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1、第五節 掘進安全工作,井 巷 工 程,一、預防瓦斯爆炸(一)瓦斯爆炸機理 1.瓦斯爆炸的機理 瓦斯爆炸的實質就是一定濃度的瓦斯與空氣中的氧氣在一定溫度作用下產生的劇烈氧化反應，其反應過程十分復雜，化學反應式的最終結果是：在純氧中為 CH4+2O2=CO2+2H20+882.6kJmol 在空氣中為 CH4+2(O2+4N2)=CO2+2H20+8N2+882.6kJmo1 上述反應均為放熱反應，當反應生成熱的速度,第七章巷道掘進,2023-11-29,2,第五節 掘進安全工作,大于散熱速度時，則熱量積聚，反應物的溫度升高，氧化進一步加快，使氣體受熱迅速膨脹，最后形成爆炸。如果參與反應的瓦斯濃度2、低或氧氣不足，生成熱的速度小于散熱速度時，就不會形成爆炸。2.瓦斯爆炸條件 瓦斯爆炸必須同時具備三個條件，即適宜的瓦斯濃度、高溫火源和足夠的氧含量，三者缺一不可。若能消除、控制其中一個條件，即可防止瓦斯爆炸。(1)瓦斯濃度,第七章巷道掘進,2023-11-29,3,第五節 掘進安全工作,瓦斯濃度是指瓦斯在空氣中按體積計算占有的比率，以百分比表示。瓦斯濃度與煤層瓦斯含量是兩個完全不同的概念，不可混淆。瓦斯爆炸界限是指在空氣中瓦斯遇高溫火源能引起爆炸的濃度范圍。瓦斯能發生爆炸的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限。試驗證明，瓦斯的爆炸下限為5%6%，上限為14%1 6%，而當瓦斯濃度為9.13、%9.5%時，爆炸最猛烈。上述結論說明，瓦斯只有在一定的濃度范圍內才有爆炸性。,第七章巷道掘進,2023-11-29,4,第五節 掘進安全工作,(2)高溫火源 點燃瓦斯所需要的最低溫度稱為點燃溫度。在正常大氣條件下，瓦斯在空氣中的點燃溫度為650750。點燃溫度受瓦斯濃度、氣體壓力、溫度與火源性質等因素的影響。點燃溫度與瓦斯濃度的關系見表726。從表726可以看出，瓦斯最容易點燃的濃度為7%8%。,第七章巷道掘進,2023-11-29,5,第五節 掘進安全工作,表726 點燃溫度與瓦斯濃度的關系,明火、煤炭自燃、電氣火花、熾熱的金屬表面、吸煙，甚至撞擊或摩擦產生的火花等煤礦井下所能遇到的大多數4、火源都足以點燃瓦斯。然而使用安全炸藥進行爆破時，炸藥爆炸初溫雖可高達2000左右，但在絕大多數情況下不會引起瓦斯的燃燒與爆炸。這是因為人們在制造安全炸藥時利用了瓦斯點燃所具有的一個重要性質，即瓦斯的引火延遲性。瓦斯的引火延遲性是指達到爆炸濃度的瓦斯與高溫火源接觸時，并不立即發生燃燒或爆炸，而是稍微延遲的現象稱為瓦斯的引火延遲性。使用安全炸藥,進行爆破時，雖然炸藥爆炸初溫司達2000左右，但火焰存在的時間僅為千分之幾秒，小于瓦斯爆炸的感應期，故不會引起瓦斯爆炸。(3)足夠的含氧量 瓦斯爆炸就是瓦斯的急劇氧化，沒有足夠的氧氣，瓦斯就不能爆炸。大量實驗也證明，瓦斯爆炸的界限隨氧濃度的下降而縮小。當氧5、濃度降低時，瓦斯爆炸下限緩慢地升高，而上限迅速下降。當氧濃度低于12%時，瓦斯與空氣的混合氣體就失去了爆炸性。在瓦斯與空氣的混合氣體中，瓦斯的爆炸,界限與氧濃度的關系如圖7-118所示。三角形BCE為爆炸區。,圖7118 瓦斯空氣混合氣體爆炸與氧濃度的關系,綜上所述，在一般情況下瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯(5%16%)；高溫火源(650750)和足夠的氧氣(12%以上)。這三個條件必須同時具備，瓦斯才能爆炸。(二)預防瓦斯爆炸的措施 掘進工作面發生瓦斯爆炸的原因有：(1)掘進巷道多數位于煤層的新開拓區，瓦斯涌出量較大。