第三章礦井通風(fēng)技術(shù)

第三章礦井通風(fēng)技術(shù)利用機(jī)械或自然通風(fēng)動(dòng)力，使地面空氣進(jìn)入井下，并在井巷中作定向和定量地流動(dòng)，最后排出礦井的全過程稱為礦井通風(fēng)主要任務(wù)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(fēng)量；二是有效的稀釋和排除礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的沼氣及其他各種有毒有害氣體，以達(dá)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(zāi)事故；三是給井下工作人員創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境，保證井下風(fēng)流的質(zhì)量（成分、溫度和速度）和數(shù)量符合國家安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，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(zāi)抗災(zāi)能力。

第一節(jié)礦內(nèi)空氣一、礦內(nèi)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(jì)／％按質(zhì)量計(jì)／％氧氣（O2）20.9023.10氮?dú)猓∟2）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(nèi)空氣的主要成分及基本性質(zhì)礦內(nèi)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(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)20-250.6-1.0中度勞動(dòng)30-401.2-2.6重勞動(dòng)40-601.8-2.4極重勞動(dòng)40-802.5-3.1表3－3不同國家關(guān)于風(fēng)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(diǎn)進(jìn)風(fēng)流工作地點(diǎn)行人巷道氧氣濃度（％）1920192.二氧化碳(CO2)1）性質(zhì)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(shí)，會(huì)使氧含量相對地降低，形成缺氧，使人中毒或窒息當(dāng)空氣中CO2濃度達(dá)到5％時(shí)，人就出現(xiàn)耳鳴無力，呼吸困難等現(xiàn)象；達(dá)到10—20％時(shí)，人的呼吸就會(huì)處于停頓狀態(tài)，失去知覺，時(shí)間稍長會(huì)有生命危險(xiǎn)。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(dòng)時(shí)，每人每小時(shí)呼出45—50L二氧化碳)；(2)工程爆破(1kg硝化甘油炸藥爆炸時(shí)，能產(chǎn)生250L二氧化碳)；(3)煤及含碳巖石的氧化；(4)有機(jī)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(zāi)事故時(shí)，也將產(chǎn)生大量的二氧化碳。3.氮?dú)?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?dú)夂吭龃蟮脑颍?)有機(jī)物質(zhì)的腐爛；2)爆破工作（1kg的硝化甘油炸藥爆炸時(shí)能產(chǎn)生135L的N2)；3)天然的氮?dú)鈴拿?、巖裂隙中涌出。二、礦內(nèi)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(nèi)空氣有害氣體的性質(zhì)、來源及危害氣體名稱基本性質(zhì)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(shí)會(huì)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(shí)會(huì)相對降低空氣中的氧含量，使人窒息；當(dāng)濃度在5％～16％之間時(shí)，遇高溫能爆炸濃度為43％時(shí),呼吸困難，氣喘，濃度為57％時(shí)，時(shí)間稍長即死亡。見《規(guī)程》有關(guān)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(zāi)；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(jìn)入人體后使血液中毒，阻礙了氧和血色素的正常結(jié)合，使人體缺氧引起窒息和死亡，濃度在13％～75％之間時(shí)遇高溫能爆炸輕微中毒：（濃度為0.048％時(shí)，1h內(nèi)）耳鳴頭痛、心跳；嚴(yán)重中毒：（濃度為0.128％時(shí)，0.5～1h內(nèi)）四肢無力，嘔吐，喪失勞動(dòng)能力；致命中毒：（濃度0.4％，短時(shí)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(diǎn)。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(chǎn)生一氧化氮，因其極不穩(wěn)定，遇空氣中的氧即轉(zhuǎn)化為二氧化氮有強(qiáng)烈毒性，能和水結(jié)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(qiáng)烈的刺激作用。濃度為0.006％時(shí)，咳嗽、胸部發(fā)痛；濃度為0.01％時(shí)，劇烈咳嗽、嘔吐、神經(jīng)系統(tǒng)麻木；濃度為0.025％時(shí)，短時(shí)間內(nèi)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(shí)間才能出現(xiàn)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(jī)物腐爛、含硫礦物水解爆破工作，煤巖體中放出有強(qiáng)烈毒性，能使人的血液中毒，對眼睛粘膜和呼吸系統(tǒng)有強(qiáng)烈刺激作用，濃度在4.3％～45％之間時(shí)能爆炸濃度為0.01％時(shí)流唾液和清水鼻涕，呼吸困難；濃度為0.02％時(shí)眼、鼻、喉受強(qiáng)烈刺激，頭痛、嘔吐、四肢無力；濃度為0.05％時(shí)，0.5h，人失去知覺、痙攣、死亡。0.00066二氧化硫SO2無色、有強(qiáng)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(jìn)行爆破工作，煤巖體放出；硫化礦塵爆炸有強(qiáng)烈毒性，當(dāng)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(qiáng)烈腐蝕作用，使喉嚨和支氣管發(fā)炎，呼吸麻痹，嚴(yán)重時(shí)引起肺水腫濃度為0.002％時(shí)，引起眼睛紅腫、流淚、咳嗽、喉痛；濃度為0.005％時(shí)，引起急性支氣管炎、肺水腫、并在短時(shí)間死亡。由于二氧化硫?qū)ρ劬昂粑鞴儆袕?qiáng)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?qū)θ梭w熱平衡的影響空氣溫度相對濕度風(fēng)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(fēng)強(qiáng)度8）其他因素等1)在進(jìn)風(fēng)路線上冬暖夏涼的現(xiàn)象。2)在整個(gè)風(fēng)流路線上，回采工作面一般是氣溫最高的區(qū)段

