煤礦安全新技術(shù)第一章 概述礦井通風(fēng)是礦井安全生產(chǎn)的基本保障。礦井通風(fēng)指借助于機械或自然風(fēng)壓，向井下各用風(fēng)點連續(xù)輸送適量的新鮮空氣，供給人員呼吸，稀釋并排出各種有害氣體和浮塵，以降低環(huán)境溫度，創(chuàng)造良好的氣候條件，并在發(fā)生災(zāi)變時能夠根據(jù)撤人救災(zāi)的需要調(diào)節(jié)和控制風(fēng)流流動路線的作業(yè)。20世紀80年代以來，隨著煤礦機械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支護的改革，電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，我國礦井通風(fēng)技術(shù)有了長足的進步，通風(fēng)管理日益規(guī)范化、系列化、制度化，通風(fēng)新技術(shù)和新裝備愈來愈多地投人應(yīng)用。以低耗、高效、安全為準則的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造在許多煤礦得以實施，使其能夠更好地為高產(chǎn)、高效、安全的集約化生產(chǎn)提供安全保障。第一節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造礦井通風(fēng)系統(tǒng)是向礦井各用風(fēng)點供給新鮮空氣、排出污風(fēng)的通風(fēng)方式(進回風(fēng)井布置的方式一中央式、對角式、混合式)、通風(fēng)方法(抽出式、壓人式、抽壓混合式)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)(由風(fēng)流流經(jīng)的巷道及相關(guān)設(shè)施組成)和通風(fēng)控制設(shè)施(通風(fēng)構(gòu)筑物)的總稱。近年來，為適應(yīng)綜合機械化采煤的要求，原煤炭工業(yè)部在總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗，借鑒國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上于1984頒發(fā)了關(guān)于改革礦井開拓部署的若干技術(shù)規(guī)定，作為新井建設(shè)、生產(chǎn)礦井技術(shù)改造和開拓延深的依據(jù)。為適應(yīng)生產(chǎn)集約化，開采深度增加、瓦斯涌出量大的情況，以“針對現(xiàn)實、著眼長遠、因地制宜、對癥下藥、綜合治理、節(jié)能增風(fēng)”為指導(dǎo)思想，對數(shù)百對國有煤礦進行了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，配合生產(chǎn)礦井井田合并、開采范圍擴大和儲量增多等改擴建工作。這類通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造主要有以下幾個方面內(nèi)容。一、通風(fēng)方式的改革根據(jù)礦井的特點和需要，把中央式通風(fēng)演變?yōu)橹醒胍粚鞘交旌贤L(fēng)系統(tǒng)。為適應(yīng)綜采集約化生產(chǎn)，工作面單產(chǎn)超過1Mta的要求，對礦井采用分區(qū)域開拓。因此，形成區(qū)域式通風(fēng)系統(tǒng)，即每個區(qū)域均有一組進、回風(fēng)井，各個區(qū)域采用相對獨立的通風(fēng)技術(shù)。它具有通風(fēng)線路短、風(fēng)阻小、區(qū)域間干擾小、安全性好，便于選擇主要通風(fēng)機，使其實現(xiàn)高效節(jié)能的特點，提高了礦井的通風(fēng)能力和抗災(zāi)能力，適用于特大型礦井或因地質(zhì)條件須把井田劃為若干獨立生產(chǎn)區(qū)域的礦井?？傊?，新建大型礦井通風(fēng)系統(tǒng)以對角式、分區(qū)式為主，改擴建的生產(chǎn)礦井以混合式為主，表1-1-1表示我國大型煤礦各類通風(fēng)方式分布狀況。二、主要通風(fēng)機的經(jīng)濟運行能力的提高為提高主要通風(fēng)機的經(jīng)濟運行能力，主要開展了以下工作。(1)為適應(yīng)通風(fēng)系統(tǒng)的變化和生產(chǎn)集約化的要求，20世紀80年代以來，我國相繼出現(xiàn)2K60系列和GAF系列的軸流式風(fēng)機和G4-73與K4-73系列的離心式風(fēng)機。20世紀90年代，依托于國家“八五”關(guān)項目，研制出FD型的對旋式風(fēng)機。該系列風(fēng)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(guān)項目中，無駝峰式軸流風(fēng)機的研制成功增大了通風(fēng)機的穩(wěn)定工作區(qū)域。