现代通风理论与技术

关于“以风定产”及矿井通风能力核定办法的探讨齐金龙 211101010001 安全学院【摘要】“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针，是国家安全监察局于2002年在推广铁法瓦斯治理现场会上提出的，对指导煤矿安全生产，特别是防止瓦斯事故有重要意义。根据矿井通风能力核定的现状，用动态的多因素矿井通风能力核定法代替目前静态的单因素矿井通风能力核定法，通过矿井通风网络解算，获得工作面最大风量，应用工作面瓦斯涌出量核定工作面通风能力，进而得出矿井通风核定能力。【关键词】以风定产 矿井通风能力核定1 关于对以风定产的理解1.1 风是煤矿井工开采的命脉煤矿井工开采时，是通过向井下通风，源源不断地将地面空气输入到井下各个作业地点，以供给人员呼吸，并稀释和排除井下各种有害气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。因此，矿井通风作为煤矿“一通三防”的首要工作是保障矿井安全的最主要的技术手段之一。风供给井下人员呼吸，保障井下作业人员的身体健康和生命安全；风稀释和排除井下各种有害气体和矿尘，创造良好的工作环境；风防止瓦斯、煤尘爆炸；风以风治火，防治自燃火灾；风灾变时控制风流，防止事故扩大，抢救遇险遇难人员。由此可见，风是煤矿井工开采的命脉。平顶山某矿为煤与瓦斯突出矿井，1986年改扩建后生产能力180万吨/a。1995年产煤250万吨，通风能力不够，井下配风量严重不足，矿井通风系统复杂，通风管理混乱，工作面瓦斯频繁超限，违章指挥、违章作业严重。1995年11月矿安全办公室竟敢决定把瓦斯传感器示值下调0.2%0.4%，造成长期超限冒险作业。1996年5月21日4时己二采区己15-22210准备工作面切眼贯通后通风部门还不知道，无人下井调风，机掘队随意调风。18时11分事故当班在进行扩帮作业时，瓦斯积聚，放炮引起瓦斯爆炸，该采区作业170人，死亡84人，受伤68人。1982年9月7日平顶山某矿戊8-179综采面正在安装，当时矿井为压入式通风，该采面下行通风，且为无煤柱开采。因主要通风机轴承发热，停风13min后，造成一起严重的高氮却氧窒息事故，上区段采空区从小绞车窝涌出的高氮气体，使工作面23人其中9人窒息死亡，14人经抢救得救。义马某矿属低沼矿井，1997年1月25日该矿11101综采工作面正在进行维修电焊作业，东风井突然停电（8min）停风，来电后，送电送风时发生瓦斯爆炸，造成该工作面的31人全部遇难。1.2 以风定产“以风定产”应理解为矿井主通风机、矿井通风系统、采区通风系统及局部通风都符合煤矿安全规程规定，严格按照核定的通风能力组织生产。(1)矿井采用机械式通风，严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用；必须保证主要通风机连续运转，主要通风机应有两回路直接由变(配)电所馈出的供电线路，主要通风机的控制回路和辅助设备，必须有与主通风机同等可靠的备用源；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 rain内开动；相比矿井困难通风时期所需最大风量有不低于10的风量富余系数；外部漏风率符合规程121条规定；矿井反风系统简单、易操作、能够满足规程122条规定。(2)矿井通风系统：矿井必须有完整独立的通风系统；系统简单、稳定、可靠；矿井通风阻力小，调风容易；生产水平和采区实行分区通风；尽量减少通风设施，特别是主进风系统的通风设施；控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠，符合一通三防标准化标准，主要风门采用正反向永久风门，且闭锁；主要运输胶带建立风流自动引流系统。(3)采区通风系统：矿井生产水平和采区必须实行分区通风；任何准备采区，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道，采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采；高瓦斯矿井、有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少l条专用回风巷，低瓦斯矿井开采煤层群联合布置的采区和分层开采采用联合布置的采区，必须设置1条专用回风巷(采区专用回风巷内不得运输物料、安设电气设备；在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出区域，专用回风巷内不得行人)；采、掘工作面应实行独立通风，串联通风应符合煤矿安全规程第114条规定，且经企业技术负责人审批；采区变电所实行独立的通风系统；严禁l条上山分段使用。