矿井通风安全.doc

1矿井通风系统组成：通风网络，通风动力，通风构筑物。1.矿井通风目的：为井下各工作地点提供足够的新鲜空气，使其中有毒有害气体、粉尘不超过规定值，并有适宜的气候条件。2矿井通风网络：通风方法（抽出式，压入式，混合式），通风方式（中央式，对角式，混合式，分区式），井巷通风网络（串联，并联，角联）3矿井通风动力：机械通风（离心式，轴流式，混流式），自然通风（空气密度）。4通风构筑物：风门，风窗，风桥，风墙（密闭）5矿井空气：氧气20% 氮气79% 二氧化碳 有毒有害气体 粉尘6煤矿安全规程规定，采掘工作面的进风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不得低于20%。7甲烷CH4：爆炸性气体，爆炸浓度5%-16%，煤岩层涌出。瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。8. 规程规定，工作面进风流中CH4的浓度不能大于0.5 %，采掘工作面和采区的回风流中CH4的浓度不能大于1.0 %，矿井和一翼的总回风流中， CH4 最高容许浓度为0.75 %。9. 二氧化碳CO2： 惰性气体，煤岩层涌出。采掘工作面的进风流中，：CO2不超过0.5 %。采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中二氧化碳浓度达到1.5 %时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。总回风巷或一翼回风巷中， CO2超过0.75 %时，必须查明原因，进行处理。10. 一氧化碳CO：剧毒、爆炸性气体，火灾缺氧燃烧产生，规定小于24ppm，0.4%以上短时死亡、爆炸范围：13%-75%。11. 硫化氢H2S：剧毒、爆炸性气体，含硫煤岩水解、氧化产生，规定小于6.6ppm，0.06%以上短时死亡，爆炸范围：4.3%-45.5%。12. 二氧化硫SO2：剧毒气体，含硫煤岩氧化、爆破产生，规定小于5ppm，0.05%以上短时死亡。13. 二氧化氮NO2：剧毒气体，爆破产生，规定小于2.5ppm，0.05%以上短时死亡。14. 氨气NH3：有毒气体，水灭火、爆破产生，规定小于40ppm，大于30%以上爆炸。15. 氢气H2：爆炸气体，蓄电池产生，规定小于0.5%，爆炸范围：4%-74%。16. 烷烯类气体：乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔等重炭烃类气体，爆炸气体，氧化产生。17. 矿内空气的主要成分：密度，粘度，比容，比热。18. 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。19. 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20.规程规定：井下采掘工作面的气温不得超过26 ，机电硐室内的气温不得超过30 ；冬季总进风的气温必须在2 以上，除机电硐室外在井下风流的气温允许在226 的范围变化。井下气温小于2 或大于26 时，就得采取加热或降温的措施。21. 风流能量：风流在矿井井巷中流动，必须具备一定的能量。风流由能量高的地方流向能量低的地方，犹如水流。巷道任一断面上的风流能量（机械能）包括：位能、压能和动能三部分。22. 1) 抽出式通风时风流的点压力关系 2)压入式通风时风流的点压力关系24.风流的流动状态分为层流、紊流与过渡流。层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。紊流是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。过渡流是层流向紊流的过渡阶段。流体的流动状态受流体的速度、粘性和管道尺寸等影响。流体的速度越大，粘性越小，管道的水力直径越大，则流体越易成为紊流，反之，越易成为层流。25. 降低矿井通风阻力的措施1) 降低摩擦阻力系数 2) 保证井巷通风断面S 3) 减少巷道长度L 4) 正确选择井巷通风断面形状U 5)避免巷道内风量过大。26. 局部阻力:风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回风井口等。局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。27. 降低局部阻力的措施1）控制风速由于局部阻力与风速的平方或风量的平方成正比。故对于风速高、风量大的井巷，更要注意降低局部阻力，即在这些井巷内，要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小；2）尽量避免巷道断面的突然变化尽可能避免拐的弯，在拐弯处的内侧和外侧要做成斜面或圆弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大，还可设置导风板；尽可能避免突然分叉和突然汇合，在分叉和汇合处的内侧要做成斜面或圆弧形。在主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木材或器材；必要时，宜把正对风流的固定物体(例如罐道梁)做成流线形。由于局部阻力的计算复杂，井巷可能形成局部阻力的地点众多，因此在矿井通风设计总，局部阻力不单独计算，而是以摩擦阻力的15%-20%取值。28. 通风阻力定律 当矿井巷道确定后，R是一常数。因此，阻力定律说明，矿井通风总阻力与井巷通过的风量的平方成正比。需要说明的是：这一阻力定律适用于矿井风流为紊流的情况下，根据流体流态的不同，实际上阻力定律应为： h=RQn n为流态系数，紊流时：n=2; 层流时：n=1; 过渡流时：n=1.75 29. 