煤矿安全地质学

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 安全地质条件,教学目的：,通过本章的学习，使大家掌握矿井瓦斯的基本特征，瓦斯含量、煤与瓦斯突出的影响因素；掌握煤层自燃和煤尘爆炸的危害和影响因素；掌握地温的基本知识。,教学内容：,2-1,瓦斯地质,2-2 煤的自燃,2-3 煤尘,重点和难点,1,2-1 瓦斯地质,一、瓦斯概述,（一）瓦斯的概念,1.瓦斯,瓦斯是指在煤矿生产的过程中，从煤层和围岩中释放出的一种多成分的混合气体。,2,2.瓦斯的成分和性质,（1）成分,CH,4,N,2,CO,2,（2）性质,3,无色、无味、无嗅、无毒，可燃和具爆炸性的气体。,在标准状态下，1m,3,的甲烷重0.716Kg，对空气的相对密度为0.554，比空气轻，聚积在巷道的上部。,化学性稳定，微溶于水，易于扩散，渗透岩体的能力为空气的1.6倍。,当空气中混有5%16%的甲烷时，遇高温或明火能引起爆炸。,可能引起瓦斯爆炸的甲烷最低浓度称为爆炸下限；最高浓度称为爆炸上限。,甲烷虽然无毒，但当空气中含量较大时，使人头痛、呕吐，丧失行动能力，当甲烷的浓度超过40%，氧气的含量低于12%时，使人窒息死亡。,4,（二）瓦斯在煤体内的赋存状态,（1）游离瓦斯,（2）吸着瓦斯,（吸附、吸收）,动平衡,5,（三）瓦斯的成因,.1生物成因,C,6,H,10,O,5,CH,4,+CO,2,+5H,2,O+C,9,H,6,O,10,.煤变质作用,6,（四）影响瓦斯含量的因素,瓦斯含量m,3,/t,1.煤的变质程度,2.煤层和围岩的透气性,3.地质构造,7,未受破坏时,背斜轴高,向斜轴低,受构造破坏时相反,压性断裂高,张性断裂低,8,4.煤层的埋藏深度,（1）瓦斯分带,CO,2,N,2,N,2,N,2,CH,4,CH,4,瓦斯风化带,（2）瓦斯风化带以下瓦斯含量、瓦斯压力和瓦斯涌出量有规律的增加,（3）瓦斯梯度,瓦斯含量梯度,瓦斯压力梯度,9,确定瓦斯风化带下线的参数：,甲烷及重烃的体积分数80%;,瓦斯压力0.10.15MPa;,相对瓦斯涌出量为23m,3,/t；,煤层的瓦斯含量（与煤类有关）P46：,10,5.地下水的活动,6.煤田的暴露程度,11,12,二、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,（一）矿井瓦斯涌出,在采掘过程中，因采动影响从煤层及采落煤体、矸石中向井下空间放出瓦斯的现象,。,1.普通瓦斯涌出,长期缓慢逸出的现象,2.特殊瓦斯涌出,（1）瓦斯喷出,指大量承压瓦斯从煤岩层的裂隙中快速喷出的现象。喷出时伴有咝咝的声响，但不产生煤和岩石抛出的动力现象 。,（2）煤与瓦斯突出,指在采掘过程中，在很短的时间内，从采掘面内部向采掘空间突然喷出大量煤、岩石和瓦斯的现象。它是一种伴有声响和猛烈力能的效应的动力现象。,13,（二）矿井瓦斯涌出量,1.绝对瓦斯涌出量,指矿井在单位时间内涌出的瓦斯数量，单位为m,3,/d或m,3,/min。,2.相对瓦斯涌出量,指矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤涌出的瓦斯数量。单位为m,3,/t。,14,（三）矿井瓦斯等级,（1）低瓦斯矿井,q10m,3,/t或Q 40m,3,/min,（2）高瓦斯矿井,q10m,3,/t或Q 40m,3,/min,（3）煤与瓦斯突出矿井,凡发生过煤与瓦斯突出的矿井,15,三、煤与瓦斯突出,（一）煤与瓦斯突出类型及其特征,1.按突出的力学特征分类,（1）煤与瓦斯突出,造成突出的基本能源为高压瓦斯的压缩能,突出的煤或岩石由采掘工作面瞬时猛烈冲出，并产生巨响。