第三章矿井通风技术

第三章矿井通风技术利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风主要任务一是要供给井下足够的新鲜空气，满足井下工作人员呼吸所必须的新鲜风量；二是有效的稀释和排除矿井生产过程中产生的沼气及其他各种有毒有害气体，以达到允许的浓度，保证矿井空气的清洁度，并有效防止瓦斯、煤尘爆炸及矿井火灾事故；三是给井下工作人员创造一个良好的工作环境，保证井下风流的质量（成分、温度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，以保障井下人员身体健康和生命安全；四是全面提高矿井的防灾抗灾能力。

第一节矿内空气一、矿内空气的主要成份（一）地面空气的组成表3－1干空气的组成成分表气体成分按体积计／％按质量计／％氧气（O2）20.9023.10氮气（N2）78.1375.55二氧化碳（CO2）0.030.05氩气（Ar）0.931.29其他气体0.010.01（二）矿内空气的主要成分及基本性质矿内空气的主要成分是氧、氮和二氧化碳，而氮为惰性气体，在井下变化很小1.氧气(O2)氧气为无色、无味、无臭的气体，比重为1.1表3－2人体输氧量与劳动强度的关系劳动强度呼吸空气量（L/min）氧气消耗量（L/min）休息6-150.2－0.4轻劳动20-250.6-1.0中度劳动30-401.2-2.6重劳动40-601.8-2.4极重劳动40-802.5-3.1表3－3不同国家关于风流中氧气浓度的规定国家或组织国际劳工局俄罗斯、德国美国、日本地点进风流工作地点行人巷道氧气浓度（％）1920192.二氧化碳(CO2)1）性质二氧化碳是无色、略带酸味的气体，相对空气的密度为1.52，约为空气密度的l.5倍，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，所以二氧化碳也有“重气”之称。二氧化碳易溶于水，不助燃，也不能供人呼吸，略有毒性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用2）对人体的危害二氧化碳浓度过大时，会使氧含量相对地降低，形成缺氧，使人中毒或窒息当空气中CO2浓度达到5％时，人就出现耳鸣无力，呼吸困难等现象；达到10—20％时，人的呼吸就会处于停顿状态，失去知觉，时间稍长会有生命危险。二氧化碳对人体的呼吸有刺激作用

3）二氧化碳的来源(1)人的呼吸(劳动时，每人每小时呼出45—50L二氧化碳)；(2)工程爆破(1kg硝化甘油炸药爆炸时，能产生250L二氧化碳)；(3)煤及含碳岩石的氧化；(4)有机物的氧化(如坑木腐朽)；(5)煤、岩层裂隙中自由放出；(6)矿井发生瓦斯、煤尘爆炸和火灾事故时，也将产生大量的二氧化碳。3.氮气(N2)氮是一种无色、无味、无臭的气体，相对空气的密度为0.97，它本身无毒、不助燃，也不供人呼吸。矿井空气中氮气含量增大的原因：1)有机物质的腐烂；2)爆破工作（1kg的硝化甘油炸药爆炸时能产生135L的N2)；3)天然的氮气从煤、岩裂隙中涌出。二、矿内空气中的主要有毒有害气体一氧化碳CO、硫化氢H2S、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2和瓦斯等，还有二氧化碳CO2、氢气H2和氨气NH3等。表3—4矿内空气有害气体的性质、来源及危害气体名称基本性质主要来源危害性中毒症状最高允许浓度色味臭相对空气的密度溶水性燃烧爆炸性瓦斯CH4无色、无味、无臭、但有时会发出一种类似苹果香的特殊气味0.554难溶于水不助燃、有燃烧爆炸性从煤层或岩层种涌出虽无毒，但浓度较高时会相对降低空气中的氧含量，使人窒息；当浓度在5％～16％之间时，遇高温能爆炸浓度为43％时,呼吸困难，气喘，浓度为57％时，时间稍长即死亡。见《规程》有关规定一氧化碳CO无色、无味、无臭0.97微溶于水不助燃、有燃烧爆炸性爆破工作、井下火灾；瓦斯、煤尘爆炸极毒，一氧化碳与血色素的亲和力比氧与血色素的亲和力大250～300倍，一氧化碳进入人体后使血液中毒，阻碍了氧和血色素的正常结合，使人体缺氧引起窒息和死亡，浓度在13％～75％之间时遇高温能爆炸轻微中毒：（浓度为0.048％时，1h内）耳鸣头痛、心跳；严重中毒：（浓度为0.128％时，0.5～1h内）四肢无力，呕吐，丧失劳动能力；致命中毒：（浓度0.4％，短时间）丧失知觉，痉挛，呼吸停顿，假死。一氧化碳中毒的显著特征是嘴唇呈桃红色，两颊有红斑点。0.024二氧化氮NO2红褐色1.57极易溶于水不助燃、有燃烧爆炸性爆破工作。通常爆破后产生一氧化氮，因其极不稳定，遇空气中的氧即转化为二氧化氮有强烈毒性，能和水结合形成硝酸，对肺组织起破坏作用，造成肺部浮肿，对眼睛、鼻腔、呼吸道等有强烈的刺激作用。浓度为0.006％时，咳嗽、胸部发痛；浓度为0.01％时，剧烈咳嗽、呕吐、神经系统麻木；浓度为0.025％时，短时间内即可中毒死亡。二氧化氮中毒具有潜伏期，中毒后6h甚至更长时间才能出现中毒征兆。有手指尖及头发变黄，吐出淡黄色痰液等特征。0.00025硫化氢H2S无色、稍甜、有臭鸡蛋味1.19易溶于水不助燃、无燃烧爆炸性有机物腐烂、含硫矿物水解爆破工作，煤岩体中放出有强烈毒性，能使人的血液中毒，对眼睛粘膜和呼吸系统有强烈刺激作用，浓度在4.3％～45％之间时能爆炸浓度为0.01％时流唾液和清水鼻涕，呼吸困难；浓度为0.02％时眼、鼻、喉受强烈刺激，头痛、呕吐、四肢无力；浓度为0.05％时，0.5h，人失去知觉、痉挛、死亡。0.00066二氧化硫SO2无色、有强烈硫磺燃烧味2.20易溶于水不助燃、无燃烧爆炸性含硫矿物氧化及自燃；在含硫矿层中进行爆破工作，煤岩体放出；硫化矿尘爆炸有强烈毒性，当与眼睛、呼吸道的湿表面接触后能形成硫酸，对眼睛及呼吸道有强烈腐蚀作用，使喉咙和支气管发炎，呼吸麻痹，严重时引起肺水肿浓度为0.002％时，引起眼睛红肿、流泪、咳嗽、喉痛；浓度为0.005％时，引起急性支气管炎、肺水肿、并在短时间死亡。由于二氧化硫对眼睛及呼吸器官有强烈的刺激作用，故煤矿工人称之为“眼睛气体”。0.0005第二节、矿井气候条件（一）矿井气候对人体热平衡的影响空气温度相对湿度风速（二）矿井空气温度1.影响矿井空气温度的因素1）岩层温度2）地面空气温度3）氧化生热4）水分蒸发吸热5）空气的压缩与膨胀6）地下水7）通风强度8）其他因素等1)在进风路线上冬暖夏凉的现象。2)在整个风流路线上，回采工作面一般是气温最高的区段

