礦井一通三防技術【一份非常好的專業(yè)參考資料】

1 礦井一通三防技術 2 一、煤炭在能源生產(chǎn)與消費中的地位 能源的種類很多。 煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能、水力、地熱、核能等 在我國能源生產(chǎn)及消費構(gòu)成中，煤炭占主要地位。我國是世界上少數(shù)幾個一次能源以煤為主的國家，是世界最大煤炭生產(chǎn)國和消費國。 在未來的 50 60年內(nèi)，隨著新能源和可再生能源、水電和核電的發(fā)展和推廣，煤炭在一次能源中的消費比重會有所下降，但煤炭仍將是我國的主要能源。 3 二、煤礦自然條件 我國煤炭資源豐富，煤種齊全，儲量居世界第三位。 但與其它產(chǎn)煤大國相比較，我國煤層賦存條件較差， 95的煤炭產(chǎn)量是井工生產(chǎn)的，自然災害較為嚴重。 國有重點煤礦中 高瓦斯和有煤與瓦斯突出危險的礦井占 49 2 有自然發(fā)火傾向的礦井占 57 5 有煤塵爆炸危險的礦井占 89 5 部分礦井還受熱害、水害的威脅 4 三、 煤礦安全生產(chǎn)形勢 經(jīng)過數(shù)十年的努力，煤炭行業(yè)現(xiàn)在能在不同程度上控制瓦斯、礦塵、水、火、 熱、沖擊地壓、頂板等災害對安全生產(chǎn)的威脅，對主要災害源基本上實現(xiàn)了安全監(jiān)測。 由于我國煤礦地質(zhì)條件復雜，技術裝備落后，職工隊伍素質(zhì)低，資金嚴重不足以及其他諸多不利因素的存在，我們還沒有完全掌握安全生產(chǎn)的主動權(quán)。迄今為止，礦山災害仍然十分嚴重。 煤礦重大、特大事故的頻頻發(fā)生造成了大量人員傷亡和巨大財產(chǎn)經(jīng)濟損失，并造成了不良的社會和國際影響。 5 我國煤礦產(chǎn)量占全世界的 31%，但煤礦死亡人數(shù)占到了全世界煤礦死亡人數(shù)的 79%。 我國煤礦百萬噸死亡率，與國外相比差距依然很大。 2000年 全國煤炭百萬噸死亡率 5.77 2004年 全國煤炭百萬噸死亡率 3.08 2005年 全國煤炭百萬噸死亡率 2.81 2006年 全國煤炭百萬噸死亡率 2.04 美國的百萬噸死亡率 0.03，波蘭和南非 0.3。 6 四、煤礦存在的安全隱患 2005年 2月 23日，國務院常務會議專題研究瓦斯治理工作，會議決定組織國家煤礦安全專家組，對煤礦逐個進行 “ 會診 ” 。 2005年 4月 20日，國家安監(jiān)總局、煤監(jiān)局、發(fā)改委和科技部等部門在北京召開啟動大會。會后，從全國抽調(diào) 91名專家，分赴 45戶重點國有煤礦企業(yè)共402個煤礦開展 “ 會診 ” 。 煤礦安全專家 “ 會診 ” 于 7月結(jié)束。 7 通過煤礦安全技術會診，表明我國煤礦存在比較普遍的安全隱患問題，涉及到采掘、機械、用電等方面，主要有： 采掘接替緊張，普遍采用不正規(guī)的開采方法和人員相對集中的生產(chǎn)方式 通風系統(tǒng)不合理，通風設備設施老化，風量富余系數(shù)小，通風阻力分布不合理，穩(wěn)定性、可靠性差，抗災能力低 礦井瓦斯抽采能力不足，預抽時間短 防突技術、裝備落后 煤層自然發(fā)火嚴重，防滅火系統(tǒng)不完善，防滅火技術及裝備不足 礦井突水威脅大 機電設備陳舊，安全級別不夠，電氣安全隱患多 安全管理嚴重滯后 專業(yè)技術人才嚴重匱乏 安全投入嚴重不足 8 五、主要對策 抓好 “ 一通三防 ” 工作 更新設備，消除不安全因素 優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)，提高礦井通風系統(tǒng)可靠性和抗災能力 加大科技投入 9 第一章 礦井通風基礎 第二章 礦井通風系統(tǒng)及通風方式 第三章 礦井通風安全管理 第四章 礦井瓦斯防治 第五章 礦山防塵 第六章 礦井火災防治 10 第一章 礦井通風基礎 礦井通風是保障礦井安全的最主要技術手段之一。 