中國礦業(yè)大學礦井通風與安全課后題答案.doc

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礦井通風與安全課后習題解答 1-1 地面空氣的主要成分是什么?礦井空氣與地面空氣有何區(qū)別？ 地面空氣進入井下后，因發(fā)生物理和化學兩種變化，使其成分種類增多，各種成分濃度改變 1-2 氧氣有哪些性質?造成礦井空氣中氧濃度減少的主要原因有哪些？ 主要原因：煤、巖、坑木等緩慢氧化耗氧，煤層自燃，人員呼吸，爆破 1-3 礦井空氣中常見的有害氣體有哪些?《規(guī)程》對礦井空氣中有害氣體的最高容許濃度有哪些具體現(xiàn)定？ 有害氣體：CH4、CO2、CO、NO2、SO2、H2S、NH3、H2、N2 體積濃度：CH4 ≤ 0.5% CO2 ≤ 0.5% CO ≤ 0.0024% NO2 ≤ 0.00025% SO2 ≤ 0.0005% H2S ≤ 0.00066% NH3 ≤ 0.004% 1-4 CO有哪些性質?試說明CO對人體的危害以及礦井空氣中CO的主要來源。 CO是無色、無臭、無味的有毒有害氣體，比重為0.967，比空氣輕，不易溶于水，當濃度在13~75%時可發(fā)生爆炸 CO比O2與血色素親和力大250~300倍，它能夠驅逐人體血液中的氧氣使血液缺氧致命 井下爆炸工作、火區(qū)氧化、機械潤滑油高溫分解等都能產(chǎn)生CO 1-5 什么是礦井氣候?簡述井下空氣溫度的變化規(guī)律。 礦井氣候指井內的溫度、濕度、風速等條件 在金進風路線上：冬季，冷空氣進入井下，冷氣溫與地溫進行熱交換，風流吸熱，地溫散熱，因地溫隨深度增加且風流下行受壓縮，故沿線氣溫逐漸升高；夏季，與冬季情況相反，沿線氣溫逐漸降低 在采掘工作面內：由于物質氧化程度大，機電設備多，人員多以及爆破工作等，致使產(chǎn)生較大熱量，對風流起著加熱的作用，氣溫逐漸上升，而且常年變化不大 1-6 簡述風速對礦內氣候的影響。 礦井溫度越高，所需風量就越多，風速也越大；風速越大，蒸發(fā)水分越快，井內濕度也越大，礦井溫度、濕度、風速間有著直接的聯(lián)系 1-7 簡述濕度的表示方式以及礦內濕度的變化規(guī)律。 絕對濕度 —單位容積或質量的濕空氣中所含水蒸氣質量的絕對值（g/m或g/k） 絕對飽和濕度 —單位容積或質量濕空氣所含飽和水蒸氣質量的絕對值（g/m或g/kg） 相對濕度 —在同溫同壓下空氣中的絕對濕度和絕對飽和濕度的百分比，即 礦井進風路線上冬干下濕；在采掘工作面和回風路線上，因氣溫常年幾乎不變，故其濕度亦幾乎不變，而且其相對濕度都接近100%。 2-1 何謂空氣的靜壓，它是怎樣產(chǎn)生的？說明其物理意義和單位。 絕對靜壓：單位容積風流的壓能 絕對靜壓：它是指管道內測點的絕對靜壓與管道外和測點同標高的大氣壓力之和，靜壓是油空氣分之熱運動產(chǎn)生的，反映了分子運動的劇烈程，單位Pa 2-2 何謂空氣的重力位能？說明其物理意義和單位。 能量變化方程中任一斷面上單位體積風流對某基準面的位能，是指風流受地球引力作用對該基準面產(chǎn)生的重力位能，習慣叫做位壓 物理意義：某一端面到基準面的空氣柱的重量 單位：Pa 2-3 簡述絕對壓力和相對壓力的概念。為什么在正壓通風中斷面上某點的相對全壓大于相對靜壓，而在負壓通風中斷面某點的相對全壓小于相對靜壓？ 絕對壓力：單位容積風流的壓能 相對壓力：管道內測點的絕對靜壓與管道外和測點同標高的大氣壓力之差 正壓通風時，風流在風壓測任一點的相對靜壓是正值，ht=hs+hv，故ht>hs 負壓通風時，風流在抽風測任一點的相對靜壓是負值，ht=hs-hv，故ht100000時，紊流 3-2 通風阻力和風壓損失在概念上是否相同？它們之間有什么關系? 不相同；通風阻力的大小等于風壓損失量； 通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類，它們與風流的流動狀態(tài)有關； 風壓損失指風流的靜壓、動壓、位壓損失之和 3-3 通風阻力有幾種形式？產(chǎn)生阻力的物理原因是什么? 兩種形式：?摩擦阻力是風流在井巷中作均勻流動時，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起內外摩擦因而產(chǎn)生阻力；?局部阻力是風流再井巷的局部地點，由于速度或方向突然發(fā)生變化，導致風流本身產(chǎn)生劇烈沖擊，形成極為紊亂的渦流，因而在該局部地點產(chǎn)生一種附加的阻力 3-4 通風阻力與井巷風阻有什么不同？ 通風阻力是風流在巷道中流動所產(chǎn)生的局部阻力和摩擦阻力，而井巷風阻是反映井巷特征的物理量，它只受l、u、s和a的影響，二者的關系為： 3-6 降低通風阻力有什么意義?降低摩擦阻力和局部阻力可以采用的措施有哪些？ 降低礦井通風阻力，對管理自然發(fā)火和瓦斯，減少通風電費方面都有重要意義 降低摩擦阻力的措施： 降低局部阻力損失的措施：在巷道內盡可能避免巷道斷面的突然擴大或突然縮小，盡可能避免轉90度的彎，在拐彎處的內側或外側要做成斜面或圓弧形，拐彎的彎曲半徑盡可能加大，還可以設置導風板等。 