礦井通風基本理論知識第一章礦井空氣

第一節礦井空氣的主要成分

礦井空氣主要由氧氣(O2)、氮氣（Ｎ２）、二氧化碳ＣＯ２組成，它們的體積百分比分別是20.96%、79%、0.04%

一、氧氣(O2)

無色、無味、無臭的氣體，比空氣略重（對空氣的相對密度是1.05）能助燃和幫助人呼吸。

《煤礦安全規程》第103條規定：按井下同時工作的最多人數計算，每人每分鐘供給的風量不得少于４m3；

第100條規定：采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不得低于20%；

人在一般情況下，在休息時的需氧量為0.2～0.4L/min；在工作時的需氧量為1～3L/min。

O2濃度為17%時靜止時無影響，工作時呼吸困難心跳強烈

15%時呼吸及心跳加快，無力進行勞動

10－12%時失去知覺，昏迷，有生命危險

6-9%時短時間內失去知覺,呼吸停止,死亡

二、氮氣

無色、無味、無臭的惰性氣體，相對空氣密度為0.97，礦井中主要用于滅火。

礦井中的主要來源于井下爆破、有機物腐爛以及煤巖中涌出。

三、二氧化碳ＣＯ２

ＣＯ２無色、略帶酸味的氣體，比空氣重常積聚于巷道的底板，易溶于水，略帶毒性。當空氣中ＣＯ２濃度增高時會降低Ｏ２濃度使人窒息。

主要來源：人員呼吸、氧化、燃燒、爆炸、煤巖中涌出

《煤礦安全規程》規定：采掘工作面進風流中ＣＯ２濃度不得超過0.5%；礦井總回風或一翼回風巷中，濃度超過0.75%時必須立即查明原因進行處理；采區回風巷、采掘工作面回風巷中濃度超過1.5%時,采掘工作面風流中濃度達到1.5%時,都必須停止工作,撤出人員,采取措施進行處理。

四、礦井空氣的檢測方法

取樣分析法用氣相色譜儀在化驗室進行，精確但操作復雜、時間長，一般用于井下火區成分檢測或需要精確測定空氣成分的場合。

快速測定法便攜式儀器（Ｏ２）；比長式檢測管第二節礦井空氣中的有害氣體

礦井中的有害氣體有一氧化碳（CO）、硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、氨氣(NH3)、氫氣(H2)、甲烷(CH4)等。

一、礦井空氣中的有害氣體及其基本性質

(一)一氧化碳（CO）

基本性質無色、無味、無臭的氣體，對空氣的相對密度是0.97,微溶于水，能燃燒、爆炸（13－17%）。

有劇毒；人體血液中的血紅素與CO的親和力比它與氧氣的親和力大250－300倍。

濃度為0.016%數小時后頭痛、心跳、耳鳴等輕微中毒癥狀

0.048%1H內輕微中毒

0.4%短時間內失去知覺、抽筋、30分鐘內即可死亡

1%1－3分鐘就會死亡

中毒癥狀還有中毒者黏膜和皮膚呈櫻桃紅色

礦井中主要來源：爆破工作、礦井火災、瓦斯、煤塵爆炸（爆炸后濃度可達2－4%）。據統計資料表明，在礦井火災、瓦斯、煤塵爆炸事故中約有70%－75%人員的死亡都是因CO中毒造成的。

《煤礦安全規程》規定：井下空氣中CO濃度不得大于0.0024%

(二)硫化氫(H2S)

無色、微甜、臭雞蛋味的氣體，對空氣的相對密度是1.19，易溶于水，當濃度為4.3%－46%時具有爆炸性。有劇毒，使血液缺氧同時對眼睛和呼吸道有強烈的刺激作用，能引起肺水腫。

礦井中的主要來源：有機物腐爛、含硫礦物遇水。

《煤礦安全規程》規定的最高允許濃度為0.00066%

(三)二氧化硫(SO2)

無色、有強烈的硫磺氣味，易溶于水，對空氣的相對密度為2.32,有劇毒,被礦工稱為”瞎眼氣體”。

SO2+H2O=H2SO3

礦井中的主要來源：含硫礦物的氧化和燃燒、含硫煤體中涌出。

《煤礦安全規程》規定的最高允許濃度為0.000５%

(四)二氧化氮(NO2)

紅褐色氣體,有強烈的刺激作用,相對空氣的密度為1.59，易溶于水（生成硝酸）可引起肺水腫。

礦井中主要來源：炸藥爆炸。

《煤礦安全規程》規定的最高允許濃度為0.00025%

(五)氨氣

(六)氫氣

《煤礦安全規程》規定：井下充電室風流中以及局部積聚處的氫氣濃度不得

超過0.5%。

二、防止有害氣體危害的措施

(1)加強通風(2)加強檢查(3)瓦斯抽放(4)放炮噴霧或使用水炮泥

(5)加強管理;密閉的設置規范.(6)攜帶自救器(7)急救

第三節井下氣候條件

井下氣候是指井下空氣的溫度、濕度、風速三者綜合所給予人的舒適感覺程度

1、溫度

℃，K，℉

T=273.15+t

井下氣溫受地面氣溫、地層巖石溫度、氧化生熱與水分蒸發吸熱、空氣壓縮與膨脹、通風強度等因素影響進風路線上冬曖夏涼

《規程》第102條，采掘工作面氣溫不得超過26℃；機電硐室氣溫不得超過30℃2、濕度

（1）絕對濕度fa（g/m3）

（2）相對濕度

=100fa/fs，%

當=0時為干空氣；當=100%時為飽和空氣；＜30%時蒸發過快，干燥；=80%~100%時蒸發困難，潮濕

井下進風路線冬干夏濕，回風路線常年潮濕

一般認為=50%~60%為適宜

根據干球溫度和干、濕球溫度的差值可查出相對濕度

例：Q1=1000m3/min，t干1=22℃，

t濕1=21℃，1=91%，fs1=19.3g/m3

fa1=91%×19.3=17.56g/m3

Q2=1100m3/min，t干2=14℃，

t濕2=14℃，2=100%，fs2=12g/m3

fa2=100%×12=12g/m3

fa1＞fa2

W=W1-W2=Q1×fa1-Q2×fa2

=1000×17.56-1100×12

=4360g/min

=4360×60×24

=6.3t/d

空氣的密度：為單位體積氣體具有的質量，Kg/m3。

濕空氣由干空氣和水蒸氣構成，其密度ρ為單位體積氣體具有的質量，Kg/m3。

t—濕空氣的實測溫度℃；

Ps、P—飽和水蒸氣的絕對壓力、濕空氣絕對靜壓，Pa。

溫度的測定規定：

1、掘進工作面，應在工作面距迎頭2米處的回風流中；

2、長壁式工作面，回風巷距工作面10~15米的回風流中；

3、機電硐室，硐室回風道口的回風流中；

4、溫度的測定點不應靠近人體、發熱或致冷設備，至少距離0.5米;

溫度的測定時間，一般在8：00~16：00的時間內進行。

第二章礦井通風

第一節礦井通風的基本任務

把地面空氣不斷送入井下，同時把污風排出井外的過程就是礦井通風

礦井通風的基本任務：

(1)供給井下充足的新風

(2)排除或沖淡礦井中有毒有害氣體和粉塵

(3)創造良好的工作環境

(4)提高礦井的抗災能力

巷道風流的劃分：

1、巷道風流的劃分：有支架的巷道，距支架和巷底各為50mm的巷道空間內的風流；無支架（錨噴、砌碹）巷道距巷道頂、底、幫各為200mm的巷道空間內的風流。

2、采煤工作面風流：距煤壁、頂、底各200mm(小于1m的薄煤層為100mm)和采空區的切頂線為界的采煤工作面工作區間的風流。

3、采煤工作面回風流：距采煤工作面煤壁線10m以外的采煤工作面回風巷風流。

4、掘進工作面風流：掘進工作面到風筒出口這一段巷道的風流。

5、掘進工作面回風流：掘進工作面風筒出口回風側巷道的風流。

6、采掘工作面局部瓦斯積聚：采掘工作面風流范圍以外，瓦斯濃度達到2%、其體積超過0.5m3空間的瓦斯積聚。

7、某地點２０m（１０m）附近風流：指某地點上、下各２０m（１０m）風流。

第二節礦井通風系統

礦井通風系統是礦井通風方式、主要通風機的工作方法、通風網絡和通風設施的總稱

一、通風方式通風方法是指主要通風機的工作方法，有抽出式、壓入式、混合式。

通風方式是指進風井與回風井筒的布置方式，有

中央式（并列、分列）

對角式（兩翼、分區）

區域式

混合式

網絡是指：風流流經井巷的聯接形式

串聯并聯角聯

二、采煤工作面通風方式：

1）U型后退式的優點是簡單可靠、漏風小，缺點是上隅角瓦斯易超限。要加強瓦斯檢測，使用風簾或其他通風設備防止瓦斯積聚超限。

U型前進式系統的超前巷掘進時，其獨頭通風的長度較短；平巷的維護時間也較短；在巷旁支護好、漏風不大時，有一定優越性。此外，U型前進式采空區瓦斯不涌向工作面，而涌向回風平巷。但U型前進式比后退式采空區漏風大，工作面有效風量小，且對防治自然發火不利。

