煤礦瓦斯抽采工培訓材料（統(tǒng)稿）之煤礦生產技術與主要災害事故防治
第一節(jié) 煤礦生產技術知識
一、礦井地質基礎知識
?、濉r石與地層
人類的活動，大都是在地殼的表層進行。組成地殼的是巖石，巖石由礦物顆粒組成，礦物由一種或多種元素組成。按生成方式，巖石可分為沉積巖.巖漿巖和變質巖三大類。
煤是一種由植物遺體轉變的沉積巖，煤層上下的巖石絕大多數(shù)也是沉積巖。常見的沉積巖有砂巖、泥漿巖和石灰?guī)r等。
巖層的空間產生狀態(tài)，可由巖層的走向，傾向和傾角反映出來，該三者稱為巖層的產狀三要素(也叫煤層產狀三要素)。走向:巖層的層面與水平面的交線，稱為走向線。走向線是一條水平線。走向線兩端的延伸方向，稱為巖層走向。它表示傾斜煤層在水平面上的延伸方向。傾向:在巖層面上，垂直于走向線沿層面傾斜向下所引的直線，稱為巖層的傾斜線。傾斜線在水平面上的投影線稱為傾斜線，傾斜線所指的方向稱傾向。它反映了巖層的傾斜方向。傾角:巖層的傾斜線和它在水平面上投影線的夾角，稱為巖層的傾角。它反映了巖層的傾斜程度。
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煤層結構：煤層中有無穩(wěn)定的巖石夾層(夾矸)的情況稱為煤層結構。一般分為兩類：
簡單結構煤層：煤層中不含穩(wěn)定的呈層狀分布的巖石夾層，有時含有效小的礦物透鏡體或結核。復雜結構煤層：煤層中夾有一至數(shù)層呈層狀的較穩(wěn)定的巖石夾層
煤層的厚度：煤層的厚度就是指煤層頂、底版之間的垂直距離。根據(jù)煤層厚度對地下井開采的影響，將煤層分為以下3類：薄煤層：煤層厚度從最低可采厚度~1.3m。中厚煤層：煤層厚度為1.3~3.5m 。厚煤層：煤層厚度為3.5m以上。習慣上把煤層厚度為6m以上稱為特厚煤層。
煤層的傾角： 煤層傾角是指煤層層面與水平面之間的夾角。根據(jù)煤層傾角對地下開采的影響，將煤層分為4類：近水平煤層：傾角在8度以下。緩傾斜煤層：傾角在8度~25度以下。傾斜煤層：傾角為25度~45度。急傾斜煤層：傾角為45度~90度
?、纭⒌刭|構造
沉積巖層開始形成時，一般呈水平和連續(xù)完整狀態(tài)。在地殼運動的作用下，產生變形和變位，改變了原先的賦存狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為構造運動。由此而形成的巖層空間狀態(tài)，稱為地質構造。地質構造主要分為兩類：褶皺構造和斷裂構造
1、褶皺構造。巖層受水平力的作用，被擠壓成曲狀，但仍保持巖層的連續(xù)性和完整性的構造形態(tài)，稱為褶皺。巖層褶皺構造中的每一個彎曲稱為褶曲。巖層層面凸起褶曲稱為背斜，凹下的稱為向斜。
2、斷裂構造。巖層受力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構造形態(tài)，稱為斷裂構造。若斷裂面兩側的巖層沒有發(fā)生明顯的相對位移，稱為斷裂或節(jié)理;若斷裂面兩側的巖層發(fā)生了明顯的相對位移和錯動，稱為斷層。巖層斷裂后，兩個斷塊發(fā)生相互錯動的錯動面稱為斷層面。位于斷層面上方的斷塊稱為上盤，位于斷層面下方的稱為下盤。根據(jù)斷塊相對錯動的方向，將斷層分為正斷層，逆斷層和平推斷層。正斷層;上盤相對下降，下盤相對上升。
逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降。平推斷層：兩盤沿斷層面最水平方向相對位移。
1、向斜褶曲，由于埋藏深度大，因此瓦斯含量高。
2、向斜軸部頂板，壓力常有增大現(xiàn)象，巖石破碎，容易發(fā)生跨落，必須加強支護，否則容易發(fā)生冒頂、切面等事故，給頂板管理帶來很大困難。
3、瓦斯突出的礦井，向斜軸部是瓦斯突出的危險區(qū)，由于向斜軸部的次一級構造比較發(fā)育，也是瓦斯較集中的地區(qū)，在絕大的瓦斯壓力和頂板壓力作用下，往往容易瓦斯突出。
4、在褶皺構造的影響下，有的煤層突然增厚，使原采煤方法不能繼續(xù)，需改變采高或分層開采;有的地方突然變薄甚至不可采，使工作面無法繼續(xù)采煤，需要重新掘開切眼。
?、?、斷裂構造對煤礦生產的影響
1、斷層破碎帶是徑流的良好通道，地表水和底下水往往沿通道流水井下，使涌水量增加，在水文地質條件復雜的礦井，還可能引起突水事故。
2、在高瓦斯礦井中，在斷層破碎帶附近，容易聚積大量瓦斯，可能會造成瓦斯突出事故，給生產帶來危險。
3、斷層帶及其附近，由于巖石破碎，降低了巖石強度，容易引起跨落冒頂，因此，施工時必須注意。
4、斷層造成煤炭損失，為保證安全生產，斷層兩側必須留有一定寬度的保安煤柱。
5、斷層影響掘進工作，煤礦生產過程中遇到斷層后，應迅速準確找到斷失煤層，否則將會造成大量廢巷，影響掘進工作進行。
6、斷層帶附近構造殘余壓力大，容易引起沖擊地壓，給安全生產造成威脅。
二、 礦井開拓
㈠、煤田、井田
1、煤田：在同一個地質時期生成的大面積含煤地帶為煤田。
2、井田：一個大的煤田通常由幾個或十幾個礦開采，劃歸一個礦井進行開采的煤田通常稱為井田(或礦田)。
?、?、井田再劃分
煤田劃分為井田后，每個井田的面積仍然比較大，為便于開采，還必須將井田再劃分為若干較小的區(qū)、段、以便于有計劃 地按一定順序開采。
1、井田劃分為階段：開采緩傾斜、傾斜和急傾斜煤層時，通常沿煤層傾斜方向，按一定標高，將井田劃分為若干長條，每個長條即分稱為階段。
階段與階段之間以水平面分界，稱水平面，布置有主要運輸大巷和井底車場。擔負該水平開采范圍內的主要運輸和提升任務的水平稱為開采水平。
2、階段內的布置：階段內的布置有連續(xù)式，分區(qū)式和分帶式3種。
(1)連續(xù)式：當階段內的走向長度和傾斜長度都較小時，可在井田的每一翼沿階段傾斜全長布置一個采煤工作面，并且采煤工作面可以由井田中央向井田邊界推進(連續(xù)前進式開采);或者從井田邊界向井田中央推進(連續(xù)后退式開采)。
(2)分區(qū)式：當階段的走向和傾斜長度都較大時，在階段范圍內，沿走向把階段劃分為若干部分，每部分長度約為600~1200m，沿傾斜的長度等于階段斜長，在其中有獨立的通風和運輸系統(tǒng)，這樣的每個部分稱為采區(qū)，這種不止稱為分區(qū)十式布置。階段斜長往往很大，有時長達1000~1500m以上，實際生產中又將采區(qū)沿傾斜劃分成若干長條部分，稱為區(qū)段。
(3)分帶式：在階段內不再劃分采區(qū)，而沿煤層走向劃分成許多個可以分別布置一個采煤工作的傾斜長條，稱為分帶。在分帶內，采煤工作面沿煤層傾斜方向由下而上(仰采)或由上而下(俯采)連續(xù)推進，這種布置稱為分帶式布置。
㈢、礦井開拓方式
在每個井田范圍內，為了合理地把煤炭從地下開采出來，需從地面向井下開掘一系列通向煤體的井筒和巷道，稱為礦井開拓。
井筒的形式、開拓巷道的布置和礦井的通風運輸方式叫做礦井開拓方式。通常以井筒形式為主要依據(jù)，將礦井開拓方式分為斜井開拓、立井開拓、平硐開拓和綜合開拓。
①、斜井開拓：根據(jù)井筒位置和開拓巷道布置方式的不同，斜井開拓主要分為井盤斜井開拓和斜井分區(qū)式開拓兩種。
