1、矿井通风理论与技术,主讲人：李希建贵州大学矿业学院 13511907268,第一节 矿井通风系统及其优化 第二节 矿井灾变通风技术简介 第三节 掘进通风安全措施 第四节 矿井通风能力核定,第一节 矿井通风系统及其优化,1. 矿井通风系统的构成及其要求 2. 矿井通风系统的在安全生产中的重要地位 3. 矿井通风系统分析与评判 4. 矿井通风系统的改造与优化,1.矿井通风系统的构成极其要求 （一）矿井通风系统的构成矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，是矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称。通风方式是指进风井和出风井的布置方式。通风方法是指主要通风机的工作方法（抽出式、压入式）。通风网络是指
2、风流所流经的井巷的连接形式。有的学者将通风动力及其装置、通风网络和通风控制设施的总称叫做矿井通风系统。矿井通风系统随着矿井生产的进行不断的发生变化。采掘工作的推进和接替，采区的准备、停产、与结束，矿井开拓延伸等工程的不断进展，都会使通风系统在网络结构上随时发生变化，也必将使通风系统正常运行的自然条件发生变化。网络结构的变化通常是可以预见和规划的。此外由于采矿活动的影响，通风巷道和通风设施的变形、老化，使系统的风阻增大，风门、风墙漏风量增大；各种通风动力设备也会磨损、锈蚀，性能逐渐降低、寿命缩短，从而使通风系统运行参数发生变化，且这些参数变化是随机的。因此，矿井通风系统严格意义上说是一个动态、随
3、机的系统。,（二）对矿井通风系统的要求无数的事故案例表明，零星事故的发生，通常是个人违章或思想上缺乏安全意识所致，而重大的瓦斯煤尘事故和明火火灾事故的发生和灾情扩大，都是矿井通风系统中存在重大的不安全隐患的必然结果。保证通风系统的稳定是安全生产的必要条件，也是通风管理的重要任务。 煤矿安全规程规定：矿井必须有完整的独立通风系统。改变全矿井的通风时，必须编制通风设计及安全措施，由企业技术负责人审批。,1.基本要求对矿井通风系统的基本要求是技术先进合理、安全可靠性高且经济效益好。具体体现在：（1）通风系统简单，网络结构合理，能保质保量地向用风地点稳定可靠地通风。（2）主要通风机性能与矿井通风网络特
4、性相匹配，主要通风机的可调性好、高效区宽、运行效率高、运转费用少。（3）具有较高的防灾抗灾能力。不因通风系统临时出现故障或不完善导致灾害的发生，即使发生某种事故，可以利用现有通风系统加以控制，使灾害范围缩小。（4）有利于实现机械化和自动化，能适应煤炭生产的新技术、新工艺的推广和应用。（5）经济效益好。主要通风机及其附属装置的购置安装费用低、运行费用低，专用通风巷少、通风井巷采用经济断面且维修费用低，局部通风机运行费用低、通风构筑物少。,2.特别要求（1）高瓦斯矿井的通风系统。瓦斯是影响煤矿通风安全的主要因素。高瓦斯矿井的特点是：瓦斯涌出量大，工作面瓦斯超限概率高。这不仅威胁矿井安全，日常因停产
5、处理积聚的瓦斯也会损失大量的人力、财力和物力，使生产秩序无法正常，生产效率低，推进速度慢，影响矿井生产能力的发掘。随着煤矿开采的深度的增加和机械化程度的提高，瓦斯对安全生产的威胁越来越大，特别是一些高瓦斯综采工作面，由于瓦斯大量涌出，限制了生产效率的提高。因此高瓦斯和有煤与瓦斯突出危险的矿井的通风系统应有利于稀释和排放瓦斯，工作面的通风系统应满足以下要求：易于实现分源稀释瓦斯。根据通风系统所确定的巷道布置，要有利于煤层瓦斯抽放和突出危险煤层的开采。应能排除采煤工作面上隅角高浓度的瓦斯，防止瓦斯局部积聚。一旦发生煤与瓦斯突出，能保证高浓度的瓦斯顺利排放。能为工作面创造良好的气象条件。高瓦斯矿井工
6、作面的瓦斯主要来源于开采煤层和临近层。实践证明，来自开采层的瓦斯与工作面的通风系统关系不大，而临近层的瓦斯涌出和工作面的通风系统关系十分密切。目前，我国高瓦斯矿井工作面主要采用U型、U+L型、Y型及W型通风系统。,（三）最近几年我国煤矿在通风系统优化方面取得成绩 矿井通风方式出现变革过去，我国煤矿的通风方式以中央式、对角式为主，随着矿井生产规模的不断扩大，根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央对角式混合通风系统。最近，为综采集约化生产，对矿井采用分区域开拓，形成区域式通风系统，即每个区域均有一组进，回风井，各个区域采用相对独立的通风技术。它具有通风线路短、风阻小、区域间干扰小、安全性好，