抛出物具有一定的分选性。,突出物表面被一层极细的如同水泥一样的煤粉铺盖，称为“微尘”或“狂尘”，厚度由内向外变薄。,突出物由气流搬运，可随巷道拐弯。,抛出物前沿的安息角，小于煤的自然安息角。,在抛出物堆满的巷道内，顶部有一瓦斯通道。,煤层内的突出孔洞，常呈口小肚大的梨形。,突出时有大量瓦斯喷出，瓦斯可以逆风流前进。根据突出的强度不同，逆风流的距离有大有小，可由数十米到千米，能严重破坏矿井的通风系统,。,16,17,（2）煤与瓦斯压出,造成压出的基本能源为煤层和围岩中积聚的弹性应变能,在一声或几声巨响下，工作面煤壁整体向外移动，或破碎跨落，或底板隆起。,压碎的煤和岩石呈大小不等的碎块，就地堆积，没有分选现象。,压出点往往形成袋形、楔形或缝形孔洞，外大内小，外宽内窄。,压出时有大量瓦斯涌出，有时瓦斯从裂缝中喷出，但极少见到瓦斯逆风流现象。,压出可拆断支架，推走采掘设备。,18,19,（3）煤与瓦斯倾出,造成倾出的基本能源为重力位能,倾出煤堆积在原来位置的下方，煤堆积角度为自然安息角。,倾出煤呈大小不等的碎块。,倾出形成舌形、梨形和袋形孔洞；孔洞沿煤层倾向延伸，深度从几米到几十米，轴线倾角大于45，位于原地应力集中带内；只发生在倾角大于45的煤层内。,伴随有大量瓦斯涌出。,20,21,2.按突出强度分类,（1）小型突出 50t,（2）中型突出 5099t,（3）次大型突出 100499t,（4）大型突出 500999t,（5）特大型突出 1000t,3.按突出发生的地点分类,（1）石门突出,（2）平巷突出,（3）上山突出,（4）下山突出,（5）回采工作面突出,22,（三）煤与瓦斯突出的影响因素,突出机理：,瓦斯为主导作用的假说（,瓦斯包说，突出波说，瓦斯膨胀说,）,地应力主导作用假说（,岩石变形潜能说，集中应力说，地应力叠加说,）,化学本质假说（,煤体化学反应引起的,）,综合作用说,23,1.煤层的埋藏深度,2.构造应力,褶皱带,扭转带,倾角急剧变化带,断裂带,构造应力集中带,3.煤体结构破坏程度,4.煤的变质程度,5.煤厚变化,24,（四）煤与瓦斯突出规律,1突出一般发生在一定深度以下。随着开采深度的增加，突出次数增加，强度增大，突出煤层数增多，突出危险区扩大。,2突出次数和强度随着煤层厚度，特别是软煤分层厚度的增加而增加。突出最严重的煤层往往是最厚的主采煤层。,3突出与地质构造的性质、型式和部位有关，特别是构造应力集中的封闭型构造突出危险性大为增加。这些构造主要是指向斜轴部、向斜中的局部隆起、向斜与断层或褶皱交汇地区，以及压性或压扭性断裂带、走向拐弯和倾角骤陡及煤层扭转地区、顶底板阶梯状凸起地段等。,25,4突出瓦斯的主要成分为沼气，个别为二氧化碳。突出煤层的相对瓦斯涌出量都在10m,3,/t，发生瓦斯突出的瓦斯压力一般要在0.71.0Mpa以上。同一煤层瓦斯压力越高，突出危险性越大。,5突出与围岩的层厚和坚硬性有一定关系。煤层顶板厚度大、硬度高时，突出危险性增大。,6突出煤层具有的特点是力学强度低，软硬不均，透气性差，瓦斯放散速度较高，湿度小，煤原生结构遭受强烈构造破坏，层理紊乱，揉皱和滑动镜面发育。,7.突出的动力作用方向大都是由上而下，突出的危险性随煤层倾角增大而增大。,26,8突出与采掘形成的集中应力有关。在采动应力集中的地区施工，突出危险性剧增，不仅突出次数增多，而且突出强度也大。这些地区是指临近层的煤柱上下、相向采掘接近区、巷道开口处或两巷道贯通的煤柱内、采煤工作面的集中应力带内掘进上山等。,9突出绝大多数发生在落煤时，尤其是爆破震动煤体，常为诱发突出的动力因素。,10突出危险性最大，发生次数最多的是石门揭穿煤层的过程中，其间突出强度极高，危险性极大 。