②、立井開拓，我國煤礦多采用主井單水平分區(qū)開拓和主井多水平分區(qū)開拓。
?、?、平硐開拓：平硐沿煤層走向掘進的稱走向平硐，與走向斜交(或垂直)稱斜交(或垂直平硐)。
④、綜合開拓：為充分發(fā)揮上述3種開拓方式的優(yōu)點，可以采用其中的兩種或3鐘方式開拓一個井田的方式。
?、?、井田巷道的分類
按巷道在生產中的用途劃分：礦井巷道按其作用和服務范圍可分為開拓巷道，準備巷道和回采巷道3類。按巷道的空間形態(tài)劃分：礦井巷道按其空間形態(tài)劃分為垂直巷道，水平巷道和傾斜巷道3類。
?、佟㈤_拓巷道
開拓巷道是為全礦井，一個開采水平或兩個以上采區(qū)服務的巷道。主要包括以下幾種：
平硐：直接與地面相通的水平巷道。
斜井：直接與地面相通的傾斜巷道。
立井：直接與地面相通的直立巷道。
井底車場：井下主要運輸巷道和井筒連接處的一組巷道和硐室的總稱。
石門：穿過各巖層掘進并與煤層走向垂直或斜交的水平巷道。
主要運輸及回風大巷：沿走向掘進，使全礦井或某個水平運輸、回風用的水平巷道，多數(shù)開掘在巖層內，也可開掘在煤層內。
②、準備巷道
準備巷道是為一個采區(qū)服務的巷道，主要有以下幾種類型：
采區(qū)上山：在運輸大巷向上沿煤、巖層開鑿的傾斜巷道，按用途和裝備分為：運輸機上山和人行上山等。
采區(qū)下山：在運輸大巷向下沿煤、巖層開鑿的傾斜巷道。
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回采巷道是為一個采煤工作面服務的巷道，主要有以下幾種：
回風巷道：一般指供采煤工作面回風和運煤用的巷道。
進風巷道：一般指供采煤工作面進風和送料用的巷道。
切眼：為布置采面設備，形成生產系統(tǒng)而掘出的貫通回風與進風的巷道。
三、采煤技術
?、?、基本概念
①、采場和采煤工作面
采場：用來直接大量采取煤炭的場所。采煤工作面：在采場進行采煤的煤壁。在實際工作當中，采煤工作面與采場是同義詞。
②、采煤工作
采煤工作：在采場內，為了采取煤炭所進行的一系列工作。采煤工作可分為基本工序和輔助工序。
基本工序：破煤、裝煤、運煤。
輔助工序：工作面支糊、采空區(qū)處理，移置運輸及采煤設備等工序。
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按照一定順序完成破煤、運煤、工作面支護、采空區(qū)處理等各項工序的方法及其配合，稱為采煤工藝或回采工藝。
我國目前普遍采用的采煤工藝有：爆破采煤工藝、普通機械采煤工藝，綜合機械化采煤工藝、綜采放頂煤采煤工藝。
?、?、采煤系統(tǒng)
采煤巷道的掘進一般是超前于采煤工作進行的。它們之間在時間上的配合以及在空間上的相互位置關系，稱為采煤巷道布置系統(tǒng)，也稱為采煤系統(tǒng)
⑤、采煤方法
采煤方法就是采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時間和空間上的相互配合。采煤方法主要分為壁式和柱式體系兩種。
?、?、礦井及采區(qū)生產系統(tǒng)
礦井及采區(qū)生產系統(tǒng)包括：提升運輸系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、其他系統(tǒng)(瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、灌漿防火系統(tǒng)、通訊系統(tǒng))。
㈡、壁式體系采煤法
壁式體系采煤法：回采(采煤)工作面長度較長(一般為80~250M左右)，工作面兩端各有一條巷道，用于通風及運輸，采煤的煤炭沿著平行于煤壁的方向運出工作面，隨著采煤工作面推進要求及時和有計劃地處理采空區(qū)。
壁式體系采煤法的優(yōu)點：煤炭損失少，采煤連續(xù)性強，單產高，采煤系統(tǒng)較簡單，對地質條件適應性較強，但采煤工藝裝備比較復雜。
壁式體系采煤法的分類：在壁式體系采煤法中，對于薄煤層及中厚煤層，一般沿煤層全厚一次采出，既整層回采;對于厚煤層，一般將其分成若干個中等厚度的分層進行回采，既分層回采(或采用放頂煤開采)。無論整層回采還是分層回采(或采用放頂煤開采)，按其推進方向又可分為走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法：走向長壁采煤法：回采工作面沿傾向布置，沿走向推進。傾向長壁采煤法：回采工作面沿走向布置，沿傾向推進。方便于順利開采，使用傾向長壁采煤法時煤層傾角不宜超過12度。
?、纭⒅襟w系采煤法
柱式體系采煤法是在煤層內開掘一系列寬為5~7m左右的煤房，煤房間用聯(lián)絡巷相連，形成近似于長條形成塊狀的煤柱，煤柱寬度由數(shù)米至20多米不等，采煤在煤層中進行。有兩種基本類型，既房式采煤法和房柱式采煤法。留下煤柱不采的稱為房式采煤法。即采煤房又采煤柱的稱為房柱式采煤法
柱式體系采煤法的特點是：回采工作面的長度較短，但工作面的數(shù)目較多;采房及回收煤柱設備合一，靈活性強;礦壓顯現(xiàn)減弱，回采過程中有時不進行采空區(qū)處理;工作面的通風條件一般較差;回采率低;機械化的柱式采煤，使用條件較嚴格，發(fā)展受到一定限制。
?、琛⒓眱A斜煤層常用采煤方法簡介
1、急傾斜煤層的開采特點：由于急傾斜煤層的傾角比較大，在開采技術、安全、運輸、頂板管理方面都具有獨立的特點，主要表現(xiàn)是：
(1)由于煤層傾角大，增加了開采困難，在開采技術上必須采取相應的安全措施;
(2)煤層頂板垂直作用在支架或煤體上的壓力較小，而作用在傾斜方向的壓力增大。因此。支架不穩(wěn)定，容易傾倒;護巷煤柱容易片幫;頂?shù)装宥伎赡苎貎A斜方向滑動;
(3)采下來的煤和冒落的矸石，都可重下滑，簡化了工作面的運輸工作，但容易吊砸人和沖倒支架，影響安全;
(4)由于煤層傾角大，沿傾斜方向的行人，運料及搬遷設備都比較困難。因此，采區(qū)的走向和傾斜長度一般都比緩傾煤層的小;
(5)開采兩個相應距較近的急傾斜煤層時，上層開采后，由于底版巖層的移動，使下層煤遭受破壞，所以，在開采順序上與緩傾斜煤層群有所不同。
(6)急傾斜煤層頂板比緩傾斜頂板難于冒落，冒落步距相對較大。冒落的矸石下滑充填采空區(qū)，對頂板起支撐作用，所以在正常開采期間一般不出現(xiàn)明顯的周期來壓現(xiàn)象。為此，急傾斜采煤法中的支護工作多數(shù)是以掩護為主，以支撐為輔;
(7)一般采煤機械設備不適于在急傾斜煤層中使用。
2、急傾斜煤層采煤方法
急傾斜煤層開采方法較多，主要的有倒臺階采煤法，水平分層采煤法及偽傾斜掩護支架采煤法。
(1)倒臺階工作面采煤法：適應于頂板不太破碎，煤層厚0.6~1.5m。他們的特點是：巷道系統(tǒng)簡單，掘進率底，回采率高，通風方便;但是，它具有生產工藝復雜，工作面芝護操作不便，材料消耗大，難以使用機械化采煤，安全條件差等不利因素，所以近年來煤礦中應用的較少。
