煤矿井下爆破作业环境及对策在煤矿井下回采和掘.pptx

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1、 二、瓦斯爆炸条件 瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中的氧在一定温度下产生的激烈氧化反应，其化学反应方程式如下：CH4+2O2CO2+2H2 O+0.83MJmol 实际瓦斯爆炸时伴生大量的有害气体，爆炸后的空气中氧气含量仅为610、氮气为8288、二氧化碳为48、一氧化碳为24。瓦斯爆炸时产生高温、高压气体，并形成冲击波，会造成设备毁坏、巷道冲垮和大量人员伤亡，特别是一氧化碳气体会造成大量井下人员中毒死亡。瓦斯爆炸必须具备三个条件：即一定浓度的甲烷、一定温度的引火源和一定浓度的氧气。1.瓦斯爆炸具有一定的浓度范围 正常条件下弱火源为515；强火源为275。在新鲜空气中瓦斯爆炸的下

2、限一般为56，当瓦斯浓度低于5时遇普通火源不爆炸，只能在火焰外围形成稳定的燃烧层；瓦斯浓度高于16时，混合气体遇到火不燃烧、不爆炸，当其遇到新鲜空气时，可以在高浓度瓦斯与新风界面上被点燃并形成稳定的火焰；当空气中甲烷浓度为9.5和含氧量为19时，正是瓦斯完全燃烧所需要的氧量，在该种条件下瓦斯极易引爆，而且爆炸威力最大。第1页/共16页 2.瓦斯爆炸的第二个条件是高温火源的存在。瓦斯的引火温度一般为650750。炸药的爆燃和爆炸时的高温、高压的爆炸产物等都有可能引燃瓦斯。但由于瓦斯引燃的热链式反应需要一定的时间过程，因此达到爆炸浓度的瓦斯遇到高温火源并不能立即发生爆炸。这种需要延迟一个很短时间才

3、爆炸的现象称为引火延迟现象，其引火延迟时间称为感应期。感应期的长短与瓦斯浓度、引火温度和压力有关。虽然瓦斯爆炸的感应期很短，但对煤矿安全却有着重要作用。爆炸气体产物的温度可达到2000以上，但这一温度的持续时间极短，通常在毫秒或微秒量级，小于瓦斯爆炸的感应期，所以，采取适当控制措施就不会引起瓦斯爆炸事故。第2页/共16页 3 瓦斯爆炸的第三个条件是一定浓度的氧气。爆炸发生要求的条件是氧含量大于12，而在正常通风风流中氧气的浓度通常都大于20。大量试验证明，瓦斯爆炸的界限随混合气体中氧的浓度的降低而缩小。当氧的浓度降低到12以下时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，遇火也不会爆炸。三、爆破引爆瓦斯的原因

4、 (1)炸药爆生气体产物的直接作用。炸药爆炸生成的高温、高压气体在高速膨胀过程中，由于扩散和渗透作用，逐渐与瓦斯空气混合气体相作用。经过若干时间，在膨胀产物的前部形成爆炸产物与瓦斯空气混合的可燃性混合物，如果混合物的温度高于瓦斯爆发点，并且存在的时间超过感应期，就会产生火焰引爆瓦斯。若爆炸产物内含有剩余的氧、氮氧化物、过氧化物和一氧化碳等成分时，还会降低瓦斯发火下限，并加速瓦斯的氧化反应，使发火的可能性增大。因此，煤矿安全炸药应按零氧平衡配制，以减少爆炸产物中的氧或过氧化物。炸药爆炸的爆温和爆热愈大，引燃瓦斯的可能性也愈大。煤矿安全炸药应根据所要求的安全等级对爆温和爆热加以限制。第3页/共16

