矿井通风及灾变时期控风技术文档格式.docx

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红褐色

1.57

爆破

硫化氢*

臭鸡蛋

1.19

老空、涌出

二氧化硫*

硫磺味

2.32

涌出、含硫矿氧化、燃烧

氢气

0.07

微溶

火区、充电

氨气*

氨水味

0.6

火灾、爆炸

标有*的这些气体在《煤矿安全规程》最高允许浓度限时，能嗅出，人们能及时发现这些气体的存在。

但对于甲烷、氢气、一氧化碳等有害气体，氮气、二氧化碳等窒息性气体和氧气须通过专门检测仪器或化验才能了解他们对环境和人体的影响。

因此，在通风不良的巷道必须注意检测氧气、二氧化碳的含量、避免发生窒息事故。

（三）矿井通风系统

1、定义：

矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排除污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施（通风构筑物）的总称。

2、对矿井通风系统的基本要求

安全可靠、技术可行和经济合理。

其主要表现为系统简单、网络结构合理；

能保质保量稳定可靠地向用风地点供风；

主要通风机与网络特性相匹配，风机能高效、经济地运行；

具有较高的防灾抗灾能力；

有利于矿井实现机械化和自动化；

通风费用少；

符合有关规定。

3、矿井通风系统的类型及其适用条件[11]。

1）、中央式：

进回风井位于井田走向中央，风流在井下的流动路线是折返式。

（1）中央并列式：

A、进、回风井布置在井田中央工业广场。

B、特点：

地面建筑和供电集中，便于管理，建井期较短，便于贯通，井筒延伸通风方便，但风流路径长，风阻较大，井底车场和进回风井间压差大，漏风大。

C、适用条件：

井田走向长度不大（小于4km），瓦斯及自燃不严重的矿井。

（2）中央分列式：

A、其进回风井沿井田倾斜方向相隔一段距离。

回风井位于井田浅部边界沿走向的中央，不在工业广场内。

进回风井巷间的漏风通过中央采区的采空区，工业广场不受抽出式主要通风机噪音的影响。

与中央并列式相同。

2）、两翼对角式：

（1）进风井位于井田中央，回风井设在沿走向的两翼。

（2）特点：

通风路线较短，阻力和漏风较小，各采区间风阻较均衡，便于按需分风。

工业广场不受回风污染和抽出式主要风机噪音危害。

（3）适用条件：

井田走向长，产量高，需风量大，易自燃，有突出危险的矿井。

3）、分区式：

（1）进风井位于井田中央，开采井田浅部，在每采区掘一个小回风井与采区回风巷相通，不必掘总回风巷。

开采井田深部，往往转变为两翼对角式。

基本与两翼对角式相同，浅部开采不掘总回风巷，加快投产时间，但开采深部煤田时，通风方式需变化，对生产有一定干扰。

同两翼对角式，且煤层赋存浅，要求投产期短的矿井。

各类通风方式示意如图5-1所示。

（a）中央并列式（b）中央分列式

（c）两翼对角式（d）分区式

图5-1矿井通风系统图

4、矿井主要通风机工作方式及其特点

1）、压入式：

（1）主要通风机设在入风井口，在压入式通风机作用下，矿井井巷大气处在高于当地大气压力的正压状态，矿井地面漏风是从矿内漏向地面。

A、井下巷道大气处于正压状态，有助于抑制煤壁和采空区瓦斯漏出。

B、压入式通风使采空区自燃生成有害气体通过塌陷区向外漏出，减小对井下生产和人员安全的影响。

C、压入式风机停止运转，井下巷道大气绝对静压下降，可能导致煤壁和采空区瓦斯涌出增大。

D、自燃生成气体直接经营者塌陷区漏出,可能导致自燃隐患难以及时发现。