4-1 自然風壓是怎樣產(chǎn)生的？進、排風井井口標高相同的井巷系統(tǒng)內是否會產(chǎn)生自然風壓？ 由于空氣進入井下后必與各種熱源進行熱交換，致使井下各段空氣密度不斷發(fā)生變化，造成進風和回風兩側空氣柱的重力不平衡，因而產(chǎn)生能量差，推動風流沿井巷流動，形成自然風壓會產(chǎn)生自然風壓，因為進排風井內密度不同致使兩端空氣柱重量不同 4-2 影響自然風壓大小和方向的主要因素是什么？能否用人為的方法產(chǎn)生或增加自然風壓？ 主要因素：礦井進風和出風兩側空氣柱的高度和平均密度 可以，如把回風井井口安置在高處，把進風井井口或平峒口安置在低處；在回風井口修建風塔；多掘和高地表相同的回風井；在回風井和風塔內安裝暖氣管道等 4-3 什么叫通風機的工況點？通風機工況點就是通風機實際工作點 4-4 試述通風機串聯(lián)或并聯(lián)工作的目的及適用條件。 通風機串聯(lián)的目的是增加風壓，保持風量不變；適用于風網(wǎng)阻力較大的情況； 通風機并聯(lián)的目的是保持風壓不變，提高風量；適用于風網(wǎng)阻力較小的情況 4-5 描述主要通風機特性主要參數(shù)有哪些？物理意義是什么？ 風壓：是風流在起點終點間的能量差，是礦井通風的動力 風量：是單位的時間內通過某斷面上的風的容積 功率：輸入功率（單位時間內輸給通風機的電能） 輸出功率（單位時間內通風機把電能轉化為風流壓能的大?。? 效率：通風機輸出功率與輸入功率之比，反映了通風機的實際工作質量 4-6 軸流式通風機和離心式通風機的風壓和功率特性曲線各有什么特點？在啟動時應注意什么問題？ 離心式通風機風壓隨著風量的增加而增加，而下降較慢，使功率隨風量的增加而增加，即礦用離心式通風機的個體功率特性曲線是逐漸上升的，在啟動通風機時，為避免啟動電流過大而燒毀電機，離心式通風機應關閉閘門在風量最小時啟動，啟動后再打開閘門； 軸流式通風機風壓特性曲線和功率特性曲線都是先減小后增大，最后又減小，在特性曲線的實用階段，風壓隨風量的增加而較大地下降，使功率隨著風量的增加而減少，即軸流式通風機的個體功率特性曲線的實用段是逐漸下降的，在啟動通風機時，應打開閘門在風量最大時啟動 4-7 主要通風機附屬裝置各有什么作用？設計和施工時應符合哪些要求？ 反風裝置：使正常風流反向，當發(fā)生火災和瓦斯爆炸時使用；要求在10min內能把礦井風流方向反轉過來，而且要求反風后的風量不小于正常風量的60% 防爆門：當井下發(fā)生瓦斯爆炸時，爆炸氣浪將防爆門掀起，從而起到保護主扇的作用；要求防爆門不得小于出風井口的斷面面積，并正對出風口的風流方向 風峒:礦井主扇和出風井之間的一段聯(lián)絡巷道；①風峒斷面不宜太小，其風速以10m/s為宜，最大不應超過15m/s②風峒的風阻應不大于0.0196Ns/m，風峒的阻力不大于100～200Pa③風峒及其閘門等裝置，結構要嚴密，以防止大量漏風④風峒內應安設測量風速和風流壓力的裝置 擴散器：將通風機出風口的速壓大部分轉變?yōu)殪o壓，以減少通風機出口的速壓損失，提高通風機的靜壓 消音裝置：為了保護環(huán)境，降低噪音；通風機的噪音不得超過90dB。 5-1 全風壓通風有哪些布置方式？試簡述其優(yōu)缺點及適用條件。 總風壓通風方法：利用縱向風墻導風，利用風筒導風，利用平行巷道通風 缺點及適用條件：總風壓通風法的最大優(yōu)點是安全可靠，管理方便，但要有足夠的總風壓，以克服導風設施的阻力，否則不能采用 5-2 簡述引射器通風的原理、優(yōu)缺點及適用條件。 引射器通風原理：利用壓力水力或壓縮空氣經(jīng)噴咀高速射出產(chǎn)生射流，周圍的空氣被卷吸到射流中，為了減少射流與卷吸空氣間沖擊損失，在混合管內摻混，整流后共同向前運動，使風筒內有風流不斷流過 引射器通風具有設備簡單、安全，水引射器有利于除塵和降溫的優(yōu)點。但產(chǎn)生的風壓低、送風量小、效率低、費用高，只有在用水砂充填采煤法德礦井中，才可以順便使用水風扇，為滿足掘進通風的風壓與風量要求，可用多噴咀進行串聯(lián)通風 5-3 簡述壓入式通風的排煙過程及其技術要求。 工作面爆破后，煙、塵充滿迎頭，形成一個炮煙拋擲區(qū)，風流由風筒射出后按紊動射流的特性使炮煙被卷吸到射出的風流中，二者摻混共同先前移動 為了能有效地排出炮煙，風筒出口與工作面的距離不能超過有效射柱，否則會在工作面附近出現(xiàn)煙流停滯區(qū)，壓入式通風風筒出口到工作面的距離約為 ≤ lj=（4～5） ，lj–有效射程 ，s–掘進巷道凈斷面面積， 5-4 試述壓入式、抽出式通風的優(yōu)缺點及其適用條件。 優(yōu)缺點：對于壓入式通風，由于局扇和啟動裝置都位于新鮮風流中，在瓦斯礦井運轉安全；風筒出口風流的有效射程長，排煙能力強，工作面的通風時間短，而且可用柔性風筒。但污風沿巷道排出，污染范圍廣，巷道的通風時間長。抽出式的優(yōu)缺點恰遇上述相反 適用于斷面不大，要求風量不大的巷道中掘進 5-5 試述混合式通風的特點與要求？ 