,27,11突出前一般都有一些可被人们直接感觉到、细心观察到或被仪表测定到的先兆，这些先兆主要表现在：,在地压显现方面有煤炮声、支架声响、煤岩开裂、掉渣、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆等；,在瓦斯突出方面有瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温异常、气体异常、打钻喷瓦斯、喷煤、哨声、风声、蜂鸣声等；,在煤层结构构造方面有层理紊乱、煤强度松软或不均、煤暗淡无光泽、煤厚增大，倾角变陡、挤压褶皱、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯状凸起等。,28,（五）突出煤层的鉴定指标,.煤层瓦斯压力,.煤的破坏类型（51表2-7）,3.瓦斯放散初速度p,4.煤的坚固性系数f,29,（六）煤与瓦斯突出预测,1区域预测,简称预测。它是根据地质和瓦斯资料，在分析突出发生规律的基础上，预测矿井不同煤层和不同区域的突出危险程度，为合理制定瓦斯突出分区管理方案提供依据。（P5860）,2局部预测,简称预报。它是在区域预测的基础上，根据钻探、采掘和专门测试资料，进一步预测矿井或采区内局部地带或地点的突出危险程度。作为制定防灾措施，检验措施效果的依据。（P6064）,3突出警报,简称警报。它是在预测预报的基础上，根据突出前的预兆及仪表信息指示而发生的突出危险警报。,突出预测、预报的准确程度，取决于地质、瓦斯资料的可靠程度和对突出规律的认识程度。,30,（七）煤与瓦斯突出的防治,1区域性措施,目前，广泛应用的区域性防突措施是开采解放层。在开采煤层群的条件下，首先开采无突出危险或突出危险较小的煤层。籍助于它的采动影响，使突出危险煤层对应区域内的地应力和瓦斯压力大大降低，从而减小和消除突出煤层采掘过程中的突出威胁，故称先采煤层为解放层。,为了保证解放层的安全开采和突出煤层瓦斯的迅速释放，还可预先布置钻孔抽放邻近煤层的卸压瓦斯，被抽放的瓦斯可供综合利用。,2局部性措施,局部性防突措施较多，如水力冲孔、煤层注水、震动放炮、松动放炮等。这些措施的主要作用是在采掘工作面前方造成一个人工控制的卸压带和瓦斯排放区，以消除采掘过程中的突出危险。,由于突出机理随自然条件和生产条件的不同而各有特点，因此采取预防措施时，应根据具体条件确定。,31,四、瓦斯地质工作的内容和方法,（一）调查瓦斯赋存和突出的地质条件,（1）调查构造应力场和应力集中情况，分析构造的开放性和封闭性，划分瓦斯赋存带。,（2）研究煤层厚度及其变化，圈定煤层急剧增厚和变薄带。,（3）调查煤层结构特征，鉴别煤体结构破坏类型，确定软煤分层厚度与突出的关系。,（4）测定煤层瓦斯含量和瓦斯压力，分析它们与瓦斯突出的关系。,（5）调查水文地质情况，分析地下水、瓦斯和构造三者间的关系。,（6）调查煤层围岩的岩性、结构、构造、厚度和裂隙发育情况，鉴定围岩的物理力学性质，评定围岩的透气性。,32,（二）选择煤层突出危险性判别指标,1.瓦斯指标,（1）瓦斯压力P,一般认为p0.196MPa（2at）时，无突出危险；,p0.1960.98MPa（210at）时，可能有突出危险；,P0.98MPa（10at）时，有突出危险。,33,（2）钻孔瓦斯涌出特征,在工作面正头打直径为4050mm的超前孔，最好打在、类破坏煤分层上，孔深510m，完孔后用封孔器由内向外，或由外向内远段封孔，测量并记录每次封孔长度l,i,和对应的瓦斯涌出量Q,i,计算出瓦斯涌出量梯度T,i,= Q,i,/ l,i,选出其中最大的梯度值T,max,作为预测突出和检查防突措施效果的指标。