3)在回风路线上，气温略有下降，但基本上常年变化不大。2.矿井空气温度的变化规律（二）矿井空气的湿度1.湿度的概念空气的湿度是指空气中所含水蒸气数量的多少

1）绝对湿度绝对湿度是指单位体积空气中所含水蒸气的量，用f表示，单位是g／m3。2）相对湿度相对湿度是指单位体积空气中所含水蒸气的量(f)／与同温度下饱和水蒸气量()之比的百分数，用公式表示如下：——相对湿度，％；——空气中所含水蒸气量（即绝对湿度），g/m3；——同温度下的空气饱和水蒸气量，g/m3；2.井下相对湿度的测定方法3.矿井空气湿度的变化规律3.矿井空气湿度的变化规1）矿井空气的湿度是随着地面空气湿度和井下滴水情况的不同而变化。2)在一般情况下，在矿井进风路线上有冬干夏温的现象。相对湿度φ值在50％一60％较为适宜。

（四）井巷断面上的风速分布及测定风速是指风流单位时间内流过的距离。

表3—6各类井巷的最低、最高允许风速井巷名称允许风速/（m/s）最低最高无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷8架线电机车巷道1.08运输机巷，采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风行人巷道0.151.巷道断面上的风速分布2.风速测定的仪表及方法1）机械叶轮式风速计原理与结构图3-4叶轮式风表（a）杯式风表（b）叶轮式风表1-杯旋；2-计数器；3-启动杆；4-计时指针；5-表把；6-叶轮；7-蜗杆轴；8-计数器；9-开关；10-回零压杆；11-外壳图3-5风表校正曲线图（五）衡量矿井气候条件的指标（六）改善矿井气候的主要措施1.加大风量2.加强顶板管理3.改进通风方式4.其他措施第三节矿井通风一、矿井通风系统风流由进风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后从回风井排出矿井，风流所经过的整个路线及其配套的通风设施称为矿井通风系统。矿井通风系统包括矿井通风方式、通风方法、通风网路和通风设施。

通风方式：进风井和出风井的布置方式，可分为中央式、对角式和混合式三类。

通风方法：可分为自然通风和机械通风两种，根据矿井主要通风机的工作方法，可分为抽出式、压入式和压抽混合式等三种；

通风网路：采区或矿井通风系统中风路的连接形式，通常用不按比例的单线条示意图来表示，这叫做通风网路图。它是分析、研究采区或矿井通风系统合理性、解算网路、改善通风管理等的基础资料；

