第三章礦井通風技術

第三章礦井通風技術利用機械或自然通風動力，使地面空氣進入井下，并在井巷中作定向和定量地流動，最后排出礦井的全過程稱為礦井通風主要任務一是要供給井下足夠的新鮮空氣，滿足井下工作人員呼吸所必須的新鮮風量；二是有效的稀釋和排除礦井生產過程中產生的沼氣及其他各種有毒有害氣體，以達到允許的濃度，保證礦井空氣的清潔度，并有效防止瓦斯、煤塵爆炸及礦井火災事故；三是給井下工作人員創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境，保證井下風流的質量（成分、溫度和速度）和數量符合國家安全衛(wèi)生標準，以保障井下人員身體健康和生命安全；四是全面提高礦井的防災抗災能力。

第一節(jié)礦內空氣一、礦內空氣的主要成份（一）地面空氣的組成表3－1干空氣的組成成分表氣體成分按體積計／％按質量計／％氧氣（O2）20.9023.10氮氣（N2）78.1375.55二氧化碳（CO2）0.030.05氬氣（Ar）0.931.29其他氣體0.010.01（二）礦內空氣的主要成分及基本性質礦內空氣的主要成分是氧、氮和二氧化碳，而氮為惰性氣體，在井下變化很小1.氧氣(O2)氧氣為無色、無味、無臭的氣體，比重為1.1表3－2人體輸氧量與勞動強度的關系勞動強度呼吸空氣量（L/min）氧氣消耗量（L/min）休息6-150.2－0.4輕勞動20-250.6-1.0中度勞動30-401.2-2.6重勞動40-601.8-2.4極重勞動40-802.5-3.1表3－3不同國家關于風流中氧氣濃度的規(guī)定國家或組織國際勞工局俄羅斯、德國美國、日本地點進風流工作地點行人巷道氧氣濃度（％）1920192.二氧化碳(CO2)1）性質二氧化碳是無色、略帶酸味的氣體，相對空氣的密度為1.52，約為空氣密度的l.5倍，是一種較重的氣體，很難與空氣均勻混合，所以二氧化碳也有“重氣”之稱。二氧化碳易溶于水，不助燃，也不能供人呼吸，略有毒性，對眼、鼻、喉粘膜有刺激作用2）對人體的危害二氧化碳濃度過大時，會使氧含量相對地降低，形成缺氧，使人中毒或窒息當空氣中CO2濃度達到5％時，人就出現耳鳴無力，呼吸困難等現象；達到10—20％時，人的呼吸就會處于停頓狀態(tài)，失去知覺，時間稍長會有生命危險。二氧化碳對人體的呼吸有刺激作用