,该指标的突出危险临界值，对不同矿区和不同煤层是不相同的，需通过具体试验确定。,（3）掘进巷道瓦斯涌出变化,掘进工作面发生突出前，瓦斯浓度忽高忽低。在距掘进工作面30m处定时测瓦斯浓度，如果放炮后15min所测瓦斯浓度超过平时的2.5倍时就有突出危险。,34,2.煤体结构指标,（1）煤的筛分指数C,指天然煤样中小于0.5mm的煤粒占总煤样的重量百分比。,C2时，无突出危险；,C27时，可能有突出危险；,C7时，有突出危险。,（2）煤的瓦斯放散指数P,它表示充有瓦斯的煤放散瓦斯的快慢程度，与煤的微孔隙结构有关。,煤体破坏程度越高，P值一般越大。P1525时，可能有突出危险。,35,（3）煤的坚固性系数f,通常采用落锤法测定。,若f1.2时，无突出危险；f0.60.8时，有突出危险。,4）揉皱系数R 又称为软煤比。它是以煤的破坏类型为基础，反映煤层总体破坏程度的一项指标。其一般计算公式为,式中：m,、m,、m,依次为煤层中碎裂煤（类）、碎粒煤（类）和糜棱煤（类）的厚度；,M煤层总厚度。,R的平均值0.20.3时，有突出危险；R0.50.7时，有严重突出危险。,36,3.地应力指标,主要包括自重应力、构造应力、采动集中应力，以及与之有关的煤层埋藏深度、地质构造、煤层厚度变化和煤体结构等。,4.综合指标,（1）多因素评分法,日本矢野贞三提出“十项因素评分法”。,这十项因素是：地应力、瓦斯、断层和褶皱、走向和倾角变化、煤质(燃质比固定碳/挥发分)、火成岩侵入、煤层情况、顶底板情况、采矿条件和其它。,根据上述因素各自在突出中所起作用的大小赋予一定分值，计算出各项分值的总和，并利用总分来预测突出。,该法的优点是考虑因素全面，缺点是各因素的权重不易确定，带有一定的人为性。,为了解决这一问题，可采用多元回归方法、模糊数学综合评判和灰色关连系统理论来确定各因素的权重。,37,（2）公式计算法 抚顺煤研所提出的突出危险性综合指标计算公式为,K = p / f,式中D煤层突出危险性综合指标；,K煤体突出危险性综合指标；,H距地表垂深；,f煤的坚固性系数；,P煤层瓦斯压力，MP；,p煤的瓦斯放散指数。,当D0.25，K0.15时，有突出危险；D0.25，K0.15时，无突出危险。该综合指标主要是用于地勘、基建和新井开拓时的突出预测。,38,（四）突出点资料的收集和整理,在煤与瓦斯突出发生后，应立即进行现场编录。内容包括观测记录突出的时间、地点、标高和垂深，突出的预兆、类型和强度，突出空洞的大小、形态、长轴方向和所在煤层部位，煤层的厚度、结构、产状及其变化，煤体结构破坏类型和特征，煤质及牌号，煤层顶底板岩性，突出点附近的构造情况，突出前所采取的作业方式，并绘制突出点素描图,为便于分析和使用突出点资料，应建立突出点卡片，并在此基础上编制出突出点资料汇总表。,39,（四）编制瓦斯地质图件,1.突出点剖面图,该图是以地质剖面图为基础，重点反映剖面上突出点的分布与地质条件关系的图件。图上除了表示突出点位置、编号、突出强度、突出空洞形态外，还应反映与突出有关的地质构造和煤厚变化等,40,2.突出点分布图,该图是以突出煤层采掘工程平面图为底图，重点反映矿井范围内突出点分布与地质条件关系的图件。图上主要表示突出点位置、编号、突出强度和突出类型。,3.瓦斯合量预测图,该图是以煤层底板等高线图为底图，重点反映矿井范围内瓦斯含量变化特征和规律的图件。图的主要内容有：瓦斯取样点位置、各取样点煤层的实际瓦斯含量、瓦斯风化带界线和瓦斯含量等值线等。,4.煤与瓦斯突出预测图,该图是以煤层底板等高线图为底图，图上除了表示突出点的分布情况外，还应表示瓦斯含量、瓦斯压力和瓦斯涌出量，煤层厚度和变异系数，软分层厚度或揉皱系数，主压应力方向和采动集中应力带，控突地质构造和水文地质情况，以及始突深度线等。