通风设施：引导、隔断和控制风流，保证风流按照需要，定向、定量地流动的设施。（一）矿井通风系统设计与选择的基本原则和要求二、矿井通风方式按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统分为中央式、对角式、分区式及混合式数种。（一）中央式

1.中央并列式(图3-6)

2.中央边界式(图3-8)图3-8中央边界式通风系统（二）对角式

进、回风井分别位于井田的两翼称为单翼对角式

进风井位于井田中央、回风井设在两翼，称为两翼对角式(图3—9)图3-9两翼对角式通风系统（三）分区式(或称分区对角式)

图3-10分区抽出式通风系统图3-11分区压入式通风系统分区压入式通风系统（四）混合式中央分列与两翼对角混合式、中央并列与两翼对角混合式等

其特点是进、出风井的数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应于井田范围大，地质和地表地形复杂，产量大、瓦斯涌出量大的矿井。（五）矿井通风方式的比较中央并列式的优点：初期开拓工程量小，投资少，投产快；地面建筑集中，便于管理。两个井筒集中布置，便于开掘，井筒延深工作方便，井筒安全煤柱少，易于实现矿井反风。中央并列式的缺点：矿井通风路线是折返的，因此风路较长，阻力较大，而且风压不稳定，通风机效率低，电能消耗大；由于进、出风井距离太近，特别是井底漏风较大，容易造成风流短路；安全出口少。中央边界式的优缺点与中央并列式的优缺点相反。对角式的优缺点亦与中央并列式的优缺点相反。（六）采场通风方式和回采巷道布置（a）U型通风方式（b）Z型通风方式（c）Y型通风方式（d）H型通风方式（e）W型通风方式工作面通风方式和特点

一进一回的工作面通风系统（U型、Z型）

U型后退：工作面进、回风巷布置在煤体侧，在我国应用普遍。

优点：系统简单、可靠、漏风小。

缺点：上隅角瓦斯易超限，巷道掘进提前量大。

U型前进：工作面进、回风巷布置在采空区侧。

优点：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。

缺点：漏风大，掘进对回采有干扰，进回风巷维护困难。前进式

U型

后退式

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。

优点：采空区瓦斯不进入工作面。

缺点：漏风大，回风巷维护困难。

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。

优点：巷道掘进提前量较小。

缺点：采空区瓦斯进入工作面，漏风大，进风巷维护困难。后退式前进式Z型

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。

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。

后退式前进式型YW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。

后退式前进式型YW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。

型W

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。

双型Z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，减少采空区工作面的瓦斯涌出量。H型三、矿井通风方法根据风流获得的动力来源不同，可分为自然通风和机械通风2种

图3-13自然通风系统1—平硐；2—立井（一）自然通风利用自然因素产生的风压（即自然风压）作为通风动力，致使空气在井巷中流动的通风方法叫做自然通风。1.自然风压的产生由自然因素产生的风压．我们称之为自然风压2.自然风压的特性1)自然风压的大小和方向随季节气候变化而变化，风量不稳定，风向也改变。2)机械通风矿井，自然风压仍然存在，其大小受进风量的影响而略有变化，即随进风量的增加而增大。3)自然风压的大小随矿井开采深度的加深而增大。自然风压的大小按下式计算：

（3-6）式中：Z——矿井开采深度，m；出风井侧空气的平均密度，kg/m3；进风井侧空气的平均密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

3.重视自然风压对机械通风矿井的影响

对于某些深度不太大而通风能力较弱的矿井，夏季的自然风压可能变为负值，甚至会出现风流的反向，这在通风管理工作中应给予充分重视，特别是高瓦斯矿井尤应注意，否则，可能造成严重的后果。（二）机械通风

利用通风机的运转给空气一定的能量，造成通风压力以克服矿井通风阻力，使地面空气不断地进入井下，沿着预定路线流动，然后将污风再排出井外的通风方法叫机械通风。

通风机种类:根据其构造不同可分为离心式通风机和轴流式通风机两类；按服务范围不同可分为主要通风机、辅助通风机和局部通风机。

根据矿井主要通风机的工作方式及安装地点又可以将矿井通风方法分为抽出式、压入式和抽压联合式三种

图3－14压入式通风图3－15抽出式通风图3－14压入式通风图3－15抽出式通风1.压入式压入式通风是把主通风机安装在进风井口附近，利用风硐使之与进风井筒连通。

2.抽出式主要通风机安设在回风井口。

3.压抽混合式在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作，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，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小，

四、矿井通风网络矿井风流流经各个巷道和工作面，构成复杂的通风网路系统，简称风网

（一）风网的形式1.