中等职业矿井通风与安全电子教案全Word文档格式.docx
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游离状态的瓦斯能自由运动，并呈现一定的压力。
煤岩体中处于游离状态的瓦斯数量，取决于煤体或岩体中孔隙和裂隙的体积大小以及外界压力和温度的影响。
（二）吸附状态
吸附状态按其结构形式的不同，又可分为吸着状态和吸收状态2种：
1．吸着状态
吸着状态是瓦斯在孔隙表面的固体分子引力作用下，气体分子被紧密地吸附于孔隙的表面上，形成很薄的吸附层。
吸着状态的瓦斯不能自由运动。
2．吸收状态
吸收状态是瓦斯分子在较高的气体压力作用下，已深入到煤的分子团的内部，和气体溶解于液体的现象相似。
以吸附状态存在的瓦斯数量，受煤体孔隙结构特点、瓦斯压力、煤的温度和湿度等诸因素的影响。
瓦斯在煤岩体中的存在状态不是固定不变的。
在一定条件下，游离状态与吸附状态的瓦斯处于动平衡状态，即吸附状态和游离状态的瓦斯分子处于不断地交换之中。
在外界条件发生变化时，这种平衡则遭到破坏。
当压力升高或温度降低时，部分游离状态瓦斯转变为吸附状态，这种现象称为吸附现象。
当压力降低或温度升高时，又会有部分吸附状态瓦斯转变为游离状态，这种现象称为解吸现象。
三、煤层瓦斯含量及其影响因素
煤层瓦斯含量是指单位质量煤中所含瓦斯的体积，单位为mL／g。
影响煤体中瓦斯含量的因素很多，可概括为2大类。
（一）影响瓦斯生成量的因素
（1）成煤前植物遗体中含有机质越多，含杂质越少，瓦斯的生成量越多。
（2）煤的变质程度越高，含固定炭越多，瓦斯的生成量越多。
（3）按地质条件，古老煤田成煤早，瓦斯生成量大。
（二）影响瓦斯的保存和放散条件的因素
1．煤的性质
2．煤层的赋存条件
3．围岩的性质
4．地质构造
地质构造往往是同一矿区内瓦斯含量不同的主要原因。
分析瓦斯分布规律时，必须着重考虑这方面的影响。
总之，影响煤层瓦斯含量的因素是多种多样的，应根据具体情况作调查研究分析，找出影响本煤田、本矿井瓦斯含量的主要因素，作为预测瓦斯含量和瓦斯涌出量的参考。
1、小结：
影响瓦斯的保存和放散条件的因素
2、作业：
3分钟
1-2矿井瓦斯涌出
瓦斯涌出形式
开采技术因素
（二）复习提问：
1、什么是矿井瓦斯？
2、煤矿“五大自然灾害”是什么？
3、瓦斯的性质有哪些？
（三）讲授新课：
一、瓦斯涌出形式
瓦斯涌出是指由受采动影响的煤层、岩层，以及由采落的煤、矸石向井下空间放出瓦斯的现象。
根据瓦斯涌出特性的不同，瓦斯涌出可分为普通涌出和特殊涌出2种形式（也称一般涌出和异常涌出）。
1．普通涌出
瓦斯从煤（岩）层以及采落的煤、矸石表面细微的裂缝和孔隙中缓慢、均匀地涌出称为普通涌出。
首先是处于游离状态的瓦斯涌出，而后是吸附状态的瓦斯解吸为游离状态的瓦斯涌出。
这种涌出形式的特点是涌出范围广、时间长、速度缓慢而均匀，（累计）总量大，是瓦斯涌出的主要形式。
2．特殊涌出
瓦斯特殊涌出形式包括瓦斯喷出和煤（岩）与瓦斯突出。
5分钟
80分钟
二、矿井瓦斯涌出量
矿井瓦斯涌出量是指煤层在开采过程中，单位时间内，从煤层本身及围岩和邻近煤层涌出的瓦斯数量的总和。
它仅指普通涌出，不包括特殊涌出的瓦斯量。
瓦斯涌出量有2种表示方法，即绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量。
1．绝对瓦斯涌出量
绝对瓦斯涌出量是指单位时间内涌出的瓦斯体积，其单位是m3／min或m3／d。
2．相对瓦斯涌出量
相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产情况下，平均日产1t煤所涌出的瓦斯体积，单位是m3／t。
三、影响矿井瓦斯涌出量的因素
（一）自然因素
1．本煤层和邻近层的瓦斯含量
本煤层和邻近层的瓦斯含量是矿井瓦斯涌出量大小的决定因素。