長壓斷抽式： 特點：主要適用于柔性風筒，成本低，除塵器常移動且增大抽出式通風機的通風阻力，除塵效果差時，可使巷道承受一定程度的污染 要求：以壓入式通風為主，靠近工作面一段用抽出式通風，抽出式通風要配備除塵裝置，風筒重疊段風速V>0.5m/s（排瓦斯）；或V>0.15m/s（除塵） 長抽斷壓式： ①前壓后抽式： 特點：不需配備除塵裝置，不會增加通風阻力，能解決巷道污染問題，整個巷道通風狀況較好，抽出式風筒要用帶剛性骨架的柔性風筒或硬質風筒，成本高 要求：以抽出式為主，靠工作面設一段用壓入式通風，壓入風筒靠近工作面，抽出風筒口在壓入風筒的后面，不需配備除塵裝置 ②前抽后壓式： 特點：工作面污染范圍短，但清洗工作面炮煙的能力差，其他特點同前壓后抽式 要求：以抽出式為主，抽出風筒口靠近工作面，巷道中設一段壓入式風筒，該風筒出風口在抽出的后面壓入式風筒口與工作面的距離，炮掘進時按lp≤ lj=（4～5）估算；機掘時應該在機組轉載點后面一定的距離，吸入式風筒吸口應靠近工作面5米左右。 6-1 什么是通風網(wǎng)絡？其主要構成元素是什么？ 由若干個風道和交匯點構成的通風網(wǎng)絡簡稱風網(wǎng) 構成元素：風道和和交匯點（分支和節(jié)點） 6-2 如何繪制通風網(wǎng)絡圖？對于給定礦井其形狀是否固定不變？ 首先在通風系統(tǒng)圖上，沿著風流方向對每個節(jié)點依次編號，作為確定風網(wǎng)圖上每個節(jié)點順序號的根據(jù)，然后根據(jù)編號繪制 不是 6-3 簡述節(jié)點、路、回路、網(wǎng)孔、生成樹、余樹的基本概念的含義。 節(jié)點：指三條或三條以上風道的交點；斷面或支護方式不同的兩條風道，其分界點有時也可稱為節(jié)點 路：是由若干方向相同的分支首尾相接而成的線路，即某一分支的末節(jié)點是下一分支的始節(jié)點 回路和網(wǎng)孔：是由若干方向并不都相同的分支所構成的閉合線路，其中有分支者叫回路，無分支者叫網(wǎng)孔 生成樹：它包含風網(wǎng)中全部節(jié)點和不構成回路或網(wǎng)孔的一部分分支（M—1個） 余樹：在任一風網(wǎng)的每棵樹中，每增加一個分支就構成一個獨立回路或網(wǎng)孔，這種分支叫做余樹弦（弦）（N—M+1個） 6-4 礦井通風網(wǎng)絡中風流流動的基本規(guī)律有哪幾個？寫出其數(shù)學表達式。 風量平衡定律：風壓平衡定律：通風阻力定律： 6-5 比較串聯(lián)風路與并聯(lián)風網(wǎng)的特點。 串聯(lián)風路特點 風量：Q串=Q1=Q2=…=Qn ， m/s風壓：h串=h1+h2+…+hn= ， Pa 風阻：R串=R1+R2+…+Rn= ， Ns/m等積孔：A串= 并聯(lián)風路特點 風量：Q并=Q1+Q2…+Qn= ， m/s 風壓：h并=h1=h2=…=hn ，Pa 風阻：R并= 等積孔：A并=A1+A2+…+An= 自然分配風量：Qm= 6-6 寫出角聯(lián)分支的風向判別式，分析影響角聯(lián)分支風向的因素。 當 時Q5由b→c；當 時Q5由c→b； 風流的方向只取決于本風路起末兩點風流的能量之差，而這項能量差與R5無關 6-7 礦井風量調節(jié)的措施可分為哪幾類？比較它們的優(yōu)缺點。 （1）增加風阻的調節(jié)法、降低風阻的調節(jié)法、增加風壓的調節(jié)法，以上三種是局部風量的調節(jié)法 ①增加風阻調節(jié)法具有簡便、易行的優(yōu)點，它是采區(qū)內巷道間的主要調節(jié)措施，但這種調節(jié)法使礦井的總風阻增加，如果主風扇的風壓曲線不變，勢必造成總風量下降，要想保持總風量不變，就得改變風壓曲線，提高風壓，增加通風電力費 ②降阻調節(jié)的優(yōu)點是使礦井總風阻減少，若主風扇風壓曲線不變，采用降阻調節(jié)后，礦井總風量增加，但這種調節(jié)法工程量較大，投資較多，施工時間也較長 ③增壓調節(jié)法和降阻調節(jié)閥比較：由于前者在阻力較大的風路中安裝輔扇，故可不必提高主扇作用于這條風路上的風壓，而相當于主扇對于這條風路的風阻下降，這和降阻調節(jié)法類似；它比降阻調節(jié)法施工快，施工也比較方便，但工程管理較復雜，安全性比較差；通常，前者經(jīng)濟性較好； ④增壓調解法和増阻調節(jié)法比較：雖然增壓調節(jié)法增加輔扇的構置費、安裝費、電力費和繞道的開掘費等，但它若能使主扇的電力費降低很多服務時間又長時還是比較經(jīng)濟的，缺點是管理工作比較復雜，安全性較差，施工比較困難 礦井總風量的調節(jié)： 改變主扇特性曲線的調節(jié)法：①改變軸流式通風機動輪葉片的安裝角 ②改變通風機的轉速 改變主扇工作風阻的調節(jié)法。 7.1、采區(qū)通風系統(tǒng)包括哪些部分？ 采區(qū)通風系統(tǒng)是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風、回風和工作面進、回風道的布置方式，采區(qū)通風路線的連接形式，以及采區(qū)內的通風設備和設施等基本內容。 7.2、試比較運輸機上山和軌道上山進風的優(yōu)缺點和適用條件。 