(2)研制出離心式風(fēng)機的調(diào)速裝置，如可控硅調(diào)速、液力偶合器和變頻調(diào)速裝置。(3)加強了通風(fēng)機及其附屬裝置管理，減少風(fēng)硐、風(fēng)機內(nèi)部以及擴散塔的阻力損失和漏風(fēng)，提高了通風(fēng)機運行效率。在生產(chǎn)礦井進行老、舊機的運行狀態(tài)改造中，主要查明了通風(fēng)機特性與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻特性匹配差，主要通風(fēng)機選型偏大，風(fēng)機轉(zhuǎn)速偏高，電機容量偏大，使風(fēng)機長期處于低效區(qū)運行等問題，提出一整套風(fēng)機經(jīng)濟運行的辦法，對老、舊風(fēng)機進行多種方法的技術(shù)改造，如采取更換機芯、改造葉輪和葉片等辦法提高風(fēng)機運行效率。三、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化布置優(yōu)化采區(qū)和工作面的通風(fēng)布置，能有效提高通風(fēng)能力和排出瓦斯的效果。隨著集約化生產(chǎn)和礦井向深部發(fā)展，采區(qū)和采煤工作面的絕對瓦斯涌出量劇增，要求采區(qū)和采煤工作面的通風(fēng)能力迅速增大。在采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)布置方面，出現(xiàn)了3條上山的布置方式，采區(qū)內(nèi)有了獨立的進風(fēng)和回風(fēng)上山，利于采區(qū)內(nèi)采煤工作面和掘進工作面的獨立通風(fēng)，提高了采區(qū)的通風(fēng)能力和風(fēng)流的穩(wěn)定性，也為保證采區(qū)的局部反風(fēng)和作業(yè)人員的安全脫險提供了有利條件。在采煤工作面的通風(fēng)布置方面，在常規(guī)的U型通風(fēng)布置的基礎(chǔ)上，提出了UL型方式(或稱尾巷布置方式)，改變了采空區(qū)的流場分布，較有效地防止了采煤工作面隅角瓦斯積聚，促進了采空區(qū)瓦斯的排放。為了防止專用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通風(fēng)布置方式，單獨供應(yīng)新鮮風(fēng)流直接稀釋采空區(qū)涌出的瓦斯。此外，還采用了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(fēng)效果，大大地改善了采煤工作面的通風(fēng)條件，保證了安全回采。四、新型通風(fēng)設(shè)施的使用為適應(yīng)礦井災(zāi)變時期風(fēng)流控制的需要，研制出能在地面利用礦井環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)或遠程控制系統(tǒng)操縱井下主要風(fēng)門的自動系統(tǒng)，解決了災(zāi)變時期，當(dāng)?shù)V工和救護人員難以到達災(zāi)區(qū)和煙流入侵區(qū)域而按救災(zāi)要求必須開啟或關(guān)閉風(fēng)門的難題。第二節(jié) 礦井通風(fēng)裝備和儀器儀表的改進一、礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的建立20世紀80年代以來，在全國范圍內(nèi)，大中型礦井已普遍建立起礦井環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)。對重點區(qū)域的通風(fēng)參數(shù)和有害氣體濃度的連續(xù)監(jiān)測，對于及時連續(xù)了解通風(fēng)系統(tǒng)的變化，發(fā)現(xiàn)事故隱患，進行災(zāi)變預(yù)警和救災(zāi)工作有重要意義。在實際應(yīng)用中，它對提高礦井安全生產(chǎn)水平和抗災(zāi)能力發(fā)揮了重要作用。二、掘進通風(fēng)裝備系列化掘進巷道的通風(fēng)受環(huán)境條件和生產(chǎn)影響大，其可靠性差，常由于局部通風(fēng)機的停電和風(fēng)筒的破損，造成掘進巷道內(nèi)無風(fēng)或風(fēng)量不足而引起瓦斯積聚，是瓦斯爆炸的多發(fā)地區(qū)。為了對掘進工作面進行有效地通風(fēng)，保證局部通風(fēng)機的連續(xù)運轉(zhuǎn)，已開發(fā)出多種系列的新型局部通風(fēng)機，包括高效節(jié)能的FD、FD、KDZ型對旋式局部通風(fēng)機，無摩擦火花型FSD系列和安全摩擦火花型FDC系列局部通風(fēng)機等。在低瓦斯礦井普遍實現(xiàn)了采煤工作面與掘進工作面分別供電，局部通風(fēng)機實行風(fēng)電閉鎖。