1、一、矿井通风的作用 1、向井下供给足够的新鲜空气，满足井下人员的需要； 2、冲淡和排出有害气体和浮游粉尘，使之达到安全浓度以下，保证安全生产； 3、调节井下的温度和湿度，提供井下适宜的气候条件，创造良好的生产环境；二、井下空气成分 矿井空气是充满矿井巷道中的各种气体的统称。矿内空气来源于地面空气，地面空气进入井下之后，在井巷中混入自然涌出和生产过程中生产的气体、矿尘及水蒸气等混合后成为矿井空气。 (一)矿井空气中的有害气体 矿井空气中的有害气体按性质分为三类： 1、爆炸性气体：这类气体具备一定条件时可发生爆炸。如瓦斯、一氧化碳CO、硫化氢H2S、氢气H2等。 2、窒息性气体：这类气体本身无毒，
2、但在空气中含量增加时，能使空气中氧含量相对降低，从而造成人员缺氧窒息。如氮气N2、二氧化碳CO2、瓦斯等； 3、有毒性气体：主要有一氧化碳CO、二氧化氮NO2、二氧化硫SO2、硫化氢H2S、氨气NH3等。这些气体中除CO会使人体血液缺氧造成中毒死亡外，其余各种气体均为刺激性气体，对人体作用的共同点是对眼、鼻、呼吸道粘膜，乃至中枢神经系统有较强的刺激作用。当刺激作用过强时，会引起全身反应，直至造成死亡。 由于空气中氧含量的降低和有害气体的增加对人体健康和生命安全会造成严重危害，因此煤矿安全规程对井下空气中氧的含量及各种有害气体的浓度都作出了明确规定。 煤矿安全规程第100条规定：采掘工作面的进风
3、流中，氧气浓度不低于20，二氧化碳浓度不超过0.5。有害气体的浓度不超过表1规定。 (二)井下空气成分的安全标准名名 称称最高允许浓度最高允许浓度()一氧化碳一氧化碳CO0.0024氧化氮氧化氮(换算成二氧化氮换算成二氧化氮NO2)0.00025二氧化硫二氧化硫SO20.0005硫化氢硫化氢H2S0.00066氨氨NH30.004表表1 1 矿井有害气体最高允许浓度矿井有害气体最高允许浓度 井下气候条件是由温度、湿度和风速三者综合作用的结果，用以表示人体的舒适程度。 井下空气温度。井下空气温度与人体温度差别的大小，直接影响人体散热。温度过高、过低会使人感觉不适，甚至会危害人体健康及安全生产。
4、1、煤矿安全规程第102条规定：进风井口以下的空气温度必须2以上，生产矿井采掘工作面温度不得超过26，机电设备硐室空气温度不得超过30，当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30，机电设备硐室空气温度超34，必须停止作业。对人体最适宜的空气温度一般为1520。 三、井下气候条件表表2 井巷中的允许风流速度井巷中的允许风流速度井井 巷巷 名名 称称允许风速允许风速/(m/s)最低最低最高最高无提升设备的风井和风硐无提升设备的风井和风硐 15专为升降物料的井筒专为升降物料的井筒 12风桥风桥 10升降人员和物料的井筒升降人员和物料的井筒
5、8主要进、回风巷主要进、回风巷 8架线电机车巷道架线电机车巷道1.08运输机巷，采区进、回风巷运输机巷，采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷掘进中的岩巷0.154其他通风人行巷道其他通风人行巷道0.15 三、矿井通风系统 (一)矿井通风方式 矿井通风系统是指矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称，它对矿井安全生产和经济效益有重大影响。煤矿安全规程第107条规定， 矿井必须有完整的独立通风系统。 指进风井和出风井之间的相互位置关系。一般把矿井通风方式分为四种基本类型：中央式通风、对角式通风、区域式和混合式通风。 1、中
6、央式通风：进、回风井位置大致位于井田中央的通风方式，分中央并列式和中央分列式。 (1)中央并列式：进、回风井位于井田中央，且相距很近（一般为30m50m）。 进 风 井回 风 井 (2)中央分列式：进风井均位于井田中央，回风井位于井田走向中央上部边界上。 进风井回风井 2、对角式通风：进风井大致位于井田中央,回风井在两翼的通风方式，分两翼对角式和分区对角式。 (1) 两翼对角式：回风井位于井田两翼上部边界。进 风 井回 风 井回 风 井 (2)分区对角式：各采区均开回风井，不开主要回风巷。回 风 井进 风 井回 风 井回 风 井 3、区域式通风：在井田的每个生产区域各布置进、回风井，分别构成独
7、立的通风系统。 进风井回风井回风井进风井 4、混合式通风： 混合式通风方式是中央式和对角式组合成的一种混合式通风方式，例如中央并列式与两翼对角式组合；中央分列式与两翼对角式组合等。进 风 井回 风 井回 风 井进 风 井中央并列与两翼对角式组合进 风 井回 风 井回 风 井回 风 井中央分列与两翼对角式组合 (二)矿井通风方法 矿井通风方法以风流获得的动力来源不同分为自然通风和机械通风两种。 1、自然通风：利用自然因素产生的通风动力，使空气在井下巷道中流动的通风方法称为自然通风。 借助于自然因素产生的促使空气流动的能量，称为自然风压。 自然风压是由于矿井通风系统闭合回路中各点风流的密度存在差异