采用輸送機上山進風，軌道上山回風的通風系統(tǒng)，容易引起煤塵飛揚，使進風流的煤塵濃度增大；煤炭在運輸過程中所涌出的瓦斯，可使進風流的瓦斯?jié)舛仍龈?，影響工作面的安全衛(wèi)生條件，輸送機設備所散發(fā)的熱量，使進風流溫度升高。 采用軌道上山進風、輸送機上山回風的通風系統(tǒng)，雖能避免上述的缺點，但輸送機設備處于回風流中，軌道上山的上部和中部甩車場都要安裝風門，風門數(shù)目較多。 3、何謂下行風？試從防止瓦斯積聚、防塵及降溫角度分析上行風與下行風的優(yōu)缺點。 上行風的主要優(yōu)點是： (1) 瓦斯比空氣輕，有一定的上浮力，其自然流動的方向和上行風流的方向一致利于帶走瓦斯，在正常風速(大于0.5～0.8m/s)下，瓦斯分層流動和局部積聚的可能性較小。 (2) 采用上行風時，工作面運輸平巷中的運輸設備位于新鮮風流中，安全性較好。 (3) 工作面發(fā)生火災時，采用上行風在起火地點發(fā)生瓦斯爆炸的可能性比下行風要小些。 (4) 除淺礦井的夏季之外，采用上行風時，采區(qū)進風流和回風流之間產(chǎn)生的自然風壓和機械風壓的作用方向相同，對通風有利。 上行風的主要缺點是： (1) 上行風流方向與運煤方向相反，易引起煤塵飛揚，使采煤工作面進風流及工作面風流中的煤塵濃度增大。 (2) 煤炭運輸過程中放出的瓦斯進入工作面，使進風流和工作面風流瓦斯?jié)舛壬撸绊懥斯ぷ髅嫘l(wèi)生條件。 (3) 采用上行鳳時，進風風流流經(jīng)的路線較長，且上行風比下行風工作面的氣溫要高些。 下行風的主要優(yōu)點是： (1) 采煤工作面及其進風流中的煤塵、瓦斯?jié)舛认鄬^小些。 (2) 采煤工作面及其進風流中的空氣被加熱的程度較小。 (3) 下行風流方向與瓦斯自然流向相反，不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積聚的現(xiàn)象。 下行風的主要缺點是： (1) 運輸設備在回風巷道中運轉，安全性較差。 (2) 工作面一旦起火，產(chǎn)生的火風壓和下行風工作面的機械風壓作用方向相反，使工作面風量減少，瓦斯?jié)舛壬撸滦酗L在起火地點引起瓦斯爆炸的可能性比上行風要大些，滅火工作困難一些。 (3) 除淺礦井的夏季之外，采區(qū)進風流和回風流之間產(chǎn)生的自然風壓和機械風壓的作用方向相反，降低了礦井通風能力，而且一旦主要通風機停止運轉，工作面的下行風流就有停風或反風(或逆轉)的可能。 4、試述長壁工作面通風系統(tǒng)有哪些類型？并闡述其各自的特點和適用性。 隔熱疏導就是采取各種有效措施將礦井熱源與風流隔離開來，或將熱流直接引入礦井回風流中，避免礦井熱源對風流的直接加熱，從而達到礦井降溫的目的。隔熱疏導的措施主要有： 1） 巷道隔熱2）管道和水溝隔熱3）井下發(fā)熱量大的大型機電硐室應獨立回風。 9-1 通風系統(tǒng)包括哪些部分？ 礦井通風系統(tǒng)包括：通風方式（進、出風井的布置方式）；通風方法（礦井主通風機的工作方法）；通風網(wǎng)路。 9-2 簡述擬定礦井通風系統(tǒng)的原則和要求。P203 擬定礦井通風系統(tǒng)應嚴格遵循安全可靠、投產(chǎn)較快、出煤較多，通風基建費用和經(jīng)營費用之總合最低以及便于管理的原則。 擬定通風系統(tǒng)的具體要求有： (1) 每個礦井和階段水平之間都必須有兩個安全出口； (2) 進風井巷與采掘工作面的進風流的粉塵濃度不得大與0.5mg/m3； (3) 新設計的箕斗井和混合井禁止作進風井，已作進風井的箕斗井和混合井必須采取凈化措施，使進風流的含塵量達到上述要求； (4) 主要回風井巷不得作人行道，井口進風不得受礦塵和有毒有害氣體污染，井口排風不得造成公害； (5) 礦井有效風量率應在60％以上； (6) 采場、二次破碎巷道和電耙道，應利用貫穿風流通風，電耙司機應位于風流的上風側，有污風串聯(lián)時，應禁止人員作業(yè)； (7) 井下破碎硐室和炸藥庫，必須設獨立的回風道； (8) 主要通風機一般應設反風裝置，要求10 min內實現(xiàn)反風，反風量大于40％。 選擇通風系統(tǒng)時，應根據(jù)礦體賦存條件和開采特點，擬定幾個可行方案進行詳細的技術經(jīng)濟比較，擇優(yōu)選出。 9-3（壓入式與抽出式優(yōu)缺點比較）P202 9-4 簡述礦井通風設計的步驟。 （1）擬定礦井通風系統(tǒng)，繪制通風系統(tǒng)圖。（2）礦井總風量的計算與分配。 （3）計算礦井通風系統(tǒng)總阻力。（4）選擇礦井通風設備（5）礦井通風費用概算 9-5 礦井通風系統(tǒng)主要有哪幾種類型？說明其特點及適用條件。 中央式通風系統(tǒng)可細分為： 中央并列抽出式；在地形條件許可時，進風井和出風井大致并列在井田走向的中央，二井底都開掘到第一水平，主要通風機設在出風井的井口附近，將污風抽到地表。 中央并列壓入式，中央并列壓入式：將壓入式主要通風機設置在進風井的井口附近，新風自地表壓入井下。 