煤矿开采主要灾害及安全管理

煤矿开采主要灾害及安全管理

一、瓦斯（甲烷）

甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，甲烷比空气轻，相对于气空的比重为0.554。瓦斯爆炸是煤矿生产主要灾害之一。煤矿一旦发生瓦斯爆炸，危害十分严重，其爆炸时产生的高温、高压和有害气体可造成大量的人员伤亡和人亡矿毁，因此，防止瓦斯爆炸是安全管理的重点，其主要措施是加强矿井通风，防止瓦斯局部积聚，防止煤（岩）与瓦斯突出，防止火源引燃瓦斯。

1.矿井瓦斯的危害：

（1）瓦斯窒息

甲烷本身虽然无毒，但空气中的甲烷浓度较高时，就会相对降低空气中的氧气浓度。氧气浓度相对减少，使人窒息死亡。当空气中甲烷浓度升高，氧气量降到17%，使感到呼吸困难，氧含量降到12%以下时，使人窒息死亡。

因此，凡井下盲巷或通风不良的地区，都必须及时封闭或设置栅栏，并悬挂“禁止入内”的警标，严防人员入内。

（2）瓦斯燃烧和爆炸

当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦形成灾害事故，就会造成大量作业人员的伤亡，严重影响矿井的安全生产，瓦斯爆炸事故是煤矿事故中最严重的事故。

2.瓦斯爆炸的概念：

瓦斯是一种能够燃烧和爆炸的气体，瓦斯爆炸就是空气中的氧气与瓦斯发生剧烈氧化反应的结果。瓦斯在高温火源作用下，与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热，这些热量能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀，形成高温、高压，并以极高的速度向外冲击而产生的动力现象，这就是瓦斯爆炸。

3.瓦斯爆炸的危害：

瓦斯爆炸的主要危害是产生高温焰面，冲击波和有害气体。

焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度快、温度高。从正常的燃烧速度（1~2.5 m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s），焰面温度可高达2150℃~2650℃。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而发生火灾，扩大灾情。

冲击波锋面压力由几个大气压到20个大气压，前向冲击波叠加和反射时可达100个大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡、设备和通风设施损坏、巷道垮塌。

瓦斯爆炸后生成大量有害气体。据分析，瓦斯爆炸后的气体成分为：o2为6%-10%、n2为82%-88%、co2为4%-8%、co为2%-4%。如果有煤尘参与爆炸，co的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因，因此，《煤矿安全规程》规定，入井人员必须配戴自救器。

4.瓦斯爆炸的条件及其影响程度：

瓦斯爆炸的条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气，三者缺一不可。

（一）、瓦斯浓度

瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸的界限为5%-16%，5%为爆炸下限，16%为爆炸上限。

当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反应）；瓦斯浓度在16%以上时，失去爆炸性，但在空气中火仍会燃烧。

必须强调指出，瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受许多因素的影响：

（1）可燃气体的混入，使瓦斯爆炸界限扩大。

（2）惰性气体的混入，降低了氧浓度，使瓦斯爆炸的危险性和爆炸界限降低。

（3）煤尘掺入可降低瓦斯爆炸下限。

（4）瓦斯与空气混合气体的初始温度越高，爆炸界限范围就越大。

（5）瓦斯与空气混合气体的初始压力越大，瓦斯爆炸界限范围越大。

（二）、引火温度：

瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为是650℃~750℃，但受瓦斯的浓度、火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在7%~8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引火温度降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。

瓦斯与高温热源接触时，并不立即燃烧、爆炸，而是要经过一个很短的时间间隔，我们称此现象为火延迟性，间隔的这段时间称感应期。感应期的长短与甲烷浓度、火源温度、火源性质、混合气体压力有关。火源温度升高，感应期迅速下降；瓦斯浓度增加，感应期略有增加。

瓦斯爆炸的感应期对煤矿安全生产意义很大。例如，使用安全炸药爆破时，其初温达2000℃左右，但高温存在的时间只有千分之几秒，小于瓦斯爆炸的感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。如果炸药质量不合格，炮泥充填不紧或放炮不正规（如放明炮、糊炮等），就会延长高温存在时间，造成瓦斯爆炸事故。为了安全井下电气设备，必须采用安全隔爆器。

（三）、氧的浓度：当氧在混合气体中的浓度低于12%时，混合气体中的瓦斯失去爆炸性。正确认识氧的含量对瓦斯爆炸的作用，对密封或启封火灾区及时封闭火区时，判断火区内有无瓦斯爆炸性等均有指导意义。

防止瓦斯爆炸措施主要包括三个方面：防止瓦斯积聚、防止瓦斯引燃、防止瓦斯事故扩大。

二、矿 尘

矿尘是指在生产过程中所产生的各种矿物微细颗粒的总称。矿尘包括煤矿生产过程中产生的煤尘、岩尘。矿尘不但对井下污染环境，还对工作人员的健康不利，而且在一定条件下，还可以燃烧和爆炸（煤尘具有可燃性，遇有外界火源，很容易引起火灾，还可能导致爆炸事故），除此以外，还会加速机械设备的磨损，影响井下工作人员的视线，因此应采取各种有效的排降措施，如：加强通风，洒水降尘，将矿尘浓度控制在规定的浓度标准范围内。（关于煤尘爆炸资料附后）

三、火 灾

矿井防灭火工作是安全生产管理的重要内容，首先应通过改进开采技术措施，健立完善的通风系统；其次采取防止漏风和预防性灌浆、喷洒阻化剂、均压灭火、注入惰性气体等综合措施防止煤炭自燃的发生；再次采用不燃性支护材料，杜绝或控制明火和电火花的产生等有效措施，防止煤矿外因火灾发生。（矿井火灾防治附后）

四、水 害

矿井水害对煤矿安全生产的影响和危害很大，轻则使生产条件恶化，管理困难；重则造成伤亡或淹井事故，因此，在安全生产和管理方面，应该在保证排水系统可靠的前提下，加强采掘工作在探、放水的安全管理工作。严格执行“有疑必探，先探后掘”的方针，保障矿井安全。（矿井水害防治附后）

五、顶 板

顶板事故会造成井下人员伤亡、设备损坏和生产停顿等事故，是煤矿生产的主要灾害之一。随着开采深度的不断增加，巷道断面不断增加，预防采掘工作面的顶板事故更加重要。为防止顶板事故的发生，应制定和执行严格合理的顶板管理安全技术措施；应建立顶板灾害发生的预警、预报系统；加强对顶板的支护；加强对采空区的观察，合理留设煤柱的安全防范措施，有效控制顶板事故。

除上述“五大”灾害以外，随着矿井开采深度不断增加，采空区面积随着增大，冲击地压的危险也将会更加突出，冲击地压又称岩爆，常伴有煤岩体抛出，巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，也是煤矿的重大灾害之一，我矿应采取有效措施防范采空区大面积冒顶引发地表塌陷，使地表水透入井下造成的水害。