一、礦井通風

(一)礦井通風的目的

供給礦井新鮮風量,沖淡并排出有毒、有害氣體和礦塵,保證井下風流質量和數量符合國家安全衛生標準;創造安全、健康的工作環境,防止各種傷害和爆炸事故;保障井下人員身體健康和生命安全,保護國家資源和財產。

(三)礦井供風標準

礦井所需風量按下列要求分別計算并選取其中最大值:

(1)井下同時工作的最多人數乘以單位時間內每人所需風量;

(2)井下采煤、掘進、硐室和其他地點需風量的總和。

(四)礦井反風

為防止災害擴大和搶救人員的需要而采取的迅速倒轉風流方向的措施。

1.礦井反風方式

(1)全礦性反風。井下各主要風道的風流全部反向的反風。

在礦井進風井、井底車場、主要進風大巷或中央石門發生火災時常采用全礦性反風,避免火災煙流進入人員密集的采掘工作面。

(2)局部反風。在采區內部發生災害時,維持主要通風機正常運轉,主要進風風道風向不變,利用風門開啟或關閉造成采區內部風流反向的反風。

2.礦井反風注意事項

(1)遵守《煤礦安全規程》對于礦井反風設施、主要通風機管理必須滿足風流方向改變時間(10min)、反風后主要風機供風量(不少于正常供風量40%)、反風設施檢查(至少每季度1次)和反風演習(每年1次)的規定。

(2)反風演習應注意井下各區域的供風量變化、瓦斯濃度以及對火區和采空區氣體的影響。

(3)注意反風后影響區域人員的通訊聯系和撤退。

(4)平常對井下人員進行反風知識的教育。

(五)礦井風流呈現壓力及測定儀表

1.靜壓

單位體積空氣具有的對外做功的機械能所呈現的壓力,是風流質點熱運動撞壓器壁面而呈現的壓力。

絕對靜壓:單位體積空氣的壓能,以真空零壓力為計量基準的靜壓值。常用空盒氣壓計、水銀氣壓計或精密氣壓計等儀器測定。

相對靜壓:井巷某點的絕對靜壓與該點同標高大氣壓力之差。常用皮托管和壓差計配合測定。

2.位壓

單位體積內空氣在地球引力作用下,相對于某一基準面產生的重力位能所呈現的壓力。水平巷道的風流流動無位壓差,在非水平巷道,風流的位壓差就是該區段垂直空氣柱的重力壓強。

3.動壓

單位體積空氣風流定向流動具有的動能所呈現的壓力,又稱為速壓。風流動壓通常用皮托管配合壓差計測定。

4.全壓

單位體積風流具有的(靜)壓能與動能所呈現的壓力之和。

5.總機械能(總壓力)

礦井風流在井巷某斷面具有的總機械能等于其具有的(靜)壓能、位能和動能的總和。

6.風流總能量

礦井風流在井巷某斷面具有的流動能量為其總機械能及內能之和。

(六)礦井通風阻力

礦井風流流動過程中,在各種阻滯力作用下,風流的部分機械能不可逆地轉換為熱能而引起的機械能損失。

1.摩擦阻力(沿程阻力)

礦井風流沿程流動過程中因與井巷壁面摩擦及風流內摩擦而產生的能量損失。

2.局部阻力

因井巷邊壁條件變化,風流的均勻流動在局部地區因阻礙物(巷道斷面突變、巷道彎曲、風流分合、斷面阻塞等)的影響而被破壞,風流流速大小、方向或分布發生變化,產生渦流而造成的能量損失。

3.通風阻力定律

表示井巷通風阻力與風阻、風量之間的關系,其阻力與風量的平方成正比。

4.降低通風阻力的措施

擴大巷道斷面、開掘關聯風路、減少風路長度、使礦井總進風早分開和總回風晚匯合,選用摩擦阻力系數小的支護方式,盡量避免巷道急拐彎和風道斷面突然變化、主要風道內禁止堆放木材等障礙物,等等。

(七)礦井風阻

描述礦井或井巷通風難易程度的指標,包括摩擦風阻和局部風阻。

(1)井巷風阻:描述由一條或多條構成的通風網絡的通風難易程度的指標。

(2)礦井總風阻:描述一個礦井通風難易程度的指標,其值取決于通風網絡結構和各風路的風阻值。

(3)風阻特性曲線:表示礦井或井巷的通風阻力和風量關系特征的曲線,又稱為阻力特性曲線。

(九)局部通風

1.局部通風的技術管理和主要安全措施

(1)保證工作面有足夠的新鮮風量。不準隨意停風和減少風量;提高有效風量。

(2)保證局部通風機安全運轉。

2.局部風量調節

在采區內,采區之間和生產水平之間的風量調節稱為局部風量調節。

3.風筒(導風筒)

引導風流沿一定方向流動的管道。

(十)礦井漏風

(1)漏風及產生原因。礦井通風中漏風是普遍存在的現象,減少漏風是通風管理部門的基本任務,產生漏風的主要原因是有裂隙通道并有風壓差的存在。

(2)漏風對礦井通風的不利影響。大量漏風會造成動力的額外消耗;使礦井、采區和工作面的有效風量(送達用風地點的風量)減少,造成瓦斯積聚、氣溫升高等,影響生產和工人身體健康;大量的漏風會使通風系統穩定性降低,風流易紊亂,調風困難,易發生瓦斯事故;會使采空區、被壓碎的煤柱和封閉區內的煤炭及可燃物發生氧化自燃,易發生火災;當地表有塌陷區時,采空區裂隙的漏風會將采空區的有害氣體帶入井下,使井下環境條件惡化而威脅安全生產。

(3)漏風風流的流動狀態。漏風風流的流動狀態有層流和紊流兩種,與漏風介質的孔隙率有關,孔隙率小呈層流狀態,孔隙率大呈紊流狀態。

二、煤礦瓦斯

(一)瓦斯的基本概念

1.礦井氣體的組成

國內外對煤層瓦斯組分的大量測定表明,其中可能含有約20種氣體:甲烷及其同系烴類氣體(乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等)、二氧化碳、氮、二氧化硫、一氧化碳和稀有氣體(氦、氖、氬、氪、氙)等。但最主要的成分為甲烷,按體積比例可達70%~99%,平均在90%以上;其次為氮氣和二氧化碳,平均含量分別為3%~4%,而其他氣體成分的含量通常都是非常低的。

2.煤層瓦斯賦存狀態

瓦斯在煤層中的賦存形式主要有以下兩種狀態:游離狀態(也稱自由狀態)、吸附狀態。

(二)煤層瓦斯含量及壓力

1.煤層瓦斯含量

煤層瓦斯含量是指單位質量煤體中所含瓦斯的體積,一般用m3/t表示,煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯涌出量的基礎數據,是礦井通風及瓦斯抽放設計的重要參數。煤層在天然條件下,未受采動影響時的瓦斯含量稱原始含量;受采動影響,已有部分瓦斯排出后而剩余在煤層中的瓦斯量,稱殘存瓦斯含量。

影響煤層原始瓦斯含量的因素很多,主要有煤化程度、煤層賦存條件、圍巖性質、地質構造、水文地質條件。

2.瓦斯含量的測定方法

煤層瓦斯含量測定方法目前主要有地勘鉆孔測定法,實驗室間接測定法和井下快速直接測定法3種。

3.煤層瓦斯壓力及測定方法

(1)煤層瓦斯壓力存在于煤層孔隙中的游離瓦斯分子熱運動對煤壁所表現的作用力。煤層瓦斯壓力是用間接法計算瓦斯含量的基礎參數,也是衡量煤層瓦斯突出危險性的重要指標。

(2)測定方法。直接測定法、間接測壓法。

(三)礦井瓦斯涌出量

1.礦井瓦斯涌出的形式

煤層被開采時,煤體受到破壞或采動影響,貯存在煤體內的部分瓦斯就會離開煤體而涌入采掘空間,這種現象稱為瓦斯涌出。礦井瓦斯涌出形式可分普通涌出和特殊涌出兩種。

2.影響瓦斯涌出量的主要因素

影響礦井瓦斯涌出量的因素主要有煤層瓦斯含量、開采規模、開采程序、采煤方法與頂板管理方法、生產工序、地面大氣壓力的變化、通風方式、采空區管理方法。

3.礦井瓦斯涌出量的表示方法

礦井瓦斯涌出量是指開采過程中正常涌入采掘空間的瓦斯數量,通常用單位時間或單位質量的煤所放出的瓦斯數量來表示,瓦斯涌出量的表示與計算方法有以下兩種:絕對瓦斯涌出量、相對瓦斯涌出量。

4.礦井瓦斯涌出量的測定

《煤礦安全規程》規定,一個礦井中只要有一個煤(巖)層發現瓦斯,該礦井即為瓦斯礦井,瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進行管理。礦井瓦斯等級,根據礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為:低瓦斯礦井、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。每年必須對礦井進行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作。