(2)局部通風管理難度較大，容易出現失誤或管理不善，如局部通風機因故停6、轉或風筒漏風太,大，致使風量不足或風速過低等原因不能有效地將掘進工作面附近及巷道內的瓦斯沖淡排出，導致瓦斯積聚達到爆炸濃度。(3)煤巷掘進多用電鉆打眼、爆破，出現機電設備失爆和爆破不合規定產生引爆火源的可能性較多。大多數煤礦職工在長期的生產實踐中，積累了豐富的預防瓦斯爆炸事故的經驗，產生了許多行之有效的措施，歸納起來主要有三個方面：防止瓦斯積聚、防止瓦斯引燃和防止瓦斯爆炸事故范圍擴大。,1.防止瓦斯積聚(1)加強通風 礦井通風的基本任務之一就是把瓦斯等有害氣體及粉塵稀釋到安全濃度以下，并排至礦井以外。所以，加強通風既是防止瓦斯積聚的基本方法，也是主要措施。(2)加強瓦斯檢查 加強對瓦斯濃度和通7、風情況的檢查，是及時發現和處理瓦斯超限、瓦斯積聚和防止發生瓦斯爆炸事故的前提。瓦斯檢查人員必須按煤礦安全規,程規定要求檢查瓦斯和二氧化碳濃度，嚴禁空班漏撿，必須嚴格執行瓦斯巡回檢查制度和請示報告制度，并認真填寫瓦斯檢查班報。每次檢查瓦斯的結果必須記入瓦斯檢查班報手冊和檢查地點的記錄牌上，并通知現場工作人員。(3)抽放瓦斯 抽放瓦斯是瓦斯涌出量大的礦井或采區防止瓦斯積聚的有效措施。(4)及時處理局部積聚的瓦斯 生產過程中瓦斯容易積聚的地點有：采煤工作,面的上隅角和采空區邊界，采煤工作面的采煤機附近，頂板冒落的空洞內，低風速巷道的頂板附近以及停風的盲巷中。及時處理這些地區局部積聚的瓦斯，是礦井日常8、瓦斯管理工作的重要內容。2.防止瓦斯引燃 井下引起瓦斯爆炸的引火源主要是機電設備的電弧、火花和熾熱體，以及明火、爆破等。防止瓦斯引燃的原則就是杜絕一切火源。爆破前應檢查工作面附近20m的瓦斯濃度，超過1%就不能爆破；在瓦斯礦井爆破必須使用煤礦許,用炸藥；爆破時，掘進工作面不得有阻塞斷面13以上的物體，以免造成沖擊波的反射；變質炸藥，發爆能不足的雷管應禁止使用；炮眼必須進行良好的填塞后才準爆破。3.防止瓦斯災害事故的擴大 煤礦生產過程中，認真采取防治瓦斯積聚和引燃的措施，瓦斯爆炸事故是可以避免的。但如放松警惕，稍加忽視，還有發生事故的可能牲。一旦某些地點發生爆炸，應使其限制在局部地區，盡可能縮小9、波及范圍。為此，應有以下措施：,(1)實行分區通風。各水平、各采區和各工作面應有獨立的進、回風系統；(2)通風系統力求簡單，不用的巷道都要及時封閉；(3)裝有通風機的井口，必須設置防爆門，以防止發生爆炸時，爆炸波沖毀通風機，造成救災和恢復生產時的困難；(4)設置水棚、巖粉棚、巖粉帶，阻止瓦斯爆炸或由于煤塵參與爆炸而波及其他地點；(5)編制周密的預防與處理瓦斯爆炸事故的計,劃。二、煤塵爆炸及其預防(一)煤塵爆炸機理和特征 1.煤塵爆炸機理 煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與煤塵急劇氧化的反應過程，是一種非常復雜的鏈式反應，一般認為其爆炸機理及過程如下：(1)煤本身是可燃物質，10、當它以粉末狀態存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大,增強，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；(2)當溫度達到300400時，煤的干餾現象急劇增強，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1左右的其他碳氫化合物；(3)形成的可燃氣體與空氣混合，在高溫作用下吸收能量，在塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心，當活化中心的能量達到一定程度后，鏈反應過程開始，游離基迅速增加，發生了塵粒的閃燃；(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并,使之參與鏈反應，導致燃燒過程急劇地循環進行，當燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數百米后，煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉變為爆炸。