5、页 (2)炸药爆破过程中炽热固体颗粒的作用。当炸药爆炸产物中的炽热固体产物或当爆炸不完全使一部分尚未分解或正处于燃烧的炸药颗粒从炮孔中飞出落人瓦斯空气的混合气体中时，接触时间超过感应期就能使其发火燃烧。因此，要求煤矿安全炸药必须具有良好的反应性能和完全爆轰性能，以保证炸药能完全爆轰，而且爆轰产物全部都是气体。(3)炸药爆破形成的空气冲击波的作用。根据冲击波理论，当瓦斯与空气的混合气体被爆破产生的冲击波压缩时，会引起压力和温度急剧升高。如果冲击作用的温度超过瓦斯的爆发点，而且冲击波的正压作用时间大于瓦斯引燃的感应期，就能引起瓦斯燃烧和爆炸。因此，井下爆破设计时，应采取加强炮孔堵塞和减少同段起爆的

6、炸药量来减小爆破冲击波的作用，对预防引燃瓦斯是非常有用的。第4页/共16页 四、瓦斯作业环境的对策 (1)掘进和回采工作面要有足够的新鲜风流，当采掘工作面风流中瓦斯浓度达到l时，应停止用煤电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1时，严禁爆破。(2)采掘工作面使用的爆破器材，要选用与瓦斯等级相应的煤矿许用爆破器材,其起爆总延期时间不得超过130ms。(3)在高瓦斯矿井爆破时，都应采用正向起爆，禁止反向起爆；炮孔堵塞可用水炮泥或具有不燃性、可塑性的黏土炮泥。使用水炮泥时，其后部必须用不小于0.15m的炮泥将炮孔填满堵严。在煤层中爆破，其填塞长度至少应为炮孔深度的l/2；无填塞或填塞长

7、度不足的炮孔严禁爆破。(4)掘进工作面风流中瓦斯浓度达到1.5，或局部积聚瓦斯浓度达到2，体积大于0.5m3，或掘进工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1时，都必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。(5)井下爆破作业严禁在一个炮孔中使用两种不同品种的炸药；在有瓦斯爆炸危险的掘进工作面，应采用毫秒雷管实行全断面一次爆破，长壁回采工作面不准分区段同时爆破。(6)井下爆破15min后，瓦斯检测员进入工作面和电气设备附近检测瓦斯浓度，正常时方可恢复送电；爆破员和班组长必须巡回检查爆破地点的通风、瓦斯、煤尘和盲炮、残炮等情况，遇有险情应立即处理。只有在工作面的炮烟被吹散、无险情时，方可进入工作面继续作业

8、。第5页/共16页 五、有瓦斯突出危险环境下的采掘爆破对策 在井下采掘爆破中，尤其是石门过煤层的掘进爆破，常常在瞬间从煤层纵深处排出大量煤和瓦斯，并伴随强烈的声响和强大的冲击力，这就是所谓的煤与瓦斯突出现象。发生突出的主要原因是煤层中的高压瓦斯、矿山压力和地质构造与爆破作用的综合结果。1煤与瓦斯突出的预兆 石门通过有突出危险的煤层时，煤体受爆破作用力的冲击扰动，抵抗减弱，原来的静态平衡被打破，发生突出现象。虽然煤和瓦斯突出的速度很快，但一般都有预兆，可以根据这些预兆及时采取相应措施。在有突出危险的采掘工作面一般有以下几方面预兆：(1)爆破时响闷炮，煤层内发生劈裂声或闷雷声；(2)煤壁发生震动、

9、塌落、片帮和掉渣；煤质变软，钻眼时易塌孔；(3)掘进巷道的顶板压力增加，支架发出折裂声，有时巷道产生底鼓现象；(4)在煤层构造变化区出现煤的纹理不清；(5)工作面瓦斯涌出量增加，温度降低，使人感到头晕。第6页/共16页 2石门揭煤爆破防突对策 石门揭穿突出煤层前，当预测为突出危险工作面时，必须采取防治突出措施，通常有抽放瓦斯、水力冲孔、排放钻孔和孔内金属骨架等，经效果检验有效后可用远距离爆破或震动爆破揭穿煤层。石门揭穿突出煤层时，必须遵守如下技术规定：(1)必须打钻孔确定煤层层位、测定煤层瓦斯压力和预测石门工作面的突出危险性。在石门工作面掘至距煤层垂距l0m之前，至少打两个穿透煤层全厚且进入顶

