2014安全工程师《生产技术》讲义:地下矿山灾害及防治技术

　　第二节　地下矿山灾害及防治技术

　　一、地下矿山通风技术

　　(一)地下矿山通风系统

　　1.地下矿山通风的目的

　　地下矿山通风的目的有两个：在正常生产时期，保证向地下矿山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，确保地下矿山安全生产;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.地下矿山通风系统

　　地下矿山通风系统是向地下矿山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)通风方式。根据进风井和出风井的布置方式，地下矿山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)通风方法。根据主要通风机的工作方法，地下矿山通风方式分为抽出式、压人式和压抽混合式。

　　3.地下矿山漏风

　　地下矿山漏风是指通风系统中风流沿某些细小通道与回风巷或地面发生渗漏的短路现象。

　　4.地下矿山反风

　　地下矿山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。

　　(2)局部反风。

　　(二)地下矿山风量计算及通风参数测定

　　1.煤矿矿井风量计算

　　2.金属非金属地下矿山风量计算

　　3.通风参数测定

　　(1)压力。

　　(2)风速。

　　(三)地下矿山通风设备和通风构筑物

　　1.矿用通风设备

　　2.通风构筑物

　　(四)局部通风技术

　　利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下局部地点进行通风的方法称为局部通风。

　　1.局部通风方法

　　2.地下矿山局部通风的安全管理规定

　　(五)地下矿山通风系统参数测定

　　1.风速测定

　　2.地下矿山通风阻力的测定

　　3.一氧化碳检测

　　4.氧气检测

　　5.温度检测

　　二、瓦斯及其防治技术

　　(一)瓦斯性质及瓦斯参数测定

　　1.瓦斯性质

　　2.煤层瓦斯赋存状态

　　3.煤层瓦斯含量及测定

　　4.煤层瓦斯压力及测定方法

　　(二)矿井瓦斯涌出及瓦斯等级

　　1.矿井瓦斯涌出的形式

　　2.矿井瓦斯涌出量及主要因素

　　3.矿井瓦斯等级及其鉴定

　　(三)瓦斯喷出及预防

　　1.瓦斯喷出

　　地下矿山瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。在20 m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于l.0 m3/min，且持续时间在8 h以上时，该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域。

　　瓦斯喷出的预兆：矿压活动显现激烈，煤壁片帮严重、底板突然鼓起、支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等。

　　2.瓦斯喷出的预防

　　(四)煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出及预防

　　(五)瓦斯爆炸及预防

　　瓦斯不助燃，但它与空气混合达一定浓度后，遇火能燃烧、爆炸。瓦斯爆炸时会产生3个致命的因素：爆炸火焰、爆炸冲击波和有毒有害气体。瓦斯爆炸不仅造成大量的人员伤亡，而且还会严重摧毁地下矿山设施、中断生产。瓦斯爆炸往往引起煤尘爆炸、火灾、井巷坍塌和顶板冒落等二次灾害。

　　(六)瓦斯抽放

　　(七)瓦斯检测

　　瓦斯检测实际上是指甲烷检测，主要检测甲烷在空气中的体积浓度。地下矿山瓦斯检测方法有实验室取样分析法和井下直接测量法两种。使用便携式瓦斯检测报警仪，可随时检测作业场所的瓦斯浓度，也可使用瓦斯传感器连续实时地监测瓦斯浓度。

　　煤矿常用的瓦斯检测仪器，按检测原理分类有：光学式、催化燃烧式、热导式、气敏半导体式等，可以根据使用场所、测量范围和测量精度等要求，选择不同检测原理的瓦斯检测仪器。

　　(八)瓦斯、煤尘事故的救护及处理

　　三、矿(地)压灾害及防治技术

　　(一)矿(地)压灾害的概念及成因

　　1.矿(地)压的概念

　　在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。通常把由开采过程而引起的岩移运动对支架围岩所产生的作用力，称为矿(地) 压。

　　在矿(地)压作用下所引起的一系列力学现象，如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象，均称之为矿(地)压显现。因此，矿(地)压显现是矿(地)压作用的结果和外部表现。

　　矿(地)压灾害的常见类型主要有采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板大范围垮落和冲击地压(岩爆)。

　　2.矿(地)压灾害的成因

　　在采矿生产活动中，采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板大范围垮落是最常见的事故，主要原因有：

　　1)采矿方法不合理和顶板管理不善。

　　2)缺乏有效支护6支护方式不当、不及时支护或缺少支架、支护强度不足是造成此类事故的另一重要原因。

　　3)检查不周和疏忽大意。

　　4)地质条件不好。

　　5)地压活动。

　　6)其他原因。

　　(二)矿(地)压灾害防治技术

　　防治采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板大范围垮落事故的发生，必须严格遵守安全技术规程，从多方面采取综合预防措施。

　　(三)地下矿山冒顶事故的救护及处理

　　1.一般原则

　　2.抢救遇险人员方法

　　3.冒顶事故的处理方法

　　(1)局部小冒顶的处理。

　　(2)局部冒顶范围较大的处理。

　　(3)大冒顶的处理。

　　四、矿山火灾及防治技术

　　(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。

　　(二)地下矿山内因火灾防治技术

　　1.煤炭自燃倾向性

　　2.煤炭自燃的预测预报

　　3.煤炭自燃的预防技术

　　4.火区封闭、管理和启封

　　(1)火区封闭。

　　(2)火区管理。

　　(3)煤炭自燃火区启封。

　　(三)火灾时期救灾技术

　　1.地下矿山火灾事故救护原则

　　处理地下矿山火灾事故时，应遵循以下基本技术原则：控制烟雾的蔓延，不危及井下人员的安全;防止火灾扩大;防止引起瓦斯、煤尘爆炸;防止火风压引起风流逆转而造成危害;保证救灾人员的安全，并有利于抢救遇险人员;创造有利的灭火条件。

