矿井通风与安全ppt课件.ppt

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1、矿井通风与安全,主讲：采矿高级工程师汪丰乐,第一章 矿井空气,第一节 矿井空气的主要成分第二节 矿井空气中的主要有害气体第三节 矿井气候条件,第二章 矿井通风,第一节 通风压力与阻力第二节 矿井通风系统第三节 采区通风第四节 掘进通风第五节 矿井风量的测算,第三章 矿井瓦斯,第一节 煤层瓦斯含量第二节 瓦斯涌出第三节 瓦斯爆炸及其预防第四节 瓦斯喷出和煤与瓦斯突出及其预防第五节 瓦斯抽放,第四章 矿 尘,第一节 矿尘的产生及其危害第二节 煤尘爆炸及其预防第三节 煤矿尘肺病及其防治第四节 矿山综合防尘,第五章 矿井防灭火,第一节 矿井火灾的发生第二节 矿井防火第三节 矿井灭火,第六章 矿井防治水

2、,第一节 地面防治水第二节 井下防治水第三节 矿井透水事故的处理,第七章 矿井救护,第一节 矿山救护队第二节 矿工自救第三节 现场急救,第一章 矿井空气,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。目的、主要任务保证矿井空气的质量符合要求。第一 节 矿井空气成份定义：地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。一、地面空气的组成地面空气是由干空气和水蒸汽组成的混合气体，亦称为湿空气。干空气是指完全不含有水蒸汽的空气，由氧、氮、二氧化碳、氩、氖和其他一些微量气体所组成的混合气体。干空气的组成成分比较稳定，其主要成分如下。湿空气中含有水蒸气，

3、但其含量的变化会引起湿空气的物理性质和状态变化。气体成分 按体积计 按质量计 备 注 氧气（O2）20.96 23.32 惰性稀有气体氦、氮气（N2）79.0 76.71 氖、氩、氪、二氧化碳（CO2）0.04 0.06 氙等计在氮气中,二、矿井空气的主要成分及基本性质 新鲜空气：井巷中用风地点以前、受污染程度较轻的进风巷道内的空气，污浊空气：通过用风地点以后、受污染程度较重的回风巷道内的空气，1氧气(O2)氧气是维持人体正常生理机能所需要的气体,人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。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

4、/min）休 息 轻 劳 动 中度劳动 重 劳 动 极重劳动,当空气中的氧浓度降低时，人体就可能产生不良的生理反应，出现种种不舒适的症状，严重时可能导致缺氧死亡。矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸；此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。2二氧化碳(CO2)二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重（其比重为），在风速较小的巷道中底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。矿井空气中二氧化碳的主要来源是：煤和有机物的氧化；人员呼吸；碳酸性岩石分解；炸药爆破；煤炭自燃；

5、瓦斯、煤尘爆炸等。,3氮气(N2)氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但空气中含氮量升高，则势必造成氧含量相对降低，从而也可能造成人员的窒息性伤害。正因为氮气具有的惰性，因此可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出,灭火人为注氮。三、矿井空气主要成分的质量（浓度）标准 采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20；二氧化碳浓度不得超过；总回风流中不得超过；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过时，必须停工处理。,第二节 矿井空气中的有害气体,空气中常

6、见有害气体：CO、NO2、SO2、NH3、H2。一、基本性性质、一氧化碳（CO）一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。相对密度为，微溶于水，能与空气均匀地混合。一氧化碳能燃烧，当空气中一氧化碳浓度在1375范围内时有爆炸的危险。主要危害：血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞。一氧化碳与人体血液中血红素的亲合力比氧大250300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。0.08%，40分钟引起头痛眩晕和恶心，0.32%，510分钟引起头痛、眩晕，30分钟引起昏迷，死亡。主要来源：爆破；矿井

7、火灾；煤炭自燃以及煤尘瓦斯爆炸事故等。,、硫化氢（H2S）硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢相对密度为，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为时有爆炸危险。主要危害：硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用；能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。0.0050.01%，12小时后出现眼及呼吸道刺激，0.0150.02%主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧

8、；从老空区和旧巷积水中放出。、二氧化氮（NO2）二氧化氮是一种褐红色的气体，有强烈的刺激气味，相对密度为，易溶于水。主要危害：二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%出现严重中毒。主要来源：井下爆破工作。,4.二氧化硫(SO2)二氧化硫无色、有强烈的硫磺气味及酸味，空气中浓度达到即可嗅到。其相对密度为，易溶于水。主要危害：遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当浓度达到 时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；浓度达时，短时间内即有致命危险。主要来源：含硫矿物的

