矿井通风技术-2008

矿井通风技术博士教授博导国家安全生产专家主要内容1.矿井通风的任务2.《煤矿安全规程》对风流的“质”和“量”的要求3．矿井通风阻力和通风动力4.矿井通风系统5．掘进通风6.煤矿主要通风机使用状况与趋势1.矿井通风的任务•首先满足井下工作人员呼吸所必须的新鲜风量•有效的稀释和排除矿井生产过程中产生的瓦斯和各种有毒有害气体达到允许的浓度•给井下工作人员创造一个良好的工作环境所以要保证井下风流的质量（成分、温度、湿度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全。人呼吸所需要的氧气量状态静止工作劳动强度大需氧量(l/min)0.251--33氧气浓度和人的感觉间的关系氧气浓度（%）17%15%10-12%人的感觉工作时喘息和呼吸困难失去劳动能力丧失理智时间长会死亡不同国家关于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（%）192019瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按本规程的有关规定执行。矿井中所有气体的浓度均按体积的百分比计算。CH4V1m1干空气V2m2气体的浓度的表示方法甲烷所占的体积的百分比%100211VVV%100211mmm甲烷所占的质量的百分比矿井气候条件矿井气候条件是指井下空气温度、湿度和风速三者的综合作用。人不论在体息或在工作时，身体不断的产生热量和散失热量，以保持热平衡，使体温保持在36.5-37℃，如果失去了这种平稳，人体就感到不舒服。这种热平衡直接受周围气候条件的影响。因此，气候条件的好坏，对人体的健康和劳动生产率的提高有着密切的关系。温度和湿度的测定2.《煤矿安全规程》对风流的“质”和“量”的要求矿井通风管理就是要让风流“有序流动、按需分配”。具体就是要保证风流的“质”和“量”。风流的质包括风流中氧气的浓度瓦斯和各种有毒有害气体的浓度风流的速度、风流的温度和湿度煤矿安全规程中对这些都有具体的规定。第三章通风、瓦斯、煤尘和安全监测。该章共四节、60条（第106-165条），占《规程》条文总数的11.5%•第一节中对井下空气成分、井巷中的风流速度、生产矿井采掘工作面的空气温度、矿井风量和通风系统、局部通风、通风机的使用和安装及检修，以及对通风机构的设置、人员配备提出了具体的要求。煤矿安全规程中对风流质量的规定•第二节中，对矿井瓦斯等级划分，矿井总回风，采区、采掘工作面回风流和工作面风流及局部积聚的瓦斯浓度作了规定，并提出了遇有超限时应采取的安全措施；对瓦斯抽放设施、管理制度和工程质量标准，以及瓦检员、通风员和各级领导干部应负的责任提出了要求。•在第三、四节中，对井下产生煤尘的地点必须采取的综合防尘措施和矿井防尘洒水管路系统和矿井安全监测工作的领导、管理，以及安全监测仪的使用、维护管理和安装、维修质量标准也作了规定。关于风流中氧气、瓦斯和各种有毒有害气体浓度的规定•第100条井下空气成分必须符合下列要求：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。有害气体的浓度不超过表1规定。关于空气温度的规定第102条•进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2℃以上。•生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。•新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施。第101条井巷中的风流速度应符合表2要求。关于风流速度的规定•设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s；梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表2规定执行。•无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于表2的规定值，但不得低于0.5m/s。•综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于表2的规定值，但不得超过5m/s。为什么要规定各种井巷中的最低和最高风速？•防止瓦斯的局部积聚和边界层瓦斯积存对采区巷道和采掘工作面的最低风速的规定，主要是考虑了使巷道中的风流完全呈紊流状态流动，这样流入井巷中的新鲜风流就能较有效地稀释矿层和生产过程中逸出的有害气体，并随风流流向回风流。风流的流动状态风流的流动状态•常以雷诺数Re来判断2000ReVd流体进入紊流状态V--风流速度，m/s；d–巷道的水利直径，m。对于非圆形巷道；Usd4--空气的动力粘性系数，m2/s；s为井巷断面，m2；U为井巷周长，m。当空气温度为150C时，因井下巷道断面积一般都大于2m2，若按规定的最低风速0.15m/s计算，假定巷道为梯形断面，则：20001416316.44ReSVS由上式计算结果表明，按《规程》表2中规定的风速最低限，都能使井巷中风流流动呈现紊流状态。=14.4x10-6m2/s。对于有瓦斯涌出的架线电机车大巷，本条文也规定了最低风速为1.0m/s的要求。这主要是考虑了由于风速低在大巷的顶部容易积聚瓦斯，形成瓦斯层（又称瓦斯云），当架线电机车通过时常会发生瓦斯燃烧与爆炸事故。最高允许风速的规定井巷中的最高允许风速的规定，主要是从人体的劳动安全和健康及作业环境的要求来考虑的。•大巷中风速超过一定的数值，行走不便，听觉也受一定的影响，在一些机车巷道中行走安全性差。•采掘工作面和采区的最高允许风速的规定，主要是从采掘工作面和采区风巷的通风能力和防尘防止粉尘飞扬等因素考虑的。风速过高对降尘不利。一般认为最优排尘风速为1.5-2.0m/s。•综合机械化采煤工作面，由于产量高、瓦斯涌出量大所以要求增大工作面的供风量，提出了提高综采工作面的风速要求。规定在采取煤层注水湿润煤体和采煤机喷雾降尘措施后，可以适当加大风速，但是不得超过5.0m/s。一般综采工作面的供风量可达到1800-2400m3/min（工作面平均断面按6.0-8.0m2计算）。矿井需要的风量第103条矿井需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：（一）按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。