通风安全学试题

第1章 矿井瓦斯及其防治

矿井瓦斯、矿尘、矿井火灾、矿井水灾及冒顶事故等构成煤矿的五大自然灾害，而瓦斯灾害又是煤矿生产中最严重的灾害。系统地了解矿井瓦斯的基本知识，掌握瓦斯燃烧、爆炸和突出的防治措施，对提高矿井防灾抗灾能力，保障矿井安全生产极为重要。

本章要求：

1) 熟悉瓦斯性质、矿井瓦斯生成及赋存规律； 2) 理解矿井瓦斯涌出及影响因素； 3) 了解矿井瓦斯喷出以及防治措施；

4) 掌握煤（岩）与瓦斯突出机理、一般规律以及防治技术； 5) 掌握矿井瓦斯爆炸条件、机理及预防技术；

6) 熟悉矿井瓦斯抽放原则与方法。

1.1 矿井瓦斯的生成与赋存

一、 矿井瓦斯的概念

广义：

凡是从煤层或岩层中放出或生产过程中产生涌入矿井内的气体，统称矿井瓦

斯。

其主要成分为：

甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)，还有少量的硫化氢(H2S)、一氧化碳(CO)、

氢气(H2)、二氧化硫(SO2)及其他碳氢化合物气体等。

狭义：矿井瓦斯就是指甲烷(CH4)。其原因是甲烷为井下有害气体的主要成分，同时甲烷对煤矿的危害也最严重。

二、瓦斯的性质 1、分子结构 2、色，味，嗅 3、比重，密度 4、溶水性 5、窒息性 6、可燃性 7、可爆性

三、矿井瓦斯的生成

瓦斯是伴随着煤的形成而生成的。 1、生物化学造气期 2、煤化变质造气期

四、瓦斯在煤层中的赋存状况 1、瓦斯在煤层中的垂直分带

沿煤层垂深，气体主要成分形成四个分带： ? 二氧化碳—氮气带(CO2-N2) ? 氮气带(N2)

? 氮气—瓦斯带(N2-CH4) ? 瓦斯带(CH4)

2、瓦斯在煤体中的赋存状态

瓦斯在煤体及围岩中的赋存有自由及吸附两种状态。 1. 自由状态(或称游离状态)

瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的裂隙及孔洞之中，自由运动，并呈现出压力。

2. 吸附状态

按其结合的形式不同，又分为吸着状态和吸收状态。

实测表明：在未采动的煤层中，在目前开采深度条件下，煤层中自由状态瓦斯

占5％一30％，而吸附状态的瓦斯占70％一95％。

煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的。当外界条件发生变化时，自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯可以相互转化：

吸附现象 解吸现象 五、矿井瓦斯含量 1、概念

瓦斯含量：煤层或围岩在自然条件下所含有的瓦斯数量，即是指自由状态的瓦斯与吸附状态的瓦斯之和。其单位为；m3／t(m3)或cm3／g(cm3)。

2、瓦斯含量影响因素

(1)煤的吸附性质

煤化变质程度越高，瓦斯的生成量越大。 （2)煤层的赋存条件 煤层埋藏深度； 有无露头； 煤层的倾角；

煤层顶、底板岩层的透气性； 煤层周围地下水活动。 (3)煤田的地质条件 沉积环境； 煤田生成年代；

封闭的和倾伏的背斜或弯窿构造； 大型煤包；

断层：断层的封闭性，与煤层接触的对盘岩层的透气性；开放性断层；

1.2 矿井瓦斯涌出

瓦斯从煤层或岩层中涌出的形式有两种： 普通涌出--

特殊涌出

在煤矿生产中，瓦斯普通涌出是瓦斯放散的主要形式，它的特点是范围大，时间长，涌出虽均匀，速度缓慢。而瓦斯的特殊涌出即是瓦斯的喷出或突出，它是瓦斯矿井少见的一种瓦斯放散形式。

