矿井通风及灾变时期控风技术

矿井通风及灾变时期控风技术平煤股份安培中心杜春立第一节矿井通风概述矿井通风就是指利用地面通风动力，将地面的新鲜空气由进风井送入井下，在井下经过各个用风地点后，再由出风井排到地面的整个过程。案例1.1982年9月7日8时57分至9时10分,平煤一矿戊七风井二号主扇因电动机的励磁机传动三角皮带脱槽停机,一号(备用)主扇正在检查注油无法启动,造成戊七采区停风13分钟。戊8—117采空区有害气体(主要是氮气)突然大量涌出,使正在戊8—179工作面安装的12人员缺氧窒息死亡。2.1999年8月25日平顶山韩庄某矿，因欠电费供电局所属变电站拉闸，全矿停电11min，来电送风后（1min左右）井下发生瓦斯爆炸，死亡55人。一、矿井通风的任务1.续供给井下适量的新鲜空气。2.稀释并排除井下各种有害气体和浮游粉尘。3.为井下创造一个良好的气候条件。4.提高矿井的防灾、抗灾能力。二、井下空气中的各种有害气体在煤矿生产过程中产生或煤层中涌出的有害气体主要有：瓦斯、二氧化碳,一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮和氨气等。1．瓦斯（CH4）2．一氧化碳（CO）一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体，浓度为13%～75％时遇火能引起爆炸。当空气中的一氧化碳浓度达到0.4％时，短时间就可致人死亡。井下空气中的一氧化碳的主要来源有：井下爆破、矿井火灾、煤炭自燃和瓦斯煤尘爆炸等。空气中的CO浓度吸入时间与中毒症状0.02%2~3小时，前头部会轻微的头痛。0.04%1~2小时，前头痛、呕吐。2.5~3.5小时，有后头痛。0.08%45分钟，会头痛、眩晕、呕吐。2小时就会意识不清。0.16%20分钟，会头痛、眩晕、呕吐。2小时就会死亡。0.32%5~10分钟，会头痛、眩晕。30分钟就会死亡。0.64%1~2分钟，会头痛、眩晕。15~30分钟就会死亡。1.28%1~3分钟就会死亡。3．硫化氢（H2S）无色、有臭鸡蛋味的气体，相对密度为1.10，易溶于水，对眼睛及呼吸系统有强烈的刺激作用。短时间可致人死亡的浓度为0.1％。主要来源是：有机物的腐烂、含硫矿物的水解、老空水中挥发和煤层中涌出。4．二氧化硫（SO2）无色、有强烈硫磺味及酸味的气体，相对密度为2.22，易溶于水。达到0.05％时，在短时间内有致命危险。煤矿井下二氧化硫的主要来源有：含硫矿物缓慢氧化或自燃生成、从煤岩中放出、在含硫矿物中爆破生成。5．二氧化氮（NO2）。二氧化氮为红褐色，相对密度为1.57，易溶于水。达到0.025％时，短时间内人即会很快死亡。煤矿井下二氧化氮的来源主要是井下爆破工作。6．氨气（NH3）。氨气是无色气体、相对密度为0.69，有似氨水的剧臭味，易溶于水在1L水中，可溶解700L的氨气。氨气有很强的毒性，能刺激皮肤和上部呼吸道，能严重损伤眼睛。主要来源有：硝铵炸药的分解、有机物的氧化腐烂。《煤矿安全规程》井下有害气体的规定名称最高允许浓度（%）一氧化碳CO0.0024二氧化氮NO20.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004矿内气候条件1.《规程》对井下空气温度的规定：冬季，进风井井口以下的空气温度不得低于2℃。生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃；机电硐室的空气温度不得超过30℃。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℃，必须停止作业。2.《规程》对采掘巷道中风速的规定（1）采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷最低允许风速0.25m/s；最高允许风速4m/s（2）掘进中的岩巷最低允许风速0.15m/s；最高允许风速4m/s三、矿井通风系统矿井通风系统是指矿井通风方法、通风方式、通风网络和通风设施的总称。（一）矿井通风的方法1.自然通风利用自然因素产生的通风动力，致使空气在井下巷道流动的通风方法称为自然通风。《规程》规定：所有矿井都必须采用机械通风。2.机械通风根据通风机的工作方式不同，可分为抽出式通风（负压通风）、压入式通风（正压通风）和混合式三种。