8、而形成的。 即使进回风口标高相同，只要进回侧存在密度差，就存在自然风压。 矿井的自然风压hn一般都比较小，一般不大于 200300Pa，是矿井通风的次要动力。 由于自然风压很小，且不稳定，所以煤矿安全规程第121条规定：矿井必须采用机械通风。 2、机械通风 利用通风机运转产生的通风动力，使空气在井下巷道中流动的通风方法称为机械通风。在机械通风的矿井中，通风机的工作方式分抽出式、压入式和混合式三种。 (1)抽出式 抽出式是将矿井主要通风机安设在地面，向外抽出井下空气，形成使井下空气低于当地大气压的负压通风。 由于通风阻力的影响使回风侧处于高负压，而进风侧处于低负压，在这种情况下，回风流不易向他处
9、乱窜，可以集中而迅速地流入回风系统排出井外。对于瓦斯矿井和有自然发火危险的矿井来讲是有利的，在抽出式矿井中，主要通风机一旦停止运转，则矿内空气必然要恢复到当地大气压力，由于压力增高，一定时间内采空区及封闭火区中瓦斯等有害气体不易涌出。所以煤矿一般多采用抽出式通风。我矿就采用这种通风方式 (2)压入式 压入式是将矿井主要通风机安设在地面，以压风方式向矿井内供风，使整个通风系统在压入式主要通风机作用下，形成高于当地大气压力的正压通风。这种通风方式不易管理，井底车场及进风井口漏风大，污风不易集中迅速排出井外。主要通风机一旦停止运转，井下气压将降低，这会使采空区或封闭区内瓦斯涌出量增加，对安全不利，故
10、此一般在瓦斯矿井中很少采用压入式通风。 (3)抽压混合式 抽压混合式是将地面新鲜空气由压入式主要通风机送往井下，污风由抽出式主要通风机排出井外。这种通风方式需要通风设备多，动力消耗大，在煤矿中也很少采用这种通风方法的。 (三)矿井通风网络 矿井空气在井巷中流动时，风流分岔、汇合线路的结构形式，称为通风网路。 1、串联通风：前巷的出风端和后巷的进风端相接。（如果有困难制定措施后，串联通风的次数不得超过一次） 2、并联通风：两条以上巷道的进风端在同一点分开后，出风端又在同一点汇合。 3、角联通风：两条分路组成的并联系统中，若有一条或一条以上的巷道横跨于两个并联巷道上。四、矿井通风动力 (一)矿井通
11、风动力分类：矿井按其服务范围和所起的作用分为三种。 1、主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。 2、辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用。 (3)局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风。 (二)主要通风机 1、主要通风机的附属装置 主要通风机的附属装置包括风硐、扩散器（扩散塔）、防爆门（防爆井盖）以及反风装置等。 2、反风装置 反风装置是用来使井下风流反向的一种设施。
12、煤矿必须设有反风装置的原因，是为了使风流能向相反方向流动，防止进风系统中一旦发生火灾、瓦斯或煤尘爆炸时产生的大量的一氧化碳，二氧化碳等有毒有害气体沿风流进入采掘区域或其他区域，危及工作人员的生命安全。有时为适应救灾工作的需要，也须反风。 反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：设专用反风道反风；利用备用风机做反风道反风；风机反转反风和调节动叶安装角反风。 我矿目前主要通风机采用通风机反转反风 2、主要通风机的管理规定 (1)主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。矿井主要通风机装置外部漏风率的
13、测定应每季度进行1次。 (2)必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中1套作备用，备用通风机必须能在10 min内启动。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可继续使用。 (3) 装有主要通风机的出风井口应安装防爆门（盖），且保证主要通风机因故停转时防爆门（盖）能自动打开，主要通风机工作时防爆门（盖）必须关闭。防爆门（盖）每季度检查维修1次。 (4)至少每月检查1次主要通风机。改变通风机转数或叶片角度时，必须经矿总工程师批准。 (5)新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能