3)在回風(fēng)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(shù)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?jǐn)?shù)，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(jìn)風(fēng)路線上有冬干夏溫的現(xiàn)象。相對濕度φ值在50％一60％較為適宜。

（四）井巷斷面上的風(fēng)速分布及測定風(fēng)速是指風(fēng)流單位時(shí)間內(nèi)流過的距離。

表3—6各類井巷的最低、最高允許風(fēng)速井巷名稱允許風(fēng)速/（m/s）最低最高無提升設(shè)備的風(fēng)井和風(fēng)硐15專為升降物料的井筒12風(fēng)橋10升降人員和物料的井筒8主要進(jìn)、回風(fēng)巷8架線電機(jī)車巷道1.08運(yùn)輸機(jī)巷，采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷0.256采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷0.254掘進(jìn)中的巖巷0.154其它通風(fēng)行人巷道0.151.巷道斷面上的風(fēng)速分布2.風(fēng)速測定的儀表及方法1）機(jī)械葉輪式風(fēng)速計(jì)原理與結(jié)構(gòu)圖3-4葉輪式風(fēng)表（a）杯式風(fēng)表（b）葉輪式風(fēng)表1-杯旋；2-計(jì)數(shù)器；3-啟動(dòng)桿；4-計(jì)時(shí)指針；5-表把；6-葉輪；7-蝸桿軸；8-計(jì)數(shù)器；9-開關(guān)；10-回零壓桿；11-外殼圖3-5風(fēng)表校正曲線圖（五）衡量礦井氣候條件的指標(biāo)（六）改善礦井氣候的主要措施1.加大風(fēng)量2.加強(qiáng)頂板管理3.改進(jìn)通風(fēng)方式4.其他措施第三節(jié)礦井通風(fēng)一、礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)井口進(jìn)入礦井后，經(jīng)過井下各用風(fēng)場所，然后從回風(fēng)井排出礦井，風(fēng)流所經(jīng)過的整個(gè)路線及其配套的通風(fēng)設(shè)施稱為礦井通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)包括礦井通風(fēng)方式、通風(fēng)方法、通風(fēng)網(wǎng)路和通風(fēng)設(shè)施。

通風(fēng)方式：進(jìn)風(fēng)井和出風(fēng)井的布置方式，可分為中央式、對角式和混合式三類。

通風(fēng)方法：可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種，根據(jù)礦井主要通風(fēng)機(jī)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(fēng)網(wǎng)路：采區(qū)或礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)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(fēng)網(wǎng)路圖。它是分析、研究采區(qū)或礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理性、解算網(wǎng)路、改善通風(fēng)管理等的基礎(chǔ)資料；

通風(fēng)設(shè)施：引導(dǎo)、隔斷和控制風(fēng)流，保證風(fēng)流按照需要，定向、定量地流動(dòng)的設(shè)施。（一）礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇的基本原則和要求二、礦井通風(fēng)方式按進(jìn)、回風(fēng)井在井田內(nèi)的位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)分為中央式、對角式、分區(qū)式及混合式數(shù)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(fēng)系統(tǒng)（二）對角式

進(jìn)、回風(fēng)井分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式

進(jìn)風(fēng)井位于井田中央、回風(fēng)井設(shè)在兩翼，稱為兩翼對角式(圖3—9)圖3-9兩翼對角式通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)圖3-11分區(qū)壓入式通風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)壓入式通風(fēng)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(diǎn)是進(jìn)、出風(fēng)井的數(shù)量較多，通風(fēng)能力大，布置較靈活，適應(yīng)于井田范圍大，地質(zhì)和地表地形復(fù)雜，產(chǎn)量大、瓦斯涌出量大的礦井。（五）礦井通風(fēng)方式的比較中央并列式的優(yōu)點(diǎn)：初期開拓工程量小，投資少，投產(chǎn)快；地面建筑集中，便于管理。兩個(gè)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(shí)現(xiàn)礦井反風(fēng)。中央并列式的缺點(diǎn)：礦井通風(fēng)路線是折返的，因此風(fēng)路較長，阻力較大，而且風(fēng)壓不穩(wěn)定，通風(fēng)機(jī)效率低，電能消耗大；由于進(jìn)、出風(fēng)井距離太近，特別是井底漏風(fēng)較大，容易造成風(fēng)流短路；安全出口少。中央邊界式的優(yōu)缺點(diǎn)與中央并列式的優(yōu)缺點(diǎn)相反。對角式的優(yōu)缺點(diǎn)亦與中央并列式的優(yōu)缺點(diǎn)相反。（六）采場通風(fēng)方式和回采巷道布置（a）U型通風(fēng)方式（b）Z型通風(fēng)方式（c）Y型通風(fēng)方式（d）H型通風(fēng)方式（e）W型通風(fēng)方式工作面通風(fēng)方式和特點(diǎn)