矿井通风方法1－进风井；２－回风井；３－主要通风机（二）矿井通风方式按照进、回风井之间在井田内的位置关系，通风方式可分为中央式、对角式及混合式3种基本形式。1.中央式（1）中央并列式；（2）中央分列式（中央边界式）。中央并列式中央分列式2.对角式（1）两翼对角式；（2）分区对角式。3.混合式混合式是由上述诸种方式混合而形成的，种类繁多。两翼对角式分区式（三）矿井通风网络矿井风流按照生产要求在井巷中流动时，风流分岔、汇合线路的结构形式，叫做通风网络，简称通风网络或风网。通风网络有的基本连接形式有串联、并联和角联三种。⑴串联通风及其特性两条及两条以上的通风巷道循序地首尾相互连在一起进行通风或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。（2）并联网络若两条或两条以上的通风井巷的进风端是在同一点分开，它们的出风端又是在同一点汇合，这样的通风网络称为并联网络。⑶角联通风及其特性在并联的两条风路之间，还有一条或数条风路连通的连接形式叫角联网络通风。如图中BC为对角巷道，其风流为对角风流。对角巷道中的风流方向是不稳定的，风流可能从B流向C，也可能由C流向B，或BC巷道中根本无风流通过。ABCDABCD角联网络示意图⑷并联与串联风路的安全性比较并联风路中各风路都有独立的新鲜风流，而串联风路的后一各工作面则要接纳前一个工作面的污风和炮烟；并联风路有利于风流的控制或风量调节，容易做到按需分配风量，串联风路则无法做到；并联风路在某分支万一发生事故时，易于隔绝，不致影响其他风路，而串联通风则必然互相影响。《煤矿安全规程》规定：采、掘工作面应实行独立通风。同一采区内，同一煤层上下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连接的掘进工作面、相邻的2个掘进工作面，布置独立通风有困难时，在制定措施后，可采用串联通风，但串联通风的次数不得超过1次。•（四）煤矿井下常见的通风设施•煤矿井下常见的通风设施有风门、挡风墙（密闭）、风桥和调节风窗。风桥示意图a-绕道式b-混凝土式c-铁筒式煤矿对通风设施设置位置的规定《煤矿安全规程》要求控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠。同时对矿井通风设施设置位置有明确的规定：进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每个联络巷中应建立永久性挡风墙。需要使用的联络巷，应设置不少于2道的正向和反向永久性风门，防止行人或反风时风流短路。与采空区连通的所用巷道（包括风眼、溜煤眼），必须建筑永久性挡风墙。行人、行车巷道，采区之间的联络巷，采区入、回风巷联络道，应根据通风设施服务时间及作用，建立永久性或临时性挡风墙及永久性或临时性风门（包括风量调节门）。为避免串联通风，水平交叉的入、回风巷应设风桥，将入风流与回风流隔开。主要运输巷道中应设立永久性自动风门，经常行人风门应自动闭锁或专人看管。斜巷不应设立风门。超过6米的盲巷及废弃巷道均应设立永久性或临时性挡风墙。开采突出煤层时，工作面回风侧不应设置风窗。(五）回采工作面的通风系统回采区段的通风系统是由工作面的进风巷、回风巷和工作面组成。当矿井采用走向长壁后退式采煤法时，回采区段的通风系统有U形、Z形、H形、Y形、W形和双Z形等形式，如下图所示。采煤工作面进、回风巷布置形式后退式前进式U型1.上行通风当采煤工作面的进风巷水平低于回风巷水平时，采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由下向上流动，这样的通风方式称为上行通风。2.下行通风当采煤工作面的进风巷水平高于回风巷水平时，采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由上向下流动，这样的通风方式称为下行通风。《规程》对下行通风有如下规定：有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。3.扩散通风利用空气中分子的自然扩散运动，对局部地点进行通风的方式。《规程》规定：如果硐室深度不超过6m，入口宽度不少于1.5m，而无瓦斯涌出，可采用扩散通风。四、掘进通风及安全管理（一）掘进通风方法1.利用矿井总风压通风。2.局部通风机（1）压入式通风。（2）抽出式通风。（3）抽压混合式通风。