(4)局部通风：掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风；煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压人式，不得采用抽出式(压气、水力引射器不受此限)；如果采用混合式，必须制定安全措施；瓦斯喷出区域和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出煤层的掘进通风方式必须采用压人式；低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或与采煤工作面分开供电；瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电；严禁使用3台以上(含3台)的局部通风机同时向3个掘进工作面供风；不得使用l台局部通风机同时向2个作业的掘进工作面供风；使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁。(5) 按照核定的通风能力组织生产：矿井、各采区、各采掘开工作面、硐室配风量符合设计、配风细则规定，各地点风速符合规定；均衡组织生产，包括矿井两翼、水平、各采区等均衡组织生产，避免局部超通风能力生产。2 矿井通风能力核定方法探讨2.1 现行通风能力核定方法及存在问题2.1.1通风能力核定方法（1）高瓦斯矿井式中 P矿井生产能力，万 t/a；Q矿井总进风量，m/min ；q平均日产吨煤瓦斯涌出量，m/t ；K矿井通风系数。（2）低瓦斯矿井式中为平均日产吨煤配风量，m（mint），其它符号同（1）。2.1.2存在问题（1）高瓦斯矿井按公式（1）计算通风能力数值太大，不符合矿井实际情况。例如：袁庄矿矿井总进风量12400m/min，瓦斯相对涌出量为11.8m/t，通风系数取1.9，按公式（1）计算该矿通风能力为210万t/a，而该矿实际产量为70万t/a左右，通风能力并没有太大的富余。由此可见该方法核定结果与实际出入太大，对实际工作没有普遍指导作用。问题主要在于该公式的指导思想为控制矿井总回风瓦斯浓度不超过0.75%1（1440*0.75）=0.00926。而一个矿井，即使瓦斯很大的矿井总回风瓦斯浓度也很少达到。集团公司芦岭矿瓦斯相对涌出量高达，其矿井总回风流中瓦斯浓度也仅为左右，而该矿瓦斯问题已经很难解决了。如果矿井总回风巷风流中瓦斯浓度达到，采掘工作面瓦斯超限问题将会十分严重。显然将控制矿井总回风巷瓦斯浓度不大于作为矿井通风能力核定标准是不合理的。（2）低瓦斯矿井通风能力核定方法不具体，可操作性不强。（3）该公式只能用于矿井通风能力核定，没有规定采区通风能力核定方法。（4）没有考虑各矿井的单产、单进水平.2.2 国内矿井通风能力核定概况目前国内对矿井通风能力的核定方法仍然是低瓦斯矿井采用吨煤配风量（经验值）计算矿井通风能力；高瓦斯矿采用吨煤瓦斯涌出量，并控制矿井总回风流瓦斯浓度不超过来计算矿井通风能力。但是，随着矿井机械化水平不断提高，许多矿井实现了一矿一面或一矿两面，回采工作面单产达到了年产万以上，矿井生产高度集中在一个采区或一个工作面，采用过去的老一套方法已不能适应生产高度集中的现代化矿井需要。一个矿井的生产可能在一段时期内集中在一个采区或者一个工作面，而原来的核定方法却是对于整个矿井，要求矿井各采区均衡安排生产。所以，用原来的矿井通风能力核定办法来计算矿井通风能力，是一种静态的通风能力核定方法，不能适应矿井生产实际发展需要。“煤矿通风能力核定办法（试行）”的使用，改变了原矿井通风能力核定方法的诸多不足，对产量在万以下矿井使用总体核算法，对产量在万以上矿井使用由里向外核算法。显然较过去的核定办法更为准确，更为合理。但由于矿井通风网络的复杂性，受矿井现有条件的影响，新的核定办法仍存在着系数选取的盲目性和工作面供风量不能满足需风量要求的问题。2.3 目前使用的矿井通风能力核算式我国在1980年和1991年进行了两次全国范围的煤矿生产能力核定，其核定的原则、方法和步骤是分别根据煤炭部(80)煤计字第372号文和能源部能源煤(1991)第430号文所规定的原则、方法和步骤进行的。1997年又进行了第三次全国煤矿生产能力核定工作。在矿井生产能力核定中，对矿井通风能力采用的核算式为：（1）低瓦斯矿井 （万t/a） （1）式中：Q矿井总进风量，m3/min；平均日产一吨煤需要的风量，m3/min；由矿务局（集团公司）根据矿井上年产量和矿井实际需要风量按煤矿安全规程规定计算确定：k矿井通风系数，由瓦斯涌出不均系数、备用工作面风量系数、矿井内部漏风系数组成。