礦井通風

金屬非金屬地下礦山為什麼要進行通風？不進行通風不行嗎？經過實踐證明，不進行通風是不行的。因為井下要生產就要有人，人沒有氧氣就不能生存。其次人們在井下生產過程中不斷產生有毒有害氣體，如：一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氫、甲烷等，如果不排除這些氣體人們也無法生產。井下由於受地溫等因素的影響需要對井下惡劣氣候條件進行調節。礦井通風的基本任務是：

1、供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對氧氣的需要；

2、稀釋並排除井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產；

3、調節井下氣候，創造良好的工作環境；

4、提高礦井的抗災能力。

井下必須進行通風，不通風就不能保證安全和維持生產。故礦井通風是礦井生產環節中最基本的一環，它在礦井建設和生產期間始終佔有非常重要的地位。

礦井通風系統由影響礦井安全生產的主要因素所決定。根據相關因素把礦井通風系 統劃分為不同類型。根據瓦斯、煤層自燃和高溫等影響礦井生產安全的主要因素對礦井通風系統的要求，為了便於管理、設計和檢查，把礦井通風系統分為一般型、降溫型、防火型、排放瓦斯型、防火及降溫型、排放瓦斯及降溫型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯與防火及降溫型幾種，依次為1-8八個等級。根據井筒與採區的布置位置分為中央式、對角式和混合式三個類型。

地面空氣是我們居住的地球表面包圍著的地面大氣，它由干空氣和水蒸氣組成的混合氣體，在正常情況下干空氣由下列幾種成分組成：

氣體名稱體積濃度

氮（N2）78.13%

氧（O2）20.90%

二氧化碳（CO2）0.03%

氬（Ar）0.93%

其它0.01%

地面空氣進入井下后，因發生物理和化學兩種變化，使其成份和濃度發生改變。

1、物理變化：

氣體混入：礦層中含有瓦斯、二氧化碳等氣體，礦井在生產過程中這些氣體便混 入井下空氣中。

固體混入：井下各作業環節所產生的岩、粉塵和其它微小雜塵混入井下空氣中。

氣象變化：由於井下溫度、氣壓和濕度的變化引起井下空氣的體積和濃度變化。

2、化學變化：

井下一切物質的緩慢氧化、爆破工作、火區氧化等這些變化均對井下空氣產生影響。

經過上述的物理、化學變化井下空氣同地面空氣相比較發生了較大變化，成分增多、濃度發生變化、氧濃度相對減少。井下空氣的成分種類共有：O2、N2、CH4、CO、CO2、H2S、SO2、H2、NH3、NO2、水蒸氣和浮塵十二種。但由於各礦條件不同，各礦的井下空氣成分種類和濃度都不相同。

井下空氣的主要成分：

一、氧（O2）氧氣的性質：是一種無色、無味、無臭的氣體，它對空氣的比重是1.11，其化學性質很活潑，可以和所有的氣體相化合，氧能助燃，氧是人和動物新陳代謝不可缺少的物質，沒有氧氣人就不能生存。氧氣對人影響見下表：

《金屬非金屬礦山安全規程》對礦井空氣的規定：

1、井下採掘工作面進風流中的空氣成分（按體積計算），氧氣應不低於20%，二氧化碳應不高於0.5%；

2、入風井巷和採掘工作面的風源含塵量，應不超過0.5mg/m3；

3、井下作業地點的空氣中，有害物質的接觸限值應不超過GBZ 2的規定；

井下空氣由於受礦井生產的物理、化學變化的影響，使井下空氣中存在一些有毒有害氣體：

一、一氧化碳(CO)

1、性質:

一氧化碳是一種無色、無味、無臭的氣體，它對空氣的比重為0.97,微溶於水。在一般溫度與壓力下，一氧化碳的化學性質不活潑，但濃度達到13%--75%時遇火能引起爆炸。