根据突出危险程度划分出严重突出区、一般突出区、疑突出区和无突出区等,41,1-突出点；2-向斜构造；3-背斜构造；4-断层；5-扭折带；6-茅口灰岩张裂隙；7-煤层等高线；8-倾角等值线；9-瓦斯地质分区界线；10-原生结构煤；11-碎裂煤；12-碎粒煤；13-糜棱煤；14-夹矸；,一般突出区；严重突出区,42,切实查明影响突出的各种地质汇总与突出有关的地质、瓦斯和突出资料，编绘瓦斯地质图件，是瓦斯地质工作的重点内容。,43,2-2 煤层自燃,一、煤层自燃类型及其对煤矿生产的影响,暴露于空气中的煤炭自身氧化积热达到着火点温度而自然燃烧的现象，称为煤炭自燃。,（一）煤田煤层自燃,1.煤田火灾类型,尚未开发的煤田煤层露头及浅部一切非控制性的燃烧煤田火灾,44,（1）构造式煤田火灾,断裂带上，构造运动形成的高温引起的自燃,（2）自燃式煤田火灾,煤层因上升出露于地表引起的自燃,（3）开采式煤田火灾,开采、冶炼、取暖引起的自燃,2.煤田火灾对煤矿生产的影响,（1）燃烧煤炭资源，造成地表塌陷，局部土地退化和发生滑坡；,（2）地表植被枯萎，污染大气和地下水，造成人呼吸系统及其他疾病。,45,（二）矿井煤层自燃,矿井煤层开采中，因采空区或煤层内煤层氧化积热而发生的自燃现象。,危害：,1.损毁煤炭资源，冻结煤炭资源，造成接续困难；,2.有毒有害气体造成人身伤害，恶化井下环境；,3.着火造成井下风量、风压紊乱;,4.可引起瓦斯和煤尘爆炸；,5.造成地区环境严重破坏。,46,二、煤层自燃条件及影响因素,（一）煤层自燃条件及自燃阶段,1.自燃条件,（1）碎煤,（2）充分的氧气,（3）适宜的蓄热升温环境,47,2.自燃阶段,（1）潜伏期,煤层与空气接触，与氧气相互作用过程较弱，本身无明显升温，周围也不显示升温征兆。,48,S,= (,T,0,-,T,1,)/(,T,0,-,T,2,) 100,式中,S,为确定煤氧化程度的指标，；,T,1,-被检测煤样的着火温度，；,T,2,-用过氧化氢处理过的煤样着火温度，；,T,0,-加上了2.5的联笨胺以后的煤样着火温度，。,S,值越大，表明煤炭自燃就越接近发生。,49,（2）自热期,煤的温升明显，且上升速度逐渐加快；由于煤的吸氧能力自动加速，因而热量进一步积聚。煤炭开始明显升温的特征值一般认为在6080 之间，这一温度称为临界温度。这一阶段煤的热效应明显，并开始出现煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物（C,m,H,n,）、氢气（H,2,）、一氧化碳（CO）。,这个阶段使用常规的检测仪表即能测量出来，甚至能被人的感官所察觉。,50,（3）燃烧期,这一阶段的煤氧化速度急剧加快，温升明显，且温度在临界温度以上，而空气和围岩的温度也显著上升，巷道中出现烟雾及特殊的火灾气味；如果煤温达到着火温度，即会出现光和热的激烈反应，而引发一场自燃火灾。,51,（二）煤层自燃的影响因素,1.内在因素,（1）煤的化学成分及煤化程度,（2）煤岩成分,（3）水分,（4）孔隙率、碎度和脆度,（1）,52,53,2.外在因素,（1）煤层赋存状态和地质构造,（煤层厚度大、倾角陡、承受顶板压力大；构造复杂变动激烈；坚硬顶板）,（,2）采掘、通风条件,（丢煤、漏风）,54,三、矿井煤自燃的识别与预测,（一）煤自燃倾向性鉴定,煤在常温下氧化能力的内在属性称为煤的自燃倾向性 。,自燃倾向性因煤种、煤的组分和煤岩成分、结构的不同而异。,55,1.