(2)水平分層采煤法：就是將急傾斜中厚及厚煤層沿走向分成幾個水平分層來開采。煤層厚度就是工作面長度，分層的厚度就是工作面的采高，工作面沿走向推進。其主要優(yōu)點是：對煤層地質條件適應性強，可適應煤層傾角和厚度的變化;回采率高。其主要缺點是：巷道布置和通風系統(tǒng)復雜，巷道掘進量大，回采工序多，勞動強度大，機械化程度低;產量和效率較低，材料消耗較多。其適用條件是：煤層厚度在4~6m或大于6m埋藏條件較復雜的急傾斜煤層。
(3)偽傾斜柔性掩護支架采煤法。其特點是：回采工作面成直線型，按偽傾斜方向布置，沿走向推進。用柔性掩護支架，隔離采空區(qū)與回采空區(qū)與回采空間，工作人員在掩護支架的保護下進行采煤工作。
?、?、偽傾斜柔性掩護支架采煤法
1、采區(qū)巷道布置。采區(qū)運輸石門揭露煤層后，向上掘一組上山眼，布置區(qū)段運輸平巷?；仫L平巷，在采區(qū)邊界開掘一對開切眼，以作為回采開始階段的運輸，行人和通風之用。然后 ，即可安裝支架進行回采工作。正常的回采工作面應有25度~30度的偽傾斜角?；夭蓵r，為了溜煤、行人、通風和運料，在工作面下端掘超前平巷，并沿走向每隔5m左右，由區(qū)段運輸平巷向上開掘小眼，與超前平巷貫通。
2、掩護支架的結構型式
⑴、平板形掩護支架，它主要由鋼架和鋼絲繩組成。鋼絲繩沿走向布置，鋼梁沿煤層厚度布置。架子的寬度視煤層厚度而定，一般應比煤層厚度小0.3~0.5m，以便架子的下放。鋼絲繩的根數(shù)根據(jù)架子寬度決定，可由3~5根組成。鋼梁之間距離不大與0.3m，其間距內用撐木及荊笆條填充。在鋼梁上部鋪設雙層荊笆，作為隔離采區(qū)矸石的拆架時人工假頂之用。這種結構的架子，具有柔性而且便于控制回收。它適用于2.5~5m煤層。
?、啤⒔M合梁掩護支架。當煤層厚度大于5m時，可采用兩根鋼梁對接或搭接構成長度等于煤厚的一根直梁，稱為組合梁。把組合梁排列好。用鋼絲繩、螺栓聯(lián)接成整體，再埔上荊笆或金屬網(wǎng)，即為組合梁掩護支架。這種支架可為雙地溝工作面進行支護，目前可適用于8m以上的急傾斜厚煤層。
?、恰?ldquo;八”字形掩護支架。當煤厚為1.3~1.5m時，如用平板掩護支架，其支護下面空間狹小，操作不便，通風不良，。因此，可采用具有較大工作空間的“八”字型掩護支架。這種支架是用工字鋼制成“八”字形鋼架，把鋼架排列好，同樣用鋼絲繩、螺栓把“八”字行鋼架聯(lián)接成整體，在埔上荊笆或金屬網(wǎng)而成“八”字行掩護支架。
偽傾斜柔性掩護支架采煤法優(yōu)點：可三班出煤，不需要專門的準備班，它與分層和倒臺階采煤方法比較，有下列優(yōu)點：從根本上解決了工作面支柱、固柱的笨重工作，煤炭自滑運輸;工人在掩護支架下工作，工作安全性高，采區(qū)巷道掘進量小，煤炭損失少回采率高;通風系統(tǒng)簡單，坑木消耗量低;采煤工作面工序簡單管理方便。其主要缺點是：掩護支架的寬度不能自動調節(jié)，難以適應煤層厚度的變化。但是當煤層穩(wěn)定，厚度變化不大，傾角大于55度，煤厚在1.5~6.0m的條件下，這種采煤方法能得到較好的技術經(jīng)濟指標。
第二節(jié) 礦井通風基礎知識
一、礦井通風系統(tǒng)
礦井通風系統(tǒng)是礦井生產系統(tǒng)的主要組成部分，包含礦井通風方式、通風方法和通風網(wǎng)絡。
(一)通風方式
按進風井與回風井之間的相互位置關系將礦井通風系統(tǒng)分述如下3種類型。
1、中央式通風系統(tǒng)
按井筒沿井田傾斜位置的不同分為兩種類型：
(1)中央并列式——進風井與回風井沿井田走向及傾斜均大致并列于井田的中央，兩井底可以開掘到第一水平(如圖2-1 (1))，也可將回風井只掘至回風水平(如圖2-1 (2))。后者一般適用于較小型礦井。
圖2-1 中央并列式通風系統(tǒng)
這種通風系統(tǒng)—般適用于煤層瓦斯和自然發(fā)火問題都不嚴重，埋藏深、傾角大，但走向不大(一般不大于4 km)的礦井。
(2)中央邊界式——進風井大致位于井田走向中央，回風井大致位于井田淺部邊界沿走向的中央，向上兩井相隔一段距離，回風井的井底高于進風井的井底。如圖2-2所示：
圖2-2 中央邊界式通風系統(tǒng)
這種通風系統(tǒng)適用于瓦斯和自然發(fā)火比較嚴重的緩傾斜煤層，埋藏較淺，走向不大的礦井。
2、對角式通風系統(tǒng)
按進、回風井走向和位置可將礦井通風系統(tǒng)分為如下2種類型：
(1)兩翼對角式——進風井大致位于井田走向的中央，出風井位于沿淺部走向的兩翼附近(沿傾斜方向的淺部)，如圖2-3所示;如果只有—個回風井，且進、回風分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。
. 圖2-3 兩翼對角式通風系統(tǒng)
這種通風系統(tǒng)適用于走向長度較大(一般超過4 km)，井型較大，煤層上部距地表較淺，瓦斯和自然發(fā)火較嚴重的礦井。
(2)分區(qū)對角式——進風井大致位于井田走向的中央，每個采區(qū)各有一個出風井，無總回風巷。如圖2-4所示：
圖2-4 分區(qū)對角式通風系統(tǒng)
這種通風系統(tǒng)適用于煤層距地表淺，地表起伏(高低)較大，無法開掘淺部總回風道的礦井。
3、區(qū)域式通風系統(tǒng)
在井田的每一個生產區(qū)域開鑿進、回風井，分別構成獨立的通風系統(tǒng)即區(qū)域式通風系統(tǒng)。如圖2-5所示：
圖2-5 區(qū)域式通風系統(tǒng)
4、混合式通風系統(tǒng)
混合式通風系統(tǒng)的進風井與回風井有三個以上井筒，由中央式和對角式混合、中央式和中央邊界式混合等。這種通風系統(tǒng)主要適用于井田范圍較大，多煤層、多水平開采的礦井。大多用于老礦井的改造和擴建。
(二)通風動力及通風方法
按通風方法獲得的動力來源可將礦井通風系統(tǒng)分為自然通風和機械通風兩種。
1、自然通風
利用自然因素產生的通風動力使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做自然通風。
2、機械通風
利用通風機運轉產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做機械通風。按通風機(通風機)的工作方式將礦井通風系統(tǒng)分為抽出式、壓入式和壓抽混合式三種。
(1)抽出式——主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在低于當?shù)卮髿鈮毫Φ呢搲籂顟B(tài)。
抽出式通風的優(yōu)點是：在礦井主要通風機的作用下，礦內空氣處于低于當?shù)卮髿鈮旱呢搲籂顟B(tài)，當?shù)V井和地面間存在漏風通道時，漏風從地面漏進井內。抽出式通風礦井在主要進風巷無需安設風門，便于運輸、行人和通風管理。在瓦斯礦井采用抽出式通風，若主要通風機因故停止運轉，井下風流壓力提高，在短時間內可以防止瓦斯從采采空區(qū)涌出，比較安全。因此，目前我國大部分礦井，一般多采用抽出式通風。
(2)壓入式——主要通風機安設在進風井口，作壓入式工作，井下風流處于正壓狀態(tài)。
