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矿山主要危害及安全技术措施

  
评论: 更新日期:2014年01月22日

      (2)煤尘爆炸性鉴定。虽然用煤尘爆炸指数可以判定其爆炸性,但鉴于煤种和煤质的复杂性,爆炸指数只是一个初步判断。还必须按《煤矿安全规程》规定进行煤尘爆炸性鉴定试验。我国标准中规定,采用大管状煤尘爆炸鉴定装置进行试验,并由国家授权单位承担鉴定试验。
      2.防止煤尘爆炸的技术措施
      如前所述,煤尘爆炸必须在三个条件同时具备时才可能发生,如果不让这些条件同时存在,或者破坏已经形成的这些条件在,就可以防止煤尘爆炸的发生和发展。这是制定各种防止煤尘爆炸措施的出发点和基本原则。
      (1)防止煤积聚的措施。一般情况下,生产场所的浮游煤尘浓度是远低于煤尘爆炸下限浓度的。但是,因空气震荡(爆破的冲击波)等原因使沉积煤尘重新飞扬起来,这时的煤尘浓度大大超过爆炸下限浓度。据估算4m2断面的小巷道的周边上,只要沉积0.04 mm厚的一层煤尘,当它全部飞扬起来,就达到了爆炸下限。实际上,井下的沉积煤尘都超过了这个厚度,所以,减少巷道内的沉积煤尘量并清除出井,是最简有效的防爆措施。
      各生产环节采用有效的防尘、降尘措施,减少了煤尘的产生,降低了空气中的煤尘浓度,也就降低了沉积煤尘量。因此,综合防尘措施既是减少粉尘危害工人健康的措施。也是防止煤尘爆炸的治本措施。
      (2)杜绝着火源。井下能引起煤尘爆炸的着火源有电气火花、摩擦火花、摩擦热,煤自燃而形成的高温点、爆破作出现的爆燃以及瓦斯爆炸所产生的高温产物等。消除这类着火源的主要技术措施有:保持矿用电气设备完好的防爆性能,加强管理防止出现电器设备失爆现象,选用非着火性轻合金材料避免产生危险的摩擦火花,输送带、风筒、电缆等常用的非金属材料必须具有阻燃、抗静电性能,采用阻化剂、凝胶或氮气防止煤柱、采空区残留煤发生自燃。除采取上述技术措施外,同时还要加强瓦斯管理防止瓦斯爆炸事故的发生。
      由于煤矿自然条件十分复杂,发生煤尘爆炸的随机性很大,除了上述一般性的安全技术措施外,针对煤尘爆炸的特点,各国还研究了防止煤尘爆炸的专门技术。其中使用历史最长、应用面广、简单易行的防止煤尘爆炸技术措施是撒布岩粉法。
      (3)撒布岩粉法。这种方法是定期向巷道周边撒布惰性岩粉,用它覆盖沉积在巷道周边上的沉积煤尘。岩粉层在巷道风速很低时,它的粘滞性起到了阻碍沉积煤尘重新飞扬的作用。
      当发生瓦斯爆炸等异常情况时,巨大的空气震荡风流把岩粉和沉积煤尘都吹扬起来形成岩粉一煤尘混合尘云。当爆炸火场进入混合尘云区域时,岩粉吸收火焰的热量使系统冷却,同时岩粉粒子还会起到屏蔽作用,阻止火焰或燃烧的煤粒向未烧着的煤尘粒子传递热量,最终达到阻止煤尘着火的目的。这一方法在英、美、俄等主要产煤国家大量应用,而且效果显著。
      3.防止煤尘爆炸传播技术
      防止煤尘爆炸传播技术也称为隔绝煤尘爆炸传播技术(以下简称隔爆技术),是指把已经发生的爆炸控制在一定范围内并扑灭以防止爆炸向外传播的技术措施。该技术不仅适于对煤尘爆炸的控制,也适用于对瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸的控制。该技术分为两大类:被动式隔爆技术和自动式隔爆技术。