5.礦井瓦斯涌出量預測

新礦井、新水平和新采區投產前,都應進行礦井瓦斯涌出量預測,現有的礦井瓦斯涌出量預測方法可以概括為兩大類:一是礦山統計預測法,二是根據煤層瓦斯含量進行預測的分源預測法。

(四)瓦斯燃燒與爆炸

瓦斯的主要成分,甲烷是一種無色、無味、無臭的氣體,密度為0.714kg/m3,與空氣的密度比為0.554,比空氣輕,容易積聚在空氣上層。瓦斯無毒,但當濃度很高時,會引起窒息。礦井瓦斯不助燃,但它與空氣混合達一定濃度后,遇火能燃燒、爆炸。礦井瓦斯爆炸往往引起煤塵爆炸,瓦斯爆炸和瓦斯煤塵爆炸事故是惡性事故。

(五)礦井瓦斯的噴出

礦井瓦斯噴出與突出是煤礦瓦斯特殊涌出的兩種主要形式,都是由于瓦斯和地壓所引起的一種動力現象,特別是突出對礦井安全生產的威脅最為嚴重。

瓦斯噴出的預兆:礦壓活動顯現激烈,煤壁片幫嚴重、底板突然鼓起、支架承載離加大甚至破壞,煤層變軟、潮濕等。

預防瓦斯噴出的措施:加強礦井地質工作,摸清采掘地區的地質構造情況;在可能發生噴出的地區掘進巷道時,應打鉆孔預先探放高壓瓦斯氣源;掌握噴出的預兆,及時撤離工作人員;掌握礦壓規律,避免礦壓集中,及時處理頂板,促使其隨采隨冒及時充填采空區。

(六)煤與瓦斯突出

煤與瓦斯突出是指在采掘過程中,大量瓦斯和煤炭(巖石)在短時間內(幾秒或幾分鐘)突然從煤層(巖層)中沖出的現象。它具有突發性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯和煤(巖)沖出等特點。

1.煤與瓦斯突出的一般規律

(1)突出危險性隨采掘深度的增加而增加;

(2)突出危險性隨煤層厚度的增加而增加,尤其是軟分層厚度;

(3)石門揭煤工作面平均突出強度最大,煤巷掘進工作面突出次數最多,放炮作業最易引發突出,采煤工作面突出防治技術難度最大;

(4)突出多數發生在構造帶、煤層遭受嚴重破壞的地帶、煤層產狀發生顯著變化的地帶、煤層硬度系數小于0.5的軟煤層中;

(5)突出發生前通常有地層微破壞、瓦斯涌出變化、煤層層理紊亂、鉆孔卡鉆夾鉆、煤壁溫度降低、散發煤油氣味、煤層產狀發生變化等預兆;

(6)突出按動力源作用特征可分為三種類型:突出、壓出和傾出;按突出物分類可分為四種類型:煤與瓦斯突出、煤與二氧化碳突出、巖石與瓦斯突出、巖石與二氧化碳突出。

2.煤與瓦斯突出機理

煤與瓦斯突出的機理有許多種假設,但基本公認的是綜合假說,即煤與瓦斯突出是由地應力、瓦斯和煤的物理力學性質三者綜合作用的結果。

3.煤與瓦斯突出預測

礦井在采掘生產過程中,只要發生過一次煤與瓦斯突出,該礦井即確定為突出礦井,發生突出的煤層即定位突出危險煤層。

突出危險區域預測通常采用瓦斯地質統計法、物探法、綜合指標法。

工作面突出預測主要通過向采掘工作面前方煤體中施工鉆孔,利用鉆孔測定與地應力、瓦斯、煤的物理力學性質有關的指標,根據這些指標判斷采掘工作面前方是否具有突出危險性。

4.防治煤與瓦斯突出的措施

(1)“四位一體”綜合防治突出措施。所謂“四位一體”綜合防治突出措施,就是說首先應對開采煤層及其對開采煤層構成影響的鄰近煤層進行突出危險性預測。對確認的突出危險區域,應采取區域性防治突出技術措施,對確認的突出危險工作面,必須采取防治突出技術措施。在采取防治突出技術措施后,必須對防治突出技術措施消除突出危險性的效果進行檢驗。如果檢驗有效,在采取安全防護措施的前提下進行采掘作業;如果檢驗無效,必須補充防治突出技術措施,直至再次檢驗為有效時方可在采取安全防護措施前提下進行采掘作業。否則,必須繼續補充技術措施。

(2)防治突出的技術措施。防治突出的技術措施主要分為區域性措施和局部性措施兩大類。區域性措施是針對大面積范圍消除突出危險性的措施,局部性措施主要在采掘工作面執行。針對采掘工作面前方煤巖體一定范圍消除突出危險性的措施,目前區域性措施主要有3種:開采保護層、大面積瓦斯預抽放、控制預裂爆破;局部性措施有許多種,如卸壓排放鉆孔、深孔或淺孔松動爆破、卸壓槽、固化劑、水力沖孔、金屬骨架等。

(3)安全防護措施。安全防護措施是控制突出危害程度的措施,也就是說即使發生突出,也要使突出強度降低,對現場人員進行保護以免危及人身安全。如震動性放炮、遠距離放炮、反向防突風門、壓風自救器、個體自救器等。

(七)礦井瓦斯抽放

1.瓦斯抽放方法

瓦斯抽放系統主要由瓦斯抽放泵、瓦斯抽放管路(帶閥門)、瓦斯抽放鉆孔或巷道、鉆孔或巷道密封等組成。根據抽放瓦斯的來源,瓦斯抽放可以分為:本煤層瓦斯預抽、鄰近層瓦斯抽放、采空區瓦斯抽放、幾種方法的綜合抽放。

三、礦山粉塵

(一)煤礦粉塵的基本概念

1.煤礦粉塵的概念

煤礦生產過程中隨著煤、巖石被破碎而產生的煤、巖石和其他物質的細微顆?？偡Q為煤礦粉塵。有的情況下也被稱為生產性粉塵或礦塵。

按其組成成分,煤礦粉塵主要分為煤塵和巖塵。

2.粉塵防治的主要概念

(1)全塵:也被稱為總粉塵,是指用一般敞口采樣器采集到一定時間內懸浮在空氣中的全部固體微粒。

(2)呼吸性粉塵:能被吸入人體肺部并滯留于肺泡區的浮游粉塵。其空氣動力直徑小于7.07mm的極細微粉塵,是引起塵肺病的主要粉塵。

(3)浮游粉塵:能在礦井空氣中懸浮的粉塵,也稱浮塵。

(4)沉積粉塵:礦井內,因自重而降落,沉積在巷道頂、幫、底板和物體上的粉塵。也稱為落塵或積塵。

(5)粉塵濃度:單位體積空氣中所含粉塵的質量(mg/m3)或顆粒數(粒/cm3)。

(6)粉塵粒度分布:又稱為粉塵分散度。在含塵空氣中,各種不同粒徑粉塵的質量或顆粒數占粉塵總質量或總顆粒數的百分比。

(7)游離二氧化硅:巖石或礦物中沒有同金屬或金屬氧化物結合的二氧化硅。

(8)塵肺病:由于長期吸入大量細微粉塵而引起的以肺組織纖維化為主的職業病。

(9)矽肺病:也稱為硅肺病,由于長期吸人大量含結晶型游離二氧化硅的巖塵所引起的塵肺病。

(10)煤肺病:由于長期吸人煤塵所引起的塵肺病。

(11)煤礦肺病:也稱為煤硅肺病,由于長期吸入煤塵及含游離二氧化硅的巖塵所引起的塵肺病。

(12)氣溶膠:固體或液體微小顆粒分散于空氣中的分散體系稱為氣溶膠。煤礦粉塵分散在礦井空氣中即所謂的含塵空氣就構成為一個分散體系,空氣是分散介質,粉塵是分散相。

(13)煤塵爆炸:懸浮在空氣中的煤塵,在一定條件下,遇高溫熱源而發生劇烈氧化反應,并伴有高溫和壓力上升、對周圍環境產生巨大破壞的現象。

(14)煤礦防塵:降低煤礦內粉塵濃度及防止煤塵爆炸的技術。

(二)煤礦粉塵的產生及基本性質

1.煤礦粉塵的產生

煤礦生產的主要環節如采煤、掘進、運輸、提升的幾乎所有作業工序都不同程度地產生粉塵。

2.影響粉塵產生的因素

采掘機械化和開采強度、采煤方法和截割參數、作業地點的通風狀況、地質構造及煤層賦存條件。

3.煤礦粉塵的基本性質

(1)粉塵分散度。粉塵顆粒的大小的組成情況可以用分散度(即粒度分布)來表示。生產環境中空氣動力直徑小于7.1μm的塵粒,尤其是小于2μm的塵粒是引起塵肺病的主要有害粉塵。