14、测定。 (6)主要通风机必须采取两回直接由变（配）电所馈出的供电线路供电，供电线路上不得接任何负荷。 (7)严禁主要通风机房兼作他用。主要通风机房内必须安装水柱计（静压、动压和全压）、电流表、电压表、轴承温度计等仪表，还必须有直通矿调度室的电话，并有反风操作系统图、司机岗位责任制和操作规程。主要通风机的运转应由专职司机负责，司机应每小时将通风机运转情况记入运转记录内；发现异常，立即报告。 (8)生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40。 (9)矿调度室接到主要通风机停风汇报后，应立即下令切断进入停
15、风影响地点的动力电源，并通知受影响单位。受影响范围人员立即停止作业，沿进风巷道往井口撤离，现场施工负责人组织人员在人员撤出施工巷道以后，在巷道口处打上栅栏、揭示警标；由矿值班领导决定全矿井是否停止生产、工作人员是否全部撤出。 (三)局部通风机 局部通风机是井下局部地点通风所用的通风设备，局部通风机通风是利用局部通风机作为动力，用风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面， 1、局部通风机的工作方式 局部通风机按其工作方式不同可分为压入式、抽出式和混合式三种。 FF (1)压入式通风：局部通风机和启动装置安设在离掘进巷道口10m以外的进风侧巷道中，局部通风机把新鲜风流经风筒送入掘进工作面，污风沿掘进巷道排
16、除。 (2)抽出式通风：局部通风机安装在离掘进巷道口10m以外的回风侧巷道中，新鲜风流沿掘进巷道流入工作面，污风经风筒由局部通风机抽出。 FF (3)混合式通风：抽出式局部通风机安装在距掘进巷道口10米以上的回风侧；压入式局部通风机风筒出口与掘进工作面的距离要小于压入式通风的有效射程；抽出式局部通风机的风筒吸风口要超前压入式局部通风机10以上。 FFFF 2、压入式、抽出式和混合式三种通风方式的优缺点 (1)压入式通风的优点是局部通风机和启动装置都位于新鲜风流中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好，风筒出口风流的有效射程远，排烟能力强，即可用硬质风筒，又可用柔性风筒，适应性强，缺点是污风沿巷道排
17、出，污染范围大，煤尘及炮烟从掘进巷道跑出的速度慢，需要的通风时间长。压入式通风是我国目前掘进通风中最常用的方式。我矿采用这种通风方式 (2)抽出式通风的优点是掘进工作面的炮烟及有毒有害气体由风筒排出，巷道中粉尘浓度低，劳动卫生条件好。缺点是污风风流必须通过风筒由局部通风机排出，安全性差；抽出式通风的有效吸程小于压入式通风的有效射程、故排出工作面炮烟及有毒有害气体差，只能使用刚性风筒或带金属骨架的胶皮风筒，故在应用上受到一定限制。目前，我国煤矿中，这种通风方式应用得较少，主要是污风风流通过局部通风机时，一旦由于电路漏电等原因产生火花，有引起爆炸的危险。 (3)混合式通风的优点是工作面通风能力强，
18、掘进巷道全长不受污浊空气污染，粉尘浓度低，劳动卫生条件好。缺点是抽出式局部通风机安设在回风风流中，安全性差。 3、局部通风机管理规定 (1)压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口的距离不得小于10m，风机安设离地面高度不小于300mm；全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量，局部通风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速不小于0.15m/s。防止发生局部通风机的回风部分或全部再进入同一台局部通风机的进风风流中的循环风现象。 (2)掘进工作面（包括用局部通风机供风的巷修工作面，以下同）的供电系统：低瓦斯矿井岩石巷道掘进工作面局部通风机供电采用选择性漏电保护或
19、采掘供电分开；煤巷、半煤岩巷掘进工作面等均必须实现双套供电、供风系统（简称“双风机双电源”）；掘进面局部通风机供电采用“三专两闭锁”（专用变压器、专用开关及专用线路），并装设两闭锁（风电闭锁、瓦斯电闭锁）设施。每7天至少进行一次甲烷风电闭锁试验，每天应进行一次正常工作的局部通风机与备用局部通风机自动切换试验，试验期间不得影响局部通风，试验记录要存档备查。 (3)严禁使用3台以上（含3台）的局部通风机同时向1个掘进工作面供风。不得使用台局部通风机同时向2个作业的掘进工作面供风。 低瓦斯矿井经矿总工程师批准，在向1个掘进工作面供风的同时可向另一个非掘进作业地点供风，但其风量和有害气体必须符合要求。
