培训教案－矿井通风
矿井通风
一、矿井通风的基本任务
包围地球表面的是很厚的大气层，即空气，一般称地面空气。按体积计算，地面空气的主要成分为：氧——20.96％；氮——79％；二氧化碳——0.04％。此外，还含有少量的水蒸气和尘埃等。
地面空气进入矿井后，成分发生变化。其原因有：①人员呼吸、煤和其他物质氧化，使氧含量减少和二氧化碳含量增加；②混入各种有害气体；③混入煤尘和岩尘；④空气的温度、湿度和压力都会发生变化。这些变化威胁矿工的安全、影响工人的身体健康和生产的正常进行，因此，矿井必须进行通风。
1．矿井通风的基本任务
矿井通风就是把地面空气不断送入井下，同时把污浊空气排出井外的过程。其任务是：
(1)连续不断地向井下用风场所供给新鲜空气； (2)冲淡和排除井下各种有害气体和矿尘；
(3)创造良好的温度、湿度、风速等气候条件，保证矿工的安全健康和正常生产，增强矿井的抗灾能力。
2．矿井空气的主要成分和质量标准
矿井空气与地面空气相比存在许多差异，但其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。
(1)氧气(O2)。氧是一种无色、无味、无臭，化学性质很活泼的气体，它对空气的相对密度为1.11。氧是人和动物呼吸及物质燃烧不可缺少的气体。空气中氧含量的降低可使人感到呼吸困难、心跳加速。当氧气含量降到9％以下时，人在短时间内窒息死亡。因此，《规程》规定，采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20％。
(2)氮气(N2)。氮气是一种无色、无味、无臭的惰性气体，它对空气的相对密度为0.97，不助燃，不能维持呼吸。井下氮气的增加，主要原因是有机物质的腐朽，爆破工作，从煤和岩体的裂缝中涌出等。空气中氮气的增加，相对减少了氧气，所以对人体是有害的。
(3)二氧化碳(CO2)。二氧化碳是一种无色、无臭、略带有酸味的气体，它对空气的相对密度为1.52，易溶于水，不助燃，不能维持呼吸，常积聚于巷道底部或下山掘进工作面。井下空气中二氧化碳的增加，主要原因是煤或岩体中涌出，可燃物质氧化，人员的呼吸，爆破工作等。空气中二氧化碳增加，人会感到呼吸困难，易发生疲劳现象；当增加到9％～11％时，几分钟内可导致人员死亡。《规程》规定，采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不超过0.5％，总回风流中不得超过0.75％，采区或采掘工作面回风流中超过1.5％时，必须停工处理。
3．矿井空气中的有毒有害气体和安全标准
矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的一切气体，均称为有害气体。井下常见有害气体有：瓦斯（主要指甲烷CH4）、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(N02)、硫化氢(H2S)、氢气(H2)和氨气(NH3)等。
（1）一氧化碳：无色、无味、无臭，对空气的相对密度为0.97。一氧化碳在通常条件下化学性质不活泼，微溶于水，有可燃性和爆炸性，其爆炸界限为
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13％～75％，毒性极大。《煤矿安全规程》规定：井下风流中的一氧化碳的最大浓度不得超过0.0024％。
（2）硫化氢：无色、微甜、有臭鸡蛋味0.0001％可嗅到，对空气的相对密度是1.19，易溶于水，有强烈剧毒，有可燃性和爆炸性，在空气中含量达6％时形成爆炸混合物。安全浓度：＜0.00066％。
（3）二氧化氮：棕红色、有刺激臭，对空气的相对密度是1.57，极易溶于水，有强烈剧毒。安全浓度：＜0.00025％。
（4）二氧化硫：有刺激臭及酸味，对空气的相对密度是2.2，易溶于水，有强烈剧毒。安全浓度：＜0.0005％。
（5）氢气：无色、无味、无臭，对空气的相对密度为0.07。有可燃性和爆炸性，其爆炸界限为4％～74％。安全浓度：＜0.5％。
（6）氨气：无色、有浓烈臭味，易溶于水，刺激皮肤、呼吸道，浓度达30％时有爆炸性。安全浓度：＜0.004％。
二、矿井及采区通风系统
（一）矿井通风系统
矿井通风系统是矿井主要通风机的工作方法、矿井通风方式、通风网路和风流控制设施的总称。
1．矿井主要通风机的工作方法
《规程》规定：矿井必须采用机械通风。通风机械主要指通风机，矿井主要通风机的工作方法有以下3种。
(1)抽出式通风（负压通风）。将主要通风机安装在回风井口，在通风机作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下空气压力相对升高，短时间内可抑制有害气体涌出，有利于矿井安全，所以一般矿井都采用抽出式通风。