9、氧化与自燃；在含硫矿物中爆破；以及从含硫矿层中涌出。5.氨气(NH3)无色、有浓烈臭味的气体，相对密度为，易溶于水，。空气浓度中达30时有爆炸危险。主要危害：氨气对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。主要来源：爆破工作，注凝胶、水灭火等；部分岩层中也有氨气涌出。,6.氢气(H2)无色、无味、无毒，相对密度为。氢气能自燃，其点燃温度比沼气低100200，主要危害：当空气中氢气浓度为474时有爆炸危险。主要来源：井下蓄电池充电时可放出氢气；有些中等变质的煤层中也有氢气涌出、或煤氧化。二、矿井空气中有害气体的安全浓度标准 矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此，规程对常见有

10、害气体的安全标准做了明确的规定，矿井空气中有害气体的最高容许浓度有害气体名称 符号 最高容许浓度/%一氧化碳 氧化氮（折算成二氧化氮）NO2 二氧化硫 SO2硫化氢 H2氨 NH3,第三节 矿井气候矿井气候：矿井空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。一、矿井气候对人体热平衡的影响新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一。人体散热主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗液蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速；辐射散热主要取决于环境温度；蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。人体热平衡关系式：qm-qw=qd+qz+qf+qchq

11、m人体在新陈代谢中产热量，取决于人体活动量；qW人体用于做功而消耗的热量，qm-qw人体排出的多余热量；qd人体对流散热量，低于人体表面温度，为负，否则，为正；qz汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量；qf人体与周围物体表面的辐谢散热量，可正，可负；qch人体由热量转化而没有排出体外的能量；人体热平衡时，qch=0；当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高qch0，人体温度降低，qch0,矿井气候条件的三要素是影响人体热平衡的主要因素。空气温度：对人体对流散热起着主要作用。相对湿度：影响人体蒸发散热的效果。风速：影响人体的对流散热和蒸发散热的效果。对流换热强度随风速而增大。同时湿交换效果也随风速增

12、大而加强。如有风的天气，凉衣服干得快。二、衡量矿井气候条件的指标1.干球温度干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。特点：在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。指标比较简单，使用方便。但这个指标只反映了气温对矿井气候条件的影响，而没有反映出气候条件对人体热平衡的综合作用。2.湿球温度 湿球温度是可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，比干球温度要合理些。但这个指标仍没有反映风速对人体热平衡的影响。,3.等效温度 等效温度定义为湿空气的焓与比热的比值。它是一个以能量为基础来评价矿井气候条件的指标。4.同感温度 同感温度（也称有效温度）是1923年由美国采暖工程师协会提出的。这个

13、指标是通过实验，凭受试者对环境的感觉而得出的同感温度计算图。5.卡他度 卡他度是1916年由英国L.希尔等人提出的。卡他度用卡他计测定。卡他度分为：干卡他度、湿卡他度 干卡他度：反映了气温和风速对气候条件的影响，但没有反映空气湿度的影响。为了测出温度、湿度和风速三者的综合作用效果，K d2 湿卡他度（Kw）：是在卡他计贮液球上包裹上一层湿纱布时测得的卡他度，其实测和计算方法完全与干卡他度相同。,三、矿井气候条件的安全标准 我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。1982年国务院颁布的矿山安全条例第53条规定，矿井空气最高容许干球温度为28。,第二章 矿井通风,第一节 通风压力与阻力 一、自然

14、风压及其形成和计算1、自然通风 由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的 平均温度较低，平均 空气密 度较大，导致两空气柱作用 在2-3水平面上的重力不等。它使 空气源源不断地从井 口1流入，从井口5流出。夏季：相反。自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差,2、自然风压的计算 根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压HN可用下式计算：为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2，用其分别代替上式的1和2，则上式可写为：注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。3）一般选取最低点作为

15、基准面。二、自然风压的影响因素及变化规律 自然风压影响因素 HN=f(Z）=f(T,P,R,)，Z 1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。,3、井深。HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。三、自然风压的控制和利用1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，

16、如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。,5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。ABBCEFA系统的自然风压为：DBBCED系统的自然风压为：自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机（向外）。,设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABBCEFA可分别列出压力平衡方程：式中：HS