20、 使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁，保证停风后切断停风区内全部非本质安全型电器设备的电源。使用2台局部通风机（对旋式局部通风机按1台局部通风机管理）供风的，2台局部通风机都必须实现风电闭锁。 (13)使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风。 凡停风不超过24h者，必须切断电源，撤出人员，设置栅栏，揭示警标；掘进队派专人在巷道口新鲜风流中看守，禁止人员进入。 掘进工作面因故停风后，恢复通风前，首先必须检查瓦斯，证实停风区中瓦斯浓度不超过1或二氧化碳浓度不超过1.5，局部通风机及开关地点附近10m内风流中瓦斯浓度都不超过0.5时，方可开动局部通风机，恢复正常通风。如果停风区中，瓦斯浓度超
21、过1或二氧化碳浓度超过1.5时，必须制定排放瓦斯的安全措施，排放瓦斯。排放瓦斯后，只有经过瓦斯检查，证实恢复通风的巷道风流中瓦斯浓度不超过1和二氧化碳浓度不超过1.5时，方可人工恢复局部通风机供风的巷道中一切电器设备的电源。 确定为长期停风（超过24h），必须在24h内封闭完毕。 1、静压、动压、全压 (1)静压：由于空气分子不规则运动而撞击于巷道壁上产生的压力称为静压。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。 静压是单位体积气体所具有的势能，是一种力，它的表现将气体压缩、对管壁施压。管道内气体的绝对静压，可以是正压，高于周围的大气压；也可以是负压，
22、低于周围的大气压。 (2)动压：指空气流动时产生的压力，只要巷道内空气流动就具有一定的动压。 四、矿井通风参数 动压是单位体积气体所具有的动能，也是一种力，它的表现是使巷道内气体改变速度，动压只作用在气体的流动方向恒为正值。 (3)全压：全压是静压和动压的代数和。全压代表单位气体所具有的总能量。若以大气压为计算的起点，它可以是正值，亦可以是负值。 图中：2为风机，风机左侧1为风机吸风侧，风机右侧3为风机出风侧。 风机吸风侧装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机入口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、
23、水柱是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。 第二个水柱计所测的参数为风机入口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱也是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的负压有两个：负静压和负全压。人们习惯上所称的风机负压仅指风机的负静压。 第三个水柱计所测的参数为风机入口速压（动压
24、），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因入口静压（吸力）大于全压（吸力），故出现差值，该差值即为风机的入口速压（动压）。 风机出风侧也装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机出口静压，静压的数值为hs。 由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。 第二个水柱计所测的参数为风机出口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的
25、轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的。 因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的正压也有两个：正静压和正全压。人们习惯上所称的风机正压仅指风机的正静压。 第三个水柱计所测的参数为风机出口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因出口静压（吹力）小于出口全压（吹力），故出现差值，该差值即为风机的出口速压（动压）。 （4）使用皮托管测风压hdhhshhdhs 如图所示：为抽出式风机入口，为抽出式风机出口，为抽
26、出式风机。在处，皮托管()连接的U型管测得的是风机入口处的静压（负压），皮托管(+)连接的U型管测得的是风机入口处的全压，皮托管(+、)分别连接的U型管测得的是风机的速压，也就是动压，其数值为：全压=静压（负压）动压（速压）；在处，皮托管()连接的U型管测得的是风机入口处的静压（负压），皮托管(+)连接的U型管测得的是风机入口处的全压，皮托管的(+、)管分别连接的U型管测得的是风机的速压，也就是动压，其数值为：全压=静压（负压）+动压（速压）。 3、通风机的静压、动压、全压 (1)通风机的全压h:通风机的出口全压h2与入口全压h1之差。 (2)通风机的静压hs:通风机的全压与通风机的动压之差
