矿井智能通风技术 · 项目八 智能通风设施及安全管理

项目八智能通风设施及安全管理【项目描述】矿井通风设施是矿井构成通风系统的一部分（包括风门、密闭、风桥、调节风窗等），它是保证矿井从进风至回风的全部线路和行人安全畅通而设置的通风构筑物。为了加强通风管理，保证生产安全，需要制定通风设施安全技术管理措施。矿井漏风是导致采空区遗煤自燃、降低矿井有效风量、扰乱矿井正常通风系统的重要原因，消除或减少矿井漏风，对提高矿井有效风量，降低通风成本，保障煤矿安全生产有重要意义。课时分配：任务一通风设施施工与管理2课时

|任务二矿井漏风及其预防4课时【知识目标】1.能陈述通风设施的类型、作用和安全管理要求。【技能目标】1.能根据通风设施的质量标准组织施工和质量检查。2.能根据《规程》的有关规定对通风设施进行必要的管理。任务一

通风设施施工与管理【思政目标】培养严谨良好的职业道德和素养，增强协作精神和团队意识。【任务分析】为了保证风流按拟定路线流动，使各个用风地点得到所需风量，就必须在某些巷道中设置相应的通风设施对风流进行控制。通风设施必须正确地选择合理位置，按施工方法进行施工，保证施工质量，严格管理制度。否则，会造成大量漏风或风流短路，破坏通风的稳定性。任务一

通风设施施工与管理【知识链接】矿井通风构筑物是矿井通风系统中的风流调控设施，用以保证风流按生产需要的路线流动。凡用于引导风流，遮断风流和调节风量的装置，统称为通风构筑物。矿井通风系统要使新风按规定路线送到工作面，污风按规定路线排出地表，这在很大程度上要用通风构筑物来保证。按服务时间的长短，通风设施可分为临时性通风设施和永久式通风设施。常见的通风设施主要有风门、密闭、风桥、风窗、风障等。井下风门按用途又分为：遮断风门（不允许风流通过）；调节风门（只允许通过一定风量）；反风门（用于井下发生灾害进行反风用或减小煤与瓦斯突出危害用）。井下密闭按用途又分为：采区或旧巷密闭（防止有害气体扩散）；防火密闭（防止向被封闭火区或旧巷内漏风而引起死灰复燃或煤炭自燃）；抽放瓦斯密闭；防水密闭（防止矿井水突然涌出造成灾害）。一、主要通风设施的安全管理（一）密闭密闭可分为永久密闭和临时密闭。1.永久密闭对于永久性的密闭，要用不燃性材料（如砖、料石、水泥等）建筑，墙上部厚度不小于0.45m，下部不小于1m，挡风墙前后5m以内的巷道支护要完好且为防腐支架，无积煤，无片帮、冒顶，四周要掏槽，在煤中槽深不小于1m，在岩石中不小于0.5m，墙面要严，抹平、刷白、不漏风。密闭内有涌水时，应在墙上装设放水管，放水管应制成U形，利用水封防止放水管漏风如图8-1所示。