10、(底)板不小于0.5m的前探孔，以保证能确切掌握煤层厚度、倾角变化和瓦斯情况。在石门工作面距煤层垂距5m以外，至少打两个穿透煤层全厚的测压钻孔，测定煤层瓦斯压力、煤的瓦斯放出速度和坚固系数等。(2)石门掘进工作面与煤层之间必须保持一定厚度的岩柱。岩柱的尺寸应根据防治突出的措施要求、岩石性质、煤层倾角等确定。采用震动爆破时，最小垂距对急倾斜煤层为2m，倾斜和缓倾斜煤层为1.5m。(3)采用震动性爆破必须将所有炮眼一次起爆，爆开石门全断面内岩柱和煤层全厚。震动爆破是我国煤矿普遍采用的石门揭开突出危险煤层的技术措施之一，与普通爆破相比，要布置较多的炮眼、装较多的炸药，实行全断面一次爆破揭开煤层；同时

11、利用爆破产生的剧烈震动来诱导煤中瓦斯释放。第7页/共16页 3煤巷掘进爆破防突对策 煤和瓦斯突出大部分都发生在煤巷掘进工作面，因此预防煤巷掘进时的煤与瓦斯突出事故应是重点。目前在国内应用较多的防突措施有超前钻孔或大直径超前孔、深孔松动爆破、震动性爆破、水力冲孔和前探支架等。1)超前钻孔 在煤巷掘进工作面前方钻直径为75120mm的钻孔，专用设备钻孔直径可达200300mm；可使工作面前方煤体瓦斯排放，压力减小，集中应力移向煤体深部，从而防止突出。该方法适用于煤层透气性较好、煤质较硬的突出煤层。2)深孔松动爆破 超前于掘进工作面，在煤层深部810m的范围布置炮眼进行松动爆破，其目的是破坏煤体前方

12、的应力集中带，使集中应力向煤层深部转移，并使煤体内的高压瓦斯通过松动裂隙释放出来。该方法适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。深孔松动爆破的孔径一般为42mm，孔深不得小于8m，其控制范围应到巷道断面轮廓线外1.22m。爆破孔的装药长度为孔深减去56m，每个特制药卷长度为1.0m，必须放到孔底。装药后应装入不少于0.4m的水炮泥，向外还应充填长度不小于2m的封口炮泥。第8页/共16页 3)震动爆破 震动爆破是在煤层中实施爆破，适用于煤质较硬、顶板良好的煤层，其目的在于利用爆破在煤层中引起的震动诱导瓦斯释放，使掘进工作面前方造成卸压带。当煤层厚度大于巷道高度时，震动爆破的炮眼在工作面上部应适当加密

13、，并要求尽可能一次爆破出巷道的轮廓，减少工作面修理的工作量。4)水力冲孔 水力冲孔是在工作面布置钻孔，再利用高压水力在钻孔中破坏煤层，使瓦斯释放和卸压。该方法适用于有自喷现象的严重突出危险煤层。在厚度小于3m的突出煤层，一般按扇形布置3个孔，煤层较厚时应适当增加孔数。孔底间距控制在5m左右，孔深通常为2025m。冲孔超前掘进工作面的距离不得小于5m。5)前探支架 前探支架一般是向工作面前方打钻孔，孔内插入钢管或钢轨，其长度可按两次掘进长度再加0.5m；每掘进一次打一排钻孔，形成两排钻孔交替前进，钻孔间距为0.20.3m。该方法适用于松软煤层的平巷掘进，可防止工作面顶部悬煤垮落而造成突出事故。另

14、外，在突出煤层中掘进上山时，应采取超前钻孔、松动爆破、掩护挡板或其他保证作业人员安全的防护措施；采用爆破作业时，应采用浅炮眼、远距离和全断面一次爆破。第9页/共16页 第二节 爆破与煤尘 煤尘是井下煤巷掘进与回采工作面爆破必须面对的作业环境。工作面煤尘浓度达到一定范围时，在一定温度的热源下便可发生燃烧或爆炸。煤尘爆炸后可产生大量的一氧化碳，其浓度一般为23，最高可达810，这是造成大量人员中毒死亡的主要原因。一、煤尘爆炸条件 煤的细小颗粒悬浮在空气中，受热时单位时间内能吸收更多的热量，在较低温度(300400)时就能放出大量的可燃气体聚集在尘粒的周围。这类可燃气体一经与空气混合便可吸收能量和快

