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　　2.煤塵爆炸及預防

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　　(1)煤塵爆炸的條件

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　　煤塵爆炸必須同時具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性，并在空氣中有一定濃度;存在能引燃煤塵爆炸的熱源;有足夠氧濃度的空氣。

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　　1)具有一定濃度的能夠爆炸的煤塵云。有的煤塵具有爆炸性，有的不具有爆炸性。具有爆炸性的煤塵只有在空氣中呈浮游狀態(tài)并具有一定的濃度時才能發(fā)生爆炸。

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　　能形成爆炸的浮游煤塵濃度的范圍，叫煤塵爆炸界限。試驗表明，煤塵爆炸下限為45g/m3，上限為1500—2000g/m3。爆炸力最強的煤塵濃度為300—400g/m3。

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　　2)高溫的熱源。能夠引燃煤塵爆炸的熱源溫度變化的范圍是比較大的，它與煤塵中揮發(fā)分含量有關。我國煤塵爆炸的引燃溫度變化大約在610—1050℃之間，煙煤一般650—900℃。煤礦井下能點燃煤塵的高溫火源主要為：爆破時出現(xiàn)的火焰、電氣火花、電弧、靜電放電、沖擊火花、摩擦高溫、井下火災和瓦斯爆炸等。

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　　3)空氣中氧濃度。空氣中氧含量低于18%時，煤塵就不會爆炸。但必須注意，空氣中氧濃度雖然減至18%以下，并不能完全防止瓦斯與煤塵在空氣中的混合物爆炸。

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　　(2)預防煤塵爆炸的技術措施

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　　預防煤塵爆炸的技術措施主要包括防塵措施、防止煤塵引燃的措施和各報措施三個方面。

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　　1)防塵措施

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　?、倜簩幼⑺疂駶櫭后w。在采煤和掘進之前，利用鉆孔向煤層注入壓力水，使水沿著煤層的層理、節(jié)理或裂隙向四周擴散并滲入到煤體的微孔中去，增加煤的水分，使煤體和其內(nèi)部的原生煤塵都預先濕潤。同時，使煤體的塑性增

強，以減少采煤時生成煤塵的數(shù)量。這是防治煤塵的一項根本措施。

　?、诓煽諈^(qū)灌水。采空區(qū)灌水也是一種預先濕潤煤體的防塵方法，當采用下行垮落法分層開采活煤層、近距離且無隔水層法開采煤層群或急傾斜水平分層法采煤時，可以利用往采空區(qū)灌水的方法，以潤濕下分層下組煤的煤層，防止開采時生成大量的煤塵。

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　?、蹪袷酱蜓邸Ｔ诠ぷ髅媸褂秒娿@或風鉆打炮眼時，將壓力水經(jīng)過鉆桿中央的水孔送到炮眼底部，將粉塵濕潤后從炮眼中沖洗出來，從而達到降塵的目的。

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　?、芩獗坪退谀唷Ｋ獗坪退谀喽际怯摄@孔注水濕潤煤體演變而來的，它是將注水和爆破聯(lián)合起來，不僅起到消除炮煙和防塵作用，而且還提高了炸藥的爆破效果。

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　　⑤噴霧灑水降塵。噴霧撒水是將壓力水通過特制的噴嘴噴出，使水流霧化成細小的水滴散布在空氣中，將漂浮的塵粒濕潤下沉，防止飛揚。噴霧灑水簡單方便，廣泛應用于采掘機械切割、工作面爆破、煤炭裝載、運輸轉(zhuǎn)載、液壓支架前移、單體支柱放頂?shù)染伦鳂I(yè)過程中。

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　?、藓侠淼娘L速。風速同空氣中含塵量的關系比較密切，風速太小，不能把懸浮的煤塵及時吹出工作面，使空氣中含塵量增加;風速太大，雖然將浮塵吹走，但是也把大量的落塵吹揚起，增加工作面的煤塵濃度。因此，工作面的風速以控制在1.2—1.6m/s為宜。

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　?、呦鋲m。沉積在巷道四周的煤塵，一旦受到振動和沖擊會再度飛揚起來，為煤塵爆炸創(chuàng)造條件。必須及時清除巷道中的浮煤，清掃或沖洗沉積煤塵，定期散布巖粉，定期對主要大巷刷漿。

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　　2)防止煤塵引燃的措施。防止煤塵引燃的措施與防止瓦斯引燃的措施基本相同，參見“礦井瓦斯防治”。

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　　3)隔爆措施。隔爆措施就是將已發(fā)生的煤塵爆炸或瓦斯煤塵爆炸限制在一定區(qū)域，盡量減少爆炸產(chǎn)生的危害而采取的技術措施。其主要措施是設置被動式隔爆裝置和采用自動抑爆裝置。

