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-1-矿井通风基础知识矿井通风的基本任务：1、供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。2、排出或冲淡有害气体，使之达到无害浓度，以保证安全生产。3、调节井下气候。4、在处理事故时，创造一个比较合适的救灾条件。矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式和通风网络的总称。矿井通风方法：是指矿井主要通风机对矿井的供风方式。分为抽出式、压入式和混合式。矿井通风方式：是指矿井进风井筒与回风井筒的布置方式。分为中央式、对角式和混合式。矿井通风网络：是指风流流经路线的连接形式。分为串联、并联和复杂连接形式。一、矿井的通风方法：1、抽出式通风抽出式通风又称负压通风。通风机从井下或局部地点抽出污浊空气的通风方式，目前，我国大部分矿井采取抽出式通风。抽出式通风在矿井主要通风机的作用下，矿井内空气的压力低于同标高大气压力，处于负压状态。抽出式通风的主要优点是矿井主要进风巷道无需安设风门，便于运输、行人；矿井通风管理工作-2-容易，另外在瓦斯矿井采用抽出式通风，由于矿井风流处于负压状态，当主要通风机因故停风时，井下风流压力提高，在短时间内可抑制采空区内瓦斯等有害气体的涌出，相对压入式通风，抽出式通风较安全。2、压入式通风压入式通风又称正压通风，通风机向井下或风筒输送空气的通风方法。压入式通风在矿井主要通风机的作用下，矿井内空气的压力高于同标高大气压力处于正压状态。压入式通风机的缺点是矿井通风线路上需要设置控制风流的设施（如：风门、风窗等），从而漏风较大，通风管理工作较困难，且压入式通风使井下风流处于正压状态，当主要通风机因故停时风，井下风流压力降低，在短时间内采空区内瓦斯等有害气体的涌出量增加，造成瓦斯积聚，对安全不利。当开采煤田上部第一水平，瓦斯涌出量小，且地面塌陷区分布较广时，宜采用压入式通风，此时可用一部分回风把塌陷区的有害气体压到地面，形成短路风流，避免了塌陷区有害气体的危害，因此，当矿区火区比较严重，若采用抽出式通风易将火区中的有害气体抽到井巷中，威胁安全，在这种情况下，可采用压入式通风。3、混合式通风混合式通风是指井田中央的两翼边界均有进、出凤井的通风方式。在矿井进风侧和回风侧都安设矿井通风机，地面新鲜空气-3-由压入式通风机压入井下，污浊空气由抽出式主要通风机排除井外，这种通风方法虽然产生较大的风压，但需要通风设备多，增大了矿井通风管理的难度，所以一般很少采用。二、矿井通风方式：根据矿井进风风井与出风风井的布置形式不同，矿井通风方式分为中央式、对角式、混合式。1、中央式是进风井与出风井大致位于井筒走向的中央，根据出风井沿井筒倾斜方式的不同，中央式又分为中央并列式和中央分列式（又叫中央边界式）。（1）中央并列式无论沿井筒走向和倾斜方向，进风井与出风井均位于井筒中央，布置在同一工业广场内。（2）中央分列式进风井位于井筒中央，出风井位于井筒上部边界沿走向的中央，出风井的井底标高一般高于进风井底标高。2、对角式进风井位于井筒中央，出风井分别位于井筒上部边界沿走向的两翼，根据出风井沿走向位置的不同又分为两翼对角式和分区对角式。（1）两翼对角式进风井位于井筒中央，而在井筒浅部沿走向的两翼边界附近或边界采区的中央各开掘一个出风井。-4-（2）分区对角式进风井位于井筒中央，在每个采区的上部边界个开掘一个出风井。（3）混合式混合式即中央式和对角式的混合布置。混合通风方式可以有以下几种形式，中央并列式与两翼对角混合式，中央分列式与两翼对角混合式，混合式通风方式一般是老矿井深部开采时进行通风系统改造形成的通风方式。4、通风方式的比较通过各种通风方式的分析，可以看出，中央并列式通风的优点是：初期开拓工程量小，投资少，投产快，地面建筑集中，便于生产管理，两个井筒集中，便于开拓和延伸，井筒安全支柱少，通风系统简单，易于实现矿井反风。其缺点是：矿井通风路线是折返的，通风阻力较大，进、出口风井距离近，容易造成漏风，使风流短路，特别是井底漏风较大，这种方式安全出口少。中央分列式和双翼对角式的布置方式与中央并列式的特点相反。