(2)粉塵的吸附性。粉塵的吸附能力與粉塵顆粒的表面積有密切關系,分散度越大,表面積也越大,其吸附能力也增強。主要指標有吸濕性、吸毒性。

(3)粉塵的荷電性。粉塵粒子可以帶有電荷,其來源是煤巖在粉碎中因摩擦而帶電,或與空氣中的離子碰撞而帶電,塵粒的電荷量取決于塵粒的大小并與溫、濕度有關,溫度升高時荷電量增多,濕度增高時荷電量降低。

(4)粉塵的密度。單位體積粉塵的質量稱為粉塵的密度,這里指的粉塵體積,不包括塵粒之間的空隙,該密度稱為粉塵的真密度。

(5)粉塵的安息角。粉塵的安息角是評價粉塵流動性的重要指標。

(6)煤塵的爆炸性。煤被破碎成細小的煤塵后,比表面積大大增加,系統的自由表面能也相應增加,提高了煤塵的化學活性,特別是提高了氧化發熱的能力。

4.煤塵爆炸的條件

煤塵自身具有爆炸性、著火源、空氣中的氧氣濃度是煤塵爆炸的三個條件。煤塵爆炸是劇烈的氧化反應,空氣中氧氣濃度是決定該反應能否進行的先決條件。

(三)煤礦粉塵防治技術

1.采煤工作面防塵

(1)煤層注水防塵技術;

(2)合理選擇采煤機截割機構;

(3)噴霧降塵。

2.炮掘工作面防塵

風動鑿巖機或電煤鉆打眼是炮掘工作面持續時間長,產塵量高的工序,一般干打眼工序的產塵量占炮掘工作面總產塵量的80%~90%,濕式打眼時占40%~60%。所以,打眼防塵是炮掘工作面防塵的重點。

1)打眼防塵

(1)風鉆濕式鑿巖。這是國內外巖巷掘進行之有效的基本防塵方法。

(2)干式鑿巖捕塵。在無法實施濕式鑿巖作業時,如巖石遇水會膨脹、巖石裂隙發育、實施濕式防塵效果差等情況下,可用干式孔口捕塵器等干式孔口除塵技術。

(3)煤電鉆濕式打眼。在煤巷、半煤巷炮掘中,采用煤電鉆濕式打眼能獲得良好的降塵效果,降塵率可達75%~90%。

2)爆破防塵

爆破是炮掘工作面產塵最大的工序,采取的防塵措施主要有以下幾種:

(1)水炮泥。這是降低爆破時產塵量最有效的措施。

(2)爆破噴霧。這是簡單有效的降塵措施,在爆破時進行噴霧可以降低粉塵濃度和炮煙。

3.機掘工作面通風除塵

機掘工作面雖然采掘機械本身已有了相應的防塵措施,但一些細微的粉塵仍然是懸浮于空氣中,尤其是掘進機械化程度的不斷提高,產塵強度劇增,機掘工作面的產塵強度就大大高于炮掘工作面,用一般的防塵措施難于控制粉塵。因此國內外研究了通風除塵技術,以便有效地控制高濃度塵源。

(1)通風除塵系統。合理的通風除塵系統是控制工作面懸浮粉塵運動和擴散的必要條件,主要有3種通風系統在國內外使用:長壓短抽通風除塵系統、長抽通風除塵系統、長抽短壓通風除塵系統。

(2)通風除塵設備。濕式除塵風機、濕式除塵器、袋式除塵器以及配套的抽出式伸縮風筒、附壁風筒等是主要的通風除塵設備。

(3)通風工藝的要求。壓、抽風筒口相互位置的關系、壓抽風量的匹配、局部通風機安裝位置;抽出式局部通風機與除塵局部通風機的串聯要求是除塵對通風工藝的要求。

4.錨噴支護防塵。

錨噴支護技術發展很快,它也是煤礦的主要產塵源之一。錨噴支護的粉塵主要來自打錨桿眼、混合料轉運、拌料和上料、噴射混凝土以及噴射機自身等生產工序和設備。

針對這些產塵源,主要采取以下防塵措施:

(1)打錨桿眼的防塵措施。打錨桿眼防塵的重點是解決打垂直頂板錨桿眼和傾斜角較大的錨桿眼時打眼過程的產塵。

(2)噴射混凝土支護作業的防塵措施。改干噴為潮噴是降低噴射混凝土工序粉塵濃度最有效的措施。

5.運輸、轉載防塵

(1)機械控制自動噴霧降塵裝置。該類裝置的特點是結構簡單、容易制造,使用和維護方便而且降塵效果好。

(2)電器控制自動噴霧降塵裝置。該裝置適用于煤礦轉載運輸系統中不同的塵源,它是靠電器控制實現自動噴霧。有光控、聲控、觸控、磁控等多種形式。

(四)煤塵爆炸防治技術

1.煤塵爆炸性評價方法

(1)煤塵爆炸指數。這一指標可用可燃揮發分含量進行初步判定。在煤礦設計時,可燃揮發分含量可作為判定煤塵爆炸危險的指標。

(2)煤塵爆炸性鑒定。雖然用煤塵爆炸指數可以判定其爆炸性,但鑒于煤種和煤質的復雜性,爆炸指數只是一個初步判斷。還必須按《煤礦安全規程》規定進行煤塵爆炸性鑒定試驗。我國標準中規定,采用大管狀煤塵爆炸鑒定裝置進行試驗,并由國家授權單位承擔鑒定試驗。

2.防止煤塵爆炸的技術措施

如前所述,煤塵爆炸必須在三個條件同時具備時才可能發生,如果不讓這些條件同時存在,或者破壞已經形成的這些條件在,就可以防止煤塵爆炸的發生和發展。這是制定各種防止煤塵爆炸措施的出發點和基本原則。

(1)防止煤積聚的措施。一般情況下,生產場所的浮游煤塵濃度是遠低于煤塵爆炸下限濃度的。但是,因空氣震蕩(爆破的沖擊波)等原因使沉積煤塵重新飛揚起來,這時的煤塵濃度大大超過爆炸下限濃度。據估算4m2斷面的小巷道的周邊上,只要沉積0.04mm厚的一層煤塵,當它全部飛揚起來,就達到了爆炸下限。實際上,井下的沉積煤塵都超過了這個厚度,所以,減少巷道內的沉積煤塵量并清除出井,是最簡有效的防爆措施。

各生產環節采用有效的防塵、降塵措施,減少了煤塵的產生,降低了空氣中的煤塵濃度,也就降低了沉積煤塵量。因此,綜合防塵措施既是減少粉塵危害工人健康的措施。也是防止煤塵爆炸的治本措施。

(2)杜絕著火源。井下能引起煤塵爆炸的著火源有電氣火花、摩擦火花、摩擦熱,煤自燃而形成的高溫點、爆破作出現的爆燃以及瓦斯爆炸所產生的高溫產物等。消除這類著火源的主要技術措施有:保持礦用電氣設備完好的防爆性能,加強管理防止出現電器設備失爆現象,選用非著火性輕合金材料避免產生危險的摩擦火花,輸送帶、風筒、電纜等常用的非金屬材料必須具有阻燃、抗靜電性能,采用阻化劑、凝膠或氮氣防止煤柱、采空區殘留煤發生自燃。除采取上述技術措施外,同時還要加強瓦斯管理防止瓦斯爆炸事故的發生。

由于煤礦自然條件十分復雜,發生煤塵爆炸的隨機性很大,除了上述一般性的安全技術措施外,針對煤塵爆炸的特點,各國還研究了防止煤塵爆炸的專門技術。其中使用歷史最長、應用面廣、簡單易行的防止煤塵爆炸技術措施是撒布巖粉法。

(3)撒布巖粉法。這種方法是定期向巷道周邊撒布惰性巖粉,用它覆蓋沉積在巷道周邊上的沉積煤塵。巖粉層在巷道風速很低時,它的粘滯性起到了阻礙沉積煤塵重新飛揚的作用。

當發生瓦斯爆炸等異常情況時,巨大的空氣震蕩風流把巖粉和沉積煤塵都吹揚起來形成巖粉一煤塵混合塵云。當爆炸火場進入混合塵云區域時,巖粉吸收火焰的熱量使系統冷卻,同時巖粉粒子還會起到屏蔽作用,阻止火焰或燃燒的煤粒向未燒著的煤塵粒子傳遞熱量,最終達到阻止煤塵著火的目的。這一方法在英、美、俄等主要產煤國家大量應用,而且效果顯著。

3.防止煤塵爆炸傳播技術

防止煤塵爆炸傳播技術也稱為隔絕煤塵爆炸傳播技術(以下簡稱隔爆技術),是指把已經發生的爆炸控制在一定范圍內并撲滅以防止爆炸向外傳播的技術措施。該技術不僅適于對煤塵爆炸的控制,也適用于對瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸的控制。該技術分為兩大類:被動式隔爆技術和自動式隔爆技術。