2.煤塵爆11、炸特征(1)形成高溫、高壓、沖擊波。煤塵爆炸火焰溫度為16001900，爆源的溫度達到2000以上，這是煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續爆炸時，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的57倍。煤塵爆炸產生的火焰速度可達,1120ms，沖擊波速度為2340ms。(2)煤塵爆炸具有連續性。由于煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導致新的爆炸，形成連續爆炸，這是煤塵爆炸的重要特征。(3)煤塵爆炸的感應期。煤塵爆炸也有一個感應期，即煤塵受熱分解產生足夠數量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。(4)對于氣煤、肥煤、焦煤等粘結性煤12、的煤塵，一旦發生爆炸，一部分煤塵會被焦化，粘結在,一起，沉積于支架或巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產物一焦炭皮渣或粘塊，統稱“粘焦”。“粘焦”也是判斷井下發生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標志。(5)產生大量的C0。煤塵爆炸時產生的C0，在災區氣體中濃度可達2%3%，甚至高達到8%左右，爆炸事故中受害者的大多數(70%80%)是由于CO中毒造成的。(二)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，并達到一定的濃度；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源。1.煤塵本身具有爆炸性 煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險性必須經過試驗確定。煤礦安全規程13、規定：新礦井的地質精查報告中，必須有各煤層的煤塵爆炸性鑒定材料。生產礦井每延深一個新水平，由礦務局組織一次煤塵爆炸性試驗工作。2.煤塵必須浮游在空氣中，并具有一定的濃度 井下空氣中只有懸浮的煤塵達到一定濃度時，,才可能引起爆炸，單位體積中能夠發生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱為下限濃度和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及試驗條件等有關。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為3050gm3，上限濃度為10002000gm3。其中爆炸力最強的濃度范圍為300500gm3。3.點燃煤塵的熾熱火源 煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著14、煤塵特,性、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在6101050之間，一般為700800。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達到，如爆破火焰、電氣火花、機械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災等。