色谱吸氧测定法（P71 图2-10）,根据煤层燃烧需要吸收氧气的原理，测定约定温度下吸附流态氧量的大小，区分煤的自燃倾向性级别的方法。,56,表2-15 煤样干燥无灰基V,daf,18 时煤自燃倾向性分类,自燃等级,自然倾向性质,煤的吸氧量(cm,3,g),容易自燃,O.70,自 燃,0.40,0.70,不易自燃,0.4,表2-16,煤样干燥无灰基V,daf,18 时煤自燃倾向性分类,自燃等级,自燃倾向性质,煤的吸氧量(cm,3,g),全硫 (),容易自燃,自 燃,不易自然,1.00,1.00,2.00,2.00,2.00,57,2.氧化动力学测定法,氧化动力学是从化学动力学的角度研究煤氧化反应过程的方法。,煤的自燃倾向的氧化动力学测定方法，是通过测试在程序温度条件下煤样温度达到70时煤样罐出气口氧气浓度和之后的交叉点温度，得出煤自燃倾向性的判别指数,I,，据此指数对煤的自燃倾向性作出鉴定。,58,表2-17 煤自燃倾向性分类指标,59,（二）煤层自然发火期的确定,在一定条件下，煤炭从接触到空气到自燃所经历的时间称煤层自然发火期。,分为： 1.巷道自然发火期,2.工作面自然发火期,自然发火期决定于：,煤化程度、煤中催化或阻化作用的矿物、地质构造、开采开拓方法和通风方式。,一般用经验统计法来确定开采煤层的自然发火期。,60,（三）煤层着火温度测定,煤与氧气接触释放出足够的挥发分，与周围大气形成可燃混合物的最低燃烧温度值-煤着火温度,着火温度与煤类有关：,褐煤、长焰煤305,长焰煤、气煤305345 ,气煤、肥煤、焦煤345385 ,贫煤、瘦煤380410 ,无烟煤400 ,61,（四）自燃效应的利用,1.人体感觉,（1）初期产生水分，表现为巷道壁有水珠，地表裂隙出现雾气；,（2）从自热到自燃，产生大量的碳氢化合物，出现人们容易嗅到的煤油味、汽油味、松节油味或焦油味；,（3）通风系统的出风温度高；,（4）产生的CO,2,、CO使人头痛、闷热、精神不振、有疲倦感。,62,2.自然发火标志性气体分析,CO、 CO,2,、CH,4,、 C,2,H,4,、 C,2,H,2,3.测量井下发热体温度,（1）直接测温,（2）红外线探测,63,四、煤层自燃区的特点和灭火措施,（一）自燃区的特点,（1）煤厚和煤质变化,（2）自燃区的大小受煤层厚度、结构和地理条件控制,（3）自燃区的分级,强烈自燃区,中等自燃区,微弱自燃区,64,（二）灭火措施,1.预防,加强管理,避免丢煤,防止向采空区送风,合理开采方法,65,2.灭火措施,（1）直接灭火法,挖除火源,水灭火,沙土灭火,泡沫灭火,（2）间接灭火法,黄土覆盖,打钻灌水、注浆,井下封闭,66,2-3 煤尘,一、煤尘爆炸的影响因素,（一）煤尘特征,1.煤尘浓度,煤尘爆炸必须是飞扬在巷道中达到一定浓度的煤尘。一般情况下，能引爆的煤尘浓度为3 0 2000gm,3,；当浓度为3 004 0 0 gm,3,时，爆炸力最强。,2.,煤尘粒度,（1）粒度越小，爆炸危险性越大,75m以下的煤尘特别是3075m的煤尘爆炸性最强；粒径小于10m后，煤尘爆炸性增强的趋势变得平缓,（2）粒度越小，爆炸性越强,（3）粒度越小，爆炸所需温度越低,67,3.煤尘的挥发分,挥发分产率 ( V,daf,) 是影响煤尘燃爆的最主要因素，挥发份含量越高，其爆炸性越强，因此，V,daf,值可视为煤尘爆炸指数。并据此划分煤尘爆炸性等级：,V,daf,10， 非爆炸性煤尘；,V,daf,1015, 弱爆炸性煤尘；,V,daf,15, 强烈爆炸性煤尘，且数值越大，爆炸性越强；,4.煤中灰分和水分,水分、灰分会降低煤尘的爆炸性,68,（二）周围环境,1.巷道中瓦斯浓度,随着瓦斯浓度的增高，煤尘爆炸浓度下限急剧下降。,2.