3)火区启封
(1)锁风启封火区。锁风启封火区也称分段启封火区,适用于火区范围较大,难以确认火源是否彻底熄灭或火区内存积有大量的爆炸性气体的情况下。启封的过程中,应当定时检查火区气体、测定火区气温,如发现有自燃征兆,要及时处理,必要时应重新封闭火区。
(2)通风启封火区。通风启封火区也称为一次性打开火区。适用于火区范围较小并确认火源已经完全熄灭的情况下。启封前要事先确定好有害气体的排放路线,撤出该路线上的所有人员。然后,选择一个出风侧防火墙,首先打开一个小孔进行观察,无异常情况后再逐步扩大,直至将其完全打开,但严禁将防火墙一次性全部打开。
五、矿山水害
(一)矿井涌水特征
1.大气降水为主要充水水源的涌水特征
这里主要指直接受大气降水渗入补给的矿床,多属于包气带中、埋藏较浅、充水层裸露、位于分水岭地段的矿床或露天矿区。其充(涌)水特征与降水、地形、岩性和构造等条件有关。
(1)矿井涌水动态与当地降水动态相一致,具明显的季节性和多年周期性的变化规律。
(2)多数矿床随采深增加矿井涌水量逐渐减少,其涌水高峰值出现滞后的时间加长。
(3)矿井涌水量的大小还与降水性质、强度、连续时间及入渗条件有密切关系。
2.以地表水为主要充水水源的涌水特征
地表水充水矿床的涌水规律有:
(1)矿井涌水动态随地表水的丰枯呈季节性变化,且其涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关。受季节流量变化大的河流补给的矿床,其涌水强度亦呈季节性周期变化。有常年性大水体补给时,可造成定水头补给稳定的大量涌水,并难于疏干。有汇水面积大的地表水补给时,涌水量大且衰减过程长。
(2)矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性与构造条件有关。一般情况下,其间距愈小,则涌水强度愈大;其间岩层的渗透性愈强,涌水强度愈大;当其间分布有厚度大而完整的隔水层时,则涌水甚微,甚或无影响;其间地层受构造破坏愈严重,井巷涌水强度亦愈大。
(3)采矿方法的影响。依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法,开采近地表水体的矿床,其涌水强度虽会增加,但不会过于影响生产。如选用的方法不当,可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷,发生突水和泥沙冲溃。
3.以地下水为主要充水水源的矿床
能造成井巷涌水的含水层称矿床充水层。当地下水成为主要涌水水源时,有如下规律:
(1)矿井涌水强度与充水层的空隙性及其富水程度有关。
(2)矿井涌水强度与充水层厚度和分布面积有关。
(3)矿井涌水强度及其变化,还与充水层水量组成有关。
4.以老采空区水为主要充水水源的矿床
在我国许多老矿区的浅部,老采空区(包括被淹没井巷)星罗棋布,且其中充满大量积水。它们大多积水范围不明,连通复杂,水量大,酸性强,水压高。如现生产井巷接近或崩落带达到老采空区,便会造成突水。
(二)矿井涌水通道
矿体及其周围虽有水存在,但只有通过某种通道,它们才能进入井巷形成涌水或突水,这是普遍规律。涌水通道可分为两类:
1.地层的空隙、断裂带等属于自然形成的通道
(1)地层的裂隙与断裂带。坚硬岩层中的矿床,其中的节理型裂隙较发育部位,彼此连通时可构成裂隙涌水通道。依据勘探及开采资料,我们把断裂带分为两类,即隔水断裂带和透水断裂带。
(2)岩溶通道。岩溶空间极不均一,可以从细小的溶孔直到巨大的溶洞。它们可彼此连通,成为沟通各种水源的通道,也可形成孤立的充水管道。我国许多金属与非金属矿区,都深受其害。要认识这种通道,关键在于能否确切地掌握矿区的岩溶发育规律和岩溶水的特征。
(3)孔隙通道。孔隙通道,主要是指松散层粒间的孔隙输水。它可在开采矿床和开采上覆松散层的深部基岩矿床时遇到。前者多为均匀涌水,仅在大颗粒地段和有丰富水源的矿区才可导致突水;后者多在建井时期造成危害。此类通道可输送本含水层水入井巷,也可成为沟通地表水的通道。