15、速氧化，形成一定数量的活化中心。这时氧化反应放出的热量能够有效地传播给附近的煤尘，而使这些煤尘也迅速受热分解跟着燃烧起来，如果此过程连续不断地进行，氧化反应就会愈来愈快，温度也愈来愈高，活化点愈来愈多，达到一定程度时，便可发展为剧烈的爆炸。煤尘爆炸的感应期主要取决于煤的挥发成分的含量，一般为49 250ms，挥发成分愈大，感应期愈短。煤尘爆炸需要空气中的氧浓度大于17，能引燃煤尘的温度变化范围较大，一般为6101050。爆破时炸药爆炸时产生的火焰、井下架线上的电弧、电气设备上的电火花、井下火灾和瓦斯爆炸等均可点燃煤尘或引起爆炸。第10页/共16页 二、影晌煤尘爆炸的主要因素 (1)煤的挥发分和

16、灰分。可燃挥发分含量越高，煤尘越容易发生爆炸，爆炸威力也越大。一般挥发分含量大于10的煤尘都具有爆炸性。煤尘的灰分是不燃物质，能吸收煤尘燃烧时放出的热量，起到降温阻燃作用，所以，煤尘灰分越高，爆炸性越低。当灰分达到3040时，煤尘爆炸性才显著减弱。(2)煤尘的水分及含硫量。煤的水分在尘粒之间起着黏结作用，可降低尘粒的飞扬能力，同时起到吸热降温和阻燃作用。但煤尘中的水分对减弱爆炸的作用很微小，即使煤尘水分含量达到25已呈稠泥状，仍能参与强烈爆炸。煤尘的含硫量越高，越容易爆炸。(3)煤尘粒度和浓度。煤尘的爆炸性与其浓度和粒度关系较大，粒径小于1mm的煤尘一般都能参与爆炸，但煤尘爆炸的主体是直径10

17、75m的煤尘。一般粒径越小，爆炸性越强，但粒径过小反而会失去爆炸性。煤尘只有在一定浓度范围才可能发生爆炸。第11页/共16页 (4)空气中的瓦斯浓度。当瓦斯混入含煤尘的空气中时，会相应降低各自的爆炸下限，混入的瓦斯浓度越高，煤尘爆炸下限越低。(5)空气中的含氧量。氧气含量越高，点燃煤尘的温度就越低，爆炸威力就越大。当空气中氧的浓度小于17时，煤尘就不再爆炸。但煤尘爆炸一旦发生，则不再受空气中氧气含量的影响。(6)引爆火源与爆炸环境。引爆火源的初始温度越高，不仅容易引爆煤尘，而且爆炸时的强度也大。火源温度低时，煤尘发生爆炸的可能性小。井下煤尘分布空间的形状、大小、断面变化、空间内的障碍物和湿度等

18、环境对煤尘爆炸都有一定影响。三、预防爆破引爆煤尘的措施 为了预防煤矿井下爆破引起煤尘爆炸，目前采取的措施可分为降尘、防止引燃和阻止爆炸三类。降尘措施主要包括：回采工作面煤层注水、采用湿式打眼和水炮泥、采煤机和掘进机安装喷雾装置、爆破后喷雾或洒水等。防止引燃的措施包括：按煤矿瓦斯等级选用相应的爆破器材，应采用加强松动爆破方案，合理设计爆破参数，严格执行“一炮三检”制度，按规程进行爆破作业。阻止煤尘爆炸是指将已发生的煤尘爆炸限制在较小的范围内，阻止其继续传播与发展。通常采用的措施是在掘进巷道中装设岩粉棚或水槽棚。第12页/共16页 第三节 爆破诱发突水 在有突水危险的作业环境实施爆破作业，具有很大