一、瓦斯涌出量的表示方法

矿井瓦斯涌出量：矿井在开采过程中涌入巷道内或管道中的瓦斯量。 1、绝对瓦斯涌出量

是指生产矿井在一定时间内所涌出的瓦斯量(Q绝)，单位m3／d或m3／min。 其计算式为：

式中 Q绝——矿井的绝对瓦斯涌出量，m3／d；

Q——矿井总回风道风量，m3／d； C％——回风流中的平均瓦斯浓度。

? 在相同条件下的煤层中，绝对瓦斯涌出量随矿井生产规模的扩大利产量的

增加而增加，但它们之间不一定是正比关系。

? 绝对瓦斯涌出量只能表明涌出瓦斯的多少，难以判定矿井瓦斯涌出的严重

程度。

2、相对瓦斯涌出量

是指矿井在正常生产情况下平均生产一吨煤的瓦斯涌出量(q相)，单位：m3／t。 其计算公式为：

式中 Q绝——矿井的绝对瓦斯涌出量，m3／d；

n——矿井瓦斯鉴定月的工作天数，d／月 T——矿井瓦斯鉴定月的产量，t／月。

二、影响瓦斯涌出的因素

矿井瓦斯涌出量的多少取决于自然因素和开采技术条件。

(一)自然因素

1．煤层和围岩的瓦斯含量

是瓦斯涌出量多少的决定性因素。开采煤层的瓦斯含量高，瓦斯的涌出量就多。 ? 强调：

煤层瓦斯含量(单位m3／t)与相对瓦斯涌出量即吨煤瓦斯涌出量(单位：m3／t)虽然单位相同，但是意义却不同，而且数值也不相等。 2．开采深度

在瓦斯带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增多。 3．地面大气压

它的变化对瓦斯涌出量有重要影响。

? 要特别注意大气压力下降时瓦斯矿井的瓦斯管理工作，密切重视采空区和

密闭区的瓦斯检测工作，防止瓦斯事故的发生。

(二)开采技术条件 1．开采规模

是指开采深度，开采范围以及矿井的产量而言。对一个矿井来说，开采规模越大，瓦斯的涌出量也越大。

2．开采方法

是指开采顺序、回采方法及生产工艺过程等。 3．通风方法及采空区管理

当矿井采用抽出式通风时，矿井瓦斯涌出量随风压(负压)的升高而增多。 当矿井采用压入式通风时，风压对矿井的瓦斯涌出量的影响与地面大气压相同。

采空区如果密闭不严或是其回风端的风压差比较大，就会造成瓦斯大量涌入巷道中。

综上所述，影响矿井瓦斯涌出量的因素是多方面的。矿井瓦斯涌出量不是固定不变的。因此，矿井的瓦斯等级也不是固定不变的。所以，对矿井瓦斯等级必须每年进行鉴定，及时更正矿井瓦斯等级，以便安全有效地进行生产管理。

三、矿井瓦斯等级及其鉴定方法

(一)矿井瓦斯等级的划分

在一个矿井中，只要有一个煤、岩层中发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。

矿井瓦斯等级，按照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：矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t,且矿井绝对瓦斯涌出量≤

40m3/min；

高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量>10m3/t,或矿井绝对瓦斯涌出量>40m3/min； 煤（岩）与瓦斯突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤（岩）与

瓦斯突出，该矿井既定为煤（岩）与瓦斯突出矿井。

(二)矿井瓦斯等级鉴定方法

1．鉴定条件

矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产条件下进行。

矿井瓦斯等级的确定，按每一自然矿井中的矿井、煤层、一翼、水平或采区分别计算月平均日产一吨煤瓦斯涌出量，并采取其中最大值。

被鉴定的矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区总产量的60％。

2．鉴定时问

根据矿井生产和气候变化规律定时间，一般放在7月或8月。

3．鉴定内容

在鉴定月内上、中、下三旬中各取一天(间隔十天)分三个班(或四个班)进行测定工作。在矿井、煤层、一翼、水平或采区的回风巷道中，分别测定风量和瓦斯浓度。

在鉴定月中，地面和井下的气温，气压和湿度等气象条件也应记录，以备参考。

4．测定记录整理与计算

矿井、煤层、一翼、水平或采区测定基础数据填表并计算。

计算煤层、一翼、水平或采区的瓦斯涌出量时，应扣去相应的进风流中瓦斯量。

5．矿井瓦斯等级鉴定报告

在鉴定月上、中、下旬进行测定的三天中，选取瓦斯涌出量最大的一天作为计算生产一吨煤瓦斯涌出量的数据。

各矿务局应根据鉴定结果并结合产量水平，采掘比重，生产区域和地质构造等因素，提出确定矿井瓦斯等级的意见，连同有关资料报省(区)煤炭局审批。

煤与瓦斯突出矿井在瓦斯等级鉴定期间，仍须按照矿井瓦斯等级和二氧化碳的鉴定工作内容进行测算工作。

煤与瓦斯突出矿井的[突出)鉴定，应由煤炭科学研究单位和矿务局共同提出鉴定报告，并报省(区)煤炭局批准报。

四、矿井瓦斯涌出量预测

设计新矿井或生产矿井的新区(新采区，深部水平)，需要先掌握其瓦斯等级和瓦斯涌出量，作为矿井、水平和采区设计的依据。根据某些已知数据，按照一定的方法预先得出设计区或巷道瓦斯涌出量，称作矿井瓦斯涌出量预测。