2）Z型后退式采空區瓦斯不涌人工作面而涌向回風平巷。Z型前進式的采空區瓦斯則涌向工作面，特別是上隅角瓦斯濃度大。

通風系統結構簡單，能消除工作面上隅角的瓦斯積聚。缺點是通風能力受限制。

在工作面和采空區瓦斯涌出量大時，必須增加通風巷道，增大其通風能力，形成Y型、雙Z型、W型、H型等較為復雜的工作面通風系統。Y型系統工作面兩端煤體中的巷道均進風。其中一條在越過工作面后成為回風道，通向采區邊界的回風上山；如是單翼采區，則通向相鄰采區的回風上山。

3）W型系統用于高瓦斯的長工作面或雙工作面。由中間及下部平巷進風，上部平巷回風時，上、下段工作面均為上行風；但其上段風速高，對防塵不利；上隅角瓦斯可能超限。所以在瓦斯涌出量很大時，常采用上、下平巷進風，中間平巷回風；或者反之，由中間巷進風，上、下平巷回風，以增加風量，提高產量。

W型系統的工作面風量可比U型大1倍，風流在工作面的流動距離短，溫升小，有利于高溫工作面降溫。W型前進式系統巷道維護在采空區，漏風大，采空區涌出的瓦斯量也大。

W型后退式是高瓦斯綜采面通風的重要形式。

三、礦井反風

反風是一種主要針對礦井進風段火災的通風抗災技術。

《煤礦安全規程》規定：生產礦井的主要通風機必須裝有反風設施，并能在10分鐘以內改變巷道內的風流方向；當風流方向改變后，主要通風機的供風量不得小于正常供風量的40%。礦井每季度應至少檢查一次反風設施，每年應進行一次反風演習；礦井通風系統有較大變化時，應進行一次反風演習。

四、礦井通風的基本知識

1．壓力

空氣分子不停地熱運動和地球引力的作用，使空氣具有對外作功的能力，或對物體表面及器壁呈現壓力，即為空氣壓力，又稱大氣壓力Po

壓力單位為Pa、mmH2O、bar、atm

1mmH2O=9.80665Pa

1bar=105Pa

1atm=101324.96Pa

1Pa=1N/m2

1mmHg=13.6mmH2O

使空氣沿井下巷道產生流動的空氣壓力差稱為礦井通風壓力。

井下空氣壓力低于當地的大氣壓力叫負壓力，反之叫正壓力。

（1）靜壓：空氣的分子無時無刻不在作無秩序的熱運動對器壁所呈現的壓力。

靜壓特點

a.無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；

b.風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；

c.風流靜壓的大小（可以用儀表測量）反映了單位體積風流所具有的能夠對外作功的靜壓能的多少。如說風流的壓力為101332Pa，則指風流1m3具有101332J的靜壓能。

（2）位壓

物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能

位能的特點

a.位能是相對某一基準面而具有的能量，它隨所選基準面的變化而變化。但位能差為定值。

b.位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應，即不呈現壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進行直接測量。

c.位能和靜壓可以相互轉化，在進行能量轉化時遵循能量守恒定律。

（3）動壓

當空氣流動時所顯現的壓力叫動壓或稱速壓，用符號hv表示，單位Pa。

動壓的計算

單位體積空氣所具有的動能為：Evi＝ri×V2×0.5

式中：ri－－I點的空氣密度，Kg/m3；

v－－I點的空氣流速，m/s。

動壓的特點

a.只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。

b.動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動方向上的動壓真值）；當作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小于動壓真值。

c.在同一流動斷面上，由于風速分布的不均勻性，各點的風速不相等，所以其動壓值不等。

d.某斷面動壓即為該斷面平均風速

（４）全壓

風道中任一點風流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱之為該點風流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動壓。

由于靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。

Ａ、絕對全壓（Pti）Pti＝Pi＋hvi

B、相對全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝Pti－Poi

說明：A、相對全壓有正負之分；

B、無論正壓通還是負壓通風，Pti>Pihti＞hi。

（5）巷道風流的連續性

當深度小于1000m時，其風流密度變化不大，可視為不可壓縮流體。

Q1=Q2

S1×V1=S2×V2

式中Q1、Q2—斷面1、2的風量，m3/s

S1、S2—斷面1、2的面積，m2

V1、V2—斷面1、2的風速，m/s

五．通風阻力

當風流在井巷中流動時，井巷的周壁對風流表現為阻擋作用，稱為通風阻力。

摩擦阻力：井下風流沿井巷或管道流動時，由于空氣的粘性產生空氣之間的內摩擦力以及空氣與井巷周壁間的摩擦而產生的阻力。

h摩=

式中h摩——巷道摩擦阻力，Pa

Q—通過巷道的風量，m3/s

—巷道摩擦阻力系數，N?s2/m4

L—巷道長度，m

U—巷道周長（U=，梯形=4.16，

半園拱=3.90，三心拱=3.85），m

S—巷道斷面積，m2

局部阻力

空氣流經巷道的某些局部地點，因渦流與沖擊等原因所造成的能量損失

3．減阻措施

①．擴大巷道斷面

②．選用周長較小的井巷

③．減少巷道長度

④．避免巷道風量過大

⑤．盡可能避免斷面突然擴大或縮小

⑥．盡可能避免拐直角彎

⑦.可能避免突然分叉、匯合

⑧．減少風速

⑨.理堆積物

二、通風方法

自然通風：利用自然條件產生的通風壓力，使空氣在井下巷道中流動的通風方法。

自然風壓的影響因素：溫差、井深、密度

三．礦通風方法

1．串聯的特點：總風阻大，如上段發生事故污風會影響下風流。

2．并聯通風優點

（1）并聯總風阻、總阻力小，耗電省

串聯并聯比較

（2）并聯各巷道風流都為新風

（3）若一條巷道發生事故，對其余巷道影響小

（4）并聯各巷道風量可按需調節

3．對角巷道中的風流不穩定，可能反向甚至無風

K=

K=1，BC巷無風

K＞１，C→B

Ｋ＜１，B→C

五、礦井通風構筑物

礦井通風設施（通風構筑物）按用途不同分：

引導風流的設施（風硐、風橋、反風設施、導風板）

隔斷風流的設施（防爆門、風墻、風門、防突門）

調節風流的設施（風窗）

按服務期不同分：

臨時通風設施（服務年限3個月以下）

永久通風設施

一、風橋

在進風巷與回風巷交叉的地點須設置風橋

二、風墻

不通風、不行人行車的巷道內需設置風墻（密閉）

用來封閉采空區、火區和廢棄的舊巷等

按服務年限長短，風墻分為永久性和臨時性兩種

三、風門

在人員和車輛可以通行、風流不能通過的巷道中建風門

通車風門間距要大于一列車的長度

行人風門間距不小于5m

風門應逆風開啟；風門要能自動關閉。風門墻垛要用不燃性材料建筑，厚度不小于0.5m,嚴密不漏風；風門水溝要設反水池或擋風簾；風門前后5m無流砂雜物。

五、風窗

風窗是在風門上方開一小窗，并有可滑移的窗板用來改變窗口面積，使各風路中的風量滿足調風的需要

第三節掘進工作面的通風

一、利用礦井全風壓通風

1．用縱向風墻或風障導風

2．利用風筒導風

利用全風壓通風管理方便，但風壓小、風量低，只適用于短距離掘進巷道或兩條長距離巷道同時掘進

二、引射器通風利用全風壓通風管理方便，但風壓小、風量低，只適用于短距離掘進巷道或兩條長距離巷道同時掘進

二、引射器通風

《規程》第127條規定，掘進巷道必須采用礦井全風壓通風或局部通風機通風。煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷的掘進通風方式應采用壓入式，不得采用抽出式