2.由于采掘活动等引起的人为涌水通道
这类通道是由于不合理勘探或开采造成的,理应杜绝产生此类通道。
(1)顶板冒落裂隙通道。采用崩落法采矿造成的透水裂隙,如抵达上覆水源时,则可导致该水源涌入井巷,造成突水。
(2)底板突破通道。当巷道底板下有间接充水层时,便会在地下水压力和矿山压力作用下,破坏底板隔水层。形成人工裂隙通道,导致下部高压地下水涌入井巷造成突水。
(3)钻孔通道。在各种勘探钻孔施工时均可沟通矿床上、下各含水层或地表水,如在勘探结束后对钻孔封闭不良或未封闭,开采中揭露钻孔时就会造成突水事故。
(三)矿井突水预兆
煤矿突水过程主要决定于矿井水文地质及采掘现场条件。一般突水事故可归纳为两种情况:一种是突水水量小于矿井最大排水能力,地下水形成稳定的降落漏斗,迫使矿井长期大量排水;另一种是突水水量超过矿井的最大排水能力,造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前,一般均会显示出多种突水预兆,下面分别予以介绍。
1.一般预兆
(1)煤层变潮湿、松软;煤帮出现滴水、淋水现象,且淋水由小变大;有时煤帮出现铁锈色水迹。
(2)工作面气温降低,或出现雾气或硫化氢气味(即臭鸡蛋味)。
(3)有时可闻到水的“嘶嘶”声。
(4)矿压增大,发生片帮、冒顶及底臌。
2.工作面底板灰岩含水层突水预兆
(1)工作面压力增大,底板臌起,底臌量有时可达500mm以上。
(2)工作面底板产生裂隙,并逐渐增大。
(3)沿裂隙或煤帮向外渗水,随着裂隙的增大,水量增加,当底板渗水量增大到一定程度时,煤帮渗水可能停止,此时水色时清时浊:底板活动时水变浑浊,底板稳定时水色变清。
(4)底板破裂,沿裂缝有高压水喷出,并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声。
(5)底板发生“底爆”,伴有巨响,地下水大量涌出,水色呈乳白或黄色。
3.松散孔隙含水层水突水预兆
(1)突水部位发潮、滴水、且滴水现象逐渐增大,仔细观察发现水中含有少量细砂。
(2)发生局部冒顶,水量突增并出现流沙,流沙常呈间歇性,水色时清时浊,总的趋势是水量、沙量增加,直至流沙大量涌出。
(3)顶板发生溃水、溃沙,这种现象可能影响到地表,致使地表出现塌陷坑。
以上预兆是典型的情况,在具体的突水事故过程中,并不一定全部表现出来,所以应该细心观察,认真分析、判断。
(五)有色矿山
1.有色矿山各生产环节的危险源、危险点
有色矿山露天作业危险源有:开采境界内存在未查明或查明后未处理的废弃巷道、采空区或溶洞,滑坡、山体移动和滚石等;井下作业的危险源有:采空区垮塌、大面积岩移、巷道冒顶、硫化矿物粉尘爆炸、坠井、跑溜等。装药和爆破作业中的危险源有:装药作业范围内存在杂散电流,明火或火种携带入爆区或爆破器材库等。提升运输过程中的危险源有:坠罐、蹲罐、高空坠物、过卷、跑车等;其他危险源有:地表和地下水、泥石流淹井或涌入矿坑,硫化矿物或碳质页岩、易燃物或可燃物、自燃、废石场泥石流和排土车辆的翻车、脱轨,尾矿库溃坝、移动、开裂、漫顶等,安全设施和装置失效。
有色矿山各生产环节的危险点:地表和各水平井口,运输巷道交岔点,溜井井口、卸载点和振动放矿机硐室,回采和掘进作业面和作业平台,各类井筒梯子间,爆破器材库、加油站及易燃物和可燃物存放点,皮带道,露天坑底和边坡角附近,正在运行的运输车辆和设备周围。
2.有色矿山事故的主要类型、原因及特点
有色矿山事故的主要类型有:地压灾害、水害、火灾、爆破伤害、中毒与窒息等。
(1)地压灾害的主要表现为露天滑坡,地下采场顶板大范围垮落、陷落和冒落,采空区大范围垮落或陷落,巷道或掘进工作面的片帮、冒顶等。产生地压灾害的主要原因有:回采顺序不合理,未及时处理采空区;采矿方法选择不合理和采场顶板管理不善;缺乏有效支护手段;检查不周和疏忽大意;浮石处理操作不当;矿岩地质条件差,节理裂隙发育,地应力大等。
此类灾害发生与岩性、岩体结构及地质构造等矿岩工程地质条件、地压管理以及支护方式有密切关系,往往形成冲击地压、空气冲击波,造成不同程度的人员伤害和财产损失,引起岩层移动、地表下沉和建(构)筑物的破坏。