3）二氧化碳的來源(1)人的呼吸(勞動時，每人每小時呼出45—50L二氧化碳)；(2)工程爆破(1kg硝化甘油炸藥爆炸時，能產生250L二氧化碳)；(3)煤及含碳巖石的氧化；(4)有機物的氧化(如坑木腐朽)；(5)煤、巖層裂隙中自由放出；(6)礦井發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸和火災事故時，也將產生大量的二氧化碳。3.氮氣(N2)氮是一種無色、無味、無臭的氣體，相對空氣的密度為0.97，它本身無毒、不助燃，也不供人呼吸。礦井空氣中氮氣含量增大的原因：1)有機物質的腐爛；2)爆破工作（1kg的硝化甘油炸藥爆炸時能產生135L的N2)；3)天然的氮氣從煤、巖裂隙中涌出。二、礦內空氣中的主要有毒有害氣體一氧化碳CO、硫化氫H2S、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2和瓦斯等，還有二氧化碳CO2、氫氣H2和氨氣NH3等。表3—4礦內空氣有害氣體的性質、來源及危害氣體名稱基本性質主要來源危害性中毒癥狀最高允許濃度色味臭相對空氣的密度溶水性燃燒爆炸性瓦斯CH4無色、無味、無臭、但有時會發(fā)出一種類似蘋果香的特殊氣味0.554難溶于水不助燃、有燃燒爆炸性從煤層或巖層種涌出雖無毒，但濃度較高時會相對降低空氣中的氧含量，使人窒息；當濃度在5％～16％之間時，遇高溫能爆炸濃度為43％時,呼吸困難，氣喘，濃度為57％時，時間稍長即死亡。見《規(guī)程》有關規(guī)定一氧化碳CO無色、無味、無臭0.97微溶于水不助燃、有燃燒爆炸性爆破工作、井下火災；瓦斯、煤塵爆炸極毒，一氧化碳與血色素的親和力比氧與血色素的親和力大250～300倍，一氧化碳進入人體后使血液中毒，阻礙了氧和血色素的正常結合，使人體缺氧引起窒息和死亡，濃度在13％～75％之間時遇高溫能爆炸輕微中毒：（濃度為0.048％時，1h內）耳鳴頭痛、心跳；嚴重中毒：（濃度為0.128％時，0.5～1h內）四肢無力，嘔吐，喪失勞動能力；致命中毒：（濃度0.4％，短時間）喪失知覺，痙攣，呼吸停頓，假死。一氧化碳中毒的顯著特征是嘴唇呈桃紅色，兩頰有紅斑點。0.024二氧化氮NO2紅褐色1.57極易溶于水不助燃、有燃燒爆炸性爆破工作。通常爆破后產生一氧化氮，因其極不穩(wěn)定，遇空氣中的氧即轉化為二氧化氮有強烈毒性，能和水結合形成硝酸，對肺組織起破壞作用，造成肺部浮腫，對眼睛、鼻腔、呼吸道等有強烈的刺激作用。濃度為0.006％時，咳嗽、胸部發(fā)痛；濃度為0.01％時，劇烈咳嗽、嘔吐、神經系統(tǒng)麻木；濃度為0.025％時，短時間內即可中毒死亡。二氧化氮中毒具有潛伏期，中毒后6h甚至更長時間才能出現中毒征兆。有手指尖及頭發(fā)變黃，吐出淡黃色痰液等特征。0.00025硫化氫H2S無色、稍甜、有臭雞蛋味1.19易溶于水不助燃、無燃燒爆炸性有機物腐爛、含硫礦物水解爆破工作，煤巖體中放出有強烈毒性，能使人的血液中毒，對眼睛粘膜和呼吸系統(tǒng)有強烈刺激作用，濃度在4.3％～45％之間時能爆炸濃度為0.01％時流唾液和清水鼻涕，呼吸困難；濃度為0.02％時眼、鼻、喉受強烈刺激，頭痛、嘔吐、四肢無力；濃度為0.05％時，0.5h，人失去知覺、痙攣、死亡。0.00066二氧化硫SO2無色、有強烈硫磺燃燒味2.20易溶于水不助燃、無燃燒爆炸性含硫礦物氧化及自燃；在含硫礦層中進行爆破工作，煤巖體放出；硫化礦塵爆炸有強烈毒性，當與眼睛、呼吸道的濕表面接觸后能形成硫酸，對眼睛及呼吸道有強烈腐蝕作用，使喉嚨和支氣管發(fā)炎，呼吸麻痹，嚴重時引起肺水腫濃度為0.002％時，引起眼睛紅腫、流淚、咳嗽、喉痛；濃度為0.005％時，引起急性支氣管炎、肺水腫、并在短時間死亡。由于二氧化硫對眼睛及呼吸器官有強烈的刺激作用，故煤礦工人稱之為“眼睛氣體”。0.0005第二節(jié)、礦井氣候條件（一）礦井氣候對人體熱平衡的影響空氣溫度相對濕度風速（二）礦井空氣溫度1.影響礦井空氣溫度的因素1）巖層溫度2）地面空氣溫度3）氧化生熱4）水分蒸發(fā)吸熱5）空氣的壓縮與膨脹6）地下水7）通風強度8）其他因素等1)在進風路線上冬暖夏涼的現象。2)在整個風流路線上，回采工作面一般是氣溫最高的區(qū)段

3)在回風路線上，氣溫略有下降，但基本上常年變化不大。2.礦井空氣溫度的變化規(guī)律（二）礦井空氣的濕度1.濕度的概念空氣的濕度是指空氣中所含水蒸氣數量的多少

1）絕對濕度絕對濕度是指單位體積空氣中所含水蒸氣的量，用f表示，單位是g／m3。2）相對濕度相對濕度是指單位體積空氣中所含水蒸氣的量(f)／與同溫度下飽和水蒸氣量()之比的百分數，用公式表示如下：——相對濕度，％；——空氣中所含水蒸氣量（即絕對濕度），g/m3；——同溫度下的空氣飽和水蒸氣量，g/m3；2.井下相對濕度的測定方法3.礦井空氣濕度的變化規(guī)律3.礦井空氣濕度的變化規(guī)1）礦井空氣的濕度是隨著地面空氣濕度和井下滴水情況的不同而變化。2)在一般情況下，在礦井進風路線上有冬干夏溫的現象。相對濕度φ值在50％一60％較為適宜。