煤礦五大自然災害中瓦斯、礦塵、火災災害均與礦井通風有關。 利用機械或自然通風為動力，使地面空氣進入井下，并在井巷中做定向和定量地流動，最后將污濁空氣排出礦井的全過程就稱為礦井通風。 礦井通風的任務 在礦井生產(chǎn)過程中，將地面空氣源源不斷地輸送到井下各個作業(yè)地點，以供給人員呼吸，并稀釋和排除井下各種有毒、有害氣體和礦塵，創(chuàng)造良好的礦內(nèi)工作環(huán)境，保障井下作業(yè)人員的身體健康和勞動安全。 11 第一節(jié) 礦井空氣及其流動 一、礦井空氣概述 1、地面空氣與礦井空氣 （ 1）地面空氣的組成 氧氣 (O2) 20.96% 氮氣 (N2) 79.00% 二氧化碳 (CO2) 0.04% 惰性稀有氣體氦、氖、氬、氙等計入 N2 中。 濕空氣中含有水蒸氣。 12 （ 2）礦井空氣 地面空氣進入礦井后，成分、性質(zhì)發(fā)生變化，例如： 氧濃度降低 二氧化碳濃度增加 混入有毒有害氣體 空氣狀態(tài)參數(shù)（溫度、濕度、壓力等）改變 13 （ 3）空氣主要成分的性質(zhì) 氧氣 (O2 )： 人體維持正常生命過程所需的氧氣量取決于人的體質(zhì)、精神狀態(tài)、勞動強度等。一般，人體耗氧量與勞動強度關系： 休 息 耗氧量 0.2-0.4 L/min 輕勞動 耗氧量 0.6-1.0 L/min 重勞動 耗氧量 1.8-2.4 L/min 造成礦井空氣中氧濃度降低的主要原因： 人員呼吸；煤和其他氧化物的氧化；煤炭自燃；各種有害氣體使氧濃度相對降低；瓦斯、煤塵爆炸 缺氧窒息是造成礦井人員傷亡的原因之一。 14 氮氣 (N2 ) 惰性氣體，無毒、不助燃，也不能供人呼吸。空氣中濃度升高，氧濃度相對降低，也會導致人員窒息性傷害。 可用于防滅火。 井下主要來源有：井下爆破；有些煤巖層中涌出。 二氧化碳 (CO2 ) 不助燃，也不能供人呼吸。 新鮮空氣中含有微量 CO2對人體無害，對呼吸中樞神經(jīng)有刺激作用。若完全不含，不能維持正常呼吸功能。搶救傷員人工輸氧時氧氣中往往加入 5%的CO2 15 空氣中 CO2過高時， 將使氧濃度相對降低，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴重時可造成人員中毒或窒息。 CO2 1% 呼吸加深，但對工作效率無明顯影響 CO2 3% 呼吸急促，心跳加快，頭痛，很快疲勞 CO2 5% 呼吸困難，頭痛，惡心，嘔吐，耳鳴 CO2 7-9% 動作不協(xié)調(diào)，約 10分鐘可昏迷 CO2 9-11% 幾分鐘內(nèi)可導致死亡 井下 CO2主要來源： 人員呼吸；煤和有機物氧化；爆破；煤自燃；瓦斯、煤塵爆炸；有的煤巖層中放出，甚至噴出。 16 煤礦安全規(guī)程 對氧氣、二氧化碳濃度標準的規(guī)定： 采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不低于 20%，二氧化碳濃度不超過 0.5% ； 總回風巷中二氧化碳濃度不得超過 0.75%； 當采掘工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5%或采區(qū)、采掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過 1.5%,必須停工處理。 