混合式：長壓短抽；抽出式風筒吸風口應安設瓦斯自動檢測報警斷電裝置；抽、壓局部通風機聯動閉鎖

瓦斯噴出區域和突出煤層的掘進通風方式必須采用壓入式

第四節掘進通風管理

一、保證局部通風機安全運轉

根據《規程》第128條、第129條的要求，應做到：

（1）局部通風機要有專人負責管理

（2）防循環風產生。壓入式局部通風機和啟動裝置必須安裝在進風巷道中，距回風口不小于10m；局部通風機吸入風量必須小于全風壓供給該處的風量，以免發生循環風（循環風：一臺局扇的回風部分或全部進入同一臺局扇的進風流。）例：2000年3月3日四川省內江市向家寨煤礦井下的掘進頭，采煤工人隨意移動局部通風機而拉循環風，造成瓦斯積聚，在沒有瓦斯檢查工檢查瓦斯情況下，工人違章用煤電鉆動力電纜搭線爆破，短路產生火花引燃瓦斯，又有部分懸浮煤塵發生爆炸，造成6人死亡，傷10人，直接經濟損失數十萬元

例：四川省什邡市八角鎮紅旗煤礦，用一臺5.5KW局部通風機向二號眼、三號眼兩個磧頭供風。礦井供風量嚴重不足，局部通風機拉循環風，未能將涌出的瓦斯及時稀釋排出，煤電鉆失爆產生火花，一平巷三號眼掘進磧頭于2002年5月9日21時15分發生瓦斯爆炸事故，死亡5人，直接經濟損失25萬元

例：2002年4月24日19時15分，四川省攀枝花煤業（集團）有限責任公司花山煤礦+1030m水平四采區4234采煤工作面六號超前掘進磧頭，爆破前斷開風筒，造成瓦斯積聚，爆破時未使用水炮泥，封泥長度嚴重不足，爆破火花引起瓦斯爆炸，死亡24人，重傷3人，直接經濟損失281萬元

（3）必須采用抗靜電、阻燃風筒

（4）低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機，可采用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電或與采煤工作面分開供電；在瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井中，所有掘進工作面的局部通風機，都應裝設三專（專用變壓器、專用開關、專用線路）供電

（5）沒有裝備礦井安全監控系統的礦井的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷的掘進工作面，必須裝備甲烷風電閉鎖裝置或甲烷斷電儀和風電閉鎖裝置。沒有裝備礦井安全監控系統的無瓦斯涌出的巖巷掘進工作面，必須裝備風電閉鎖裝置

（6）嚴禁使用三臺或三臺以上的局部通風機同時向一個掘進工作面供風；不得使用一臺局部通風機同時向2個作業的掘進工作面供風，否則易造成掘進頭風量不夠例：2000年6月15日四川省攀枝花市仁和區下馬家田煤礦一號井三號煤層掘進工作面，瓦斯爆炸，死亡6人，傷4人。原因是局部通風機不合格，吸風量不夠，同一臺局部通風機同時向三個作業的掘進工作面供風，風量嚴重不足（風筒出口風量不足20m3/min），瓦斯積聚，瓦斯檢查工漏檢，工人違章拆卸礦燈產生火花

（7）嚴格停開制度。使用局部通風機通風的掘進工作面，不得停風；因檢修、停電等原因停風時，必須撤人、斷電。局部通風機及其開關附近10m內風流中的瓦斯濃度不超過0.5%時，方可人工開動

（8）及時處理局部通風機的故障

二、減少風筒的漏風，提高有效風量

（1）應適當加大每節風筒長度，減少接頭數（2）不斷改進風筒的連接方法（3）及時修補風筒

（4）堵補風筒的針眼

三、降低風筒的風阻，增加通風距離

（1）適當選用大直徑風筒

（2）提高安裝質量，風筒須拉緊

（3）懸吊平直，靠幫靠頂，懸吊穩妥

（4）避免拐硬彎，可使用短節彎頭或鐵風筒彎頭

（5）當直徑不同的風筒相連時，應用過渡節

（6）當風筒中有積水時，須及時放出，防變形、損壞

風筒雙反邊:順著風流的方向,將上一節風筒的鐵圈插入下一節風筒的鐵圈內,使其平行、筘緊；之后將上一節風筒的反邊順風流方向翻過來壓在下一節風筒的圈上，之后逆風流方向將兩節風筒的反邊都翻過來壓在上一節風筒的圈上。

四、掘進通風安全技術裝備系列化

1．保證局部通風機穩定運轉的裝置

（1）雙風機、雙電源、自動換機和風筒自動倒風裝置（2）三專兩閉鎖裝置

（3）局部通風機開停傳感器

2．加強瓦斯檢查監測

3．綜合防塵措施

4．防火防爆安全措施

5．隔爆與自救措施

第三章：礦井通風技術測定

《規程》第105條，礦井每十天進行一次全面測風

一、測風儀表

風表根據測量范圍可分為:

高速（＞10m/s）

中速（0.5～10m/s）

低速(0.3～0.5m/s)

表=n/t

式中表—表速，m/s

n—風表讀數

t—測定時間，s

=a+b

式中—真風速（扣除風表誤差后的風速），m/s

a、b—常數

二、測風地點的選擇

測風站

四、測風方法

1、側身法

2、迎面法

平均風速由下式計算：

=K

式中K—校正系數，側身法時K=(S-0.4)/S，迎面法時K=1.14

五、井巷風量

Q=S

式中Q—井巷風量，m3/s

S—測風地點的井巷斷面積，m2

—井巷平均風速，m/s

六、風表測風注意事項

(1)防風表倒轉出現讀數誤差

(2)風表距人不能太近

(3)風表均勻移動以免測值偏大或偏小

(4)一斷面測風次數不少于三次，相互誤差不超過5%

(5)所用風表與所測風速要適應

(6)人、車過時不測

(7)風門開啟時不測

(8)測風時防冒頂、觸電

(9)嚴禁擠壓測風工具

(10)風表起點距底板約200mm、距邦約200mm，第一線距邦不大于200mm。每一線的時間距離要均勻。

七、煙霧法

當風速小于0.1～0.2m/s時

=KL/t

式中K—校正系數，取0.8～0.９

L—煙霧流經的距離,m

t—煙霧流經的時間,s第四節井巷漏風的控制

一、漏風的原因

漏風主要是由于漏風區兩端有壓差造成的

二、漏風的分類

礦井漏風按其地點可分為外部漏風和內部漏風

按照漏風分布的性質可以分為局部漏風和連續分布漏風

三、衡量礦井漏風程度的指標礦井有效風量是礦井各獨立用風地點的風量之和

例：某礦井總風量為800米3/分，主要通風機風量為840米3/分。有2個采煤工作面，每個供風量200米3/分；有1個備用工作面，供風量100米3/分；有2個掘進工作面，每個供風量100米3/分；有采區絞車房及變電硐室各1個，每個供風量60米3/分。其中有1個采煤工作面與1個掘進工作面串聯通風，其余用風地點都獨立通風，無獨立通風的其他地點，計算礦井漏風指標。

因為有1個采煤工作面與1個掘進工作面串聯通風，計算礦井有效風量時只計算1個，選擇2個風量中最大的，即200米3/分。

礦井有效風量=200×2+100+100+60×2

=720米3/分

礦井有效風量率=720×100%/840

=85.7%

礦井外部漏風量率

=（840-800）×100%/840=4.8%

礦井內部漏風量率

=（800-720）×100%/840=9.5%

第三章礦塵防治

第一節礦塵的基本知識

一、礦塵的分類

煤塵：顆粒直徑小于1mm的煤炭顆粒，一般煤塵中游離sio2的含量小于1%。

巖塵：顆粒直徑小于5mm的巖石顆粒，一般煤塵中游離sio2的含量小于1%。

呼吸性粉塵：主要指粒徑為5μm以下的微細塵粒，它能通過人體上呼吸道進入肺區，是導致塵肺病的病因。

煤塵堆積：井下巷道有厚度超過2mm，連續長度超過5米的煤塵。

主要水槽（重型）按400L/m2、輔助水槽（輕型）按200L/m2計算水量。

水槽棚垂直于巷道軸線方向，靠頂板橫向安設，并符合

二、礦塵的危害

1.污染工業場所，引進職業病；

2.某些礦塵在一定條件下可以爆炸；

3.加速機器磨損，縮短精密儀器的壽命。

4.降低工業場所的能見度，增加工傷事故的發生。

二、《規程》對礦塵濃度和風速的要求一、礦井瓦斯防治

礦井瓦斯是指煤礦井下從煤、巖層中涌出的以及生產過程中產生的以甲烷（CH4）為主的有毒有害氣體的總稱，有時單獨指甲烷。甲烷是一種無色、無味、無臭的氣體，比空氣輕。風速較低時，瓦斯會積聚在巷道頂部及冒頂處上部，因此，必須加強這些地方瓦斯的檢查和處理。瓦斯具有很強的滲透性，即在一定的瓦斯壓力和地壓力共同作用下，瓦斯能從煤巖體中向采掘空間涌出，甚至噴出或突出。