27、(3)通风机的动压hd:指通风机出口处的动压 该值可利用水柱计直接测得（如上图），在风机入口侧测得的动压为风机入口动压，在风机出口侧测得的动压为风机出口速压。动压也可通过计算得到，公式如下： 在抽出式通风条件下，通风机的静压等于通风机入口全压等于通风机入口静压减去入口动压 hd=v2/2 式中：hd风机动压，Pa； 测压断面处的空气密度，kg/m3； v测压断面处的风速，m/s。 测压断面的风速可通过测出测压断面通过的风量和测压断面的面积求得，公式如下： v=Q/S 式中：v测压断面处的风速，m/s； Q测压断面通过的风量，m3/s； S测压断面的面积，m2。 4、等积孔 假定在无限空间有一薄
28、壁，在薄壁上开一面积为A的孔口，当孔口通过的风量等于矿井风量，而且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，孔口的面积A就叫该矿井的等积孔。 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。 井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。 (一)摩擦阻力：空气在井巷中流动时，由于空气与巷道壁面之间以及空气分子之间发生摩擦而造成的能量损失； 5、矿井通风阻力 矿井井巷摩擦阻力按下式计算： 1、层流摩擦阻力：层流摩擦阻力与巷道中的平均流速的一次方成正比。因井下多为紊流，故不详细叙述。 2、紊流摩擦阻力：对于紊流运动
29、，井巷的摩擦阻力 计算式为： Hf =LU/S3Q2 =RfQ2 pa Rf=LU/S3 摩擦阻力系数，单位kgfs2/m4或Ns2/m4， kgfs2/m4=9.8Ns2/m4 L、U巷道长度、周长，单位m； S巷道断面积，m2 Q风量，单位m/s Rf摩擦风阻，对于已给定的井巷，L，U，S都为已知数，故可把上式中的，L，U，S 归结为一个参数Rf，其单位为：kg/m7 或 Ns2/m8 (二)局部阻力 由于井巷断面，方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度
30、场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。 1、几种常见的局部阻力产生的类型： (1)突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。 (2)渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0， 在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。 (3)转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。 (4)分岔与会合 综上所述： 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。
31、2、局部阻力的计算 在一般情况下，由于井巷内风流速压较小，所产生的局部阻力也较小，井下所有的局部阻力之和只占矿井总阻力的10%20%。故在通风设计中，一般只对摩擦阻力进行计算，对局部阻力不作详细计算，而按经验估算。一、矿井瓦斯等级分类 矿井瓦斯等级是以相对瓦斯涌出量的大小来划分的。煤矿安全规程规定，在一个矿井中，只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级工作制度进行管理。 矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为： 1、低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10立方米/吨且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40立方米/分。 2、高瓦斯
32、矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10立方米/吨且矿井绝对瓦斯涌出量大于40立方米/分。 3、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。二、瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态 瓦斯在煤体中以游离和吸附状两种状态存在。 1、游离状态 游离状态也称自由状态，存在于煤的孔隙和裂隙中。这种状态的瓦斯以自由气体存在，呈现出的压力服从自由气体定律。游离瓦斯量的大小主要取决于煤的孔隙率，在相同的瓦斯压力下，煤的孔隙率越大，则所含游离瓦斯量也越大。在贮存空间一定时，其游离瓦斯量的大小与瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。 2、吸附状态 吸附状态的瓦斯包括吸附在煤的微孔表面上的吸着瓦斯和煤的微粒结构内部的吸收瓦斯。 吸着状态是在孔
