煤层瓦斯的主要成分一般是甲烷和其它有害气体等,这些气体统称为瓦斯。由于瓦斯的危害主要是甲烷,所以从狭义上讲矿井瓦斯单指甲烷。

煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层。瓦斯是在成煤和煤的变质过程中所伴生的气体。古代植物在成煤的初期,经厌氧菌的作用,植物纤维质分解成大量瓦斯。以后在上覆岩层的高温高压作用下泥炭褐煤发生物理和化学变化,逐渐转变成烟煤、无烟煤,煤在这种变质过程中挥发分减少,;固定炭增加。挥发分转变成沼气。这部分瓦斯由于埋藏在地层深处,不易跑掉得以保存。但在漫长的地质年代里由于受到诸多因素的影响,大部分瓦斯已放散出去,仅有一小部分至令还保存在煤层或岩层中,煤层或岩层中所含的瓦斯主要就是这部分瓦斯。

甲烷是无色、无味、无臭可以燃烧和爆炸的气体,不能供人呼吸,能造成人员窒息,它易于扩散,扩散速度是空气的1.34倍,瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍,甲烷对空气的比重为0.544,因此容易积存在巷道顶板冒落的顶板空峒内。瓦斯的化学性质极不活泼,几乎不与其它物质化合,难溶于水。瓦斯与空气适量混合后具有燃烧爆炸性。这是瓦斯所以成为矿内主要灾害的原因所在。

1、瓦斯浓度:

在标准状况下瓦斯按体积百分比浓度为5-16%时遇到高温火源后就会发生瓦斯爆炸。浓度在9.1-9.5%时爆炸威力最大。

瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受温度、压力以及煤层其它可燃气体、惰性气体的混入等因素的影响。

2、引燃温度:瓦斯引燃温度一般在650℃-750℃,但它受到瓦斯浓度及火源性质等的影响1)、瓦斯的引爆延迟性对爆破工作有实际意义。炸药在爆破时瞬间温度可达2000℃,但火焰存在的时间很短,仅为千分之几秒,故不会引起瓦斯爆炸。但若炸药变质,装药炮泥不符合规定,就有可能使火焰存在时间加长甚至引燃药包造成瓦斯燃烧或爆炸事故,所以对井下爆破工作应十分注意。高温火源的存在是引起瓦斯爆炸的必要条件。电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火等都易引起瓦斯爆炸。

3、足够的氧含量:

实验证明,空气中的氧气浓度降低时,瓦斯的爆炸界限缩小,当氧气浓度减少到12%以下时,瓦斯就不会爆炸。

煤矿安全新技术:第一章 概述

矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。

20世纪80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投人应用。以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使其能够更好地为高产、高效、安全的集约化生产提供安全保障。

矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应(也叫链锁反应)。当爆炸混合物吸收一定能量(通常是引火源给予的热能)后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基(也叫自由基)。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。

瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。

在掘进巷道时,为了供给人员呼吸,排除稀释掘进工作面瓦斯或爆破后产生的有害、有害气体和矿尘要进行通风。掘进巷道的通风叫掘进通风。掘进通风方法分全负压通风、引射器通风和局扇通风。由于我集团公司主要采用局扇通风，故主要讲局扇通风。

局扇通风是我国矿井广泛采用的一种掘进通风方法,它是利用局扇和风筒把新鲜风流送入掘进工作面的。

一)、局扇通风方式:

压入式;抽出式;混合式

1、压入式:就是利用局扇将新鲜空气经风筒压入工作面,而泛风则由巷道排出。

压入式通风局扇安装在新鲜风流中,泛风不经过局扇,因而局扇一旦发生电火花,不易引起瓦斯、煤尘爆炸,故安全性好,可用硬质风筒也可用柔性风筒,适应性较强。其缺点是:工作面泛风沿独头巷道排往回风巷,不利于巷道中作业人员呼吸。放炮后炮烟由巷道排出的速度慢,时间较长,影响掘进速度。