矿井通风方式选取，应根据煤层赋存条件、地形条件、井筒面积、走向长度以及矿井瓦斯和煤层自然发火等条件，从技术上、经济上和安全上加以分析，通过方案比较来确定。煤层倾角大、埋藏深，但井筒走向不大（小于4km）,而瓦斯和煤层发火均不严重，地表又无煤层露头的新建矿井，采用中-5-央并列式通风比较合理。煤层倾角小，埋藏较浅，但井筒走向不大（小于4km），而瓦斯和煤层发火比较严重的新建矿井，适宜采用中央分列式通风。煤层埋藏较浅，井筒走向较大（大于4km）井型较大，因瓦斯和煤层自然发火比较严重的新建矿井，或者瓦斯等级较低，但矿井煤层走向较大，井型较大的新建矿井，适宜采用两翼对角式通风。煤层埋藏距地表较浅，瓦斯和煤层自然发火均严重，但地表山峦起伏总回风道，或者地面小窑塌陷区严重，煤层露头多的新建矿井适宜采用分区对角通风，瓦斯等级高，或有煤与瓦斯突出危险，煤层自然发火危险性和煤尘爆炸性均较强，也适宜采用分区对角式通风。混合式通风不适用于新建矿井，更适合老矿井通风系统的改造。三、矿井通风网络的基本形式：矿井风流按照生产要求流经路线的结构形式，叫做矿井通风网络。形式有三种：串联网络、并联网络和角联网络。矿井通风动力一、矿用通风机：1、按构造分类-6-按通风机构造的不同，可分为离心式通风机与轴流式通风机两类。离心式通风机结构简单，维护方便，效率较高，运转可靠平稳，噪音较低，便于调节通风机的工作点。轴流式通风机结构复杂紧凑，体积较小，各部分全装在机壳内，维护困难，通风机效率高，可反转实现矿井反风，但高效区域小，噪音较大。2、按服务范围分类可分为矿井主要通风机、矿井辅助通风机和矿井局部通风机。二、通风机的附属装置1、风硐：是连接主要通风机和反风井的一般巷道。2、防火门：是装在通风机的井筒上，为防止瓦斯爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置。二、通风机的附属装置1、风硐：是连接主要通风机和反风井的一般巷道。2、防火门：是装在通风机的井筒上，为防止瓦斯爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置。矿井风量的测定1、风速的测定：V表=n/t高速(10m/s)使用风表：分三种中速（0.5～10m/s）低速（0.3～0.5m/s）实风速=1.14×测得风速V表-7-2、风量的计算：风量=风速×断面积Q=V×S单位：m3/min=m/min×m2=m3/min巷道面积按下式计算：（1）梯形：S=(a+b)*h/2(a、b为上底和下底宽，h为巷道高)（2）半圆拱巷道：S半拱=b*(h+0.39b)或S半圆拱=b*（h+1/2*∏/4*b）（式中b为巷道底宽，h为墙高）（3）三型拱巷道：S三型拱=b*(h+0.26b)或S三型拱=b*(h+1/3*∏/4*b)(式中b为巷道底宽，h为墙高)例1、某矿井进风大巷为梯形巷道上宽3m，下宽4m,测得风速为8m/s,求此矿井的进风量是多少？解：S=(a+b)*h/2=(3+4)*3/2=10.5m2V=8m/s=480m/minQ=V*S=480×10.5=5040m3/min答：此矿井的进风量是5040m3/min。例2、某矿井风井的巷道为半圆拱巷道，底宽为4m，墙高为1m,测得回风巷的风速为5m/s,求此矿井的排风量为多少？解：S=b*(h+0.39b)=4*(1+0.39*4)=10.24m2V=5m/s=300m/min-8-Q=V*S=300×10.24=3072m3/min答：此矿井的排风量为3072m3/min。例3、某矿井进风大巷为三型拱巷道，底宽为3m，墙高为1.1m,风表测得风速为3m/s，求进风量？解：风速V=3m/s=180m/min实际风速V=180m/min×1.14=205.2m/minS=b*(h+0.26b)=3×(1.1+0.26×3)=5.64m2Q=V*S=5.64×205.2=1157.328m3/min答：此矿井的进风量为1157.328m3/min。矿井瓦斯矿井瓦斯是煤矿生产过程中必须遇到的有害气体。瓦斯灾害、煤尘灾害、火灾、水灾和顶板灾害构成了煤矿的五大自然灾害。一、矿井瓦斯的概念：矿井瓦斯是构成煤过程中的一种伴生气体，是指煤矿井下一甲烷（CH4）为主的有毒有害气体的总称。