（二）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实际需要风量，必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度，每人供风量符合本规程的有关规定。按实际需要计算风量时，应避免备用风量过大或过小。煤矿企业应根据具体条件制定风量计算方法，至少每5年修订1次。？每人每分钟供给风量不得少于4m3•采掘工作面强度大的工人，每人的耗氧量可按3L/min计算，吸入新鲜空气的氧气浓度为20.9%，假设吸入的氧气全部变成二氧化碳（呼吸系数=1），则维持呼吸需要空气min/35.14%9.203LA•如果要保持工作地点的氧气浓度为20%，当废气量为14.35L/min时，对该地区每人每分钟所需供给的风量为：min/333%20%9.203LB20.9%20.0%3L/人因为人的呼吸只占该地区全部物质的总耗氧量的一小部分，设人耗氧量占该地区全部物质的总耗氧量的8.3%，则为了满足该地区全部物质耗氧量的要求，还必须计算满足此要求的以人数为计算单位的风量D（即为需要供给的每人风量）min/4100/3.81000/3333mD以上近似计算表明：以人数为计算单位的风量，是和人耗氧量占该地区全部物质的总耗氧量的百分数有关。但不是所有工作地点都是8.3%。机械化程度高，产量越大，人越少，这个百分数就越少，D值就越大，反之，D值就越小。30确定各个用风地点的风量原则1.满足每人每分钟4m3的要求2.按沼气和二氧化碳涌出量计算，回风流的沼气浓度不得超过1%3.按工作面气温与风速的关系计算，保证有良好的气候条件4.按炸药量计算5.按局部通风机吸风量计算6.按规定的最低和最高风速进行验算用以上方法对采区内每个独立通风的回采工作面、备用工作面、掘进工作面选择最大值作为该用风地点所需要的风量按使用炸药量计算wiwiAQ2525——每使用1kg炸药的供风量，m3/min；——工作面一次爆破使用的最大炸药量，kgwiA工作面气温与风速的关系计算工作面进风流气温℃工作面风速m/s1515~1818~2020~2323~260.3~0.50.5~0.80.8~1.01.0~1.51.5~1.8煤矿安全规程中关于通风的其他规定第105条•矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。•应根据测风结果采取措施，进行风量调节。第106条矿井必须有足够数量的通风安全检测仪表。仪表必须由国家授权的安全仪表计量检验单位进行检验。第110条箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作风井使用时，应遵守下列规定：•箕斗提升井兼作回风井时，井上下装、卸载装置和井塔（架）必须有完善的封闭措施，其漏风率不得超过15％，并应有可靠的防尘措施。装有带式输送机的井筒兼作回风井时，井筒中的风速不得超过6m/s，且必须装设甲烷断电仪。•箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s、装有带式输送机的井筒中的风速不得超过4m/s，并应有可靠的防尘措施，井筒中必须装设自动报警灭火装置和敷设消防管路。•第111条进风井口必须布置在粉尘、有害和高温气体不能侵入的地方。已布置在粉尘、有害和高温气体能侵入的地点的，应制定安全措施。•第114条采、掘工作面应实行独立通风同一采区内，同一煤层上下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连接的掘进工作面、相邻的2个掘进工作面，布置独立通风有困难时，在制定措施后，可采用串联通风，但串联通风的次数不得超过1次。采区内为构成新区段通风系统的掘进巷道或采煤工作面遇地质构造而重新掘进的巷道，布置独立通风确有困难时，其回风可以串入采煤工作面，但必须制定安全措施，且串联通风的次数不得超过1次；构成独立通风系统后，必须立即改为独立通风。对于本条规定的串联通风，必须在进入被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%，其他有害气体浓度都应符合本规程第一百条的规定。第116条采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。无煤柱开采沿空送巷和沿空留巷时，应采取防止从巷道的两帮和顶部向采空区漏风的措施。水采工作面由采空区回风时，工作面必须有足够的新鲜风流，工作面及其回风巷的风流中的瓦斯和二氧化碳浓度必须符合本规程第一百三十六条、第一百三十八条和第一百三十九条的规定。第131条井下充电室必须有独立的通风系统，回风风流应引入回风巷。井下充电室，在同一时间内，5t及其以下的电机车充电电池的数量不超过3组、5t以上的电机车充电电池的数量不超过1组时，可不采用独立的风流通风，但必须在新鲜风流中。井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度，不得超过0.5%。403．矿井通风阻力和通风动力•矿井通风阻力风流流动时，必须具有一定的能量（通风压力），用以克服井巷及空气分子间的摩擦对风流所产生的阻力和风流本身剧烈的冲击产生的能量损失。一般通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类。通风阻力h=摩擦阻力hf+局部阻力hL摩擦阻力摩擦阻力是井巷周壁与风流互相摩擦以及空气分子间的扰动和摩擦产生的阻力，由此阻力引起的风压损失既称为摩擦阻力损失。通常摩擦阻力要占总阻力的80-90%，它是矿井通风设计，选择通风机主要参数，也是生产中分析和改善通风系统工作的主要对象。摩擦阻力的计算223QRQSLUhff式中--井巷的摩擦阻力系数，与巷道形状、支护形式等因素有关；L—巷道长度；U—巷道断面的周长；Q—通过该段巷道的风量；Rf—摩擦风阻。•井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源。降低井巷通风阻力，特别是降低摩擦阻力，就能用较少的风压消耗而通过较多的风量。往往原来是阻力大、通风困难的矿井降低阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。所以降低井巷通风阻力对改善矿井的