(1)被動式隔爆技術(也稱隔爆措施)。發生爆炸的初期,爆炸火焰峰面是超前于爆炸壓力波向前傳播的,隨著爆炸反應的繼續和加強,壓力波逐漸趕上并超前于火焰峰面傳播,兩者之間有一時間差。被動式隔爆技術就是利用這一規律,利用壓力波的能量使隔爆措施動作,在巷道內形成撲滅火焰的消焰抑制劑塵云,后續到達到的火焰進入抑制劑塵云時被撲滅,阻止了爆炸繼續向前傳播。被動式隔爆技術主要有:巖粉棚、水槽棚和水袋棚,統稱為被動式隔爆棚。

被動式隔爆棚的設置方式有3種形式:集中式布置、分散式布置和集中分散式混合布置。根據隔爆棚在井巷系統中限制煤塵爆炸的作用和保護范圍,可將它們分為主要隔爆棚(重型棚)和輔助隔爆棚(輕型棚)。重型棚的作用是保護全礦性的安全,在礦井兩翼與井筒相通的主要運輸大巷和回風大巷、相鄰煤層之間的運輸和回風石門、相鄰采區之間的集中運輸巷和回風巷內設置。輕型棚的作用是保護一個采區的安全,在采煤工作面的進風、回風巷和采區內的煤及半煤巖掘進巷道以及采用獨立通風并有煤塵爆炸危險的其他巷道內設置。

(2)自動隔爆技術。被動式隔爆技術的作用原理決定了該技術措施只能在距爆炸源60~200m(巖粉棚300m)范圍內發揮抑制爆炸的作用。因此,在爆炸發生的初期該技術是無效的。此外,在低矮、狹窄和拐彎多的巷道中使用也極其不利,不能發揮抑爆效果。針對這些缺點各國研究并使用了自動隔爆技術。

傳感器、控制器和噴灑裝置是自動隔爆裝置三大組成部分,由若干臺自動隔爆裝置組成的隔爆系統即為自動式隔爆措施。傳感器主要有3類:接受瓦斯煤塵爆炸動力效應的壓力傳感器、利用爆炸熱效應的熱電傳感器和利用爆炸火焰發出的光效應的光電傳感器;控制器是向噴灑抑制劑的執行機構發出動作指令的儀器;噴灑裝置一般由執行機構、噴撒器和抑制劑儲存容器組成。它的作用是將抑制劑(巖粉、干粉或水)擴散于巷道空間形成粉塵云或水霧帶,其動作應迅速、可靠、能適應爆炸的快速發展。

抑制劑的選擇原則是抑制火焰用量少、效果好、價格便宜。雖然巖粉在煤礦應用最廣,但是在弱的瓦斯煤塵爆炸條件下,以及在劇烈的強爆炸時,它的抑制效果并不理想。適用于自動隔裝置的抑制劑主要有液體抑制劑水、水加鹵代烷、粉末無機鹽類抑制劑和鹵代烷。粉末無機鹽類有(nh4)h2po4、nacl、kcl、khco3、nahco3、caco3等粉劑。鹵代烷有二氟一氯一溴甲烷等,雖然滅火效果好,但它有破壞臭氧層的缺點,已禁用。

(五)粉塵檢測技術

粉塵檢測是以科學的方法對生產環境空氣中粉塵的含量及其物理化學性狀進行測定、分析和檢查的工作。從安全和衛生學的角度出發,日常的粉塵檢測項目主要是粉塵濃度、粉塵中游離二氧化硅含量和粉塵分散度(也稱為粒度分布)的檢測。

1)粉塵濃度測定

礦的粉塵濃度測定主要有濾膜測塵法和快速直讀測塵儀測定法。

(1)濾膜測塵法。測塵原理是用粉塵采樣器(或呼吸性粉塵采樣器)抽取采集一定體積的含塵空氣,含塵空氣通過濾膜時,粉塵被捕集在濾膜上,根據濾膜的增重計算出粉塵濃度。

(2)快速直讀測塵儀測塵法。用濾膜采樣器測塵是一種間接測量粉塵濃度的方法,由于準備工作,粉塵采樣和樣品處理時間比較長,不能立即得到結果,在衛生監督和評價防塵措施效果時顯得不方便。為了滿足這方面工作特點的需要,各國研制開發了可以立即獲得粉塵濃度的快速測定儀。

2)粉塵游離二氧化硅的測定

國家標準中規定的測定方法是焦磷酸質量法,也有用紅外分光光度計測定法進行測定。

(1)焦磷酸質量法。在245~250℃的溫度下,焦磷酸能溶解硅酸鹽及金屬氧化物,對游離二氧化硅幾乎不溶。因此,用焦磷酸處理粉塵試樣后,所得殘渣的質量即為游離二氧化硅的量,以百分比表示。為了求得更精確的結果,可將殘渣再用氫氟酸處理,經過這一過程所減輕的質量則為游離二氧化硅的含量。

(2)紅外分光分析法。當紅外光與物質相互作用時,其能量與物質分子的振動或轉動能級相當時會發生能級的躍遷,即分子電低能級過渡到高能級。其結果是某些波長的紅外光被物質分子吸收產生紅外吸收光譜。游離二氧化硅的吸收光譜的波數為800cm-1、780cm-1、694cm-1(相當于波長為12.5μm、12.8μm、14.4μm)。

(3)粉塵分散度的測定。粉塵分散度分為數量分散度和質量分散度。前者是針對具有代表性的一定數量的樣品逐個測定其粒徑的方法。其測定方法主要有顯微鏡法、光散射法等。測得的是各級粒子的顆粒百分數。后者是以某種手段把粉塵按一定粒徑范圍分級,然后稱取各部分的質量,求其粒徑分布,常采用離心、沉降或沖擊原理將粉塵按粒徑分級,測出的是各級粒子的質量百分數。

四、礦山火災

(一)煤礦火災的定義、分類及危害

1.煤礦火災

煤礦火災是指發生在煤礦企業生產范圍之內,并造成人員傷亡、資源損失、環境破壞、設備或工程設施毀壞以及嚴重威脅正常生產的非控制性燃燒。煤礦火災的三要素:可燃物、熱源、氧氣。

2.煤礦火災的分類

根據引燃源的不同煤礦火災可分為內因火災和外因火災。

煤礦火災根據火災發生的性質也可分為原生火災和再生火災。

根據火災發生的地點及其所在巷道的風流流動方向的不同,煤礦火災為又可分為上行風流火災、下行風流火災和進風流火災。

3.煤礦火災的危害

煤礦火災的發生具有嚴重的危害性,主要表現以下幾個方面:人員傷亡、礦井生產接續緊張、巨大的經濟損失、嚴重的環境污染。

(三)煤自然發火危險性評價及早期預測預報

1.煤自然發火危險性評價

煤自然發火危險性評價技術是在煤層尚未出現自然發火征兆之前,根據煤層的賦存條件、開拓開采條件以及煤本身的氧化放熱升溫特性等因素,采取不同的方法對煤層自然發火的危險程度、自然發火期、易自燃危險區域等重要火災參數指標做出超前判識的一種技術。主要內容有自燃傾向性預測法、因素綜合評判預測法、經驗統計預測法和數學模型預測法。

2.煤炭自然發火的早期預測預報

井下發生自然發火時,往往會出現一些征兆,如溫度升高、濕度增加、出現煤焦油味、人體不適、出現煙霧或明火等。

(1)煤自然發火氣體產物及其組成。煤自燃氣體產物是指煤由于自燃而釋放出來的氣體。這其中包括兩部分,一部分由于煤自身氧化產生的氣體產物,叫煤自燃氧化氣體;另一部分是成煤過程中吸附在其孔隙內的氣體,由于煤體溫度升高而解吸出來的,叫煤自燃吸附氣體。

(2)煤自然發火的標志氣體及其指標。一氧化碳指標、一氧化碳的派生指標、烯烴及烯烷比、炔烴。

(3)煤自然發火預測預報方法。預報方法主要有氣體分析法、測溫法、氣味檢測法。

(四)內因火災防治基本知識

1.煤自燃傾向性

煤炭自燃傾向性的鑒定方法很多,國內外較為成熟的方法主要有奧氏法、靜態吸氧法、量熱法以及動態吸氧法、交叉點溫度法等。

2.煤炭自然發火期

煤炭自然發火是一漸變過程,要經過潛伏期、自熱期等多個階段,因此,具有自燃傾向性的煤層被開采破碎后,要經過一定的時間才會自然發火,這一時間間隔叫做煤層的自然發火期。自然發火期是煤層自燃危險在時間上的量度,自然發火期愈短的煤層,其自燃危險性愈大。目前,我國通常采用統計比較法和類比法確定煤層的最短自然發火期。

3.內因火災防治方法及適用條件

現階段,煤礦所采用的內因火災的滅火技術主要有灌漿滅火、均壓滅火、阻化滅火、惰氣壓注滅火以及新型的凝膠滅火、泡沫滅火等技術手段。

(五)外因火災防治基本知識

外因火災是由外部火源引起的火災,其發生和發展都比較突然和迅猛,并伴有大量煙霧和有害氣體。

外因火災主要包括電氣火災和帶式輸送機火災。電氣火災是指發生在各種電氣設備上的火災,常因供電過負荷、電氣元件接觸不良、操作失誤產生電弧火花引發。帶式輸送機火災是指因輸送帶由于跑偏、安裝不當等,與托輥等摩擦生熱引起的火災。