有时单独指甲烷，由于其中甲烷的含量占80％以上，所以习惯上把甲烷称为瓦斯。分子为CH4.二、瓦斯的性质：1、矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭、无毒的气体，矿井中有时闻到轻微的苹果香味，是因为有芳香族的氢气体随瓦斯一-9-起涌出的缘故。2、瓦斯的相对密度0.554，比空气轻一半，容易积聚在巷道的顶部，掘进上山工作面。标准状态（气温为0℃，大气压力为101361.53Pa）下，1m3甲烷的质量为0.7168kg,而1m3空气质量为1.293kg.3、瓦斯的扩散性很强，是空气的1.6倍，所以它容易从裂隙渗到巷道空间。4、瓦斯微溶于水，在大气压101.325KPa和温度20℃时的溶解度为3.5％.5、瓦斯不助燃，但与空气混合达到一定的浓度后，遇火源可燃烧、爆炸，当温度达到5％～16％，遇火可爆炸，达到9.5％时爆炸威力最强。反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O+198.44卡/mol6、瓦斯本身无毒，但不能供人呼吸，空气中瓦斯浓度增加很多时，氧气浓度相应减少，会导致人缺氧窒息。当空气中甲烷浓度为43％，氧气浓度降至12％，人们感觉到呼吸困难，当空气中甲烷浓度为57％，氧气浓度降至9％时，人处于昏迷状态。三、瓦斯在煤层中的赋存状态：瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种：一种是游离状态，一种是吸附状态。游离状态：以自由气体存在于煤层或围岩的孔洞之中，其分子可自由运动，处于承压状态。-10-吸着状态：是指瓦斯被吸着在煤体或岩体微孔表面，在表面形成瓦斯薄膜。吸附状态吸收状态：是指瓦斯被溶解于煤体中于煤的分子相结合，即瓦斯分子进入煤体胶粒状态，类似于气体溶解于液体的现象。煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于不断交换的动平衡状态，当条件发生变化时，这一平衡就会被打破。由于压力增高或温度降低使一部分游离瓦斯转化为吸附瓦斯的现象叫瓦斯吸附。由于压力降低或温度升高使一部分吸附瓦斯转化为游离瓦斯的现象，叫瓦斯解吸。四、矿井瓦斯涌出：1、瓦斯的含量：包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分。其中游离瓦斯约占10％～20％，吸附瓦斯约占80％～90％.瓦斯含量的大小决定于两个方面的因素：一是成煤过程中伴生的气体和煤的含瓦斯能力；二是煤系地层保存瓦斯的条件。(1)煤的变质过程：在其他条件相同的情况下。变质程度高的煤，瓦斯含量就大，煤的变质过程增高的顺序是褐煤、烟煤、无烟煤，根据实验室测定：煤层含有瓦斯的最大能力，一般不超过60m3/t.(2)煤系地层保存瓦斯的条件：①煤层有无露头；②煤层埋藏深度；③围岩的透气性；④煤层的地质史；⑤地质构造及其条件。-11-煤层倾角小，瓦斯沿层运动的路径长、阻力大，煤层瓦斯不易流失，导致煤层瓦斯含量大，反之，则煤层瓦斯含量小。地下水活跃的矿区，通常煤层的瓦斯含量小。Ⅰ、是长期的地下水活动，但走了部分溶解的瓦斯；Ⅱ、是地下水渗透的通道，同样可以成为瓦斯渗透的通道；Ⅲ、是地下水带走了溶解度的矿物质，使围岩及煤层卸压透气性增大，造成了瓦斯的流失。2、矿井瓦斯涌出量的计算：（1）瓦斯涌出形成有两种:普通涌出和特殊涌出。普通涌出：指瓦斯从采落的煤层暴露后通过微小孔隙长时间地、均用的放出的形成，普通涌出形式是矿井瓦斯涌出的主要形式。特殊涌出：包括喷出和突出两种。在短时间内，大量处于高压状态下的瓦斯，从采掘工作面的煤岩裂缝中突然涌出的现象，称为瓦斯喷出。在突然喷出的同时，伴随有大量的煤粉（或岩石）抛出，并有强大的机械效应，则称为煤（岩）与瓦斯突出。（2）瓦斯涌出量的计算Ⅰ、绝对瓦斯涌出量：是指矿井单位时间内涌出的瓦斯量。QCH4=Q总C％QCH4—矿井绝对瓦斯涌出量m3/minQ总—矿井总回风量m3/min-12-C％—矿井总回风巷中的瓦斯浓度例、某矿井总排风量为60m3/s,测得总排的瓦斯浓度为0.0024％，求：此矿井的绝对瓦斯涌出量？解：QCH4=Q总