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　?、俦粍邮礁舯b置。被動式隔爆裝置是借助于爆炸沖擊波的動力使隔爆裝置動作(巖粉槽、水槽破碎，水袋脫鉤)，并拋灑消焰劑形成抑制帶，撲滅滯后于沖擊波傳播的爆炸火焰，以阻止爆炸的傳播。最早采用的撒布巖粉和設置普通巖粉棚方法，雖然防止傳播效果好，但巖粉暴露在潮濕空氣中，極易受潮而失去消焰劑功效，頻繁更換巖粉的工作量較大。因此我國礦山已幾乎不采用這兩種方法。在20世紀80年代，我國開發(fā)使用了隔爆水槽和隔爆水袋，以水為消焰劑，方便安裝和使用，得到了廣泛應用。

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　　②自動抑制裝置。自動抑爆裝置的作用原理是：利用傳感器測量煤塵爆炸所產(chǎn)生的各種物理參數(shù)并迅速轉(zhuǎn)換成電信號，指令機構的演算器根據(jù)這些電信號準確地計算出爆炸火焰的傳播速度，并在最恰當?shù)臅r間發(fā)出動作信號，噴灑機構及時噴出消焰劑，準確可靠地撲滅爆炸火焰，阻止爆炸的傳播。

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　　四、礦井水災防治

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　　1.礦進水災的原因及危害

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　　(1)礦井火災的概念

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　　1)礦井突水。井巷、工作面與含水層、被淹巷道、地表水體和含水的裂隙帶、溶洞、洞穴、陷落柱、頂板冒落帶、構造破碎帶等接近或溝通而導致的突然出水事故，稱為礦井突水(亦稱礦井透水)。

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　　2)礦井水災。礦區(qū)內(nèi)的大氣降水、地表水、地下水通過各種通道涌入井下，稱為礦井涌水。當?shù)V井涌水量超過礦井正常的排水能力時，將發(fā)生水災。

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　　凡是影響礦井正常生產(chǎn)活動、威脅礦井安全生產(chǎn)、增加生產(chǎn)成本和使礦井局部或全部被淹沒的礦井涌水事故，稱為礦井水災(亦稱礦井水害)。

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　　(2)礦井實在發(fā)生的條件。

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　　1)礦山常見的水源。①大氣降水。從天空降到地面的雨和雪、冰、雹等融化的水，稱為大氣降水。②地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水庫、沼澤、積水洼地等處的水均為地表水。③潛水。埋藏在地表以下第一個融水層以上的地下水稱為潛水。潛水一般分布在地下淺部第四紀松散沉積層的空隙和出露地表的巖石裂隙中。潛水主要由大氣降水和地表水補給。④承壓水。處于兩個隔水層中間的地下水，稱為承壓水(或稱自流水)。石灰?guī)r裂隙及溶洞中的水為承壓水，它具有很大的水量和壓力，對礦山生產(chǎn)威脅極大。⑤老空積水。已經(jīng)采掘過的采空區(qū)和廢棄的舊巷道或溶洞，由于長期停止排水而積存的地下水，稱為老空積水。⑥斷層水。處于斷層破碎帶中的水，稱為斷層水。斷層帶往往是許多含水層的通道，因此，斷層水往往水源充足，對礦井的威脅極大。

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　　2)礦井水災的通道。水源進入礦井的可能通道有：井筒、斷層破碎帶、采掘形成的裂縫、陷落柱、采空區(qū)、井下巷道和封堵不嚴的鉆孔等。

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　　(3)礦井水災發(fā)生的主要原因

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　　造成礦井水災的原因是多方面的，歸納起來主要有：

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　　1)地面防洪、防水措施不當。因?qū)Ψ篮樵O施管理不善，雨季山洪由井筒或塌陷裂隙大量灌入井下造成在

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　　2)水文地質(zhì)情況不清。對老空積水、充水斷層、陷落柱、鉆孔、強含水層水量和水壓等情況不清楚，因而在施工中造成水害事故。

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　　3)井巷位置設計不合理。將井巷置于不良的地質(zhì)條件中或距強含水層太近，導致透水。

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　　4)亂采亂挖破壞了防水煤柱或巖柱造成透水。

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　　5)排水設備失修，水倉不按時清挖，突水時，失去排水能力而淹井。

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　　6)沒有執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”的探放水原則，或者探放水措施不嚴密，盲目施工造成突水淹井事故。

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　　7)測量工作失誤，導致巷道穿透積水區(qū)而造成透水。

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　　8)出現(xiàn)透水征兆未察覺、未重視，或處理方法不當而造成透水。