大型矿井1.151.5，中型矿井1.21.45。（2）高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井 （万t/a） （2）式中：Q矿井总进风量，m3/min；q2平均日产一吨煤瓦斯涌出量，m3/t；k矿井通风系数，1.51.9，大型矿井取小值，小型矿井取大值。0.0926换算常数，1(60240.75)。目前使用的矿井通风能力核定计算方法存在如下问题：(1) 目前使用的核定方法只是矿井通风系统的通风能力现状的反映，如式中Q为矿井实际总进风量，平均日产吨煤需要风量也是按上年产量与实际风量来确定的。因此。不能反映矿井下年及以后的采掘布署变化与生产技术更新对通风的影响。(2) 没有反映主要通风机与风网的匹配情况对通风能力的影响。(3) 生产中实际存在的工作面供风不足、掘进串联通风等。(4)没有反映风网的风量通过能力对矿井通风的影响，如有些矿井运输巷、总回风巷风速超限等。但上述核算式简单明了，使用方便。问题是如何正确合理地确定式中各项参数，对真实反应矿井的通风能力非常重要。不然，计算的通风能力将与矿井的实际通风能力有较大出入。通风能力定的小了，影响矿井的产量和经济效益，定的大了，超出实际通风能力，矿井安全生产无保障。下面就矿井通风能力核定中有关参数的确定进行讨论，这对正确合理地确定矿井实际通风能力有重要意义。2.4 矿井总进风量Q值的确定在确定矿井当前风机运行状况下的通风能力时，对于井下通风均符合规程有关规定的矿井，Q值取矿井的实际总进风量。对于井下一些地点的供风不符合规程要求的矿井，要根据当前井巷断面及风阻值，通过计算机解网分析确定在各井巷风速不超限、并满足硐室及各地点供风要求、主要通风机运转稳定时矿井的总进风量作为Q值。在确定矿井当前的最大通风能力时，应通过计算机解网，确定在井下通风均满足规程有关规定的条件下，各主要通风机在稳定工作范围内叶片角或转速调至尽可能大时（不需换电机）的矿井最大进风量Qmax，作为Q值来核定矿井的最大通风能力。规程第一百零三条 矿井需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：(一)按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。(二)按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实际需要风量，必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度，每人供风量符合本规程的有关规定。按实际需要计算风量时，应避免备用风量过大或过小。煤矿企业应根据具体条件制定风量计算方法，至少每5年修订1次。矿井需要风量为什么要按井下同时工作的最多人数和采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和两个方面计算，并取其中最大值?这是因为矿井通风的目的，一是首先要满足井下工作人员呼吸所必须的新鲜空气量；其二是有效地稀释和排除矿井生产过程中产生的瓦斯和各种有害气体达到允许的浓度以及满足良好的劳动气候环境。因此矿井需要风量的计算，必须同时满足这两个方面的要求，计算结果取其最大值。矿工在井下劳动过程中需要呼吸大量氧气，以保证人体活动时体内一系列的生物氧化反应，产生能量以补充劳动中的能量消耗。根据测算,一个劳动者在劳动时消耗的氧量约为13Lmin，据统计，矿井风流中的氧气消耗,人体只占总消耗量的2一3，其它97为井下煤炭和有机物氧化所消耗。因此国内外大多采煤国家规定了按人员计算，每人的需风量约为4m3min(原苏联规定为6m3min)，我国也规定每人每分钟供给风量都不得少于4m3。再根据同时在井下工作的最多人员的总数N，就可以算出按人员计算的矿井需要总风量Q。这个计算值对一般矿井排除瓦斯和有害气体以及环境要求计算的总风量要偏小些，但对生产规模小、劳动生产率低的地方矿井，人员的呼吸需要的风量也可能占主要地位。Q = 4NK （m3/min）第二种按采煤，掘进、硐室以及其它用风地点实际风量总和的计算方法，即根据矿井的实际采掘布置，按各个采煤工作面（Qc），掘进工作面（Qj）、硐室（Qd）和其它（Qq）用风地点，都使该地点风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的涌出量，稀释到规定允许的浓度；风速和温度都符合规程的有关规定，逐个计算各个用风点的需要风量，由采煤工作面计算到采区，再计算到全矿，这样“由里向外”按实际需要计算出全矿井的总需要风量。再与井下同时工作的最多人数需要的矿井总风量相比，取其中的最大值定为该矿井的需要风量。