壓入式通風的優(yōu)點是：在礦井主要通風機作用下，礦內空氣處于高于當?shù)卮髿鈮毫Φ恼龎籂顟B(tài)，當?shù)V井與地面間存在漏風通道時，漏風從井內漏向地面。壓入式通風礦井中，要在礦井的主要進風巷中安設風門，使運輸、人行不變，漏風較大，通風管理工作較困難。同時當?shù)V井主要通風機因故停止運轉時，井下風流壓力降低，有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量增加造成瓦斯積聚，對安全不利。因此，在瓦斯礦井中一般很少采用壓入式通風。
一般認為壓入式通風不宜在高瓦斯礦井采用。低瓦斯礦井的第一水平有地表漏風，礦井地面地形復雜、高差起伏，無法在高山上安裝主要通風機，總回風巷維護困難時，可以考慮采用壓入式通風。
(3)壓抽混合式——在入風井口設一風機做壓入式工作，回風井口設一風機做抽出式工作。通風系統(tǒng)的進風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間，其正壓或負壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風因而較小，適用于自然發(fā)火嚴重的礦井。其缺點是使用的通風機設備多，管理復雜。
(三)通風網(wǎng)路
一般把礦井或采區(qū)通風系統(tǒng)中風流分流、匯合的線路結構形式稱為通風網(wǎng)路。由于礦井開拓方式和采區(qū)巷道布置不同，通風網(wǎng)路連接方式也就不一致，大體可分為串聯(lián)、并聯(lián)、角聯(lián)和復雜聯(lián)結4種類型。
二、采區(qū)通風系統(tǒng)
采區(qū)通風系統(tǒng)是采區(qū)生產系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風、回風和工作面進、回風道的布置方式，采區(qū)通風路線的連接形式，以及采區(qū)內的通風設備和設施等基本內容。
(一)采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求
采區(qū)通風系統(tǒng)主要取決于采煤系統(tǒng)(采煤方法)，但又能在一定程度上影響著采區(qū)的巷道布置系統(tǒng)。完備的采區(qū)通風系統(tǒng)應能有效地控制采區(qū)內的風流方向，風量和風質;漏風少;風流的穩(wěn)定性高，不易遭受破壞;有利于合理排放瓦斯，防止煤炭自燃，形成較好的礦內氣候條件和有利于控制、處理事故，并能使通風系統(tǒng)符合安全可靠、經(jīng)濟合理和技術可行的原則。其基本要求如下：
1、采區(qū)必須實行分區(qū)通風。
?、佟蕚洳蓞^(qū)，必須在采區(qū)構成通風系統(tǒng)以后，方可開掘其他巷道。
②、采煤工作面必須在采區(qū)構成完整的通風、排水系統(tǒng)后，方可回采。
③、高瓦斯礦井、有煤與瓦斯突出突出危險的礦井的每個采區(qū)和開采容易自燃煤層的采區(qū)，必須設置至少一條專用回風巷。
?、?、低瓦斯礦井開采煤層群和分層開采采用聯(lián)合布置的采區(qū)，必須設置1條專用回風巷。
⑤、采區(qū)的進、回風巷必須貫穿整個采區(qū)，嚴禁一段為進風巷、一段為回風巷。
2、采掘工作面應實行獨立通風
3、在采區(qū)通風系統(tǒng)中，應力求通風系統(tǒng)簡單，以便在發(fā)生事故時易于控制風流和撤退人員。
4、在采區(qū)通風系統(tǒng)中，要保證風流流動的穩(wěn)定性，采掘工作面應盡量避免處于角聯(lián)風路中。
5、對于必須設置的通風設施(風門、風橋、擋風墻等)和通風設備(局部通風機、輔助通風機等)，要選擇好適當位置，嚴把規(guī)格質量，嚴格管理制度，保證通風設備安全運轉。盡量將主要風門開關、局部通風機開停等狀態(tài)參數(shù)和風流變化參數(shù)納入到礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。
6、在采區(qū)通風系統(tǒng)中，要保證通風阻力小，通風能力大，風流暢通，風量按需分配。因此，應特別注意加強巷道的維護，及時處理局部冒頂和堵塞，支護良好，保證足夠的斷面。
7、在采區(qū)通風系統(tǒng)中，盡量減少采區(qū)漏風量，并有利于采空區(qū)瓦斯的合理排放及防止采空區(qū)浮煤自燃，使新鮮風流在其流動路線上被加熱和污染程度最小。
8、設置消防灑水管路、避難硐室和災變時控制風流的設施。明確避災路線和安全標志。必要時，建立礦井瓦斯抽放系統(tǒng)、防滅火灌漿系統(tǒng)。
9、采區(qū)變電所必須有獨立的通風系統(tǒng)。
(二)回采工作面風向的分析
1、上行風和下行風的概念
上行風和下行風是指風流方向與煤層傾向的關系而言的。
(1)上行風：當采煤工作面進風巷道水平低于回風巷道水平時，采煤工作面的風流沿工作面的傾斜方向由下向上流動，稱上行風，也叫上行通風。
(2)下行風：當采煤工作面進風巷道水平高于回風巷道水平時，采煤工作面的風流沿工作面的傾斜方向由上向下流動，稱下行風，也叫下行通風。
圖2-6采煤工作面上行風和下行風
2、上行風與下行風的優(yōu)缺點分析
1)、上行風的主要優(yōu)點是：
(1) 瓦斯比空氣輕，有一定的上浮力，其自然流動的方向和上行風流的方向一致利于帶走瓦斯、較快地降低工作面的瓦斯?jié)舛?，在正常風速(大于0.5～0.8m/s)下，瓦斯分層流動和局部積聚的可能性較小。
(2) 采用上行風時，工作面運輸平巷中的運輸設備位于新鮮風流中，安全性較好。
(3) 工作面發(fā)生火災時，采用上行風在起火地點發(fā)生瓦斯爆炸的可能性比下行風要小些。
(4) 除淺礦井的夏季之外，采用上行風時，采區(qū)進風流和回風流之間產生的自然風壓和機械風壓的作用方向相同，對通風有利些。
2)、上行風的主要缺點是：
(1) 上行風流方向與運煤方向相反，易引起煤塵飛揚，使采煤工作面進風流及工作面風流中的煤塵濃度增大。
(2) 煤炭在運輸過程中所釋放出的瓦斯，披上行風流帶人工作面，使進風流和工作面風流中的瓦斯?jié)舛壬?，影響了工作面的安全衛(wèi)生條件。
(3) 采用上行鳳時，進風風流流經(jīng)的路線較長，風流溫度會由于壓縮和地溫加熱而升高;又加上運輸巷內設備運轉時所產生的熱量對風流的加熱作用，故上行風比下行風工作面的氣溫要高些。
3)、下行風的主要優(yōu)點是：
(1) 采煤工作面及其進風流中的煤塵、瓦斯?jié)舛认鄬^小些。
(2) 采煤工作面及其進風流中的空氣被加熱的程度較小。
(3) 下行風流方向與瓦斯自然流向相反，當風流保持足夠的風速時，就能對向上輕浮的瓦斯具有較強的擾動、混合能力、因此不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積聚的現(xiàn)象。
4)、下行風的主要缺點是：
(1) 采用下行風時，運輸設備在回風巷道中運轉，安全性鉸差。
(2) 工作面一旦起火，所產生的火風壓和下行風工作面的機械風壓作用方向相反，會使工作面的風量減少，瓦斯?jié)舛壬?，故下行風在起火地點引起瓦斯爆炸的可能性比上行風要大些，滅火工作困難一些。
