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测风员培训教案授课人：一、矿井通风（一）井下空气1、井下空气中的有害气体及允许浓度矿井主要有害气体：一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、二氧化硫（ SO2）、二氧化氮（NO2）、沼气（CH4）、氨气（NH4）、二氧化碳（CO2）。（1）一氧化碳（CO）：是一种无色、无味、无臭的气体；它可燃烧，当含量在1375时，遇火能引起爆炸；一氧化碳极毒，当其含量达0.4时，人在短时间内就可中毒死亡。规程规定其最高容许浓度为0.0024。 （2）硫化氢（H2S）：是一种无色、微甜、有臭鸡蛋味的气体，易溶于水，遇火后能燃烧及爆炸；硫化氢极毒，它能使血液中毒，对眼睛及呼吸系统的粘液膜有强烈的刺激作用。规程容许其最高浓度为0.00066。（3）二氧化硫（ SO2）：是一种无色、有强烈硫磺味及酸味的气体，同呼吸气管潮湿表皮接触能产生硫酸，刺激并麻痹上部呼吸气管的细胞组织，使肺及支气管发炎。规程规定其最高容许浓度为0.0005。（4）二氧化氮（NO2）：为红褐色，易溶于水，是剧毒气体，对人的眼睛及呼吸器官有强烈刺激作用。规程容许其最高浓度为0.00025。（5）沼气（CH4）：沼气是煤矿常见的有害气体,化学名称叫甲烷，无色、无味、无臭、无毒；它比空气轻常聚集在巷道上方，当其在空气中含量高时可降低氧含量，引起窒息；它具有爆炸性，爆炸浓度一般为5%16。规程中对沼气容许浓度因在井下各点不同，后面详述。（6）氨气（NH4）：是一种无色气体，有似氨水的剧臭；它极毒，能刺激皮肤和上呼吸道并能严重损伤眼睛。规程规定其最高容许浓度为 0.004%。（7）二氧化碳（CO2）：是一种无色、微毒、稍有酸味的气体，它不助燃，也不维持久的呼吸，它比空气重，常聚集在巷道的下方及通风不良的下山尽头；易溶于水，生成碳酸，对人的眼、鼻、喉的粘膜有刺激作用。规程规定其最高容许浓度为0.52、井下气候条件及创造良好作业环境的途径（1）矿井气候对人体热平衡的影响新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。 人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchqm人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量； qW人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量； qd人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正； qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量； qf人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负； qch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，qch=0； 当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch0，人体温度降低， qch0 矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。 空气温度：对人体对流散热起着主要作用。 相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。 风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大。同时湿交换效果也随风速增大而加强。如有风的天气，凉衣服干得快。 （2）衡量矿井气候条件的指标干球温度 干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。 特点：在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有反映出气候条件对人体热平衡的综合作用。 