目前，预测相对瓦斯涌出量的方法有两大类。

(一)含量计算法

根据煤层的瓦斯含量，分别预计采煤、掘进、围岩和采空区的瓦斯涌出量，汇总为新矿井、新水平、新采区的瓦斯涌出量。

一般可用来预测新开发煤田或新设计矿井的瓦斯涌出量。

(二)矿山统计法

根据已往矿井生产中的相对瓦斯涌出量与开采深度的统计规律，推算深部水平相对瓦斯涌出量的预测方法。

矿山统计法一般分两步进行：

? 将矿井历年生产过程中积累的实际相对瓦斯涌出量按其对应的开采深度进

行整理填值。计算出相对瓦斯涌出量递增值(称为瓦斯涌出量梯度)； ? 根据相对瓦斯涌出量梯度，推至预测深部区域，统计出深部开采的相对瓦

斯涌出量数值。

通常在地质条件正常，采矿技术条件变化不大的情况下，瓦斯带内相对瓦斯涌出量与开采深度近似成正比关系。

有了生产水平的瓦斯涌出量梯度a，预测深部水平的相对瓦斯涌水量：

式中 q0——瓦斯带上边界的相对瓦斯涌出量，一般为2—3m3/t； H0——瓦斯带上边界的深度都。

为了比较精确地预测相对瓦斯涌出量，应该在矿井开采平面图上标出各个已采区段的相对瓦斯涌出量，把相对瓦斯涌出量相同的点连成等相对瓦斯涌出量线，对于外推的区域，根据对应地点的瓦斯涌出量梯度与底板等高线，用虚线画出预测区等相对瓦斯涌出量线。该图清晰简明，不仅反映出倾斜方向上瓦斯涌出量的变化，而且还反映出走向方向上的变化。

使用矿山统计法预测相对瓦斯涌出量时，必须注意以下问题： (1)此法只适用于瓦斯带内、外推的深度不超过100-200 m的情况下。 (2)预测的精度取决于原始统计资料的精度与数量以及预测区域同已采区域在地质条件和开采技术条件上的相似程度。

1.3 瓦斯喷出及其预防

一、瓦斯喷出及类型

瓦斯喷出：在开采过程中，从煤或岩石的裂隙、孔洞中突然涌出大量瓦斯的现象。造成此现象的主要原因是存在高压瓦斯源。

瓦斯喷出的通道，一般有两类： ? 原始地质构造孔洞、裂隙

如：地质破碎带、断层带、石灰岩溶洞裂隙区、背斜(或向斜)轴部储瓦斯区或其他储瓦斯构造附近的原始孔洞、裂隙等。

从此类通道喷出瓦斯的特点：流量大、持续时间长，无明显的地压显现情况； ? 采掘地压显现时生成的裂隙

此类裂隙也往往与地质构造有关，因为在各种地质构造破坏影响区内，原有处于封闭状态的构造裂隙在采掘地压与瓦斯压力综合作用下很容易张开，成为瓦斯喷出的通道。若地压显现突然发生，瓦斯喷出也是突然的，这就更增加了危险性。

这类喷出的特点：喷出濒临发生时伴随着地压显现效应，喷出持续的时间较短；流量与卸压区面积、瓦斯压力和瓦斯含量大小等因素有关。

二、瓦斯喷出预兆

瓦斯喷出前，通常出现岩石压力上升，发生底鼓、破坏支架，煤层变软以及瓦斯浓度忽大忽小，有时出现嘶嘶声。

三、瓦斯喷出防治措施

根据瓦斯喷出量的大小，瓦斯压力的高低以及瓦斯喷出通道的类型，通常选用以下措施加以防治。

1．探明地质情况

2．封堵、引排、抽放综合治理 3．加强管理工作

1.4煤与瓦斯突出及其预防

煤与瓦斯突出是煤矿中瓦斯涌出的特殊形式，是一种非常复杂的动力现象。 煤与瓦斯突出：

在开采过程中，在短暂的时间内(几秒或几分钟)突然从煤层(或岩层)中喷出大量的瓦斯和煤炭(或岩石)的现象。

煤与瓦斯突出危害：

高速瓦斯流(含煤粉或者粉)能够摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至造成风流逆转；喷出的瓦斯能使井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸；岩能够造成煤流埋人；猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。

? 世界上第一次煤与瓦斯突出发生于1834年法国鲁阿雷煤田伊萨克矿井。 ? 世界上最大的一次煤与瓦斯突出发生于1969年苏联加加林煤矿，突出煤炭

14000t，瓦斯25万m3。

? 我国最大的一次煤与瓦斯突出发生于l975年8月四川天府三汇坝一井，突

出煤(岩)12780t、瓦斯110万m3。

一、突出的特点

大量的高浓度的瓦斯喷出；

伴有大量的煤炭(或岩石)同时被抛出； 抛出的煤炭有明显的分选现象；

突出时有强大的动力效应，能使煤炭破碎成粉末状并抛至数百米、数千米之外； 使风流逆转；

强大的冲击被能使矿井设备及通风系统破坏；

突出后所形成的孔洞形状一般是口小腔大，孔洞较长，呈梨形或倒瓶形等。

二、 突出的原因

煤与瓦斯突出是一种极为复杂的动力现象，其原因说法不一。

多数国家采用煤与瓦斯突出实例的统计分析、实验室研究和现场观测的方法，对煤与瓦斯突出机理进行了广泛深入地研究，提出了很多假说。

综合起来，突出机理假说大体可以分为以下几类： （1）瓦斯主导假说

如“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“煤空隙结构不均匀说” 、“裂隙堵塞”说、“闭合孔隙瓦斯释放”说、“瓦斯膨胀”说、“地质破坏带”说、“瓦斯解吸”说