17、 风机静压，Pa；Q DBBC风路风量，m3/S;RD、RC分别为DB和BBC分支风阻，NS2/m8。两式相除：此即AB段风流停滞条件式。当上式变为 则AB段风流反向。由此可知防止AB风路风流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A点安装风机向巷道压风。,四、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算：Pa 无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d圆形风管直径，非圆形管用当量直径；,1尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中

18、，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过值来反映。19321933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度与管道半径r的比值/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出与Re的关系曲线，如图3-2-1所示。结论分析：区层流区。当Re

19、2320(即lgRe3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线上。这表明与相对糙度/r无关，只与Re有关，且=64/Re。与相对粗糙度无关,区过渡流区。2320Re4000(即3.36lgRe3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段上。随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。区水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态(Re4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度大于管道的绝对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明与仍然无关，而只与Re有关。随着Re的增大，相对糙度大的管道，实验点在较

20、低Re时就偏离直线，而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线。区紊流过渡区，即图中所示区段。在这个区段内，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，值既与Re有关，也与/r有关。,区水力粗糙管区。在该区段，Re值较大，管内液流的层流边层已变得极薄，有，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re对值的影响极小，略去不计，相对糙度成为的唯一影响因素。故在该区段，与Re无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：,2层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式：=可得圆管层流时的沿程阻力系数：古拉兹实验所得到的层流时与Re的

21、关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，=f(Re，/r)，关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：,五、摩擦阻力系数与摩擦风阻1摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度3。对上式，令：称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 2/m4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：标准摩擦阻力系数：通过大量实验和实测所

22、得的、在标准状态（03）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度3时，其值应按下式修正：,2摩擦风阻Rf 对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf：Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m7 或 2/m8。工程单位：kgf.s2/m8，或写成：k。2/m8=9.8 k Rff(,S,U,L)。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时，可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。六、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得0

23、Rf hf 生产矿井：hf Rf 0,七、生产矿井一段巷道阻力测定1、压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。1）布置方式及连接方法,）阻力计算 压差计“”感受的压力：压差计“”感受的压力：故压差计所示测值：设 且与1、2断面间巷道中空气平均 密度相等，则：式中：Z12为1、2断面高差，h 值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力hR12为：把压差计放在1、2断面之间

24、，测值是否变化？,2、气压计法由能量方程：hR12=(P1-P2)+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12用精密气压计分别测得1，2断面的静压P1，P2用干湿球温度计测得t1,t2,t1,t2,和1,2，进而计算1，2用风表测定1，2断面的风速v1,v2。m12为1，2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；Z121，2断面高差，从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变化，然后对上式进行修正。hR12=(P1-P2)+P12（+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12,例题3-3某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=100

25、0m，采用工字钢棚支护，支架截面高度d0=14cm，纵口径=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度3，求该段巷道的通风阻力。解 根据所给的d0、S值，由附录4附表4-4查得:0=284.21042/m4则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns2m4巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力,八、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：式中：局部阻力系数，无因次。层流 计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用,几种常见的局部阻力产生的类型：、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加

26、能量损失。、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V hv p，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0,在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。,、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。、分岔与会合 上述的综合。局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。,九、局部阻力系数和局部风阻(一)局部阻力系数 紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。1突然扩大或式中：v1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2分别为

27、小断面和大断面的面积，m；m空气平均密度，kg/m3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正,2突然缩小对应于小断面的动压，值可按下式计算：3逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。当20时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：式中 风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；n风道大、小断面积之比，即21；扩张角。,4转弯巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：当巷高与巷宽之比H/b 时，当 H/b=12.5 时 式中 0假定边壁完全光滑时，90转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1；巷道的摩擦阻力系数，2/m4；巷道转弯角度影响系数，见

28、表3-3-2。,5风流分叉与汇合1)风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：2)风流汇合 如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：,第二节 矿井通风系统 矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。一、矿井通风系统的类型及其适用条件 按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。1、中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。,2、对角式 1）两翼对角式 进风井

29、大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。2）分区对角式 进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。,3、区域式 在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。如图。4、混合式 由上述诸种方式混合组成。例如，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等。,二、主要通风机的工作方式与安装地点 主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽混合式。1、抽出式 主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在

30、低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。2、压入式 主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。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。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。,三、矿井通风系统的选择 根据矿井设计生产能力、煤层赋