      (1)被动式隔爆技术(也称隔爆措施)。发生爆炸的初期,爆炸火焰峰面是超前于爆炸压力波向前传播的,随着爆炸反应的继续和加强,压力波逐渐赶上并超前于火焰峰面传播,两者之间有一时间差。被动式隔爆技术就是利用这一规律,利用压力波的能量使隔爆措施动作,在巷道内形成扑灭火焰的消焰抑制剂尘云,后续到达到的火焰进入抑制剂尘云时被扑灭,阻止了爆炸继续向前传播。被动式隔爆技术主要有:岩粉棚、水槽棚和水袋棚,统称为被动式隔爆棚。
      被动式隔爆棚的设置方式有3种形式:集中式布置、分散式布置和集中分散式混合布置。根据隔爆棚在井巷系统中限制煤尘爆炸的作用和保护范围,可将它们分为主要隔爆棚(重型棚)和辅助隔爆棚(轻型棚)。重型棚的作用是保护全矿性的安全,在矿井两翼与井筒相通的主要运输大巷和回风大巷、相邻煤层之间的运输和回风石门、相邻采区之间的集中运输巷和回风巷内设置。轻型棚的作用是保护一个采区的安全,在采煤工作面的进风、回风巷和采区内的煤及半煤岩掘进巷道以及采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其他巷道内设置。
      (2)自动隔爆技术。被动式隔爆技术的作用原理决定了该技术措施只能在距爆炸源60~200m(岩粉棚300m)范围内发挥抑制爆炸的作用。因此,在爆炸发生的初期该技术是无效的。此外,在低矮、狭窄和拐弯多的巷道中使用也极其不利,不能发挥抑爆效果。针对这些缺点各国研究并使用了自动隔爆技术。
      传感器、控制器和喷洒装置是自动隔爆装置三大组成部分,由若干台自动隔爆装置组成的隔爆系统即为自动式隔爆措施。传感器主要有3类:接受瓦斯煤尘爆炸动力效应的压力传感器、利用爆炸热效应的热电传感器和利用爆炸火焰发出的光效应的光电传感器;控制器是向喷洒抑制剂的执行机构发出动作指令的仪器;喷洒装置一般由执行机构、喷撒器和抑制剂储存容器组成。它的作用是将抑制剂(岩粉、干粉或水)扩散于巷道空间形成粉尘云或水雾带,其动作应迅速、可靠、能适应爆炸的快速发展。
      抑制剂的选择原则是抑制火焰用量少、效果好、价格便宜。虽然岩粉在煤矿应用最广,但是在弱的瓦斯煤尘爆炸条件下,以及在剧烈的强爆炸时,它的抑制效果并不理想。适用于自动隔装置的抑制剂主要有液体抑制剂水、水加卤代烷、粉末无机盐类抑制剂和卤代烷。粉末无机盐类有(NH4)H2PO4、NaCl、KCl、KHCO3、NaHCO3、CaCO3等粉剂。卤代烷有二氟一氯一溴甲烷等,虽然灭火效果好,但它有破坏臭氧层的缺点,已禁用。
      (五)粉尘检测技术
      粉尘检测是以科学的方法对生产环境空气中粉尘的含量及其物理化学性状进行测定、分析和检查的工作。从安全和卫生学的角度出发,日常的粉尘检测项目主要是粉尘浓度、粉尘中游离二氧化硅含量和粉尘分散度(也称为粒度分布)的检测。
      1)粉尘浓度测定
      矿的粉尘浓度测定主要有滤膜测尘法和快速直读测尘仪测定法。
      (1)滤膜测尘法。测尘原理是用粉尘采样器(或呼吸性粉尘采样器)抽取采集一定体积的含尘空气,含尘空气通过滤膜时,粉尘被捕集在滤膜上,根据滤膜的增重计算出粉尘浓度。
      (2)快速直读测尘仪测尘法。用滤膜采样器测尘是一种间接测量粉尘浓度的方法,由于准备工作,粉尘采样和样品处理时间比较长,不能立即得到结果,在卫生监督和评价防尘措施效果时显得不方便。为了满足这方面工作特点的需要,各国研制开发了可以立即获得粉尘浓度的快速测定仪。
      2)粉尘游离二氧化硅的测定
      国家标准中规定的测定方法是焦磷酸质量法,也有用红外分光光度计测定法进行测定。
      (1)焦磷酸质量法。在245~250 ℃的温度下,焦磷酸能溶解硅酸盐及金属氧化物,对游离二氧化硅几乎不溶。因此,用焦磷酸处理粉尘试样后,所得残渣的质量即为游离二氧化硅的量,以百分比表示。为了求得更精确的结果,可将残渣再用氢氟酸处理,经过这一过程所减轻的质量则为游离二氧化硅的含量。