17 2、礦井空氣中有毒有害氣體 主要有 一氧化碳 (CO) 硫化氫 (H2S) 二氧化氮 (NO2) 二氧化硫 (SO2) 氨氣 (NH3) 氫氣 (H2) 瓦斯（ CH4） 在第四章作專門介紹 18 一氧化碳 (CO) 血液窒息性氣體，可引起中毒。 CO 0.02% 2-3小時內(nèi)可引起輕微頭痛 CO 0.08% 40分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛、眩暈、惡心， 2小時內(nèi)體溫、血壓下降、脈搏微弱，可能出現(xiàn)昏迷。 CO 0.32% 5-10分鐘內(nèi)出現(xiàn)頭痛、眩暈， 30分鐘內(nèi)可能出現(xiàn)昏迷并有死亡危險。 CO 1.28% 幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)昏迷和死亡。 主要來源 井下爆破、礦井火災、煤炭自燃、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等。 19 二氧化硫 (SO2) 對眼睛、呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用 主要來源 含硫礦物的氧化與自燃、在含硫礦物中爆破、含硫礦層中的涌出。 二氧化氮 (NO2 ) 對眼睛、呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用，可引起中毒。 主要來源 井下爆破 20 硫化氫 (H2S) 對眼睛、呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用，可引起中毒。 主要來源 有機物腐爛、含硫礦物的水解、礦物氧化和燃燒、老空水和舊巷水中放出、有些礦井的煤層中涌出。 氨氣 (NH3 ) 對皮膚、呼吸系統(tǒng)有刺激作用。 主要來源：爆破、用水滅火、部分巖層中涌出。 氫氣 (H2 ) 空氣中濃度為 4%-74%時有爆炸危險。 主要來源 井下蓄電池充電時可放出，有些煤層中涌出。 21 22 防止有毒有害氣體危害主要措施 : 搞好通風工作 做好檢查工作 采用抽放或局部通風的辦法 有針對性的采取有關技術措施 加強檢測 23 3、人體熱平衡與礦井氣候條件 （ 1）人體熱平衡 新陳代謝是人類生命活動的基本過程之一。人從食物中攝取營養(yǎng)，在體內(nèi)進行緩慢氧化而生成熱量。 熱量： 一部分用來維持人體自身的生理機能活動 一部分用來滿足對外做功的需要 其余部分必須通過散熱的方式排出體外，才能保持人體正常的生理功能。 24 （ 2）人體散熱方式 人體散熱主要是通過皮膚表面與外界的對流、輻射、汗液蒸發(fā)三種方式進行，三種方式的散熱主要取決于空氣溫度、濕度、流速等因素及其組合情況（氣象條件或氣候條件）。 根據(jù)傳熱學原理： 對流散熱：主要取決于周圍空氣的溫度、流速 輻射散熱：主要取決于周圍物體的表面溫度 蒸發(fā)散熱：主要取決于周圍空氣的相對濕度和流速 正常情況下，人體依靠自身的調(diào)節(jié)機能，使產(chǎn)熱量與散熱量之間保持著動平衡，體溫維持在 36.5-37 之間。 25 （ 3）礦井氣候 指礦井空氣的溫度、濕度和流速這三個參數(shù)的綜合作用狀態(tài)。這三個參數(shù)的不同組合，便構(gòu)成了不同的礦井氣候條件。 礦井氣候條件的三參數(shù)是影響人體熱平衡的主要因素。 空氣溫度對人體對流散熱起著主要作用 濕度影響人體蒸發(fā)散熱的效果 風速影響人體的對流散熱和蒸發(fā)散熱的效果。 