(六)火區封閉、管理與啟封基本技術

1.火區密封技術

當防治火災的措施失敗或因火勢迅猛來不及采取直接滅火措施時,就需要及時封閉火區,防止火災勢態擴大。火區封閉的范圍越小,維持燃燒的氧氣越少,火區熄滅也就越快。因此火區封閉要盡可能地縮小范圍,并盡可能地減少防火墻的數量。

(1)防火墻及其位置的選擇應遵循的原則。這些原則有:防火墻要選用不燃性材料構筑;低瓦斯火區的防火墻位置應盡可能地接近火區,以縮小火區封閉范圍;高瓦斯火區應根據具體情況而定,具有瓦斯爆炸危險時,可適當擴大火區封閉范圍;構筑防火墻的位置應盡可能地設在堅實的巖石巷道內,當巖石巷道離火區較遠時,可將防火墻設在煤巷或無裂隙的礦體上,但是要把防火墻周圍巷道壁加固、噴涂加以嚴密的封閉;防火墻應構筑在新鮮風流能夠到達的地方,便于日后火區觀測,以免形成“盲巷”,防火墻距新鮮風流的距離應在5~10m;防火墻要設立在運輸巷附近,便于運料施工,以免引起運輸不便而延誤時間,使火勢擴大。

(2)防火墻的布置及封閉順序。用隔絕法撲滅火災時,要求封閉的空間盡量縮小,防火墻的數量盡量少,構筑密閉的時間則盡可能地快。

為了便于隔離火區,應首先封閉或關閉進風側的防火墻,然后再封閉回風側的防火墻,同時,還應優先封閉向火區供風的主要通道(或主干風流),然后再封閉那些向火區供風的旁側風道(或旁側風流)。在高瓦斯區密閉和火源之間有瓦斯源存在時,封閉進風側的防火墻更危險一些。這種情況下,首先封閉回風側防火墻更好一些。因為它能夠在火區內造成正壓,對采空區瓦斯的涌出具有一定的抑制作用。

2.火區快速封閉技術

輕質膨脹型封閉堵漏材料--聚氨酯是一種新型的具有獨特性能和多方面用途的快速封閉材料,聚氨酯材料以多元醇和異氰酸酯為基料加聚而成,具有氣密性好、粘結力強、可發泡膨脹、耐高溫、防滲水隔潮等特點,已廣泛地應用于各行各業,煤礦井下主要用于建立快速密閉時的噴涂密封、煤壁噴涂堵漏風等。

3.火區管理技術

火區封閉以后,雖然可以認為火勢已經得到了控制,但是對礦井防滅火工作來說,這僅僅是個開始,在火區沒有徹底熄滅之前,應加強火區的管理。火區管理技術工作包括對火區所進行的資料分析、整理以及對火區的觀測檢查等工作。

繪制火區位置關系圖應標明所有火區和曾經發火的地點,并注明火區編號、發火時間、地點、主要監測氣體成分、濃度等。并針對每一個火區,都必須建立火區管理卡片,包括火區登記表、火區灌注滅火材料記錄表和防火墻觀測記錄表等。

4.火區啟封技術

1)判別火區熄滅程度的標志氣體

關于火區啟封的條件,其主導思想是建立在以一氧化碳為主要氣體指標的基礎之上的。建議采用一氧化碳、乙烯和乙炔作為標志氣體用于判斷自然發火熄滅程度。

3)火區啟封

(1)鎖風啟封火區。鎖風啟封火區也稱分段啟封火區,適用于火區范圍較大,難以確認火源是否徹底熄滅或火區內存積有大量的爆炸性氣體的情況下。啟封的過程中,應當定時檢查火區氣體、測定火區氣溫,如發現有自燃征兆,要及時處理,必要時應重新封閉火區。

(2)通風啟封火區。通風啟封火區也稱為一次性打開火區。適用于火區范圍較小并確認火源已經完全熄滅的情況下。啟封前要事先確定好有害氣體的排放路線,撤出該路線上的所有人員。然后,選擇一個出風側防火墻,首先打開一個小孔進行觀察,無異常情況后再逐步擴大,直至將其完全打開,但嚴禁將防火墻一次性全部打開。

五、礦山水害

(一)礦井涌水特征

1.大氣降水為主要充水水源的涌水特征

這里主要指直接受大氣降水滲入補給的礦床,多屬于包氣帶中、埋藏較淺、充水層裸露、位于分水嶺地段的礦床或露天礦區。其充(涌)水特征與降水、地形、巖性和構造等條件有關。

(1)礦井涌水動態與當地降水動態相一致,具明顯的季節性和多年周期性的變化規律。

(2)多數礦床隨采深增加礦井涌水量逐漸減少,其涌水高峰值出現滯后的時間加長。

(3)礦井涌水量的大小還與降水性質、強度、連續時間及入滲條件有密切關系。

2.以地表水為主要充水水源的涌水特征

地表水充水礦床的涌水規律有:

(1)礦井涌水動態隨地表水的豐枯呈季節性變化,且其涌水強度與地表水的類型、性質和規模有關。受季節流量變化大的河流補給的礦床,其涌水強度亦呈季節性周期變化。有常年性大水體補給時,可造成定水頭補給穩定的大量涌水,并難于疏干。有匯水面積大的地表水補給時,涌水量大且衰減過程長。

(2)礦井涌水強度還與井巷到地表水體間的距離、巖性與構造條件有關。一般情況下,其間距愈小,則涌水強度愈大;其間巖層的滲透性愈強,涌水強度愈大;當其間分布有厚度大而完整的隔水層時,則涌水甚微,甚或無影響;其間地層受構造破壞愈嚴重,井巷涌水強度亦愈大。

(3)采礦方法的影響。依據礦床水文地質條件選用正確的采礦方法,開采近地表水體的礦床,其涌水強度雖會增加,但不會過于影響生產。如選用的方法不當,可造成崩落裂隙與地表水體相通或形成塌陷,發生突水和泥沙沖潰。

3.以地下水為主要充水水源的礦床

能造成井巷涌水的含水層稱礦床充水層。當地下水成為主要涌水水源時,有如下規律:

(1)礦井涌水強度與充水層的空隙性及其富水程度有關。

(2)礦井涌水強度與充水層厚度和分布面積有關。

(3)礦井涌水強度及其變化,還與充水層水量組成有關。

4.以老采空區水為主要充水水源的礦床

在我國許多老礦區的淺部,老采空區(包括被淹沒井巷)星羅棋布,且其中充滿大量積水。它們大多積水范圍不明,連通復雜,水量大,酸性強,水壓高。如現生產井巷接近或崩落帶達到老采空區,便會造成突水。

(二)礦井涌水通道

礦體及其周圍雖有水存在,但只有通過某種通道,它們才能進入井巷形成涌水或突水,這是普遍規律。涌水通道可分為兩類:

1.地層的空隙、斷裂帶等屬于自然形成的通道

(1)地層的裂隙與斷裂帶。堅硬巖層中的礦床,其中的節理型裂隙較發育部位,彼此連通時可構成裂隙涌水通道。依據勘探及開采資料,我們把斷裂帶分為兩類,即隔水斷裂帶和透水斷裂帶。

(2)巖溶通道。巖溶空間極不均一,可以從細小的溶孔直到巨大的溶洞。它們可彼此連通,成為溝通各種水源的通道,也可形成孤立的充水管道。我國許多金屬與非金屬礦區,都深受其害。要認識這種通道,關鍵在于能否確切地掌握礦區的巖溶發育規律和巖溶水的特征。

(3)孔隙通道。孔隙通道,主要是指松散層粒間的孔隙輸水。它可在開采礦床和開采上覆松散層的深部基巖礦床時遇到。前者多為均勻涌水,僅在大顆粒地段和有豐富水源的礦區才可導致突水;后者多在建井時期造成危害。此類通道可輸送本含水層水入井巷,也可成為溝通地表水的通道。

2.由于采掘活動等引起的人為涌水通道

這類通道是由于不合理勘探或開采造成的,理應杜絕產生此類通道。

(1)頂板冒落裂隙通道。采用崩落法采礦造成的透水裂隙,如抵達上覆水源時,則可導致該水源涌入井巷,造成突水。

(2)底板突破通道。當巷道底板下有間接充水層時,便會在地下水壓力和礦山壓力作用下,破壞底板隔水層。形成人工裂隙通道,導致下部高壓地下水涌入井巷造成突水。

(3)鉆孔通道。在各種勘探鉆孔施工時均可溝通礦床上、下各含水層或地表水,如在勘探結束后對鉆孔封閉不良或未封閉,開采中揭露鉆孔時就會造成突水事故。

(三)礦井突水預兆

煤礦突水過程主要決定于礦井水文地質及采掘現場條件。一般突水事故可歸納為兩種情況:一種是突水水量小于礦井最大排水能力,地下水形成穩定的降落漏斗,迫使礦井長期大量排水;另一種是突水水量超過礦井的最大排水能力,造成整個礦井或局部采區淹沒。在各類突水事故發生之前,一般均會顯示出多種突水預兆,下面分別予以介紹。