2、抽出式通风:

抽出式通风与压入式通风相反,新鲜空气由巷道进入工作面,泛风经风筒由局扇排出。

抽出式通风由于污风经风筒排出,保持巷道为新鲜空气故劳动卫生条件较好,放炮后所需要排烟的速度快,有利于提高掘进速度。但由于风筒末端的有效吸程比较短,放炮时易崩坏风筒,如吸程长则通风效果不好,污风经过局扇安全性差,抽出式通风必须使用硬性风筒,适应性差。

3、混合式:

混合式通风把上述两通风方式同时混合使用。虽然克服了上述的一些缺点,但由于设备多,电耗大,管理复杂,未被推广使用。压入式通风由于安全性好,设备简单适应性好,效果好而被广泛应用。

1、局扇:

1)、指定专人负责管理(挂牌管理),不准任意停开局扇,保持正常运转。

2)、局扇安装必须上双风机双电源且安装开停监测装置。

3)、局扇安设在进风巷中。距回风流不得少于10m,不许发生循环风。

4)、局扇安装与掘进工作面的电器设备必须有延时风电闭锁装置。

5)、局扇因故停运,必须撤人钉栅栏,按有关规定进行排放瓦斯。

2、风筒:

1)、推广使用Φ700mm软质阻燃风筒,提高局扇出风率。

2)、提高接头质量,减少接头漏风,坚持使用反边式双边接头。

3)、风筒要吊挂平直,拉紧吊稳,逢环必吊,提高局扇供风量。

4)、加强检查和管理,及时修补。并搁专人负责。

5)、经常及时接风筒,保证风筒出口到煤头不超距。

为了使井下风流沿指定路线流动分配,就必须在某些巷道内建筑引导控制风流的构筑物即通风设施,它分为引导风流和隔断风流的设施。

1、风硐:风硐是联接扇风机装置和风井的一段巷道。 风硐多用混凝土、砖石等建材构筑成圆形式矩形巷道,这是由风筒的特点所决定的。

2、风桥:风桥是将两股平面交汇的新、污风流隔成立体交汇的新、污风分开的一种通风设施。

根据结构特点不同风桥可分为三种:

(1)绕道式风桥。 (2)、混凝土风桥。 (3)、铁筒风桥

3、风窗(卡)

风窗是在巷道内设在墙或门上,在墙或门上留一个可调空间窗口,通过调节空间窗口面积从而达到调节风量的目的。

4、风障:

在巷道内利用木板、苇席、风筒布做布障起到引导风流的作用。常用此方法处理高冒处、落山角等处积聚瓦斯。

5、风筒:

在巷道中利用正压或负压通风动力通过管道把指定的风量送到目的地,这个管道就叫风筒。

1、防爆门(帽)

防爆门是装在扇风机筒,为防止井下发生煤尘瓦斯爆炸时产生的冲击波毁坏扇风机的安全设施。当井下发生煤尘、瓦斯爆炸时,防爆门即能被气浪冲开,爆炸波直接冲入大气,从而起到保护扇风机的作用。

2、挡风墙

在不允许风流通过,也不允许行车行人的井巷如采空区、旧巷、火区以及进风与回风大巷之间的联络小眼都必须设置挡风墙,将风流截断。以免造成漏风,风流形成短路使通风系统失去合理稳定性而发生事故。

挡风墙分为:临时挡风墙、永久挡风墙。

1)临时挡风墙:一般是在立柱上钉木板,木板上抹黄泥建成临时挡风墙。

使用条件:服务年限不长,巷道围岩压力小,漏风率要求不不严时使用。

2)永久挡风墙:一般使用料石、砖土、水泥、混凝土建筑。

使用条件:服务年限长,巷道围岩压力大,漏风率要求严时使用。

3、风门:

在不允许风流通过,但需行人或行车的巷道内,必须设置风门。

按结构分:普通风门和自运风门。

4、通风设施管理规定:

(1)、通风部门做好系统的调整，尽量减少风卡以自然分配风量为主。

(2)、爱护通风设施做到:风门严禁同时打开或用车撞风门、风门损坏及时汇报通风调度，如果影响系统风量受影响区域停电、撤人修复后再生产，安监调度组织分析处理。

(3)、通风设施由通风部门管理，其他单位无权移动、拆除等权力，如需要拆除、移动需要提前和通风部门联系。

(4)、严禁跨入栏杆、拆除栏杆、闭墙、风卡等通风设施。

矿井通风的主要参数之一就是风量,即:单位时间内通过井巷空气的体积。

一、测风站要求 1、必须设在直线巷道中。

2、测风站长度不少于4m。

3、测风站前后10m内没有拐弯和其它障碍。

4、测风站应挂有记录牌,注明编号、地点、断面积、平均风速、风量、测风日期、测风点。

5、测风站应设在没有漏风、支架齐全、断面变化不大的巷道内。

二、测风方法 测风采用定点法、九点法和线路法,求出平均风速。

在同一断面测风次数不少于三次,每次测量结果的误差不应超过5%,然后取三次的平均值。测得平均风速后通过测风站的断面积计算出巷道风量。

《煤矿安全规程》规定，至少每10天要进行一次全面风量测定。

4、通风设施管理规定:

(1)、通风部门做好系统的调整，尽量减少风卡以自然分配风量为主。

(2)、爱护通风设施做到:风门严禁同时打开或用车撞风门、风门损坏及时汇报通风调度，如果影响系统风量受影响区域停电、撤人修复后再生产，安监调度组织分析处理。

(3)、通风设施由通风部门管理，其他单位无权移动、拆除等权力，如需要拆除、移动需要提前和通风部门联系。

(4)、严禁跨入栏杆、拆除栏杆、闭墙、风卡等通风设施。

地面空气是我们居住的地球表面包围着的地面大气，它由干空气和水蒸气组成的混合气体，在正常情况下干空气由下列几种成分组成:

气体名称体积浓度

氮(N2)78.13%

氧(O2)20.90%

二氧化碳(CO2)0.03%

氩(Ar)0.93%

其它0.01%

地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成份和浓度发生改变。

1、 物理变化:

气体混入:矿层中含有瓦斯、二氧化碳等气体，矿井在生产过程中这些气体便混入井下空气中。

固体混入:井下各作业环节所产生的岩、粉尘和其它微小杂尘混入井下空气中。

气象变化:由于井下温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。

2、 化学变化:

井下一切物质的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化等这些变化均对井下空气产生影响。

经过上述的物理、化学变化井下空气同地面空气相比较发生了较大变化，成分增多、浓度发生变化、氧浓度相对减少。井下空气的成分种类共有:O2、N2、CH4、CO、CO2、H2S、SO2、H2、NH3、NO2、水蒸气和浮尘十二种。但由于各矿条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都不相同。

井下空气的主要成分:

一、氧(O2)氧气的性质:是一种无色、无味、无臭的气体，它对空气的比重是1.11，其化学性质很活泼，可以和所有的气体相化合，氧能助燃，氧是人和动物新陈代谢不可缺少的物质，没有氧气人就不能生存。氧气对人影响见下表:

《金属非金属矿山安全规程》对矿井空气的规定:

1、井下采掘工作面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气应不低于20%，二氧化碳应不高于0.5%;

2、入风井巷和采掘工作面的风源含尘量，应不超过0.5mg/m3;

3、井下作业地点的空气中，有害物质的接触限值应不超过GBZ 2的规定;

井下空气由于受矿井生产的物理、化学变化的影响,使井下空气中存在一些有毒有害气体:

一、一氧化碳(CO)

1、性质:

一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体,它对空气的比重为0.97,微溶于水。在一般温度与压力下,一氧化碳的化学性质不活泼,但浓度达到13%--75%时遇火能引起爆炸。