33、隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层；而吸收状态是瓦斯分子充填到极其微小的微孔孔隙内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液体中的状态。吸附瓦斯量的大小，取决于煤的孔隙结构特点、瓦斯压力、煤的温度和湿度等。一般规律是：煤中的微孔越多、瓦斯压力越大，吸附瓦斯量越大；随着煤的温度增加，煤的吸附能力下降；煤的水分占据微孔的部分表面积，故煤的湿度越大，吸附瓦斯量越小。 瓦斯爆炸必须同时具备三个基本条件：一是瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%-16%；二是混 合气体中氧的浓度不底于12%；三是足够能量的火源。三、瓦斯爆炸的条件 1、瓦斯的浓度。
34、瓦斯爆炸发生的浓度界限指的是瓦斯与空气的混合气体中瓦斯的体积浓度。当瓦斯浓度达到9.5%时，理论上瓦斯可以同空气的氧气安全反应，从而放出最多的热量，因此爆炸的强度最大； 当瓦斯浓度低于5%时，由于参加化学反应的瓦斯较少，不能形成热量积聚，因此不能爆炸，只能燃烧；当瓦斯的浓度高于16%时，由于空气中氧气不足，满足不了氧气反应的全部需要，只能有部分的瓦斯与氧气发生反应，所生成的热量被多余的瓦斯和周围介质吸收降温，所以也就不能发生爆炸。 2、充足的氧气含量。瓦斯与空气混合气体中氧气的浓度必须大于12%，否则爆炸反应不能持续。煤矿井下的封闭区域、采空区内及其他裂隙等处，由于氧气消耗或没有供氧条件，可能
35、出氧气浓度低于12%的情况； 其他巷道、工作场所等按规定氧气含量不得低于20%，一般不存在氧气浓度低于12%的情况 ，因为在些情况下，人员在短时间内就会窒息而死亡。 3、足够能量的点火源。点火源能够引起瓦斯爆炸的三个条件是：(1)温度不低于650度。(2)能量大于0.28mJ.(3)持续时间大于爆炸感应期。这三个条件通常很容易满足，如明火、煤炭自燃、撞击火花、电火花等。在煤矿开采过程中，对一些不可避免的火源有时需要采取特殊的技术，使其不能满足瓦斯的点火条件 。例如：井下爆破时所用的毫秒雷管产生的火焰，其他温度主达2000度，但持续的时间很短，小于爆炸感应期，因此不会引起瓦斯爆炸。 四、预防瓦斯
36、爆炸的措施 瓦斯治理方针是：先抽后采、监测监控、以风定产。 1、加强采煤工作面回风隅角的瓦斯管理。若工作面回风隅角CH4浓度较高届时应安装导风帘，利用增加回风隅角通风量来消除瓦斯危害。 2、杜绝无计划停电、停风，防止瓦斯积聚。停风必须撤出巷道内所有人员，并切断巷道内一切电源，严禁在停风或瓦斯超限的区域内作业。 3、掘进中不得出现盲巷，确定为长期停风的巷道，必须在24小时内在巷道口不超过3m的地方打临时密闭。 4、加强采煤面在撤面和封闭时的通风管理，适时调整通风系统，工作面停采后45天内完成永久封闭。 5、瓦斯检查工必须严格执行瓦斯巡回检查制度及请示汇报制度，瓦斯检查做到 “三对口”（ 井下记录
37、牌、检查手册、瓦斯日报）并由瓦检员、班组长签字。不准空班、漏检、弄虚作假，发现工作面及其它地点发生瓦斯积聚或超限，必须立即停电撤人，汇报通风调度及矿调度，采取措施进行处理。 6、矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时，必须携带便携式甲烷检测仪。瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪。安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪。 7、局部通风机重新启动前，必须检查开关及局部通风机附近20m内瓦斯，瓦斯浓度小于0.5时方可人工启动开关。 8、采掘工作面及其作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止电钻打眼，爆破地点附近20m以
38、内风流中，瓦斯浓度达到1.0%时，严禁爆破。一、矿井火灾的分类凡发生在井下的火灾，以及发生在井口附近但危害到井下安全的火灾，都叫做矿井火灾。 发生矿井火灾的原因有两种：一是外部火源引起的火灾，二是煤炭本身的物理化学性质的内在因素引起的火灾。因此，矿井火灾分为两类：外因火灾和内因火灾。 (一)外因火灾 产生外因火灾的条件是：有易燃物存在、有足够的氧气和足以引起火灾的热源。 (二)内因火灾 内因火灾，又称煤炭自燃。有的煤炭由于自身的物理化学性质具有自燃性，与空气接触后能氧化生热，如果散热条件不好，就会自燃。内因火灾主要发生在采空区、冒顶处和压酥的煤柱中。采空区中，尤其采用回采率低的采煤方法时，采空
