烧三要素之一,或三要素不相互作用,则不能形成火灾。
矿井火源:
(明火)(电气火)(放炮火)(静电火)等。
2、外因火灾的预防
1、我国的消防方针
《中华人民共和国消防条例》规定,消防工作实行“预防为主,消防
结合”的方针。
所谓预防为主,即是在消防工作中坚持重在预防的指导思想,在设计、
生产和日常管理工作中应严格遵守有关防火的规定,把防火放在首位。
消防结合、即是在预防的同时积极做好灭火的思想、物质和技术准备。
2、防火对策1)技术对策)2)教育对策3)管理对策
三、预防外因火灾的技术措施
预防火灾发生有两个方面:
一是防止火源产生;
二是防止已发生的火灾事故扩大,以尽量减少火灾损失。
10—3 煤炭自燃理论基础
1、煤炭自燃机理:
简单的说是氧化反应的特点、是分子的基链反应。
2、煤的氧化特性:
认为评价煤的自燃倾向性,即化学活动性的最合适的指标应该是煤的吸氧速度。
煤炭氧化规律如下:
1、所有品种煤在常温下都吸氧,但吸氧速度不同。
它取决于煤的分子
结构和物理化学性质。
2、煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比
3、在温度不变条件下,吸氧速度常数随时间按指数规律衰减
4、吸氧速度常数与煤自身温度之间符合幂函数关系
5、煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加,并有重新恢复到原有
活性的可能。
6、吸氧速度常数与粒度之间成复杂关系。
没有接触过氧的新鲜煤粒度
越小,其表面积越大,吸氧速度也越大,但随时间衰减得也越快。
3、自然发火与自然发火期
1、自然发火的定义:
在理论上,自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触,发生氧化,产生热量使其温度升高,出现发火和冒烟的现象叫自然发火。
2、煤层自然发火期:
从(火源处的)煤层被开采破碎、接触空气之日起,至出现上述定义的自燃现象或温度上升到自燃点为止,所经历的时间叫煤层的自然发火期,以月或天为单位。
煤层的自然发火期取决于煤的内部结构和物理化学性质、被开采破坏后的堆积状态参数(分散度)、裂隙或空隙度、通风供氧、蓄热和散热等外部环境等因素。
4、煤炭自燃条件(见233页)
5、影响煤炭自然发火的因素
(1)煤的自燃性能
1、煤的分子结构
研究表明,煤的氧化能力主要取决于含氧官能团多少和分子结构的疏密程度。
随煤化程度增高,煤中含氧官能团减少,孔隙度减小,分子结构变得紧密。
2、煤化程度。
煤化程度是影响煤炭自燃倾向性的决定性因素。
整体而言,煤的自燃倾向性随煤化程度增高而降低,即自燃倾向性从
褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小;
局部而言,煤层的自燃倾向性与煤化程度之间表现出复杂的关系,即同一煤化程度的煤在不同的地区和矿井,其自燃倾向性可能有较大的差异。
3、煤岩成分:
煤岩成分对煤的自燃倾向性表现出一定的影响,但不是决定性的因素。
各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性,其氧化能力按镜煤>亮煤>暗煤>丝煤的顺序递减。
镜煤受力后易成碎屑,含氢、氧和挥发成分高,其易氧化自燃;
丝煤虽然本身氧化活性弱,自燃点高,但丝炭组分中的细胞空腔能增大煤的裂隙和反应面,为氧向深部扩散提供通路,促进烟煤氧化自燃。
4、煤中的瓦斯含量。
煤中瓦斯存在和放散影响吸氧和氧化过程进行,它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。
实验表明,吸氧仅发生在煤中瓦斯含量小于某一数值的条件下,如果煤中含有较多的瓦斯,那么其吸氧减弱。
5、水分。
煤的外在和内在水分以及空气中的水蒸气对褐煤和烟煤在低温氧化阶段起一定的影响,既有加速氧化的一面,也有阻滞氧化的因素。
因此稳定地保持采空区内空气具有较高的湿度,增加并保持煤本身的湿度,都可以抑制煤的低温氧化。
6.、煤中硫和其他矿物质。
煤中含有的硫和其他催化剂,则会加速煤的氧化过程。
统计资料表明,含硫大于3%的煤层均为自然发火的煤层,其中包括无烟煤。
(2)开采技术
(3)影响采空区自燃的因素
(4)漏风
(5)地质因素
6、煤的自燃过程及其特点
煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征,分为潜伏(或准备)、自热、自燃和熄灭四个阶段。
1、潜伏(自燃准备)期
自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。
潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性质。
煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响,改善这些条件可以延长潜伏期。
潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性质。
煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响,改善这些条件可以延长潜伏期。
10—4 火灾预测与预报
我国目前预测自然发火的方法有:
1):
在实验室确定自燃倾向性等级;
2)根据本矿或条件相似(近)矿井或采区的已有的自然发火的统计资料,确定待采(或本)煤层的自然发火期。
1、煤层自燃倾向性的鉴定方法
2、煤层自然发火期的估算方法及其延长途径
3、外因火灾预测
4、火灾的预报
所谓矿井火灾预报,就是根据火灾发生和发展的规律,应用成熟的
经验和先进的科学技术手段,采集处于萌芽状态的火灾信息,进行
逻辑推断后给出火情报告。
(1)利用人体生理感觉预报自然发火
1、嗅觉。
2、视觉。
3、感(触)觉
(2)气体成分分析法
用仪器分析和检测煤在自燃和可燃物在燃烧过程中释放出的烟气或其他气体产物,预报火灾。