1.一般預兆

(1)煤層變潮濕、松軟;煤幫出現滴水、淋水現象,且淋水由小變大;有時煤幫出現鐵銹色水跡。

(2)工作面氣溫降低,或出現霧氣或硫化氫氣味(即臭雞蛋味)。

(3)有時可聞到水的“嘶嘶”聲。

(4)礦壓增大,發生片幫、冒頂及底臌。

2.工作面底板灰巖含水層突水預兆

(1)工作面壓力增大,底板臌起,底臌量有時可達500mm以上。

(2)工作面底板產生裂隙,并逐漸增大。

(3)沿裂隙或煤幫向外滲水,隨著裂隙的增大,水量增加,當底板滲水量增大到一定程度時,煤幫滲水可能停止,此時水色時清時濁:底板活動時水變渾濁,底板穩定時水色變清。

(4)底板破裂,沿裂縫有高壓水噴出,并伴有“嘶嘶”聲或刺耳水聲。

(5)底板發生“底爆”,伴有巨響,地下水大量涌出,水色呈乳白或黃色。

3.松散孔隙含水層水突水預兆

(1)突水部位發潮、滴水、且滴水現象逐漸增大,仔細觀察發現水中含有少量細砂。

(2)發生局部冒頂,水量突增并出現流沙,流沙常呈間歇性,水色時清時濁,總的趨勢是水量、沙量增加,直至流沙大量涌出。

(3)頂板發生潰水、潰沙,這種現象可能影響到地表,致使地表出現塌陷坑。

以上預兆是典型的情況,在具體的突水事故過程中,并不一定全部表現出來,所以應該細心觀察,認真分析、判斷。

(五)有色礦山

1.有色礦山各生產環節的危險源、危險點

有色礦山露天作業危險源有:開采境界內存在未查明或查明后未處理的廢棄巷道、采空區或溶洞,滑坡、山體移動和滾石等;井下作業的危險源有:采空區垮塌、大面積巖移、巷道冒頂、硫化礦物粉塵爆炸、墜井、跑溜等。裝藥和爆破作業中的危險源有:裝藥作業范圍內存在雜散電流,明火或火種攜帶入爆區或爆破器材庫等。提升運輸過程中的危險源有:墜罐、蹲罐、高空墜物、過卷、跑車等;其他危險源有:地表和地下水、泥石流淹井或涌入礦坑,硫化礦物或碳質頁巖、易燃物或可燃物、自燃、廢石場泥石流和排土車輛的翻車、脫軌,尾礦庫潰壩、移動、開裂、漫頂等,安全設施和裝置失效。

有色礦山各生產環節的危險點:地表和各水平井口,運輸巷道交岔點,溜井井口、卸載點和振動放礦機硐室,回采和掘進作業面和作業平臺,各類井筒梯子間,爆破器材庫、加油站及易燃物和可燃物存放點,皮帶道,露天坑底和邊坡角附近,正在運行的運輸車輛和設備周圍。

2.有色礦山事故的主要類型、原因及特點

有色礦山事故的主要類型有:地壓災害、水害、火災、爆破傷害、中毒與窒息等。

(1)地壓災害的主要表現為露天滑坡,地下采場頂板大范圍垮落、陷落和冒落,采空區大范圍垮落或陷落,巷道或掘進工作面的片幫、冒頂等。產生地壓災害的主要原因有:回采順序不合理,未及時處理采空區;采礦方法選擇不合理和采場頂板管理不善;缺乏有效支護手段;檢查不周和疏忽大意;浮石處理操作不當;礦巖地質條件差,節理裂隙發育,地應力大等。

此類災害發生與巖性、巖體結構及地質構造等礦巖工程地質條件、地壓管理以及支護方式有密切關系,往往形成沖擊地壓、空氣沖擊波,造成不同程度的人員傷害和財產損失,引起巖層移動、地表下沉和建(構)筑物的破壞。

(2)水災事故的原因有:采掘過程中遇到含水的地質構造、老窿或地表水體,沒有探水或探水工藝不合理;未及時發現突水征兆;降雨量突然加大,造成井下涌水量突然加大;沒有或防排水設施設計、施工不合理;采掘工作面與地表水體、溶洞意外連通。

此類災害突發性強,發展快,造成的人員傷亡和財產損失大,礦井被淹,礦山全面停產。

(3)有色礦山火災根據發火的原因分為內因火災和外因火災。引起內因火災的形成除礦巖本身有氧化自熱特點外,還必須有聚熱條件;當熱量得到積聚時,必然產生升溫現象;溫度升高又導致礦巖加速氧化,發生惡性循環;當溫度達到該物質的發火點時,則發生自燃火災。內因火災只能發生在具有自燃性礦床的礦山,且必須具備一定的條件,發火原因十分復雜;其初期階段不易發現,很難找到火源中心的準確位置,撲滅此類火災比較困難。

引起外因火災的發生原因有:各種明火引燃易燃物或可燃物;各類油料在運輸、保管和使用時所引起的火災;炸藥在運輸、加工和使用過程中發生的火災;電氣設備的絕緣損壞和性能不良引發的火災;坑內外因火災是在有限的空間和有限的空氣流中燃燒,易于生成大量有毒有害氣體,達到危害生命的濃度,極易造成重大事故。

(4)造成爆破傷害、中毒和窒息的主要原因有:炸藥性質和爆破器材不合格,在運輸過程中遇到明火、高溫物體,強烈振動或摩擦,發生意外情況;裝藥、起爆工藝不合理或違章操作;爆破器材庫設計不合理,違章發放或存放爆破器材,存在能夠引起爆炸的引爆源;違章作業或通風系統不合理、坑內標志不合理或無標志,導致作業人員進入或滯留在受炮煙污染的區域內;作業中突然遇到含有大量的窒息性氣體、有毒有害氣體、粉塵的地質構造,人員沒有防護措施。

此類災害與違章作業和通風不暢有關,表現為突發性,救助過程和方式不合理的情況下有可能擴大事故。

在開采過程中還存在粉塵、電危害、噪音與振動、機械傷害、物體打擊、高處墜落和淹溺等危險危害因素。

六、礦山安全檢測

1.風速測定

(1)用風表測定風速。常用風表有杯式和翼式兩種。

(2)用熱電式風速儀和皮托管壓差計測定風速。熱電式風速儀分熱線式和熱球式兩種。熱電式風速儀操作比較方便,但現有的熱電式風速儀易于損壞,灰塵和濕度對它都有一定的影響,有待進一步改進以便在礦山廣泛使用。

(3)對很低的風速或者鑒別通風構筑物漏風時,可以采用煙霧法或嗅味法近似測定空氣移動速度。

(4)利用風速傳感器測定。常用風速傳感器有:超聲波渦街式風速傳感器、超聲波時差法風速傳感器、熱效式風速傳感器。

2.礦井通風阻力的測定

礦井通風阻力測定的方法一般有以下3種:精密壓差計和皮托管的測定法、恒溫壓差計的測定法、空盒氣壓計的測定法。

3.瓦斯檢測

瓦斯檢測實際上是指甲烷檢測,主要檢測甲烷在空氣中的體積濃度。礦井瓦斯檢測方法有實驗室取樣分析法和井下直接測量法兩種。使用便攜式瓦斯檢測報警儀,可隨時檢測作業場所的瓦斯濃度,也可使用瓦斯傳感器連續實時地監測瓦斯濃度。煤礦常用的瓦斯檢測儀器,按檢測原理分類有:光學式、催化燃燒式、熱導式、氣敏半導體式等等,可以根據使用場所、測量范圍和測量精度等要求,選擇不同檢測原理的瓦斯檢測儀器。

4.一氧化碳檢測

一氧化碳是劇毒性氣體,吸入人體后,造成人體組織和細胞缺氧,引起中毒窒息。煤礦火災、瓦斯和煤塵爆炸及爆破作業時都將產生大量的一氧化碳。為了礦工的身體健康,《煤礦安全規程》規定,井下作業場所的一氧化碳濃度應控制在24×10-6以下。煤礦常用的一氧化碳檢測儀器有電化學式、紅外線吸收式、催化氧化式等。

5.氧氣檢測

對于自然界生命,氧是不可缺少的,空氣中氧含量降低會使人感到不適、甚至窒息。因此,《煤礦安全規程》對礦井氧氣含量有嚴格規定。煤礦中檢測氧氣常用的方法主要有氣相色譜法、電化學法和順磁法。其中氣相色譜儀一般安裝在地面,通過人工取樣分析礦井氣體成分濃度。