在高瓦斯礦井和突出礦井，實現(xiàn)了以局部通風(fēng)機供電“三專兩閉鎖”為主的掘進安全技術(shù)裝備系列化，確保了局部通風(fēng)機的可靠運轉(zhuǎn)和掘進巷道的穩(wěn)定通風(fēng)。從1988年開始系列化裝備工作，至1993年，在5年時間內(nèi)，國有重點煤礦的瓦斯超限次數(shù)下降了332，提高了掘進工作面的安全水平。三、通風(fēng)儀器、儀表的改進隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，各種類型的環(huán)境監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，新型的具有多參數(shù)檢測功能和智能化的氣體濃度通風(fēng)參數(shù)檢測儀器儀表已應(yīng)用于日常通風(fēng)監(jiān)測。第三節(jié) 礦井通風(fēng)新技術(shù)一、均壓通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展20世紀60年代以來，均壓通風(fēng)技術(shù)在控制采空區(qū)或火區(qū)漏風(fēng)和自燃方面得到較廣泛的應(yīng)用，已取得較顯著的效果。其主要的優(yōu)點是在不停產(chǎn)、不封閉的條件下，減少漏風(fēng)和瓦斯涌出，抑制自燃、提高生產(chǎn)的安全性。但在一些應(yīng)用實踐中，因?qū)鶋合嚓P(guān)區(qū)域環(huán)境條件變化的影響分析不夠，也出現(xiàn)了一些問題，如均壓效果不佳，部分采空區(qū)自燃控制效果不好，在有煤層群的礦井，自燃由自燃煤層向其它煤層轉(zhuǎn)移，甚至引發(fā)瓦斯爆炸事故。應(yīng)用均壓通風(fēng)技術(shù)多年的實踐經(jīng)驗和教訓(xùn)顯示，均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用必須加強管理，注意分析均壓措施對相關(guān)區(qū)域的影響。近年來，對均壓通風(fēng)技術(shù)的研究主要是研究各類均壓通風(fēng)方法對不同井下條件的適應(yīng)性，并配合均壓通風(fēng)技術(shù)開發(fā)配套的均壓監(jiān)測、漏風(fēng)通道檢查裝置，新型阻漏材料，阻漏方法以及均壓自動調(diào)節(jié)等技術(shù)，提高了均壓通風(fēng)在采空區(qū)和火區(qū)用于減少漏風(fēng)、防止自燃的實際效果。二、可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)自20世紀80年代起引入我國。可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)即有計劃地使生產(chǎn)區(qū)域部分回風(fēng)返回該區(qū)域的進風(fēng)流中，同時對通過該區(qū)空氣的質(zhì)量和流量進行監(jiān)控，并采取相應(yīng)的安全措施，以保證在正?；虍惓Ｇ闆r下，均符合煤礦安全規(guī)程對風(fēng)流質(zhì)量的要求。應(yīng)當(dāng)指出，循環(huán)風(fēng)是事故重大隱患之一，煤礦安全規(guī)程明令禁止。對可控循環(huán)風(fēng)盡管采取了相應(yīng)的安全措施，并對空氣的質(zhì)量進行監(jiān)控，但在保證正常情況下的安全比較容易，要保證各類異常情況下(如煤與瓦斯突出、積聚瓦斯排放、瓦斯異常涌出等)的安全性難度很大，要求裝備可靠的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和制定嚴格、規(guī)范的安全措施，并認真落實。因此，可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)是一種嚴格控制使用的技術(shù)，即使不得不在礦井邊遠地區(qū)作為臨時性措施，也必須慎用。三、工作面下行通風(fēng)技術(shù)回采工作面的下行通風(fēng)的主要優(yōu)點是降低工作面溫度，進風(fēng)流避開采區(qū)運輸巷，以避免運輸機巷機電設(shè)備散熱而增加進風(fēng)流溫度。缺點是回風(fēng)風(fēng)流流經(jīng)運輸機巷，機電設(shè)備管理難度加大，其安全性降低。因此，下行風(fēng)一般在瓦斯涌出量低而地溫高，機電設(shè)備多的礦井有所應(yīng)用，但必須加強通風(fēng)、瓦斯和機電設(shè)備防爆管理，以保證下行通風(fēng)應(yīng)用的安全性。根據(jù)2001年版的煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，有煤(巖)和瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作面不得采用下行通風(fēng)。五、礦井熱害治理礦井熱害隨開采深度及井下機電設(shè)備數(shù)