39、区中遗留的煤炭多，最容易引起煤的自燃。采空区中的自然发火占全矿井自然火灾总数的80%左右，所以对于有自然发火危险的矿井，应及时封闭采空区，防止漏风，并采取注浆、注氮或洒阻化剂等方法来防止采空区中煤的自燃。 1、煤炭自燃的发展过程 煤炭自燃过程大体分为3个阶段：(1)潜伏期；(2)自热期；(3)燃烧期 自燃潜伏期煤体温度的变化不明显，煤的氧化进程十分平稳缓慢，然而它确实在发生变化，不仅煤的重量略有增加，着火点温度降低，而且氧化性被活化。它的长短取决于煤的自燃倾向性的强弱和外部条件。 经过这个潜伏期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物分解成水(H20)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)。二、
40、内因火灾 氧化产生的热量使煤温继续升高，超过自热的临界温度(6080)，煤温上升急剧加速，氧化进程加快，开始出现煤的干馏，产生芳香族的碳氢化合物(CxHy)、氢(H2)、更多的一氧化碳(CO)等可燃气体，这个阶段为自热期。 临界温度也称自热温度，是能使煤自发燃烧的最低温度。一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来，即进入燃烧阶段。 2、煤炭自燃的条件 煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，但煤炭自燃必须具备以下条件： (1)煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在
41、； (2)有连续的供氧条件； (3)有积聚氧化热的环境； (4)上述三个条件持续足够的时间。 3、影响煤炭自燃的因素 实践证明，具有同样自燃倾向性的煤层，在不同的生产技术条件下，有的煤能自燃,有的则不能；在同样的外部条件下，自燃倾向性也不一样。这是因为煤炭自燃过程受着许多因素影响的缘故。其影响的主要因素是：（1）煤的化学成分；（2）煤的物理性质；（3）煤层的地质条件；（4）开拓开采条件；（5）矿井通风条件。 4、煤炭自燃倾向性等级分类 煤的自燃倾向性是用来区分和衡量不同煤层发生危险程度的一项重要指标，也是对矿井煤层自然发火采取不同的针对性措施进行有效管理的主要依据。目前，我国煤矿采取以每克干煤
42、在常温（30）常压（1.0133105Pa）条件下的吸氧量作为煤的自燃倾向性分级主要指标，将煤的自燃倾向性划分为以下三级： (1)自燃等级级：自燃倾向性为易自燃。常温常在条件下高硫煤、无烟煤的吸氧量1.00cm3/g干煤，褐煤、烟煤类0.71cm3/g干煤，含硫2.00%。 (2)自燃等级级：自燃倾向性为自燃。常温常压条件下高硫煤、无烟煤的吸氧量1.00cm3/g干煤，褐煤、烟煤类为0.410.70cm3/g干煤，含硫2.00%。 (3)自燃等级级：自燃倾向性为不易自燃。常温常压条件下，高硫煤、无烟煤的吸氧量0.80cm3/g干煤，褐煤、烟煤类为0.40cm3/g干煤，含硫2.00%。 5、煤
43、炭自燃发火期 煤层自然发火期 从煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层的自然发火期，以月或天为单位。通常是采用统计法推理出，比如统计矿井历次自然发火的周期，新建矿井参考邻近矿井的数值。 6、采空区煤炭自燃三带的划分 目前采空区自燃三带划分有三个指标：漏风风速、氧气浓度、温升。划分如下： (1)散热带是指采空区漏风风速大于0.24m/min，氧气体积分数大于18%，温升T1/d且靠近工作面的区域； (2)氧化升温带是指漏风风速在0.100.24m/min，氧气体积分数为10%18%，温升T1/d的区域； (3)窒息带是指漏风风速小于0.10m/m
44、in，氧气体积分数小于10%温升T1/d的采空区压实区。 三、井下自然发火的预防措施 1、凡开采自燃煤层，均要开展火灾的预测预报工作。每周至少观测预报一次。要充分利用束管、色谱分析、红外探测及KJ-95N监测系统分析可疑地点的气体成份和温度变化情况，发现火灾隐患及时采取措施进行处理。 2、坚持对采煤工作面实施采后注浆措施。完善注浆系统，在条件允许的情况下，坚持使用注浆防火措施，最大限度地增大注浆数量，消除火灾隐患；尤其是工作面开切眼、停采线必须加大注浆量，尽量将其上、下两头三角充实。 3、采煤面的放水孔、注浆孔等，工作面采过后，必须及时封堵，有水的要采取安设“U”形管或建带反水池的密闭等措施，