矿井通风动力：机械通风（离心式，轴流式，混流式）自然通风（空气密度）30. 矿用通风机的类型及构造矿用通风机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（部分）； 2、辅助通风机 服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机 服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为：离心式通风机和轴流式通风机。31. 离心式通风机的构造和工作原理1、 风机构造。离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。吸风口有：单吸和双吸两种2、工作原理当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。32.轴流式风机的构造和工作原理1、风机构造轴流式风机主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件等部分组成。叶轮有一级和二级两种工作原理当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u 移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。33. 通风机的附属装置：风筒，扩散塔，防爆井盖，反风装置34. 反风装置的作用：使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有： 1）设专用反风道反风；2）利用备用风机作反风道反风；3轴流式风机反转反风4） 调节动叶安装角反风35第一百二十二条 生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在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供风量的40。每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习；矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。要求：定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习36.离心式风机特点：（1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式风机平缓；（2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。（3）离心式风机的轴功率随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。 （2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。轴流式风机特点： （1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。 （2）驼峰点以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段； （3）点以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象； （4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。 风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。 说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。37. 。矿井通风系统图包括矿井通风系统的风流路线与方向，通风设施和安装位置。总体来说，矿井通风系统图包括通风系统平面图、通风系统网络图和通风系统立体图。38.39. 局部风量调节：增阻调节法 降阻调节法 增压调节法40. 采区通风系统的基本内容采区通风系统是矿井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、回风道的布置方式，采区通风路线的连接形式，以及采区内的通风设备和设施等基本内容。如图是联合开采两个近距离煤层的采区通风系统图和相应的通风网路图，进风上山（轨道上山）和回风上山（输送机上山）都布置在下煤层中。41. 采区通风系统的基本要求：1有效地控制采区内的风流方向，风量和风质；2漏风少；3风流的稳定性高，不易遭受破坏；4有利于合理排放瓦斯，防止煤炭自燃，形成较好的矿内气候条件和有利于控制、处理事故，并能使通风系统符合安全可靠、经济合理和技术可行的原则。42. 长壁工作面的通风方式：长壁工作面在我国应用最广，其产量占全国回采总量的85%以上。工作面的通风方式视瓦斯涌出量、开采工作条件和开采技术而异，按工作面进、回风巷的数量和位置，可分为U型、Y型、E型、W型、Z型等通风方式，其中U型应用最为普遍。43. 长壁工作面采空区漏风方式44. 在生产中常见的长壁工作面漏风形式有：45. 后退式回采，折返通风，采空区漏风与工作面风流形成的小并联漏风系统；46. 厚煤层分层同采，上下分层工作面采空区漏风形成的角联漏风系统； 47. 厚煤层分层开采，下分层回采时，透过上分层采空区漏风形成的多并联漏风系统； 48. 后退式回采，折返通风，工作面后部与相邻煤层采空区或本煤层未隔离的旧巷形成的复杂连接的漏风系统。