煤矿通风安全管理

煤矿通风安全管理中煤集团高级工程师蒋昭华•矿井通风安全管理是煤矿安全管理的主要内容，国家在制定年度安全生产政策时，都提出“以‘一通三防’为中心，防止瓦斯、煤尘等重大事故的发生”。所以，提高通风安全管理水平，是实现防止瓦斯、煤尘事故的关键，从矿长到班长，到每一个员工都肩负重大责任。学习和掌握安全管理理论、技术、方法和内容，搞好安全管理的基础。矿井通风技术•矿井通风的基本任务是：•①向井下各工作场所连续不断地供给适宜的新鲜空气，供人员呼吸。•②把有毒有害气体和矿尘稀释到安全浓度以下，并排出矿井之外。•③提供适宜的气候条件，创造良好的生产环境，以保障职工的身体健康和生命安全及机械设备正常运转，进而提高劳动生产率。•④增强矿井的防灾、抗灾能力，实现矿井的安全生产。矿井通风工作的物质对象是井下的各种气体成分。一矿内空气一、井下气体成分矿内空气是指矿井井巷内气体的总称。包括地面进入井下的新鲜空气和井下产生的有毒有害气体、浮尘。地面空气进入井下以后，发生了一系列的物理变化和化学变化，矿内空气与地面空气的性质和成分均有较大差别。1．地面空气的组成地面空气主要由氧气（占20.96%）、氮气（占79.0%）、二氧化碳（占0.04%）组成。此外，地面空气中还有数量不定的水蒸气、微生物和尘埃等。地面空气进入井下后，氧含量降低，有害气体混入，固体微粒（岩尘、煤尘等）混入，气体膨胀与压缩。尽管矿井空气与地面空气相比，在性质上有许多差异，但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。1)氧气(02)。人体必须不断地吸入氧气，呼出二氧化碳，以维持正常的生理机能。人体的生命活动需氧量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。一般情况下，人体休息时的需氧量0.2～0.4L/min，重体力劳动强度时的需氧量1.8～2.4L/min。当空气中的氧浓度降低17%以下时，人体会产生不良的生理反应，出现种种不适的反应，严重时可能导致缺氧窒息死亡。因此，空气中氧含量在17%时称为安全临界值。2)二氧化碳(C02)。二氧化碳微毒、略带酸味、不助燃，也不能供人呼吸，与空气的相对密度为1.52，在风速较小的巷道中，底板附近的浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持，所以在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸功能。但二氧化碳过高时，也会使空气中的氧浓度相对降低，使人的呼吸量增加，严重时可能造成人员的酸中毒或窒息。矿井中二氧化碳的主要来源是：煤层中涌出，煤和有机物的氧化，人员的呼吸、爆破、煤炭自燃及瓦斯煤尘爆炸等。个别岩石中能连续释放二氧化碳，甚至发生岩石与二氧化碳的突出。例如吉林省营城煤矿，曾在1975年6月13日发生过一起二氧化碳与岩石突出的事故，突出岩石1005t、二氧化碳l4000M3，死亡14人；10年后，1985年11月29日发生第二次事故，突出岩石800t、二氧化碳40000M3，死亡14人。3)氮气(N2)。氮气是一种惰性气体，它本身无毒、不助燃、也不能供人呼吸，当空气中的氮气含量过高时，会造成“高氮窒息”事故二井下各种有害气体的来源及其性质在煤矿生产过程中产生或煤层中涌出的有害气体有：甲烷、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢和氨气等。甲烷(CH4)。一氧化碳CO是无色、无味、无臭的气体，相对密度为0.97，微溶于水，浓度为13%～75%时遇火能引起爆炸。一氧化碳CO具有强烈的毒性，对人体有较大的危害，原因是人体内的血红素与一氧化碳的亲和力比氧气大250～300倍，造成人体血液中毒。一氧化碳中毒者嘴唇呈绯红色，两颊有斑点。人体的一氧化碳中毒程度取决一氧化碳浓度和接触一氧化碳的时间、呼吸频率和呼吸深度。《规程》允许一氧化碳的浓度是0.0024%。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。硫化氢(H2S)硫化氢有剧毒，且无色、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。