(2)压入式通风（正压通风）。将主要通风机安设在入风井口，在通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。当通风机停止运转时，井下空气压力相对下降，瓦斯易涌出，因此不宜在高瓦斯矿使用。只有开采煤田上部，塌陷区严重，瓦斯涌出量不大的矿井，采用压入式通风较为合理。
(3)压入和抽出混合式。在入风井口设一个风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。其主要应用于矿井通风距离大、通风阻力大的矿井。在管理上比较复杂，应用较少。
2．矿井通风方式 矿井通风方式根据进、出风井在井田内的相对位置不同，分为以下几种类型。 (1)中央式。分为中央并列式和中央边界式。
①中央并列式。进、出风井均布置在井田中央的工业广场内。管理集中，维护方便，反风容易。但通风线路长，阻力大；井底车场附近漏风大；安全出口少；工业广场受通风机噪声影响和回风风流的污染。适用于煤层倾角大、埋藏深，井田走向长度较小的矿井。
②中央边界式。进风井布置在井田中央，沿井田中央上部边界布置出风井。通风线路短、阻力小、漏风少；工业广场不受影响；增加了安全出口，但管理分散。适用于煤层倾角较小、埋藏较浅，井田走向长度不大的矿井。
(2)对角式。分为两翼对角式和分区对角式。 ①两翼对角式。进风井位于井田中央，出风井位于井田浅部沿走向的两翼边
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界附近。井下风流的流动线路是直向式，通风线路短、阻力小、漏风少；各采区风阻均衡，易控制风量；安全出口多，抗灾能力强。但占用设备多，管理不集中；初期投资大，适用于井田走向长度大、井型较大的矿井。
②分区对角式。进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个回风井，无总回风巷。每个采区有独立通风线路，互不影响，便于风量调节；安全出口多，抗灾能力强；建井期短，初期投资少。但占用设备多，管理分散；矿井反风较困难。适用于煤层埋藏浅或开掘总回风巷困难的矿井。
(3)混合式。由上述诸种方式混合组成，各具有独立的通风系统，通风能力大，布置较灵活，适应性强。但通风设备多，管理分散，反风困难。适用于井田范围大，地质和地面地形复杂的大型矿井。
(4)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。一般用于井田范围大的特大型矿井。
3．通风网路
矿井内风流按照生产需求在井巷中流动时，风流的分支、汇合线路的结构形式，叫通风网路。其类型有以下3种：
(1)串联通风。指井下用风地点的回风再次进入其他用风地点的通风方式，又称一条龙通风。
(2)并联通风。指井下各用风地点的回风直接进入采区回风道或总回风道的通风方式。
(3)角联通风。指在并联的两条风路之间，还有一条或数条风路连通的通风风路。
（二）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，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。
1．采区通风系统的基本要求
采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采、掘工作面。为此，采区通风系统应满足下列要求。
(1)每一个生产水平和采区，都须布置单独的回风巷，实行分区通风。采掘工作面、硐室都应独立通风，有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。
(2)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)掘进和采煤工作面的进回风，都不得经过采空区或冒落区。 (4)通风网路要力求简单，尽量减少通风设施的数量。 (5)采空区和废弃巷道必须及时封闭。
(6)倾斜运输巷道中，不应设置风门。如果必须设置风门时，要采取安全措施。
2．采区进风上山与回风上山的选择
采区内一般布置两条上山，一条为运输上山，一条为轨道上山。当采区生产能力大或瓦斯涌出量大时，增设一条专用的通风上山。
(1)运输上山进风、轨道上山回风。由于风流方向与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，使进风流中的煤尘浓度增大，影响工作面的安全和环境；需在轨道上山的下部车场内安设风门，易被矿车撞坏，造成风流短路。
(2)轨道上山进风、运输上山回风。该系统避免了上述缺点，但输送机设备