1.礦井瓦斯的危害

礦井瓦斯給安全生產帶來極大的威脅，主要表現在以下幾個方面：

（1）井下空氣中瓦斯濃度較高時，會相對地降低空氣中氧氣含量，使人窒息死亡。

（2）瓦斯爆炸后產生高溫，即爆炸產生的熱量迅速加熱周圍空氣，一般情況下溫度在1850℃以上；瓦斯爆炸后產生高壓，即周圍氣體溫度急劇升高時，就必然引起氣體壓力的突然增大，一般爆炸后的壓力可以達到爆炸前的9倍；瓦斯爆炸后產生正向及反向沖擊，直接造成人員傷亡、設備損失，巷道破壞；瓦斯爆炸后產生一氧化碳等有害氣體，使人中毒而亡；瓦斯爆炸要消耗大量氧氣，使爆炸現場氧氣濃度急劇下降，使人窒息而亡。（3）某些地區煤（巖）體內的瓦斯量較大時，瓦斯會因采掘活動的影響而以突然的、猛烈的形式被釋放出來，同時帶出大量的煤（巖），直接造成人員傷亡，設備、設施或巷道的破壞。

2.礦井瓦斯涌出及瓦斯等級（1）瓦斯涌出的概念

礦井在生產或建設過，煤體受到破壞，貯存在煤體內的部分瓦斯就會離開煤體而涌入采掘空間，這種現象叫做瓦斯涌出。

（2）瓦斯涌出的形式

1）普通涌出。瓦斯沿著煤、巖體內的微細空隙緩緩地、連續地涌向采掘空間的現象，稱為礦井瓦斯的普通涌出。

2）特殊涌出。如果煤巖層中含有大量瓦斯，采掘工作進入這些地段時，這些瓦斯就會在極端內，突然大量地涌出，可能還伴有碎煤或巖塊，這種現象叫特殊涌出。它包括瓦斯噴出及煤與瓦斯突出。

（3）瓦斯涌出量

礦井瓦斯涌出量是指礦井在生產過程中實際涌進巷道的瓦斯量。表示礦井瓦斯涌出量的方法有兩種。

1）絕對瓦斯涌出量。單位時間內涌進采掘巷道的瓦斯量，稱為絕對瓦斯涌出量。用m3/min或m3/d表示。

2）相對瓦斯涌出量。礦井在正常生產條件下，平均日產1t煤所涌出的瓦斯量，用m3/t表示。

（4）影響瓦斯涌出的因素。

1）開采規模。開采范圍越大，瓦斯涌出量越大。

2）開采深度。開采深度越深，瓦斯涌出量越大。

3）煤層瓦斯含量。它是影響瓦斯涌出量的決定因素。瓦斯含量越高，其涌出量就越大。

4）地面大氣壓力的變化。地面大氣壓力增大，礦井瓦斯涌出量減少；相反，則瓦斯涌出量增大。

5）生產工藝。打眼、放炮、落煤時，瓦斯涌出量增加；其余時間瓦斯涌出量減少。

6）礦井通風壓力。抽出式通風的礦井瓦斯涌出量大；壓入式通風的礦井，瓦斯涌出量見效。

7）開采順序、采煤方法、頂板管理、采空區管理以及開采層的地質構造都對瓦斯涌出量的影響較大。因此，可根據礦井的具體條件，找出主要影響因素，采取有效的防治措施。

（5）礦井瓦斯等級的確定

《煤礦安全規程》規定：礦井瓦斯等級，根據礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分。劃分的類型有：

1）低瓦斯礦井。礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且礦井絕對瓦斯涌出量小于40m3/min。

2）高瓦斯礦井。礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。

3）煤與瓦斯突出礦井。

礦井按照瓦斯涌出量的大小和瓦斯涌出的不同形式，劃分成不同類型的瓦斯礦井，以便于礦井開采設計、便于礦井的安全管理、便于礦井設備的選擇和資金投入。

3.瓦斯爆炸的條件及其影響因素

瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣，三者缺一不可。

（1）瓦斯濃度

瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們在把空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%—16%，5%為爆炸下限，16%為爆炸上限

瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受許多因素的影響。

1）可燃氣體的混入，使瓦斯爆炸界限擴大。

2）惰性氣體的混入，降低了氧濃度，使瓦斯爆炸的危險性和爆炸界限降低。

3）煤塵摻入可降低瓦斯爆炸下限。

4）瓦斯與空氣混合氣體的初始壓力越大，爆炸界限范圍越大。

5）瓦斯與空氣混合氣體的初始溫度越高，爆炸界限范圍越大。（2）引火溫度

瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為瓦斯的引火溫度是650—750℃。但因受瓦斯的濃度、火源的性質及混合氣體的壓力等因素影響而變化，當瓦斯含量在7%—8%時，最易引燃；當混合氣體的壓力增高時，引火溫度降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點火時間越長，越易引燃瓦斯。

（3）氧氣濃度

當氧濃度低于12%時，混合氣體中的瓦斯失去爆炸性。正確認識氧含量對瓦斯爆炸的作用，對密閉或啟封火區及對封閉火區滅火時，判斷火區內有無瓦斯爆炸性均有指導意義。

4.預防瓦斯爆炸的措施

預防爆炸三個條件缺一不可，由于《煤礦安全規程》規定井下空氣中氧濃度不能低于20%，因此，預防瓦斯爆炸的有效措施，主要從防止瓦斯積聚和消除火源著手。

（1）防止瓦斯積聚的措施

所謂瓦斯積聚是指瓦斯濃度超過2%，其體積超過0.5m3的現象。防止瓦斯積聚的方法有：

1）加強通風。防止瓦斯積聚的最主要的措施是加強通風。礦井建立一個完善合理的礦井通風現象，做到穩定、可靠、連續地向井下所有用風地點輸送足夠數量的新鮮空氣，以保證及時排除和沖淡礦井瓦斯和粉塵，使井下各處的瓦斯濃度符合《煤礦安全規程》的要求。

2）嚴格檢查和監測井下瓦斯濃度。嚴格檢查礦井的通風狀況及瓦斯濃度的變化是瓦斯礦井重要的日常管理工作，它是防止瓦斯事故的前提。為了防止漏檢，除加強管理，加強教育，提高工作者的責任心之外，還必須應用現代化裝備，采用先進的瓦斯自動檢測報警裝置。

3）及時處理積聚瓦斯。《煤礦安全規程》規定，每一礦井必須從采掘生產管理上采取措施，防止瓦斯積聚。當發生瓦斯積聚時，必須及時處理，這是礦井日常瓦斯管理工作的重要內容，是預防瓦斯爆炸的關鍵工作。

生產中容易積聚瓦斯的地點有：采煤工作面上隅角、獨頭掘進工作面的巷道隅角、采煤機附近、頂板冒落的空洞內、停風的盲巷中、低風速巷道的頂板附近、綜采工作面放煤口及采空區邊界處、發生瓦斯噴出的地點等。處理局部積聚瓦斯的方法主要：加大風速及風量、密閉隔離和抽放瓦斯三種。4）抽放瓦斯。對于采用一般通風方法不能解決瓦斯超限的礦井或工作面，可以采用抽放瓦斯的方法，將瓦斯抽至地面加以儲存利用或排除。（2）防止瓦斯引燃的措施防止瓦斯引燃的原則：禁止一切非生產需要的火源下井；對生產中可能發生的熱源嚴加管理；防止熱源產生或限制其引燃瓦斯的能力。

1）加強明火管理。按照《煤礦安全規程》的規定：嚴禁煙火進入井下；井下嚴禁使用燈泡取暖或使用電爐；井下禁止打開礦燈外殼；井口房、瓦斯抽放站及通風機房周圍20m內禁止使用明火；井下焊接時，應嚴格遵守有關規定，嚴格井下火區的管理等。任何人發現井下火災時，應立即采取一切可能的辦法直接滅火，并迅速報告礦調度室。

2）消除電器火花。井下使用的電氣設備及供電網絡，都必須符合《煤礦安全規程》的有關要求。要保證電氣設備的防爆性能好，消除電器火花的產生。

3）防止靜電火源。礦井中使用的高分子材料（如塑料、橡膠、樹脂）制品，其表面電阻應低于規定值。灑水、排水用塑料管壁表面電阻應小于109Ω，壓風管、噴漿管壁表面電阻應小于108Ω，抽放瓦斯用管壁表面電阻應小于106Ω。

