第六节矿井通凤.docx

第六节矿井通凤 矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风是指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度和湿度，改善矿井中的气候条件，并在发生灾害时能够根据撤人救灾的需要，调节和控制风流流动路线的作业，给救灾工作创作良好的作业条件。其目的和主要任务是保证矿井空气的质量符合作业人员安全生产的要求。 20世纪80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支护方式的改革，以及计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备越来越多地投入应用。以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使其能够更好地为高产、高效、集约化生产提供安全保障。 一、矿井空气 来自地面的新鲜空气和井下产生的有害气体和浮尘的混合体称为矿井空气。 在一般或一定条件下，有损人体健康或危害作业安全的气体叫有害气体。有害气体包括有毒气体、可燃性气体和窒息性气体。可燃气体就是与空气混合后能够燃烧或爆炸的气体。窒息性气体就是使空气中氧的浓度下降，危害人体呼吸的气体。 矿井中产生的任何有害气体，都能降低矿井空气中氧的浓度。当矿井空气中氧气的含量在20％以上时，最有利于人的呼吸。氧气的浓度降低到19％时，人尚未感到不适。所以煤矿安全规程规定矿井空气中氧气的含量不得低于20。当氧气的浓度降低到17％时，从事紧张工作的人感到心跳加速和呼吸困难；降低到15％时，人体缺氧，呼吸与脉搏跳动急促，判断力减弱，失去了劳动能力；降到12％时，感到明显缺氧，失去理智，时间稍长有窒息死亡的危险；降低到9.5％时，半小时后人就失去知觉；降到69％时，几分钟后人的心脏尚能跳动，不进行急救就会导致窒息死亡。 （一）地面空气的组成 地面空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，也称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸气的空气，主要由氧气O2、氮气N2、二氧化碳CO23种气体组成。按体积和质量计算，它们在空气中所占有的比例如下 气体成分 按体积计／％ 按质量计／％ 氧气O2 20.9 23.14 氮气N2 78.13 75.53 二氧化碳CO2 0.03 0.05 氩和其他稀有气体 0.94 1.28 除上述气体外，地面空气还含有少数数量不固定的水蒸气、微量物、灰尘。 （二）矿井空气的主要成分及基本性质 新鲜空气就是在用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气；污浊空气就是通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气。 1.氧气O2 氧气是维持人体正常生理机能所需的气体，它是一种无色、无味、无臭、化学性质很活泼的气体，易使其他物质氧化，几乎可以与所有气体相结合，相对空气的密度为1.11,是人与动物呼吸和物质燃烧不可缺少的气体。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。人体输氧量与劳动强度的关系 劳动强度 呼吸空气量／（Lmin-1 氧气消耗昼／（Lmin-1 休息 615 0.2-0.4 轻劳动 2025 0.61.0, 中度劳动 3040 1.22.6 重劳动 4060 1.82.4 极重劳动 4080 2.53.1 当空气中的氧气浓度降低时，人体可能会产生不良的生理反应，出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧窒息死亡。 矿井空气中氧气浓度降低的主要原因有人员呼吸、煤岩和其他有机物的缓慢氧化、煤炭自燃、瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧气浓度相对降低。 2.二氧化碳CO2 二氧化碳不助燃，易溶于水，也不能供人呼吸，是一种无色、略带酸臭味的气体。二氧化碳密度比空气大（对空气的相对密度为1.52，在风速较小的巷道底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。 矿井空气中二氧化碳的主要来源是煤和有机物的氧化、人员呼吸、碳酸性岩石分解、炸药爆破、煤炭自燃、瓦斯、煤尘爆炸等。 3.氮气N2 氮气是一种惰性气体，也是一种无色、无味、无臭的气体，相对空气密度为0.97,不助燃，也不供人呼吸。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成作业人员的窒息性伤害。正因为氮气所具有的惰性，因此可将其作为井下防灭火和防止瓦斯爆炸的材料。 矿井空气中氮气主要来源井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中的氮气涌出，人为注氮灭火。 （三）矿井空气中的有害气体 矿井空气中常见的有害气体一氧化碳CO、硫化氢H2S、二氧化氮NO2、二氧化硫SO2、氨气NH3、氢气H2和瓦斯CH4等。 1.基本性质 1一氧化碳CO 一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为0.97,微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳不助燃，有燃烧爆炸性，当空气中一氧化碳浓度在1375％范围内时有爆炸危险。 主要危害血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲和力比氧大250300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。达到0.08时，40min就能引起头痛眩晕和恶心；达到0.32％时，510min会引起头痛、眩晕，30min会造成昏迷，甚至死亡。 