31、存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。因此，矿井初期宜优先采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通风；当井田面积较大时，初期可采用中央通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。,第三节 采区通风系统 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元,包括：采区进风、

32、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。一、采区通风系统的基本要求1、每一个采区，都必须布置回风道，实行分区通风。2、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。3、煤层倾角大于12的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，4、采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。二、采区进风上山与回风上山的选择 上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3条或4条上山。1、轨道上山进风，运输机上山回风 2、运输机上山进风、轨道上山回风比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所

33、释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。,三、采煤工作面上行风与下行风 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则是下行通风。优缺点：、下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。、上行风比下行风工作面的气温要高。、下行风比上行风所需要的机械风压要大；、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。,四、工作面通风系统1、U型与Z型通风系统 2、Y型、W型及双Z型通风系统 3、H型通风系统,第四节 掘进通风一、局部通风机通风 利用

34、局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。常用通风方式：压入、抽出和混合式。1.压入式 布置方式：,10m,Le 气流贴着巷壁射出风筒后,由于卷吸作用,射流断面逐渐扩张，直至射流的断面达到最大值，此段称为扩张段；La射流断面逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。Ls从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程。在巷道条件下，一般有：式中 S巷道断面,m2。特点：（）局扇及电器设备布置在新鲜风流中；（）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；（）可使用柔性风筒，使用方便；（）由于内外，风筒漏风对巷道排污有一定作用。要求：（）局巷，避

35、免产生循环风；（）局扇入口与掘进巷道距离大于10m；（）风筒出口至工作面距离小于Ls。,2.抽出式 布置方式：有效吸程Le:风筒吸口吸入空气的作用范围。在巷道边界条件下，其一般计算式为：式中 S巷道断面，m2。特点：（）新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；（）污风通过风机；（）有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；（）不通使用柔性风筒。,Le,3.压入式和抽出式通风的比较：1)压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的。2)压入式通风风筒出口风速和有效射程

36、均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。然而，抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小,工作面排污风所需时间长、速度慢。3)压入式通风时,掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走,而用抽出式通风时,巷道壁面涌出的瓦斯随风流向工作面，安全性较差。4)抽出式通风时,新鲜风流沿巷道进向工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久。5)压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的

37、可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。,4.混合式通风 混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用,按局部通风机和风筒的布设位置，分为:长压短抽、长抽短压和长抽长压。1)长抽短压（前压后抽）工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出。其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒，若采用柔性风筒，则可将抽出式局部通风机移至风筒入风口，改为压出式，由里向外排出污风(如图b）。,10m,10m,10m,10m,2)长压短抽(前抽后压)工作方式：新鲜风流经压入式长风筒送入工作面,工作面污风经抽出式通风除尘系统净化,被净化后的风流沿巷道排出。混合式通风的主要特点：a

38、、通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式；b、主要缺点是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，当掘进巷道断面大时,风速就更小,则此段巷道顶板附近易形成瓦斯层状积聚。,5.可控循环通风 当局部通风机的吸入风量大于全风压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。循环通风方式：循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控制循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。在煤矿掘进通风中当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，也无法除去这些气体，在封闭的循环区域中的污染物浓度必然会越来

39、越大。因此，规程严禁采用循环通风。,如果循环通风是在一个敞开的区域内，且连续不断地有适量的新鲜风流掺入到循环风流中,经理论与实践证明，这部分有控制的循环风流中的污染物浓度仅仅取决于该地区内污染物的产生率及流过该地区的新鲜风量的大小，故循环区域中任何地点的污染物浓度，都不会无限制地增大，而是趋于某一限值。可控循环局部通风优点:(1)采用混合式可控循环通风时,掘进巷道风流循环区内侧的风速较高，避免了瓦斯层状积聚,同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。(2)当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。(3)在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。缺点：(1)由于流经局部通风机的

40、风流中含有一定浓度的瓦斯与粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机。()循环风流通过运转风机的加热,再返回掘进工作面，使风温上升。(3)当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制,停止循环通风,恢复常规通风。,二、矿井全风压通风全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。按其导风设施不同可分为：1.风筒导风 在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，污浊空气从独头掘进巷道中排出。特点：此种方法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，

41、通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。,.平行巷道导风 在掘进主巷的同时，在附近与其平行掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络巷即封闭。两条平行巷道的独头部分可用风幛或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。特点：此方法常用于煤巷掘进，尤其是厚煤层的采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时。此法也常用于解决长巷掘进独头通风的困难。3.钻孔导风 离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好排瓦斯效果。,4.风幛导风 在巷道内设置纵向风幛，把风