7、便于选择主要通风机，使其实现高效节能的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特大型矿井或因地址条件须把井田划分为若干个相对独立生产区域的矿井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、分区式和区域式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主。,2主要通风机的经济运行能力提高 为提高主要通风机的经济运行能力，主要开展了以下工作： （1）为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，20世纪80年代以来，我国相继出现2K系列和GAF系列的轴流式风机和G4与K4系列的离心式风机。20世纪90年代，依托于国家“八五”科技攻关项目，研制出FD型和BDK的对旋式风机。在原煤炭工业部“九五”攻关项目中，无驼峰式轴流风机的
8、研制成功增大了通风机的稳定工作区域。目前，BDK（和BD）系列对旋式主要通风机已成为新建和改扩建矿井的主导产品，该系列风机具有能耗低、效率高、噪音低的特点，因而迅速在我国煤矿推广。 （2）研制出了风机的调速装置，如可控硅调距、液压耦合器和变频调速装置。,3采区通风系统逐步得到优化优化采区和工作面的通风系统，能有效增加通风能力、提高治理瓦斯的效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，煤矿安全规程明文规定：“生产水平和采区必须实行分区通风。准备采区，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道。采煤工
9、作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。高瓦斯矿井、有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少1条专用回风巷；低瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区，必须设置1条专用回风巷。采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。”对于无自然发火危险的高瓦斯矿井，采煤工作面在常规的U型通风系统的基础上，提出了U+L型方式，较有效地解决了采煤工作面上隅角瓦斯积聚的问题，促进了采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯排放巷瓦斯超限，有提出了Y型的通风布置方式。还采用了W型和Z型等布置方式，在适宜条件下均取得了较理想的通风效果，
10、大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。,（2）有自然发火倾向的矿井的通风系统。矿井内因火灾是煤矿较严重的自然灾害之一。自然发火直接威胁着安全生产，不仅会破坏煤炭资源和设备，冻结大量的媒量，而且还会影响矿井的正常生产秩序。煤炭自然必须同时具备4个条件：煤炭具有自燃倾向并以破碎状态存在；具有漏风供氧条件；有一定蓄热环境；有足够的氧化蓄热时间。这4个条件中，除煤炭具有自燃倾向性并以破碎状态存在这一条件外，其他3个条件均与矿井通风密切相关。为此，有自然发火危险的矿井，其通风系统必须满足以下条件： 在符合矿井通风安全基本要求的前提下，矿井主要通风机的工作风压尽可能低，能最大限度地减低矿井内部
11、漏风。 采区和回风工作面必须采用分区通风，并保持足够的通风断面；采煤工作面进、回风两端风压差不宜过大。 风门、风窗等通风设施均应按防灭火的要求正确设置，应避免增加采空区、煤体裂隙和火区漏风压差。 采区或工作面应建立局部反风系统。 矿井通风系统应便于实现均压防灭火。,（3）高温矿井的通风系统。随着矿井开采深度的增加、机械化程度的不断提高，井下地热和机械热也显著增加，使得矿井热害日趋严重，逐渐成为与水、火、瓦斯、煤尘及顶板同样严重的自然灾害。通风降温是改善矿井湿热条件最简便易行的方法，效果比较显著。为满足矿井降温的需要，应尽可能增加风量以降低作业环境的温度；选择合理的风速，增强人的舒适感；选择合理
12、的通风系统，尽量缩短工作面进风段的风格长度，使新鲜风流避开热源或减少同热源的接触换热时间（如：工作面采用下行风、井下机电硐室实行单独回风等措施）。高温矿井最好采用两翼进风或两翼、中央联合进风的通风方式。高温矿井回采工作面的通风系统主要有H、W和E型通风系统。由于下行通风方式的风流是经上区段平巷进入工作面的，上区段平巷不存在煤炭的运输问题，风流直到工作面时才与采落的煤炭接触，风流在达到工作面之前并未吸收煤炭运输过程中释放的热量，因而采用下行通风方式的工作面要比采用上行通风方式的工作面的风温低。,二、矿井通风系统的在安全生产中的重要地位 建国以来，我国煤矿重大恶性事故发生频繁，其中绝大多数是“一通