一氧化碳之所以毒性很強是因為它對人體內血紅球所含的血色素的親和力比氧大250--300倍。因此，一氧化碳吸入人體后就阻礙了氧和血色素的正常結合，使人體各部分組織和細胞缺氧，引起窒息和中毒死亡。

2、一氧化碳的濃度與中毒程度的關係:

《金屬非金屬礦山安全規程》規定井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過30mg/m3。

3、井下一氧化碳地來源:

(1)、爆破時產生的炮煙；

(2)、柴油機的尾氣；

(3)、煤層自燃、頁岩氣等；

二、硫化氫氣體（H2S）

1、性質:

硫化氫氣體是一種無色微甜，有臭雞蛋氣味的氣體，它對空氣的比重為1.19,易溶於水，能燃燒，當濃度達4.3%--46%時還具有爆炸性。有很強大的毒性，能使血液中毒，對眼睛粘膜及呼吸道有強烈的刺激作用。

《金屬非金屬礦山安全規程》規定井下空氣中硫化氫的濃度不得超過10mg/m3。

2、當空氣中的硫化氫氣體濃度達到0.01%時，人能嗅到氣味，並會流唾液、流鼻涕；當濃度為0.05%時，經過0.5~1小時，就能引起嚴重中毒；當濃度為0.1%時，在短時間內就有生命危險。

3、井下來源:

(1)、坑木析腐爛。

(2)、含硫礦物(如：黃鐵礦、石膏等)遇水分解。

(3)、從採空區廢舊巷道湧出或煤圍岩中放出。

(4)、爆破時產生的炮煙。

三、二氧化硫（SO2）

1、性質:

二氧化硫是一種無色具有強烈硫黃燃燒味的氣體，它對空氣的比重為2.2，易溶於水。常存在於巷道底部，它對眼睛和呼吸器官有強烈刺激作用。

2、當空氣中含二氧化硫為0.0005%時，嗅覺器官能聞到刺激性氣味；當濃度為0.002%時，有強烈刺激性氣味，可引起頭疼和喉痛；當濃度為0.05%時，能引起急性支氣管炎和肺水腫，短時間內即死亡。

《金屬非金屬礦山安全規程》規定井下空氣中二氧化硫的濃度不得超過15mg/m3。

3、井下來源:

(1)、含硫礦物的自燃或緩慢氧化。

(2)、從煤圍岩中放出。

(3)、在硫礦物中爆破生成。

四、二氧化氮（NO2）

1、性質：二氧化氮為紅褐色氣體，它對空氣的比重為1.57,極易溶於水，對眼睛鼻腔、呼吸道及肺部有強烈的刺激作用，二氧化氮與水結合生成硝酸，因此對肺部組織起腐蝕破壞作用，可以引起肺部浮腫。

2、二氧化氮的濃度與中毒程度關係:

《金屬非金屬礦山安全規程》規定井下空氣中二氧化氮的濃度不得超過5mg/m3

井下來源:

主要是放炮產生。

五、氨氣（NH3）

1、性質：氨氣是一種無色、有濃烈臭味的氣體，相對密度為0.596，易溶於水，空氣中濃度達到30%時有爆炸危險。氨氣對皮膚和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉頭水腫。