等。

（2）地质主导假说

如“岩石变形潜能”说、“应力集中”说.“剪切应力”说、‘塑形变型”说、“振动波动”说、“拉应力”说、“应力叠加”说、“冲击移近”说、“放炮突出”说、“顶板位移不均匀”说等。

（3）化学本质假说

如“瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“硝基化合物”说等。

（4）综合假说

认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯与煤的物理及力学性质三者综合作用的结果。

煤与瓦斯突出是一种能量突然释放的现象，从能量平衡角度分析，研究出能量集中与释放全过程，就能有效地进行防突。即只要防止能量的过度集中与突然释放，就能有效地控制住突出。要想实现这一目标，就必须研究能量集中的条件和释放的方式。

煤与瓦斯突出的内在因素是应力、瓦斯和煤的物理及力学性质。而外在因素是形成集中应力和造成突然卸载的条件。为了防治煤与瓦斯突出，必需改善其内在因素和消除其形成集中应力和突然卸载的条件。这是防治突出的主要理论依据。设法降低应力和瓦斯压力，设法增加煤体(或岩休)的坚固性是制止煤与瓦斯突出的关键。

三、煤与瓦斯突出的流变机理

在采掘过程中，常发现工作面煤岩体发生外移。

在许多煤与瓦斯突出的发生过程中，含瓦斯煤岩体表现出具有“流动”行为，如突出孔洞缩小或消失(突出煤岩的体积远大于突出孔洞的体积)；延期突出；特别是距突出地点数十米处的含瓦斯煤岩发生流动；突出瓦斯涌出量远远大于突出煤岩体中的瓦斯含量等实际现象。对这些行为或现象，“综合作用假说”等是无法做出解释的。

受外力作用的系统向新的平衡点过渡的过程，就是流变过程，其中包含变形和破裂过程。流变是物质的固有属性。含瓦斯煤岩体是一种很强的流变介质。

1．含瓦斯煤岩的流变特征 2．煤与瓦斯突出的流变机理

? 煤和瓦斯突出本质上是属于含瓦斯煤体的流变行为。

? 煤与瓦斯突出过程从时间上可划分为四个流变破坏阶段，即突出的流变准备

阶段、高速动态流变破坏发动阶段、持续流变破坏发展阶段和结束阶段，从空间上可划分为流变松弛区、强流变区、弱流变区三个区域。在采掘工作面前方，依次存在着三个区域，它们是松弛区域(即卸压带)，应力集中区(强流变区、弱流变区)和原始应力区。 ? 突出有两类： 瞬时突出； 延期突出。

“流变机理”的提出为含瓦斯煤岩动力灾害的预测防治奠定了理论基础。

四、突出的一般规律

(1)突出发生在一定的深度下，而随着深度的增加，突出的危险性增加。 (2)突出的次数和强度，随着煤层厚度的增加特别是软分层厚度的增加而增多和增高，突出最严重的煤层一般都是最厚的主采煤层。

(3)突出煤层多数为煤的强度低、变化大，透气性差；瓦斯放散快；湿度小，层理紊乱，遭到地质构造严重破坏的煤层。

(4)突出受煤自重的影响。

(5)突出同瓦斯压力有关。在同一煤层中，瓦斯压力超高、突出危险性越大。不同煤层，其瓦斯压力与突出危险性之间无直接联系。

(6)突出危险区呈条带状分布。

(7)采掘工作形成的应力集中区是突出点密集地区。 (8)突出的发生同外力冲击诱发有关。

(9)大多数突出都有预兆。主要表现在三个方面，即地压显现、瓦斯涌出及煤层结构的变化等。

? 地压显现：

煤炮声、支架声响、岩煤开裂、掉碴、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等； ? 瓦斯涌出：

瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温异常、气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤粉、哨声、蜂鸣声等； ? 煤层结构及构造：

煤层层理紊乱、煤层强度松软或不均质、煤暗淡无光泽、煤厚增大(特别是软分层增大)、煤层倾角变陡、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯凸起、断层等。 (10)突出危险性随着煤层围岩厚度和硬度的增加而增加。