26 衡量礦井氣候條件的指標 國內(nèi)外衡量礦井氣候條件的指標很多，主要有： 干球溫度 濕球溫度 卡他度 同感溫度 27 礦井氣候條件的安全標準 我國 干球溫度 煤礦、金屬礦采掘工作面： 26 煤礦 機電硐室： 30 世界主要產(chǎn)煤國 俄羅斯 干球溫度 德 國 同感溫度 美 國 同感溫度 英 國 濕球溫度，同感溫度 波 蘭 干球溫度 28 二、礦井空氣主要物理參數(shù) 1、溫度 2、壓力（壓強） 3、密度、比容 4、粘性 5、濕度（絕對濕度，相對濕度） 29 三、風流能量與壓力 能量與壓力是通風工程中兩個重要的基本概念，它們既密切相關又有區(qū)別。 風流之所以能在系統(tǒng)中流動，其根本的原因是系統(tǒng)中存在著促使空氣流動的能量差。 當空氣的能量對外做功有力的表現(xiàn)時，就把它稱為壓力。壓力是可以感測的。因此，壓力可以理解為單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能。 30 壓力的兩種測算基準 根據(jù)壓力的測算基準不同，壓力可分為絕對壓力和相對壓力。 （ 1）絕對壓力：以真空為測算零點 (比較基準 )而測得的壓力稱之為絕對壓力。 （ 2）相對壓力：以當?shù)禺敃r同標高的大氣壓力為測算基準 (零點 )測得的壓力稱之為相對壓力。 31 風流總是從總能量 (機械能 )大的地方流向總能量小的地方。 總能量 (機械能 )：靜壓能；位能；動能 風流的點壓力：指測點的單位體積 (1 m3)空氣所具有的壓力。 在井巷和通風管道中流動的風流的點壓力，就其形成的特征來說，可分為靜壓、動壓和全壓 (風流中某一點的靜壓和動壓之和稱為全壓 )。 在壓入式通風時，系統(tǒng)中任一點的相對全壓恒為正值，所以稱之為正壓通風； 在抽出式通風時，系統(tǒng)內(nèi)任一點的相對全壓恒為負值，故又稱為負壓通風。 32 四、風流流態(tài) 1883年英國物理學家雷諾通過實驗發(fā)現(xiàn)，同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。 當流速較低時，流體質(zhì)點互不混雜，沿著與管軸平行的方向做層狀運動，稱為層流 (或滯流 )。 當流速較大時，流體質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為紊流 (或湍流 )。 33 雷諾曾用各種流體在不同直徑的管路中進行了大量實驗，發(fā)現(xiàn)流體的流動狀態(tài)與平均流速、管道直徑和流體的運動粘性系數(shù)有關。可用一個無因次準數(shù)來判別流體的流動狀態(tài)，這個無因次準數(shù)就叫雷諾數(shù)，用 Re表示。 實驗表明，流體在直圓管內(nèi)流動時， 當 Re2320 時，層流； 當 Re 4000時，紊流； 當 Re=2320 4000時，不穩(wěn)定的過渡區(qū)。 34 在實際工程計算中，為簡便起見，通常以 Re = 2300作為流體流動狀態(tài)的判定準數(shù)，即 Re2300 層流 Re 2300 紊流 煤礦安全規(guī)程 規(guī)定，井巷中最低允許風速為0.15m/s，通過測算，可以得出： 礦井內(nèi)所有通風井巷中的風流均呈紊流狀態(tài)，僅在采空區(qū)、密閉區(qū)、風墻等處滲漏時才有層流流動。 35 第二節(jié) 井巷通風阻力 當空氣沿井巷運動時，由于風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。 井巷通風阻力可分為兩類： 摩擦阻力 局部阻力 36 一、摩擦阻力 (沿程阻力 ) 礦井風流沿程流動過程中因與井巷壁面摩擦及風流內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的能量損失。 