一進(jìn)一回的工作面通風(fēng)系統(tǒng)（U型、Z型）

U型后退：工作面進(jìn)、回風(fēng)巷布置在煤體側(cè)，在我國應(yīng)用普遍。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡單、可靠、漏風(fēng)小。

缺點(diǎn)：上隅角瓦斯易超限，巷道掘進(jìn)提前量大。

U型前進(jìn)：工作面進(jìn)、回風(fēng)巷布置在采空區(qū)側(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：巷道掘進(jìn)獨(dú)頭通風(fēng)長度短，巷道掘進(jìn)提前量小，采空區(qū)瓦斯不進(jìn)入工作面。

缺點(diǎn)：漏風(fēng)大，掘進(jìn)對回采有干擾，進(jìn)回風(fēng)巷維護(hù)困難。前進(jìn)式

U型

后退式

Z型后退：工作面進(jìn)風(fēng)巷布置在煤體側(cè)，回風(fēng)巷布置在采空區(qū)側(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：采空區(qū)瓦斯不進(jìn)入工作面。

缺點(diǎn)：漏風(fēng)大，回風(fēng)巷維護(hù)困難。

Z型前進(jìn)：工作面進(jìn)風(fēng)巷布置在采空區(qū)側(cè)，回風(fēng)巷布置在煤體側(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：巷道掘進(jìn)提前量較小。

缺點(diǎn)：采空區(qū)瓦斯進(jìn)入工作面，漏風(fēng)大，進(jìn)風(fēng)巷維護(hù)困難。后退式前進(jìn)式Z型

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

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

后退式前進(jìn)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(cè)（前進(jìn)式）或煤體側(cè)（后退式）三條巷道相聯(lián)，其中選擇二條巷道進(jìn)（回）風(fēng)，一條巷道回（進(jìn)）風(fēng)。

后退式前進(jìn)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(cè)（前進(jìn)式）或煤體側(cè)（后退式）三條巷道相聯(lián)，其中選擇二條巷道進(jìn)（回）風(fēng)，一條巷道回（進(jìn)）風(fēng)。

型W

雙Z型系統(tǒng)

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

雙型Z兩進(jìn)兩回的工作面通風(fēng)系統(tǒng)（H型系統(tǒng)）

工作面兩端分別與貫通煤體側(cè)和采區(qū)側(cè)的兩條巷道相聯(lián)，形成兩條進(jìn)風(fēng)巷、兩條回風(fēng)巷的通風(fēng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是工作面風(fēng)量大，減少采空區(qū)工作面的瓦斯涌出量。H型三、礦井通風(fēng)方法根據(jù)風(fēng)流獲得的動(dòng)力來源不同，可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)2種

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

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

3.重視自然風(fēng)壓對機(jī)械通風(fēng)礦井的影響

對于某些深度不太大而通風(fēng)能力較弱的礦井，夏季的自然風(fēng)壓可能變?yōu)樨?fù)值，甚至?xí)霈F(xiàn)風(fēng)流的反向，這在通風(fēng)管理工作中應(yīng)給予充分重視，特別是高瓦斯礦井尤應(yīng)注意，否則，可能造成嚴(yán)重的后果。（二）機(jī)械通風(fēng)

利用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)給空氣一定的能量，造成通風(fēng)壓力以克服礦井通風(fēng)阻力，使地面空氣不斷地進(jìn)入井下，沿著預(yù)定路線流動(dòng)，然后將污風(fēng)再排出井外的通風(fēng)方法叫機(jī)械通風(fēng)。

通風(fēng)機(jī)種類:根據(jù)其構(gòu)造不同可分為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)兩類；按服務(wù)范圍不同可分為主要通風(fēng)機(jī)、輔助通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)。

根據(jù)礦井主要通風(fēng)機(jī)的工作方式及安裝地點(diǎn)又可以將礦井通風(fēng)方法分為抽出式、壓入式和抽壓聯(lián)合式三種

圖3－14壓入式通風(fēng)圖3－15抽出式通風(fēng)圖3－14壓入式通風(fēng)圖3－15抽出式通風(fēng)1.壓入式壓入式通風(fēng)是把主通風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)風(fēng)井口附近，利用風(fēng)硐使之與進(jìn)風(fēng)井筒連通。

2.抽出式主要通風(fēng)機(jī)安設(shè)在回風(fēng)井口。

3.壓抽混合式在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機(jī)作壓入式工作，回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機(jī)作抽出式工作，通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)部分處于正壓，回風(fēng)部分處于負(fù)壓，工作面大致處于中間，其正壓或負(fù)壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小，

四、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)礦井風(fēng)流流經(jīng)各個(gè)巷道和工作面，構(gòu)成復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)路系統(tǒng)，簡稱風(fēng)網(wǎng)

（一）風(fēng)網(wǎng)的形式1.