煤礦開采主要災(zāi)害及安全管理

一、瓦斯（甲烷）

甲烷是一種無色、無味、無臭的氣體，甲烷比空氣輕，相對于氣空的比重為0.554。瓦斯爆炸是煤礦生產(chǎn)主要災(zāi)害之一。煤礦一旦發(fā)生瓦斯爆炸，危害十分嚴(yán)重，其爆炸時產(chǎn)生的高溫、高壓和有害氣體可造成大量的人員傷亡和人亡礦毀，因此，防止瓦斯爆炸是安全管理的重點(diǎn)，其主要措施是加強(qiáng)礦井通風(fēng)，防止瓦斯局部積聚，防止煤（巖）與瓦斯突出，防止火源引燃瓦斯。

1.礦井瓦斯的危害：

（1）瓦斯窒息

甲烷本身雖然無毒，但空氣中的甲烷濃度較高時，就會相對降低空氣中的氧氣濃度。氧氣濃度相對減少，使人窒息死亡。當(dāng)空氣中甲烷濃度升高，氧氣量降到17%，使感到呼吸困難，氧含量降到12%以下時，使人窒息死亡。

因此，凡井下盲巷或通風(fēng)不良的地區(qū)，都必須及時封閉或設(shè)置柵欄，并懸掛“禁止入內(nèi)”的警標(biāo)，嚴(yán)防人員入內(nèi)。

（2）瓦斯燃燒和爆炸

當(dāng)瓦斯與空氣混合達(dá)到一定濃度時，遇到高溫火源就能燃燒或發(fā)生爆炸，一旦形成災(zāi)害事故，就會造成大量作業(yè)人員的傷亡，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)，瓦斯爆炸事故是煤礦事故中最嚴(yán)重的事故。

2.瓦斯爆炸的概念：

瓦斯是一種能夠燃燒和爆炸的氣體，瓦斯爆炸就是空氣中的氧氣與瓦斯發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)的結(jié)果。瓦斯在高溫火源作用下，與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱，這些熱量能夠使反應(yīng)過程中生成的二氧化碳和水蒸氣迅速膨脹，形成高溫、高壓，并以極高的速度向外沖擊而產(chǎn)生的動力現(xiàn)象，這就是瓦斯爆炸。

3.瓦斯爆炸的危害：

瓦斯爆炸的主要危害是產(chǎn)生高溫焰面，沖擊波和有害氣體。

焰面是巷道中運(yùn)動著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度快、溫度高。從正常的燃燒速度（1~2.5 m/s）到爆轟式傳播速度（2500m/s），焰面溫度可高達(dá)2150℃~2650℃。焰面經(jīng)過之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi)，擴(kuò)大災(zāi)情。

沖擊波鋒面壓力由幾個大氣壓到20個大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時可達(dá)100個大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡、設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞、巷道垮塌。

瓦斯爆炸后生成大量有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后的氣體成分為：o2為6%-10%、n2為82%-88%、co2為4%-8%、co為2%-4%。如果有煤塵參與爆炸，co的生成量更大，往往成為人員大量傷亡的主要原因，因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，入井人員必須配戴自救器。

4.瓦斯爆炸的條件及其影響程度：

瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣，三者缺一不可。

（一）、瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸的界限為5%-16%，5%為爆炸下限，16%為爆炸上限。

當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層；當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反應(yīng)）；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時，失去爆炸性，但在空氣中火仍會燃燒。

必須強(qiáng)調(diào)指出，瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受許多因素的影響：

（1）可燃?xì)怏w的混入，使瓦斯爆炸界限擴(kuò)大。

（2）惰性氣體的混入，降低了氧濃度，使瓦斯爆炸的危險性和爆炸界限降低。

（3）煤塵摻入可降低瓦斯爆炸下限。

（4）瓦斯與空氣混合氣體的初始溫度越高，爆炸界限范圍就越大。

（5）瓦斯與空氣混合氣體的初始壓力越大，瓦斯爆炸界限范圍越大。

（二）、引火溫度：

瓦斯的引火溫度，即點(diǎn)燃瓦斯的最低溫度。一般認(rèn)為是650℃~750℃，但受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當(dāng)瓦斯含量在7%~8%時，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時，引火溫度降低；在引火溫度相同時，火源面積越大、點(diǎn)火時間越長，越易引燃瓦斯。