主要来源爆破、矿井火灾、煤炭自燃以及煤尘、瓦斯爆炸事故等。 2硫化氢H2S 硫化氢是一种无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味的气体，当空气中硫化氢浓度达到0.0001％即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒被麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为1.19,易溶于水，在常温、常压下，一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢不助燃，有燃烧爆炸性，空气中硫化氢浓度达到4.345.5％时有爆炸危险。 主要危害硫化氢剧毒，有强烈的刺激性；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时，主要以腐蚀刺激作用为主，当浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。当浓度达到0.005-0.01时，1～2h后出现眼及呼吸道刺激症状，达到0.0150.02％能够使人迅速昏迷，甚至死亡。 主要来源有机物腐烂、含硫矿物的水解、矿物氧化和燃烧、从采空区和旧巷积水中放出的硫化氢。 3二氧化氮NO2 二氧化氮是一种褐红色、有强烈的刺激气味的气体，相对密度为1.57,极易溶于水，不助燃，无燃烧爆炸性。 主要危害二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道黏膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。浓度为0.01％时，出现严重中毒。 主要来源井下爆破工作。 4二氧化硫SO2 二氧化硫是一种无色、有强烈的硫黄气味及酸味的气体，空气中浓度达到0.0005即可嗅到。其相对密度为2.22,易溶于水，不助燃，无燃烧爆炸性。 主要危害遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸道黏膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当浓度达0.002％时，眼及呼吸器官即会感到强烈的刺激；浓度达到0.05％时，短时间内即有致命危险。 主要来源含硫矿物的氧化与自燃、在含硫矿物中爆破、从含硫矿层中涌出二氧化硫。 5瓦斯CH4 瓦斯是一种无色、无味、无臭、无毒的气体，但有时会发出一种类似苹果香的特殊气味。相对密度为0.554,难溶于水，不助燃，有燃烧爆炸性。当空气中瓦斯浓度在516％时，遇高温爆炸。 6氨气NH3 氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为0.596,易溶于水。在空气中浓度达30％时有爆炸危险。 主要危害氨气对皮肤和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起喉头水肿。主要来源爆破工作，注凝胶灭火等，部分岩层中也有氨气涌出。 7氢气H2 氢气是一种无色、无味、无毒的气体，相对密度为0.07。能够自燃，其点燃温度比沼气低100200℃。 主要危害当空气中氢气浓度为4～74％时有爆炸危险。 主要来源井下蓄电池充电时可放出氢气，有些中等变质的煤层中也有氢气涌出。 2.矿井空气中有害气体的安全浓度标准 矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此，煤矿安全规程对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。 矿井空气中有害气体的最高允许浓度 有害气体名称 符号 最高容许浓度／％ 一氧化碳 CO 0.0024 氧化氮（折算成二氧化氮） NO2 0.00025 二氧化硫 SO2 0.0005 硫化氢 H2S 0.00066 氨 NH3 0.004 二、矿井通风方法 进入井下各用风地点以前的风流叫进风，从井下各用风地点流出的风流叫回风。 矿井通风分为自然通风和机械通风两种。 自然通风，指在有两个标高不等井口的矿井，由于两个井口处存在温差，气流从一个井口进风并经过井下巷道、工作面后流向另一个井口。 机械通风，指利用通风机使空气获得能量，并沿井巷流动。它能增大流经井巷的风量，有效地克服井巷阻力，防止瓦斯积聚，排出有毒有害气体，保证安全生产。 机械通风的矿井，必须至少有两个出口通至地面，形成通风系统，使工作地点有风流贯通，给离开工作面的乏风提供排出通路。通风机械是产生机械风压的动力源。 机械通风按通风机工作方式的不同，分为压入式通风和抽出式通风。 压入式通风是指系统内的空气压力处于较当地同标高大气压高的正压状态，故又称正压通风。抽出式通风是指系统内空气压力处于较当地同标高大气压低的负压状态，又称为负压通风。前者为铀矿的主要通风方法，后者为煤矿的主要通风方法。 依靠主要通风机产生的风压进行通风的方法，称为全风压通风，又称总风压通风。矿井利用全风压通风，系统内不同区段所分配的风压值不同。在矿井开拓或准备采区时，必须根据该处全风压供风量编制通风设计；局部地区也应借助导风设施（风障等）尽可能利用全风压通风。如需风量大且掘进巷道较长则需采用局部（掘进）通风。利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风，又称掘进通风。 利用局部通风机作动力，通过风筒引导风流的局部通风方法叫局部通风，分为压入式、抽出式和混合式。压入式通风安全性好，有效射程大，排烟能力强，并可使用柔性风筒，但炮烟污染巷道致使劳动卫生条件下降。抽出式通风因是汇流，有效吸程短，排烟能力较弱，只能用刚性风筒，巷道污染影响小。长巷道掘进多用混合式通风。 井下用风地点的回风再次进入其他用风地点的通风方式叫串联通风。在一般情况下采煤工作面不允许采用串联通风方式，而应采用独立通风方式。部分回风再次进入同一进风中的风流叫做循环风。任何通风地点都不允许循环风存在。 三、局部通风方法 （一）局部通风机通风 利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。 