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处在回风流中，安全性差；轨道上山的上部和中部甩车场都要安装风门，风门数量多，管理不善，易造成漏风，同时采区溜煤眼也可能产生漏风，因而须采取措施。
在选择采区通风系统时，对煤尘燃烧、爆炸危险性大的采区，应采用轨道上山进风、运输上山回风的采区通风系统；煤尘爆炸、燃烧危险性小的采区，为了简化通风系统，便于管理，减少漏风量，可以采用运输上山进风、轨道上山回风的采区通风系统，但应采取防尘措施。对于综合机械化采区、煤层群集中上山联合布置或厚煤层分层开采的采区，由于产量大，瓦斯涌出量大，供风量也大，并受到风速的限制及为了降低阻力，采区内可布置三条或更多的上山作为进风与回风用。
三、矿井通风构筑物
矿井通风系统，除了有结构合理的通风网路和能力适当的通风机外，还要在网路中的适当位置安设隔断、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。按其作用不同可分为以下两大类。
（一）引导风流类构筑物 1．风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道。由于其通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。一般风硐为混凝土浇注而成。
2．风 桥
风桥是将平面交叉的进、回风流隔开成立体交叉的一种通风构筑物。根据风桥的服务年限及通风量的大小，分为以下三种：
(1)铁筒风桥。用厚度不小于5mm的铁板制成圆形或矩形。它适用于服务年限短，通过的风量在lOm3/s以下的风路。
(2)混凝土风桥。用砖或混凝土砌筑而成。结构紧凑，比较坚固。它适用于服务年限较长，通过的风量在10～20m3/s的风路。
(3)绕道式风桥。开凿在岩石里，坚固耐用，漏风少。它适用于服务年限长，通过的风量在20m3/s以上的风路。
3．导风板
在矿井中常用以下几种导风板。
(1)引风导风板。压入式通风的矿井，为防止井底车场漏风，在入风石门与巷道交叉处，安设引导风流的导风板，利用风流动压的方向性，改变风流分配状况，提高矿井有效风量率。导风板可用木板、铁板或混凝土板制成。
(2)降阻导风板。通过风量较大的巷道直角转弯处，为降低通风阻力，可用铁板制成机翼形或普通弧形导风板，减少风流冲击的能量损失。安设导风板后可使直角转弯的局部阻力系数由原来的1.40降低到0.3～0.4。
(3)汇流导风板。在三岔口巷道中，当两股风流对头相遇汇合在一起时，可安设导风板，减少风流相遇时的冲击能量损失。
4．调节风窗
调节风窗是一种增加风阻的调风设施，用于采区内各工作面之间、采区之间，以及各生产水平之间的风量调节。
（二）隔断风流类的构筑物 1．防爆门
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装有主要通风机的出风井口，必须安装防爆设施，在斜井井口安设防爆门，在立井井口安设防爆井盖。其作用是，一旦井下发生瓦斯或煤尘爆炸时，受高压气浪的冲击作用，防爆门自动打开，保护主要通风机免遭毁坏；在正常情况下它是气密的，以防止风流短路。
防爆门（井盖）应设计合理，结构严密，维护良好，动作可靠。 2．风墙
风墙（俗称密闭）是隔断风流的构筑物。设置在需要隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：
(1)临时密闭。常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面，一般服务年限在二年以下。
(2)永久密闭。常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑，在巷道地压大或服务年限在二年以上时采用。
3．风 门
风门是既要切断风流又要行人、通车的通风构筑物。按材料可分为木制的、铁制的和木板包铁皮的几种；按其开启方式分为人力开启和自动开启两种。对风门的具体要求如下：
(1)风门的开启方向，应逆着风流，保证风门受压后和门框接触严密。 (2)为了减少风门开启时的漏风量，每处风门至少要有两道，两道风门之间的距离：矿车运输时，不得小于一列车长度，只行人时不得小于5m。
(3)禁止两道风门同时开启。为适应矿井灾变时期风流控制的需要，我国已研制出了两种能对井下风流进行远程控制的风门远控系统。一种以压气为动力，通过矿井安全监测系统传送控制命令。另一种则为电动自控风门，通过电话网络传输控制信号。这两种系统解决了灾变时期，抢救人员必须进入灾区开启或关闭风门的难题。