2、氨氣的主要來源是：爆破工作；煤岩層中湧出、用水滅火等。

六、氫氣（H2）

1、性質：氫氣無色、無味、無毒，相對密度為0.07。氫氣能燃燒，其點燃溫度比甲烷低100~200℃，當 空氣中氫氣濃度為4%~74%時有爆炸危險。

2、空氣中氫氣的主要來源是：井下蓄電池充電時放出氫氣；有些中等變質的煤層中也有氫氣湧出。

七、《煤礦安全規程》對有害氣體規定

1、加強通風。適當增加風量，把這些有害氣體排出或沖淡到《煤礦安全規程》規定的安全濃度以下，是常用也是有效防止井下有害氣體危害的最根本的措施。

2、加強檢查，用各種瞧骷嗍泳賂髦鍾瀉宓畝以便及時採取相應的措施。

3、如果某種有害氣體的含量較大可採取抽放措施。如瓦斯抽放。

4、井下通風不良的地區或不通風的舊巷道內積聚大量的有害氣體。故在這些舊巷口要設柵欄，掛警標，防止他人誤入。如果必須進入，需要詳細檢查各種有害氣體方可進入。

5、若有人由於缺氧窒息或呼吸有毒有害氣體中毒時立即將中毒者移到有新鮮空氣的巷道或地面並進行人工呼吸(NO2、H2S中毒除外)施行急救。

為了使井下風流沿指定路線流動分配，就必須在某些巷道內建築引導控制風流的構築物即通風設施，它分為引導風流和隔斷風流的設施。

1、風硐：風硐是聯接扇風機裝置和風井的一段巷道。風硐多用混凝土、磚石等建材構築成圓形式矩形巷道，這是由風筒的特點所決定的。

2、風橋：風橋是將兩股平面交匯的新、污風流隔成立體交匯的新、污風分開的一種通風設施。

根據結構特點不同風橋可分為三種:

(1)繞道式風橋。 (2)、混凝土風橋。 (3)、鐵筒風橋

3、風窗(卡)

風窗是在巷道內設在牆或門上，在牆或門上留一個可調空間窗口，通過調節空間窗口面積從而達到調節風量的目的。

4、風障:

在巷道內利用木板、葦席、風筒布做布障起到引導風流的作用。常用此方法處理高冒處、落山角等處積聚瓦斯。

5、風筒:

在巷道中利用正壓或負壓通風動力通過管道把指定的風量送到目的地，這個管道就叫風筒。

1、防爆門(帽)

防爆門是裝在扇風機筒，為防止井下發生煤塵瓦斯爆炸時產生的衝擊波毀壞扇風機的安全設施。當井下發生煤塵、瓦斯爆炸時，防爆門即能被氣浪沖開，爆炸波直接沖入大氣，從而起到保護扇風機的作用。

2、擋風牆

在不允許風流通過，也不允許行車行人的井巷如採空區、舊巷、火區以及進風與迴風大巷之間的聯絡小眼都必須設置擋風牆，將風流截斷。以免造成漏風，風流形成短路使通風系統失去合理穩定性而發生事故。

擋風牆分為：臨時擋風牆、永久擋風牆。

1)臨時擋風牆：一般是在立柱上釘木板，木板上抹黃泥建成臨時擋風牆。

使用條件：服務年限不長，巷道圍岩壓力小，漏風率要求不不嚴時使用。

2)永久擋風牆：一般使用料石、磚土、水泥、混凝土建築。

使用條件：服務年限長，巷道圍岩壓力大，漏風率要求嚴時使用。

3、風門:

在不允許風流通過，但需行人或行車的巷道內，必須設置風門。

按結構分：普通風門和自運風門。

礦井通風的主要參數之一就是風量，即:單位時間內通過井巷空氣的體積。

一、測風站要求 1、必須設在直線巷道中。

2、測風站長度不少於4m。

3、測風站前後10m內沒有拐彎和其它障礙。

4、測風站應掛有記錄牌，註明編號、地點、斷面積、平均風速、風量、測風日期、測風點。

5、測風站應設在沒有漏風、支架齊全、斷面變化不大的巷道內。

二、測風方法 測風采用定點法、九點法和線路法，求出平均風速。

在同一斷面測風次數不少於三次，每次測量結果的誤差不應超過5%,然後取三次的平均值。測得平均風速后通過測風站的斷面積計算出巷道風量。

《煤礦安全規程》規定，至少每10天要進行一次全面風量測定。

4、通風設施管理規定：

（1）通風部門做好系統的調整，盡量減少風卡以自然分配風量為主。

（2）愛護通風設施做到：風門嚴禁同時打開或用車撞風門、風門損壞及時彙報通風調度，如果影響系統風量受影響區域停電、撤人修復后再生產，安監調度組織分析處理。

（3）通風設施由通風部門管理，其他單位無權移動、拆除等權力，如需要拆除、移動需要提前和通風部門聯繫。

（4）嚴禁跨入欄桿、拆除欄桿、閉牆、風卡等通風設施。

在掘進巷道時，為了供給人員呼吸，排除稀釋掘進工作面瓦斯或爆破后產生的有害、有害氣體和礦塵要進行通風。掘進巷道的通風叫掘進通風。掘進通風方法分全負壓通風、引射器通風和局扇通風。由於我集團公司主要採用局扇通風，故主要講局扇通風。

局扇通風是我國礦井廣泛採用的一種掘進通風方法，它是利用局扇和風筒把新鮮風流送入掘進工作面的。

一)、局扇通風方式:

壓入式；抽出式；混合式

1、壓入式：就是利用局扇將新鮮空氣經風筒壓入工作面，而泛風則由巷道排出。

壓入式通風局扇安裝在新鮮風流中，泛風不經過局扇，因而局扇一旦發生電火花，不易引起瓦斯、煤塵爆炸，故安全性好，可用硬質風筒也可用柔性風筒，適應性較強。其缺點是：工作面泛風沿獨頭巷道排往迴風巷，不利於巷道中作業人員呼吸。放炮后炮煙由巷道排出的速度慢，時間較長，影響掘進速度。

2、抽出式通風:

抽出式通風與壓入式通風相反，新鮮空氣由巷道進入工作面，泛風經風筒由局扇排出。

抽出式通風由於污風經風筒排出，保持巷道為新鮮空氣故勞動衛生條件較好，放炮后所需要排煙的速度快，有利於提高掘進速度。但由於風筒末端的有效吸程比較短，放炮時易崩壞風筒，如吸程長則通風效果不好，污風經過局扇安全性差，抽出式通風必須使用硬性風筒，適應性差。

3、混合式:

混合式通風把上述兩通風方式同時混合使用。雖然克服了上述的一些缺點，但由於設備多，電耗大，管理複雜，未被推廣使用。壓入式通風由於安全性好，設備簡單適應性好，效果好而被廣泛應用。

1、局扇:

1)、指定專人負責管理（掛牌管理）,不準任意停開局扇，保持正常運轉。

2)、局扇安裝必須上雙風機雙電源且安裝開停監測裝置。

3)、局扇安設在進風巷中。距迴風流不得少於10m,不許發生循環風。

4)、局扇安裝與掘進工作面的電器設備必須有延時風電閉鎖裝置。

5)、局扇因故停運，必須撤人釘柵欄，按有關規定進行排放瓦斯。

2、風筒:

1)、推廣使用Φ700mm軟質阻燃風筒，提高局扇出風率。

2)、提高接頭質量，減少接頭漏風，堅持使用反邊式雙邊接頭。

3)、風筒要弔掛平直，拉緊吊穩，逢環必吊，提高局扇供風量。

4)、加強檢查和管理，及時修補。並擱專人負責。

5)、經常及時接風筒，保證風筒出口到煤頭不超距。

煤層瓦斯的主要成分一般是甲烷和其它有害氣體等，這些氣體統稱為瓦斯。由於瓦斯的危害主要是甲烷，所以從狹義上講礦井瓦斯單指甲烷。

煤礦井下的瓦斯來自煤層和煤系地層。瓦斯是在成煤和煤的變質過程中所伴生的氣體。古代植物在成煤的初期，經厭氧菌的作用，植物纖維質分解成大量瓦斯。以後在上覆岩層的高溫高壓作用下泥炭褐煤發生物理和化學變化，逐漸轉變成煙煤、無煙煤，煤在這種變質過程中揮發分減少,;固定炭增加。揮發分轉變成沼氣。這部分瓦斯由於埋藏在地層深處，不易跑掉得以保存。但在漫長的地質年代里由於受到諸多因素的影響，大部分瓦斯已放散出去，僅有一小部分至令還保存在煤層或岩層中，煤層或岩層中所含的瓦斯主要就是這部分瓦斯。