一般说来，本煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量就越大。
2．地面大气压力的变化
地面大气压力变化，必然引起井下大气压的相应变化，它对于煤层暴露面涌出的瓦斯影响甚小，但对采空区或坍塌冒落处瓦斯涌出量的影响就比较显著。
3．地质构造
当采掘工作面接近地质构造带时，瓦斯涌出量往往会发生很
大变化。
其大小主要取决于促成构造时地层受力状态和最终的成型构造类型。
（二）开采技术因素
1．开采规模
开采规模是指开采深度、开拓与开采范围以及矿井的产量而言。
2．开采顺序
先开采的煤层或分层瓦斯涌出量大，后开采的煤层瓦斯涌出量较小。
3．开采方法
采用采出率低的采煤方法时，瓦斯涌出量较大。
4．生产工艺过程
从煤层暴露面和采落煤炭内涌出的瓦斯量，都是随着时间的延长而迅速下降的。
5．通风压力
通风压力对矿井瓦斯涌出量的影响，其原理和大气压力对瓦斯涌出量的影响相似，但又有其不一致的内涵。
四、矿井瓦斯等级
（1）、低瓦斯矿井。
（2）、高瓦斯矿井。
（3）、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
1、小结：
2、作业：
1分钟
1-3瓦斯爆炸及其预防
瓦斯爆炸发展过程及危害
瓦斯爆炸的条件及其影响因素
1、什么是矿井瓦斯含量？
2、瓦斯在媒体中的存在状态有几种？
3、影响瓦斯含量的因素有哪些？
二、瓦斯爆炸发展过程及危害
瓦斯在矿井中爆炸时，将产生以下产物。
1．高温
瓦斯爆炸的瞬时高温可达1850—2650℃。
2．高压
瓦斯爆炸后的压力可达911.7kPa（9个大气压）左右。
3．冲击波
爆炸时产生的高温、高压可促使爆源附近的气体和爆炸火焰以极高的速度（可达每秒几百米甚至数千米）向外冲击，从而形成冲击波。
冲击波通常出现2种情况：
（1）正向冲击。
由于炽热的气体膨胀后具有很高的压力，而由爆炸点向四周扩散，在所经过的地方形成的冲击，称为正向冲击。
（2）反向冲击。
由于爆炸生成物冷却，水蒸气很快凝结，在爆炸地点形成空气稀薄的低压区，而引起因爆炸冲击的气体连同爆源外围的气体又以高速度返回爆源地时形成的冲击，称为反向冲击。
4．有害气体
瓦斯爆炸后产生大量的有害气体，并使氧气浓度降低。
瓦斯爆炸的危害主要表现在以下2个方面：
（1）伤亡人员。
例如，1942年日本侵占东北时期，本溪煤矿因电火花引起瓦斯、煤尘爆炸，死亡1549人，伤146人，成为世界煤矿开采史上最大的伤亡事故。
（2）破坏矿井设备、设施。
三、瓦斯爆炸的条件及其影响因素
瓦斯爆炸必须同时具备3个条件：
一是瓦斯浓度在其爆炸界限内（一般为5％～16％）；
二是空气中氧气浓度不低于12％；
三是有足够能量的点火源（最低点燃温度为650～750℃）。
三者缺一不可。
若能消除、控制其中一个条件，即可防止瓦斯爆炸。
（一）瓦斯浓度
瓦斯浓度是指瓦斯在空气中按体积计算占有的比率，以％表示。
它和煤（岩）层瓦斯含量是两个完全不同的概念，不可混淆。
1．瓦斯爆炸界限
瓦斯爆炸界限是指在空气中瓦斯遇高温火源能引起爆炸的浓度范围。
2．影响瓦斯爆炸界限的因素
瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它受诸多因素的影响：
（1）爆炸初温。
（2）爆炸初压。
（3）煤尘和可燃性气体的混入。
（4）惰性气体混人。
（二）氧气浓度
瓦斯爆炸就是瓦斯的急剧氧化，没有足够的氧气，瓦斯就不能爆炸。
（三）足够能量的点火源
1．点燃温度
2．瓦斯的引火延迟性
五、预防瓦斯爆炸的措施
（一）防止瓦斯积聚的措施
所谓瓦斯积聚是指采掘工作面及井下其他地点，局部瓦斯浓度达到2％，体积超过0．5m3的现象。
防止瓦斯积聚就是要把采掘工作面及井下其他各处的瓦斯浓度冲淡到或控制在《规程》规定的浓度以下。
1．加强通风
2．加强检查
3．及时处理局部积聚的瓦斯
（二）防止瓦斯引燃的措施