（四）井巷斷面上的風速分布及測定風速是指風流單位時間內流過的距離。

表3—6各類井巷的最低、最高允許風速井巷名稱允許風速/（m/s）最低最高無提升設備的風井和風硐15專為升降物料的井筒12風橋10升降人員和物料的井筒8主要進、回風巷8架線電機車巷道1.08運輸機巷，采區(qū)進、回風巷0.256采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進中的巖巷0.154其它通風行人巷道0.151.巷道斷面上的風速分布2.風速測定的儀表及方法1）機械葉輪式風速計原理與結構圖3-4葉輪式風表（a）杯式風表（b）葉輪式風表1-杯旋；2-計數器；3-啟動桿；4-計時指針；5-表把；6-葉輪；7-蝸桿軸；8-計數器；9-開關；10-回零壓桿；11-外殼圖3-5風表校正曲線圖（五）衡量礦井氣候條件的指標（六）改善礦井氣候的主要措施1.加大風量2.加強頂板管理3.改進通風方式4.其他措施第三節(jié)礦井通風一、礦井通風系統(tǒng)風流由進風井口進入礦井后，經過井下各用風場所，然后從回風井排出礦井，風流所經過的整個路線及其配套的通風設施稱為礦井通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)包括礦井通風方式、通風方法、通風網路和通風設施。

通風方式：進風井和出風井的布置方式，可分為中央式、對角式和混合式三類。

通風方法：可分為自然通風和機械通風兩種，根據礦井主要通風機的工作方法，可分為抽出式、壓入式和壓抽混合式等三種；

通風網路：采區(qū)或礦井通風系統(tǒng)中風路的連接形式，通常用不按比例的單線條示意圖來表示，這叫做通風網路圖。它是分析、研究采區(qū)或礦井通風系統(tǒng)合理性、解算網路、改善通風管理等的基礎資料；

通風設施：引導、隔斷和控制風流，保證風流按照需要，定向、定量地流動的設施。（一）礦井通風系統(tǒng)設計與選擇的基本原則和要求二、礦井通風方式按進、回風井在井田內的位置不同，通風系統(tǒng)分為中央式、對角式、分區(qū)式及混合式數種。（一）中央式

1.中央并列式(圖3-6)

2.中央邊界式(圖3-8)圖3-8中央邊界式通風系統(tǒng)（二）對角式

進、回風井分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式

進風井位于井田中央、回風井設在兩翼，稱為兩翼對角式(圖3—9)圖3-9兩翼對角式通風系統(tǒng)（三）分區(qū)式(或稱分區(qū)對角式)

圖3-10分區(qū)抽出式通風系統(tǒng)圖3-11分區(qū)壓入式通風系統(tǒng)分區(qū)壓入式通風系統(tǒng)（四）混合式中央分列與兩翼對角混合式、中央并列與兩翼對角混合式等

其特點是進、出風井的數量較多，通風能力大，布置較靈活，適應于井田范圍大，地質和地表地形復雜，產量大、瓦斯涌出量大的礦井。（五）礦井通風方式的比較中央并列式的優(yōu)點：初期開拓工程量小，投資少，投產快；地面建筑集中，便于管理。兩個井筒集中布置，便于開掘，井筒延深工作方便，井筒安全煤柱少，易于實現礦井反風。中央并列式的缺點：礦井通風路線是折返的，因此風路較長，阻力較大，而且風壓不穩(wěn)定，通風機效率低，電能消耗大；由于進、出風井距離太近，特別是井底漏風較大，容易造成風流短路；安全出口少。中央邊界式的優(yōu)缺點與中央并列式的優(yōu)缺點相反。對角式的優(yōu)缺點亦與中央并列式的優(yōu)缺點相反。（六）采場通風方式和回采巷道布置（a）U型通風方式（b）Z型通風方式（c）Y型通風方式（d）H型通風方式（e）W型通風方式工作面通風方式和特點