湿球温度 湿球温度这个指标可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，比干球温度要合理些。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。 等效温度 等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值。它是一个以能量为基础来评价矿井气候条件的指标。 同感温度 同感温度（也称有效温度）是1923年由美国采暖工程师协会提出 的。这个指标是通过实验，凭受试者对环境的感觉而得出的同感温度计算图。 卡他度 卡他度是1916年由英国L.希尔等人提出的。卡他度用卡他计测定。 卡他度分为：干卡他度、湿卡他度 干卡他度：反映了气温和风速对气候条件的影响，但没有反映空气湿度的影响。为了测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果， K d=41.868F/t W/m2 湿卡他度（Kw）：是在卡他计贮液球上包裹上一层湿纱布时测得的卡他度，其实测和计算方法完全与干卡他度相同。（3）创造良好作业环境的途径。（二）通风系统1、矿井通风系统（1）对矿井通风系统进行解释矿井通风系统：矿井通风方式、主要通风机的工作方法、矿井通风网络和通风设施的总称。（2）矿井通风系统的类型及适用条件矿井通风方式是指矿井进风井与回风井的布置方式。按进、回风井的位置不同，分为中央式、对角式、区域式和混合式四种。中央式中央式是进、回风井均位于井田走向中央。按进、回风井沿倾斜方向相对位置的不同，又可分为中央并列式和中央边界式两种。A、中央并列式如图7-2（a）所示。进、回风井均并列布置在井田走向和倾斜方向的中央，两井底可以开掘到第一水平，如图7-2a （1）所示。也可以将回风井只掘至回风水平，如图7-2a（2）所示。后者只适用于较小型矿井。B、中央边界式（又名中央分列式）如图7-2（b）所示。进风井仍布置在井田走向和倾斜方向的中央，回风井大致布置在井田上部边界沿走向的中央，回风井的井底标高高于进风井底标高。对角式进风井大致布置于井田的中央，回风井分别布置在井田上部边界沿走向的两翼上。根据回风井沿走向的位置不同，又分为两翼对角式和分区对角式两种。A、两翼对角式如图7-2（c）所示，进风井大致位于井田走向中央，在井田上部沿走向的两翼边界附近或两翼边界采区的中央各开掘一个出风井。如果只有一个回风井，且进、回风井分别位于井田的两翼称为单翼对角式。B、分区对角式如图7-2（d）所示。进风井位于井田走向的中央，在每个采区的上部边界各掘进一个回风井，无总回风巷。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。如图7-2（e）所示。 混合式混合式是中央式和对角式的混合布置，因此混合式的进风井与出风井数目至少有3个。混合式可有以下几种：中央并列与两翼对角混合式，中央边界与两翼对角混合式，中央并列与中央边界混合式等。混合式一般是老矿井进行深部开采时所采用的通风方式。（3）各类型矿井通风系统的特点及适用条件中央并列式优点：初期开拓工程量小，投资少，投产快；地面建筑集中，便于管理；两个井筒集中，便于开掘和井筒延深；井筒安全煤柱少，易于实现矿井反风。缺点：矿井通风路线是折返式，风路较长，阻力较大，特别是当井田走向很长时，边远采区与中央采区风阻相差悬殊，边远采区可能因此风量不足；由于进、回风井距离近，井底漏风较大，容易造成风流短路；安全出口少，只有2个；工业广场受主要通风机噪声影响和回风风流的污染。适用条件：井田走向长度小于4km，煤层倾角大，埋藏深，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。中央边界式优点：安全性好；通风阻力比中央并列式小，矿井内部漏风小，有利于瓦斯和自然发火的管理；工业广场不受主要通风机噪声的影响和回风流的污染。缺点：增加一个风井场地，占地和压煤较多；风流在井下的流动路线为折返式，风流路线长，通风阻力大。适用条件：井田走向长度小于4km，煤层倾角较小，埋藏浅，瓦斯与自然发火都比较严重的矿井。两翼对角式优点：风流在井下的流动路线为直向式，风流路线短，通风阻力小；矿井内部漏风小；各采区间的风阻比较均衡，便于按需分风；矿井总风压稳定，主要通风机的负载较稳定；安全出口多，抗灾能力强；工业广场不受回风污染和主要通风机噪声的危害。