(2)水灾事故的原因有:采掘过程中遇到含水的地质构造、老窿或地表水体,没有探水或探水工艺不合理;未及时发现突水征兆;降雨量突然加大,造成井下涌水量突然加大;没有或防排水设施设计、施工不合理;采掘工作面与地表水体、溶洞意外连通。
此类灾害突发性强,发展快,造成的人员伤亡和财产损失大,矿井被淹,矿山全面停产。
(3)有色矿山火灾根据发火的原因分为内因火灾和外因火灾。引起内因火灾的形成除矿岩本身有氧化自热特点外,还必须有聚热条件;当热量得到积聚时,必然产生升温现象;温度升高又导致矿岩加速氧化,发生恶性循环;当温度达到该物质的发火点时,则发生自燃火灾。内因火灾只能发生在具有自燃性矿床的矿山,且必须具备一定的条件,发火原因十分复杂;其初期阶段不易发现,很难找到火源中心的准确位置,扑灭此类火灾比较困难。
引起外因火灾的发生原因有:各种明火引燃易燃物或可燃物;各类油料在运输、保管和使用时所引起的火灾;炸药在运输、加工和使用过程中发生的火灾;电气设备的绝缘损坏和性能不良引发的火灾;坑内外因火灾是在有限的空间和有限的空气流中燃烧,易于生成大量有毒有害气体,达到危害生命的浓度,极易造成重大事故。
(4)造成爆破伤害、中毒和窒息的主要原因有:炸药性质和爆破器材不合格,在运输过程中遇到明火、高温物体,强烈振动或摩擦,发生意外情况;装药、起爆工艺不合理或违章操作;爆破器材库设计不合理,违章发放或存放爆破器材,存在能够引起爆炸的引爆源;违章作业或通风系统不合理、坑内标志不合理或无标志,导致作业人员进入或滞留在受炮烟污染的区域内;作业中突然遇到含有大量的窒息性气体、有毒有害气体、粉尘的地质构造,人员没有防护措施。
此类灾害与违章作业和通风不畅有关,表现为突发性,救助过程和方式不合理的情况下有可能扩大事故。
在开采过程中还存在粉尘、电危害、噪音与振动、机械伤害、物体打击、高处坠落和淹溺等危险危害因素。
六、矿山安全检测
1.风速测定
(1)用风表测定风速。常用风表有杯式和翼式两种。
(2)用热电式风速仪和皮托管压差计测定风速。热电式风速仪分热线式和热球式两种。热电式风速仪操作比较方便,但现有的热电式风速仪易于损坏,灰尘和湿度对它都有一定的影响,有待进一步改进以便在矿山广泛使用。
(3)对很低的风速或者鉴别通风构筑物漏风时,可以采用烟雾法或嗅味法近似测定空气移动速度。
(4)利用风速传感器测定。常用风速传感器有:超声波涡街式风速传感器、超声波时差法风速传感器、热效式风速传感器。
2.矿井通风阻力的测定
矿井通风阻力测定的方法一般有以下3种:精密压差计和皮托管的测定法、恒温压差计的测定法、空盒气压计的测定法。
3.瓦斯检测
瓦斯检测实际上是指甲烷检测,主要检测甲烷在空气中的体积浓度。矿井瓦斯检测方法有实验室取样分析法和井下直接测量法两种。使用便携式瓦斯检测报警仪,可随时检测作业场所的瓦斯浓度,也可使用瓦斯传感器连续实时地监测瓦斯浓度。煤矿常用的瓦斯检测仪器,按检测原理分类有:光学式、催化燃烧式、热导式、气敏半导体式等等,可以根据使用场所、测量范围和测量精度等要求,选择不同检测原理的瓦斯检测仪器。
4.一氧化碳检测
一氧化碳是剧毒性气体,吸入人体后,造成人体组织和细胞缺氧,引起中毒窒息。煤矿火灾、瓦斯和煤尘爆炸及爆破作业时都将产生大量的一氧化碳。为了矿工的身体健康,《煤矿安全规程》规定,井下作业场所的一氧化碳浓度应控制在24×10-6以下。煤矿常用的一氧化碳检测仪器有电化学式、红外线吸收式、催化氧化式等。
5.氧气检测
对于自然界生命,氧是不可缺少的,空气中氧含量降低会使人感到不适、甚至窒息。因此,《煤矿安全规程》对矿井氧气含量有严格规定。煤矿中检测氧气常用的方法主要有气相色谱法、电化学法和顺磁法。其中气相色谱仪一般安装在地面,通过人工取样分析矿井气体成分浓度。
6.温度检测