预防瓦斯爆炸的措施
1-4瓦斯检测与监测
光学甲烷检测仪
煤矿安全监控系统
1、什么是瓦斯涌出？
2、什么是瓦斯涌出量？
3、影响矿井瓦斯涌出量的因素有哪些？
一、光学甲烷检测仪
甲烷测定器是用于测定甲烷浓度的携带式仪器，安全检查人员、井下生产管理人员可随身携带、随时测定矿井空气中甲烷浓度，或挂在工作场所监测甲烷浓度，是煤矿使用最为广泛的安全检测仪器。
（一）光学甲烷测定器
1．结构和原理
2．使用方法
1）测定前的准备
（1）药品性能检查。
应根据药品的使用时间和变化程度来确定是否能继续使用。
药品的颗粒大小以3～5mm为宜。
（2）气路系统检查。
（3）光路系统检查。
（4）清洗空气室。
2）测定方法
（1）对零。
首先在和待测地点温度相近的进风巷中，捏放气球数次清洗瓦斯室。
（2）测定。
在测定地点将二氧化碳吸收管接于仪器的进气口上，然后捏放吸气球5～6次，使含有瓦斯的空气进入瓦斯室。
3）使用时注意事项
（1）仪器应定期检修、校正。
国产光学瓦斯检定器的简便校正方法之一，是将光谱第一条黑线纹对在“0”上，如果第五条条纹正在7％的数值上，表明条纹宽窄适当，可以使用；
否则，应调整光学系统。
（2）在严重缺氧地区测定瓦斯时，其读数往往比瓦斯实际浓度偏高很多，此时应采用取样化验的方法测定瓦斯浓度。
（3）在高原地区，由于空气密度小，气压低，应对仪器做相应的调整才能使用。
（4）仪器不用时，要放在干燥地方，并取出电池，以防腐蚀仪器。
（二）催化式甲烷测定器
催化式甲烷测定器，是利用空气中甲烷与氧气可在催化元件表面进行催化氧化反应并产生热量的特性，通过测量反应放热量来测定甲烷浓度的仪器。
甲烷报警器是指具有检测甲烷浓度功能的，在甲烷浓度达到或超过规定的浓度值时能发出声、光报警信号的仪器，又称瓦斯报警仪。
它是在甲烷测定器的基础上加上声、光报警部件而构成的。
甲烷报警器检测甲烷的原理与甲烷测定器的检测原理相同。
但由于报警器所发出的声、光报警信号以电能转换最为简便，因而目前煤矿中使用的甲烷报警器只使用催化式和热导式2种原理检测甲烷，且以催化式为主。
甲烷报警器不仅能连续、自动地检测、显示井下某地点的甲烷浓度，而且还能在甲烷浓度达到或超过规定的数值时发出声、光报警信号，提醒人们注意，避免瓦斯事故的发生。
根据使用条件，甲烷报警器可分为便携式、定置式和遥测式3类。
五、煤矿安全监控系统
煤矿安全监控系统是利用信息变换、信息采集与传输以及数据处理技术对煤矿环境参数、生产状态及重要设备运行状态进行实时多点集中监视、测量与控制的安全管理系统。
煤矿安全监控系统具有对模拟量、开关量、累计量的采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、系统控制等功能。
光学甲烷测定器
1-5煤与瓦斯突出
煤与瓦斯突出机理
煤与瓦斯突出的一般规律
1、瓦斯爆炸的产物有哪些？
2、瓦斯的爆炸条件有哪些？
3、影响瓦斯爆炸界限的因素有哪些？
一、概述
瓦斯喷出、煤与瓦斯突出是矿井瓦斯的特殊涌出形式。
瓦斯（二氧化碳）喷出是指在开采过程中，大量瓦斯（二氧化碳）从煤层或岩体裂隙、孔洞或炮眼中异常涌出的现象。
煤（岩）与瓦斯突出是指地下开采过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象。
它是煤矿最严重的自然灾害之一。
其主要危害表现为：
①使采掘工作面或井巷中充满瓦斯，造成窒息和爆炸的条件；
②破坏通风系统，造成风流紊乱或短时间的逆转；
③堵塞巷道、破坏支架、埋没设备、摧毁设施、伤亡人员。
（一）煤与瓦斯突出机理
煤与瓦斯突出是一种受多因素影响的、极其复杂的动力现象，对煤与瓦斯突出发生的原因至今还没有统一认识，研究者提出了许多假说，总的来讲可归纳为以下3个方面：
1）瓦斯作用说
2）地压作用说。
3）综合作用说