中央邊界抽出式；進風井大致位于井田走向的中央，出風井大致位于井田淺部邊界沿走向的中央。 中央邊界壓入式；主要通風機安設在進風井口(副井口)附近，井口房須密閉，主井底和總進風須隔開。 對角式通風系統(tǒng)可細分為：兩翼對角式：兩翼對角抽出式 ；兩翼對角壓入式 分區(qū)對角式： 分區(qū)對角抽出式；分區(qū)對角壓入式 9-6 試述礦井通風系統(tǒng)安全性評價的目的和作用。 礦井通風系統(tǒng)安全性評價的目的：即使發(fā)現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)中存在的問題和安全隱患，調整和改造系統(tǒng)，優(yōu)化通風設計，準確編制事故預防與處理方案，同時，指導現(xiàn)場通風安全管理。 10-11章 1） 什么是礦井瓦斯？瓦斯是指井下煤巖涌出的各種氣體的總稱，其主要成分是指以甲烷為主的烴類氣體，有時也專指甲烷，瓦斯的物理化學性質一般都是針對甲烷而言的。 2） 簡述瓦斯的主要物理及化學性質？了解這些性質對于預防處理瓦斯危害有何意義？物理性質：甲烷是無色無味可以燃燒或爆炸的氣體。它對呼吸的影響和氮氣相似可以使人窒息。自然條件下由于瓦斯的強擴散性，它一經(jīng)與空氣均勻混合，就不會因密度小而上浮、積聚，所以當無瓦斯涌出時，巷道斷面的甲烷濃度時均勻分布的，當有瓦斯涌出時，甲烷濃度呈不規(guī)則分布?；瘜W性質：甲烷的化學性質不活潑，微溶于水，對水的溶解度和溫度壓力有關。瓦斯與氧氣適當混合具有燃燒和爆炸性，當空氣中的甲烷濃度為5%-16%時，遇高溫能發(fā)生爆炸。瓦斯還是一種溫室氣體，同比產(chǎn)生的溫室效應是二氧化碳的20倍。甲烷還是一種優(yōu)質能源。 3） 瓦斯是如何生成的？煤層中甲烷的生成大致分兩個階段，第一階段是生物化學造氣時期，在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65度的條件下，被厭氧微生物分解為CH4，CO2,和H2O。第二階段是煤化變質作用時期，地層沉陷，壓力溫度增加，泥炭轉化為褐煤并進入變質作用時期，有機物在高溫高壓的作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要是CH4和CO2。 4） 煤層瓦斯含量：指單位質量或體積的煤巖中在一定溫度和壓力條件下所含有的瓦斯量，即游離瓦斯和吸附瓦斯的總和。 5） 怎樣確定瓦斯風化帶的深度？確定瓦斯風化帶的深度有何實際意義?瓦斯風化帶的深度取決于煤層的地質條件和賦存狀況，如圍巖性質、煤層有無露頭、斷層發(fā)育情況、煤層傾角、地下水活動情況等。圍巖透氣性越大，煤層傾角越大，開放性斷，層越發(fā)育，地下水活動越劇烈，則風化帶下部邊界就越深。有煤層露頭往往比無煤層露頭的隱伏煤層瓦斯風化帶深。位于瓦斯風化帶下邊界以下的甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量隨埋藏深度的增加而有規(guī)律地增長。確定瓦斯風化帶深度，是搞好礦井瓦斯涌出量預測和日常瓦斯管理工作的基礎。 6） 影響煤層瓦斯含量的因素有哪些？1,煤的變質程度越高，生成瓦斯量越多。2，煤層的地質歷史是具有決定性的因素。3，煤層和圍巖的透氣性。4.地質構造（煤層斷層和地質破壞對瓦斯的放散又顯著作用）5.煤層露頭。6，埋藏的深度和地形。7，有地下水的活動，瓦斯可以得到流動、排放。 7） 測定煤層瓦斯壓力有何意義？煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，及氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個主要因素，當煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含的瓦斯量就越大。瓦斯壓力也是造成突出的動力。《規(guī)程》規(guī)定，開采有煤與瓦斯突出危險的煤層時，必須測定瓦斯壓力。 8） 為什么瓦斯能持續(xù)地持久地從煤中涌出？答：在煤層及其附近進行采掘工作時，煤巖的原始狀態(tài)由于采動影像受到破壞，發(fā)生破裂、卸壓膨脹變形、地應力重新分布等變化，且部分煤巖的透氣性增加。游離瓦斯在其壓力作用下，經(jīng)由煤層的裂隙通道或暴露面滲透流出并涌向采掘空間。隨著游離瓦斯的流出，媒體的瓦斯壓力下降，從而破壞了原有的動平衡，一部分吸附瓦斯將解吸轉化為游離瓦斯并涌出。隨著采掘工作的不斷擴展，媒體和圍巖受采動影像的范圍不斷擴大，瓦斯動平衡破壞的范圍也不斷擴展。所以瓦斯能夠長時間的、持續(xù)地從媒體中釋放出來，這是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的普通涌出。 9） 絕對瓦斯涌出量：指單位時間內涌出的瓦斯體積量，單位為m3/d或m3/min。相對瓦斯涌出量：平均產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯量，單位為m3/t。 10 影像瓦斯涌出的因素？