矿井通风与瓦斯防治技术2013

矿井通风与瓦斯防治技术中国矿业大学安全工程学院陈开岩教授联系电话：[phone]Email:[e-mail]内容提要•1、概述•2、矿井通风系统优化改造技术•3、采煤工作面通风与瓦斯防治技术•4、掘进工作面通风与瓦斯防治技术•5、矿井通风系统可视化实时动态模拟技术一、概述•矿井通风：依靠通风动力，不间断地将地面新鲜空气沿矿井进风路线输送到井下各个作业地点，冲洗后的污浊空气沿矿井回风路线排出地面的过程。•矿井通风的基本任务：采用安全、经济、有效的通风方法，向井下作业场所供给足够的新鲜空气，稀释和排除有毒有害气体和粉尘，改善气候条件，创造适宜的劳动环境，保证井下空气的质量和数量符合国家安全卫生标准。以防止矿井各种灾害事故的发生和扩大，保护作业人员的安全、健康，提高劳动生产率。通风方法防治各种灾害矿井通风瓦斯防治自燃防治热害防治粉尘防治矿井通风系统的定义矿井通风系统通风井巷网络通风设施通风动力装置矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气，排出污浊空气的通风方式（中央式，对角式，混合式），通风方法（抽出式，压入式，抽压混合式），通风网络和通风控制设施的总称。矿井通风系统的意义•矿井通风系统是矿井安全生产的第一生命线•从许多重特大事故原因分析来看，事故的发生和发展都与通风系统有关•构建安全高效的通风系统是煤矿安全生产最重要的基础工程之一。瓦斯爆炸事故区域通风系统图山西某高产高效集约生产矿井（500万t/a），2009年2月22日发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成78人死亡。NN222222F2F12401回风巷轨道巷回风巷南回风补巷南四轨道巷南四胶带巷巷风回南胶带巷轨道巷胶带巷轨道巷回风巷回风巷四四轨道巷胶带巷梁庄回风井南风巷回二北1240312405回风巷FF2山西焦煤屯兰矿“”事故区域通风示意图2.22双向风门单向风门风桥调节闭永久闭临时闭回风进风F2图例风机风筒1240212212局部通风机安装位置不合理。局部通风距离延长，联巷两端压差逐渐变小，导致联络巷风量减少，处于微风状态，造成瓦斯积聚；联巷没有及时调风消除隐患。事故地点回风斜井副斜井主斜井11运输石门回风联络巷11回风石门专用回风巷溜矸眼变电所11集中运输石门12集中运输石门12回风石门12运输石门回风联络巷专用回风巷11回风石门排矸巷12轨道石门12302回风顺槽1100联络巷水仓水泵房通道一号联络巷炸药库12302运输顺槽13301底板瓦斯抽放进风巷13302底板瓦斯抽放巷12202底板瓦斯抽放进风巷13302瓦斯巷专用回风巷FFFFFFFFFF马场煤矿通风系统示意图图例F风门局部通风机新鲜风乏风矿井通风方式为并列式，主、副斜井进风、回风斜井回风，主扇型号为FBCDZ-8-№27(2×450kW)。主斜井进风量为3564m3/min，供6个掘进工作面(12回风石门、12集中运输石门、主斜井井底车场、井底车场联络巷、13302底板瓦斯抽采巷、13302底板瓦斯抽采巷专用回风巷)的用风；副斜井进风量为2880m3/min，供4个掘进工作面（水仓通道、炸药库通道、13301底板瓦斯巷进风巷、13302回风顺槽联络巷）的用风。矿井总进风量为6444m3/min，矿井总回风量为6552m3/min。安设了KJ90NA矿井监测系统，1台主机，设有6个分站，安有甲烷和风速传感器。