缺点：初期投资大，建井期长；管理分散；井筒安全煤柱压煤较多。适用条件：井田走向长度大于4km，需要风量大，煤易自燃，有煤与瓦斯突出的矿井。分区对角式优点：各采区之间互不影响，便于风量调节；建井工期短；初期投资少，出煤快；安全出口多，抗灾能力强；进回风路线短，通风阻力小。 缺点：风井多，占地压煤多；主要通风机分散，管理复杂；风井与主要通风机服务范围小接替频繁；矿井反风困难。适用条件：煤层埋藏浅或因煤层风化带和地表高低起伏较大，无法开凿浅部的总回风巷，在开采第一水平时，只能采用分区式。另外，井田走向长，多煤层开采的矿井或井田走向长、产量大、需要风量大、煤易自燃，有煤与瓦斯突出的矿井也可采用这种通风方式。区域式优点：既可以改善矿井的通风条件，又能利用风井准备采区，缩短建井工期；风流路线短，通风阻力小；漏风少，网路简单，风流易于控制，便于主要通风机的选择。 缺点：通风设备多，管理分散，管理难度大。适用条件：井田面积大、储量丰富或瓦斯含量大的大型矿井。混合式优点：有利于矿井的分区分期建设，投资省，出煤快，效率高；回风井数目多，通风能力大；布置灵活，适应性强。 缺点：多台风机联合工作，通风网路复杂，管理难度大。适用条件：井田走向长度长，老矿井的改扩建和深部开采；多煤层多井筒的矿井；井田面积大、产量大、需要风量大或采用分区开拓的大型矿井。总之，矿井的通风方式，应根据矿井的设计生产能力、煤层赋存条件、地形条件、井田面积、走向长度及矿井瓦斯等级、煤层的自燃倾向性等情况，从技术、经济和安全等方面加以分析，通过方案比较确定。（4）主要通风机的工作方式及安装。抽出式通风如图7-1 (a)所示。抽出式通风是将矿井主通风机安设在出风井一侧的地面上，新风经进风井流到井下各用风地点后，污风再通过风机排出地表的一种矿井通风方法。抽出式通风的特点是：在矿井主要通风机的作用下，矿内空气处于低于当地大气压力的负压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏入井内。抽出式通风矿井在主要进风巷无需安设风门，便于运输、行人和通风管理。在瓦斯矿井采用抽出式通风，若主要通风机因故停止运转，井下风流压力提高，在短时间内可以防止瓦斯从采空区涌出，比较安全。因此，目前我国大部分矿井，一般多采用抽出式通风。 压入式通风 如图7-1（b）所示。压入式通风是将矿井主通风机安设在进风井一侧的地面上，新风经主要通风机加压后送入井下各用风地点，污风再经过回风井排出地表的一种矿井通风方法。压入式通风的特点是：在矿井主通风机的作用下，矿内空气处于高于当地大气压力的正压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从井内漏向地面。压入式通风矿井中，由于要在矿井的主要进风巷中安装风门，使运输、行人不便，漏风较大，通风管理工作较困难。同时当矿井主通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加，造成瓦斯积聚，对安全不利。因此，在瓦斯矿井中一般很少采用压入式通风。矿井浅部开采时，由于地表塌陷出现裂缝与井下沟通，为避免用抽出式通风将塌陷区内的有害气体吸入井下，可在矿井开采第一水平时采用压入式通风，当开采下水平时再改为抽出式通风。此外，当矿井煤炭自然发火比较严重时，为避免将火区内的有毒有害气体抽到巷道中，有时也可采用压入式通风。 混合式通风 混合式通风是在进风井和回风井一侧都安设矿井主要通风机，新风经压入式主要通风机送入井下，污风经抽出式主要通风机排出井外的一种矿井通风方法。混合式通风的特点是：能产生较大的通风压力，通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间状态，其正压或负压均不大，矿井的内部漏风小。但因使用的风机设备多，动力消耗大，通风管理复杂，一般很少采用。上述三种通风方法，矿井主要通风机均安装在地面二、矿井瓦斯防治（一）矿井瓦斯爆炸防治1、发生瓦斯爆炸的条件（1）一定的瓦斯浓度。瓦斯浓度在5%-16%之间。 （2）一定的引火温度。点燃瓦斯的最低温度在650-750之间，且存在时间必须大于瓦斯爆炸的感应期。（3）充足的氧气含量。