答：自然因素1，煤層和圍巖瓦斯含量，2，地面大氣壓變化，地面大氣壓的變化會引起井下大氣壓的相應變化，它對采空區(qū)或塌冒處瓦斯涌出的影響比較顯著。當?shù)孛娲髿鈮和蝗幌陆禃r，瓦斯積存區(qū)的氣體壓力將高于風流的壓力，瓦斯就會更多地涌入風流中，使礦井的瓦斯涌出量增大，反之瓦斯的涌出量減少。3，開采規(guī)模（開采深度，開采范圍和礦井產(chǎn)量），開采技術因素1，開采順序與回采方法，2，生產(chǎn)工藝，3，風量變化（單一煤層回采時，瓦斯主要來自煤壁和采落的煤炭，回風流中瓦斯?jié)舛入S風量的增加而減少；煤層群開采和綜采放頂煤時，煤巷的冒落孔內積存有大量高濃度的瓦斯，風量增加時，起初由于負壓和采空區(qū)漏風的加大，一部分高濃度瓦斯被漏風從采空區(qū)帶走，絕對瓦斯涌出量迅速增加，回風流中瓦斯?jié)舛瓤赡芗眲∩仙?。然后，濃度開始下降，經(jīng)過一段時間絕對瓦斯涌出量回復或接近原有值）4，采空區(qū)的密閉質量。 11) 怎樣從開采技術因素方面降低瓦斯的涌出量和瓦斯涌出的不均勻性？瓦斯涌出不均系數(shù)：在正常生產(chǎn)過程中，礦井絕對瓦斯涌出量受各種因素的影響，其數(shù)值在一段時間內圍繞平均值上下波動，我們把其峰值與平均值的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。 12）地面大氣壓和風量變化對瓦斯涌出的影響如何？（見第10題） 13）礦井瓦斯等級分幾級？如何鑒定礦井的瓦斯等級？瓦斯礦井：一個礦井中只要又一個煤（巖）層中發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。礦井瓦斯等級分為：1,低瓦斯礦井：相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出井。煤與瓦斯突出礦井: 礦井在采掘過程中，只要發(fā)生過一次煤與瓦斯突出，該礦井即為突出礦井煤層定為突出煤層。《規(guī)程》規(guī)定，每年必須進行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作。礦井瓦斯等級的鑒定工作應在正常生產(chǎn)的條件下進行。根據(jù)當?shù)貧夂驐l件，選擇礦井絕對瓦斯涌出量較大的月份，一般為七八月份。在鑒定月的上中下旬中各取一天，分三個班進行測定工作。所謂正常生產(chǎn)，即被鑒定的礦井煤層或一翼水平或采區(qū)的回采產(chǎn)量應達到該地區(qū)設計產(chǎn)量的60%。測定內容為風量和風流中的瓦斯?jié)舛取５V井瓦斯等級以最大的相對瓦斯涌出量和有、無煤與瓦斯突出你分級標準確定。 14）煤與瓦斯突出有何特點和危害？煤與瓦斯突出：煤礦地下采掘過程中，在很短的時間內，從煤（巖）壁內部向采掘工作空間突然噴出煤（巖）與瓦斯的動力現(xiàn)象。危害：煤與瓦斯突出能摧毀井巷設施、破壞礦井通風系統(tǒng)，使井巷充滿瓦斯和煤的拋出物，能造成人員窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸和火災事故，導致生產(chǎn)中斷，踏實煤礦最嚴重的災害之一。突出的基本特征：(1) 拋出的固體物具有明顯的氣體搬運特征。在突出現(xiàn)場可以看到突出的煤和巖塊從突出口搬至較遠的地方，甚至拐了幾個彎；煤、巖塊的堆積角度小于自然安息角；堆積物中大的顆粒落在近處和下部，小的顆粒飄到遠處并覆蓋在突出物的上方，這種現(xiàn)象也稱為分選性堆積。(2) 突出物中呈現(xiàn)出明顯的高壓氣體爆炸的特征。軟煤被拋出后，由于其中的高壓氣體迅速膨脹，破碎煤體，因而突出物中含有大量的極細的粉塵。有時候突出過程還對拋出的軟煤進行了重新固結和搗實，需要鎬刨才能運走。(3) 突出的孔洞具有一些特殊的形狀。有的呈梨形、倒瓶形，口小腔大，孔洞的軸線往往沿煤層傾斜方向延伸或與傾斜方向成一不大的角度，突出孔洞的長度約為幾米到幾十米。有時候則看不到突出孔洞，拋出煤體的地方充滿了松散的碎煤。(4) 突出過程中伴隨有大量的瓦斯涌出。在突出過程中，拋出的煤量越大，涌出的瓦斯越多。當涌出的瓦斯量十分大時，瓦斯會逆著礦井的風流而行達到幾十米，甚至幾百米、上千米，嚴重地破壞礦井的通風系統(tǒng)和設施。 15）煤與瓦斯突出的機理為何？答：突出煤層內飽含瓦斯，并受著地質構造力、地層靜壓力和瓦斯壓力的綜合作用，是煤層處于彈性變形狀態(tài)，積蓄著一定量的彈性潛能。當采掘工作接近這些區(qū)域時，原來處于平衡狀態(tài)的煤-瓦斯體系即遭到突然破壞，彈性潛能和游離瓦斯突然釋放，煤內裂隙大量增加，吸附的瓦斯順勢大量解吸，使媒體進一步破碎、粉化、外移，最后隨高瓦斯流噴向巷道，形成煤與瓦斯突出。 16）突出的一般規(guī)律是什么？答：1，突出與地質構造的關系，絕大多說突出發(fā)生在地質構造帶內。2,突出與瓦斯的關系，煤層中瓦斯壓力和瓦斯含量的大小是能否實現(xiàn)突出的重要因素之一。越大越多越危險。3.突出與地壓的關系，地壓愈大，突出危險性愈大。4.突出與煤層構造的關系，煤的構造主要指煤的破壞類型和煤的強度。