42、幛上游一侧的新风引入掘进工作面，清洗后的污风从风幛下游一侧排出。这种导风方法，构筑和拆除风幛的工程量大。适用于短距离或无其它好方法可用时采用。三、引射器通风 利用引射器产生的通风负压,通过风筒导风的通风方法称引射器通风。引射器通风一般都采用压入式。优点：无电气设备，无噪音;还具有降温、降尘作用;在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，安全性较高。缺点：风压低、风量小、效率低，并存在巷道积水问题。,1,2,第五节 矿井风量的测算一、矿井风量计算原则 矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。（）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3；（

43、）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。二、矿井需风量的计算1、采煤工作面需风量的计算 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。(1)按瓦斯涌出量计算：式中：Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min Qgwi第 i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min kgwi第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取kgwi=1.21.6 炮采工作面取kgwi=1.42.0,水采工作面取kgwi,（2）按工作面进风流温度计算：采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表中的要求：采煤工作面的需要风量按下式

44、计算：式中 vwi第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；m/s,Swi第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2；kwi第i 个工作面的长度系数。,3）按使用炸药量计算：式中 25每使用1kg炸药的供风量，m3/min；第i个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。4）按工作人员数量计算：式中 4每人每分钟应供给的最低风量，m3/min nwi第i 个采煤工作面同时工作的最多人数,个。5)按风速进行验算 按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：,、掘进工作面需风量的计算：煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列

45、因素分别计算，取其最大值。（）按瓦斯涌出量计算：式中 Qhi第i个掘进工作面的需风量，m3/min Qghi第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量；m3/min kghi第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数。一般可取。（2）按炸药量计算 式中 25使用1kg炸药的供风量，m3/min;Ahi第i个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg,（3）按局部通风机吸风量计算式中 第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和。khfi为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取；进风巷道中无瓦斯涌出时取，有瓦斯涌出时取（）按工作人员数量计算式中 nhi第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。（

46、）按风速进行验算 按最小风速验算，岩巷掘进面最小风量：各个煤巷或半煤岩巷掘进面的最小风量；按最高风速验算，掘进面的最大风量：式中 shi第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2,、硐室需风量计算 独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：（）机电硐室 发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：式中 Qri第个机电硐室的需风量，m3/min 机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，KW 机电硐室的发热系数，空气密度，一般取3cp空气的定压比热，一般可取1KJ/kgkt机电硐室进、回风流的温度差，采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量 m3/min,（2）爆破材料库

47、式中 v库房空积，m3（3）充电硐室 按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算 式中 qrhi第个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min5、矿井总风量计算 矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和:式中Qwl采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；Qhl掘进工作面所需风量之和，m3/min；Qrl硐室所需风量之和，m3/min；km矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取。,第三章矿井瓦斯,第一节 煤层瓦斯含量一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期

48、；二是煤化变质作用时期。,（二）瓦斯在煤体内存在的状态 煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中 瓦斯赋存两种状态：游离状态 吸附状态 吸着状态 吸收状态,二、煤层中瓦斯垂直分带 形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。四带：CO2-N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。,瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。（1）煤层的相对瓦斯涌出量等于23m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到

49、80%（体积比）；（3）煤层内的瓦斯压力为；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.5 m3/t（C.M.），气煤3/t（C.M.），肥煤与焦煤3/t(C.M)，瘦煤3/t(C.M.)，贫煤3/t(C.M.)，无烟煤3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）三 影响煤层瓦斯含量的因素 煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位为 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。,主要影响因素：1、煤的吸附特性 煤的吸附性能决定于煤化程度，一般情况下煤的煤化程度越高，存

50、储瓦斯的能力越强。2、.煤层露头3、煤层的埋藏深度-深，瓦斯大4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性5、煤层倾角-大，瓦斯小，小，瓦斯大6、地质构造-封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小7、水文地质条件-水流，带走瓦斯四、煤层内的瓦斯压力 瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压,瓦斯带内瓦斯压力变化规律：末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可以大于、等于或小于静水压。瓦斯压力梯度：或式中 P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPa gp瓦斯压力梯度，MPa/m P1，P2甲烷带内深度为H1、H2(m)处的瓦斯压力，MPa。P0-甲烷