煤矿井下的硫化氢主要来源是：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。处理的办法主要有：①加强通风；②注碱水及撒碱石灰等；③控制采掘强度，调整作业时间；④个体防护。需要注意的是：接近采空区作业，有水涌出，且伴随有硫化氢的臭味，往往是老空水发生透水事故的预兆。二氧化氮(N02)二氧化氮为红褐色，相对密度为1.57，易溶于水。二氧化氮对人体的眼睛、呼吸道及肺部组织有强烈腐蚀作用。二氧化氮遇水形成硝酸，能破坏肺及全部呼吸系统，使血液中毒，经过6～24h后，肺肿发展，呈现严重咳嗽，并吐黄色的痰，还会出现剧烈的头痛、呕吐，人会很快死亡。二氧化氮的浓度达0.004%时，出现喉咙受刺激、咳嗽、胸部发疼现象；达到0.01%时，短时间内会出现严重咳嗽、声带痉挛、恶心、呕吐、腹疼、泻肚等症状；当达到0.025%时，短时间内人即会很快死亡。二氧化硫(SO2)。二氧化硫是无色、有强烈硫磺味及酸味的气体，相对密度为2.22，易溶于水。当二氧化硫与呼吸道的潮湿表皮接触时能产生硫酸，硫酸能刺激并麻痹上部呼吸道的细胞组织，使肺及支气管发炎。当空气中二氧化硫浓度为0.0002%时，能引起眼睛红肿、流泪、咳嗽、头痛；达到0.05%时，能引起急性支气管炎，肺水肿，在短时间内有致命危险。氨气(NH3)。氨气是无色气体、相对密度为0.6，有似氨水的剧臭味，易溶于水，在1L水中，可溶解700L。氨气有很强毒性．能刺激皮肤和上部呼吸道，能严重损伤眼睛。•井下各种有害气体最高允许浓度•┏━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━━┓•┃名称┃符号┃最高允许浓度%┃•┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫•┃一氧化碳┃CO┃0.0024┃•┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫•┃二氧化氮┃NO2┃0.00025┃•┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫•┃二氧化硫┃S02┃0.0005┃•┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫•┃硫化氢┃H2S┃0．00066┃•┣━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫•┃氨┃NH3┃0.004┃•┗━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━━━━┛•为防治井下有害气体对作业人员的危害，应采取相应措施：1)加强通风，排除或冲淡井下各种有害气体或粉尘，使其浓度在《规程》规定的浓度以下。2)加强检查，掌握矿井各种有害气体涌出情况，防止发生事故。进入老巷及通风不良的巷道，应首先检查瓦斯、二氧化碳及其他有害气体的浓度，只有确认对人无害时，才能进入。3)采取抽放措施。对于高瓦斯矿井，抽放瓦斯是治本之策。4)不用的巷道或弃巷要及时封闭，设警标、揭示牌。5)加强个体防护，携带自救器。矿井通风阻力风流的流动状态有层流和紊流两种，井下巷道中由于风速大，风流的流动状态是紊流。风流在井巷中流动时遇到各种阻力，必须以通风压力来克服。矿井通风阻力和矿井通风压力是对立的统一，它们是作用力与反作用力的关系。矿井通风阻力按其产生的原因和地点不同，可分为摩擦阻力和局部阻力两大类。1．摩擦阻力（沿程阻力）空气在井巷中流动时，由于空气与巷道壁面之间以及空气分子之间发生摩擦而造成的能量损失称摩擦阻力，摩擦阻力在矿井通风阻力中约占80%～90%。在完全紊流状态下，风流的摩擦阻力与巷道通过的风量的平方成正比。完全紊流状态下的摩擦通风阻力与摩擦风阻与巷道的断面、周长、长度和粗糙程度有关。2．局部阻力在风流流动过程中，由于边壁条件的变化，使均匀流动在局部地区受到阻碍物的影响而破坏，从而引起风流的流速大小和方向或分布的变化或产生涡流等，造成风流的能量损失，称为局部阻力。