煤矿常用的温度传感器有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体PN结、半导体红外热辐射探测器、热噪声、光纤等。热电偶、热电阻原理在工业(地面)上早已得到广泛应用;半导体PN结原理在-100~+100 ℃范围内的应用也很成功,煤矿井下应用较多。
7.烟雾检测
火灾是煤矿重大灾害之一。因此建立、健全和装备防灭火装置,加强火灾监测,防止火灾事故,对保障煤矿安全具有重要意义。而烟雾检测是火灾检测的重要内容。
8.开关量检测
在煤矿监控系统中,开关量检测的地位和比重随着生产自动化水平的提高而提高,在工况、生产监控方面发挥着十分重要的作用。煤矿监控系统采用的开关量传感器主要有设备开停、风门开闭、馈电开关状态、风筒开关、温度湿度控制、有烟无烟、电流电压控制等。要保证监控系统的正常运行,必须加强对开关量的检测。
9.检测仪表及传感器
煤矿安全检测监控仪表的主要内容包括:对井下甲烷、一氧化碳、氧气等气体浓度的检测;对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度等环境参数的检测;对生产设备运行状态的监测、监控等。检测仪表可以是机械式、化学式、光学式、电子式等。如U型压差计、机械风表、化学试纸、光干瓦斯检测仪等。但传感器一般都是电子式,将物理量变换成电信号后方能记录并传输。
1)主要携带式测量仪表类型
国内煤矿企业目前使用的安全检测仪表主要有:①光干涉瓦斯检定器,主要用于检测甲烷和二氧化碳,检测范围为0~10%、0~40%和0~100%。②热催化瓦斯检测报警仪,主要检测低浓度甲烷,检测范围0~5%。③智能式瓦斯检测记录仪,主要检测甲烷浓度,以单片机为核心,以载体催化元件及热导元件为敏感元件,用载体催化元件检测低浓度甲烷、热导元件检测高浓度甲烷,实现0~99%的全量程测量,仪器能自动修正误差。④瓦斯、氧气双参数检测仪,装有检测甲烷和氧气两种敏感元件,同时连续检测甲烷和氧气浓度。最新研制出四参数检测仪,同时测定甲烷、氧气、一氧化碳和温度,一氧化碳测量范围:(0~999)×10-6,甲烷测量范围:0~4%,氧气检测范围:0~25%,温度检测范围:0~40℃。⑤瓦斯报警矿灯,在矿灯上附加一瓦斯报警电路,即为瓦斯报警矿灯。仪器以矿灯蓄电池为电源,具有照明和瓦斯超限报警两种功能。现有数十种不同结构形式的产品,从报警电路的部位看,早期产品将电路装于蓄电池内,近期产品则将电路置于头灯或矿帽上。有的装在矿帽前方,有的装在矿帽后部,还有装在矿帽两侧的。一氧化碳检测报警仪,能连续或点测作业环境的一氧化碳浓度,仪器开机即可检测,检测范围:(0~2000)×10-6。
2)主要矿用传感器类型
目前国内矿用传感器主要采用12~24VDC直流供电,普遍采用本质安全型,通常都具有连续自动将待测物理量转换成标准电信号输送给关联设备、并提供就地显示、超限报警等功能,有的还具有遥控调校、断电控制、故障自校自检等功能(如煤科总院重庆分院生产的系列传感器)。传感器模拟量输出信号通常采用200~1000 Hz、1~5 mA标准信号,开关量输出1 mA/5mA(二线制);±5mA、0V/5V(四线制)等标准信号。传感器信号输送距离一般不小于1 km。
传感器主要有以下类型:
(1)智能低浓度甲烷传感器,稳定性指标为1~3周,元件使用寿命为1~1.5年。测量范围:0~4.00%(或0~10.0%)。
(2)智能高低浓度甲烷传感器,与低浓度甲烷传感器相比,增加了热导式高浓度甲烷敏感元件。低浓度时仍采用热催化元件,浓度超过4%时自动切换到热导元件输出,切断热催化元件工作电源,以此达到保护热催化元件免受高浓度甲烷冲击中毒事件发生。传感器测量范围为:0~40.0%。
(3)一氧化碳传感器,检测范围为(0~999)×10-6,敏感元件寿命不小于2年。
(4)风速传感器,主要安装在测风站、进回风巷和采区工作面等,监测井巷风速风向。测量范围一般为:0.3~15m/s。
(5)电气设备开停传感器,主要用于连续监测煤矿井下供电电流大于5A的各种机电设备的开停状况。
(6)馈电传感器,主要监测动力电缆电源是否被切断,配合断电器使用,能及时反馈断电器是否确已有效实施断电功能。