主斜井副斜井事故地点回风斜井11运输石门回风联络巷11回风石门专用回风巷溜矸眼变电所11集中运输石门12集中运输石门12回风石门12运输石门回风联络巷专用回风巷11回风石门排矸巷12轨道石门12302回风顺槽1100联络巷水仓水泵房通道一号联络巷炸药库12302运输顺槽13301底板瓦斯抽放进风巷13302底板瓦斯抽放巷12202底板瓦斯抽放进风巷13302瓦斯巷专用回风巷T220:183.1%CH4T120:159.6%CH4T120:158.35%CH4T220:2023.15%CH4T120:070.36%CH4T120:074.00%CH4T220:094.00%CH4T120:074.00%CH4T120:05突然断线T220:05突然断线T120:1529.25%CH4T220:1925.15%CH4T120:074.00%CH4T220:114.00%CH4总回20:1139.8%CH4T220:0827.00%CH4T120:074.00%CH4T120:07CH达2.16%后突然断线T220:131.15%CH44马场煤矿3.12重大煤与瓦斯突出事故瓦斯逆流及波及范围示意图图例突出堆积范围瓦斯逆流范围瓦斯波及范围风门局部通风机FFFFFFFFFFFT220:0739.85%CHT220:074.00%CH事故地点：13302底板瓦斯抽采巷，底板标高+1100m，埋深673m。该巷开口于副斜井井底车场距35b煤层底板约27m，52.6m平巷后起坡15°掘进，至事故发生时该巷道共掘进67m。半圆拱形断面，U型棚锚喷联合支护，宽4m，高3.5m，12.28m2。采用炮掘工艺，耙斗机装岩。压入式局部通风，FBDNO7.1(2×45kW)，吸风量为439m3/min;800风筒铺设长度约390m,出口风量为386m3/min。无压风自救系统。突出煤量2051t，突出堆积长度188m。瓦斯涌出量35.2×104m3事故原因：K33煤层具有煤与瓦斯突出危险，事故地点附近地质构造十分复杂，巷道掘进过程中未进行层位探测，在已揭露煤层的情况下未采取防突措施，导致发生煤与瓦斯突出事故。事故扩大原因：掘进通风不独立，无专用回风，通风系统不完善。20m20.5m2.5m8m11m变电所通道遇难2人(1#,2#)遇难1人(24#)遇难1人(22#)遇难1人(25#)主井车场事故地点本次事故共造成25人遇难。1号联络巷风井平巷12202底板瓦斯抽放巷水仓通道井底车场联络巷13301底板瓦斯抽放进风巷13302底板瓦斯抽放进风巷炸药库遇难17人(5#-21#)副井车场遇难2人(3#,4#)遇难1人(23#)矿井通风系统的特点动态性通风网络拓扑结构随时间的变化通风巷道和通风构筑物的空气动力学性能老化通风机空气动力学性能老化非稳定性通风机设备维修倒台井巷运输提升设备活动风门的启闭风窗的调节矿井通风理论与技术研究通风模拟通风预测风量调节通风管理信息系统通风断面优化系统改造矿井需风量计算通风规划设计采掘接替规划通风系统评价通风能力核定基本应用层6个方面基本理论层6个方面可视化技术矿井通风阻力测定通风机性能测定过渡层3个方面矿井通风理论的分类稳定通风理论非稳定通风理论矿井稳定通风理论与应用稳定通风模拟通风网络风量优化调节通风网络稳定性与敏感性分析多风机联合运转稳定性分析通风网络瓦斯流动模拟井巷气候条件模拟井巷大气污染（粉尘）扩散模拟可靠性与有效性模拟矿井非稳定通风理论与应用瓦斯集聚排除过程模拟灾变时期通风模拟风机开停过程模拟矿井反风过程模拟非稳定通风模拟矿井通风系统实时监测、分析与控制通风系统实时模拟与分析通风系统可视化通风监测数据调节系统工况消除故障系统是否存在故障二、矿井通风系统优化技术•矿井通风系统是由矿井通风网络、主要通风机装置和通风设施组成。矿井通风网络风流结构、主要通风机工作方法、通风设施布置与风流控制的合理性对通风系统的安全可靠性和经济性具有重大的影响。•矿井通风网络结构很大程度上取决于矿井开拓开采巷道布置，而矿井通风能力又影响着矿井生产能力。由于矿井通风系统随矿井开采布局和开采条件的变化而变化，因此优化矿井通风系统不仅要做到设计优化而且还要做到运行优化。二、矿井通风系统优化技术1）矿井通风系统的构建原则矿井通风系统构建总原则是系统简单，安全可靠、技术经济合理。具体准则：（1）每个矿井必须有完整的独立通风系统。（2）矿井进风井口必须布置在不受污染的地方，与污染源有足够的安全距离。（3）进，回风井之间和主要进，回风道之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性挡风墙。