13、三防”方面的事故，事故矿井中存在的通风系统隐患与事故的发生和扩大存在着千丝万缕的联系。如2004年10月至2005年2月分别发生在郑州某矿、铜川某矿和阜新某矿的3起震惊中外的煤矿瓦斯爆炸事故，都不同程度地与通风系统中存在的重大隐患有关。2005年4月至7月，根据国务院第81次常委会精神，国家组织了煤矿安全专家“会诊”工作，其中的工作重点就是解决煤矿通风系统中存在的隐患问题。,在煤矿生产过程中，随着裁决工作面的推进、转移，通风网络结果及各分支的风阻都将发生相应的变化，或由于井下生产过程中，井巷瓦斯涌出量的变化、煤炭自燃等原因，也需对井下通风网络结构、各分支的风租进行的人为调节，因此，矿井通风网络
14、实际上处于一个动态变化过程中 。,1. 井巷风阻变化引起风流变化，处理不当会引起恶性事故矿井风网内各分支风阻变化是经常发生的，有些分支风阻变化是按计划进行的，如采掘工作面的推进和搬迁、采区的接替、水平的延伸、系统的调整；有些分支风阻变化则是随机的，如风门的开启、井巷的局部冒顶变形、运输和提升设备的运行等，都会引起风网内风流的变化。当某分支风阻增大时，其本身的风量会减小，包含该分支的所以通路上的其他分支的风量也会随之减小，与该分支并联的其他分支的风量会增加。分支风阻变化对矿井通风网络的影响程度取决与该分支在网络中的位置，若该分支是矿井的主要进风回风巷，本身的风量较大，其风阻值稍有变化，则整个网络
15、都会发生较大变化。,在生产矿井中，影响风流稳定性的因素很多，如通风机的工作状态、通风构筑物的构筑数量和质量、自然风压变化幅度、巷道贯通或密闭构筑、工作面的推进与转移、采区或生产水平过渡、井巷运输和堆积物等，对通风系统的稳定性均有一定的影响。仅有串、并联分支组成的风网，其稳定性强，只有风网动力源改变时，才能发生风流反向。角联风网中，对角分支的风流易出现不稳定。实际情况下，大多数采掘工作面都处在潜在的角联风网中，应在相应井巷中安设备用风门，保证风流稳定。,2. 主要通风机运行状态变化对矿井通风稳定性有重大影响主要通风机、辅助通风机数量和运转参数的变化，不仅会引起风机所在井巷的风量变化，而且会使风网
16、中其他分支风量发生变化，特别是在多风机通风的矿井中，某一主要通风机工况的变化都会影响其他风机的工况，变化较大时，会出现部分井巷风量不足、停风甚至风流反向等严重隐患。合理调整井下通风网络结构，不仅对降低井下风阻力有利，对提高通风系统的稳定性和防灾抗灾能力，都是很有好处的。,3完善的矿井通风系统是矿井安全生产的保证采区通风系统是矿井通风系统的核心，采区通风系统的结构决定了矿井通风系统的最重要的参数和指标（如漏风量、稳定程度等），因而合理的采区通风系统是保证矿井安全生产的基础。采区通风系统的合理与否主要取决于回采工作面的通风系统。回采工作面的通风系统由影响矿井安全的瓦斯、高温和自然发火等因素所决定，
17、因而应根据回采工作面进、回、风巷道的布置方式和数量来决定其通风系统。,三、矿井通风系统分析与评判瓦斯、煤尘、煤炭自燃等事故发生的原因是多方面的，其中矿井通风系统不完善是导致这些事故发生的主要因素。因此要减少这些事故的发生，必须提高矿井通风系统防灾、抗灾能力，即要提高矿井通风系统的安全性。矿井通风系统的安全度矿井通风系统安全性的定量描述，是指矿井通风系统的安全程度。,（一）矿井通风系统安全性的评价指标安全性与可靠性存在十分密切的联系，但系统的安全性和可靠性是两个不同概念。可靠性是指系统或元件在规定条件下，规定时间内完成规定功能的能力。只要系统能够完成规定的功能，不管是否带来安全问题，就是可靠的。
18、安全性则要求识别系统的危险所在，并将其排除。可靠性与安全性有共同之处，从某种程度上讲，可靠性高的系统，通常其安全性也高。许多事故之所以发生，就是由于系统可靠性较低。矿井通风系统的安全性有二层含义：一是保证矿井的正常生产；二是能够预防和控制灾害事故的发生。,1.安全性 矿井通风的安全性应满足以下要求： （1）矿井通风系统结构具有较强的控制各种自然灾害的能力，即能抑制事故的发生，并在其因其他原因引起事故时，能及时的控制和消除事故。 （2）有利于排除瓦斯、矿尘和热量；有利于防治煤炭自燃。 （3）通风系统稳定可靠。 （4）各用风地点的风量满足需要，可调性强。,2. 评价指标矿井通风系统安全性评价不同于