在矿井通风系统中，通风构筑物的安设和建造质量极为重要，是造成矿井漏风量大小和有效风量率高低的重要原因，直接关系到矿井的安全生产。同时，由于顶板压力、淋水、氧化及其他种种因素的影响，通风构筑物的质量将会随时间的推移而逐渐下降，故应经常检查、维修，这是矿井通风管理的重要工作之一。
四、反风技术
反风技术是指为防止灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施。在矿井进风口、井筒、井底车场附近一旦发生火灾，为防止火灾产生的有害气体进入作业区，保障井下人员安全撤离，而利用反风装置，改变井下风流方向；有时为了适应救护工作也需要进行反风。《规程》规定，矿井主要通风机必须有反风装置，必须在lOmin内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40％。
反风方法因风机的类型和结构不同有以下几种： 1．设专用反风道反风 2．轴流式通风机反转反风
调换电动机电源的任意两相接线，使电动机改变转向，从而改变通风机动轮的旋转方向，使井下风流反向。此种方法基建费用小，反风方便，但反风量较小。
3．利用备用风机的风道反风
当两台轴流式风机并排布置时，工作通风机正转，利用另一台备用通风机的风道作为“反风道”进行反风。
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4．调整动叶安装角进行反风
对于装有动叶可以同时整体偏转装置的轴流式通风机，可把所有叶片同时偏转一定角度，不改变动轮转向而实现矿井风流反向。
五、掘进通风
在矿井建设和生产过程中，都需开掘大量的井巷。在开掘过程中，为了稀释和排除有害气体、炮烟、矿尘和保持良好的气候条件，必须对掘进工作面进行通风。掘进通风方法主要有3种：矿井全风压通风、局部通风机通风、水力或压力引射器通风。
(1)矿井全风压通风。是利用矿井主要通风机产生的风压借助导风设施对掘进巷道通风的方法。
(2)局部通风机通风。用局部通风机对掘进工作面进行通风的方法。
(3)引射器通风。是利用压气或压力水通过喷嘴产生射流，造成负压而吸入风量，使空气流动进行通风的方法。
矿井全风压通风和引射器通风造成的风压有限，只适于小风量、短距离的掘进通风，而一般掘进工作面都采用局部通风机通风。
局部通风机通风方法有以下几种方式。 1．压入式通风
压入式通风是利用局部通风机将新鲜空气经风筒压入工作面，而污风则由巷道排出。压入式通风的风流从风筒末端以自由射流状态射向工作面，其有效射程可达7～8m，易于排除污风和矿尘。局部通风机和启动设备处在进风侧，较为安全。但是，整个掘进巷道处于回风之中，劳动卫生条件较差。
2．抽出式通风
抽出式通风与压入式通风相反，新鲜风流由巷道进入工作面，污风经风筒由局部通风机抽出。其特点是保持巷道中为新鲜空气，故劳动卫生条件好。但是，风流有效吸程较短，一般为3～4m。如果风筒末端距工作面较远，则有效吸程以外，将形成涡流区，易积聚瓦斯和粉尘，且抽出的含有瓦斯和粉尘的污风经过通风机，不安全。并且不能使用柔性风筒。
3．混合式通风
混合式通风就是把压入式和抽出式通风混合使用，新鲜空气由压入式通风机压入工作面，而污风由抽出式通风机排出。这种方式既有压入式有效射程长、通风效果好的优点，又有抽出式巷道空气不受污染的优点。但是，这种通风方式的缺点是巷道内风速较小，易积聚瓦斯，且管理复杂。
据统计，在掘进过程中发生的瓦斯煤尘爆炸事故占煤矿该类事故的80％以上。因此，研究推广使用安全、可靠、有效的通风技术，建立安全保障系统，防止事故发生是煤矿安全的重要课题之一。近年来，我国煤矿实施了综合治理措施和新技术的使用，取得了显著效果。
(1)双风机、双电源、自动换机和风筒自动倒风装置。正常通风时由专用开关供电，使局部通风机运转通风；一旦常用风机因故障停机时，电源开关自动切换，备用风机启动继续供风。由于双风机共用一趟主风筒，风机要实现自动倒台，则连接两风机的风筒也能自动倒风。
(2)“三专两闭锁”装置。“三专”是指专用变压器、专用开关、专用电缆；“两闭锁”则指风、电闭锁和瓦斯、电闭锁。其功能是：掘进工作面先送风后送电，停风后立即断电；当瓦斯超限后，系统能自动切断瓦斯传感器控制范围内的
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电源，而局部通风机仍可照常运转。若局部通风机停转、停风区内瓦斯超限时，局部通风机便自动闭锁，重新恢复通风时，要人工复电，先送风，瓦斯浓度降到安全值以下时才能送电。
(3)压抽混合式通风除尘系统。在压抽混合式通风的基础上，配套使用除尘风机、除尘器及集尘器等设备，该系统能有效地抑制粉尘，减少煤尘爆炸的机率和减轻工入患尘肺病的程度。
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