该假说认为，煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯（包括瓦斯压力、含量和吸附瓦斯瞬时解吸速度等）、重力（主要指急倾斜煤层而言）和煤的物理及力学性质（。
包括煤的强度和破坏类型）综合作用的结果。
（二）煤与瓦斯突出现象的分类
煤与瓦斯突出的分类有多种方案，生产管理中一般采用《防治煤与瓦斯突出细则》中的分类。
其中根据突出的力学特征和显现特点不同，将突出现象分为4类：
（三）煤与瓦斯突出的一般规律
1．突出分布规律
1）我国突出矿区的分布规律
我国突出分布的总规律是南方多、北方少，东部多、西部少。
2）矿区内突出分布规律
（1）突出具有方向性。
（2）突出具有集中性。
（3）突出具有相似性。
（4）随开采深度的增加，突出的分布密度加大。
2．矿井发生突出的一般规律
（1）随矿井开采深度增加，突出的次数增多，强度增大。
（2）煤与瓦斯突出以掘进工作见多，掘进工作中又以石门揭煤和煤巷掘进居多。
（3）大多数突出发生地质构造带内。
（4）煤层（特别是软分层）越厚，倾角越大，突出的次数愈多，强度愈大。
（5）煤层越湿润，矿井涌水量越大，突出危险性越小；
反之越大。
（6）煤层顶底板坚硬致密、厚度较大时，突出危险性大；
反之则小。
（7）突出常常发生在外力冲击作用下。
（8）突出只发生在某些局部地带，其突出危险带的面积还不到突出煤层面积的10％。
（9）突出具有延期性。
（10）突出前一般有预兆。
（四）煤与瓦斯突出的预兆
1.有声预兆
2.无声预兆
矿井发生突出的一般规律
1-6瓦斯抽放
抽放条件
抽放方法
1、煤与瓦斯突出的预兆有哪些？
2、什么是煤与瓦斯突出？
3、瓦斯喷出的原因？
矿井瓦斯抽放，是指为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全的威胁，利用机械设备和专用管道造成负压，将煤层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的一种技术措施。
一、抽放条件
对于一个矿井或区域是否具备抽放条件，主要取决于该矿井的煤层瓦斯含量，瓦斯储量、生产强度、通风能力以及煤的透气性等因素。
能否采用通风方法合理解决瓦斯问题是衡量是否需要考虑抽放瓦斯的要主依据。
（1）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3／min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3／min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：
①大于或等于40m3／min；
②年产量1．0～1．5Mt的矿井，大于30m3／min；
。
③年产量0．6～1．0Mt的矿井，大于25m3／min；
“
④年产量0．4～0．6Mt的矿井，大于20m3／min；
⑤年产量小于或等于0．4Mt的矿井，大于15m3／min。
（3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
二、抽放方法
矿井抽放瓦斯方法按瓦斯来源分为：
开采层抽放、邻近层抽放、采空区抽放、围岩抽放和综合抽放瓦斯法5种；
按收集瓦斯的方法不同分为钻孔法、巷道法和钻孔与巷道综合法；
按抽放瓦斯原理不同分为未卸压抽放、卸压抽放和人为提高煤层透气性的强化抽放。
抽放瓦斯方法选择取决于煤层决于煤层赋存条件、瓦斯来源和瓦斯含量、煤层透气性等。
根据1988年的统计，中国开采层瓦斯抽放量占55％，邻近层瓦斯抽放量占42％，采空区和围岩的瓦斯抽放量占3％。
（一）本煤层抽放
本煤层抽放就是采用巷道法或钻孔法直接抽放开采煤层的瓦斯。
按照抽放与采掘的时间关系，本煤层抽放可分为“预抽”和“边抽”2种方法。
所谓预抽，就是在开采之前预先抽出煤体内的瓦斯，以减少开采时的瓦斯涌出量。