甲烷是無色、無味、無臭可以燃燒和爆炸的氣體，不能供人呼吸，能造成人員窒息，它易於擴散，擴散速度是空氣的1.34倍，瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，甲烷對空氣的比重為0.544,因此容易積存在巷道頂板冒落的頂板空峒內。瓦斯的化學性質極不活潑，幾乎不與其它物質化合，難溶於水。瓦斯與空氣適量混合后具有燃燒爆炸性。這是瓦斯所以成為礦內主要災害的原因所在。

1、瓦斯濃度:

在標準狀況下瓦斯按體積百分比濃度為5—16%時遇到高溫火源后就會發生瓦斯爆炸。濃度在9.1—9.5%時爆炸威力最大。

瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受溫度、壓力以及煤層其它可燃氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。

2、引燃溫度：瓦斯引燃溫度一般在650℃—750℃,但它受到瓦斯濃度及火源性質等的影響1)、瓦斯的引爆延遲性對爆破工作有實際意義。炸藥在爆破時瞬間溫度可達2000℃,但火焰存在的時間很短，僅為千分之幾秒，故不會引起瓦斯爆炸。但若炸藥變質，裝葯炮泥不符合規定，就有可能使火焰存在時間加長甚至引燃藥包造成瓦斯燃燒或爆炸事故，所以對井下爆破工作應十分注意。高溫火源的存在是引起瓦斯爆炸的必要條件。電氣火花、違章放炮、煤炭自燃、明火等都易引起瓦斯爆炸。

3、足夠的氧含量:

實驗證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯的爆炸界限縮小，當氧氣濃度減少到12%以下時，瓦斯就不會爆炸。

煤礦安全新技術：第一章 概述

礦井通風是礦井安全生產的基本保障。礦井通風指藉助於機械或自然風壓，向井下各用風點連續輸送適量的新鮮空氣，供給人員呼吸，稀釋並排出各種有害氣體和浮塵，以降低環境溫度，創造良好的氣候條件，並在發生災變時能夠根據撤人救災的需要調節和控制風流流動路線的作業。

20世紀80年代以來，隨著煤礦機械化水平的提高，採煤方法、巷道布置及支護的改革，電子和計算機技術的發展，我國礦井通風技術有了長足的進步，通風管理日益規範化、系列化、制度化，通風新技術和新裝備愈來愈多地投人應用。以低耗、高效、安全為準則的通風系統優化改造在許多煤礦得以實施，使其能夠更好地為高產、高效、安全的集約化生產提供安全保障。

礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應（也叫鏈鎖反應）。當爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的遊離基（也叫自由基）。這類遊離基具有很大的化學活性，成為反應連續進行的活化中心。在適合的條件下，每一個遊離基又可以進一步分解，再產生兩個或兩上以上的遊離基。這樣循環不已，遊離基越來越多，化學反應速度也越來越快，最後就可以發展為燃燒或爆炸式的氧化反應。所以，瓦斯爆炸就其本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產生的激烈氧化反應。

瓦斯爆炸產生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外衝擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤塵並使之參與爆炸，產生更大的破壞力。另外，爆炸後生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。

礦井通風系統是向礦井各用風點供給新鮮空氣、排出污風的通風方式(進\迴風井布置的方式一中央式、對角式、混合式)、通風方法(抽出式、壓人式、抽壓混合式)、通風網路(由風流流經的巷道及相關設施組成)和通風控制設施(通風構築物)的總稱。