49. 矿井通风方式：1、中央式1）中央并列式 1）中央并列式 优点： （1）开拓掘进费用少，少风井 （2）初期投资少，出煤快，见效快 （3）进回风井在一起便于管理 缺点 （1）漏风严重，风井封闭困难 （2）通风线路长，阻力大 （3）安全性能差； （4）安全出口不符合规定应另设； （5）噪音大 适应条件：矿井瓦斯与自然发火不严重，井田走向小于4km，煤层埋藏较深，倾角较大的矿井 2.中央分列式（与中央并列式比较） 优点 缺点（1）通风线路短，阻力小 （1）初期投资大（2）风井设在井田边界不干扰，压煤少 （2）矿井进行深部通风时，通 （3）安全性好，风流上行稳定 风困难（4）安全出口符合规定适应条件： 矿井瓦斯与自然发火严重，井田走向小于4km，煤层埋藏较浅，倾角较小的矿井 3.对角式1）两翼对角式 优点 缺点（1）安全出口符合规定 初期投资大，工程量大，建井期 （2）通风线路短，阻力小 长（3）与分列式相比少一条回风大巷 （4）安全性比中央式好，风流稳定适应条件： 矿井瓦斯与自然发火严重，井田走向长，井型大，煤层埋藏较浅的矿井。2.分区对角式优点：同两翼对角式 缺点：比两翼对角式多开风井，但少开大巷适应条件： 矿井瓦斯与自然发火严重，井田走向长，井型大，煤层埋藏较浅，总回风因地形起伏较大无法开掘，大产量采区的矿井3、混合式是中央式向混合式过渡的一种形式，适用于初期为早出煤、早见效，减少投资的大型矿50. 煤层瓦斯的成因：1）生物化学阶段（从植物遗体到泥炭）2）变质阶段（从泥炭到烟煤）51. 煤层瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。52. 影响瓦斯涌出量的因素主要有 1) 煤层和围岩的瓦斯含量 2) 开采顺序与回采方法 3) 生产工艺过程4) 通风压力与通风系统53. 矿井总回风流瓦斯浓度不得超过0.75%，工作面回风流瓦斯浓度不得超过1%，54. 矿井瓦斯喷出特点：是瓦斯在短时间内从煤、岩层的某一特定地点突然涌向采矿空间，而且涌出量可能很大，风流中的瓦斯突然增加。由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性，可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。瓦斯喷出原因：天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内，积存着大量高压游离瓦斯，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出，如同喷泉一样。根据喷瓦斯裂缝呈现原因的不同，可把瓦斯喷出分成地质来源和采掘卸压形成的两大类。喷出的瓦斯量和持续时间，决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力，从几m3到几十万m3，几分钟到几年，甚至几十年。瓦斯喷出的预兆，如风流中的瓦斯浓度增加，或忽大忽小，嘶嘶的喷出声，顶底板来压的轰鸣声，煤层变湿、变软等。55.煤与瓦斯突出： 突出的基本特征 1）抛出的固体物具有明显的气体搬运特征。2）突出物中呈现出明显的高压气体爆炸的特征。3）突出的孔洞具有一些特殊的形状。4）突出过程中伴随有大量的瓦斯涌出。突出的机理：瓦斯作用说 地应力 综合说突出预兆 1）地压显现方面的预兆： 2）瓦斯涌出方面的预兆：3）煤层结构与构造方面的预兆56. 煤炭自燃学说：1）黄铁矿作用学说黄铁矿作用学说是最早试图打开煤炭自燃之迷的学说之一，它在十七世纪提出并很快得到了很大的发展。该学说认为：黄铁矿吸氧后体积膨胀，挤碎了煤块，增大了裂隙，同时黄铁矿吸氧后有水时要发生放热反应，热量聚积，以致煤的燃烧2）细菌导因学说煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化发酵生热，而导致煤的自燃。3）酚基导因学说酚基作用学说认为：煤的有机化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是酚基类氧化发热而导致其它有机物的氧化发热。4）煤氧复合学说煤中含有一种易于被空气低温氧化的活性物质，这种活性物质的多少，取决于煤的变质程度的高低，变质程度越高，活性物质就越少。煤接触氧后，活性物质在低温下与氧化合，放出微热，热量积聚而导致煤的自燃57.。煤炭自燃与否取决于两个因素：内因因素：指煤本身的自燃倾向性，煤本身的氧化能力和物理化学特征。煤要自燃，首先必须要有自燃倾向性，即要有自燃的能力。外因因素：指煤在氧化过程中的通风供氧和热交换的条件。自燃危险程度：内因与外因因素的综合。58. 煤炭自燃必须同时满足四个条件：1）煤本身要有自燃倾向性；（有自燃倾向性的煤呈破碎堆积）2）要有连续的供氧条件；3）热量易于积聚；4）足够的氧化时间。59. 煤炭自燃影响因素：内因因素： 影响煤炭自燃倾向性的因素主要有：煤的变质程度、煤的水分、煤岩成分、的含硫量、煤的粒度、孔隙度与脆性等。外因因素： 影响煤炭自燃的外因因素主要有：煤层地质赋存条件、地质构造的破坏程度、围岩性质、采掘技术因素、通风管理等。60.采空区煤炭氧化自燃三带采用走向长臂式采煤方法，全部垮落法管理顶板时，采空区煤氧化自燃存在“三带”第一带：散热带(不自燃带）。这个带氧气充足，漏风流速大，有氧化但无蓄热条件，氧化的热量被漏风带走。不燃带的宽度一般为工作面煤壁至采空区的1-15m范围内。第二带：自燃带。从不自燃带向采空区的1-120m范围内，因采空区上覆岩层的冒落与逐渐压实，漏风减少到既有充足的供氧条件，又有良好的蓄热环境，故煤炭最易于自燃。第三带：窒息带。在自燃带之后，冒落的岩石不断被