19、目前煤矿安全评比，也不同于安全检查，目前的检查评比注重矿井通风的管理。矿井通风系统安全性的评价是客观评价矿井通风系统结构本身的安全性。因此，确定的评价指标应能客观地反映矿井通风系统结构安全的质量。从安全的角度出发，对矿井通风系统组成结构进行全面系统的分析，可确定如下9个矿井通风系统安全性的指标评价。,（1）主要通风机运转的稳定性。主要通风机负担整个矿井或某个区域的通风，其运转是否稳定对矿井通风系的安全可靠性具有决定性的影响，如果主要通风机不能稳定运运转，将使其所负担的区域内的风流不稳定。所以，主要通风机运转的稳定性是矿井通风系统安全性的最重要指标。 （2）用风地点分区通风、风量满足要求的程度。
20、煤矿安全规程规定：每一生产水平都必须布置回风巷，实行分区通风；采煤工作面都应采用独立通风。风量满足要求是创造良好的劳动环境、防止瓦斯积聚和粉尘浓度超限的基本措施。 （3）矿井风量供需比。矿井实际风量满足要求是保持井下各用风地点有足够风量的前提条件，也是改善劳动环境和安全生产的基础。,（4）矿井通风系统及设备状况。煤炭自燃直接威胁着矿井的生产安全，瓦斯积聚可导致瓦斯爆炸；而瓦斯积聚和煤炭自燃与矿井通风系统和设备有着直接联系。 （5）矿井风压。矿井风压越高，矿井风压阻力越大，矿井通风管理难度越大，漏风量越大，从而导致煤炭自燃的可能性也越大，所以，风压是反映矿井通风系统安全性的重要指标。 （6）反风
21、系统灵活可靠性。煤矿安全规程规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min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风量的40%。反风系统是在灾害发生后防止 灾害事故扩大的重要技术措施。,（7）通风设施和设备的自动监控程度。通风设备（主要通风机和局部通风机）运转是否正常直接影响着矿井的安全生产。风门失控可导致井下通风系统的紊乱及风流短路，从而严重危及矿井生产的安全性。所以，通风设备及风门是否装有自动监控系统是衡量矿井通风系统安全性的重要指标。 （8）调节设施的合理性。调节设施越多，矿井通风系统越复杂，通风设施布置是否合理，对矿井通风系统具有重大的影
22、响。 （9）隔爆设施数量和质量。煤矿安全规程规定：开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，矿井的两翼、相邻的采区和相邻的工作面，都必须用水棚或岩粉棚隔开。隔爆设施是防止爆炸传播的主要手段。,（二）矿井通风系统安全度的评价1.评价指标的白化函数矿井通风系统安全度由9个指标（元素）所决定，由于这些元素是灰元素（信息不完全或存在机制不明确的关系的元素，如矿井风压与矿井通风系统安全性到底是什么关系就不明确），因此矿井通风系统安全性的评价即是一个灰系统（含灰数或灰元素、灰关系的信息不完全的系统）。为了描述灰元素，需确定灰元素的白化函数，而白化函数的确定，需要定出白化函数的阀值。阀值的确定采用类比方法获得（称为客观
23、阀值）。灰色理论认为，当指标存在一个阀值时，指标值大于阀值时，认为指标值越小越好；当指标值小到等于阀值时，如果指标值再减小，则认为它和阀值的意义相同例如，对于矿井风压这一指标，若按照类比的方法确定通风机风量达到10000/min时的阀值为1500 Pa。当矿井风压值超过1500 Pa时，矿井风压越小，矿井安全性越好；当矿井风压值等于1500 Pa时，即使矿井风压再减小，它和1500 Pa时对矿井通风系统安全性的影响是相同的。,（1）主要通风机运转稳定性。从安全方面分析，由于轴流式通风机的性能曲线有马鞍形区段，通风机工况进入此区段，通风机运转不稳定，因此限定实际工作风压上限不得超过最高风压的90
24、%。从经济角度出发，通风机的运转效率不应低于60%，通过对各通风机的性能曲线进行分析，通风机效率60%对应的风压值与最高风压值的比值不应低于50%。（2）用风地点分区通风，且风量满足要求的程度。这一指标很难定量确定，通常用模糊函数求解。（3）矿井风量供需比K2。一般认为，K2值应在 1 , 1.2 区间，K2 1.2时，矿井风量过剩。一般认为K2最大不超过1.5。（4）矿井通风系统及设备状况。矿井通风系统和设备是否有利于防治煤炭自燃、瓦斯排放和降温，根据情况确定一个数值。,2. 矿井通风系统安全度的计算 矿井通风系统的安全度是矿井通风系统安全性的客观度量，它直观而又明确地表明了矿井通风系统安全