4）防止摩擦火花。由于機械化程度的不斷提高，機械摩擦、沖擊火花引起的燃燒危險增加了。為防止由此而發生瓦斯爆炸事故，采取的措施有：在摩擦發熱的部件上安設過熱保護裝置（如液壓聯軸器上的易熔合金塞），溫度檢測報警斷電裝置，利用難引燃性合金工具，在摩擦部件的金屬表面溶敷活性小的金屬（如鉻），使形成的摩擦火花難以引燃瓦斯。

5）嚴格放炮制度。有瓦斯爆炸危險的煤層中，采掘工作面只準使用煤礦安全炸藥和瞬發電雷管，在使用毫秒煙氣電雷管時，最后一段的延期時間不得超過130ms。打眼、放炮和封泥都必須符合《煤礦安全規程》的規定。嚴禁放糊炮、明火放炮和一次裝藥分次放炮。

5.采掘工作面的瓦斯管理與突出預防措施

（1）采掘工作面瓦斯管理

1）加強對通風專業隊伍的管理，層層建立安全責任制。

2）加強工作面瓦斯監測，嚴格執行各項瓦斯管理制度。

3）加強掘進工作面通風管理。

4）搞好隔爆設施管理。

5）加強火源管理，消除引爆條件。

①采掘工作面電氣設備檢修維護要實行包機、包片和定期檢修制度，保證綜合保護靈敏可靠；嚴禁帶電作業；杜絕“雞爪子”“羊尾巴”、明接頭等。②嚴格放炮管理，必須執行“一炮三檢制”“三人連鎖放炮制”。

（2）煤與瓦斯突出的預防措施。

在防治煤與瓦斯突出的實踐中，我國總結了一套行之有效的綜合防突措施，習慣上稱為“四位一體”的防突措施，即突出危險性預測、防治突出措施、防治突出措施的效果檢驗和安全防護措施。

突出危險性預測。分為區域突出危險性預測和工作面突出危險性預測。

區域突出危險性預測。其任務是確定井田內煤層和煤層區域的煤與瓦斯突出危險性。

區域預測是對新礦井、新采區或新水平進行突出危險性的分類，將其分為突出危險區、突出威脅區和無突出危險區。因被預測的煤層還未被揭露，只能通過鉆孔、煤樣進行測定煤層中的瓦斯壓力和化驗煤樣的物理力學性質，或用上水平、鄰近礦井的瓦斯、地質資料進行類比，得出結論。目前，采用單向指標法、地質統計法和綜合指標法進行區域預測，近幾年又研究使用物探的方法對突出煤層進行區域預測。

工作面突出危險性預測，其預測工作是在生產過程中進行的，又稱為日常預測。包

括石門揭煤工作面、煤巷掘進工作面和采煤工作面突出危險性預測。目前，我國大多采用接觸式預測方法，以鉆孔排粉量、鉆孔瓦斯涌出初速度或者鉆屑瓦斯解吸特征作為日常預測突出危險性的判斷依據。近幾年來，我國已開展了非接觸式預測突出危險性的方法，如煤體溫度變化監測、瓦斯涌出動態檢測等的研究和應用。

2）煤與瓦斯突出防治措施。煤與瓦斯突出防治措施是在預測突出危險性的基礎上實施防突工作極其重要的環節。防突措施分為區域性措施和局部性防突措施。

區域性防突措施包括開采保護層、預抽突出煤層瓦斯、突出煤層注水等。這些措施的作用在于消除與減弱應力集中，使突出層卸壓與排放瓦斯，從而消除大面積的煤層區域突出危險性。

局部性防突措施包括超前抽放鉆孔、松動爆破、水力沖孔、卸壓槽、金屬骨架等。這些措施的作用在于使突出煤層采掘工作面前方煤體產生地應力減弱、集中應力解除與瓦斯抽放的效果，從而消除突出危險性。

3）防突措施的效果檢驗。防突措施的檢驗就是根據煤與瓦斯突出預測中的有關規定，

對采取措施后的煤層再進行一次突出危險性指標的測定，根據實測的指標值判斷是否降到臨界值以下、有無突出危險。如果檢驗結果表明防突措施有效，就可以在采取安全防護措施后繼續采掘作業。如果檢驗該防突措施無效或效果不好，就必須采取附加措施并經檢驗有效后，方可采取安全防護措施繼續作業。防突措施效果檢驗的方法與工作面突出危險性預測方法基本相同。

4）安全防護措施。其目的在于預測失誤或防突措施失效后發生突出時，避免造成人員傷害，從而建立起防止突出事故的第二道保障線。安全防護措施主要包括巖巷揭穿突出煤層的震動放炮、遠距離放炮、反向風門、避難所、擋欄設施、壓風自救系統和隔離式自救器等。

實踐證明，“四位一體”綜合防突措施體系，使我們防突技術提高到一個新的水平。

二、礦井火災防治

1.礦井火災的危害

火災是礦山的五大自然災害之一。井下發生火災，不僅會造成資源的損失、設備設施的損壞，導致生產中斷，而且更為嚴重的是會直接威脅礦工的生命安全。

礦井火災的危害具體表現在以下幾個方面：

（1）井下發生火災后，產生大量的有害氣體。高溫煙流德眾一氧化碳、二氧化碳等氣體會使人員窒息、中毒，嚴重威脅著礦工的生命安全。（2）引起瓦斯、煤塵爆炸。在有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井，火災不僅會直接導致瓦斯、煤塵爆炸，就是在處理火災事故中，也極易誘發瓦斯、煤塵爆炸事故，從而擴大災情。

（3）產生再生火源。熾熱的含揮發性氣體的煙流與相接巷道新鮮風流交匯燃燒，火源下風側可能出現若干再生火源，使煤炭資源大量被燒毀或凍結、損壞機械設備。

（4）產生火風壓。火風壓是指火災產生的高溫煙流流經有標高差的井巷所產生的附加風壓。火風壓常會造成風流紊亂，使某些井巷的風流方向發生逆轉現象，導致受災范圍擴大，容易使滅火人員陷入獲區。

2.礦井火災的分類

根據發生火災的原因不同，一般把礦井火災分為兩類：外因火災和內因火災。

（1）外因火災

外因火災是指由外部火源引起的火災。

外因火災的特點是突然發生、火勢兇猛、可防性差，可能發生在井下任何地點，但多數發生在井口房、井筒、機電硐室、火藥庫以及安裝有機電設備的巷道或工作面內，如果不能及時處理，往往可能釀成重特大事故。

（2）內因火災

內因火災又稱自然火災。由于煤炭或其他易燃物自身氧化積熱，發生燃燒引起的火災。內因火災的特點是發生在有限的條件下，有預兆，燃燒過程較為緩慢，伴生有害氣體，不易早期發現，且火源隱蔽，有些發火地點很難接近，滅火難度大，時間長。內因火災大多數發生在采空區、遺留的煤柱、破裂的煤壁、煤巷的冒高處以及浮煤堆積的地點。

3.外因火災的防治

（1）防止火源的產生

1）加強明火管理。嚴格杜絕火源。嚴禁將煙火帶入井下，嚴禁井下吸煙，井口房和通風機房附近20m內嚴禁煙火，也不準用火爐取暖。井下嚴禁使用燈泡或電爐取暖。

2）井下和井口房內不得從事電焊、電焊作業，必須作業時要嚴格按《煤礦安全規程》的規定執行。

3）地面木料場、矸石山、爐灰場與進風井的距離不得小于80m。不得將矸石山或爐灰場在進風井的主導風上風側，也不得設在表土10以內有煤層的地面上和設在有漏風的采空區上方的塌陷范圍內。

4）嚴禁在井下存放用完后剩下的汽油、沒有和變壓器油。

（2）采用不燃性材料支護

新建礦井的永久井架和井口房、以井口為中心的聯合建筑井筒、平硐與各水平的連接處及井底車場，主要絞車道與主要運輸巷、回風巷的連接處，井下機電設備硐室，主要巷道內帶式輸送機機頭前后兩端各20m范圍內，都必須用不燃性材料支護。

（3）防止電氣火災

電氣火災是指發生在各種電氣設備上的火災，常因供電過負荷、電氣元件接觸不良、操作失誤產生電弧火花引起。

預防電氣火災的措施是：機電設備應正確選用熔斷器（片），正確使用檢漏繼電器，當電流短路、過載或接地時能及時切斷電源；電纜接頭必須使用防爆接線盒，嚴禁使用“雞爪子”和“羊尾巴”接頭；嚴禁違章使用和操作井下電氣設備等。