近年來，為適應綜合機械化採煤的要求，原煤炭工業部在總結建設經驗，借鑒國外先進技術的基礎上於1984頒發了《關於改革礦井開拓部署的若干技術規定》，作為新井建設、生產礦井技術改造和開拓延深的依據。為適應生產集約化，開採深度增加、瓦斯湧出量大的情況，以“針對現實、著眼長遠、因地制宜、對症下藥、綜合治理、節能增風”為指導思想，對數百對國有煤礦進行了通風系統優化改造，配合生產礦井井田合併、開採範圍擴大和儲量增多等改擴建工作。這類通風系統優化改造主要有以下幾個方面內容。

根據礦井的特點和需要，把中央式通風演變為中央一對角式混合通風系統。為適應綜採集約化生產，工作面單產超過1Mt/a的要求，對礦井採用分區域開拓。因此，形成區域式通風系統，即每個區域均有一組進、迴風井，各個區域採用相對獨立的通風技術。它具有通風線路短、風阻小、區域間干擾小、安全性好，便於選擇主要通風機，使其實現高效節能的特點，提高了礦井的通風能力和抗災能力，適用於特大型礦井或因地質條件須把井田劃為若干獨立生產區域的礦井。總之，新建大型礦井通風系統以對角式、分區式為主，改擴建的生產礦井以混合式為主，

主要通風機的經濟運行能力的提高 為提高主要通風機的經濟運行能力，主要開展了以下工作。

(1)為適應通風系統的變化和生產集約化的要求，20世紀80年代以來，我國相繼出現2K60系列和GAF系列的軸流式風機和G4-73與K4-73系列的離心式風機。20世紀90年代，依託於國家“八五”關項目，研製出FD型的對旋式風機。該系列風機具有能耗低、效率高的特點，因而迅速在我國煤礦推廣。在原煤炭部“九五”攻關項目中，無駝峰式軸流風機的研製成功增大了通風機的穩定工作區域。

(2)研製出離心式風機的調速裝置，如可控硅調速、液力偶合器和變頻調速裝置。

(3)加強了通風機及其附屬裝置管理，減少風硐、風機內部以及擴散塔的阻力損失和漏風，提高了通風機運行效率。在生產礦井進行老、舊機的運行狀態改造中，主要查明了通風機特性與通風網路風阻特性匹配差，主要通風機選型偏大，風機轉速偏高，電機容量偏大，使風機長期處於低效區運行等問題，提出一整套風機經濟運行的辦法，對老、舊風機進行多種方法的技術改造，如採取更換機芯、改造葉輪和葉片等辦法提高風機運行效率。

採區通風系統優化布置 優化採區和工作面的通風布置，能有效提高通風能力和排出瓦斯的效果。隨著集約化生產和礦井向深部發展，採區和採煤工作面的絕對瓦斯湧出量劇增，要求採區和採煤工作面的通風能力迅速增大。在採區的通風系統布置方面，出現了3條上山的布置方式，採區內有了獨立的進風和迴風上山，利於採區內採煤工作面和掘進工作面的獨立通風，提高了採區的通風能力和風流的穩定性，也為保證採區的局部反風和作業人員的安全脫險提供了有利條件。在採煤工作面的通風布置方面，在常規的U型通風布置的基礎上，提出了U+L型方式(或稱尾巷布置方式)，改變了採空區的流場分佈，較有效地防止了採煤工作面隅角瓦斯積聚，促進了採空區瓦斯的排放。為了防止專用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和採用了Y型的通風布置方式，單獨供應新鮮風流直接稀釋採空區湧出的瓦斯。此外，還採用了W型和Z型等布置方式，在適宜條件下均取得了較理想的通風效果，大大地改善了採煤工作面的通風條件，保證了安全回採。

新型通風設施的使用 為適應礦井災變時期風流控制的需要，研製出能在地面利用礦井環境監控系統或遠程控制系統操縱井下主要風門的自動系統，解決了災變時期，當礦工和救護人員難以到達災區和煙流入侵區域而按救災要求必須開啟或關閉風門的難題。