(3) 除淺礦井的夏季之外，采用下行風時，采區(qū)進風流和回風流之間產生的自然風壓和機械風壓的作用方向相反，降低了礦井通風能力，而且一旦主要通風機停止運轉，工作面的下行風流就有停風或反風(或逆轉)的可能。
綜上所述，上行風和下行風各有利弊，但一般認為上行風稍優(yōu)于下行風，盡管國內外有些礦井為了降低工作面氣溫、減少工作面的瓦斯和煤塵濃度，采用了下行通風方式，并取得了較好的效果。例如前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)在工作面使用下行風后，工作面回風流中的瓦斯?jié)舛葴p少20～50%，工作面風流中的煤塵濃度減少10多倍，工作面的氣溫降低2～5℃，工作面產量提高50～100萬噸。盡管如此，各國的安全規(guī)程對下行風的使用目前仍采取謹?shù)釕B(tài)度。我國《煤礦安全規(guī)程》第115條規(guī)定：有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作面不得采用下行通風。
三、礦井通風設施
通風設施是控制礦井風流流動的各類設施的總稱。
(一)風橋
風橋是將兩股平面交叉的新、污風流隔成立體交叉的一種通風設施，污風從橋上通過，新風從橋下通過。
服務年限很長，通過風量大于20 m3/s的風橋，可用圖2-3-1所示的繞道式風橋，繞道須做在巖石中。服務年限較長，通過風量為1020 m3/s的風橋，可用圖2-3-2所示的混凝土或料石風橋，在以上兩類永久性風橋前后6m以內的巷道小，支架要加固，風橋兩端接口要嚴密.四周要固定在實幫和實頂?shù)字?，壁厚不小?.45m，風橋斷面不小于巷道斷面的五分之四，成流線型，坡度小于25º。服務年限短，通過風量小于10m/s的隨時風橋，可用圖2-3-3所示的鐵筒式風橋。鐵筒直徑不小于750mm，厚度不小于5mm，各類風橋都用不燃性材料建筑，漏風率不大于2 %，通風阻力不少于150 Pa，風速不大于10 m/s。
圖2-3-1 永久式風橋之一
圖2-3-2 永久式風橋之二
圖2-3-3 鐵風筒風橋
(二)密閉
在需要堵截風流和交通的巷道內，須設置密閉。按服務年限長短，密閉分為永久性和臨時性兩種。
對于永久性的密閉，其結構如圖2-3-4所示，需用不燃性材料(如磚、料石、水泥等)建筑，墻上部厚度不小于0.45m，下部不小于l m;密閉前后5m以內的巷道支護要完好，用防腐支架;無積煤，無片幫、冒頂;四周掏槽，在煤中槽深不小于1m，在巖石中不小于0.5m;墻面要嚴、抹平、刷白、不漏風。密閉內有涌水時，應在墻上裝設放水管以排出積水，放水管應制成U形，利用水封防止放水管漏風。
臨時性的密閉，由于服務期限短，可用木柱、木板、可塑性材料等建造。木板要用魚鱗式搭接，用黃泥、石灰抹面、無裂縫;基本不漏風;要設在幫頂良好處，四周要掏槽，在煤中槽深不小于0.5m，在巖石中不小于0.3m, 墻內外5m巷道內支護良好，用防腐支架，無積煤;墻外要設置柵欄和警標。
圖2-3-4 永久性密閉
(三)風門
在人員和車輛可以通行、風流不能通過的巷道中，至少要建立兩道風門，其間距要大于運輸工具長度，以便一道風門開啟時，另一道風門是關閉的。風門分為普通風門和自動風門。以行人為主、車輛運行不頻繁的地點，可用圖2-3-5所示的普通木制風門，這種風門的結構特點是門扇與門框呈斜面接觸，接觸處有可縮性襯墊，比較嚴密、結實，一股可使用1.5~2年。迎著風流方向用人力開啟，靠門內外的壓力差把門關緊;門框和門軸都要向關閉的方向斜80~85º，使風門能靠自重而關閉，門框下設門坎，過車的門坎要留有軌道穿過的槽縫;門墻兩幫和相頂?shù)锥家筒?，在煤中掏槽深度不小?.3m，在巖石中不小于0.2m，槽中要填實。門墻厚度不小于0.3m，門板要錯口接縫，木板厚不小于30mm，鐵板厚不小于2mm，通車巷道的門坎下部設擋風簾，通過電纜、水管或風管的孔口要堵嚴;風門前后5m內的巷道要支護好，無空幫和空頂;漏風率不大于2%。
圖2-3-5 普通木制風門結構
自動風門是借助各種動力實現(xiàn)開啟與關閉的一種風門。目前國內的自動風門常采用的動力驅動系統(tǒng)有三種方式，即壓氣驅動，液壓驅動和電力驅動。
第三節(jié) 煤礦主要災害事故防治知識
煤礦事故是指煤礦企業(yè)職工在生產勞動過程中，發(fā)生人身傷害、急性中毒等突然使人體組織受到損傷，或者某些器官失去正常機能，致使負傷機體立即中斷工作，甚至終止生命的事故。
一、礦塵事故及防治
(一)礦塵的危害
1、煤塵能燃燒與爆炸，使礦井遭到破壞，造成大量人員傷亡。
2、礦塵職業(yè)病，懸浮礦塵長期吸人人體，造成肺部組織纖維化病變，使肺部失去彈性，減弱或喪失呼吸能力，以致縮短生命，礦塵職業(yè)病又分為煤肺病、煤矽肺病和矽肺病。
3、污染勞動環(huán)境，影響作業(yè)人員視線和操作，易發(fā)生事故。
4、加速機械、電氣設備的損壞、，縮短精密儀器、儀表的使用壽命。
(二)礦塵防治措施要點
主要的要點：一是通風防塵;二是濕式作業(yè);三是凈化風流;四是《規(guī)程》規(guī)定的防塵措施。
(三)礦井綜合防塵措施
1、建立完善的防塵灑水管路系統(tǒng);
2、煤層注水;
3、噴霧灑水;
4、風流凈化;
5、放炮用水炮泥;
6、沖洗巷幫;
7、濕式打眼;
8、采空區(qū)灌水;
9、隔爆巖粉棚、水棚、灑巖粉;
10、刷白巷道;
11、個體防護;
12、巷道中的浮煤定期清除。
二、礦井火災事故及防治
(一)礦井火災事故的危害
井下發(fā)生火災后，產生大量的有害氣體;引起瓦斯、煤塵爆炸;產生火風壓;產生再生火源。
1、火災產生大量的有害氣體，如一氧化氮、二氧化硫等，嚴重威脅人員的生命安全。
2、引起瓦斯、煤塵爆炸。在有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井內，處理火災過程中易誘發(fā)爆炸事故，擴大災情及傷亡。
3、產生火風壓?；痫L壓是指火災產生的高溫煙流流經(jīng)有高差的井巷所產生的附加風壓?；痫L壓常造成風流紊亂，使某些井巷的風流方向產生逆轉現(xiàn)象，擴大受災范圍，容易使滅火人員陷入火區(qū)。
4、產生再生火源。熾熱含揮發(fā)性氣體的煙流與相接巷道新鮮風流交匯后燃燒，使火源下風側可能出現(xiàn)若干再生火源。煤炭資源大量被燒毀，損壞機械設備。
(二)礦井火災的預防
預防礦井火災的基本原則是“預防為主、消防并舉”。 預防主要從兩方面入手，一是防止失控的高溫熱源;二是盡量采用不燃或耐燃材料支護和不燃或難燃制品，同時防止可燃物的大量積存。
外因火災的預防措施：杜絕產生火源、設置防火門、設置消防器材和滅火設備、設置消防供水系統(tǒng)。
內因火災的預防措施：(1)減少各種發(fā)火隱患。 (2)掌握自然發(fā)火預兆，及時進行發(fā)火預測預報，把自然發(fā)火消滅在初始階段。(3)對采掘過程遺留下和各種發(fā)火隱患要及時處理，減少自然發(fā)火的幾率。
三、礦井水災事故及防治
礦井在建設和生產過程中，地面水和地下水會通過各種通道涌入礦井。為保證礦井正常建設與生產，必須采取各種措施防止水進入礦井或者將進入礦井的水排至地面，但當?shù)V井涌水超過正常排水能力或在采掘
(一)礦井水的危害