6.溫度檢測

煤礦常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體pn結、半導體紅外熱輻射探測器、熱噪聲、光纖等。熱電偶、熱電阻原理在工業(地面)上早已得到廣泛應用;半導體pn結原理在-100~+100℃范圍內的應用也很成功,煤礦井下應用較多。

7.煙霧檢測

火災是煤礦重大災害之一。因此建立、健全和裝備防滅火裝置,加強火災監測,防止火災事故,對保障煤礦安全具有重要意義。而煙霧檢測是火災檢測的重要內容。

8.開關量檢測

在煤礦監控系統中,開關量檢測的地位和比重隨著生產自動化水平的提高而提高,在工況、生產監控方面發揮著十分重要的作用。煤礦監控系統采用的開關量傳感器主要有設備開停、風門開閉、饋電開關狀態、風筒開關、溫度濕度控制、有煙無煙、電流電壓控制等。要保證監控系統的正常運行,必須加強對開關量的檢測。

9.檢測儀表及傳感器

煤礦安全檢測監控儀表的主要內容包括:對井下甲烷、一氧化碳、氧氣等氣體濃度的檢測;對風速、風量、氣壓、溫度、粉塵濃度等環境參數的檢測;對生產設備運行狀態的監測、監控等。檢測儀表可以是機械式、化學式、光學式、電子式等。如u型壓差計、機械風表、化學試紙、光干瓦斯檢測儀等。但傳感器一般都是電子式,將物理量變換成電信號后方能記錄并傳輸。

1)主要攜帶式測量儀表類型

國內煤礦企業目前使用的安全檢測儀表主要有:①光干涉瓦斯檢定器,主要用于檢測甲烷和二氧化碳,檢測范圍為0~10%、0~40%和0~100%。②熱催化瓦斯檢測報警儀,主要檢測低濃度甲烷,檢測范圍0~5%。③智能式瓦斯檢測記錄儀,主要檢測甲烷濃度,以單片機為核心,以載體催化元件及熱導元件為敏感元件,用載體催化元件檢測低濃度甲烷、熱導元件檢測高濃度甲烷,實現0~99%的全量程測量,儀器能自動修正誤差。④瓦斯、氧氣雙參數檢測儀,裝有檢測甲烷和氧氣兩種敏感元件,同時連續檢測甲烷和氧氣濃度。最新研制出四參數檢測儀,同時測定甲烷、氧氣、一氧化碳和溫度,一氧化碳測量范圍:(0~999)×10-6,甲烷測量范圍:0~4%,氧氣檢測范圍:0~25%,溫度檢測范圍:0~40℃。⑤瓦斯報警礦燈,在礦燈上附加一瓦斯報警電路,即為瓦斯報警礦燈。儀器以礦燈蓄電池為電源,具有照明和瓦斯超限報警兩種功能?，F有數十種不同結構形式的產品,從報警電路的部位看,早期產品將電路裝于蓄電池內,近期產品則將電路置于頭燈或礦帽上。有的裝在礦帽前方,有的裝在礦帽后部,還有裝在礦帽兩側的。一氧化碳檢測報警儀,能連續或點測作業環境的一氧化碳濃度,儀器開機即可檢測,檢測范圍:(0~2000)×10-6。

2)主要礦用傳感器類型

目前國內礦用傳感器主要采用12~24vdc直流供電,普遍采用本質安全型,通常都具有連續自動將待測物理量轉換成標準電信號輸送給關聯設備、并提供就地顯示、超限報警等功能,有的還具有遙控調校、斷電控制、故障自校自檢等功能(如煤科總院重慶分院生產的系列傳感器)。傳感器模擬量輸出信號通常采用200~1000hz、1~5ma標準信號,開關量輸出1ma/5ma(二線制);±5ma、0v/5v(四線制)等標準信號。傳感器信號輸送距離一般不小于1km。

傳感器主要有以下類型:

(1)智能低濃度甲烷傳感器,穩定性指標為1~3周,元件使用壽命為1~1.5年。測量范圍:0~4.00%(或0~10.0%)。

(2)智能高低濃度甲烷傳感器,與低濃度甲烷傳感器相比,增加了熱導式高濃度甲烷敏感元件。低濃度時仍采用熱催化元件,濃度超過4%時自動切換到熱導元件輸出,切斷熱催化元件工作電源,以此達到保護熱催化元件免受高濃度甲烷沖擊中毒事件發生。傳感器測量范圍為:0~40.0%。

(3)一氧化碳傳感器,檢測范圍為(0~999)×10-6,敏感元件壽命不小于2年。

(4)風速傳感器,主要安裝在測風站、進回風巷和采區工作面等,監測井巷風速風向。測量范圍一般為:0.3~15m/s。

(5)電氣設備開停傳感器,主要用于連續監測煤礦井下供電電流大于5a的各種機電設備的開停狀況。

(6)饋電傳感器,主要監測動力電纜電源是否被切斷,配合斷電器使用,能及時反饋斷電器是否確已有效實施斷電功能。

篇2:加油站油庫靜電的產生原因危害預防措施

靜電是加油站油庫著火爆炸事故主要點火源之一,加油站油庫中的油品在儲存、運輸、輸送、裝卸等過程中,不可避免地會產生靜電。油品本身屬于易燃易爆液體,當靜電放電能量超過油蒸氣的最小引燃能量時,就可引燃引爆油品。因此加油站油庫在營運過程中靜電的危害是非常大的,研究靜電危害的原因,采取工程技術手段和管理對策,是加油站油庫預防和避免靜電事故的一項重要任務。

靜電的產生

根據雙電層理論,油品在儲存、運輸、輸送、裝卸等過程中,不可避免地發生流動、攪拌、沉降、過濾、搖晃、噴射、飛濺、沖刷及發泡等接觸、摩擦、分離的相對運動而產生靜電。

按油品的運動形式分為流動帶電、噴射帶電、沖擊帶電和沉降帶電等。流動帶電是油品在儲運作業中常見的帶電形式。油品在金屬管道流動過程中,由于油品的流動使原來的雙電層發生了變化,油品中的電荷被帶走時,原來管壁內側被束縛的電荷,由于相反電荷的離去而跑到管壁外側成為自由電荷。若金屬管線接地,則管線上除去界面雙電層所束縛的電荷外,管壁外側多余電荷被導入大地。噴射帶電是油品從噴嘴或管口以束狀噴出后,這種束狀的油品便與空氣連續發生接觸與分離現象,使油品帶電。加油站噴濺式卸油時就會產生噴射帶電。沖擊帶電是油品從管道出口噴出后遇到壁板時,油品與壁板不斷地發生接觸和分離現象,與壁板分離后的液體向上飛濺,油珠和物體就分別帶上了不同符號的靜電荷。如加油站油品的噴濺式卸油,加油槍往汽車油箱加注油品。沉降帶電是油料中不同程度含有雜質,如固體顆粒和水分等,雜質會離解成帶電離子,因此在水和油的界面處形成雙電層,由于懸浮于液體中的微粒沉降時,會使微粒和液體分別帶上不同符號的電荷。

另外,加油站油庫中的操作人員在危險場所頻繁作業和接觸設備,可能由于人體活動時,衣服與衣服、人體與衣服摩擦、鞋底與地面或地板摩擦而使人體帶電造成事故。

再者,靜電感應而造成起電、放電過程,在裝油作業中并不少見,如用采樣器取樣,油面為帶電體,如果采樣器沒有接地,成為獨立導體,在采樣器接近油面時,就會發生靜電感應和放電現象。當采樣器進入油層取樣時,它又收集了油中部分電荷而成為帶電體,提起時,若它與接地的罐口靠近,上述靜電感應和放電現象又將重演。

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靜電的積聚和放電

當靜電產生后,由于容器內的油面上積聚的電荷亦可通過油品向接地的四壁流散,但汽油、柴油等石油產品本身存在著導電性能差和對地電容,所以靜電電荷積累是必然的。

靜電除流散外,還以放電進行消散,當靜電積累到一定程度會在空間放電。放電有電暈放電、刷形放電和火花放電三種形式。電暈放電能量小而分散,引起火災的幾率較小。刷形放電因放電不集中,所以釋放的能量也較小,但具有一定的危險性,比電暈放電的災害幾率高。火花放電是兩極間的氣體被擊穿而形成通路,又沒有分叉的放電,這時電極有明顯的放電集中點,在瞬間內能量集中釋放,因而危險性最大。

靜電災害是在一定條件下造成的,靜電作為火源引起爆炸和燃燒的可歸納為四點:

(1)有產生靜電的來源;

(2)靜電得以積聚,并達到足以引起火花放電的靜電電壓;

(3)靜電放電的能量達到爆炸性混合物的最小引燃能量;

(4)靜電放電火花周圍必須有爆炸性的混合物存在。從理論上講,只要消除其中一個條件就可預防靜電事故。但油品在裝卸、儲運過程中,靜電荷的產生、積聚、作業場所形成爆炸性混合物等是客觀存在的,因此只有采取措施抑制靜電荷的產生、積聚,消除放電火花間隙,加強作業場所的管理,降低爆炸性混合物濃度。