（4）每个生产水平和每个采区都必须布置单独的回风道，实行分区通风，将其回风风流直接引入到总回风道或主要回风道中。（5）矿井主要通风机的工作方式一般应采用抽出式通风。在地面有小窑塌陷区或山区回风井分散时，可采用压入式通风。（6）根据矿井开拓系统选择合理的通风系统。二、矿井通风系统优化技术2）通风系统的技术要求（1）通风方式合理。矿井、采区和采掘工作面的通风系统必须完善，矿井通风网络结构简单，角联风路少；采用分区独立通风，避免串联通风，抗灾能力强。（2）通风网络风量分配与调节合理，风流稳定，无风流不稳定的角联风路。1423RRKRR角联QR1,Q1R2,Q2R3,Q3R4,Q4R5,Q55551,1,1,KQKQKQ向上流=0向下流角联结构如何识别？判别该角联是否存在安全隐患？采取应对措施消除隐患！二、矿井通风系统优化技术（3）矿井有效风量率高，内部和外部漏风小。（4）通风阻力分布合理，阻力小，满足《煤矿井工开采通风技术条件》AQ1028-2006行业标准，如表1所示。表1矿井通风系统阻力限值矿井通风系统风量（m3/min）系统的通风阻力（Pa）系统的等积孔(m2)矿井通风系统风量（m3/min）系统的通风阻力（Pa）系统的等积孔(m2)30003000~5000150020001.541.33~2.225000~1000010000~20000200002500294039201.98~3.973.66~7.326.34二、矿井通风系统优化技术（5）通风设施布置合理，数量少。（6）矿井主要通风机运行稳定、可靠、高效经济。①对于单风机通风系统，风机风压特性应与通风网络风阻特性相匹配，即风机的工况点处于高效稳定的工作区内；②对于多风机对角并联运转通风系统，除了满足单风机的要求外，还要保证公用风路风阻尽量小、并且各风机风压尽可能接近，相互干扰小。干扰小公用风路专用风路干扰大角联二、矿井通风系统优化技术3）矿井通风系统常见的问题矿井从设计、建设、试生产、稳产、衰老、直至开采完结要经历一个漫长的演化过程。在各时期阶段，由于受各种外因和内因的作用，矿井通风系统的结构、特性与工况将发生变化。有时出现矿井通风能力与生产能力不相适应，通风可靠性与有效性降低、通风能耗增加、抗灾能力减弱等情况。矿井通风系统常见问题（1）矿井瓦斯、地温、自然发火等开采技术条件资料掌握不准确，造成矿井通风系统设计不合理。主要表现为矿井瓦斯涌出、气温升高、自然发火严重，通风能力与生产能力严重失配。（2）矿井生产能力盲目扩大，生产布局不合理，同时生产的采区和工作面数量增加，造成通风巷道增多、通风网络复杂，角联风路和通风设施增多，风量调节复杂，风流稳定性变差，矿井抗灾能力降低。（3）矿井开采强度的加大，瓦斯涌出量增大，需风量提高，矿井通风断面相对偏小，通风阻力快速升高，主要通风机很快达到满负荷运转，造成通风机服务年限缩短，通风能耗增加，供风量紧张，通风可靠性降低。二、矿井通风系统优化技术（4）矿井通风阻力分布不合理。矿井回风巷道断面偏小，回风区阻力偏高，约占总阻力的50%以上，尤其是利用老巷道的改扩建生产矿井甚至达到70%以上。（5）多风井复杂通风系统中各风井系统的通风压力和风量不均衡，公用段通风断面不足、风速大、阻力偏高，超过了其中最小风井系统阻力的30%，造成多风机并联运转相互影响加剧，通风系统的稳定性和可靠性降低。（6）通风设施布置不合理，质量差。使得矿井内部漏风增加，进入用风地点的有效风量减少。由于漏风通道往往途径采空区，故从中携带出的有毒有害气体增大，向采空区供氧增强。（7）矿井主要通风机附属装置设计与施工不合理，风硐和扩散器的空气动力学特性差、局部阻力系数偏高，外部漏风偏大，通风机装置效率偏低。二、矿井通风系统优化技术随着矿井生产的不断发展，有些老矿井面临生产系统和通风系统的改造工作。矿井通风系统改造的原因多种多样，可归类如下：①主要通风机通风方法的变化，第一水平为压入式通风，开采延深至下水平改为抽出式；②矿井生产能