（4）防止摩擦火花引起火災

隨著煤礦機械化程度的提高，必須做好井下機械運轉部分的保養和維護工作，防止摩擦和沖擊產生火花，引起火災。

（5）防止火災擴大

1）設置消防材料庫。消防材料庫的作用是儲存消防材料以便發生火災時迅速而有效地滅火。因此，每一礦井必須在井上下設置符合要求的消防材料庫。

2）設置防火門。在進風井口、井底車場與井筒連接處、部分專用硐室出口處等位置都必須設置防火鐵門。防火鐵門必須易于關閉嚴密，一旦發生火災能及時關閉。

3）設置消防水池和井下消防水管系統。每一礦井必須在地面設置消防水池和在井下設置消防管路系統。

4）及時發現初起火災。及時發現初起外因火災是防止其發展和控制其危害的一個重要措施。除用感覺器官（眼睛、鼻子、皮膚等）來察覺初起火災外，還可用標志性氣體、火災監測器、溫升變色涂料等來科學地判斷。

（6）外因火災的滅火方法

常用的滅火方法有三種：直接滅火法、隔絕滅火法和聯合滅火法。

1）直接滅火法。直接滅火法包括以下幾種：

①清除可燃物。將著火帶及附近已發熱或正燃燒的可燃物挖出并運出井外。這是撲滅火災最徹底的方法，但是采用這種方法的條件是：火災處于初起階段，涉及范圍不大；火區無瓦斯、無煤塵爆炸危險；火源位于人員可直接到達的地點。

②用水滅火。用水滅火，簡單易行，經濟有效。其作用是：強力水流把燃燒物的火焰壓滅，使燃燒物充分浸濕而阻止其繼續燃燒；水有很大的吸熱能力，能使燃燒物冷卻降溫；水遇火蒸發成大量水蒸氣，能沖淡災區空氣中氧的濃度，并使燃燒物表面與空氣隔絕。因此水有較強的滅火作用。

用水滅火應注意的問題：供水量要充足，否則，高溫火源會使水分解成具有爆炸性和氫和一氧化碳混合氣體（又稱水煤氣），帶來新的危險；滅火人員一定要站在火源的上風側，并應保持正常通風，回風道要通暢以便將火煙和水蒸氣引入回風道排出；當火勢旺時，應先將水流射向火源外圍，不要直射火源中心；水能導電，因此，用水撲滅電器火災時，應先切斷電源，然后滅火；水比油密度大，油浮在水的表面，可以隨水流動而擴大火災面積，因此，不能用水撲滅油類火災；滅火過程中，要隨時檢查火區附近的瓦斯、一氧化碳濃度。

③用砂子（或巖粉）滅火。把砂子（或巖粉）直接撒在燃燒物體上能隔絕空氣，將火撲滅。通常用來撲滅初起的電氣設備火災與油類火災。

④用劃分滅火器滅火。目前礦山使用的化學滅火器有兩類：

泡沫滅火器。使用時將滅火器倒置，使內外瓶中的酸性溶液和堿性溶液互相混合，發生化學反應，形成大量充滿二氧化碳的氣泡噴射出去，覆蓋在燃燒物體上隔絕空氣。在撲滅電器火災時，應首先切斷電源。

干粉滅火器。目前礦用干粉滅火器以磷酸銨粉為主藥劑。在高溫作用下磷酸銨粉末進行一系列分解吸熱反應，將火災撲滅。目前適合于井下使用的干粉滅火器有滅火手雷和噴粉滅火器。

⑤高倍數泡沫滅火。遠距離高倍數泡沫滅火是將高倍數起泡劑與壓力水混合后在風扇的吹動下，經過兩層錐形發泡線網，形成大量的泡沫涌向火源撲滅火災。其原理是泡沫遇到高溫而蒸發成水蒸氣，吸收大量的熱，使溫度迅速下降，同時，大量的水蒸氣能降低火源周圍空氣中的氧氣含量，泡沫又迅速包圍燃燒物，使火與空氣隔絕而熄滅。

2）隔絕滅火法。當井下火災發展到不能直接被撲滅時，應在所有通往火區的巷道內砌筑密閉墻，使火源與外界隔絕，當火區內的氧氣消耗完后，火災自行熄滅。

在建筑密閉墻時，一般先建進風側，后建回風側。在有瓦斯涌出的火區，為防止瓦斯積聚，進回風兩側要同時建筑密閉墻，同時封閉。對有發生瓦斯爆炸危險的火區，為保證救災人員和建筑密閉墻人員的安全，應盡快地建筑一道防爆墻。防爆墻一般用砂子、黃土、爐灰等裝在編織袋或麻袋內，建成5—6m厚砂袋墻。

3）聯合滅火法。在單獨采用一種方法達不到滅火目的，或滅火時間太長時，可將直接滅火法和隔絕滅火法聯合起來運用，稱為聯合滅火法。歸納起來有以下幾種：①先隔絕，然后打開密閉墻用水直接滅火。

②包圍縮小火區，然后進行封閉。

③移動密閉墻逐漸縮小火區，分段滅火。

④先封閉再灌漿滅火。

⑤封閉火區后注入惰性氣體，加速滅火。

⑥封閉火區，采用均壓（火區進風側和回風側的風壓差接近于零）滅火。

三、礦塵防治

1.礦塵的產生及其危害

（1）在煤礦建設和生產過程中，如鉆眼工作、炸藥爆破、掘進機和采煤機作業、礦物的裝載及運輸等各個環節都會產生大量的礦塵。一般來說，在現有防塵技術措施條件下，各生產環節產塵量比例大致是：采煤工作面占45%—80%，掘進工作面占20%—30%，錨噴作業點占10%—15%，運輸通風巷道占5%—10%，其他作業點占2%—5%。各作業點隨機械化程度的提高，礦塵的生成量增大。

礦塵按其成分可分為巖塵、煤塵和水泥粉塵三類。按其存在狀態分為浮塵和落塵，浮塵是懸浮于礦內空氣中的礦塵，落塵是從礦內空氣中沉落下來的礦塵。（2）礦塵的危害

1）對人體的危害。人長期吸入礦塵后，輕者會患呼吸道炎癥，重者會患塵肺病。礦塵對人體的危害還有皮膚病、眼病和慢性中毒（如礦塵中含有鉛、汞等有毒粉塵）。

2）煤塵在一定條件下可以爆炸。煤塵能夠在完全沒有瓦斯存在的情況下爆炸，對于瓦斯礦井，煤塵則有可能與瓦斯同時爆炸。

3）降低工作場所能見度，容易發生工傷事故。在一些綜采工作面割煤時，工作面煤塵濃度高達4000—8000mg/m3，工作面能見度極低，往往會導致人員誤操作或不能及時發現事故隱患，增加了發生人身事故的可能性。

4）加速機械磨損，縮短設備使用壽命。隨著煤礦機械化、電氣化、自動化程度的提高，礦塵對設備性能及其使用壽命的影響會越來越突出，應引起高度的重視。

2.煤塵爆炸及預防

（1）煤塵爆炸的條件

煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性，并在空氣中有一定濃度；存在能引燃煤塵爆炸的熱源；有足夠氧濃度的空氣。

1）具有一定濃度的能夠爆炸的煤塵云。有的煤塵具有爆炸性，有的不具有爆炸性。具有爆炸性的煤塵只有在空氣中呈浮游狀態并具有一定的濃度時才能發生爆炸。

能形成爆炸的浮游煤塵濃度的范圍，叫煤塵爆炸界限。試驗表明，煤塵爆炸下限為45g/m3，上限為1500—2000g/m3。爆炸力最強的煤塵濃度為300—400g/m3。

2）高溫的熱源。能夠引燃煤塵爆炸的熱源溫度變化的范圍是比較大的，它與煤塵中揮發分含量有關。我國煤塵爆炸的引燃溫度變化大約在610—1050℃之間，煙煤一般650—900℃。煤礦井下能點燃煤塵的高溫火源主要為：爆破時出現的火焰、電氣火花、電弧、靜電放電、沖擊火花、摩擦高溫、井下火災和瓦斯爆炸等。

