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煤矿安全新技术第一章概述矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。20世纪80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投人应用。以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使其能够更好地为高产、高效、安全的集约化生产提供安全保障。第一节矿井通风系统的优化改造矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出污风的通风方式(进＼回风井布置的方式一中央式、对角式、混合式)、通风方法(抽出式、压人式、抽压混合式)、通风网络(由风流流经的巷道及相关设施组成)和通风控制设施(通风构筑物)的总称。近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验，借鉴国外先进技术的基础上于1984颁发了《关于改革矿井开拓部署的若干技术规定》，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集约化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以“针对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风”为指导思想，对数百对国有煤矿进行了通风系统优化改造，配合生产矿井井田合并、开采范围扩大和储量增多等改扩建工作。这类通风系统优化改造主要有以下几个方面内容。一、通风方式的改革根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央一对角式混合通风系统。为适应综采集约化生产，工作面单产超过1Mt／a的要求，对矿井采用分区域开拓。因此，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，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质条件须把井田划为若干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、分区式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主，表1-1-1表示我国大型煤矿各类通风方式分布状况。二、主要通风机的经济运行能力的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2K60系列和GAF系列的轴流式风机和G4-73与K4-73系列的离心式风机。20世纪90年代，依托于国家“八五”关项目，研制出FD型的对旋式风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点，因而迅速在我国煤矿推广。在原煤炭部“九五”攻关项目中，无驼峰式轴流风机的研制成功增大了通风机的稳定工作区域。(2)研制出离心式风机的调速装置，如可控硅调速、液力偶合器和变频调速装置。(3)加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内部以及扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效率。在生产矿井进行老、旧机的运行状态改造中，主要查明了通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主要通风机选型偏大，风机转速偏高，电机容量偏大，使风机长期处于低效区运行等问题，提出一整套风机经济运行的办法，对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。三、采区通风系统优化布置优化采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力和排出瓦斯的效果。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，出现了3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，利于采区内采煤工作面和掘进工作面的独立通风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险提供了有利条件。在采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置的基础上，提出了U＋L型方式(或称尾巷布置方式)，改变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面隅角瓦斯积聚，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，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单独供应新鲜风流直接稀释采空区涌出的瓦斯。此外，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，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。四、新型通风设施的使用为适应矿井灾变时期风流控制的需要，研制出能在地面利用矿井环境监控系统或远程控制系统操纵井下主要风门的自动系统，解决了灾变时期，当矿工和救护人员难以到达灾区和烟流入侵区域而按救灾要求必须开启或关闭风门的难题。第二节矿井通风装备和仪器仪表的改进一、矿井环境监测系统的建立20世纪80年代以来，在全国范围内，大中型矿井已普遍建立起矿井环境监测、监控系统。对重点区域的通风参数和有害气体浓度的连续监测，对于及时连续了解通风系统的变化，发现事故隐患，进行灾变预警和救灾工作有重要意义。在实际应用中，它对提高矿井安全生产水平和抗灾能力发挥了重要作用。二、掘进通风装备系列化掘进巷道的通风受环境条件和生产影响大，其可靠性差，常由于局部通风机的停电和风筒的破损，造成掘进巷道内无风或风量不足而引起瓦斯积聚，是瓦斯爆炸的多发地区。为了对掘进工作面进行有效地通风，保证局部通风机的连续运转，已开发出多种系列的新型局部通风机，包括高效节能的FD、FDⅡ、KDZ型对旋式局部通风机，无摩擦火花型FSD系列和安全摩擦火花型FDC系列局部通风机等。在低瓦斯矿井普遍实现了采煤工作面与掘进工作面分别供电，局部通风机实行风电闭锁。在高瓦斯矿井和突出矿井，实现了以局部通风机供电“三专两闭锁”为主的掘进安全技术装备系列化，确保了局部通风机的可靠运转和掘进巷道的稳定通风。从1988年开始系列化装备工作，至1993年，在5年时间内，国有重点煤矿的瓦斯超限次数下降了33．2％，提高了掘进工作面的安全水平。三、通风仪器、仪表的改进随着电子技术和计算机技术的发展，各种类型的环境监测、监控系统，新型的具有多参数检测功能和智能化的气体浓度通风参数检测仪器仪表已应用于日常通风监测。第三节矿井通风新技术一、均压通风技术的发展20世纪60年代以来，均压通风技术在控制采空区或火区漏风和自燃方面得到较广泛的应用，已取得较显著的效果。其主要的优点是在不停产、不封闭的条件下，减少漏风和瓦斯涌出，抑制自燃、提高生产的安全性。但在一些应用实践中，因对均压相关区域环境条件变化的影响分析不够，也出现了一些问题，如均压效果不佳，部分采空区自燃控制效果不好，在有煤层群的矿井，自燃由自燃煤层向其它煤层转移，甚至引发瓦斯爆炸事故。应用均压通风技术多年的实践经验和教训显示，均压通风技术的应用必须加强管理，注意分析均压措施对相关区域的影响。近年来，对均压通风技术的研究主要是研究各类均压通风方法对不同井下条件的适应性，并配合均压通风技术开发配套的均压监测、漏风通道检查装置，新型阻漏材料，阻漏方法以及均压自动调节等技术，提高了均压通风在采空区和火区用于减少漏风、防止自燃的实际效果。二、可控循环风技术可控循环风技术自20世纪80年代起引入我国。可控循环风技术即有计划地使生产区域部分回风返回该区域的进风流中，同时对通过该区空气的质量和流量进行监控，并采取相应的安全措施，以保证在正常或异常情况下，均符合《煤矿安全规程》对风流质量的要求。应当指出，循环风是事故重大隐患之一，《煤矿安全规程》明令禁止。对可控循环风尽管采取了相应的安全措施，并对空气的质量进行监控，但在保证正常情况下的安全比较容易，要保证各类异常情况下(如煤与瓦斯突出、积聚瓦斯排放、瓦斯异常涌出等)的安全性难度很大，要求装备可靠的环境监控系统和制定严格、规范的安全措施，并认真落实。因此，可控循环风技术是一种严格控制使用的技术，即使不得不在矿井边远地区作为临时性措施，也必须慎用。三、工作面下行通风技术回采工作面的下行通风的主要优点是降低工作面温度，进风流避开采区运输巷，以避免运输机巷机电设备散热而增加进风流温度。缺点是回风风流流经运输机巷，机电设备管理难度加大，其安全性降低。因此，下行风一般在瓦斯涌出量低而地温高，机电设备多的矿井有所应用，但必须加强通风、瓦斯和机电设备防爆管理，以保证下行通风应用的安全性。根据2001年版的《煤矿安全规程》的规定，有煤．(岩)和瓦斯(二氧化碳)突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。五、矿井热害治理矿井热害随开采深度及井下机电设备数量的增加而日趋严重。矿井热害的处理一般采取降温技术，分为人工制冷降温和加强通风降温。“六五”、“七五”期间我国在风温预测及降温方法研究方面取得重要进展。在新汶孙村矿和平顶山八矿等热害严重矿井建立了井下和地面集中制冷系统。近年来主要是通过风流与巷道围岩的热交换计算技术的改进，使风流降温的热负载计算更加准确，进而为优选制冷系统设备或制定通风降温方案提供了依据。