25、的程度。矿井通风系统安全度可用式（1-2）计算：（1-2）式中 S-矿井通风系统的安全度； ai-矿井通风系统安全度评价指标权值； fi-矿井通风系统安全性评价指标的白化函数值。 当描述矿井通风安全性的9个评价指标的白化函数值均为1时，矿井通风系统的安全度为100，表明此时的系统是最安全的。根据安全度的值不同，可将矿井通风系统安全性分为A、B、C、D 4个等级，其各自应采区的安全对策见表1-1。,矿井通风系统的改造与优化矿井通风系统方案设计是矿井设计的主要内容之一，是反映矿井设计质量及水平的关键因素。它不仅关系到矿井建设的速度、投产时间和基建投资的多少，而且对矿井投入生产后的生产面貌好技术经济
26、效益也有长远影响。影响矿井通风系统方案选择的因素很多，并且各因素之间存在不可公度性和矛盾性，矿井通风系统的优化就是综合考虑各种因素的影响，从 众多方案中确定安全可靠、抗灾能力强、技术合理好经济效益好的矿井通风系统方案。,(一)矿井通风系统方案的评判指标新建矿井在进行通风系统设计方案选定和生产矿井在进行通风系统技术改造方案选定时，根据矿井的地质条件、矿井开拓和生产布局可拟定出众多的、基本可行的方案，并且各个方案各有优缺点，因而要从众多的方案中确定出最优的通风系统方案，必须首先确定通风系统的评判指标。根据矿井通风系统指标的物理意义，又可把矿井通风系统的指标分为表明矿井通风系统的技术可行、经济合理和
27、安全可靠三大类。,1矿井通风系统评判指标的确定表征矿井通风系统的指标种类较多，且每一类中也有较多的指标。如果直接利用这些指标对矿井通风系统进行评判则太繁琐，并且有些指标物理意义相同，只是从不同侧面说明同一个问题而已。为了从这些指标中确定出评判矿井通风系统方案的指标，可采用“征集专家评分”的方法，即把事先印制好的“矿井通风系统方案评判指标征求意见表”发给各位专家，请各位专家根据实际工作经验和相关知识来综合分析，对矿井通风系统指标进行评议和打分。,（1）技术可行性指标。在所列的反映技术可行性各项指标中，多数专家认为矿井风阻与矿井等积孔物理意义相同，只须保留一项，矿井等积孔比矿井风阻更为直观，因此保
28、留矿井等积孔。综合专家们的意见。表征矿井通风系统方案技术可行的指标确定为矿井风压、矿井风量、矿井等积孔、矿井风量供需比和通风方式等5项。 （2）经济合理性指标。专家认为，表征矿井通风系统方案的经济合理的指标采用通风机功率、通风机效率、吨煤主要通风机耗电量和通风井巷工程费等4项指标较合适。 （3）安全可靠性指标。综合专家们的意见，表征矿井通风系统安全可靠性的指标确定为风机运转的稳定性、用风地点风流的稳定性和矿井抗灾能力等3项。,2.评判指标的意义 （1）技术可行性指标： 风压，是指单位体积的空气流经矿井通风系统时，所消耗的机械能量。 矿井风量，是指单位时间内通过矿井的空气的体积数。 矿井等积孔，
29、是表征矿井通风难易程度的象征性孔口。 矿井风量供需比，是指矿井实际通过风量与矿井所需风量的比值。 通风方式，是指进风井和回风井位置的布置方式。,（2）经济合理性指标： 通风机的输入功率，是指单位时间内电动机输入给通风机的机械能。 通风机效率，是指单位时间内电动机输入通风机的机械能转变为矿井风流机械能的百分比。 吨煤主要通风机耗电量，是指年平均每采1t煤的主要通风机耗电量。 通风井巷工程费，是指专为通风服务的井巷的工程费用。,（3）安全可靠性指标： 风机运转稳定性，是指通风机的工况点是否在合理范围内，各风机之间是否有干扰。 用风地点风流的稳定性，是指各用风地点的风量能否保质保量，风流方向能否保持
30、不变。 矿井抗灾能力，是一个综合指标，它是指矿井通风系统具有的有利用冲淡、排放瓦斯，有利于降尘，有利于防火，有利于降温的能力，此外还包括通风系统是否有可靠的安全出口，避灾路线和其他安全措施等。,（二）矿井通风系统方案评判指标的权值采用“征集专家评分”的办法虽然确定了，矿井通风系统的三大类12项评判指标，但这些评判指标对矿井通风系统方案的影响的重要程度并不一样，不能等同等待。为了确切地反映出各评判指标对矿井通风系统方案的影响的重要程度，选用一定的数值量来表示，称为“重要性系数”，或者称为“权系数”，即“权值”。按相对重要性序列矩阵法通过比较分析确定各指标的权值。,各指标的重要性序列为：矿井抗灾能
31、力、矿井风压、风机运转稳定性、通风机效率、用风地点风流稳定性、矿井风量、吨煤主要通风机耗电量、通风井巷工程费、矿井风量供需比、通风机功率、通风方式、矿井等积孔。由此可得出的各类指标，即技术可行性，经济合理和安全可靠的权值见表1-2。注：各类指标的权值等于各类指标所包含的各项指标的权值同各项指标权值总和之比的10倍。,(三) 矿井通风系统优化措施对于生产矿并，因地质条件和开采技术条件的变化而导致的生产布局改变，会使通风网络随之改变，随着瓦斯、火灾等自然灾害的变化，各用风地点的需风量也将发生改变。为始终保证风量按需分配，必须进行风量调节和通风系统改造。矿井通风系统改造的具体措施大体包括：1.降低矿