五、防治煤与瓦斯突出的主要措施

1．局部性措施

指开采有突出危险的煤层时，采取作用范围比较小的预防措施。主要有： 1)专用支架

专用支架的形式有：超前支架、金属骨架和金属栅栏等。 (1)超前支架

多用于有突出危险的急倾斜煤层和缓倾斜厚煤层中的平巷内。 (2)金属骨架

用于石门揭开煤层时的一种超前支架。 (3)金属栅栏

金属栅栏是—种抑制突出强度的专用支架。 2)超前钻孔与水力冲孔 (1)超前钻孔

在石门揭开瓦斯突出危险煤层或在瓦斯交出危险煤层中掘进时，在工作面前方一定距离的煤体内，一般都打足够数量的较大直径的钻孔，用以预排工作面前方煤层内的瓦斯，使工作面前方保持一个较长的卸压带，防止突出发生。

工作面前方一般有三个应力带：卸压带、集中应力带和正常应力带。在卸压带内，地压力和瓦斯压力都大大降低。卸压带是阻止突出的保护带．一般孔长3—5m

时就可以预防突出。

? 钻孔布置 ? 注意问题 (2)水力冲孔

在采掘之前，使用高压水(40-50个大气压)冲击有突出危险的煤体。 ? 作用 ? 工艺流程 ? 适用条件 3)震动放炮和松动爆破 (1)震动放炮

是一种诱导突出的方法。 ? 适用条件 (2)松动放炮

在掘进工作面使用普通震动放炮的基础上，在煤体深部3-7m的应力集中带内，布置几个长炮眼进行爆破。

? 目的 ? 适用条件

2．区域性措施

区域性措施是指开采有突出危险煤层时，采用影响范围比较大的预防措施。主要有：

? 开采保护层（目前常采用的方法，是最经济有效的防治瓦斯突出的措施） ? 预抽煤层瓦斯（后面有专门一节内容将介绍瓦斯抽放）

1)开采保护层及其作用 ? 开采保护层

保护层，被保护层；上保护层，下保护层。 ? 开采保护层的作用 2)保护范围的确定

保护范围：指保护层对被保护层沿垂直(层间距)、沿倾斜、沿走向方向的有效保护范围。这个范围，现场用实测的办法来确定。当没有实测数据时，可参考下列数值。

①层间保护范围 ②沿走向方向保护范围 ③沿倾斜方向保护范围 3)开采保护层应注意的问题

①为了提高保护层的保护效果及合理处理瓦斯，必须采取抽放瓦斯的措施； ②保护层内不允许留煤柱，应全部采出。如非留不可时，应在图纸上标明煤柱的尺寸和方位．以便在开采被保护层时．在其影响的范围内采取相应措施，预防突出发生；

③开采下保护层时，在被保护层的未保护带内进行采掘工作时，要采取预防灾出的措施；

④如果煤层群中有几个保护层，应优先选用上保护层。

⑤保护层的厚度一般都比较小、应尽可能提高机械化程度，以加快采掘速度，降低采动强度和成本，提高经济效益。

3．技术组织措施

①加强煤与瓦斯突出的科研工作。 ②加强职工预防突出的教育工作。 ③加强瓦斯地质工作。 ④加强通风工作。

⑤开采保护层要做到“三区成套二超前”。即：

每个生产水平部要具有开拓区、保护层开采区和被保护层回采区，开拓区要超前于保护层开采区，保护层开采区要超前于被保护层回采区。

六、防治煤与瓦斯突出技术的新进展

煤与瓦斯突出的发生与发展过程容易受自然与人为因素的影响，现有的突出假说很难解释清楚煤与瓦斯突出的发生与发展过程，难以制定出有效地防治突出的措

1)矿井地质构造复杂，断层、褶皱比较多，岩层和煤层遭到破坏的地区，开拓、开采时，矿尘的产生量最大。

2)煤层的倾角越大，厚度越大，采掘过程中煤尘的发生量越大。

3)煤质脆、节理发育、结构疏松、水分少的煤层，开采时，煤尘助产生量大。 2．采掘条件

1)采掘机械化程度高，采掘强度大时，矿尘的发生量大。 2)采煤的方法不同，生成煤尘的量不一样。

3)通风的状态不同，空气中的矿尘量不同。风速是影响井下空气中含尘量的重要因素。

四、矿尘的存在状态

煤矿井下各生产环节形成的矿尘，一般是一种不均质的、不规则的和不平衡的矿物微粒，它呈复杂运动状态悬浮于空气中，随风流而飘动，一部分被风流带出矿井，而大部分却留在矿井内。随着时间的延长，在井下各处的矿尘的存在状态又可分为两种：浮游矿尘和沉积矿尘。

(一)浮游矿尘(浮尘)

浮尘指悬浮飞扬在煤矿井下空气中的矿尘，其粒度(D)小于 (二)沉积矿尘(落尘)