E、火源具有指向供风方向蔓延特性,促进自燃向采煤工作面方向发展。

F、压入式通风的进风区装设的控风设施对生产有干扰,控风设置易损坏,漏风较大,通风管理较困难。

应用压入式通风的矿井不仅看到前二条的优点，还必须注意后五条缺点，并及时采取补救措施。

2、抽出式：

（1）主要通风机设在回风井口,在抽出式通风机作用下,矿井井巷大气处在低于当地大气压力的负压状态,矿井地面漏风是从地面漏向矿内。

其优缺点与压入式相反。

另外,在矿井与小煤窑相通时,会把小窑积存的有害气体抽入矿井,同时,小窑发生事故也会对矿井造成威胁。

3、压抽混合式：

（1）主要通风机分别设置于进回风井口。

主要用于压入、抽出互相转换的过渡期。

因正压、负压均不大，漏风量较小。

但通风管理复杂。

各类主要通风机工作示意如图5-2所示。

（a）压入式（b）抽出式

（C）抽压混合式

图5-2矿井主要通风机工作方式

（四）采区长壁工作面的通风方式和特点

1、一进一回的工作面通风系统（U型、Z型）

1）、U型后退：

工作面进、回风巷布置在煤体侧，在我国应用普遍。

（1）优点：

系统简单、可靠、漏风小。

（2）缺点：

上隅角瓦斯易超限，巷道掘进提前量大。

2）、U型前进：

工作面进、回风巷布置在采空区侧。

巷道掘进独头通风长度短，巷道掘进提前量小，采空区瓦斯不进入工作面。

漏风大，掘进对回采有干扰，进回风巷维护困难。

3）、Z型后退：

工作面进风巷布置在煤体侧，回风巷布置在采空区侧。

采空区瓦斯不进入工作面。

漏风大，回风巷维护困难。

4）、Z型前进：

工作面进风巷布置在采空区侧，回风巷布置在煤体侧。

巷道掘进提前量较小。

采空区瓦斯进入工作面，漏风大，进风巷维护困难。

U型和Z型通风系统如图5-3所示。

U型Z型

图5-3U型和Z型通风系统图

2、两进一回或一进两回的工作面通风系统（Y型、W型、双Z型）用于增加采区工作面的风量，减少上隅角瓦斯积聚。

1）、Y型系统

工作面两端巷道均进风，其中一条越过工作面后成为回风巷，通往采区边界的回风巷。

2）、W型系统

工作面两端及中部分别与位于采空区侧（前进式）或煤体侧（后退式）三条巷道相联，其中选择二条巷道进（回）风，一条巷道回（进）风。

Y型和W型通风系统如图5-4所示。

Y型W型

图5-4Y型和W型通风系统图

3）、双Z型系统

工作面两端与位于采空区侧（前进式）或煤体侧（后退式）的二条进风巷道相联，工作面中部与位于煤体侧（前进式）或采空区侧（后退式）的一条回风巷道相联。

3、两进两回的工作面通风系统（H型系统）

工作面两端分别与贯通煤体侧和采区侧的两条巷道相联，形成两条进风巷、两条回风巷的通风系统。

其特点是工作面风量大，减少采空区向工作面的瓦斯涌出量。

双Z型和H型通风系如图5-5所示。

双Z型H型

图5-5双Z型和H型通风系统图

（五）采煤工作面接替（准备、搬家）

由于正常工作程序打乱、工序多，人员多，是事故高发期，应预先作好计划安排、现场合理组织工作。

（六）矿井供风标准[2，3]

1、目的：

保证向矿井各用风地点输送足够数量的新鲜空气，用以稀释有毒有害气体，排除矿尘和保持良好的工作环境，确保矿井安全生产。

2、供风标准：

按下列要求分别计算并选取其中最大值

1）、井下同时工作的最多人数乘以

。

2）、井下采煤、掘进、硐室和其它地点需风量的总和。

各地点实际需风量，必须使该地点风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它气体的浓度、风速以及温度、每人供风量符合《煤矿安全规程》的有关规定。