在层流状态下，流体经过局部阻碍物后仍能保持层流，局部阻力是由流层间的粘性剪切所引起。由于流速的重新分布加强了流层间的相对运动，而增加了局部能量损失。井下巷道中的风流局部阻力均属紊流状态下的局部阻力。紊流流体通过断面突变、断面渐变、转折、分叉、汇合等部位时，由于惯性力的作用，不能随边壁突然转折，出现风流与边壁脱离的现象，在风流与边壁间形成涡流区，产生的涡旋不断地被风流带走，补充进去的流体又产生新的涡流，从而造成能量的损失。因此，局部阻力主要是由于局部地点产生涡流而引起的。涡旋区越大，则能量损失越多。紊流状态下的局部阻力与风量的平方成正比。降低通风阻力的措施：降低摩擦风阻和局部风阻。(1)降低摩擦阻力系数。尽量选择摩擦风阻小的支护方式，注意施工质量，尽可能使巷道壁面平整光滑。(2)扩大巷道断面。摩擦风阻与巷道断面积的3次方成反比，扩大巷道断面是降低摩擦阻力的主要措施。必要时可以开掘并联巷道。根据巷道的使用年限、开掘费、维护费和通风费等因素，选定主要进风道和主要回风道的经济合理断面。(3)巷道周长一定时，选择断面积比较大的巷道形状。(4)缩短巷道的长度。在满足开采需要条件下，尽可能缩短风路的长度。将中央式通风系统改为边界式或分区式可缩短风路的长度。(5)避免巷道内风量过于集中，尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。(6)对于风速高、风量大的井巷，尽可能避免断面的突然增大或突然缩小；尽可能避免巷道拐急弯，在拐弯处壁面要成圆弧形过渡，拐弯的曲率半径要尽量大，还可设置导风板。风简要悬挂平直。(7)在巷道的分叉处或汇合处要做成斜面或圆弧形，不要随意在主要巷道内堆放木料、器材等杂物，把正对风流的固定物体做成流线形。•矿井通风的方法•根据风流获得动力的来源不同，矿井通风的方法可分为自然通风和机械通风。根据矿井通风压力状态分为正压通风和负压通风。•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。自然风压的大小和风流方向，主要受地面空气温度变化、高差、井口的风速等影响。是进风井口与回风井口的高度差造成的空气密度差。•采用机械通风的矿井，自然风压也是始终存在的，并在各个时期内影响着矿井通风工作。对于自然风压较大的深井，自然风压对矿井通风起着重要作用，而且它在夏季内可能会出现风流的反向，这在通风管理工作中，应予以充分重视，特别是高瓦斯矿井尤应注意。•2)机械通风。利用通风机动转产生的通风动力，致使空气在井下巷道中流动的通风方法称之为机械通风。根据通风机的工作方式不同，可分为抽出式通风（负压通风）和压入式通风（正压通风）两种。•影响矿井通风系统稳定的主要因素•矿井通风系统的稳定性，主要取决于主要通风机的台数、种类、相对位置、性能以及自然风压的大小、通风网络的结构形式等。•(1)风机的喘振。表现为风机风量、风压、耗电量大幅度瞬时变化，风机机体产生振动，风机发出雷鸣般的噪声，风机房有明显的抖动等。风机产生喘振现象时，可通过降低风机工作风阻或降低自然风压值来解决。•(2)多台风机相互干扰引起的不稳定运行。当出现这种现象时，可通过采取降阻或调大能力小的风机叶片安装角或增大转速予以解决。•(3)井下辅助通风机影响矿井通风风流稳定性。•(4)自然风压影响风流稳定性。•(5)风流短路造成风流剧烈波动。•(6)对角分支风流不稳定。•采区通风系统是指矿井风流经主要进风巷进入采区，流经采区进风巷道，清洗采掘工作面、硐室和其他用风巷道后，沿采区回风巷排至矿井主要回风巷的整个网络。•采区通风系统主要取决于采区巷道布置和采煤方法，同时要满足采区通风的特殊要求。在确定采区通风系统时，必须遵守安全、经济、技术合理等原则。•1．对采区通风系统基本要求•(1)采区必须有独立的风道，实行分区通风。采区进、回风巷必须贯穿整个采区的长度或高度。严禁将一条上山、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段为进风巷，另一段为回风巷。•(2)采掘工作面、硐室都应采用独立通风。采用串联通风时，必须遵守《规程》的有关规定。采区通风系统(3)按瓦斯、二氧化碳、气候条件和工业卫生的要求，合理配风。要尽量减少采区漏风，并避免新风到达工作面之前被污染和加热。要保证通风阻力