一進一回的工作面通風系統(tǒng)（U型、Z型）

U型后退：工作面進、回風巷布置在煤體側，在我國應用普遍。

優(yōu)點：系統(tǒng)簡單、可靠、漏風小。

缺點：上隅角瓦斯易超限，巷道掘進提前量大。

U型前進：工作面進、回風巷布置在采空區(qū)側。

優(yōu)點：巷道掘進獨頭通風長度短，巷道掘進提前量小，采空區(qū)瓦斯不進入工作面。

缺點：漏風大，掘進對回采有干擾，進回風巷維護困難。前進式

U型

后退式

Z型后退：工作面進風巷布置在煤體側，回風巷布置在采空區(qū)側。

優(yōu)點：采空區(qū)瓦斯不進入工作面。

缺點：漏風大，回風巷維護困難。

Z型前進：工作面進風巷布置在采空區(qū)側，回風巷布置在煤體側。

優(yōu)點：巷道掘進提前量較小。

缺點：采空區(qū)瓦斯進入工作面，漏風大，進風巷維護困難。后退式前進式Z型

兩進一回或一進兩回的工作面通風系統(tǒng)（Y型、W型、雙Z型）用于增加采區(qū)工作面的風量，減少上隅角瓦斯積聚。

Y型系統(tǒng)工作面兩端巷道均進風，其中一條越過工作面后成為回風巷，通往采區(qū)邊界的回風巷。

后退式前進式型YW型系統(tǒng)工作面兩端及中部分別與位于采空區(qū)側（前進式）或煤體側（后退式）三條巷道相聯，其中選擇二條巷道進（回）風，一條巷道回（進）風。

后退式前進式型YW型系統(tǒng)工作面兩端及中部分別與位于采空區(qū)側（前進式）或煤體側（后退式）三條巷道相聯，其中選擇二條巷道進（回）風，一條巷道回（進）風。

型W

雙Z型系統(tǒng)

工作面兩端與位于采空區(qū)側（前進式）或煤體側（后退式）的二條進風巷道相聯，工作面中部與位于煤體側（前進式）或采空區(qū)側（后退式）的一條回風巷道相聯。

雙型Z兩進兩回的工作面通風系統(tǒng)（H型系統(tǒng)）

工作面兩端分別與貫通煤體側和采區(qū)側的兩條巷道相聯，形成兩條進風巷、兩條回風巷的通風系統(tǒng)。其特點是工作面風量大，減少采空區(qū)工作面的瓦斯涌出量。H型三、礦井通風方法根據風流獲得的動力來源不同，可分為自然通風和機械通風2種

圖3-13自然通風系統(tǒng)1—平硐；2—立井（一）自然通風利用自然因素產生的風壓（即自然風壓）作為通風動力，致使空氣在井巷中流動的通風方法叫做自然通風。1.自然風壓的產生由自然因素產生的風壓．我們稱之為自然風壓2.自然風壓的特性1)自然風壓的大小和方向隨季節(jié)氣候變化而變化，風量不穩(wěn)定，風向也改變。2)機械通風礦井，自然風壓仍然存在，其大小受進風量的影響而略有變化，即隨進風量的增加而增大。3)自然風壓的大小隨礦井開采深度的加深而增大。自然風壓的大小按下式計算：

（3-6）式中：Z——礦井開采深度，m；出風井側空氣的平均密度，kg/m3；進風井側空氣的平均密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

3.重視自然風壓對機械通風礦井的影響

對于某些深度不太大而通風能力較弱的礦井，夏季的自然風壓可能變?yōu)樨撝?，甚至會出現風流的反向，這在通風管理工作中應給予充分重視，特別是高瓦斯礦井尤應注意，否則，可能造成嚴重的后果。（二）機械通風

利用通風機的運轉給空氣一定的能量，造成通風壓力以克服礦井通風阻力，使地面空氣不斷地進入井下，沿著預定路線流動，然后將污風再排出井外的通風方法叫機械通風。

通風機種類:根據其構造不同可分為離心式通風機和軸流式通風機兩類；按服務范圍不同可分為主要通風機、輔助通風機和局部通風機。

根據礦井主要通風機的工作方式及安裝地點又可以將礦井通風方法分為抽出式、壓入式和抽壓聯合式三種

圖3－14壓入式通風圖3－15抽出式通風圖3－14壓入式通風圖3－15抽出式通風1.壓入式壓入式通風是把主通風機安裝在進風井口附近，利用風硐使之與進風井筒連通。

2.抽出式主要通風機安設在回風井口。

3.壓抽混合式在入風井口設一風機作壓入式工作，回風井口設一風機作抽出式工作，通風系統(tǒng)的進風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間，其正壓或負壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風因而較小，

四、礦井通風網絡礦井風流流經各個巷道和工作面，構成復雜的通風網路系統(tǒng)，簡稱風網

（一）風網的形式1.