32、井通风阻力降低矿并通风阻力主要技术措施包括：采用并联风网；新掘井巷，缩短通风线路长度；改变通风网络结构，合理调配主要通风机负担 (合理规划采掘生产布局， 实现均衡生产)；调整风机负担范围，充分发挥现有风机能力；改善矿并通风布局；扩大巷道断面， 加强井巷维修,清除杂物， 消除局部阻力等。,2.合理确定主要通风机的工作参数改变通风动力的主要措施包括：对于轴流式通风机可采用调整叶片数目和角度， 离心式通风机可采用改变通风机转速来改变通风机的能力；更换驱动电机能力或调速方式；必要时可直接更换主要通风机及其配套电机；特殊条件下可考虑多风机联合运转。,3.改变矿井通风网络结构改变矿并通风网络结构主要措施包
33、括： 调整采掘布局； 调整通风系统； 封堵漏风； 改变通风构筑物位置和能力。,(五) 矿井通风系统优化步骤1.根据生产要求，确定通风系统技术改造目标对于挖潜改造的矿井，通风系统技术改造的目标大致有：增加风量；减阻节电；提高系统稳定性；优化不同时期的通风系统。,2.对通风系统现状进行调查通风系统现状调查必须掌握以下基础资料：符合目前情况的通风系统图和通风网络图；近期的通风月报；矿井主要通风机相关参数(型号、转速、叶片安装角、电机功率、扩散器质量等)；矿井开拓平面图；矿井通风技术测定资料(矿井通风阻力测定报告、主要通风机性能测定报告、矿井风量分布状况、漏风测定报告、矿井通风网络解算报告)。,3.对
34、矿井通风现状进行分析在矿井通风现状调查的基础上，重点做好以下工作：分析主要通风机及其装置性能的优劣；结合矿井通风网络进行主要通风机能力核定；对通风阻力测定结果分析， 找出矿并通风阻力分布规律，重点查明高阻力和高风阻区段；分柝井巷风量、风速分布情况，判断风速是否符合煤矿安全规程的规定，掌握瓦斯等有害气体浓度分布， 以便确定风量调配方案；分析矿井通风网络结构的合理性(要求有害角联分支少、只需设置很少的通风设施就能保证风量按需分配且风流稳定通风总阻力和总风阻小、风机运行稳定)。,4.拟定矿井通风系统改造方案 根据国家有关法规和矿井通风现状调查资料， 结合矿井生产发展规划和矿井 自然地质条件，以优化通
35、风系统为目标，因地制宜、对症下药地拟定改造方案。在拟订方案时要注意将通风机和井下通风网络作为一个整体来考虑，采取综合措施，既要考虑到充分利用现有通风井巷和通风设备，力争选用先进的技术装备，做到投资少、见效快，又要使改造后的矿井通风系统网络结构合理、主要通风机性能与井下网络特性相匹配、适应矿井生产发展的需要， 经济效益好。5.利用计算机对通风系统改造方案进行模拟 经筛选后获得几个通风系统改造方案后，可将有关参数输人计算机，进行通风网络解算，对各种方案进行模拟、分析，以便得到最优方案。6.确定矿井通风系统技术改造的最优方案 所有方案模拟结束后， 应分析各方案实施后的效果。重点再关注： 主要井巷风量
36、、 风速是否满足要求；主要通风机工况点是否合理、主要通风机可调节的范围及变化幅度；各方案实施后对矿井瓦斯等灾害的治理影响情况。,第二节 矿井灾变通风技术简介,对矿井灾变时期风流稳定性、 控制措施及救灾指挥技术的研究，在我国还处于建立物理数学模型进行通风网路解算和灾变风流模拟的阶段，未达到实用化阶段。近来还开展了救灾专家系统的研究，试图将众多防灭火专家的技术经验，经计算机软件形成人工智能，组成救灾专家决策系统，以使在火灾发生时，快速选择救灾方案，避免人为因素的片面性。由于该研究的工作量大、难度大，还没有正规产品问世。自动防火控风门、 自控防火水幕也是主要的开发研究内容，已进人实用化阶段。,一、
37、概述 1.矿井灾变通风的目的和灾变特征灾变通风的目的是在矿井发生重大灾害事故时期，尽可能在某一范围内控制风流，减少灾害对矿井正常通风系统的破坏程度。减少高温、有毒有害气体的影响，保障大员撤退和救灾人员的安全，及时控制灾情，减少事故损失。因此，矿井灾变通风的关键就是根据撤人救灾的要求，有目的地控制风流。,2.各类灾变对矿井通风系统的影响各类灾变特性不同， 对通风系统的影响也不一样。纯瓦斯爆炸(不诱发火灾)的高温高压和突出灾害的高压冲击波作用是瞬时且又非常复杂的，对通风设施和通风系统的破坏及其影响是稳定的，即不随时间而变化。其复杂性和瞬时性决定了煤矿不可能在灾变发生的极短时间内作出控风决策并付诸实
38、施。对于这类灾变事故， 必须作好预案， 预先分析不同程度的灾害对通风设施和通风系统的影响。 在灾变发生后， 根据通风系统的破坏情况，由救护队恢复灾区通风。,3.矿井火灾风流模拟和控制技术理论基础矿井火灾时期，风温变化引起的火风压可能导致有关巷道风量剧烈变化，甚至部分巷道风流方向的逆转。逆转风流携带火灾生成的大量的高温、有毒有害气体，污染进风区的新鲜风流，影响范围扩大，并下人员遇难的危险性增加，抢险救灾难度增大。矿井火灾时期风流状态控制就是利用风流控制调节设施， 使火风压导致的不利于撤人救灾的危险的风流状态转变为一定区城的安全的风流状态。很明显，风流状态控制的前提是已知火风压所引起的风流紊乱状态