礦井水來源于地表水和地下水，其危害主要有：
1、井下巷道和采掘工作面出現(xiàn)淋水時，空氣潮濕，人易患風濕病。
2、礦井水腐蝕井下各種金屬設備、支架、軌道等。
3、如果發(fā)生了突水和透水，就可能淹沒采掘工作面或礦井，造成人員傷亡。
(二)礦井水災事故的預防措施
《煤礦安全規(guī)程》第252條規(guī)定：水文地質條件復雜的礦井，必須針對主要含水層(段)建立地下水動態(tài)觀測系統(tǒng)，進行地下水動態(tài)觀測、水害預報，并制定相應的“探、防、堵、截、排”綜合防治措施。一般來說，預防水害的預防措施可以概括為“探、防、堵、截、排”及“疏、放”等7個字。
探：即井巷探水;防：即井上下防水設施及防水措施;堵：即注漿堵住水口，或加固裂隙帶，充填溶改造含水層，加固底板度。截：即留設各種防水煤柱隔阻有害水源;排：即井下排水設施和排水能力;
疏：即疏水降壓或疏干有害含水層;放：即對老空區(qū)積水、可疑水源采取放水，或超前放出頂板水。
四、頂板事故及防治
在地下采掘過程中，由于礦山壓力的作用，頂板會垮落。如果頂板管理工作出現(xiàn)漏洞，則會發(fā)生頂板事故。
(一)礦井頂板事故的危害
1、一般會推垮支架、埋壓設備，造成停電、停風，給安全管理帶來困難，對安全不利。
2、如果是地質構造帶附近的冒頂事故，不僅給生產造成麻煩，而且有時會引起透水事故的發(fā)生。
3、在有瓦斯涌出區(qū)附近發(fā)生頂板事故將伴有瓦斯的突出，易造成瓦斯事故。
4、如果是采掘工作面發(fā)生頂板事故，一旦人員被堵或被埋，將造成人員傷亡。
(二)防止冒頂事故的措施
總的來說，一是要充分掌握頂板壓力分布及來壓規(guī)律，二是要采取有效的支護措施，三是要及時處理局部漏頂，四是要堅持敲幫問頂制度，五是特殊條件下要采取有針對性的安全措施。
五、運輸事故及防治
(一)礦井常見運輸事故主要原因
1、行人違章。如爬車、蹬車;列車運行時在巷道中間行走。
2、司機違章作業(yè)。違章頂車;推車人一人推一部以上車輛;推車人側向推車。
3、運輸管理不嚴密。巷道中雜物多、巷道變形未及時修復;缺少必要的阻車器、信號燈。
(二)礦井運輸事故預防措施
1、遵守運輸管理各項規(guī)章制度，嚴禁爬車、蹬車。
2、遵守人力推車規(guī)定。人力推車時，人員必須注意前方，在開始推車、發(fā)現(xiàn)前方有人或障礙物及接近道岔、彎道、巷道口、風門、硐室出口時，推車人必須發(fā)出信號;嚴禁放飛車;同方向推車時軌道坡度小于或等于5‰，兩車間距不得小于10米。坡度大于7‰時，嚴禁人力推車。
3、嚴格運輸管理。電機車司機必須持證上崗;嚴格執(zhí)行《操作規(guī)程》和《崗位責任制》;定期檢修機車及礦車。
4、巷道斷面按規(guī)定施工，礦井軌道按標準鋪設，加強維護。
5、在巷道中行走時，要走人行道，不要在軌道中間行走，不要隨意橫穿電機車軌道、絞車道，攜帶長件工具時，要注意避免碰傷他人和觸及架空線，當車輛接近時要立即進入躲避硐室暫避。
6、在橫穿大巷，通過彎道、交叉口時，要做到“一停、二看、三通過”;任何人都不能從立井和斜井的井底穿過;在兼作行人的斜巷內行走時，按照“行人不行車，行車不行人”的規(guī)定，不要與車輛同行。
7、釘有柵欄和掛有危險警告牌的地點十分危險，不能擅自進入;爆破作業(yè)經(jīng)常傷人，不可強行通過爆破警戒線、進入爆破警戒區(qū)。
8、路過有人正在工作的地方，一定要先打招呼，以免掉物碰人。
9、行走過程中，要隨時注意井巷里的各種信號，來往車輛路過，不要大聲說笑、吵架和打鬧。
(三)機車運輸事故及預防
1、機車運輸事故原因：機車運輸條件比斜巷優(yōu)越，但在平巷巷道中，敷設各種管路、電纜，設置風門等，對行車行人不利，更重要的是有些巷道變形失修，環(huán)境惡劣，加之司機違章操作，行人違章行走，易造成機車運輸事故。
2、 機車運輸事故防范措施
?、僬J真貫徹《煤礦安全規(guī)程》及操作規(guī)程的有關規(guī)定，開展技術培訓，提高司機及有關人員的技術水平與安全意識。
?、诩訌娤锏谰S修與管理，改善運輸環(huán)境條件，減少道路故障，保證車輛及人員暢通無阻。巷道內施工時要有防范措施。
?、蹤C車司機必須認真嚴格執(zhí)行崗位責任制度和交接班制度，嚴禁非司機操作。
④嚴禁扒車、跳車和坐礦車，嚴禁在機車上或兩車廂之間搭乘人員。
?、菁訌娫O備維修，保證機車在完好狀態(tài)下工作。
(四)斜井運輸事故及預防
1、傾斜井巷提升運輸事故。傾斜井巷的提升運輸是整個礦井運輸系統(tǒng)的重要組成部分，也是礦井安全生產的重要環(huán)節(jié)。斜巷的運輸環(huán)節(jié)多，戰(zhàn)線長，分布面廣，環(huán)境復雜多變，易導致各種運輸事故。
2、傾斜井巷提升運輸事故的防治措施。
(1)按規(guī)定設置可靠的防跑車裝置和跑車防護裝置，實現(xiàn)“一坡三擋”。
(2)傾斜井巷運輸用鋼絲繩連接裝置，在每次換繩時，必須用2倍于其最大靜荷重的拉力進行實驗。
(3)對鋼絲繩和連接裝置必須加強管理，設專人定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。
(4)礦車要設專人檢查。
(5)礦車之間的連接、礦車和鋼絲繩之間的連接必須使用不能自行脫落的裝置。
(6)嚴禁用不合格的物件代替有保險作用的插銷;嚴禁用不合格的物件代替“三環(huán)鏈”。
(7)斜井串車提升，嚴禁蹬鉤。做到“行車不行人，行人不行車”。
(8)斜井軌道和道岔質量要合格。
(9)斜井支護完好、軌道上無雜物。
(10)滾筒上鋼絲繩繩頭固定牢固。
(11)開展技術培訓，提高技術素質。
(12)加強安全生產管理，嚴格執(zhí)行規(guī)章制度。
六、煤礦瓦斯、煤塵爆炸知識及預防
(一)瓦斯爆炸的危害
礦內瓦斯爆炸的有害因素是，高溫、沖擊波和有害氣體。
1、高溫：焰面是巷道中運動著的化學反應區(qū)和高溫氣體，其速度大、溫度高。從焰面溫度可高達2150～2650 ℃，焰面經(jīng)過之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點燃而發(fā)生火災。
2、沖擊波：鋒面壓力由幾個大氣壓到20大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時可達100大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡、設備和通風設施損壞、巷道垮塌。沖擊包括：進程沖擊和回程沖擊。
3、有害氣體：井下發(fā)生瓦斯爆炸以后，將會產生大量的一氧化碳，如果有煤塵參與爆炸，CO的生成量更大?？諝庵械囊谎趸紳舛?，按體積計算達到0.4%時，人在短時間內就會中毒死亡。一氧化碳中毒是瓦斯爆炸造成人員傷亡的主要原因。
(二)瓦斯爆炸的主要參數(shù)
1、瓦斯的爆炸濃度
在正常的大氣環(huán)境中，瓦斯只在一定的濃度范圍內爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為5～6%，上限為14～16%。