3）空氣中氧濃度。空氣中氧含量低于18%時，煤塵就不會爆炸。但必須注意，空氣中氧濃度雖然減至18%以下，并不能完全防止瓦斯與煤塵在空氣中的混合物爆炸。

（2）預防煤塵爆炸的技術措施

預防煤塵爆炸的技術措施主要包括防塵措施、防止煤塵引燃的措施和各報措施三個方面。

1）防塵措施

①煤層注水濕潤煤體。在采煤和掘進之前，利用鉆孔向煤層注入壓力水，使水沿著煤層的層理、節理或裂隙向四周擴散并滲入到煤體的微孔中去，增加煤的水分，使煤體和其內部的原生煤塵都預先濕潤。同時，使煤體的塑性增強，以減少采煤時生成煤塵的數量。這是防治煤塵的一項根本措施。

②采空區灌水。采空區灌水也是一種預先濕潤煤體的防塵方法，當采用下行垮落法分層開采活煤層、近距離且無隔水層法開采煤層群或急傾斜水平分層法采煤時，可以利用往采空區灌水的方法，以潤濕下分層下組煤的煤層，防止開采時生成大量的煤塵。

③濕式打眼。在工作面使用電鉆或風鉆打炮眼時，將壓力水經過鉆桿中央的水孔送到炮眼底部，將粉塵濕潤后從炮眼中沖洗出來，從而達到降塵的目的。

④水封爆破和水炮泥。水封爆破和水炮泥都是由鉆孔注水濕潤煤體演變而來的，它是將注水和爆破聯合起來，不僅起到消除炮煙和防塵作用，而且還提高了炸藥的爆破效果。

⑤噴霧灑水降塵。噴霧撒水是將壓力水通過特制的噴嘴噴出，使水流霧化成細小的水滴散布在空氣中，將漂浮的塵粒濕潤下沉，防止飛揚。噴霧灑水簡單方便，廣泛應用于采掘機械切割、工作面爆破、煤炭裝載、運輸轉載、液壓支架前移、單體支柱放頂等井下作業過程中。

⑥合理的風速。風速同空氣中含塵量的關系比較密切，風速太小，不能把懸浮的煤塵及時吹出工作面，使空氣中含塵量增加；風速太大，雖然將浮塵吹走，但是也把大量的落塵吹揚起，增加工作面的煤塵濃度。因此，工作面的風速以控制在1.2—1.6m/s為宜。

⑦消除落塵。沉積在巷道四周的煤塵，一旦受到振動和沖擊會再度飛揚起來，為煤塵爆炸創造條件。必須及時清除巷道中的浮煤，清掃或沖洗沉積煤塵，定期散布巖粉，定期對主要大巷刷漿。

2）防止煤塵引燃的措施。防止煤塵引燃的措施與防止瓦斯引燃的措施基本相同，參見“礦井瓦斯防治”。

3）隔爆措施。隔爆措施就是將已發生的煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸限制在一定區域，盡量減少爆炸產生的危害而采取的技術措施。其主要措施是設置被動式隔爆裝置和用自動抑爆裝置。

①被動式隔爆裝置。被動式隔爆裝置是借助于爆炸沖擊波的動力使隔爆裝置動作（巖粉槽、水槽破碎，水袋脫鉤），并拋灑消焰劑形成抑制帶，撲滅滯后于沖擊波傳播的爆炸火焰，以阻止爆炸的傳播。最早采用的撒布巖粉和設置普通巖粉棚方法，雖然防止傳播效果好，但巖粉暴露在潮濕空氣中，極易受潮而失去消焰劑功效，頻繁更換巖粉的工作量較大。因此我國礦山已幾乎不采用這兩種方法。在20世紀80年代，我國開發使用了隔爆水槽和隔爆水袋，以水為消焰劑，方便安裝和使用，得到了廣泛應用。

②自動抑制裝置。自動抑爆裝置的作用原理是：利用傳感器測量煤塵爆炸所產生的各種物理參數并迅速轉換成電信號，指令機構的演算器根據這些電信號準確地計算出爆炸火焰的傳播速度，并在最恰當的時間發出動作信號，噴灑機構及時噴出消焰劑，準確可靠地撲滅爆炸火焰，阻止爆炸的傳播。

四、礦井水災防治

1.礦進水災的原因及危害

（1）礦井火災的概念

1）礦井突水。井巷、工作面與含水層、被淹巷道、地表水體和含水的裂隙帶、溶洞、洞穴、陷落柱、頂板冒落帶、構造破碎帶等接近或溝通而導致的突然出水事故，稱為礦井突水（亦稱礦井透水）。

2）礦井水災。礦區內的大氣降水、地表水、地下水通過各種通道涌入井下，稱為礦井涌水。當礦井涌水量超過礦井正常的排水能力時，將發生水災。

凡是影響礦井正常生產活動、威脅礦井安全生產、增加生產成本和使礦井局部或全部被淹沒的礦井涌水事故，稱為礦井水災（亦稱礦井水害）。

（2）礦井實在發生的條件。

1）礦山常見的水源。①大氣降水。從天空降到地面的雨和雪、冰、雹等融化的水，稱為大氣降水。②地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水庫、沼澤、積水洼地等處的水均為地表水。③潛水。埋藏在地表以下第一個融水層以上的地下水稱為潛水。潛水一般分布在地下淺部第四紀松散沉積層的空隙和出露地表的巖石裂隙中。潛水主要由大氣降水和地表水補給。④承壓水。處于兩個隔水層中間的地下水，稱為承壓水（或稱自流水）。石灰巖裂隙及溶洞中的水為承壓水，它具有很大的水量和壓力，對礦山生產威脅極大。⑤老空積水。已經采掘過的采空區和廢棄的舊巷道或溶洞，由于長期停止排水而積存的地下水，稱為老空積水。⑥斷層水。處于斷層破碎帶中的水，稱為斷層水。斷層帶往往是許多含水層的通道，因此，斷層水往往水源充足，對礦井的威脅極大。

2）礦井水災的通道。水源進入礦井的可能通道有：井筒、斷層破碎帶、采掘形成的裂縫、陷落柱、采空區、井下巷道和封堵不嚴的鉆孔等。

（3）礦井水災發生的主要原因

造成礦井水災的原因是多方面的，歸納起來主要有：

1）地面防洪、防水措施不當。因對防洪設施管理不善，雨季山洪由井筒或塌陷裂隙大量灌入井下造成在

2）水文地質情況不清。對老空積水、充水斷層、陷落柱、鉆孔、強含水層水量和水壓等情況不清楚，因而在施工中造成水害事故。

3）井巷位置設計不合理。將井巷置于不良的地質條件中或距強含水層太近，導致透水。

4）亂采亂挖破壞了防水煤柱或巖柱造成透水。

5）排水設備失修，水倉不按時清挖，突水時，失去排水能力而淹井。

6）沒有執行“有疑必探，先探后掘”的探放水原則，或者探放水措施不嚴密，盲目施工造成突水淹井事故。

7）測量工作失誤，導致巷道穿透積水區而造成透水。

8）出現透水征兆未察覺、未重視，或處理方法不當而造成透水。

9）施工措施不力，工程質量低劣，致使井巷嚴重坍塌冒頂，導致地下水或地表水灌入礦井。

10）在水文地質條件復雜、有突水淹井危險的礦井，需要安設防水閘門而未安設，或防水閘門安設不合格以及年久失修關閉不嚴而造成淹井。

11）鉆孔封閉不合格或沒有封孔，成為各水體之間的垂直聯絡通道。當采掘工作面和這些鉆孔相遇時，便發生透水事故。

（4）礦井水災的危害

礦井水災的危害具體表現在以下幾方面：

1）如果排水系統不完善，會造成涌水四溢，巷道到處是泥水，使作業環境惡化，給安全生產和文明生產造成不利影響。

2）頂板淋水、煤壁滲水，使巷道內空氣濕度加大，影響職工的身體健康。

3）礦井水量越大，排水設備和排水費用越高，不僅增加生產成本，而且增加了管理工作難度。

4）礦井水對機器設備和金屬材料產生腐蝕作用，縮短其使用壽命，增加生產成本。

5）礦井涌水量一旦超過排水能力或突然涌水，輕則造成井巷或采區被淹，重則造成人員傷亡和財產損失。

2.地面防治水

地面防治水是指在地面修筑一些防排水工程，防止或減少大氣降水和地表水涌入工業場地或通過滲漏區流入井下，它是保證礦井安全生產的第一道防線，這對于以降雨和地表水為主要涌水來源的礦井尤為重要。對于雨季受水威脅的礦井，應制定雨季防治水措施，并應組織搶險隊伍，儲備足夠的防洪搶險物質。井口及工業場地內建筑物的高程低于當地歷年最高洪水位時，必須修筑堤壩、溝渠或采取其他防排水措施。