图8-1永久密闭2.临时密闭对于临时性的密闭，由于服务期限短，可用木柱、木板，可塑性材料等建造。木板需鱼鳞式搭接，用黄泥、石灰抹面，无裂缝，基本不漏风，要设在帮顶良好处，四周要掏槽，在煤中槽深不小于0.5m，在岩石中不小于0.3m，墙内外5m巷道支护要良好，用防腐支架，无积煤，墙外要设置栅栏和警标。（二）永久风门1.安放门框时应按以下规定进行：（1）先安下门坎，下坎上平面要稍高于轨面，下坎设好后再安装门框及上坎横梁，要求门框与门坎呈直角，上、下坎应互相平行。（2）根据风压大小，门框应朝顺风倾斜一定角度，一般以85度左右为宜，调整好门框倾斜角后，用棍棒、铁丝将门框稳固如图8-2所示。图8-2风门2.若需要在风门墙垛中通过电缆、管等线路，在砌墙时要预留孔口、孔位，无需通过电缆时，可将孔堵住。3.反风风门与正向风门同时施工，除门框倾斜角度、开关方向与正向风门相反外，其余要求与正向风门相同。4.风门调节风窗要求留在风门墙上方，调节风窗应安设调节插板。（三）风桥在进风与回风平面相遇的地点，须设置风桥，构成立体交叉风路，使进风与回风隔开，互不相混。按其结构不同可分为三种如图8-3所示：图8-3风桥混凝土风桥绕道式风桥塑料管、铁筒风桥风桥的质量标准：（1）用不燃的材料建筑；（2）桥面平整不漏风；（3）风桥前后各5m范围内巷道支护良好，无杂物、积水淤泥；（4）风桥通风断面不小于原巷道断面的4/5，呈流线型，坡度小于30°;（5）支架要加固，风桥两端接口要严密，四周要固定在实帮和实顶底之中，壁厚不小于0.45m；（6）风桥上下不准设风门。1.绕道式风桥绕道须开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少，服务年限长，能通过大于m3/s的风量。此类风桥可在主要风路中使用。2.混凝土风桥结构紧凑，比较坚固，可通过风量10～20m3/s。3.临时风桥（铁筒风桥）通过的风量不大于10m3/s，可使用。铁筒可制成圆形或矩形，风筒直径不小于0.8m，铁板厚不小于5mm。此类风桥可在次要风路中使用。永久性调节风窗的质量要求：（1）用不燃性材料建筑。（2）调节风窗的调节位置要设在上方。（3）风窗前后各5m内巷道支护良好，无杂物、积水和淤泥。（4）设调节风窗的墙体要掏槽，周边要见煤、岩硬体，设在风门上的调节风窗，其风门不漏风。（四）调节风窗风窗是以增加巷道局部阻力的方式，调节巷道风量的通风构筑物。在挡风墙或风门上留一个可调节其面积大小的窗口，通过改变窗口的面积，控制所通过的风量（见图8-4）。调节风窗多设置在无运输行人或运输行人较少的巷道中。

图8-4调节风窗二、《规程》关于主要通风构筑物安设位置的规定1.进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每个联络巷中应建筑永久性密闭。2.在需要使用的联络巷，应设不少于2道正向和反向永久性风门，防止行人及反风时风流路。3.与采空区连通的所有巷道（包括风眼、溜煤眼），必须建筑永久性密闭。4.行人、行车巷道，采区之间联络巷，采区入、回风巷联络道，应根据通风构筑物服务时间及作用，建永久性或临时性挡密闭及永久性或临时性风门（包括调量风门）。5.为避免串联通风，水平交叉的入、回风巷应设风桥，将入风流与回风流隔开。6.主要运输巷中应设永久性自动风门，经常行人的风门应自动闭锁或由专人看护。7.斜巷不应设风门。8.超过6m长的盲巷及废弃的巷道均应设永久或临时性密闭。9.避开煤（岩）层的破碎带，以免在通风构筑物两侧间造成漏风。【任务训练】一、任务名称矿井通风设施的构筑训练二、训练要求通过训练使学生掌握知识：1.风桥的构筑方法、质量标准、检查维护方法。2.永久密闭的砌筑方法、步骤、技术要求和质量标准3.临时密闭的构筑方法、步骤、技术标准和质量标准4.矿井永久风门施工程序、步骤和构筑方法5.矿井永久风门位置的选择原则和构筑质量标准6.矿井临时风门的构筑方法、质量标准7.调节风窗的构筑方法、技术标准、质量标准以及维护方法三、训练器材1.训练工具：锯、斧子、大锤、抹子、铁锹、刨、扳手、勾缝、水桶、米尺、铅笔（或粉笔）、钎子、手镐（或风动凿岩机）等工具。2.训练材料：红砖、料石、水泥、黄沙、铁质横梁、木质横梁、木板等材料。四、训练内容及操作步骤1.训练内容：验收材料→清理操作现场（安全检查）→施工→质量检查→清理操作现场→考核验收→拆除构筑物。2.操作步骤（如前所述）五、注意事项1.使用工具施工时应穿戴好劳动保护用品。2.学生应服从安排，注意训练组成员之间的相互协作。3.严格按《操作规程》的要求程序进行操作。4.注意操作地点的顶板、瓦斯、风量、风速的变化情况，确保施工安全。5.进行质量检查及现场的安全检查。6.完成上述操作后，要仔细检查工作地点，不得遗漏物品、工具、配件等。任务二