氧气浓度不得低于12%2、影响瓦斯爆炸的因素瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。3、瓦斯爆炸事故的预防预防瓦斯爆炸的有效措施，主要从防止瓦斯积聚和消除火源两方面着手。 （1）防止瓦斯积聚的措施加强通风。使瓦斯浓度降低到煤矿安全规程规定的浓度以下，即采掘工作面的进风风流中不超过0.5%，回风风流不超过1%，矿井总回风流中不超过0.75%。 加强检查工作。及时检查各用风地点的通风状况和瓦斯浓度，查明隐患进行处理，是日常进行瓦斯管理的重要内容。我国20世纪80年代所用的甲烷检查仪器有：光学甲烷检定器、热放式甲烷检定器、甲烷警报器和甲烷遥测警报仪等。90年代以后使用比较先进的TX系列智能便携式气体监测仪和遥测仪器等。 对瓦斯含量大的煤层，进行瓦斯抽放，降低煤层及采空区的瓦斯涌出量。 （2）防止瓦斯引燃的措施井口房、瓦斯抽放站及主要通风机房周围20m内禁止使用明火。 瓦斯矿井要使用安全照明灯，井下禁止打开矿灯，禁止携带烟草及点火工具下井。 严格管理井下火区。 严格执行放炮制度。 严格掘进工作面的局部通风机管理工作，局部通风机要设有风电闭锁装置。 瓦斯矿井的电气设备要符合煤矿安全规程关于防爆性能的规定。 随采矿机械化程度的提高，防止机械摩擦火花引燃瓦斯显得日益重要。煤矿井下由于摩擦火花而引起的瓦斯爆炸事故占有相当的比例，因此不少国家对这个问题进行了研究，并提出，在摩擦部件的金属表面溶敷一层活性小的金属（如铬），使形成的摩擦火花不能引燃瓦斯；在铝合金的表面涂各种涂料，以防止摩擦火花的发生和金属中加入少量的铍，降低摩擦火花的点燃性等。（二）煤与瓦斯突出防治1、煤与瓦斯突出的机理煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出的现象。2、突出特征（1）煤与瓦斯突出的分类I、按动力现象的力学(能量)特征分类 煤与瓦斯突出可分为突出、压出与倾出三类。发动突出的主要作用力是地应力和瓦斯压力的联合作用，通常以地应力为主，瓦斯压力为辅，重力不起决定作用；实现突出的基本能源是煤内积蓄的高压瓦斯潜能。发动与实现压出的主要作用力是地应力，瓦斯压力与煤的自重是次要因素，压出的基本能源是煤岩所积蓄的弹性变形能。发动倾出的主要因素是地应力，即结构松软、含有瓦斯致使内聚力降低的煤，在较高地应力作用下，突然破坏、失去平衡，为其位能的释放创造了条件，实现倾出的主要力是失稳煤的自重。II、按动力现象的强度分类 （1）小型突出：强度1000t次（突出后，经过长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才恢复正常）。（2）煤与瓦斯突出的基本特征突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象。抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉。有明显的动力效应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施。有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转。 突出孔洞呈口小腔大的梨形、倒瓶形以及其它分岔形等（3）煤与瓦斯突出的预兆突出预兆可分为有声预兆和无声预兆。有声预兆：煤层发出劈裂声、闷雷声、机枪声、响煤炮以及气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。声音由远到近，由小到大，有短暂的，有连续的，时间间隔长短也不一致；煤壁还会发生震动和冲击，顶板来压，支架发出折裂声。无声预兆：工作面顶板压力增大，煤壁被挤压，片帮掉渣，顶板下沿或底板鼓起；煤层层理紊乱、煤暗淡无光泽、煤质变软；瓦斯忽大忽小，煤壁发凉，打钻时有顶钻、卡钻、喷瓦斯等现象。3、煤与瓦斯突出的防治“四位一体”综合防突措施： 区域综合防突措施和局部综合防突措施 （1）区域综合防突措施有以下内容： 1、突出危险性预测 2、防治突出措施 3、防突措施效果检验 4、安全防护措施 （2）局部综合防突措施有以下内容： 1、工作面突出危险性预测 2、工作面防突措施 3、工作面措施效果检验 4、安全防护措施三、测风工及参数测定（一）煤矿安全规程有关规定（二）技术操作的有关规定（三）测风前的准备工