落尘指矿井空气中沉降在巷道四周和巷道中各种堆积物上的矿尘，其粒度(D)大于10

。

。

? 浮尘和落尘的存在状态不是绝对不变的。

? 浮尘在空气中的飞扬时间，取决于粒度、比重、形状。同时还受空气的

温度、湿度，尤其是风速的影响。

? 当落尘受到机械振动、爆风冲击以及巷道中风速的变化等外界条件干扰

时，可再次飞扬，成为浮尘。

五、矿尘含量的表示方法及卫生标准

(一)矿尘的含量及矿尘的分散度 1．矿尘的合量及表示方法

矿井空气中单位体积内所含浮尘的数量叫矿尘浓度。有两种表示方法： 1) 重量法。单位：mg/ m3或g／m3。

2）计数法。单位：粒/cm3。 我围规定用重量法表示矿尘浓度。 2．矿尘的分散度及其表示方法

矿尘的分散度是指矿尘的整体组成中各种粒度的尘粒所占的百分比。 分散度有两种表示方法： 1)重量百分比 2)数量百分比

? 我国对矿尘的分散度划分为四个计测范围： 小于2

；2-5

；5-10

；大于10

。

? 矿尘组成中，小于5

越大。

的尘粒所占的百分比越大，对于人体的危害就

? 根据矿井的实测资料， 5

以下的矿尘占90％以上。这部分矿尘不

仅危害性很大，而且更难捕获和沉降。为此，应是通风防尘工作的重点。 (二)矿尘的卫生标准

矿尘的卫生标准、就是矿尘的最高允许浓度。《规程》规定了井下有人工作的地点和人行道的空气中粉尘的浓度的标准。 六、矿尘的危害

(1)对人体的危害：

①尘肺病②皮肤病；③慢件中毒。

(2)煤尘爆炸。会使人身受到伤害。破坏设备，其至毁坏整个矿井。 (3)加速机械的磨损，减少精密仪表的使用时间。 (4)降低工作场所的能见度，使工伤事故增多。

2.2 矿尘职业病及其预防

一、矿尘职业病

? 概述

? 煤矿尘肺病分类 二、尘肺的发病原因及影响因素

(一)发病原因

关于尘肺的发病原因，说法很多，但一般认为得病的原因是：含有游离的二氧化硅粉尘侵入肺泡中后，同肺泡中的水形成硅酸，而硅酸毒化肺部组织并逐渐使肺部组织纤维化，失去弹性，呼吸能力受到损伤，从而出现喘息、咳嗽、胸痈等尘肺病各种症状，严重时可使人丧失劳动能力，直至死亡。

(二)影响尘肺发病的因素 1．矿尘中游离二氧化硅的含量 2．矿尘粒度 3．矿尘浓度

4．从事岩石作业时间 5．个体防护 三、预防尘肺的技术措施

采取综合性防尘措施，包括：湿式凿岩、加强通风、放炮喷雾、装岩洒水、冲洗岩帮以及个体防护等。

(一)湿式凿岩

? 在岩巷掘进中，湿式凿岩是最有效的防尘措施。

? 为了提高湿式凿岩的防尘效果，必须抓住两个重要环节：水质和水量。 (二)通风除尘 (三)放炮喷雾

爆破是产生矿尘的主要生产环节之一。事实说明，爆破时采用喷雾洒水措施防尘效果是显著的。

(四)装岩洒水

装岩洒水主要是为了防止混杂在破碎岩石中的矿尘在装车时再度飞扬，为此在装岩之前要尽量多洒水，使之充分湿润。

(五)洗刷岩(煤)帮

在放炮时，未能被喷雾洒水捕捉而沉落于巷道两帮与顶部的矿尘，在撮碴时受到扰动而再度飞扬的结果。

(六)个体防护措施

个人防护是指戴防尘口罩等。

防尘口罩有两种：一种是普通过滤式口罩，另一种是过滤式送风口罩。前者有纱布口罩、泡沫塑料口罩、上海劳研口罩、武安302型口罩等；后者是借助小型通风机的动力，使含尘空气通过高效率的滤料净化，然后送到口罩内供人呼吸。

2.3 煤尘爆炸及预防

一、煤尘的燃烧和爆炸

? 凡是遇火源能发生燃烧和爆炸的固体粉尘都称为可燃粉尘。 ? 煤尘是一种可燃粉尘。 (一)煤尘爆炸的原因 1．煤尘的氧化面积增大 2. 可燃气的作用

(二)煤尘爆炸发展过程分析

煤尘爆炸的过程，由以下三步发展形成的：

? 悬浮的煤尘在热源的作用下被干馏而形成可燃气体； ? 可燃气体与空气混合而形成燃烧；

? 煤尘燃烧放出热量，热传导和火焰辐射，附近悬浮受热气化，燃烧循环

持续进行，反应速度越来起快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。 (三)煤尘爆炸的特征

煤尘的爆炸具有与瓦斯爆炸相类似的特点，爆炸后同样要产生高温、高压和冲击波及生成大量有害气体、皮渣、粘块等。

1. 爆炸温度

煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度上升到2300-3500℃。这种高温是造成煤尘爆炸连续发生的重要条件。