19、的危险性。国内外许多井下突水事故都是因爆破方法不当而造成的，每次事故都给矿井生产和人民生命财产带来重大损失。一、爆破作业与矿井突水 矿井突水事故是煤矿井下的主要灾害之一，发生的频率较高。爆破作业引起突水事故的主要原因如下：(1)对矿井水文地质情况掌握不准，对井田范围内的水文地质情况及采掘区域内存在的可能突水情况不清楚，或知道的不准确，不能正确估算出涌水量。特别是在对老窑和矿井上部或附近小煤窑的积水情况不清楚时，未采取任何措施就实施采掘爆破作业，很容易盲目揭穿而造成透水事故。(2)井下爆破施工时，忽视安全，投机取巧，违章作业。有些矿井对透水隐患基本上是掌握的，但因盲目追求进度和产量，不采取防水和

20、探水的规定措施，而是侥幸心理作祟，导致突水事故。(3)井下施工人员缺乏安全技术培训，素质差，对突水发生前的征兆认识不清，也不知道及时反映或汇报井下发生的异常情况，因而没有及时采取措施或停止工作和撤离人员，而是照常实施爆破作业，造成重大突水事故和人员伤亡。第13页/共16页 二、井下发生突水的预兆 煤层或岩层透水之前一般都有征兆，一些常见的突水预兆如下：(1)“挂红”与“挂汗”现象。水内含有铁的氧化物在水压作用下通过煤层或岩层裂缝，附着在裂缝表面，这是接近老采空区积水区域的征兆。当掘进工作面接近积水区时，新暴露出的地方有潮气或潮湿出现，这也是透水或突水征兆。(2)工作面水的气味和颜色有变化。如果

21、闻到工作面有臭鸡蛋味，尝渗出的水感到发涩，水珠在手指间摩擦会有发滑的感觉，就是老空区透水的征兆。如果水有甜味，就是流沙层或断层水。石灰岩溶洞透出的水多呈黄色、灰色，并伴有臭味。(3)工作面空气变冷。工作面接近大量积水时，气温骤然下降，人在工作面有阴冷 的感觉，用手触摸煤(岩)壁时会感觉到发凉，并可能出现雾气，这说明附近有积水。(4)煤层发潮、发暗、无光泽，工作面有害气体明显增加，说明附近有老窑积水。(5)巷道顶板来压，底板鼓起并往外渗水，淋水增大或出现压力水头，说明附近有积水和有突水危险。(6)巷道内部有“水叫”声。压力大的含水层或积水区向裂隙挤压时，与两壁发生摩擦而发出“嘶嘶”的叫声，有时还

22、可听到像低沉的雷声或开锅水声，说明附近有积水或突水的可能。第14页/共16页 三、爆破透水事故的预防措施 (1)对矿井水源和水文地质资料进行深入调查研究。掌握可能出水的断层和裂隙的分布；查清含水层的补给来源和补给通道。查清井田内老窑和小煤窑的数量、分布地点和水量大小；划出积水区域。(2)坚决贯彻有疑必探、先探后掘、边探边掘的防水安全规定，制定切实可行的探、放水措施。(3)进行探水作业时，一定与掘进相结合，即探水一掘进一探水，循环进行，切忌一次探水无问题就不再探了。有透水或突水预兆，在未查明原因之前，应将工作面人员撤离到安全地点，严禁进行装药爆破。(4)在爆破作业时要特别注意爆破后可能发生的突水

23、事故，遇到以下几种情况时，要停止爆破作业，进行探水处理：当掘进到老空区、可能水淹井巷区域或接近含水层、导水断层、溶洞和陷落区时，要停止爆破作业，先进行探水；接近水文地质复杂的区域并有出水征兆或接近有出水可能的钻孔时，应立即探水；打开隔离煤柱防水或接近可能的河流、湖泊、水库等相通的断层破碎带时，必须停止爆破作业先进行探水；打完探水钻孔后，当炮眼或掘进头有出水征兆，可能是超前距离不够或偏离探水方向，要认真分析，可再打不同方位的探水孔，切忌盲目装药爆破。(5)有些井下掘进工作面涌水严重，如果仅依靠排水措施不经济或无法奏效时，可通过工作面注浆堵塞涌水通道，阻隔透水水源后再进行掘进爆破作业。第15页/共16页感谢您的观看！第16页/共16页