所谓边抽，是指边生产边抽放瓦斯，即生产和抽放同时进行。
边抽又包括边采边抽和边掘边抽2种施工方法。
1．巷道预抽法
超前于回采1～3年掘出采准巷道，然后将巷道封闭，在密闭处接设管路，进行抽放，直到回采开始时为止。
2.钻孔预抽法，
钻孔法预抽本煤层瓦斯的做法是：
在煤层底板（顶板）岩层中打一条与煤层走向平行的巷道，在此巷道中每隔30m掘一个10～15m的短石门作为钻场（因此也称钻场法）。
本煤层预抽方法适用于开采煤层瓦斯较大，煤层透气性较好，有2年以上的抽放时间的条件。
为了提高抽放效果，对透气性较差的煤层，可采用水力割缝和水力压裂的新工艺。
（二）邻近层抽放
邻近层抽放是指在开采煤层群时，开采煤层的上、下邻近层，因受采动影响，形成卸压带，卸压区瓦斯大量涌向开采层的采空区，威胁安全生产。
对采空区进行抽放时必须特别注意：
（1）抽放的负压和流量要与积存的瓦斯量相适应，才能保证抽出的瓦斯浓度不至于太低；
（2）有自然发火危险的煤层，要经常测定密闭里面的温度和一氧化碳浓度，如有异常，应立即采取措施处理，以防自燃。
三、抽放设备
抽放瓦斯的设备主要有瓦斯泵、抽放管路、安全装置、放水器和流量计等。
2-1矿尘的性质、危害及其测定
矿尘的性质
矿尘的危害
1、什么是矿井瓦斯抽放？
2、抽放方法有几种？
3、抽放设备有哪些？
一、矿尘
矿尘全称为矿山粉尘，是指在矿山建设和生产过程中所产生的各种矿物微粒的总称。
在矿山生产过程中，如钻眼、爆破、截割、放顶、矿物的装载及运输提升等各个环节都会产生大量的矿尘。
矿尘的来源既有移动尘源，也有固定尘源，分布很广。
各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大。
二、矿尘的性质
1、矿尘的粒度
矿尘粒度是指矿尘颗粒的平均直径，单位为μm。
矿尘按其粒度的大小分为以下三类：
（1）、可见粉尘
（2）、显微镜粉尘
（3）、超显微镜粉尘
粒径在5μm以下的微细尘粒成为呼吸性粉尘，它能通过人体上呼吸道进入肺区，是导致肺病的病因，对人体危害甚大。
矿尘分散度是衡量矿尘颗粒大小构成的一个重要指标，是研究矿尘性质与危害的一个重要参数。
矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，成为高分散度矿尘。
2、矿尘的分散度
各粒级尘粒所占矿尘总量的百分比称为矿尘的分散度。
粒级的划分是根据粒度大小和测试目的确定的，我国工矿企业将矿尘粒级划分为4级：
小于2μm、2～5μm、5～10μm和大于10μm。
矿尘总量中微细颗粒多，所占比例大时，称为高分散度矿尘；
反之，如果矿尘中粗大颗粒多，所占比例大，就称为低分散度矿尘。
矿尘的分散度越高，危害性越大，而且越难捕获。
3、矿尘中游离SiO2的含量
矿尘中游离SiO2的含量是危害人体的主要因素，其含量越高，危害越大。
4、矿尘的润湿性
矿尘与空气中的水分结合的现象叫矿尘的吸湿性或润湿性。
分为：
容易被水润湿的亲水性矿尘和不容易被水润湿的疏水性矿尘两类。
三、矿尘的危害
1、危害人体健康，引起职业病
人的肺部长期吸入矿尘，轻者会引起呼吸道炎症，重者会引起尘肺病。
2、某些矿尘在一定条件下可以爆炸
煤尘能够在完全没有瓦斯存在的情况下爆炸，对于瓦斯矿井，煤尘则有可能参与瓦斯同时爆炸。
3、加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命
随着矿山机械化、电器化、自动化的提高，矿尘对设备性能极其使用寿命的影响将会越来越突出，应引起高度的重视。
4、降低作业场所能见度，增加工伤事故的发生
一些综采工作面在割煤时，煤尘浓度高达4000～8000㎎∕m3
，这种情况下，工作面能见度极低，往往会导致误操作或不能及时发现事故隐患，增加了发
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