根據統計資料，由于爆破和機電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數的45%和35%。煤塵爆炸必須同時具備以上三個條件，缺一都不可能引起煤塵爆炸。(三)預防煤塵爆炸的措施,預防煤塵爆炸的措施，可分為降塵措施，防止引燃措施和限制爆炸傳播措施。l.降塵措施 防塵防爆最主要最積極的措施是設法減少生產中煤塵的產生量和浮塵量，具體措施有：(1)煤層注水 即回采前預先在煤層中打若于鉆孔，通過鉆孔以0.507l.15、01MPa或更高壓力向煤層注水，使壓力水沿煤層層理、節理和裂隙滲入煤層預濕煤體，以減少開采時煤塵產生量。實踐證明，煤層注水是防,塵最積極的措施，煤層注水后一般可降塵60%90%。(2)水封爆破和水炮泥 水封爆破和水炮泥是借炸藥爆破時產生的壓力將水注入煤層的一種降塵方法。水在爆破壓力的作用下，不僅可滲到煤層中，有助于提高爆破效果，而且爆破時水的汽化更能提高降塵效果。圖7-119、120為水封爆破布置示意圖。在炮眼內的炸藥(用炮泥隔水)和炮眼口的炮泥之間的空問，插入細注水管注水。注滿后抽出細注水管并將炮泥上的小孔堵塞。使用的水壓應不致沖,圖7119 水炮泥填塞方法,第一節鉆眼爆破,圖7-120 水16、封爆破和水炮泥l炸藥；2炮泥；3水；4細注水管；5進水管,毀炸藥或炮泥。水炮泥是利用一個或幾個盛水的塑料袋放在炮眼中代替炮泥。這種水炮泥不但減少點燃瓦斯的可能性，而且也降低了炸藥爆燃的可能性。經過試驗,比較，應用水炮泥可降塵60%以上，降低炮煙量70%，空氣中有害氣體量下降37%46%。(3)降低浮塵和清掃落塵 在井下集中產生煤塵的地點進行噴霧灑水，是捕獲浮塵和濕潤落塵的有效降塵措施。噴霧灑水簡單方便，而且是有效的措施，降塵率一般可達30%60%。在此基礎上，定期清掃、沖洗和刷漿巷道壁或支架上的落塵，以保持噴霧灑水的降塵效果。其他如濕式鑿巖、采用合理風速、采用特殊的捕塵器捕塵以及風流凈化等措施17、。,2.防止煤塵引燃措施 防止煤塵引燃措施和防止瓦斯引燃措施基本相同。3.防爆隔爆技術措施 開采有煤塵爆炸危險煤層的礦井，必須有預防和隔絕煤塵爆炸的措施。礦井的兩翼、相鄰的采區、相鄰的煤層、相鄰的采煤工作面間，煤層掘進巷道同與其相連的巷道間，煤倉同與其相連通的巷道間，采用獨立通風并有煤塵爆炸危險的其他地點同與其相連通的巷道間，必須用水棚或巖粉棚隔開。,必須及時清除巷道中的浮煤，清掃或沖洗沉積煤塵，定期撒布巖粉；應定期對主要大巷刷漿。,復習思考題 1.巖巷掘進時對鉆眼爆破工作有何要求?2.掘進工作面的炮眼，按其用途和位置可分為哪三類？其位置、作用、布置原則是什么？3.巖巷爆破有哪幾種掏槽方式?各18、自的優缺點及運用條件是什么?4.分析楔形掏槽和直眼掏槽的區別?5.什么叫裝藥系數?對于不同類型的炮眼為何采用不同的裝藥系數?6.簡述各爆破參數的含義。炮眼深度應根據哪,些因素來選擇?如何確定炮眼數目？7.單位炸藥消耗量q與哪些因素有關?為什么要用定額來控制裝藥量?8.何為光面爆破？光爆的標準有哪些？光爆優點體現在哪些方面？9.爆破圖表應包括哪幾部分內容?怎樣才算是一個好的爆破圖表?10.應如何保證正確的巖巷掘進方向及坡度?11.有哪幾種掘進通風方式?對局部通風機的布置位置有何具體要求?對風筒有何具體要求?,12.巷道掘進礦塵的來源有哪些？礦塵有哪些危害？對井下粉塵含量的限值有何規定?有哪些降塵、防塵措施?為什么要綜合防塵？13.國內有哪幾種巖巷裝載機?簡述各自的優缺點及適用條件。14.提高裝巖生產率的途徑有哪些?15.掘進工作中的調車方法和使用特點有哪些？常用調車器有哪些？專用轉載設備有哪些？16.國內所用的巖巷機械化作業線有哪幾種典型類別？適用何種條件？,17.巖巷掘進機的優點及目前存在的問題？18.簡述煤塵爆炸的機理和預防措施。19.掘進工作面發生瓦斯爆炸的原因有哪些?預防瓦斯爆炸事故的措施有哪些?20.如何預防由于爆破引起的瓦斯爆炸?,