      (2)红外分光分析法。当红外光与物质相互作用时,其能量与物质分子的振动或转动能级相当时会发生能级的跃迁,即分子电低能级过渡到高能级。其结果是某些波长的红外光被物质分子吸收产生红外吸收光谱。游离二氧化硅的吸收光谱的波数为800cm-1、780cm-1、694cm-1(相当于波长为12.5μm、12.8μm、14.4μm)。
      (3)粉尘分散度的测定。粉尘分散度分为数量分散度和质量分散度。前者是针对具有代表性的一定数量的样品逐个测定其粒径的方法。其测定方法主要有显微镜法、光散射法等。测得的是各级粒子的颗粒百分数。后者是以某种手段把粉尘按一定粒径范围分级,然后称取各部分的质量,求其粒径分布,常采用离心、沉降或冲击原理将粉尘按粒径分级,测出的是各级粒子的质量百分数。
      四、矿山火灾
      (一)煤矿火灾的定义、分类及危害
      1.煤矿火灾
      煤矿火灾是指发生在煤矿企业生产范围之内,并造成人员伤亡、资源损失、环境破坏、设备或工程设施毁坏以及严重威胁正常生产的非控制性燃烧。煤矿火灾的三要素:可燃物、热源、氧气。
      2.煤矿火灾的分类
      根据引燃源的不同煤矿火灾可分为内因火灾和外因火灾。
      煤矿火灾根据火灾发生的性质也可分为原生火灾和再生火灾。
      根据火灾发生的地点及其所在巷道的风流流动方向的不同,煤矿火灾为又可分为上行风流火灾、下行风流火灾和进风流火灾。
      3.煤矿火灾的危害
      煤矿火灾的发生具有严重的危害性,主要表现以下几个方面:人员伤亡、矿井生产接续紧张、巨大的经济损失、严重的环境污染。
      (三)煤自然发火危险性评价及早期预测预报
      1.煤自然发火危险性评价
      煤自然发火危险性评价技术是在煤层尚未出现自然发火征兆之前,根据煤层的赋存条件、开拓开采条件以及煤本身的氧化放热升温特性等因素,采取不同的方法对煤层自然发火的危险程度、自然发火期、易自燃危险区域等重要火灾参数指标做出超前判识的一种技术。主要内容有自燃倾向性预测法、因素综合评判预测法、经验统计预测法和数学模型预测法。
      2.煤炭自然发火的早期预测预报
      井下发生自然发火时,往往会出现一些征兆,如温度升高、湿度增加、出现煤焦油味、人体不适、出现烟雾或明火等。
      (1)煤自然发火气体产物及其组成。煤自燃气体产物是指煤由于自燃而释放出来的气体。这其中包括两部分,一部分由于煤自身氧化产生的气体产物,叫煤自燃氧化气体;另一部分是成煤过程中吸附在其孔隙内的气体,由于煤体温度升高而解吸出来的,叫煤自燃吸附气体。
      (2)煤自然发火的标志气体及其指标。一氧化碳指标、一氧化碳的派生指标、烯烃及烯烷比、炔烃。
      (3)煤自然发火预测预报方法。预报方法主要有气体分析法、测温法、气味检测法。
      (四)内因火灾防治基本知识
      1.煤自燃倾向性
      煤炭自燃倾向性的鉴定方法很多,国内外较为成熟的方法主要有奥氏法、静态吸氧法、量热法以及动态吸氧法、交叉点温度法等。
      2.煤炭自然发火期
      煤炭自然发火是一渐变过程,要经过潜伏期、自热期等多个阶段,因此,具有自燃倾向性的煤层被开采破碎后,要经过一定的时间才会自然发火,这一时间间隔叫做煤层的自然发火期。自然发火期是煤层自燃危险在时间上的量度,自然发火期愈短的煤层,其自燃危险性愈大。目前,我国通常采用统计比较法和类比法确定煤层的最短自然发火期。