45、做到防火、泄水兼顾。 4、对工作面推过后不再使用的联络巷及时进行封闭，有条件的使用轻型材料充填或者使用固化粉煤灰充填，以确保有效封堵漏风。 5、依据现场条件及自燃发火威胁的区域范围，有针对性地采取注氮或二氧化碳防火措施，依靠气体压力，以惰气置换采空区的氧气，惰化自燃发火威胁区域。一、煤矿粉尘的产生 在煤矿生产和建设过程中所产生的各种岩矿微粒统称为煤矿粉尘，主要是岩尘和煤尘，它是在矿井生产如钻眼、爆破、切割、装载、落煤及运输和提升过程中，因煤岩被破碎而产生的。不同的矿井由于煤、岩地质条件和物理性质及采掘方法、作业方式、通风状况和机械化程度的不同，粉尘的生成量有很大的差异；即使在同一矿井里，产尘的
46、多少也因地因时发生着不同的变化。一般来说，在现有防尘技术措施的条件下，各生产环节产生的浮游粉尘比例大致为：采煤工作面产尘量占45%80%；掘进工作面产尘量占20%38%；锚喷作业点产尘量占5%10%；其他作业点占2%5%，各作业点随机械化程度的提高，矿尘的生成量也将增大。二、煤矿粉尘的分类 粉尘按其成分可分为岩尘、煤尘等多种无机粉尘外，尚有多种不同的分类方法。 1、按矿尘粒径划分 (1)粗尘。粉尘粒径大于40m，相当于一般筛分的最小颗粒，在空气中极易沉降。 (2)细尘。粒径为10m40m，肉眼可见，在静止空气中作加速沉降。 (3)微尘。粒径为0.25m10m，用光学显微镜可以观察到，在静止空气
47、中作等速沉降。 (4)超微尘。粉径为0.25m，要用电子显微镜才可以观察到，在空气中作扩散运动状。 2、按矿尘存在状态划分 (1)浮游粉尘。悬浮于矿井内空气中的粉尘，简称浮尘。 (2)沉积粉尘。从矿内空气中沉降下来的粉尘，简称落尘。 浮尘和落尘在不同环境下可以互相转化。浮尘在空气中飞扬的时间与尘粒的大小、重量、形式等有关，还与空气的湿度、风速等大气参数有关。 3、按矿尘粒径组成范围划分 (1)全尘（总粉尘）。各种粒经的矿尘之和。对于煤尘，常指粒径为1m以下的尘数。 (2) 呼吸性粉尘。主要指粒径在5m以下的微细尘粒，它能通过人体上呼吸道进入肺区，导致肺病，对人体危害甚大。 三、煤尘的爆炸条件
48、煤尘爆炸必须同时具备4个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度；存在能引燃煤法爆炸的高温热源；一定浓度的氧气。 1、煤尘的爆炸性 煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸的危险性必须经过试验确定。 2、悬浮煤尘的浓度井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低或最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及度试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为3050 g/m3，上限浓度为10002000 g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围
49、为300500 g/m3。 一般情况下，浮游煤尘达到爆炸下限浓度的情况是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震动冲击都能使大量落尘飞扬，在短时间内使浮尘量增加，达到爆炸浓度。因此，确定煤尘爆炸浓度时，必须考虑落尘这一因素。 3、引燃煤尘爆炸的高温热源 煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘性持、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在6101050 之间，一般为700800 。煤尘爆炸的最小点火能为4.540 mJ。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧或爆炸、井下火灾等。 4、一定浓度的氧气 煤尘爆炸还必须要具备一定浓度的氧气，要求氧气的浓度
50、不低于18%（体积百分比）。由于矿井的氧气浓度一定大于18%，所以在防止煤尘爆炸过程中一般不会考虑这一条件。四、煤尘爆炸的影响因素 煤尘的浓度、粒度、瓦斯含量与氧气浓度、引火方式和巷道中的落尘公布情况。空气中瓦斯浓度越高，煤尘爆炸下限越低；点燃源的能量越大，越易点燃煤尘；煤尘的飞扬性随着粒度减少而增强，飞扬越强越容易形成爆炸的煤尘云，有利于煤尘爆炸。煤尘落在顶板和棚梁上时容易再次飞扬，比落在两帮与底板上的煤尘危险性大，巷道的潮湿程度、风速大小也对煤尘大小有影响。煤尘的挥发份、水份、含有的灰分、含硫量以及含有惰性气体等对煤尘的爆炸下限都有影响；煤尘挥发份增高爆炸下限降低，强度增大，煤尘中的水分对