瓦斯?jié)舛鹊陀诒ㄏ孪迺r，遇高溫火源并不爆炸，只能在火焰外圍形成穩(wěn)定的燃燒層，濃度高于爆炸上限時，在該混合氣體內不會爆炸，也不燃燒，如有新鮮空氣供給時，可以在混合氣體與空氣的接觸面上進行燃燒。
原因：可用前面鏈式反應理論解釋：若瓦斯?jié)舛鹊陀?%，氧化生成的熱量與分解的活化中心都不足，鏈式反應不能發(fā)展成為爆炸;若瓦斯?jié)舛雀哂?6%時，則氧的濃度不足，不但不能生成足夠的活化中心，而且因為瓦斯吸熱能力比空氣大，氧化生成的熱量同時被瓦斯和周圍介質所吸收，當然也不能發(fā)展成爆炸。
在正常空氣中瓦斯?jié)舛葹?.5%時，化學反應量完全，產生的溫度與壓力也最大。瓦斯?jié)舛?%～8%時最容易爆炸，這個濃度稱最優(yōu)爆炸濃度。
瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：
(1)、氧的濃度
正常大氣壓和常溫時，瓦斯爆炸濃度與氧濃度關系，如柯瓦德爆炸三角形所示。它的三個頂點B、C、E分別是甲院與空氣混合時的爆炸下限B(5%CH4,19.88%O2：)、上限C(15%CH4,17.79%02)和爆炸臨界點E。瓦斯爆炸界限隨著氧氣濃度的降低而縮小。氧濃度低于12%時，混合氣體就失去爆炸性。在封閉火區(qū)過程中，由于切斷了向火區(qū)供風，火區(qū)內瓦斯?jié)舛纫蚶^續(xù)有瓦期涌出和煙氣滲入而增大，氧氣濃度降低，當瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛人鶝Q定的坐標點落在BCE中，有爆炸危險。
(2)、其它可燃氣體
混合氣體中有兩種以上可燃氣體同時存在時，其爆炸界限決定于各可燃氣體的爆炸界限和它們的濃度。
如果混入的其它可燃性氣體下限比瓦斯的下限低，那么混合氣體的爆炸下限也就比瓦斯單獨存在時低，爆炸上限也是如此。由表可以看出：這些可燃性氣體的混入都能使爆炸界限擴大。所以，井下發(fā)生火災，產生其它可燃性氣體時，即使平時瓦斯涌出量不大的礦井也有發(fā)生爆炸的可能性，同樣提高警惕。
(3)、煤塵 ----煙煤煤塵具有爆炸性，300～400度時就能從煤塵內揮發(fā)出可燃性氣體，從而使瓦斯的爆炸下限降低，爆炸的危險性增加。
(4)、空氣壓力 ----爆炸前的初始壓力對瓦斯爆炸上限有很大影響?？杀詺怏w壓力增高，使其分子間距更為接近，碰撞幾率增高。因此使燃燒反應易進行，爆炸極限范圍擴大 。
(5)、惰性氣體----使氧氣濃度降低，并阻礙活化中心的形成，可以降低瓦斯爆炸的危險性。
2、瓦斯的最低點燃溫度和最小點燃能量
點燃瓦斯所需的最低溫度稱為最小點燃溫度，所需的最小點燃能量稱為最小點燃能量。在正常大氣條件下，瓦斯在空氣中的點燃溫度為650～750攝氐度，絕熱壓縮時565℃，最低點燃能量0.28mJ。
瓦斯的最低點燃溫度和量小點燃能量決定于空氣中的瓦斯?jié)舛?、初壓、火源的能量及其放出強度和作用時間。壓力越大，點燃溫度越低。
最低點燃溫度是重要的安全技木參數(shù)之一，它不僅決定了在什么樣的爆炸混合氣體內，使用什么型號的防爆電氣設備;而且還決定了爆炸危險環(huán)境中設備的允許溫升。
3、瓦斯的引火延遲性
瓦斯與高溫熱源接觸后，不是立即燃燒或爆炸，而是要經(jīng)過一個很短的間隔時間，這種現(xiàn)象叫引火延遲性，間隔的這段時間稱感應期，感應期的長短與瓦斯的濃度、火源溫度和火源性質有關，而且瓦斯燃燒的感應期總是小于爆炸的感應期。
瓦斯爆炸的感應期，對煤礦安全生產意義很大。在井下高溫熱源是不可避免的，但關鍵是控制其存在時間在感應期內。例如，使用安全炸藥爆炸時，其初溫能達到2000℃左右，但高溫存在時間只有10-6～10-7s，都小于瓦斯的爆炸感應期，所以不會引起瓦斯爆炸。
4、煤礦井下瓦斯爆炸事故原因分析
(1)火源
井下的一切高溫熱源——電氣、放炮、摩擦、靜電，但主要火源是放炮和機電火花。隨著煤礦機械化程度的提高，摩擦火花引燃瓦斯的事故逐漸增多。
(2)發(fā)生地點
煤礦任何地點都有發(fā)生爆炸的可能性，但大部分爆炸事故發(fā)生在采、掘工作面。掘進工作面占80%～90%，采煤工作面占10%～20%
采煤工作面發(fā)生地點上隅角、采煤機切割機附近。
國內外的統(tǒng)計資料表明，低瓦斯礦井，由于通風、放炮和機電設備管理不嚴格，爆炸事故有可能比高瓦斯涌出量礦井嚴重。
分析爆炸事故的原因還表明，絕大多數(shù)爆炸事故是管理上疏忽和人為違反安全規(guī)程，以及缺少應有的紀律與責任的結果。
5、預防瓦斯爆炸的措施
瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：瓦斯的濃度在爆炸范圍內;高于最低點燃能量的熱源存在的時間大于瓦斯的引火感應期;瓦斯-空氣混合氣體中的氧氣濃度大于12%。后一條件在生產井巷中是始終具備的，所以預防瓦斯爆炸的措施，就是防止瓦斯的積聚和杜絕或限制高溫熱源的出現(xiàn)。
(1)防止瓦斯積聚
搞好通風 ;及時處理局部積存的瓦斯;抽放瓦斯;經(jīng)常檢查瓦斯?jié)舛群屯L狀況。
(2)防止瓦斯引燃
防止瓦斯引燃的原則，是對一切非生產必需的熱源，要堅決禁絕。生產中可能發(fā)生的熱源，必須嚴加管理和控制，防止它的發(fā)生或限定其引燃瓦斯的能力。
(3)防止瓦斯爆炸災害事故擴大的措施。
萬一發(fā)生爆炸，應使災害波及范圍局限在盡可能小的區(qū)域內，以減少損失，為此應該：
?、倬幹浦苊艿念A防和處理瓦斯爆炸事故計劃，并對有關人員貫徹這個計劃。
?、趯嵭蟹謪^(qū)通風。各水平、各采區(qū)都必須布置單獨的回風道，采掘工作面都應采用獨立通風。這樣一條通風系統(tǒng)的破壞將不致影響其他區(qū)域。
③通風系統(tǒng)簡單。應保證當發(fā)生瓦斯爆炸事故時入風流與回風流不回發(fā)生短路。
?、苎b有主要通風機的出風井口，應安裝防爆門或防爆井蓋，防止爆炸波沖毀通風機，影響救災與恢復通風。
?、莘乐姑簤m事故的隔爆措施，同樣也適用于防止瓦斯爆炸。
(三)煤塵爆炸的條件
煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性;煤塵必須懸浮于空氣中，并達到一定濃度;存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。
(四)預防煤塵爆炸的措施
預防煤塵爆炸的技術措施主要包括減、降塵措施，防止煤塵引燃措施及隔絕煤塵爆炸措施等三個方面。其中隔絕煤塵爆炸措施可以采用
1.清除落塵
2.撒布巖粉
3.設置水棚
4.設置巖粉棚
5.設置自動隔爆棚。
七、井下各種氣體的危害及預防知識
(一)氧氣(O2)
氧氣是一種無色、無味、無嗅的氣體。相對空氣的比重是1.11。氧是非?；顫姷脑?，幾乎能和所有氣體化合，能助燃和供人呼吸。人體對氧的需要是隨人的體質強弱及勞動強度大小而定。當人休息時，需氧量不小于0.25L/min，行走勞動時，需氧量為1～3L/min，空氣中含氧量減少對人體的危害程度如表1-2所示。
《規(guī)程》規(guī)定：采掘工作面的進風流中氧氣不低于20%。礦井空氣中氧氣減少的原因有：坑木、煤炭及有機物的氧化，井下火災、煤炭自燃、瓦斯煤塵爆炸、人的呼吸、井巷排出瓦斯沖淡氧氣濃度等。