煤矿企业应根据具体条件，制定风量计算方法，至少每5年修订1次。

（七）矿井通风管理的核心——以风定产。

国家煤矿安全监察局提出“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针。

以风定产应含两个主要内容[1]：

1、矿井及采煤工作面实际风量来核定产量变化。

在我国一些煤矿存在矿井、采区或工作面供风不够的问题，其主要原因是：

1）、矿井生产条件变化，如瓦斯涌出量预测值偏低，造成巷道断面偏小，主要通风机能力偏小、通风量偏小。

另外，由于通风管理问题或进回风巷失修，断面减小均可能导致风阻增加，供风量偏小。

2）、矿井产量增加，而通风能力受限。

由于市场需求增加、煤价上涨、刺激矿井增加产量，但是通风能力没有相应增加。

2、具备合理的通风方式和通风系统

人们绝不能认识只要供风量足够，就达到了“以风定产”要求。

“以风定产”还有一个重要内容是保证合理的通风系统和通风方式。

我国煤矿在这个方面存在的问题甚至比通风量不足问题更大。

这是值得我们各矿管理、技术人员和煤矿安全监察人员警惕的。

3、处理生产与通风关系的两原则

1）、“通风为生产服务”的原则。

这一点，大家都十分清楚，也是比较容易作到的。

2）、“生产（含开拓、采掘设计、布置）必须遵循合理可靠通风的规律”的原则。

这一点，在许多煤矿存在较大问题，往往只强调通风为生产服务，而忽视生产必须遵循合理通风规律的原则。

因此，通风部门为保证供风，不得不违背合理通风规律增加巷道，使用大量风门、密闭、调节风门、风桥甚至辅助通风机等设施。

使通风系统复杂、可靠性降低、安全隐患增加，通风管理难度加大、抗灾能力减弱，一旦发生事故，救灾难度增大。

因此，不遵循“合理可靠通风”的规律将埋下瓦斯爆炸、火灾和救灾等重大隐患。

二、矿井风流流动理论基础

（一）矿井风流流动特征

1、矿井风流流动形式[9]

（1）稳定流动：

矿井风流质点通过井巷任意位置时，其运动参数（风量、风压、密度等）不随时间变化，只随巷道及其不同位置变化的流动形式。

矿井正常通风时期，矿井井巷特征风流相关参数变化不大，井巷风流可视为稳定流动。

风流稳定流动时，意味着矿井处于正常通风状态，风流流动受自然风压影响，但不受变化的火风压影响。

（2）不可压缩流动：

矿井风流质点通过井巷任意位置，其密度既不随时间变化，也不随巷道及其不同位置变化的流动形式。

矿井正常通风时期，不考虑自然风压（密度变化）的影响，井巷风流可视为不可压缩流动。

不可压缩流动是稳态流动的一种特殊形式，显示风流在矿井各巷道流动时，空气密度都不变化。

风流不可压缩流动意味着矿井通风不受通风的影响。

（3）非稳定流动：

矿井风流质点通过井巷任意位置，其运动参数（风量、风压、密度等）既随时间变化又随巷道及其不同位置变化的流动形式。

在矿井火灾、煤与瓦斯突出、煤尘与瓦斯爆炸等灾变时期，风流质点运动参数随时间和巷道及不同位置可能发生很大变化，此时的井巷风流属于非稳定流动。

风流非稳定流动意味着矿井风流受自然风压及火风压综合影响。

2、矿井风流流动状态

（1）层流：

风流呈层流状态时，各层质点互不混合，质点流动为直线或规则的平滑曲线，且与井巷轴线基本平行。

采空区、封闭的火区，通风不良区域或微风区等局部区域内风流可能处于层流状态。

风流呈层流流态，容易形成瓦斯层，在缓慢流动过程中瓦斯不易被稀释。

（2）紊流：

风流呈紊流状态时，风流质点的运动轨迹相互交错，非常紊乱，其速度、压力等参数在时间和空间上发生不规则脉动。

矿井井巷风流一般处于紊流状态。

火区救灾时，注入惰气流态也是紊流状态。

紊流态惰气进入火区，不可能很快与层流流态流动的瓦斯层混合，不断注入的惰气将在与瓦斯层部分混合的同时，象活塞一样，推动火区大气及瓦斯层运移，可能改变瓦斯层流向，而逆向进入火源，引起瓦斯爆炸。