39、，而风流动态模拟技术就是用来解决这个问题的。,二、 处理火灾时的通风方法及其选择矿井发生明火火灾、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等事故后，灾区风流的控制至关重要。无数的事故案例表明，正确的风流调度，可以抑制事故的发展，而风流调度失误，不仅不利于救灾，有时还可能诱发其他事故，使灾情恶化。在这些事故的救灾过程中，风流调度的关键实际上是明火火灾时期的风流的合理调度。处理火灾时常用的通风方法有：正常通风、增减风量、反风、火烟短路、停止主要通风机运转等。无论采用何种通风方法，都必须满足下列基本要求：(1) 保证灾区和受威胁区人员的安全撤退。(2) 防止火灾扩大，创造接近火源直接灭火的条件。(3) 避免
40、火灾气体达到爆炸浓度， 避免瓦斯通过火区，避免瓦斯、煤尘爆炸。(4) 防止出现再生火源和火烟逆转。(5) 防止产生火风压造成风流逆转。扑灭井下火灾时， 抢救指挥部应根据火源位置，火灾波及范围、遇险或受威胁人员的分布，迅速而慎重地决定通风方法。,(一) 保持灾区正常通风以抢救遇险人员、防止发生爆炸事故和创造直接灭火条件为前提。每一个救灾指挥员在没有理由对矿井通风系统进行调整的情况下，一般都应采取正常通风，特别在以下况下更应如此。 (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。在火区情况不清楚时盲目实施调风措施，很有可能造成火灾气体向其他区域扩散，使
41、那些本不应受到火灾威胁的区域出现有害气体甚至出现火患。因此，必须在保持正常通风的情况下尽快查明火情，以便于科学地组织抢救遇险人员和灭火。,(2) 当火源的下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。因此在火源下风侧人员尚未完全撤出或者还没有确认该区域人员是否已牺牲的情况下，至少应保证正常通风，以确保在一定时间内火源下风侧有一个温度、有害浓度气体、氧气含量都能满足遇险人员生存或佩戴自救器生存的环境。以便遇险矿工自救或救护人员进人回风侧抢救。,(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
42、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。矿井通风系统是由各种不同巷道连接成的复杂网络，各用风地点的配风量都是按冲淡有毒有害气体、供人员呼吸等要求来设计的。在矿井总回风巷和复杂的通风网络中发生火灾，如随意改变通风方法，必然会导致系统中有些巷道风量增加，有些巷道风量减少，受灾范围扩大。在高瓦斯矿井更有可能引起瓦斯局部积聚，引发瓦斯爆炸事故。因此，在这种情况下也应保持正常通风。,(4) 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斯正常排放，并使灭火过程中所产生的水蒸气和火灾气体得以顺利排除，为直接灭火人员创造安全
43、的工作环境，必须采取正常通风。,(5) 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。因此，当矿井火灾有转化为富燃料火灾的可能性时，首先应保持正常通风。 出现富燃料燃烧征兆时，除非有十分可靠的减风、停风理由，否则必须维持火区正常通风或增大风量。,富燃料燃烧征兆有以下4种情况： 火源点燃烧温度足够高，炽热烟气使下风侧可燃物分解出大量挥发性可燃气体和煤 焦油等，以保持燃烧迅速发展。 下风侧烟气中的氧浓度低于维持燃烧所需要的最小助燃浓度。 由于巷道下风侧不同程度的阻塞，造成了热量和炽热气体、煤焦油等可燃物的积存条件，且由
44、于烟气膨胀产生节流效应，使高温烟流有向上风侧逆退的趋势。 回风流中 CO2、CO气体连续增大，且速度很快。 出现富燃料燃烧征兆时，除非有十分可靠的减风、停风理由，否则必须维持火区正常通风或增大风量。,(二) 减少灾区风量 当采用正常通风方法会使火势扩大，而隔断风流又会使火区瓦斯浓度上升时，应采取减少风量的办法。这样既有利于控制火势，又不使瓦斯浓度很快达到爆炸界限。在使用此法进行救灾时，灾区范围内要停产撤人，并严密监视瓦斯情况，而且要注意，在灾区内人员尚未撤出的情况下，为了避免出现缺氧，或瓦斯上升到爆炸界限，不利于人员撤退时，不能减少灾区风量。在减少灾区风量的救灾过程中，若发现瓦斯浓度在上升，特