一氧化碳之所以毒性很强是因为它对人体内血红球所含的血色素的亲和力比氧大250--300倍。因此,一氧化碳吸入人体后就阻碍了氧和血色素的正常结合,使人体各部分组织和细胞缺氧,引起窒息和中毒死亡。

2、一氧化碳的浓度与中毒程度的关系:

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中一氧化碳的浓度不得超过30mg/m3。

3、井下一氧化碳地来源:

(1)、爆破时产生的炮烟;

(2)、柴油机的尾气;

(3)、煤层自燃、页岩气等;

二、硫化氢气体(H2S)

1、性质:

硫化氢气体是一种无色微甜,有臭鸡蛋气味的气体,它对空气的比重为1.19,易溶于水,能燃烧,当浓度达4.3%--46%时还具有爆炸性。有很强大的毒性，能使血液中毒，对眼睛粘膜及呼吸道有强烈的刺激作用。

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中硫化氢的浓度不得超过10mg/m3。

2、当空气中的硫化氢气体浓度达到0.01%时，人能嗅到气味，并会流唾液、流鼻涕;当浓度为0.05%时，经过0.5~1小时，就能引起严重中毒;当浓度为0.1%时，在短时间内就有生命危险。

3、井下来源:

(1)、坑木析腐烂。

(2)、含硫矿物(如:黄铁矿、石膏等)遇水分解。

(3)、从采空区废旧巷道涌出或煤围岩中放出。

(4)、爆破时产生的炮烟。

三、二氧化硫(SO2)

1、性质:

二氧化硫是一种无色具有强烈硫黄燃烧味的气体，它对空气的比重为2.2，易溶于水。常存在于巷道底部，它对眼睛和呼吸器官有强烈刺激作用。

2、当空气中含二氧化硫为0.0005%时，嗅觉器官能闻到刺激性气味;当浓度为0.002%时，有强烈刺激性气味，可引起头疼和喉痛;当浓度为0.05%时，能引起急性支气管炎和肺水肿，短时间内即死亡。

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中二氧化硫的浓度不得超过15mg/m3。

3、井下来源:

(1)、含硫矿物的自燃或缓慢氧化。

(2)、从煤围岩中放出。

(3)、在硫矿物中爆破生成。

四、二氧化氮(NO2)

1、 性质:二氧化氮为红褐色气体,它对空气的比重为1.57,极易溶于水,对眼睛鼻腔、呼吸道及肺部有强烈的刺激作用,二氧化氮与水结合生成硝酸,因此对肺部组织起腐蚀破坏作用,可以引起肺部浮肿。

2、二氧化氮的浓度与中毒程度关系:

《金属非金属矿山安全规程》规定井下空气中二氧化氮的浓度不得超过5mg/m3

井下来源:

主要是放炮产生。

五、氨气(NH3)

1、性质:氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596，易溶于水，空气中浓度达到30%时有爆炸危险。氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。

2、氨气的主要来源是:爆破工作;煤岩层中涌出、用水灭火等。

六、氢气(H2)

1、性质:氢气无色、无味、无毒，相对密度为0.07。氢气能燃烧，其点燃温度比甲烷低100~200℃，当 空气中氢气浓度为4%~74%时有爆炸危险。

2、空气中氢气的主要来源是:井下蓄电池充电时放出氢气;有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。

七、《煤矿安全规程》对有害气体规定

1、加强通风。适当增加风量,把这些有害气体排出或冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全浓度以下,是常用也是有效防止井下有害气体危害的最根本的措施。