常用通风方式压入、抽出和混合式。 1压入式。压入式通风方式布置如图2-39所示。 图2-39压入式通风方式布置示意图 2抽出式。抽出式通风方式布置如图2-40所示。 图2-40抽出式通风方式布置示意图 3混合式通风。混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，其使用方式须符合煤矿安全规程第一百二十七条规定。按局部通风机和风筒的布设位置，混合式通风分为长抽短压和长压短抽通风方式。长抽短压分为前压后抽（如图2-41a和前抽后压（如图2-41b。 图2-41长抽短压通风方式布置示意图 ①长抽短压。长抽短压就是工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出，其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒。 ②长压短抽。工作方式新鲜风流经压入式长风筒送入工作面，工作面污风经抽出式通风除尘系统净化，被净化后的风流沿巷道排出，如图2-42所示。 图2-42长压短抽通风方式布置示意图 （二）可控循环通风 当局部通风机的吸入风量大于全风压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风，如图2-43所示。循环通风方式分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控制循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。 图2-43循环通风方式布置示意图 在煤矿掘进通风中当使用闭路循环通风时，因既无任何出口，也无法除去这些气体，在封闭的循环区域中的污染物浓度必然会越来越大。因此，煤矿安全规程严禁采用循环通风。 如果循环通风是在一个敞开的区域内，且有适量的新鲜风流连续不断地掺入到循环风流中，经理论与实践证明，这部分有控制的循环风流中的污染物浓度仅仅取决于该地区污染物的产生率及流过该地区的新鲜风量的大小，故循环区域中任何地点的污染物浓度，都不会无限制地增大，而是趋于某一限值。 （三）矿井全风压通凤 矿井全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流中的新鲜空气引入掘进工作面，其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。按其导风设施不同可分为 1风筒导风。在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，污浊空气从独头掘进巷道中排出，如图2-44所示。这种方法的特点是辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。 图2-44风筒导风方式布置示意图 2平行巷道导风。在掘进主巷的同时，在附近与其平行的方向掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络巷即封闭。两条平行巷道的独头部分可用风障或风简导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风，如图2-45所示。 图2-45平行巷道导风方式布置示意图 3钻孔导风。离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好的排瓦斯效果。 四、矿井通风系统 （一）概述 矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。下面以采煤工作面的通风系统来简要地说明一下通风工作原理。采煤工作面的通风，是整个矿井通风系统中的一个组成部分。矿井的主要通风机安装在总回风井的井口上边，进行排风而产生负压（即该处的绝对压力小于大气压），使地面的新鲜空气从入风井进入井下，沿运输巷进入采煤工作面，工作面用过的乏风经工作面回风巷到集中回风巷，再经总回风井由主要通风机排出地面，形成矿井中各个采、掘工作面的通风系统风流，如图2-46所示。 （二）矿井通凤方式类型 按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。 1-入风井（副井）；2-运输巷道；3-回采工作面；4-集中回风巷；5-总回风巷；6-主要通风井 图2-46矿井通风系统示意图 1.中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。 2.对角式 1两冀对角式。进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如图2-47所示，如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。 图2-47两翼对角式通风示意图 2分区对角式。进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷，如图2-48所示。 . 图2-48分区对角式通风示意图 3区域式。在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统，如图2-49所示。 图2-49区域式通风示意图 4混合式。混合式由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等。 3.主要通风机的工作方式与安装地点 主要通风机的工作方式有3种，即抽出式、压入式、压抽混合式。 1抽出式。主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故障停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。 2压入式。主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故障停止运转时，井下风流的压力降低。 3压抽混合式。在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。 