45、别是瓦斯浓度上升到达2%左右时，应立即停止使用此法，恢复正常通风，甚至增加灾区风量，以冲淡和排出瓦斯。,(三) 增加灾区风量 在处理火灾过程中，如发现火区内及其回风侧瓦斯浓度升高，则应增加风量，使瓦斯浓度降至1%以下；若火区出现火风压，呈现风流可能发生逆转现象时，应立即增加火区风量，避免风流逆转；在处理火灾过程中，发生瓦斯爆炸后，灾区内遇险人员未撤出时，也应增加灾区风量，及时吹散爆炸产物、火灾气体及烟雾，以利人员撤退。 (四) 火烟短路 火烟短路是救灾过程中常用的方法。它是利用现有的通风设施(如打开进回风系统间的风门)进行风量调节，把烟雾和 CO直接引人回风，同时直接灭火，减少人员伤亡。,(五
46、) 反风反风分全矿性反风、区域性和局部反风。由于矿井通风网路的复杂性、火源出现的偶然性、火势发展的不均衡性，采用什么方式反风，应根据具体情况确定。最好平时做好反风的演习工作，通过演习观测瓦斯涌出、煤尘飞扬规律，以判断在火灾时期是否有发生爆炸的危险。反风是一项技术性很强的决定，应慎重考虑反风后果。反风失败，甚至扩大了事故的案例也常有之。,(六) 停止主要通风机运转停止主要通风机运转的方法决不能轻易采用，有把握时才用，否则会扩大事敌。有资料提出，火灾发生在回风井筒及其车场时，可停主要通风机，同时打开并口防爆盖，依靠火风压和自然风压排烟；火源发生在进风井筒内或进风井底，限于条件限制不能反风(如：无反
47、风设备或反风设备动作不灵)，又不能让火灾气体短路进人回风时，可尽快停止主要通风机运转，并打开回风井口防爆盖(门)，使风流在火风压作用下自动反向。但即使在上述情况下使用，还有可能造成人员伤亡。因为主要通风机停转后，并下风减少，高浓度的瓦斯可能由自然通风风流带人火源引起瓦斯爆炸。但是，因盲目停止主要通风机运转而导致事故扩大的教训是十分惨重的。为此，此种调风方法的采用，应慎之又慎。,三、 灾变通风控制设施 为了提高矿井救灾技术水平，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。一种以压气作为动力，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
48、统在兖州集团公司南屯煤矿和枣庄矿业集团公司柴里煤矿等矿的应用获得了成功。动力驱动系统有 3 种方式，即压气驱动、液压驱动和电力驱动。,1.压气驱动系统 压气驱动装置用压缩空气作为风门的驱动动力，只要给压气管路的电磁阀通电，使电磁阀开启，压气即可进人压气缸推动活塞往复运动，从而带动风门启闭。 2.液压驱动系统 液压驱动用静水压力作驱动风门动力。静水压力是靠垂直高差形成位能， 通过管路和液压元件转换为机械能推动风门， 动作原理与压气驱动相似。 3.电动推杆驱动系统 _ 驱动电机通电后旋转，经过减速，带动丝杠螺母，把电机的圆周运动变为直线运动，并利用电机的正、反旋转完成推拉动作。电动推杆驱动系统与液
49、(气)压驱动系统相比，可省去复杂的管路、阀门和液(气)压源。电动推杆为系列防爆产品，可供煤矿选择使用。,笫三节 掘进通风安全措施,在掘进过程中发生的瓦斯煤尘爆炸事故约占 80%以上。掘进工作面容易发生爆炸的原因，一方面是因为采用局部通风，风机断电停风、风筒破损折断导致工作面风量不足，巷道中风速偏低以及煤层新被揭露、瓦斯涌出量大等原因易形成瓦斯积聚；另一方面放炮、掘进机械和电气设备作业易产生火源。预防和杜绝掘进过程中的瓦斯爆炸事故，应该从加强通风和改善安全装备着手，研究安全、可靠、有效的通风技术，建立安全保障体系，防止瓦斯积聚和产生引爆火源。,一、 掘进通风安全技术(一) 掘进通风方式 煤矿的掘
50、进通风有3种方式，即抽出式、压人式和混合式。(1) 压人式通风的局部通风机设在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，具有有效射程远、工作面风速高、工作面迎头区排烟效果好、可使用柔性风筒、使用方便等优点。但其污风没巷道排出，巷道内劳动环境条件差。当风量一定时，掘进巷道越长，污风在巷道内流动时间越长。要缩短通风时间，就必须增大风量。 (2) 抽出式通风的优点是新鲜风流沿巷道进人工作面，整个巷道空气清新。其缺点是污风通过风机，有效吸程小，工作面排烟排尘效果不好，不能使用柔性风筒，若风机防爆性能差，存在安全隐患等。(3) 混合式通风兼有压人式通风及抽出式通风的优缺点，所以被认为是掘进通风中较好的一种通风方式。由于压人式通风安全可靠性较高，故在煤矿中得到广泛应用。,