2．爆炸压力

煤尘的爆炸使爆源周围气体的温度急剧上升，必然使气体的压力突然增大。许多国家曾分别在实验空和巷道中进行测定。其结过表明，爆炸压力随离开爆源的距离的延长而跳跃式的不断增大，爆炸在扩展过程中如果有障碍物阻拦或巷道的断面突然变化及巷道拐弯等，则爆炸压力将增加得更大。

3．爆炸速度

在爆炸产生高温高压的同时，爆炸火焰和爆炸冲击波以极快的速度间外传播：利用实验巷道对其传播速度进行了测定，结果表明，每秒可达到1000多米。

4. 冲击波

煤尘爆炸向样形成冲击波，其传播速度比爆炸火焰传播得还要快，有的可达2400 m／s，对矿井的破坏极大。

5。煤尘爆炸后生成大量的一氧化碳气体，其浓度可达2％-3％，有时甚至高达8％左右这是造成矿工大量中毒伤亡的主要原因。

6．爆炸生成皮渣和粘块

煤中含有不可燃物体，煤尘爆炸又缺乏氧气，因此，煤尘的燃烧是不完全的，一部分煤尘燃烧了，另一部分煤尘被局部焦化，并附在巷道、支架上，在巷道的周围及煤壁上形成一种烧焦的皮渣和粘块。

根据皮渣和粘块在支柱上的位置不同，可以判断出煤尘爆炸的程度。 1)当煤尘爆炸速度较小时，火焰和冲击波以较慢的速度传播，皮渣和粘块在支柱的两侧，爆炸传来的方向堆积较密；

2)当爆炸速度很大时，皮渣和粘块在支柱的迎风侧；

3)当爆炸速度极大时，皮渣和粘块在支柱的背风侧，而在迎风侧有火烧痕迹。 ? 煤尘爆炸生成的皮渣和粘块是它区别于瓦斯爆炸的重要特征。

二、煤尘爆炸的必要条件及影响因素

(一)煤尘爆炸的必要条件

煤尘爆炸必须同时满足以下三个条件： ? 煤尘本身具有爆炸性；

? 煤尘必须悬浮在空气中，并达到一定的浓度； ? 有一个引爆煤尘的热源。 1. 煤尘的爆炸性

煤尘爆炸是煤尘受热氧化后，放出可燃性气体遇高温发生剧烈反应形成的。 有的煤尘受热氧化后，产生很少的可燃气体，不能使煤尘发生爆炸。 所以煤尘又可分为有爆炸性煤尘和无爆炸性煤尘。

确定煤尘爆炸性可用下列方法：

1)试验鉴定法。试验鉴定煤尘的爆炸性有两种方法：

一种方法是在类似于并下巷道的大型煤尘爆炸试验巷道内，用近似矿井的条件下进行爆炸性鉴定。此法比较准确，但是工作比较繁重，而且复杂，同时消耗的人力及物力也较大，需要的时间长，所以，一般仅为标准鉴定用。

另一种方法是我国目前采用的“大管状煤尘爆炸鉴定仪”的试验鉴定法，此法是在1100℃高温下确定煤尘的爆炸性的。

? 鉴定方法

2)统计判断法。

利用工业分析计算出来的可燃挥发分，又称挥发指数(符号VT)来大致判断煤尘的爆炸性。一般说来，可燃挥发分越高，煤尘的爆炸性越强。

计算公式

从公式中可以看出，可燃挥发分就是煤中所含挥发分与可燃物质的百分比。

? 正是由煤尘可挥发分(VT)能够初步地判断其爆炸的危险程度，所以又称

其为煤尘爆炸指数。

? 但是，以煤尘爆炸指数判断煤尘的爆炸性有时不可靠。

2．煤尘浓度

煤尘的浓度只要达到一定的范围，才可能发生爆炸。

把这个范围叫煤尘爆炸界限。最低的爆炸浓度称之爆炸下限；最高爆炸浓度称之爆炸上限。就是说：煤尘爆炸是在其爆炸下限到爆炸上限之间进行的。

? 必须指出，在井下各生产环节，不可能产生大于45g／m3的煤尘浓度。

但是，当巷道周围等处的沉积煤尘受振动和冲击时，它们会重新飞扬起

来，此时就足以达到煤尘爆炸浓度。所以说，悬浮煤尘是产生煤尘爆炸的直接原因，而沉积煤尘是造成煤尘爆炸的最大隐患。

3．引起煤尘爆炸的热源

煤尘爆炸引燃温度的变化范围比较大，它是随煤尘的性质及试验条件的不同而变化的。经试验得知，我国煤尘的引燃温度在610-1050℃之间，一般为700-800℃。

在煤矿井下能够引起煤尘燃烧的高温热源有： 放炮时出现的火焰；

电气设备的火花、电缆及架线式机车上的电弧； 斜井提升所产生的摩擦热； 矿灯的故障或使用不当；

瓦斯燃烧及爆炸和火灾或明火等都能引起煤尖爆炸。

(二)影响煤尘爆炸的因素 1. 煤的成分 1)挥发分 2)灰分 3)水分 2．煤尘浓度

当煤尘的浓度在爆炸界限范围内时才能爆炸，而在爆炸界限内随着煤尘的浓度不同其爆炸的强度也不一样，从爆炸下限浓度到爆炸最强浓度，其爆炸强度逐渐增大；从爆炸最强浓度到爆炸上限浓度其爆炸强度逐渐减弱。