破壞類型愈高，強度愈小，突出危險性愈大。5.突出與圍巖性質的關系，在煤層頂?shù)装鍨閳杂捕旅艿膸r層，厚度又較大時，彈性能與集中應力都比較大，如果煤層瓦斯含量又比較大，突出的危險性也就較大，反之較小。6.突出與水文地質的關系，礦井涌水量大則突出的危險性較小。7.突出具有延期性，震動爆破后沒有立刻發(fā)生突出，而是延緩了一段時間，這一現(xiàn)象叫延期突出。 18）為什么說開采保護層是最有效的預防突出的措施？怎樣劃定保護范圍。開采保護層的作用：保護層開采后由于采空區(qū)的頂?shù)装鍘r石冒落、移動，引起開采煤層周圍應力的重新分布，采空區(qū)上下形成卸壓區(qū)，該區(qū)域內的未開采煤層將發(fā)生下述變化1.地壓減小，彈性潛能得以緩慢釋放。2.煤層膨脹變形，形成裂隙和孔道，透氣系數(shù)增加，被保護層內的瓦斯能大量排放到保護層的采空區(qū)內，瓦斯含量和壓力都明顯降低。3.煤層瓦斯涌出后，煤的強度增加。所以開采保護層后，不但消除或減少了引起突出的兩個重要因素——地壓與瓦斯，而且增加了抵御突出的能力因素——煤的機械強度。這就使得卸壓區(qū)范圍內開采被保護層時，不再發(fā)生煤與瓦斯突出。保護層的采煤工作面必須超前于被保護層的掘進工作面，其超前距不得小于兩個煤層只見垂直距離的3倍，至少不小于100米，以便被保護層充分卸壓和排出瓦斯。 19）局部防突措施有哪些：一、石門揭開突出危險煤層時的預防措施，1.松動爆破:在進行普通放炮時，同時爆破幾個7—10m以上的深炮孔，使深部煤體破裂與松動，應力集中帶和高壓瓦斯帶移向深部，以便在工作面前方造成較長的卸壓和排放瓦斯區(qū)，從而預防突出的發(fā)生。2.鉆孔排放瓦斯:石門揭煤前，由巖巷或煤巷向突出危險煤層打鉆，將煤層中的瓦斯經(jīng)過鉆孔自然排放出來，待瓦斯壓力降到安全壓力以下時，再進行采掘工作。3.水利沖孔:水力沖孔是在安全巖(煤)柱的防護下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。同時，由于孔道周圍煤體的移動變形，應力重新分布，擴大卸壓范圍。4.金屬骨架（超前支架）:多用于有突出危險的急傾斜煤層、厚煤層的煤層平巷掘進時。二、煤巷掘進時預防突出的措施5 .超前鉆孔:在煤巷掘進工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的強度，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)，使集中應力區(qū)移向煤體深部。6.卸壓槽:預先在工作面前方切割出一個縫槽，以增加工作面前方的卸壓范圍，掘進時保持一定的超前距就可避免突出或沖擊地壓的發(fā)生。7. 震動放炮：震動放炮是采用增加炮眼數(shù)和裝藥量，一次爆破揭穿煤層并成巷的爆破方法。所以震動放炮基本上是一種人為的誘使突出的措施，而不是防止突出的方法。 20）瓦斯爆炸的危害以及影響瓦斯爆炸范圍的因素？答：瓦斯爆炸是以甲烷為主的可燃氣體和空氣組成的爆炸型混合氣體在火源引發(fā)下發(fā)生的一種劇烈而迅速的鏈式反應。瓦斯爆炸時會產(chǎn)生三個致命的因素：火焰鋒面，沖擊波，有害氣體?；鹧驿h面：在可爆炸甲烷濃度的混合氣體中出現(xiàn)了點火源，則此氣體就會在火源點被點燃形成最初火焰(人們稱這一點為爆源)，在大氣壓條件下，該火焰厚度非常薄，僅0.1—0.01mm，它是一個燃燒帶并在烷空氣體中傳播。沖擊波：火焰鋒面后的爆炸產(chǎn)物具有很高的溫度，由于熱量集中而使爆源氣體產(chǎn)生高溫和高壓并急劇膨脹而形成沖擊波。如果巷道頂板附近或冒落孔內積存著瓦斯，或者巷道中有沉落的煤塵，在沖擊波的作用下，它們就能均勻分布，形成新的爆炸混合物，使爆炸過程得以繼續(xù)下去。爆炸時由于爆源附近氣體高速向外沖擊，在爆源附近形成氣體稀薄的低壓區(qū)，于是產(chǎn)生反向沖擊波，已遭破壞的區(qū)域再一次受到破壞。如果反向沖擊波的空氣中含有足夠的CH4和O2，而火源又未消失，就可以發(fā)生第二次爆炸。瓦斯爆炸時礦井大氣成分會發(fā)生下列變化：氧濃度下降，產(chǎn)生有毒有害氣體，形成爆炸性氣體。瓦斯爆炸最大危險性在于爆炸產(chǎn)生的有害氣體對人的傷害。 影響瓦斯爆炸范圍的因素：其他可燃氣體，煤塵，空氣壓力，惰性氣體。 21）引火延遲性（感應期）：瓦斯與高溫熱源接觸后，不是立即燃燒或爆炸，而是要經(jīng)過一個很短的間隔時間，這種現(xiàn)象叫引火延遲性。瓦斯爆炸的感應期對安全生產(chǎn)意義重大，井下高溫熱源是不可避免的，只要控制其存在時間在感應器內，就是安全的。 22）簡述瓦斯爆炸與煤塵爆炸的異同點？煤塵爆炸的氧化反應和瓦斯爆炸一樣，主要在氣相條件下進行。并且都會產(chǎn)生高溫，沖擊波，以及產(chǎn)生大量的有害氣體。但煤塵的燃燒速度和爆炸壓力比瓦斯爆炸要小，但燃燒帶的長度較長，產(chǎn)生的能量大，表現(xiàn)出顯著的破壞能力。一般來說煤塵爆炸開始于局部，產(chǎn)生的沖擊波較小，但卻可擾動周圍沉降堆積的煤塵并使之飛揚，由于熱喝光的傳遞與輻射，進而發(fā)生再次爆炸，這就是二次爆炸。