氧气含量,空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；,氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17%时，煤尘就不再爆炸。,煤尘的爆炸压力也随空气中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。,69,3.引爆热源,点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个达到或超过最低点燃温度和能量的引爆热源。,引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃尘云。而且爆尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘云，且即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越小,70,二、煤尘爆炸机理及特征,（一）煤尘爆炸机理,煤尘爆炸需要具备三个条件：,煤尘本身具有爆炸性；,煤尘悬浮于空气中，并达到一下的浓度；,存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。,71,1.煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增可，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；,2.当温度达到300400时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1%左右的其他碳氢化合物；,3.形成的可燃气体与空气混合，在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成气体外壳，即活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；,4.闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致闪燃过程急剧地循环进行；当燃烧不断加剧，使火焰速度达到每秒数百米后，煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。,72,（二）煤尘爆炸的特征,1.形成高温、高压、冲击波,煤尘爆炸火焰温度为16001900，爆源的温度达到2000以上，这是煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。,在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736KPa，但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一欠爆炸的理论压力将是前一次的57倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/s，冲击波速度为2340m/s。,73,2.煤尘爆炸具有连续性,由于煤尘爆炸具有很高的冲击波速，能将巷道中落尘扬起，甚至使煤体破碎形成新的煤尘，导致新的爆炸，有时可如此反复多次，形成连续爆炸，这是煤尘爆炸的重要特征。,74,3.煤尘爆炸的感应期,煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40%，挥发分越高，感应期越短。,4.