10—5 开采技术防火措施
1、矿井自燃火源的分布规律
2、开拓开采技术防火措施(241)
10—6 灌浆与阻化剂防灭火
(1)灌浆防灭火的机理
灌浆防灭火的作用为:
浆液充填煤岩裂隙及其孔隙的表面,增大氧气扩散的阻力,减小煤与氧的接触和反应面;浆水浸润煤体,增加煤的外在水分,吸热冷却煤岩;加速采空区冒落煤岩的胶结,增加采空区的气密性。
灌浆防火的实质是,抑制煤在低温时的氧化速度,延长自然发火期。
2、阻化剂防灭火
在化学上,凡是能减小化学反应速度的物质皆称为阻化剂。
其作用机理是:
①增加煤在低温时的化学惰性,或提高煤氧化的活化能。
②形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面;
③充填煤柱内部裂隙
④增加煤体的蓄水能力
⑤水分蒸发吸热降温。
10—7 均压防灭火
均压防灭火的实质是,利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区,或熄灭火源的目的。
10—8 惰气防灭火
惰气系指不可燃气体或窒息性气体,主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气(简称燃气)等。
1、氮气防灭火
2、、湿式惰气灭火
10—9 火灾时期通风
灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。
10—10 矿井火灾处理与控制
灭火是破坏燃烧三个条件同时存在和消除燃烧三个条件(之一、之二或全部)的过程。
灭火原理。
①冷却,把燃烧物质的温度降低到燃点以下。
②隔离和窒熄,使燃烧反应体系与环境隔离,抑制参加反应的物质。
③稀释,降低参加反应物(液、气体)的浓度。
④中断链反应。
现代燃烧理论认为,燃烧反应是由于可燃物分解成游离状态的自由基与氧原子相结合,发生链反应后才能形成的。
因此,阻止链反应发生或不使自由基与氧原子结合,就可以抑制燃烧,达到灭火目的。
采用方法:
第11章矿尘防治
11—1 矿尘及其性质
矿尘是指在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。
2、按矿尘的存在状态划分
浮游矿尘。
悬浮于矿内空气中的矿尘,简称浮尘。
沉积矿尘。
从矿内空气中沉降下来的矿尘,简称落尘
2、矿尘的危害
3、含尘量的计量指标
单位体积矿内空气中所含浮尘的数量称为矿尘浓度。
11—2 矿山尘肺病
11—3 煤尘爆炸及预防
煤尘爆炸同瓦斯爆炸一样都属于矿井中的重大灾害事故。
1、煤尘爆炸的机理及特征
煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下,空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程,是一种非常复杂的链式反应。
1、煤本身是可燃物质,当它以粉末状态存在时,总表面积显著增加,吸氧和被氧化的能力大大增强,一旦遇见火源,氧化过程迅速展开;
2、当温度达到300~400度,,煤的干馏现象急剧增强,放出大量的可燃性气体。
3、形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量,在尘粒周围形成气体外壳,即活化中心,当活化中心的能量达到一定程度后,链反应过程开始,游离基迅速增加,发生了尘粒的闪燃;
4、闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒,并使之参与链反应,导致燃烧过程急剧地循环进行。
2、煤尘爆炸的特征
1、高温、高压、冲击波
2、煤尘爆炸具有连续性
3、煤尘爆炸的感应期
4、挥发分减少或形成“粘焦”
3、煤尘爆炸的条件
煤尘爆炸必须同时具备三个条件:
1、煤尘本身具有爆炸性;
2、煤尘必须悬浮于空气中,并达到一定的浓度;
3、存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。
12章矿山防水
凡影响、威胁矿井安全生产、使矿井局部或全部被淹没并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故都称为矿井水灾。
造成矿井水害的水源主要有大气降水、地表水、含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等。
第一节地面防治水
第二节 井下防治水
矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。
第3节矿井突水及其处理
第13章矿山救护
13—1
为了迅速有效地处理矿井突发事故,保护职工生命安全,减少国家资源和财产损失,必须根据两大《规程》(煤矿安全规程、煤矿救护规程)的要求,做好救护工作。
同时,还要教育职工,在发生事故时积极进行自救和互救。
1、矿山救护队的组织
2、矿山救护队的任务
3、矿山救护工作原则
4、矿山救护队的常用技术装备
第2节矿工自救
1、发生事故时在场人员的行动原则
1、发生事故后,现场人员应尽量了解和判断事故的性质、地点和灾害程度,迅速向矿调度室报告。
2、当井下掘进工作面发生爆炸事故时,在场人员要立即打开并按规定佩戴好随身携带的自救器,同时帮助受伤的同志戴好自救器,迅速撤至新鲜风流中。
3、井下发生火灾时,在初起阶段要竭力扑救。
4、当井下发生透水事故时,应避开水头冲击(手扶支架或多人手挽手),然后撤退到上部水平。
5、井下发生冒顶事故时,应查明事故地点顶、帮情况及人员埋压位置、人数和埋压状况。
第3节现场急救
矿井发生水灾、火灾、爆炸、冒顶等事故后,可能会出现中毒、窒息、外伤等伤员。
在场人员对这些伤员应根据伤情进行合适的处理与急救。
救护指战员在灾区工作时,只要发现遇险受伤人员,都要把救人放在第一位。
1、自救
2、互救
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