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　　9)施工措施不力，工程質(zhì)量低劣，致使井巷嚴重坍塌冒頂，導致地下水或地表水灌入礦井。

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　　10)在水文地質(zhì)條件復雜、有突水淹井危險的礦井，需要安設防水閘門而未安設，或防水閘門安設不合格以及年久失修關閉不嚴而造成淹井。

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　　11)鉆孔封閉不合格或沒有封孔，成為各水體之間的垂直聯(lián)絡通道。當采掘工作面和這些鉆孔相遇時，便發(fā)生透水事故。

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　　(4)礦井水災的危害

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　　礦井水災的危害具體表現(xiàn)在以下幾方面：

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　　1)如果排水系統(tǒng)不完善，會造成涌水四溢，巷道到處是泥水，使作業(yè)環(huán)境惡化，給安全生產(chǎn)和文明生產(chǎn)造成不利影響。

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　　2)頂板淋水、煤壁滲水，使巷道內(nèi)空氣濕度加大，影響職工的身體健康。

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　　3)礦井水量越大，排水設備和排水費用越高，不僅增加生產(chǎn)成本，而且增加了管理工作難度。

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　　4)礦井水對機器設備和金屬材料產(chǎn)生腐蝕作用，縮短其使用壽命，增加生產(chǎn)成本。

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　　5)礦井涌水量一旦超過排水能力或突然涌水，輕則造成井巷或采區(qū)被淹，重則造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

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　　2.地面防治水

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　　地面防治水是指在地面修筑一些防排水工程，防止或減少大氣降水和

地表水涌入工業(yè)場地或通過滲漏區(qū)流入井下，它是保證礦井安全生產(chǎn)的第一道防線，這對于以降雨和地表水為主要涌水來源的礦井尤為重要。對于雨季受水威脅的礦井，應制定雨季防治水措施，并應組織搶險隊伍，儲備足夠的防洪搶險物質(zhì)。井口及工業(yè)場地內(nèi)建筑物的高程低于當?shù)貧v年最高洪水位時，必須修筑堤壩、溝渠或采取其他防排水措施。

　　3.井下防治水

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　　防治礦井水災的原則，是在保證礦井安全生產(chǎn)的前提下，以防為主，防治結(jié)合。礦井水災的防治方法，可歸納為“查、探、放、截、堵、排”六個字的綜合防治措施。

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　　(1)掌握礦井的水文地質(zhì)資料

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　　水文地質(zhì)資料是制定防水措施的依據(jù)。因此，必須查明礦井水源和可能涌水的通道從而編制防治水計劃，并組織實施。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：

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　　1)收集地面氣象、降水量與河流水文資料，查明地表水體分布、水量和補給、排泄等情況，查明洪水對礦井的影響程度。

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　　2)掌握井田范圍內(nèi)沖擊層、含水層的情況。

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　　3)掌握斷層和裂隙的分布情況。

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　　4)調(diào)查老窯和現(xiàn)采小窯的開采范圍、采空區(qū)的積水和分布狀況。

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　　5)掌握采動后頂板破碎及地表陷落情況。

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　　(2)井下探水

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　　“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必須遵循的原則，也是預防井下水害事故發(fā)生的重要方法。當采掘工作面接近有突水危險區(qū)域時，必須采用探放水方法，查明采掘工作面前方的水情，并將水有控制地放出，以保證采掘工作面安全生產(chǎn)。

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　　采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線進行探水：

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　　1)接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰礦時。

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　　2)接近含水層、導水斷層、溶洞或?qū)萋渲鶗r。

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　　3)打開隔離煤柱放水時。

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　　4)接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時。

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　　5)接近有出水可能的鉆孔時。

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　　6)接近有水的灌漿區(qū)時。

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　　7)接近其他可能出水地區(qū)時。

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　　(3)放水(疏干)

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　　掌握和探明地下水源之后，應采取一定的措施，有計劃地將威脅性水源全部或部分放出，并排出地面。它是消除水患的有效措施之一。根據(jù)不同類型的水源，可采取不同的疏放水方法和措施。

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　　(4)截水

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　　截水是利用水閘墻、水閘門和防水煤(巖)柱等物體，臨時或永久地截住涌水，將采掘區(qū)與水源隔離，使某一地點突水不致危及其他地區(qū)、減輕水災危害的重要措施。

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　　1)留設防水煤(巖)柱。在水體下、含水層下、承壓含水層上或?qū)當鄬痈浇删驎r，在可能發(fā)生突水處的外圍留設一定寬度的煤(巖)柱，以防止地表水或地下水涌入工作地點，形成水災。在相鄰礦井的分界處，必須留防水煤柱。礦井以斷層分界時，必須在斷層兩側(cè)留有防水煤柱。