所以，注惰初期需注意瓦斯爆炸危险，人员需立即撤离。

（3）过渡状态：

风流处于层流与紊流之间的不稳定状态。

（二）矿井风流呈现压力及测定仪表

1、静压：

单位体积空气具有的对外作功的机械能所呈现的压力。

是风流质点热运动撞压器壁面而呈现的压力。

绝对静压：

单位体积空气的压能，以真空零压力为计量基准的的静压值。

常用空盒气压计、水银气压计或精密气压计等仪器测定。

相对静压：

井巷某点风流的绝对静压与该点（同标高）大气压力之差。

常用皮托管和压差计配合测定。

2、位压：

单位体积内空气在地球引力作用下，相对于某一基准面产生的重力位能所呈现的压力。

水平巷道的风流流动无位压差，在非水平巷道，风流的位压差就是该区段垂直空气柱的重力压强。

3、动压：

单位体积空气风流定向流动动能所呈现的压力，又称为速压。

风流动压通常用皮托管配合压差计测定。

4、全压：

单位体积风流具有的（静）压能与动能所呈现的压力之和。

绝对全压：

风流中某测点的绝对全压为该测点的绝对静压和速压之和。

分别测定绝对静压和速压，求得绝对全压，或用皮托管和压差计直接测定全压。

相对全压：

风流中某测点的相对全压为该测点的全压与同标高大气压之差的绝对值。

通常用皮托管配合压差计测定。

5、总机械能（总压力）：

矿井风流在井巷某断面具有的总机械能等于其具有的（静）压能、位能和动能的总和。

6、风流总能量：

矿井风流在井巷某断面具有的流动能量为其总机械能及内能之和。

内能是风流中以热的形式存在的一种能量，是风流温度的函数。

矿井风流在井巷中流动时，克服井巷阻力所损失的能量就是风流在始末两断面上总能量之差。

风流是从总能量大的断面流向总能量小的断面。

三、矿井通风阻力和风阻

（一）矿井通风阻力[5]

矿井风流流动过程中，在各种阻滞力作用下，风流的部分机械能不可逆地转换为热能而引起的机械能损失。

1、摩擦阻力（沿程阻力）：

矿井风流沿程流动过程中因与井巷壁面摩擦及风流内摩擦而产生的能量损失。

摩擦阻力定律：

（5-1）

式中

为巷道摩擦风阻，

；

=

为空气阻力系数，

为巷道长度，m；

为巷道断面积，m2；

为巷道壁周边长度，m；

Q为巷道通过风量，

为巷道摩擦阻力，

2、局部阻力：

因井巷周壁条件变化，风流的均匀流动在局部地区因阻碍物（巷道断面突变，巷道弯曲、风流分合，断面阻塞等）的影响而被破坏，风流流速大小，方向或分布发生变化，产生涡流而造成的能量损失。

3、通风阻力定律：

表示井巷通风阻力与风阻、风量之间的关系。

其阻力与风量的平方成正比。

（5－2）

为井巷通风阻力，

R为井巷风阻，

，系摩擦风阻与局部风阻之和；

Q为井巷通过风量，

4、降低通风阻力的措施

扩大巷道断面、开掘关联风路、减少风路长度、使矿井总进风早分开和总回风晚汇合，选用摩擦阻力系数小的支护方式、尽量避免巷关系密切急拐弯和风道断面突然变化、主要风道内禁止堆放木材等障碍物等等。

（二）矿井风阻

描述矿井或井巷通风难易程度的指标，包括摩擦风阻和局部风阻。

1、井巷风阻：

描述由一条或多条构成的通风网络的通风难易程度的指标。

2、矿井总风阻：

描述一个矿井通风难易程度的指标，其值取决于通风网络结构和各风路的风阻值。

　　　　　　　　　（5-3）

为矿井总风阻，

为矿井通风总阻力，

为矿井总风量，

从上式可以看出，风阻与通风阻力是具有不同意义的物理量。

3、风阻特性曲线：

表示矿井或井巷的通风阻力和风量关系特征的曲线又称为阻力特性曲线。

图5-6矿井风阻特性曲线

图5-6所示为风阻曲线示意图。

风阻值越大，曲线越陡，表示通风越困难，图中

，

，意味着矿井（R2）比矿井（R1）通风更困难。

四、矿井通风动力[11]