3.井下防治水

防治礦井水災的原則，是在保證礦井安全生產的前提下，以防為主，防治結合。礦井水災的防治方法，可歸納為“查、探、放、截、堵、排”六個字的綜合防治措施。

（1）掌握礦井的水文地質資料

水文地質資料是制定防水措施的依據。因此，必須查明礦井水源和可能涌水的通道從而編制防治水計劃，并組織實施。主要內容包括以下幾個方面：

1）收集地面氣象、降水量與河流水文資料，查明地表水體分布、水量和補給、排泄等情況，查明洪水對礦井的影響程度。

2）掌握井田范圍內沖擊層、含水層的情況。

3）掌握斷層和裂隙的分布情況。

4）調查老窯和現采小窯的開采范圍、采空區的積水和分布狀況。

5）掌握采動后頂板破碎及地表陷落情況。

（2）井下探水

“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必須遵循的原則，也是預防井下水害事故發生的重要方法。當采掘工作面接近有突水危險區域時，必須采用探放水方法，查明采掘工作面前方的水情，并將水有控制地放出，以保證采掘工作面安全生產。

采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線進行探水：

1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰礦時。

2）接近含水層、導水斷層、溶洞或導水陷落柱時。

3）打開隔離煤柱放水時。

4）接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時。

5）接近有出水可能的鉆孔時。

6）接近有水的灌漿區時。

7）接近其他可能出水地區時。

（3）放水（疏干）

掌握和探明地下水源之后，應采取一定的措施，有計劃地將威脅性水源全部或部分放出，并排出地面。它是消除水患的有效措施之一。根據不同類型的水源，可采取不同的疏放水方法和措施。

（4）截水

截水是利用水閘墻、水閘門和防水煤（巖）柱等物體，臨時或永久地截住涌水，將采掘區與水源隔離，使某一地點突水不致危及其他地區、減輕水災危害的重要措施。

1）留設防水煤（巖）柱。在水體下、含水層下、承壓含水層上或導水斷層附近采掘時，在可能發生突水處的外圍留設一定寬度的煤（巖）柱，以防止地表水或地下水涌入工作地點，形成水災。在相鄰礦井的分界處，必須留防水煤柱。礦井以斷層分界時，必須在斷層兩側留有防水煤柱。

2）防水閘門。防水閘門一般設置在可能發生涌水需要堵截，而平時仍需運輸合行人的巷道內。如：井底車場出入口、井下水泵房、變電所以及有涌水互相影響的區域之間，都必須設置防水閘門。一旦發生水患，立即關閉閘門，將水堵截，把水患限制在局部地區。

3）水閘墻。在需要永久截水而平時無運輸、無行人的地點設置水閘墻，有臨時水閘墻和永久水閘墻兩種。臨時水閘墻一般用木料或磚料砌筑，永久水閘墻采用混凝土或鋼筋混凝土澆灌。

（5）注漿堵水

注漿堵水就是將配制的漿液壓入井下巖層空隙、裂隙或巷道中，使其擴散、凝固和硬化，使巖層具有較高的強度、密實性和不透水性而達到封堵截斷補給水源和加固地層的作用，是礦井防治水害的重要手段之一。當多個鉆孔注漿形成隔水帷幕帶時稱帷幕注漿。礦井注漿堵水通常用于下列情況：

1）當涌水水源與強大水源有密切聯系，單純采用排水的方法不可能或不經濟時。

2）井巷必須穿過一個或若干個含水豐富的含水層或充水斷層，若不隔離水源就無法掘進時。

3）涌水量大的礦井，為了減少礦井的涌水量，降低排水費用。

（6）礦井防排水系統

目前，我國煤礦在防排水方面應用了許多新技術和新設備，例如，水泵自動化控制技術、密閉水泵房以及采用大孔徑直通式排水孔分散排水等，均取得了良好效果。

我國在煤礦防治水探查技術方面，也有了很大發展，如水化學探查技術、地球物理探查技術。一些學者還提出了“煤礦排水、供水、生態環保三位一體結合”的管理模式。

4.采掘工作面透水事故的處理

采掘工作面透水前，一般有如下預兆：

（1）掛紅。因地下水中含有鐵的氧化物，在水壓作用下，通過煤（巖）裂隙時，附著在煤巖表面，呈現暗紅色水銹。

（2）掛汗。積水區的水，在水壓作用下，通過煤巖裂隙而在煤巖壁上凝結成許多水珠，稱“掛汗”。但井下空氣中水分遇到低溫煤體也會聚結水珠，這是假汗。區別真汗、假汗的方法是：仔細觀察新暴露的煤壁面上是否潮濕，若潮濕則是“真汗”即透水征兆。

（3）空氣變冷。采掘工作面接近積水區時，空氣溫度會驟然下降，煤壁發涼，進入工作面有涼爽、陰冷的感覺。

（4）出現霧氣。當采掘工作面氣溫較高時，從煤壁滲出的積水，就會被蒸發而形成霧氣。

（5）水叫。一種是高壓積水向煤巖裂隙強烈羈押于兩壁摩擦而發出的“嘶嘶”聲，另一種是空洞泄水聲，這些都是離水源很近的危險預兆。

（6）頂板淋水加大。原有裂隙淋水突然增大。

（7）頂板來壓、底板鼓起。在地下水壓作用下，頂底板彎曲變形，有時伴有潮濕、滲水現象。

（8）水色發渾、有臭味。老空水一般發紅、味澀；斷層水一般發黃、味甜；溶洞水常帶有臭味；沖擊層水呈黃色并夾有沙子。

（9）有毒有害氣體增加。工作面有硫化氫、二氧化碳等有毒有害氣體溢出。以上征兆不一定同時出現，要認真辨別。當發現工作面出現透水預兆時，說明已接近水體，此時應立即停止作業，并報告礦調度室，采取有效措施，以防止透水事故的發生。

五、礦井頂板事故防治

頂板事故是煤礦生產的主要災害之一，是指在地下采煤過程中，頂板意外冒落造成人員傷亡、設備損壞、生產中止等的事故。頂板事故按冒頂范圍分局部冒頂和大型冒頂；按力學原因分為壓垮冒頂、漏冒型冒頂和推垮型冒頂。

1.采取局部冒頂的原因、預兆及防治

（1）采取局部冒頂的原因

采場局部冒頂常發生在上下出口、煤壁線、放頂線、地質構造處及采煤機附近。其原因主要有：

1）采空區頂板支撐不好，懸頂面積過大。

2）頂板中存在斷層、裂隙、層理等地質構造，將頂板切割成不連續的巖塊，回柱后巖塊失穩，推倒支柱造成冒頂。

3）回柱操作順序不合理。

4）工作面支護質量不好，支護密度不夠、出撐力低、迎山角不合理等。

5）在遇見未預見的地質構造時，沒及時采取措施。

6）工作面上、下出口連接風巷和運輸巷，控頂面積大。兩巷掘進時經受壓力重新分布的影響，同時由于巷道初撐力一般較小，使直接頂下沉、松動甚至破壞；特別是在工作面超前支撐壓力作用下，頂板大量下沉，又在移動設備時反復支撐頂板，結果造成頂板更加破碎。如果又有老頂來壓影響，工作面上、下出口更易冒落。

7）煤壁線附近易形成“人字”“鍋底”“升斗”等劈理，有游離巖塊、易冒落。

（2）采場局部冒頂的預兆

1）發出響聲。巖層下沉斷裂，頂板壓力急劇增大時，木支架有劈裂聲；金屬支柱活柱下縮，支柱鉆底嚴重都可能發出響聲。

2）掉碴。

3）煤體壓酥，片幫煤增多。

4）頂板裂隙增多，裂縫變大。

5）頂板出現離層。

6）漏頂。

7）瓦斯涌出量突然增大。

8）頂板淋水明顯增加。

（3）采場局部冒頂的主要預防措施

1）防止煤壁附近冒頂，應及時支護懸露頂板，加強敲幫問頂。

2）炮采時合理布置炮眼，控制藥量，避免崩倒支架。

3）防止兩出口冒頂時，首先支架必須有足夠強度，其次系統應具有一定阻力，防止老頂來壓時推倒支架。

4）防止放頂線附近局部冒頂，要加強地質及觀察工作，在大塊巖石范圍內加強支護，必要時用木支架代替單體金屬支架。

5）隨時注意地質構造的變化，采取相應措施。

2.采場大型冒頂的預兆及防治

（1）采場大型冒頂的預兆

采場大型冒頂一般包括老頂來壓時的壓垮型冒頂、直接頂導致的壓垮型冒頂、大面積漏垮型冒頂、復合頂板推垮型冒頂和大塊游離頂板