五、采区通风系统 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，包括采区进风、回风和工作面进风、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。 （一）采区通风系统的基本要求 1每一个采区，都必须布置回风道，实行分区通风。 2采煤和掘进工作面应独立通风。有特殊情况，独立通风困难时，必须串联通风时应符合相关规定。 3煤层倾角大于12的采煤工作面采用下行通风时，要报矿总工程师批准。 4采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。 （二）采区进风上山与回风上山的选择 每个采区的上（下）山至少要有两条，对生产能力大的采区可有3条甚至4条上山。 采区进风上山与回风上山的选择方式有 1轨道上山进风，输送机上山回风。 2输送机上山进风，轨道上山回风。 比较轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。 （三）采煤工作面上行风与下行风 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿采煤工作面由下向上流动的通风，称上行通风，否则是下行通风，如图2-50所示。 图2-50上行与下行通风示意图 上行通风与下行通风的优缺点比较 1下行风的方向与瓦斯自然流向相反，两者易于混合且不易出现瓦斯分层流动，出现局部积存的现象。 2上行风比下行风工作面的温度要高。 3下行风比上行风所需要的机械风压要大。 4下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。 （四）工作面通风系统 采煤工作面一般常用的通风方式有反向通风、同向通风及对拉工作面通风等方式。各种通风方式的特点与优缺点如下 1.反向通风方式 反向通风方式的特点是，工作面的进风巷与回风巷的风流方向相反，平行流动。我国多数采用走向长壁采煤法矿井，采用反向通风方式。 反向通风方式的主要优点是采空区漏风量比较小，其缺点是工作面上隅角附近，由于风流速度很低容易积聚瓦斯，影响安全生产。例如U型通风系统就是典型的反向通风方式，如图2-51所示。 图2-51 U型通风系统示意图 2.同向通风方式 同向通风方式的特点是工作面的进风巷与回风巷的风流方向相同，且平行流动。工作面的回风是由采空区回风巷（沿空留巷）及采区边界上山排出的。它的优点是能利用采空区漏风，将瓦斯带到工作面回风巷的风流中，从而避免采空区瓦斯涌到工作面或在工作面上隅角积存。但它的缺点是采空区漏风较多，容易引起煤炭自然发火，如图2-52所示。 图2-52同向通风系统示意图 3.H型通风系统 H型通风即对拉工作面通风方式。对拉工作面通风系统由3条巷道构成，它可分为两进一回或一进两回两种通风方式。这种通风方式与反向、同向通风方式比较，具有通风量大、阻力小和采空区漏风少等优点，但都有一段下行通风的缺点，如图2-53所示。 图2-53H型通风系统示意图 （五）工作面需风量、风速、温度 为供给人员呼吸、稀释和排出有害气体、浮尘，创造良好气体条件所需的风量叫需风量。采煤工作面实际需要的风量，按以下原则来确定。 1风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体的浓度不超过规定。 2工作面的风速及温度必须达到规定的要求。 3每个工作地点，每人每分钟供给的风量都不得少于4m3。 根据以上3个条件分别计算出的供风量，取其中的最大值。 煤矿安全规程规定采煤工作面的最低风速不得小于0.25m/s;最大风速不得超过4m/s。在综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于4m/s,但不得超过5m/s。生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26C;机电设备硐室的空气温度不得超过30℃。当工作地点空气超温时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。 六、通风构筑物 在矿井通风系统网路中适当位置安设隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。它分为两大类一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等。 1风门。风门通常安设在通风系统中，既要隔断风流又要行人或通车的地方。在行人或通车不多的地方，可构筑普通风门，而在行人或通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门，如图2-54所示。 图2-54风门示意图 2风桥。当通风系统中进风巷与回风巷需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开需要构筑风桥。按其结构不同可分为3种。 ①绕道式风桥。其开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少，如图2-55所示。 图2-55 绕道式风桥示意图 ②混凝土风桥。混凝土风桥结构紧凑，比较坚固，如图2-56所示。 图2-56 混凝土风桥示意图 ③铁筒风桥。铁筒风桥可在次要风路中使用，如图2-57所示。 图5-27 铁筒风桥示意图 3密闭。密闭是隔断风流的构筑物。设置在需隔断风流、不需要通车、行人的巷道中，如图2-58所示。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类 图2-58 密闭示意图 ①临时密闭通常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。 ②永久密闭通常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。 4导风板。常见的导风板有引风导风板、降阻导风板和汇流导风板，如图2-59所示。 图2-59 导风板导风示意图