挥发分减少或形成“粘焦”煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤尘挥发分含量的40%70%，致使煤尘挥发分减少，根据这一特征，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。对于气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤的煤尘，一旦发生爆炸，一部分煤尘会被焦化，粘结在一起，沉积于支架的巷道壁上，形成煤尘爆炸所特有的产物-焦炭皮渣或粘块，统称“粘焦”“粘焦”也是判断井下发生爆炸事故时是否有煤尘参与的重要标志。,75,5.产生大量的CO,煤尘爆炸时产生的CO，在灾区气体中浓度可达2%3%，甚至高达到8%；爆炸事故中受害者的大多数（70%80%）是由于CO中毒造成的。,76,（三）煤尘爆炸的预防措施,1防止采面和巷道内煤尘的产生和聚集,选用产生煤尘最少的采掘机械；向煤层内注水湿润煤体；对产生煤尘的地方进行喷水；及时清扫和吸除飞扬的和沉落的煤尘。,2防止煤尘引燃,使用安全炸药、防爆型电气设备，安全矿灯、防爆放炮器。,3设置岩粉带和岩粉棚,如果开采多煤层，其中之一有煤尘爆炸危险，则可设置岩粉带，即在所有联接这一危险煤层的巷道布撒岩粉，其布撒长度一般不小于3 0 0米，从而形成人为的岩粉带，以防止煤尘爆炸。为防止煤尘爆炸的扩展，还可直接在有危险的煤层中设置岩粉棚。岩粉棚由多块木板组成，横装在巷道内靠近顶板的地方，棚板上放置一定数量的岩粉 (因而得名岩粉棚），在爆炸时，木板自然翻转，而把岩粉吹散，从而制止爆炸的漫延。,77,（四）煤尘爆炸的地质研究与评价,1研究煤尘的产生原因和条件,煤尘的产生除生产因素外，与煤层结构、煤岩组分、煤的物理力学性质等有关，还与煤层的埋藏深度有关。,2研究防治煤尘的地质条件,为使煤尘防治建立在科学的基础上，必须研究那些可利用的地质条件，例如煤层顶底板岩石性质和煤层及其顶底板裂隙性质 （发育程度，延展方向，存在部位等） 的研究，可为向煤层注水提供依据。,3研究影响煤尘燃爆的地质因素,煤的挥发份、水份和灰份含量的研究；煤尘浓度和煤尘粒度的研究等等。,78,4研究煤尘和瓦斯之间的各种关系,煤尘和瓦斯存在着内在联系，一些研究方法可以互相借鉴。煤和瓦斯突出将产生大量煤尘，煤尘燃爆又产生大量可燃气体-瓦斯，两者关系十分密切。,5研究适于做岩粉的材料,岩粉带和岩粉棚要用大量岩粉，岩粉选择不适当可减弱煤尘防治效果，甚至带来危害。,因此对岩粉有如下基本要求，即：岩粉中可燃物质的含量不大于5%；游离的Si0,2,含量不大于1 0；不含有毒有害物质；飞扬能力强，要在湿空气中1 0天后仍保持飞扬能力，通常可做岩粉的岩石有粘土泥岩、石灰岩或石膏等。,79,6研究和评定煤尘爆炸指数和煤尘爆炸等级,（1）煤尘爆炸性试验指标,据煤尘爆炸性鉴定规范试验煤尘爆炸性的方法是以每一水平的每一煤层为单位，在新鲜的采掘面上取样。试验煤尘爆炸性的方法是用定向喷气阀将粒径小于0.075mm的煤粉喷到石英玻璃管内造成煤尘云，然后观察并记录火焰长度和扑灭火焰的岩粉量，确定煤尘的爆炸性。,在5次鉴定试验样试验中，只要有1次出现火焰，就定为“具有煤尘爆炸性”；,在10次鉴定试验样试验中，均未出现火焰，就定为“无煤尘爆炸性”。,80,（2）煤尘爆炸性指数,根据煤的工业分析资料，可以通过计算确定煤尘爆炸性指数。其计算公式为：,煤尘爆炸性指数V,daf,（V,daf,固定碳）,式中 V,daf,煤中可燃体挥发分。,煤尘爆炸性指数大于10时，煤尘具有爆炸性危险。,81,（三）防止煤尘和煤尘爆炸的措施,1.喷雾散水,2.严防井下明火,82,