如此循環(huán)，還可能形成第三次，第四次爆炸。其爆炸的火焰及爆炸波的傳播速度都將一次比一次加快，爆炸壓力也將一次比一次更高，呈跳躍式發(fā)展。因此沒塵爆炸具有易產(chǎn)生連續(xù)爆炸，受災范圍廣，災害程度嚴重的重要特點。 23）試舉例說明瓦斯爆炸的必要條件，并闡述預防瓦斯爆炸事故的主要安全技術措施？瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：1，瓦斯?jié)舛仍诒ǚ秶鷥龋?，高于點燃能量的熱源存在時間大于瓦斯的引火感應期，3，瓦斯空氣混合氣體中氧濃度大于12%。1、防止瓦斯積聚的措施：所謂瓦斯積聚是指局部瓦斯?jié)舛瘸^2％，其體積超過0.5m3的現(xiàn)象。a.搞好通風b.及時安全地處理積聚瓦斯c.分源治理瓦斯 d.嚴格井下瓦斯?jié)舛鹊臋z查與檢測。2 、防止瓦斯引燃措施，防止瓦斯引燃的措施是嚴禁和杜絕一切火源，嚴格管理和控制生產(chǎn)中可能發(fā)生的火、熱源，止它的產(chǎn)生或限制其引燃瓦斯的能力。3 、防止瓦斯爆炸災害事故擴大的措施a.編制預防和處理瓦斯爆炸事故計劃。使礦工熟悉這個計劃，掌握預防瓦斯的基本知識和有關的規(guī)章制度。b.實行分區(qū)通風。各水平、各采區(qū)都必須布置單獨的回風道，回采工作面和掘進工作面都應采用獨立通風。這樣一條通風系統(tǒng)的破壞將不致影響其它區(qū)域。c.通風系統(tǒng)力求簡單。入風流與回風流的布置應保證當發(fā)生瓦斯爆炸時不會發(fā)生短路。不用的巷道都要及時封閉。d.裝有主扇的出風井口，應安裝防爆門，防止爆炸波沖毀扇風機，影響救災與恢復通風。e.各回采面、采區(qū)，各翼均有隔爆措施。f 設立避災峒室，配帶自救器。 24）防治突出技術歸納為“四位一體”的綜合性防突措施：突出危險性預測；防治突出措施；防突措施的效果檢驗；安全防護措施。 25）礦井抽放瓦斯必要性的衡量？答：《規(guī)程》146條規(guī)定：“一個回采工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min，或一個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風方法解決瓦斯問題不合理時，應采取抽放瓦斯措施”。對于全礦井，一般認為全井絕對瓦斯涌出量大于15m3/min應抽放瓦斯。如果屬于煤和瓦斯突出礦井，《規(guī)程》規(guī)定“開采保護層時，應同時抽放被保護層的瓦斯”。無保護層可采的突出煤層也可以考慮用預抽瓦斯的方法防止突出。 26）瓦斯抽放的方法：開采煤層瓦斯抽放 1、未卸壓的鉆孔抽放（穿層鉆孔：在開采煤層的頂?shù)装鍘r巷，每隔一段距離開一長約10米的鉆廠。沿層鉆孔：由運輸平巷巖煤層傾斜打鉆或由上下山沿煤層走向打水平孔）2、卸壓區(qū)的鉆孔抽放，卸壓區(qū)內煤層膨脹變形，滲透率大大增加，在該區(qū)域打鉆抽放瓦斯，可以提高抽出質量，并阻截瓦斯流向工作面空間。（隨掘隨抽和隨采隨抽）3、人工增加滲透率的措施，水力壓裂，水力割縫，深孔爆破，酸液處理，交叉鉆孔。臨近層的瓦斯抽放 臨近層的瓦斯抽放設置在有瓦斯賦存的臨近層內預先開鑿抽放瓦斯的巷道，或預先從開采煤層或圍巖大巷內向臨近層打鉆，將鄰近層內涌出的瓦斯匯集抽出。前一方法叫巷道法，后一方法稱鉆孔法。采空區(qū)瓦斯抽放1、密閉抽放法2、插管抽放法3、向冒落拱上方打鉆孔抽放法4、在基本頂巖石中打水平鉆孔抽放法5、直接向采空區(qū)打鉆抽放法6、地面垂直鉆孔抽放法。 第十一章 礦井火災 1、 礦井火災是指發(fā)生在礦井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、形成災害的一切非控制燃燒，是煤礦生產(chǎn)中的主要自然災害之一。 2、 外因火災：是由于外部熱源如明火，瓦斯煤塵爆炸，爆破，機械沖擊與摩擦，電流短路，靜電，燒焊，吸煙等引燃可燃物造成的火災。特點是，發(fā)生突然來勢迅猛，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和控制，往往會釀成重大事故。 3、 內因火災：指煤炭接觸空氣后，因煤自身氧化產(chǎn)生熱量，熱量聚集是煤炭自燃發(fā)火而產(chǎn)生的火災。特點是沒有外部熱源，有煤炭自燃引起。內因火災有一個孕育過程，火勢發(fā)展緩慢，多發(fā)生在采空區(qū)，破裂的每株和煤壁以及集中堆積的浮煤等區(qū)域。 4、 火災三要素：可燃物存在，有足夠的氧氣，又足以引起火災的熱源。 5、 擴散燃燒：是高濃度的可燃氣體與空氣邊混合便燃燒的燃燒現(xiàn)象。 6、 預混燃燒：上可燃氣體與空氣預先混合好后的燃燒。礦井經(jīng)常發(fā)生的瓦斯爆炸事故就是預混燃燒引起的。 7、 火風壓：礦井發(fā)生火災時，火災的熱力作用會使空氣的溫度增高而發(fā)生膨脹，密度小的熱空氣在又高差的巷道里就會產(chǎn)生一種浮力，這個浮力的大小與巷道的高差及火災前后的空氣密度差關。這種浮力效應叫火風壓。