矿井漏风及其预防【知识目标】1.能陈述矿井漏风的概念及原因2.理解并能陈述矿井漏风的危害。【技能目标】1.会计算矿井的漏风参数。2.会根据矿井的漏风状况制定有效的防治措施。任务二矿井漏风及其预防【思政目标】培养严谨求学，刻苦钻研、勇于实践的工匠精神。【任务分析】矿井漏风是导致采空区遗煤自燃、降低矿井有效风量、扰乱矿井正常通风系统的重要原因，根据矿井漏风地点的不同，矿井漏风可分为矿井外部漏风和内部漏风，本文对不同地点的漏风原因及漏风对矿井安全生产的危害进行分析。对矿井漏风采取措施进行治理，减小矿井漏风，提高矿井有效风量，降低通风成本，为煤矿的安全生产提供保障。一、矿井漏风的定义矿井通风系统中，风流沿某些细小的通道漏出和漏入的现象称为漏风，漏入和漏出的风量称为漏风量。二、矿井漏风产生的原因（一）由于漏风区两端有压力差，井下控制风流的设施不严密（如设计、施工不良或长期失修等），采空区岩石冒落后未被压实，煤柱破坏或地面有裂缝，都会造成漏风。（二）因地表有裂缝或井口通风设施不严密，如风门、风硐闸门、反风装置、井口密闭、井口密闭房等。（三）因为矿井风流短路造成漏风，空气大部分或全部沿近路流动的现象就叫短路，当通风设施管理不当或被破坏时（如风门不关或关不严），就会产生风流短路，造成大量漏风。三、矿井漏风的危害（一）漏风会造成工作面的有效风量减小，导致瓦斯积聚，煤尘不能被带走，气温升高，造成不良条件，不仅使生产效率降低而且影响井下工作人员的身体健康。（二）漏风量大的漏风风路构成了矿井通风网路的组成部分，必然会使通风系统复杂化，因而会使通风系统的稳定性，可靠性受到一定程度的影响，并增加风量调节的困难。（三）采空区、留有浮煤的封闭巷道以及被压碎的煤柱等漏风，可能促使煤炭自燃发火。（四）地表塌陷区的漏风，会将采空区的有毒有害气体带入井下，威胁安全生产。（五）大量漏风会引起电能的无谓消耗，增大主扇风机设备，如果短路漏风严重时，会引起主扇风机工作风量剧增，当使用离心式风机通风时，会使电机产生过负荷现象。漏风的危害是严重的，必须予以足够重视，但也应指出，如瓦斯大的矿井，采空区和其他主要通风设施的漏风以及掘进通风中风筒的适量漏风，有一部分不但不是浪费，而且起到稀释瓦斯的作用，这部分漏风应该认为是有益的。四、矿井漏风的表示法矿井漏风常用漏风率及有效风量率来表示。漏风率和有效风量率是表明矿井通风情况的重要指标，用此指标表示矿井漏风程度，有利于衡量通风管理工作的质量，其表示方法有以下几种：（一）矿井漏风率（P漏）：矿井漏风率就是全矿漏风量（Q漏）与主扇风机工作风量（Q主）的百分比。（二）内部漏风率（P内）：是指井下漏风量与矿井总风量的百分比。

P漏=(Q漏/Q主)

×

100%

P内=[(Q总进-Q有效)/Q总进]×100%式中：Q总进——矿井总进风量m3/min；Q有效——各工作面和各硐室的有效风量的总和（m3/min）。（三）外部漏风率（P外）：是指外部漏风量与主扇风机工作风量的百分比。（四）有效风量率（M）：是指实际达到用风地点的有效风量与矿井总进风量的百分比。P外=[(Q主-Q总进)/Q主]×100%