瓦斯與高溫?zé)嵩唇佑|時，并不立即燃燒、爆炸，而是要經(jīng)過一個很短的時間間隔，我們稱此現(xiàn)象為火延遲性，間隔的這段時間稱感應(yīng)期。感應(yīng)期的長短與甲烷濃度、火源溫度、火源性質(zhì)、混合氣體壓力有關(guān)?；鹪礈囟壬?，感應(yīng)期迅速下降；瓦斯?jié)舛仍黾?，感?yīng)期略有增加。

瓦斯爆炸的感應(yīng)期對煤礦安全生產(chǎn)意義很大。例如，使用安全炸藥爆破時，其初溫達(dá)2000℃左右，但高溫存在的時間只有千分之幾秒，小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，所以不會引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格，炮泥充填不緊或放炮不正規(guī)（如放明炮、糊炮等），就會延長高溫存在時間，造成瓦斯爆炸事故。為了安全井下電氣設(shè)備，必須采用安全隔爆器。

（三）、氧的濃度：當(dāng)氧在混合氣體中的濃度低于12%時，混合氣體中的瓦斯失去爆炸性。正確認(rèn)識氧的含量對瓦斯爆炸的作用，對密封或啟封火災(zāi)區(qū)及時封閉火區(qū)時，判斷火區(qū)內(nèi)有無瓦斯爆炸性等均有指導(dǎo)意義。

防止瓦斯爆炸措施主要包括三個方面：防止瓦斯積聚、防止瓦斯引燃、防止瓦斯事故擴(kuò)大。

二、礦 塵

礦塵是指在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各種礦物微細(xì)顆粒的總稱。礦塵包括煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤塵、巖塵。礦塵不但對井下污染環(huán)境，還對工作人員的健康不利，而且在一定條件下，還可以燃燒和爆炸（煤塵具有可燃性，遇有外界火源，很容易引起火災(zāi)，還可能導(dǎo)致爆炸事故），除此以外，還會加速機(jī)械設(shè)備的磨損，影響井下工作人員的視線，因此應(yīng)采取各種有效的排降措施，如：加強(qiáng)通風(fēng)，灑水降塵，將礦塵濃度控制在規(guī)定的濃度標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。（關(guān)于煤塵爆炸資料附后）

三、火 災(zāi)

礦井防滅火工作是安全生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容，首先應(yīng)通過改進(jìn)開采技術(shù)措施，健立完善的通風(fēng)系統(tǒng)；其次采取防止漏風(fēng)和預(yù)防性灌漿、噴灑阻化劑、均壓滅火、注入惰性氣體等綜合措施防止煤炭自燃的發(fā)生；再次采用不燃性支護(hù)材料，杜絕或控制明火和電火花的產(chǎn)生等有效措施，防止煤礦外因火災(zāi)發(fā)生。（礦井火災(zāi)防治附后）

四、水 害

礦井水害對煤礦安全生產(chǎn)的影響和危害很大，輕則使生產(chǎn)條件惡化，管理困難；重則造成傷亡或淹井事故，因此，在安全生產(chǎn)和管理方面，應(yīng)該在保證排水系統(tǒng)可靠的前提下，加強(qiáng)采掘工作在探、放水的安全管理工作。嚴(yán)格執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”的方針，保障礦井安全。（礦井水害防治附后）

五、頂 板

頂板事故會造成井下人員傷亡、設(shè)備損壞和生產(chǎn)停頓等事故，是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。隨著開采深度的不斷增加，巷道斷面不斷增加，預(yù)防采掘工作面的頂板事故更加重要。為防止頂板事故的發(fā)生，應(yīng)制定和執(zhí)行嚴(yán)格合理的頂板管理安全技術(shù)措施；應(yīng)建立頂板災(zāi)害發(fā)生的預(yù)警、預(yù)報系統(tǒng)；加強(qiáng)對頂板的支護(hù)；加強(qiáng)對采空區(qū)的觀察，合理留設(shè)煤柱的安全防范措施，有效控制頂板事故。

除上述“五大”災(zāi)害以外，隨著礦井開采深度不斷增加，采空區(qū)面積隨著增大，沖擊地壓的危險也將會更加突出，沖擊地壓又稱巖爆，常伴有煤巖體拋出，巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，也是煤礦的重大災(zāi)害之一，我礦應(yīng)采取有效措施防范采空區(qū)大面積冒頂引發(fā)地表塌陷，使地表水透入井下造成的水害。