      3.内因火灾防治方法及适用条件
      现阶段,煤矿所采用的内因火灾的灭火技术主要有灌浆灭火、均压灭火、阻化灭火、惰气压注灭火以及新型的凝胶灭火、泡沫灭火等技术手段。
      (五)外因火灾防治基本知识
      外因火灾是由外部火源引起的火灾,其发生和发展都比较突然和迅猛,并伴有大量烟雾和有害气体。
      外因火灾主要包括电气火灾和带式输送机火灾。电气火灾是指发生在各种电气设备上的火灾,常因供电过负荷、电气元件接触不良、操作失误产生电弧火花引发。带式输送机火灾是指因输送带由于跑偏、安装不当等,与托辊等摩擦生热引起的火灾。
      (六)火区封闭、管理与启封基本技术
      1.火区密封技术
      当防治火灾的措施失败或因火势迅猛来不及采取直接灭火措施时,就需要及时封闭火区,防止火灾势态扩大。火区封闭的范围越小,维持燃烧的氧气越少,火区熄灭也就越快。因此火区封闭要尽可能地缩小范围,并尽可能地减少防火墙的数量。
      (1)防火墙及其位置的选择应遵循的原则。这些原则有:防火墙要选用不燃性材料构筑;低瓦斯火区的防火墙位置应尽可能地接近火区,以缩小火区封闭范围;高瓦斯火区应根据具体情况而定,具有瓦斯爆炸危险时,可适当扩大火区封闭范围;构筑防火墙的位置应尽可能地设在坚实的岩石巷道内,当岩石巷道离火区较远时,可将防火墙设在煤巷或无裂隙的矿体上,但是要把防火墙周围巷道壁加固、喷涂加以严密的封闭;防火墙应构筑在新鲜风流能够到达的地方,便于日后火区观测,以免形成“盲巷”,防火墙距新鲜风流的距离应在5~10 m;防火墙要设立在运输巷附近,便于运料施工,以免引起运输不便而延误时间,使火势扩大。
      (2)防火墙的布置及封闭顺序。用隔绝法扑灭火灾时,要求封闭的空间尽量缩小,防火墙的数量尽量少,构筑密闭的时间则尽可能地快。
      为了便于隔离火区,应首先封闭或关闭进风侧的防火墙,然后再封闭回风侧的防火墙,同时,还应优先封闭向火区供风的主要通道(或主干风流),然后再封闭那些向火区供风的旁侧风道(或旁侧风流)。在高瓦斯区密闭和火源之间有瓦斯源存在时,封闭进风侧的防火墙更危险一些。这种情况下,首先封闭回风侧防火墙更好一些。因为它能够在火区内造成正压,对采空区瓦斯的涌出具有一定的抑制作用。
      2.火区快速封闭技术
      轻质膨胀型封闭堵漏材料--聚氨酯是一种新型的具有独特性能和多方面用途的快速封闭材料,聚氨酯材料以多元醇和异氰酸酯为基料加聚而成,具有气密性好、粘结力强、可发泡膨胀、耐高温、防渗水隔潮等特点,已广泛地应用于各行各业,煤矿井下主要用于建立快速密闭时的喷涂密封、煤壁喷涂堵漏风等。
      3.火区管理技术
      火区封闭以后,虽然可以认为火势已经得到了控制,但是对矿井防灭火工作来说,这仅仅是个开始,在火区没有彻底熄灭之前,应加强火区的管理。火区管理技术工作包括对火区所进行的资料分析、整理以及对火区的观测检查等工作。
      绘制火区位置关系图应标明所有火区和曾经发火的地点,并注明火区编号、发火时间、地点、主要监测气体成分、浓度等。并针对每一个火区,都必须建立火区管理卡片,包括火区登记表、火区灌注灭火材料记录表和防火墙观测记录表等。
      4.火区启封技术
      1)判别火区熄灭程度的标志气体
      关于火区启封的条件,其主导思想是建立在以一氧化碳为主要气体指标的基础之上的。建议采用一氧化碳、乙烯和乙炔作为标志气体用于判断自然发火熄灭程度。

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