M=(Q有效/Q总进)×100%五、减小矿井漏风量的措施为了减小矿井漏风量，应根据实际情况采取以下措施：（一）合理选择通风系统：因为通风系统的进、回风巷位置和网络结构决定了通风构筑物的位置、数量及其所受的压力差和漏风条件。（二）因为矿井开拓系统、开采顺序和开采方法对漏风有很大影响，故应合理考虑。服务年限长的主要风巷应开拓在岩石内，应尽量采用后退式及下行开采顺序，用垮落法管理顶板的采煤方法，适当增加煤柱尺寸或用石垛等方法隔绝采空区。（三）应及时填补地面塌陷坑及裂隙，并封闭地面的小窑，减少通过塌陷区和地表之间的漏风。（四）对于立井可多设几道风门并加强其工程质量，应加强立井井盖的密闭性。减少井口漏风，其次，也应该防止反风门装置和闸门的漏风。（五）应使煤仓中的存煤保持一定厚度。减少煤仓漏风。（六）通风设施的安设位置、类型及质量应慎重考虑。通风设施不应该设在有裂隙的地点，在风压的巷道应采用质量高的设施。1.减小风门漏风：风门是矿井内数量较多的通风设施，在井下漏风中，风门漏风所占的比重最大，故应加强对风门的管理，对于主要巷道中的风门，如采用斜井中央并列式通风的矿井，井筒间联络中的风门以及井底车场两井底间的风门，更须加强工程质量，经常检查与维修，以免造成风流短路，风门面积尽可能小，风门板缝结合应严密，风门打开应能自动关闭，压差大处应设置正反两道风门。2.减小风桥漏风：风桥漏风往往很严重，一般用石块砌筑的风桥漏风量可达60～100m3/min，风桥不严就会破坏矿井正常通风，因此在设计通风系统时，应尽量少用风桥，必要的风桥要修筑严密，断面尽量大些，并加强检查和维修。有条件最好采用绕道式风桥。3.减小挡风墙漏风：挡风墙在正常情况下一般漏风不大，因此往往使人麻痹大意，对它忽视检查，造成不应该有的损失，如空气流入封闭的采空区，且有自燃发火危险性质的煤层，将可能引起煤的自燃，如空气流入封闭的火区，则会使火势发展越大或火源“死灰”复燃，所以，挡风墙应尽量安设在顶板压力小且较稳定的地点，且必须要保证施工质量，随时检查和维修。【任务训练】一、任务名称矿井外部漏风率测定二、训练目标及要求通过训练要求学生能够：根据矿井通风原理，掌握外部漏风率测试的方法的原理、步骤。三、训练工具与器材1.训练工具：大型矿井通风模型、风速传感器、量尺、计算器、记录本、铅笔、钢笔等。2.训练课题：矿井的外部漏风率测定。四、训练内容与方法步骤1.矿井风硐风量测量，测得主扇风机工作风量Q主2.矿井总回风量Q回测量；3.外部漏风率计算：P外=(Q主-Q回)/Q主

×100%五、注意事项1.风和总回风风量要测三次以上，求平均值，同一测点数据差异不应过大；2.风速传感器的设置本身也会影响实际通风的风量，要尽量采取措施，减少由于风速传感器设置造成局部风阻增加的情况。项目知识拓展智能风门风窗一、全自动无压风门矿用智能风门可在井上对井下风门进行监控及开关门操作，可实现风门自动开闭，电气闭锁、到位检测、声光报警、防夹人防夹车等功能，可控制两道或多道风门。系统实现了风门的远程控制、实时监控、故障报警、数据统计等多项重要功能一体化系统。

图8-5红外/光控液压全自动风门全自动无压风门的开闭方式主要有以下两种：1.红外感应开闭：每道风门前、后各安装一对红外对射探头，当人员或车辆通过时，风门前方的红外探头感应，风门开启，人员或车辆通过风门后，风门后方的红外探头感应，风门关闭。2.光控感应开闭：是在门扇上安装光敏传感器，矿工用矿灯照射光感器来控制风门开闭。全自动无压风门的控制方式，可以选择主要有以下两种：（1）电气控无压风门：气缸驱动，适用于气源稳定的巷道，风门尺寸不宜过大。（2）电液控无压风门：液压泵站驱动，适用于风压较大的巷道，大尺寸风门，性能稳定。全自动无压风门还具备以下性能优势：（1）安全性能强，风门自动开启关闭时间可调，具有防夹人传感器，安全可靠，保障车辆或人员安全通过。（2）具备灯光和语音两种报警方式，车辆或人员经过时，可发出多种语音提示信号。（3）两道风门之间相互闭锁，确保两道风门不会同时开启造成风流短路。（4）自动控制系统简单，易安装、易维护，充分考虑到使用的安全性，可自动、手动和排除联接销改为人工操作，避免因停电造成的开启不便的问题。

图8-6全自动风门安装示意图二、远程控制调节风窗针对煤矿井下传统风窗风量调节准确度低，周期长等问题，国内科研院所和厂家研发了可远程定量控制的调节风窗，调节风窗以电控方式驱动，常见结构以对开、顶升、百叶式为主，其中百叶式使用较为广泛。风窗的调控由地面的上位机软件远程发布命令，控制井下电控系统，通过外围传感器监测风窗运动状态，实现了对百叶式调节风窗的准确、快速调控。百叶式调节风窗通过气动马达带动窗叶旋转，由旋转编码器测得转数后计算得出风窗过风面积，实现了对巷道过风面积的准确调节。风窗调节命令由地面通风管理系统发布，通过井下电控系统调控，以压缩空气为动力，实现了调节风窗的远程快速控制，提高了矿井通风管理的信息化和自动化。图8-7全自动风门安装示意图三、智能风门风窗在矿井通风系统中综合应用以淮河能