表1-2 人體在不同濃度氧氣中的反應
氧氣的濃度/%人的反應
17靜止無影響，但工作時引起喘息，呼吸困難及脈搏跳動急促，感覺及判斷能力減弱
15 失去勞動能力
10～12 失去理智，時間稍長即有生命危險
6～9 失去知覺，呼吸停止，幾分鐘內心臟尚能跳動，不進行急救會導致死亡
在通風不良的巷道內，火區(qū)附近巷道內，采空區(qū)的廢巷內，大量涌出瓦斯的巷道以及停風的獨頭巷道內，氧氣的濃度都可能很低，如果冒然進入，有造成窒息死亡的危險。
(二)二氧化碳(CO2)
二氧化碳是無色、略帶酸味的氣體，相對空氣的比重為1.52，容易聚集在巷道底部或下山盲巷或下山盲巷沒有風流的地方，不助燃，不能供呼吸，易溶于水。
二氧化碳對人的呼吸有刺激作用，當人體內二氧化碳增多時，能刺激人體呼吸神經(jīng)中樞，引起呼吸頻繁，使人的需氧量增加。井下空氣中的二氧化碳濃度增大時，會使空氣中氧含量相對減少，甚至使人窒息。二氧化碳對人體的影響如表1-3所示。
為了預防二氧化碳的危害，《規(guī)程》》規(guī)定：采掘工作面進風流中二氧化碳濃度不超過0.5%;在采掘工作面風流中、在采掘工作面回風流中，二氧化碳濃度不得超過1.5%，在總回風流中二氧化碳濃度不得超過0.75%。井下二氧化碳的來源有：從煤層(巖層)涌出;爆破工作面炸藥爆炸;瓦斯煤塵爆炸;煤和坑木氧化;煤炭自燃以及作業(yè)人員呼出二氧化碳等。個別礦井還發(fā)生煤與二氧化碳突出。搞好通風和加強二氧化碳檢查是防止二氧化碳危害的主要措施。
表1-3 人體在不同濃度二氧化碳中的反應
空氣中二氧化碳濃度/%人體的反應
1呼吸感到急促
3呼吸量增加2倍，并很快發(fā)生疲勞
5呼吸感到困難，耳鳴，血液流動加快
6發(fā)生嚴重喘息，極度虛弱無力
10頭暈，處于昏迷狀態(tài)
10～20呼吸處于停頓狀態(tài)，失去知覺
20～25窒息
(三)氮氣(N2)
氮氣是一種無色、無味、無嗅的氣體，相對空氣的比重為0.97，不助燃。礦井內空氣中氮氣含量增加，會使氧氣含量相對減少，以致使人窒息死亡。多余的氮氣可削弱瓦斯的爆炸性和煤炭自燃，但高溫下能與氧化合成有毒的二氧化碳。煤礦井下有機物腐爛，爆破作業(yè)以及煤和圍巖層的裂隙中放出氮氣，會增加礦井內氮氣含量。減少井下氮氣濃度的方法是加強通風。
(四)一氧化碳(CO)
一氧化碳是一種無色、無味、無嗅的氣體，不用專門儀器檢查不易察覺。相對空氣的比重是0.97，幾乎能均勻擴散在空氣中。一氧化碳微溶于水，能燃燒，當體積濃度達到13%～75%時可能爆炸。
一氧化碳是一種毒性極大的氣體，在煤礦井下各種中毒事故中，一氧化碳中毒所占比重較大。一氧化碳與人體血液中血紅蛋白的結合能力比氧大250～300倍。因此，當空氣中含有一定濃度的一氧化碳時，人體吸入后使血液的輸氧工作迅速減弱或停止，引起缺氧窒息或死亡。一氧化碳對人體的影響如表1-4所示。
表1-4 人體在不同濃度一氧化碳中的反應
一氧化碳濃度/%人體的反應
0.02連續(xù)呼吸2 h～3 h，輕微頭痛
0.04連續(xù)呼吸1 h～2 h，眩暈，頭痛
0.08連續(xù)呼吸45min， 耳鳴，頭痛，心跳
0.16連續(xù)呼吸0.5 h～2 h，四肢無力，嘔吐，感覺遲鈍
0.32連續(xù)呼吸20 min～30 min，喪失知覺，呼吸停頓，以致死亡
1.281 min～3 min死亡
由于一氧化碳的毒性極強，《規(guī)程》規(guī)定井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過0.0024%。井下一氧化碳的主要來源是：井下火災、煤炭自燃、瓦斯與煤塵爆炸及爆破。
(五)硫化氫(H2S)
硫化氫是一種無色氣體，具有臭雞蛋及微甜味，當空氣中硫化氫的濃度為0.0001%～0.0002%時，可以明顯感到它的臭味。硫化氫相對空氣的比重為1.9，易溶于水，在常溫下1個體積的水能溶解2.5個體積的硫化氫。硫化氫能燃燒，當它在空氣中含量為4.3%～4.5%時能爆炸。硫化氫毒性大，能使人體血液中毒，它對人體的影響如表1-5所示。
表1-5 人體在不同濃度硫化氫中的反應
硫化氫濃度/%人體的反應
0.01數(shù)小時后發(fā)生輕度中毒，流唾液，流鼻涕，呼吸困難，頭暈
0.021h后昏迷頭痛，嘔吐，四肢無力，神智不清
0.0530nin至1h失去知覺，臉色發(fā)白，窒息，不急救便死亡
0.07有死亡危險
0.10幾分鐘即可死亡
由于硫化氫毒性極大，《規(guī)程》規(guī)定井下空氣中硫化氫的濃度不得超過0.00066%。井下硫化氫的主要來源：少數(shù)含硫化氫的煤層或巖層局部地段放出硫化氫;含硫煤炭自燃時生成硫化氫;含硫煤塵爆炸;硫化礦物水解;有機物腐爛;老窯水、舊巷積水內含有的硫化氫等。
(六)二氧化氮(NO2)
二氧化氮是一種褐紅色氣體，有窒息性氣味，相對空氣的比重為1.59，易溶于水生成腐蝕性很強的硝酸。它劇毒，對人的眼、鼻，呼吸道和肺部組織有強烈的腐蝕作用，以致破壞肺部組織引起肺水腫。二氧化碳中毒的特點是起初無感覺，即便在危險濃度下，起初只感覺呼吸道受刺激，咳嗽，但經(jīng)過6h～24h后，就會產生嚴重的支氣管炎，呼吸困難，吐黃痰，發(fā)生肺水腫，嘔吐，以致很快死亡。二氧化氮對人體的影響如表1-6所示。
表1-6 人體在不同濃度二氧化氮中的反應
二氧化氮濃度/%人體的反應
0.004經(jīng)過2h～4h引起中毒現(xiàn)象——咳嗽
0.006短時間內對呼吸道有刺激作用，咳嗽，胸痛
0.01短時間內出現(xiàn)劇烈咳嗽，聲帶痙攣收縮，嘔吐，神經(jīng)系統(tǒng)麻木
0.025短時間內死亡
由于二氧化氮劇毒，因此《規(guī)程》規(guī)定：井下空氣中二氧化氮濃度不超過0.00025%。煤礦井下二氧化氮主要來源于爆破作業(yè)。
(七)二氧化硫(SO2)
二氧化硫是一種無色氣體，具有強烈的硫磺氣味及酸味，對眼睛有刺激作用。二氧化硫相對空氣的比重為2.22，易積聚于巷道底部，易溶于水。它與呼吸道濕潤表皮接觸后能產生硫酸，對呼吸器官有腐蝕作用，易使支氣管發(fā)炎，呼吸麻痹，嚴重時可引起肺水腫。二氧化硫對人體的影響如表1-7所示。
表1-7 人體在不同濃度二氧化硫中的反應
二氧化硫濃度/%人體的反應
0.0005嗅覺器官感到刺激
0.002強烈地刺激眼睛和呼吸器官，眼紅，流淚咳嗽，頭痛，喉痛
0.05引起急性支氣管炎，肺氣腫，短期內會中毒死亡
《規(guī)程》規(guī)定：礦井內空氣二氧化硫濃度不得超過0.0005%。二氧化硫的主要來源是：含硫煤的自然發(fā)火;在含硫煤中進行爆破工作和含硫煤塵爆炸;硫化礦物緩慢氧化。
(八)氨氣(NH3)
氨是無色，有濃烈臭味的氣體，相對空氣的比重為0.60，易溶于水，有爆炸性(爆炸界限為16%～27%)。氨對人的皮膚和呼吸系統(tǒng)有刺激作用，能引起咳嗽，流淚，頭暈，聲帶水腫，重者會暈迷，痙攣，心力衰竭，以致死亡。氨氣來源于爆破，用水熄滅燃著的煤炭生成氨，部分巖層中也有氨氣涌出。為防止氨氣事故，《規(guī)程》規(guī)定：氨氣的最高允許濃度為0.004%。