（一）自然通风

利用自然风压对矿井或井巷进行通风的方法。

由于完全依靠自然风压进行通风的矿井安全性、稳定性和可靠性很差，《煤矿安全规程》规定，每一矿井都必须采用机械通风，不准采用自然通风。

1、自然风压的产生：

自然风压是矿井通风系统环路中，由于空气柱质量不同产生的压力差称为自然通风压力。

进、回风井温差越大，矿井越深，自然风压越大。

冬季进风井风流温度低，回风井风流温度四季基本不变，所以，自然风压作用方向往往与机械风压方向相同，夏季进风井温度高，自然风压作用方向往往与机械风压方向相反。

2、自然风压的利用和控制

（1）根据自然风压随季节变化的规律，适时调整主要通风机，满足井下所需风量，又达到节能目的。

（2）注意自然风压的不利影响，如自然风压作用方向与机械风压相反时的影响，注意个别边远区域因自然风压大于机械风压，出现风流反向、停滞和瓦斯积聚的可能，并及时采取应对措施。

（二）矿井通风机的类型

1、按其服务范围，可分为三种：

（1）主要通风机：

服务于全矿或矿井的某一翼（或采区）。

（2）辅助通风机：

服务于矿井通风网络的某一分支（某一采区或采煤工作面）的风路，帮助主要通风机工作保证该分支所需风量。

（3）局部通风机：

服务于独头巷道掘进。

2、按其构造和工作原理，可分为：

（1）离心式通风机，我国使用的主要型号为4－72型、G4－73型和K4－73型等。

（2）轴流式通风机，我国使用的主要型号为70B2型，2K60型、2K58型和GAF型等。

（三）主要通风机的附属装置

1、风硐　连接主要通风机和井筒的一段巷道，用于引导风流。

对于压入式通风矿井，风硐是将主要通风机排出的风流引入进风井筒；

对于抽出式通风矿井，风硐将回风井筒中的风流导入主要通风机。

风硐内通过的风量与主要通风机的工作风量几乎相同。

因风硐通过风量大，是矿井中通风阻力较大而风速最大的一段巷道。

2、扩散器　内接于主要通风机出口，外端与地表相通，具有一定长度，断面逐渐扩大的构筑物。

用于降低主要通风机的出口动压，提高主要通风机的有效静压。

扩散器的设计、构筑原则是阻力小，出口风速低。

3、防爆门（防爆井盖）　安装于装有主要通风机的回风井口，保护主要通风机在井下发生瓦斯煤尘时免受爆炸高压气浪破坏的设施。

安装于回风立井井口的为防爆井盖，安装于回风斜井井口的为防爆门，当井下发生瓦斯煤尘爆炸时，防爆门（防爆井盖）即被爆炸高压气浪掀开，爆炸高压气浪直接冲入大气而不冲击主要通风机，使主要通风机受到保护。