风幛导风1－风幛；2－调节风门风筒导风1-风筒2-挡风墙3-风窗m10(a)(b)(c)局部通风机布置示意图a-压入式b-抽出式c-混合式回风上山进风上山（二）掘进通风的安全管理措施（1）合理地选择并安装局部通风机；（2）减少风筒漏风；（3）降低风筒阻力；（4）保证局部通风机正常地运转。1.掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机通风，不得采用扩散通风。1台局部通风机不得同时向2个同时作业的掘进工作面供风，严禁使用3台或3台以上的局部通风机同时向一个掘进工作面通风。2.压入式局部通风机及启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10m，局部通风机吸入风量必须小于局部通风机安装地点的供风量，以避免产生循环风。进风流中的瓦斯浓度不得超过0.5%。3.必须采用抗静电，阻燃风筒。抽出式局部通风机，必须采用经国家检定单位对防爆和防摩擦火花检验合格的抽出式局部通风机。4.除尘风机、抽出式局部通风机和位于掘进工作面附近100m范围内的压入式局部通风机，其噪声不应超过85dB(A)，并应安设配套的消声器。5.安装局部通风机必须同时安装风电闭锁装置。6.瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电；也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，但每天应有专人检查1次，保证局部通风机可靠运转。7.使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风；因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。8.恢复通风前，必须检查瓦斯。只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5％时，方可人工开启局部通风机9.瓦斯喷出区域或煤与瓦斯(二氧化碳)突出煤层，掘进通风方式必须采用压入式。煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式，应采用压入式，不得采用抽出式。如果采用混合式通风，必须制订安全措施。第二节矿井风量调节技术一、矿井总风量调节（一）改变主要通风机工作特性通过改变主要通风机的叶轮转速、轴流式通风机叶片安装角度和离心式通风机前导器叶片角度等，可以改变通风机的风压特性，从而达到调节通风机所在系统总风量的目的。（二）改变矿井总风阻值1.风硐闸门调节法对于离心式通风机，当风量过剩时，用风硐中的闸门增加风阻以降低风量，可减少电耗。这是因为离心式通风机的功率特性曲线随风量减小而降低。2.降低矿井总风阻当矿井总风量不足时，如果能降低矿井总风阻，则不仅可增大矿井总风量，而且可以降低矿井总阻力。二、矿井局部风量调节采区内部工作面之间、采区之间和生产水平之间的风量调节称为局部风量调节。局部风量调节的方法有三种：增阻调节法、降阻调节法和增压调节法。（一）增阻调节法增阻调节法是在并联风网阻力较小（风量过大）的分支安装调节风门，增加风阻，用以增加阻力较大的分支风量，以保证风量按需分配。由于增阻调节会增加全矿总风阻和关联风网的风阻，故增阻调节减少了全矿总风量和并联风网风量，所以增阻分支风量减少量大于增阻分支的风量增加量，这是增阻调节的缺点。但是，增阻调节法应用简便，是煤矿常采用的方法。（二）降阻调节法（1）扩大井巷断面积。（2）改善井巷支护形式，降低阻力系数。（三）增压调节法第三节矿井灾变时期的风流控制技术一、保持正常通风适用于：1.在没有完全了解清楚矿井火灾的具体位置、范围、火势、受威胁地区等情况时，要保持正常通风。当火源的进风侧有遇险人员尚未撤出或不能确认遇险人员是否已经牺牲，且矿井又不具备反风和改变烟流流向的条件时，应保持正常通风。3.当火灾发生在矿井总回风巷或者在比较复杂的通风网络中，改变通风方法可能会造成风流紊乱、增加人员撤退的困难、出现瓦斯积聚等后果时，应采取正常通风。4.当减少火区供风量有可能造成火灾从富氧燃烧向富燃料燃烧转化时，应保持正常通风。富燃料火灾极易转化为爆炸事故，在处理中难度更大。5.采掘进工作面发生火灾，并且实施直接灭火时，要采取正常通风。为维持工作面通风系统的稳定性，以确保工作面内的瓦