靜電火災爆炸故障樹分析

故障樹分析方法(FTA)是一種圖形演繹法,是從結果到原因描繪事故發生的有向邏輯樹分析方法。這種樹是一種邏輯分析過程,遵從邏輯學演繹分析原則(即從結果到原因的分析原則)。把系統不希望出現的事件作為故障樹的頂事件,用邏輯“與”或“或”門自上而下地分析導致頂事件發生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關系,并由此逐步深入,直到找出事故的基本原因,即為故障樹的基本事件。通過油品靜電故障樹分析,可找出系統存在的薄弱環節,然后進行相應的整改,從而提高油庫系統的安全性。1、油品靜電火災爆炸故障樹分析圖

通過對故障樹的分析,靜電火花和油氣達到火災爆炸濃度構成了油品靜電火災爆炸事故的要素。構成油氣達到火災爆炸濃度的三個基本事件*1、*2、*3是單事件的最小徑集,其結構重要系數最大,是油品燃爆事故發生的重要條件。由于油氣揮發是一個自然過程,只要有揮發的空間,油氣自然存在。因此一方面要保證作業區內通風狀況良好,另一方面可采用氣體濃度報警儀對可能泄漏場所油氣混合氣的濃度進行監測,一旦接近危險極限即報警,使管理人員立刻采取相應的安全對策措施。*4也是單事件的最小徑集,因此應采取相應的措施在危險區域內產生靜電放電。油品在裝卸儲運過程中應避免產生靜電積聚,或盡量減少靜電產生和積聚。為了保證油品靜電導除,接地導體的接地應良好,應使防靜電接地裝置和接地線等處于正常的工作狀態,接地電阻應達到要求。再者應盡量避免進入作業區的人員通過人體靜電放電,特別是作業人員應穿上不產生靜電的服裝和把人體作業時產生的靜電及時導走。

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消除靜電危害的措施

通過以上分析,油品作業過程中防靜電措施主要有四個方面:減少靜電產生;促進靜電流散;避免火花放電;加強安全管理。

1、減少靜電產生

(1)控制流速。油品流速愈高,則產生的靜電量也愈大,因此控制流速是減少靜電產生的有效措施。一般要求灌裝油初速度限制在1m/min左右,待油管出口被浸沒以后,可適當提高流速。

(2)控制油罐車卸油方式。如果油罐是從頂部噴濺卸油,油品必然沖擊罐壁,攪動罐內油品,同時加速油品蒸發、霧化,使容器內油品的靜電量急劇增加。采用潛流式灌裝油代替噴濺式灌裝油,可以減少沖擊、噴濺。加油站要求必須密閉卸油,即進油管應距離油罐罐底不大于0.2m,以減少靜電量的產生。

(3)減少油品與高起電材質劇烈摩擦。電導率很低的高分子聚合物、絲綢、水、雜質、空氣等都是高起電材質。禁止在加油管口、加油槍口加裝綢套進行過濾。輸油前,注意排放輸油系統的水分和雜質,吸入口系統的連接和填料應密封,不讓空氣吸入。不要用高起電材質制作輕油容器和輸油管,不能用非導電的塑料桶裝汽油。

(4)人體靜電防護。操作人員在危險場所頻繁作業和接觸設備,可能由于帶電會造成事故。人體穿著的內外衣,由于材料不同,在穿、脫情況所產生的靜電也有差異。人體穿著的內外衣為化纖織品或毛織品產生的靜電最高,放電可能引燃引爆爆炸性混合氣體的機遇較多。因此,在危險場所應避免穿化纖衣服,應穿著防靜電服,或棉織品的衣服;在加油站勿用化纖和絲綢類紗布去擦試加油機、油罐口、量油口等;在爆炸危險場所設置座椅,也勿選用人造革或化纖類作靠墊的座椅;在爆炸危險場所,工作人員嚴禁穿脫衣服,不得梳頭、拍打衣服。

2、促進靜電流散

(1)靜電接地與跨接。金屬儲罐、泵房工藝設備、輸油管線、鶴管等均應可靠地接地。地上或管溝敷設的輸油和輸氣管道的始端、末端和分支處應設防靜電接地裝置。卸車場地,應設用于罐車卸車時用的防靜電接地裝置,為卸油設施跨接的靜電接地裝置。油罐測量孔應有接地端子,以供采樣器、測溫盒、導電繩子等接地。需接地的設備應與接地干線或接地體直接相連,不得彼此串聯。接地電阻不大于100Ω,容量大于50m3油罐接地點不應少于二處。油品的輸油、輸氣管道的法蘭接頭、膠管兩端、閥門等連接處應用金屬線跨接。

(2)其他導靜電措施。其他措施主要有汽車油罐車采用導電橡膠拖地帶,以消除油罐車運輸途中產生的靜電;在可能產生靜電危險的危險場所的入口處設置人體導靜電的接地柱,以消除人體靜電;場地噴水,增加濕度;在儲油罐進口設靜電緩和器;油料中加靜電添加劑;在油罐車裝卸系統消靜電器等。

3、避免或減少靜電放電機會

靜電產生也往往伴隨著靜電流散,如果自然流散就不會形成危害,但以火花放電的形式流散,就具有很大的危險性,因此避免形成或減少放電的機會,也是防止靜電災害的措施。

(1)金屬設備進行電氣連接并接地,相鄰設備形成等電位。罐、管、泵都有良好接地,與零電位大地相通,使他們彼此間成為等電位,則無發生電火花可能。如設備、管道用金屬法蘭連接時、鐵軌和鶴管之間、灌桶間的灌桶嘴和灌裝油桶之間等都必須設置跨接線,汽車油罐車和灌裝油管路之間應設置臨時夾(卡),使之成為導靜電通道。

(2)油品靜置,正確選用檢測工具。儲油容器內的靜電來源主要由油品輸送過程中,油品同管道摩擦,泵、閥門及過濾器等部位能產生大量的靜電,流入儲罐中后,在儲罐中產生靜電,靜電電位隨裝卸結束后逐漸下降。因此為防止靜電事故的發生,對剛進油和運輸后的容器進行檢測作業時,油品需靜置一段時間,保證容器內靜電荷泄漏后,方可進行檢尺、測溫、采樣等作業。測溫盒和采樣器必須用導靜電的繩索,并與罐體進行可靠連接。油罐的測量口應當設置銅(鋁)護板、導尺槽、接地端子。檢尺時,測尺應沿尺槽下放上提,測量過程中應將護板蓋好。嚴禁使用化纖布擦試測量、取樣、測溫器具。

4、防靜電危害的安全管理

(1)進行防靜電危害安全教育。必須對全體工作人員進行防靜電危害安全教育,在業務培訓中安排相應的培訓內容。規章制度、設備檢查都要有防靜電方面的具體內容。

(2)建立防靜電設施檔案。繪制各場所靜電接地分布圖,詳細記載接地點的位置、接地體形狀、材質、數量和埋設情況等。所有防靜電設施、設備必須有人負責定期檢查、維修,并建立設備檔案。

(3)檢查測試。每年春、秋季應對各靜電接地體的接地電阻進行測量,并建立測量數據檔案。若接地電阻不合格,應立即進行整改。

導致油品燃爆的因素雖然很多,但只要嚴格執行安全管理制度和安全操作規程,并采取相應安全技術措施,預防油品燃爆是完全可以做到的。

篇3:冶金職業危害預防監控措施

冶金公司職業危害預防監控措施

為了預防和消除職業危害,保護職工的身心健康,促進安全生產,加強職業危害場所的監督檢查管理,對職業危害預防采取以下措施:

1、公司制定了《職業危害預防制度》,各單位和職工都必須嚴格執行,按制度進行安全生產管理。

2、公司成立了以經理為組長的“職業危害預防領導組”,加強職業危害預防管理工作。

3、對職業危害場所采取定取或不定期進行檢查,檢測并將檢測結果報主管部門,進行分析,研究制定相應措施。

4、每月對個別危害場所進行一次檢測,針對特殊危害場所進行監測,如發現有超標情況,進行停止作業,并加強通風效果,直到濃度稀到規定范圍,方可作業。

5、對職業危害場所從事作業的人員,加強個體防護管理,配有符合國家標準的防塵口罩、耳塞、毛巾、護鏡等防護用品。

6、對有粉塵作業的場所,采取綜合防塵措施,如:作業面撒水、按吸塵器、按局部風機加強通風等措施。

7、所有鑿巖作業都采用濕式法作業,嚴禁干式作業。

8、接觸粉塵的人員發放防塵口罩、防塵工作服,作業時必須按要求佩戴。

9、對從事粉塵作業的職工,定期進行健康檢查。按規定每兩年要進行一次職業危害體檢,發現問題及時調離崗位,并及時給予治療。

10、加強對職工的職業危害宣傳教育和培訓,不斷提高認識增強自覺性

11、每班有專人對存在危害場所進行檢查,并對檢查的數據進行匯總、上報安全科,并歸檔管理。