2、加强检查,用各种瞧骷嗍泳赂髦钟泻宓亩以便及时采取相应的措施。

3、如果某种有害气体的含量较大可采取抽放措施。如瓦斯抽放。

4、井下通风不良的地区或不通风的旧巷道内积聚大量的有害气体。故在这些旧巷口要设栅栏,挂警标,防止他人误入。如果必须进入,需要详细检查各种有害气体方可进入。

5、若有人由于缺氧窒息或呼吸有毒有害气体中毒时立即将中毒者移到有新鲜空气的巷道或地面并进行人工呼吸(NO2、H2S中毒除外)施行急救。

金属非金属地下矿山为什么要进行通风?不进行通风不行吗?经过实践证明，不进行通风是不行的。因为井下要生产就要有人，人没有氧气就不能生存。其次人们在井下生产过程中不断产生有毒有害气体，如:一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、甲烷等，如果不排除这些气体人们也无法生产。井下由于受地温等因素的影响需要对井下恶劣气候条件进行调节。矿井通风的基本任务是:

(1)、供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要;

(2)、稀释并排除井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产;

(3)、调节井下气候，创造良好的工作环境;

(4)、提高矿井的抗灾能力。

井下必须进行通风，不通风就不能保证安全和维持生产。故矿井通风是矿井生产环节中最基本的一环，它在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。

矿井通风系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。根据相关因素把矿井通风系统划分为不同类型。根据瓦斯、煤层自燃和高温等影响矿井生产安全的主要因素对矿井通风系统的要求，为了便于管理、设计和检查，把矿井通风系统分为一般型、降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种，依次为1-8八个等级。根据井筒与采区的布置位置分为中央式、对角式和混合式三个类型。

矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出污风的通风方式(进\回风井布置的方式一中央式、对角式、混合式)、通风方法(抽出式、压人式、抽压混合式)、通风网络(由风流流经的巷道及相关设施组成)和通风控制设施(通风构筑物)的总称。

近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验，借鉴国外先进技术的基础上于1984颁发了《关于改革矿井开拓部署的若干技术规定》，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集约化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以"针对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风"为指导思想，对数百对国有煤矿进行了通风系统优化改造，配合生产矿井井田合并、开采范围扩大和储量增多等改扩建工作。这类通风系统优化改造主要有以下几个方面内容。

根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央一对角式混合通风系统。为适应综采集约化生产，工作面单产超过1Mt/a的要求，对矿井采用分区域开拓。因此，形成区域式通风系统，即每个区域均有一组进、回风井，各个区域采用相对独立的通风技术。它具有通风线路短、风阻小、区域间干扰小、安全性好，便于选择主要通风机，使其实现高效节能的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特大型矿井或因地质条件须把井田划为若干独立生产区域的矿井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、分区式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主，

主要通风机的经济运行能力的提高 为提高主要通风机的经济运行能力，主要开展了以下工作。

(1)为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，20世纪80年代以来，我国相继出现2K60系列和GAF系列的轴流式风机和G4-73与K4-73系列的离心式风机。20世纪90年代，依托于国家"八五"关项目，研制出FD型的对旋式风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点，因而迅速在我国煤矿推广。在原煤炭部"九五"攻关项目中，无驼峰式轴流风机的研制成功增大了通风机的稳定工作区域。

(2)研制出离心式风机的调速装置，如可控硅调速、液力偶合器和变频调速装置。

(3)加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内部以及扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效率。在生产矿井进行老、旧机的运行状态改造中，主要查明了通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主要通风机选型偏大，风机转速偏高，电机容量偏大，使风机长期处于低效区运行等问题，提出一整套风机经济运行的办法，对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。

采区通风系统优化布置 优化采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力和排出瓦斯的效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，出现了3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，利于采区内采煤工作面和掘进工作面的独立通风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险提供了有利条件。在采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置的基础上，提出了U+L型方式(或称尾巷布置方式)，改变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面隅角瓦斯积聚，促进了采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单独供应新鲜风流直接稀释采空区涌出的瓦斯。此外，还采用了W型和Z型等布置方式，在适宜条件下均取得了较理想的通风效果，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。

新型通风设施的使用 为适应矿井灾变时期风流控制的需要，研制出能在地面利用矿井环境监控系统或远程控制系统操纵井下主要风门的自动系统，解决了灾变时期，当矿工和救护人员难以到达灾区和烟流入侵区域而按救灾要求必须开启或关闭风门的难题。