摩擦阻力定律 摩擦阻力系數(shù)， 單位： kg/m3 或 Ns2/m4 Rf 摩擦風阻， 單位： kg/m7 或 Ns2/m8 223QRQSLUah ff 37 二、局部阻力 因井巷邊壁條件變化，風流的均勻流動在局部地區(qū)因阻礙物 (巷道斷面突變、巷道彎曲、風流分合、斷面阻塞等 )的影響而被破壞，風流流速大小、方向或分布發(fā)生變化，產(chǎn)生渦流而造成的能量損失。 由于局部阻力所產(chǎn)生風流速度場分布的變化比較復雜性，對局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。 局部阻力定律： Rl 局部風阻 ， kg/m7 或 Ns2/m8 2QRh ll 38 三、礦井總風阻與礦井等積孔 1、井巷阻力特性 在紊流條件下，巷道摩擦阻力和局部阻力均與風量的平方成正比， 摩擦阻力定律和局部阻力定律的綜合，表示井巷通風阻力與風阻、風量之間的關系， 可寫成一般形式， 稱為通風阻力定律： 2RQh 39 井巷的阻力特性曲線 對于特定井巷 ， R為定值 。 用縱坐標表示通風阻力(或壓力 )， 橫坐標表示通過風量 ， 當風阻為 R時 ，則每一風量 Qi值 ， 便有一阻力 hi值與之對應 ， 根據(jù)坐標點 （ Qi, hi） 即可畫出一條拋物線 。 該曲線就叫該井巷的阻力特性曲線 。 風阻 R越大 ， 曲線越陡 。 40 2、礦井總風阻 已知礦井通風總阻力 hRm和礦井總風量 Q，即可求得礦井總風阻： Rm是反映礦井通風難易程度的一個指標。 Rm 越大，礦井通風越困難； 2QhR Rmm 41 3、礦井等積孔 用礦井總風阻來表示礦井通風難易程度，不夠形象，且單位復雜。因此，常用礦井等積孔作為衡量礦井通風難易程度的指標。 RmhQA 19.1mRA19.142 礦井通風難易程度分級 礦井通風難易程度 等積孔 A (m2) 容 易 2 中 等 12 困 難 1 43 四、降低井巷通風阻力措施 （ 1）降低摩擦阻力 選用摩擦阻力系數(shù)小的支護方式，減少摩擦阻力系數(shù)； 保證有足夠大的井巷斷面； 減少巷道長度； 避免巷道內(nèi)風量過于集中，早分風、晚匯合。 （ 2）減少局部阻力 盡量避免井巷斷面的突然擴大或突然縮小，斷面大小懸殊的井巷，其連接處斷面應逐漸變化。 盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎。 主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等。 加強礦井總回風道的維護和管理，對冒頂、片幫和積水處要及時處理。 44 第三節(jié) 通風動力 為保證空氣連續(xù)不斷地流動，就必須有通風動力對空氣做功，使得通風阻力和通風動力相平衡。這種克服通風阻力的能量或壓力叫通風動力。 一、自然風壓 1、自然通風與自然風壓 2、自然風壓的影響因素及變化規(guī)律 影響自然風壓的決定性因素是礦井進回風兩側(cè)空氣柱的密度差，而影響空氣密度又由溫度、大氣壓力、氣體常數(shù)和相對濕度等因素影響。 45 3、自然風壓的控制和利用 自然風壓既是礦井通風的動力，也可能是事故的肇因。因此，自然風壓的控制和利用具有重要意義。 新設計礦井在擬定通風系統(tǒng)時，應充分考慮利用地形和當?shù)貧夂蛱攸c，使在全年大部分時間內(nèi)自然風壓作用的方向與機械通風風壓的方向一致，以便利用自然風壓。 根據(jù)自然風壓的變化規(guī)律，應適時調(diào)整主要通風機的工況點，使其既能滿足礦井通風需要，又可節(jié)約電能。例如在冬季自然風壓幫助機械通風時，可采用減小葉片角度或轉(zhuǎn)速方法降低機械風壓。 在多井口通風的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風壓的變化規(guī)律，防止因自然風壓作用造成某些巷道無風或反向而發(fā)生事故。