3．煤尘粒度

实践证明，l mm以下每煤尘都能参加爆炸，但是，粒度越小，其受热氧化越充分，释放可燃性气体越快，因而，越容易爆炸。试验表明：粒度为75 下的煤尘是爆炸的主体；当粒度过小时（10 趋势。

粒度不同的煤尘其引燃温度也不同。

以

以下)，煤尘的爆炸性有减弱的

4．矿井的瓦斯浓度

矿井瓦斯是可燃性气体、当其混入时，煤尘爆炸的下限浓度降低。混入量越大，则煤尘爆炸的下限浓度越低。

因此，在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井中，要综合考虑瓦斯和煤尘爆炸的危险性，全面规划对瓦斯和煤尘爆炸的预防措施。

三、煤尘爆炸案例

四、预防煤尘爆炸的技术措施

预防煤尘爆炸的技术措施可分为三大类：防尘措施、防爆措施和隔爆措施 (一)防尘措施

防尘措施是指尽量减少煤尘的生成和使空气中的含尘量降低的措施。 1．减少煤尘生成的措施 1)煤层注水湿润煤体 ①煤层注水的含义 ②煤层注水的方式 煤层注水的方式有： 长钻孔注水 短钻孔注水 深孔注水 巷道钻孔注水 ③煤层注水压力 ④煤层注水效果

2)采空区灌水

在开采近距离煤层群的上组煤或采用分层法开采厚煤层时(包括急倾斜水平分层)、可以利用往采空区灌水的方法，借以润湿下组煤和下分层煤体，防止开采时生成大量的煤尘。

3)水封爆破和水炮泥

水封爆破和水炮泥都是由钻孔注水湿润煤体演变而来的，它是将注水和爆破联结起来，不仅起到消除炮烟和防尘作用，而且还提高了炸药的爆破效果。

(1)水封爆破

(2)水炮泥

4）改进采煤机结构

采煤机落煤是煤尘的重要来源，因此，对采煤机的结构进行改革，以减少煤尘的生成量是一个重要的途径。其方法是增大被破碎煤的颗粒。采用增大截齿间距等措施，可以减少煤尘的生成量。

2．降低浮尘 1)喷雾洒水降尘

在煤尘的发源地进行喷雾洒水是降低井下生气中含尘量最简单、最方便而又比较有效的措施。它适用于采煤、掘进、运输、提升及风流净化等各种作业场所。

(1)综采工作面除尘： ①采煤机降尘

②综采掩护支架的降尘

③回采工作面运输机与顺槽联结处的捕尘 2)合理的风速

《规程》规定：“井下风速必须严格控制，增大风量或改变通风系统时，必须相应的调节风速，防止煤尘飞扬”。

3)消除落尘

《规程》规定：“每一矿井，必须组织人员按计划对井巷定期清扫、冲洗煤尘和刷浆。”从而保证，即使沉积的煤尘再度飞扬起来也达不到煤尘爆炸的下限浓度，避免煤尘爆炸事故的发生。

(三)限制爆炸措施(隔爆措施)

1. 抑制煤尘爆炸的措施

? 用机械或人工定期在巷道内散布岩粉，以增加沉积在巷道周壁和支架上

煤尘的不燃物质的含量，从而抑制煤尘爆炸。

? 《规程》规定：在所有运输巷道和回风巷道中必须撒布岩粉。惰性岩粉

一般为石灰岩粉，我国常用的还有粘土页岩、石膏、白云岩粉等。 ? 对惰性岩粉的要求

? 在巷道内撒布岩粉时注意问题

2．隔爆措施 1)岩粉棚隔爆

《规程》规定：开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，矿井的两翼、相邻的采区和相邻的煤层都必须用岩粉棚或水棚隔开。

? 岩粉棚隔爆作用。 ? 岩粉棚的结构及规格 ? 岩粉棚布置 ? 岩粉要求 2)水槽棚隔爆 ? 水槽棚组成 ? 水槽棚作用 ? 水糟棚的布置形式 ①悬挂式②放置式③混合式 3)水幕隔爆 4)自动式防爆棚

2．4 矿尘的测定

(一)矿尘浓度的测定

? 对井下矿尘浓度的测定又可分为浮尘的测定和落尘的测定。 ? 由于落尘来源于浮尘，所以主要介绍浮尘的测定方法。

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