这样计算的矿井需要风量既满足了人员呼吸的需要，又满足了生产安全的需要。Q = （Qc+Qj+Qd+Qq）K （m3/min）2.5 日产吨煤需风量q值的确定q值是矿井通风能力核定准确与否的关键参数。对于低瓦斯矿井来说式（1）中q1是日产吨煤供风量，对于高瓦斯矿井来说q2是矿井相对瓦斯涌出量，但式（2）中0.0926q2是高瓦斯矿井要保证矿井总回风流中瓦斯浓度不超过0.75所需的日产吨煤最低供风量，和低瓦斯矿井式（1）中的q1具有相同的量纲和意义。因而，对于高瓦斯矿井按式（2）计算的通风能力，往往会出现偏大，与矿井实际通风能力不相符。即使总回风流瓦斯浓度不超0.5，也不能说明工作面供风充足，回风流瓦斯不超限。因此，作者认为对于生产矿井无论高瓦斯还是低瓦斯矿井，均应按矿井的具体情况按式（1）来核算矿井的通风能力，同时要保证总回风流中瓦斯浓度不超过0.75。各用风地点的风量符合规程有关规定。因此，建议无论高瓦斯还是低瓦斯矿井均应按矿井日产吨煤供风量q值（即q1）来核定矿井的通风能力。核定时采用如下算法：（1）计算矿井上年度（或上半年）正常生产期间各用风地点相对应的实际总需风量QxQx（） （m3/min）式中：Qcx、Qcs某采煤工作面需风量与实际供风量， m3/min；Qjx、Qjs 某掘进工作面需风量与实际供风量， m3/min；Qdx、Qds某硐室需风量与实际供风量， m3/min；Qqx、Qqs其他需供风地点（包括备用工作面）的需风量与实际供风量，m3/min；Q某地点因供风不足或过量需增减的风量，m3/min。（2）计算上年度（或上半年）正常生产期间的日产量TdTd （t）式中：T统计期间的总产量，t；t统计期间的总天数；（3）计算日产吨煤需供风量q值qQx/Td （m3/min）（4）按总回风流瓦斯不超限验算确定q值。 Qx/Td 当q0.0926q2时q0.0926q2 当q0.0926q2时关于备用工作面风量，作为井下实际需要的一个供风地点，作者认为其风量应计入矿井其他需风量之中。需要指出的是，当矿井采煤方法、瓦斯涌出等条件与上年度相比发生较大变化时，可按相似条件的邻近矿井或矿区的q值选取。2.6 k值的确定对于生产矿井来说，k值与矿井通风管理水平、采掘布置、通风系统复杂程度及通风设施多少有关。由于备用工作面及其他地点风量已在计算q值时考虑，故k值可按矿井的实际井下漏风情况来计算：ks式中：Qs矿井实际总进风量，m3/min；Ql矿井内部总漏风量，m3/min。考虑矿井风量要有一定富裕及矿井生产的经济合理性，建议取：k（1.051.10）ks3 结 论（1）通过网络解算的手段，测出不同阶段矿井各采掘面的最大风量，利用邻近工作面落煤的相对瓦斯涌出量，可较准确地计算出工作面最大允许日产量和本年度内工作面的产煤天数与本年度内工作面的产煤量，由生产区各采面的年度产煤量，可得矿井在生产区的核定产量（按通风能力）。（2）对于新区首采工作面，无相邻工作面瓦斯涌出量资料，可通过分别预测开采层、邻近层、采空区瓦斯的方法获得工作面相对瓦斯涌出量，根据网络解算获得的工作面最大风量，按通风能力核定出新区各工作面产量。（3）对掘进工作面，由于相对瓦斯涌出量的计算误差较大，故取矿井上一年度掘进出煤量占采面出煤量的百分比，乘以本年度核定的回采煤量，得矿井掘进工作面的核定产量。（4）按通风能力核定的矿井产量等于矿井生产区全部工作面的核定产量、新区全部工作面的核定产量与矿井掘进面核定产量之和。通风能力核定是一项复杂、严肃且敏感的问题，核定值过高便危及矿井的通风安全，核定值过低，不利于生产力的发挥，笔者依据枣庄矿区的实际针对低瓦斯矿井所提出的矿井通风能力综合判定法，目的是想找到一种核定通风能力的较科学的方法，尽量降低通风能力核定的偏差，从实践上看，它具有以下优点：能充分考虑不同的采掘工艺对矿井通风能力的影响，体现出了技术进步对生产力的决定性作用；能兼顾煤田的赋存状态；各种参数的选取更具科学性，降低了人为因素的不确定性；能更合理地发挥通风的效能；评判指标更全面，程序更完整。总之，综合判定法能较全面合理地反映矿井的通风状态，标明了通风能力是一个动态的量而不是恒定不变的值，这也带来了核定过程的复杂性。参考文献1武建国,解读“十二字方针”J，煤矿安全，2008,39（2）2陈家祥,矿井通风能力核定方法的探讨J，矿业安全与环保，2004,31（5）3邢玉忠，付国廷，王彦凯，刘赫男,煤矿生产矿井通风能力核定方法探讨J,煤炭科学技术，2006,38（4）4李博仁，彭成金,浅谈白山市乡镇煤矿以风定产J，煤矿安全，2004,35（6）5丁大同,抓住以风定产这一关键全面贯彻落实瓦斯治理“十二字方针”字方针J，煤矿安全，2003,34（7）6马汉鹏，牛保炉,低瓦斯矿井通风能力核定的探讨J，煤炭科学技术，2003,31（3）12