4、反风装置　使本矿井下风流反向的一种设施。

用以防止矿井进风系统发生火灾时产生的有毒、有害气体进入作业地点、缩小灾害范围和配合井下灾变时期救灾反风需要，反风装置类型随主要通风机的类型和结构不同而异。

（1）专用反风道反风，反风道与风硐内侧相联，由反风导向门控制风流流向实现反风。

（2）主要通风机反转反风，当主要通风机为轴流式通风机时，将电动机电源任意相接线调换，使电动机改变转向，从而改变通风机动轮旋转方向，实现井下反风。

（注意，离心式通风机反转，而风向不变）

（3）利用备用主要通风机的风道反风，当两台轴式主要通风机并排布置时，保持工作的主要通风机正常运转，利用另一台备用风机的风道作为“反风道”而实现的。

（4）调整动叶安装角进行反风，对于设置动叶整体偏转装置的轴流式主要通风机通过将所有叶片同时偏转一定角度（大约120°

）而不必改变动转向实现风流反风的一种设施。

（四）通风机个体特性曲线

当风机以某一转速n，在风阻为R的管网中工作时，通过多次改变管网风阻R，可得到一系列工况参数。

将这些参数对应描在以风量Q为横坐标，以风压H、功率N和效率

为纵坐标的直角坐标系上，并用光滑曲线分别把同点参数点连结起来，即得风压（H－Q）、功率（N－Q）和效率（

－Q）曲线。

这曲线称为通风机在转速n条件下个体特性曲线。

2、轴流式风机的风压特性曲线的特点

其特性曲线存在马鞍形驼峰，驼峰点以右的特性曲线单调下降是稳定工作段，以左是不稳定工作段。

3、通风机功率曲线的特点和启动注意事项

（1）离心式风机：

其轴功率N随风量Q增加而增大，只有在接近风流完全短路时，功率才略有下降。

因此应注意：

为保证风机机安全启动，避免因启动负荷过大而烧坏风机，离心式风机在启动时应将风峒中闸门全闭，待其达到正常工作转速后再将闸门逐浙打开，当供风量远大于需风量时，常利用闸门加阻减少工作风量，以节省电能。

（2）轴流式风机：

在叶片安装角不太大时，在其稳定工作段内，轴功率随Q增加而减少。

所以，轴流式风机应在风阻最小时启动，以减少启动负荷。

（五）主要通风机工况点

主要通风机个体特性曲线与矿井风阻特性曲线在同一坐标图上的交点。

即风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数：

风量：

Q，风压H、轴功率N和效率

，一般指H和Q两个参数。

通风机工况点既应满足矿井安全生产的需要，又应保证通风机工作稳定和效率高，应处在合理工作范围内。

图5-7通风机工况点

2、主要通风机工况点的调节

（1）改变风阻特性曲线（风机特性曲线不变）

增风调节：

A、减少矿井风阻（降低矿井通风系统的阻力），技术措施为：

实施并联通风、缩短风路、扩大巷道断面、减少巷壁摩擦风阻（更换支护类型）和减少局部阻力等。

B、堵塞地面的外部漏风、矿井风阻增加、通风机供风量减少，但有效风量增加。

减风调节：

矿井风量过大，应进行减风调节（增阻调节——增加矿井主要通风机工作风阻）。

技术措施为：

对于离心式风机，减小进风口闸门开口面积，增大矿井风阻。

（2）改变风机特性曲线（矿井风阻特性曲线不变）

轴流式风机：

改变叶片安装角，改变风流转速；

离心式风机：

改变前导器叶片转角，改变风机转速。

五、局部通风

矿井局部通风区域是瓦斯事故多发区，因为局部通风机安装在井下生产区域，环境条件复杂、供电条件多变，开停、跳闸、断电较频繁，易造成巷道停风、微风、风量不足，而引起巷道或局部区域瓦斯积聚。

掘进巷道内环境条件复杂，电气设备防爆性能差，就容易出现瓦斯爆炸事故。

局部通风机安装必须符合《煤矿安全规程》要求，风机安装地点到掘进巷道回风口之间巷道最低风速应符合《煤矿安全规程》规定，避免循环风和有害气体积聚。

（一）局部通风的技术管理和主要安全措施

1、保证工作面有足够的新鲜风量

（1）不准随意停风和减少风量；

（2）提高有效风量。

A、减少通风构筑物和风筒漏风；

B、降低风筒风阻，吊掛平直，选用大直径风筒，保障风筒完好。

2、保证局部通风机连续安全运转

（1）风机吸风量必须小于全风压供给该处风量，以免发生循环风；

（2）保证风机连续安全运转；

（3）风机和掘进工作面的电气设备必须装有延时的风电瓦斯闭锁装置；

（4）高瓦斯矿井的煤巷掘进应安设甲烷报警断电仪；

（5）风机停风断电撤人及恢复通风的安全措施保障。

（二）局部风量调节

参见本章第二节。

（三）风筒（导风筒）

引导风流沿一定方向流动的管道。

其作用在于引导局部通风的风流，使新鲜风流与污浊风流隔开。

1、分类

（1）刚性风筒：

有铁风筒和玻璃钢风筒两种，常用于抽出式通风。

玻璃钢风筒比铁风筒轻便（其密度仅为钢材的四分之一）抗酸碱腐蚀性强，摩擦阻力系数小，但成本较高。

（2）柔性风筒：

通常用橡胶、塑料制成。

其最大优点是轻、可伸缩、折装方便、便于储放。

2、风筒漏风

刚性风筒主要是接头漏风、柔性风筒除接头处外，还产生于缝合针眼、吊环等处。

（1）有效风量率

是指风筒