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　　2)防水閘門。防水閘門一般設置在可能發(fā)生涌水需要堵截，而平時仍需運輸合行人的巷道內(nèi)。如：井底車場出入口、井下水泵房、變電所以及有涌水互相影響的區(qū)域之間，都必須設置防水閘門。一旦發(fā)生水患，立即關閉閘門，將水堵截，把水患限制在局部地區(qū)。

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　　3)水閘墻。在需要永久截水而平時無運輸、無行人的地點設置水閘墻，有臨時水閘墻和永久水閘墻兩種。臨時水閘墻一般用木料或磚料砌筑，永久水閘墻采用混凝土或鋼筋混凝土澆灌。

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　　(5)注漿堵水

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　　注漿堵水就是將配制的漿液壓入井下巖層空隙、裂隙或巷道中，使其擴散、凝固和硬化，使巖層具有較高的強度、密實性和不透水性而達到封堵截斷補給水源和加固地層的作用，是礦井防治水害的重要手段之一。當多個鉆孔注漿形成隔水帷幕帶時稱帷幕注漿。礦井注漿堵水通常用于下列情況：

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　　1)當涌水水源與強大水源有密切聯(lián)系，單純采用排水的方法不可能或不經(jīng)濟時。

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　　2)井巷必須穿過一個或若干個含水豐富的含水層或充水斷層，若不隔離水源就無法掘進時。

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　　3)涌水量大的礦井，為了減少礦井的涌水量，降低排水費用。

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　　(6)礦井防排水系統(tǒng)

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　　目前，我國煤礦在防排水方面應用了許多新技術和新設備，例如，水泵自動化控制技術、密閉水泵房以及采用大孔徑直通式排水孔分散排水等，均取得了良好效果。

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　　我國在煤礦防治水探查技術方面，也有了很大發(fā)展，如水化學探查技術、地球物理探查技術。一些學者還提出了“煤礦排水、供水、生態(tài)環(huán)保三位一體結(jié)合”的管理模式。

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　　4.采掘工作面透水事故的處理

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　　采掘工作面透水前，一般有如下預兆：

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　　(1)掛紅。因地下水中含有鐵的氧化物，在水壓作用下，通過煤(巖)裂隙時，附著在煤巖表面，呈現(xiàn)暗紅色水銹。

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　　(2)掛汗。積水區(qū)的水，在水壓作用下，通過煤巖裂隙而在煤巖壁上凝結(jié)成許多水珠，稱“掛汗”。但井下空氣中水分遇到低溫煤體也會聚結(jié)水珠，這是假汗。區(qū)別真汗、假汗的方法是：仔細觀察新暴露的煤壁面上是否潮濕，若潮濕則是“真汗”即透水征兆。

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　　(3)空氣變冷。采掘工作面接近積水區(qū)時，空氣溫度會驟然下降，煤壁發(fā)涼，進入工作面有涼爽、陰冷的感覺。

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　　(4)出現(xiàn)霧氣。當采掘工作面氣溫較高時，從煤壁滲出的積水，就會被蒸發(fā)而形成霧氣。

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　　(5)水叫。一種是高壓積水向煤巖裂隙強烈羈押于兩壁摩擦而發(fā)出的“嘶嘶”聲，另一種是空洞泄水聲，這些都是離水源很近的危險預兆。

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　　(6)頂板淋水加大。原有裂隙淋水突然增大。

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　　(7)頂板來壓、底板鼓起。在地下水壓作用下，頂?shù)装鍙澢冃?，有時伴有潮濕、滲水現(xiàn)象。

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　　(8)水色發(fā)渾、有臭味。老空水一般發(fā)紅、味澀;斷層水一般發(fā)黃、味甜;溶洞水常帶有臭味;沖擊層水呈黃色并夾有沙子。

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　　(9)有毒有害氣體增加。工作面有硫化氫、二氧化碳等有毒有害氣體溢出。

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　　以上征兆不一定同時出現(xiàn)，要認真辨別。當發(fā)現(xiàn)工作面出現(xiàn)透水預兆時，說明已接近水體，此時應立即停止作業(yè)，并報告礦調(diào)

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度室，采取有效措施，以防止透水事故的發(fā)生。

　　

五、礦井頂板事故防治

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　　頂板事故是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一，是指在地下采煤過程中，頂板意外冒落造成人員傷亡、設備損壞、生產(chǎn)中止等的事故。頂板事故按冒頂范圍分局部冒頂和大型冒頂;按力學原因分為壓垮冒頂、漏冒型冒頂和推垮型冒頂。