　　2.风流控制技术

　　选择合理的通风系统，加强通风管理，减少漏风。

　　3.地下矿山反风技术

　　根据井下火灾具体情况，在保证作业人员和重大设备设施的安全条件下，可采用局部反风或全矿反风方法。

　　4.火灾的常用扑救方法

　　(1)直接灭火方法。

　　(2)隔绝方法灭火。

　　(3)综合方法灭火。

　　五、水害及其防治技术

　　(一)地下矿山突水源及涌水特征

　　在矿山开采过程中，地下矿山突水水源主要有地表水、溶洞一溶蚀裂隙水、含水层水、断层水、封闭不良的钻孔水、采空区形成的“人工水体”等。

　　地下矿山水质分析方法有多种，其中用得较多的是重量法、容积法和比色法。重量法主要用于杂质含量较多的水样;容积法适用于中等杂质含量的水样;比色法适用于微量含量的水样。

　　(二)地下矿山导水通道及探测技术

　　矿体及其周围虽有水存在，但只有通过某种通道，它们才能进入井巷形成涌水或突水。涌水通道可分为地层的空隙、断裂带等自然形成的通道和由于采掘活动等引起的人为涌水通道两类。

　　(三)地下矿山防治水技术

　　1.地表水治理措施

　　2.地下水的排水疏干

　　3.地下水探放

　　4.地下矿山水的隔离与堵截

　　5.矿山排水

　　(四)地下矿山水灾的预测和突水预兆

　　1.地下矿山水灾的预测

　　2.地下矿山突水预兆

　　(五)地下矿山水灾事故的救灾及处理

　　(六)地下矿山淤泥、黏土和流砂溃决事故的救灾及处理

　　1.地下矿山溃决事故的类型

　　(1)岩溶突泥。

　　(2)地面淤泥从塌陷区裂缝溃人井下。

　　(3)煤层顶部含水泥砂层溃入。

　　2.处理地下矿山溃决事故的行动准则

　　(1)处理淤泥、黏土和流砂溃决事故时，矿山救护队的主要任务是救助遇险人员，清除透人井巷中的淤泥、黏土和流砂，加强有毒有害气体检测，恢复通风。

　　(2)溃出的淤泥、黏土和流砂使遇险矿工被困堵时，在抢救时应首先确定遇险人员所处的位置，并尽快清通淤堵区，向被困堵人员输送新鲜空气、食物和饮料等生活必需品。

　　(3)当泥砂有溃人下部水平的危险时，应将下部水平人员撤到安全处。

　　(4)在淤泥已停止流动，寻找和救助人员时，应在铺于淤泥上的木板上行进。

　　(5)在拆除阻挡淤泥的阻塞物时，可在其中开一些小孔，供淤泥逐渐流出之用。如果阻塞物内的淤泥具有压力，则应在防护墙的掩护下拆除阻塞物。

　　(6)遇险人员救出后，应将处于淤堵地点附近人员迅速绕过灾区进入安全地带，禁止逆着淤泥蔓延的方向撤运人员。

　　六、矿山粉尘及其防治技术

　　矿山粉尘是地下矿山在建设和生产过程中所产生的各种岩矿微粒的总称。矿山生产的主要环节如采矿、掘进、运输、提升的几乎所有作业工序都不同程度地产生粉尘。采掘机械化和开采强度、采矿方法、作业地点的通风状况、地质构造及煤层赋存条件都是影响粉尘产生的因素。

　　(一)矿山粉尘的性质及危害

　　1.粉尘的概念

　　(1)全尘。

　　(2)呼吸性粉尘。

　　(3)浮尘和落尘。

　　2.粉尘性质

　　(1)粉尘中游离二氧化硅的含量。

　　(2)粉尘的粒度。

　　(3)粉尘的分散度。

　　(4)粉尘的浓度。

　　(5)粉尘的吸附性。

　　(6)粉尘的荷电性。

　　(7)煤尘的燃烧和爆炸性。

　　3.矿尘的危害性

　　矿尘的危害性主要表现在以下4个方面：

　　(1)污染工作场所，危害人体健康，引起职业病;

　　(2)某些矿尘(如煤尘、硫化尘)在一定条件下可以爆炸：

　　(3)加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命;

　　(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。

　　(二)矿山粉尘防治技术

　　矿山防尘技术包括风、水、密、净和护等5个方面，并以风、水为主。风就是通风除尘;水是指湿式作业;密是指密闭抽尘;净是净化风流;护是采取个体防护措施。下面分别叙述矿山生产过程中的主要防尘技术。

　　1.采煤工作面防尘

　　2.掘进工作面防尘

　　3.运输、转载防尘

　　4.综合防尘措施

　　(三)煤尘爆炸和防、隔爆措施

　　1.矿山粉尘(煤矿煤尘)爆炸的条件

　　2.煤尘爆炸性评价方法

　　3.防止煤尘爆炸的技术措施

　　4.防止煤尘爆炸传播技术

　　(四)矿山粉尘检测方法

　　粉尘检测是以科学的方法对生产环境空气中粉尘的含量及其物理化学性状进行测定、分析和检查的工作。从安全和卫生学的角度出发，日常的粉尘检测项目主要是粉尘浓度、粉尘中游离二氧化硅含量和粉尘分散度(也称为粒度分布)。