《安全矿井通风安全》PPT课件.ppt

9安全 矿井通风安全 主讲 路仁江 2011 9 主要内容 1 概述2 统一通风和分区通风 3 进风井与回风井的布局 4 主扇工作方式与安装地点5 阶段通风 采场通风及通风构筑物6 通风系统的漏风7 局部通风 概论 矿井通风是保证金属非金属矿山安全生产的重要条件 矿井通风的基本任务是采用安全 经济 有效的通风方法 供给井下足够的新鲜空气 稀释和排除有毒有害气体和粉尘 调节井下气候条件 以保证井下职工的安全和健康 提高劳动生产的效率 矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气 排出污浊空气的通风网路和通风动力以及通风控制设施等构成的工程体系 概论 矿井通风系统按服务范围分 统一通风和分区通风 按进风井与回风井在井田范围内的布局分 中央式 对角式和中央对角混合式 按主扇的工作方式分 压入式 抽出式和压抽混合式 矿井通风按动力分 自然通风和机械 扇风机 通风 此外 阶段通风网络 采区通风网络和通风构筑物 也是通风系统的重要构成要素 防止漏风 提高有效风量率 是矿井通风系统管理的重要内容 井下空气矿井空气来源于地面空气 地面空气主要由氧 氮 二氧化碳等气体所组成 其中氧气占20 96 氮气占79 00 二氧化碳占0 04 此外还有微量稀有气体 水蒸气 灰尘和微生物等 地面空气进入矿井后 当其成分与地面空气成分相同或近似 符合安全卫生标准时 称为矿内新鲜空气 充满在矿内巷道中的各种气体 矿尘和杂质的混合物 统称为矿内污浊空气 我国 金属非金属矿山安全规程 规定 矿内空气中含氧量不得低于20 有人工作或可能有人到达的井巷 二氧化碳不得大于0 5 总回风流中 二氧化碳不超过1 矿内空气最适宜人劳动的温度是15 20摄氏度 概论 氧为无色 无味 无臭的气体 能帮助物质燃烧和供人和动物呼吸 空气中的氧减少了 人们的呼吸就会感到困难 严重时会因缺氧而死亡 当空气中的氧减少到17 时 人们从事紧张的工作会感到心跳和呼吸困难 氧减少到15 时 会失去劳动能力 减少到10 12 时 会失去理智 时间稍长对生命就有严重威胁 到6 9 时 会失去知觉 若不急救就会死亡 二氧化碳是无色 略带酸臭味的气体 对人的呼吸起刺激作用 当空气中二氧化碳浓度过大 造成氧浓度降低时 可以引起缺氧窒息 当空气中CO2 浓度达5 时 人就出现耳鸣 无力 呼吸困难等现象 达到10 20 时 人的呼吸处于停顿状态 失去知觉 时间稍长有生命危险 概论 矿井自然通风为了将地面新鲜空气不断输送到井下 并克服井巷阻力而流动 使工作面获得所需风量 矿井通风系统中必须有足够的通风动力 自然风压 称自然通风 和扇风机风压 即机械通风 矿井自然通风的基本概念在非机械通风的矿井里 风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒 这主要是由于风流经过井巷时与岩石发生了热量交换 进 回风井里的气温出现差异 回风井里的空气密度小 因而两个井筒底部的空气压力不相等 其压差就是所谓的自然风压H 在自然风压的作用下风流不断流过矿井 形成自然通风过程 如果在夏天 地面气温较高 在山区用平硐开拓的矿井 未安主扇通风时 经常可以见到自然通风风向的变化 有时风流停滞 这就表明 完全依靠自然通风 不能满足安全生产的要求 在炎热季节扇风机风压不仅要用来克服井巷通风阻力 而且还要克服反向的自然风压 冬季情况正好相反 自然风压能够帮助扇风机去克服井巷通风阻力 矿井通风采用的机械 都是风压在0 1大气压 10kpa 以下的扇风机 或叫通风机 根据扇风机的动作原理可分为叶片式 喷射式和容积式三类 叶片式扇风机产生的风压和风量较大 成为现今矿井通风的主要机械 扇风机的分类矿用扇风机按其用途可分为三种 主扇 用于全矿井或矿井某一翼 区 的 称为主力扇风机 辅扇 用于矿井通风网路内的某些分支风路中借以调节其风量 帮助主扇工作的 称为辅助扇风机 局扇 用于矿井局部地点通风的 它产生的风压几乎全部用于克服它所连接的风筒阻力 称为局部扇风机 矿用扇风机按其构造原理可分为离心式与轴流式两大类 如下图 矿井机械通风 离心式风机 矿井机械通风 轴流式风机 统一通风 一个矿井构成一个整体的通风系统 分区通风 划分为若干个独立的通风系统 风流互不干扰 我国金属矿山采用统一通风的较多 统一通风 进排风比较集中 便于管理 开采范围不大的矿井 特别是深矿井 采用全矿统一通风比较合理 近年来 不少矿山 在调整通风系统过程中 根据各矿特点 将一个矿井划分若干个独立的通风区域 实行分区通风 收到了较好的效果 分区通风具有风短路 阻力小 网路简单 风流易于控制等特点 因此 在一些矿体埋藏较浅且分散的矿山或矿井开采浅部矿体的时期 得到了广泛的应用 但是 由于分区通风需要具备较多的进排风井 它的推广使用就受到一定的限制 是否适合分区通风 主要看开凿通达地表的通风井巷工程量的大小或有无现成的其他井巷可供利用 统一通风和分区通风 一般说来 在下述条件下 采用分区通风比较有利 1 矿体埋藏较浅切分散 开凿通达地表的通风井巷工程量较小 或有现成的井巷可供利用 2 矿体埋藏较浅 走向长 产量大 若构成一个通风系统 风路长 漏风大 网路复杂 风量调节困难 3 开采围岩或矿石有自然发火危险的规模较大的矿井 分区通风的各系统处于同一开拓系统之中 井巷间存在一定的联系 分区通风的各系统不仅各具独立的通风动力 而且还各有完整的进回风井巷 各系统之间相互独立 实行分区通风应合理划分通风区域 通常将矿量比较集中 生产上密切相关的地段 划在一个通风区域内 统一通风和分区通风 每一通风系统至少有一个可靠的进风井和一个可靠的回风井 在一般情况下 均以罐笼提升井兼做进风井 箕斗井和箕斗 罐笼混合井则不做进风井 这是因为 装卸矿过程中产生大量粉尘能造成风流污染的缘故 排风井通常均为专用 因为排风风流中含有大量有毒气体和粉尘 按进风井和排风井的相对位置 可分为中央式 对角式和中央对角混合式三类不同的布置形式 1 中央式进风井与排风井均位于井田走向的中央 风流在井下的流动路线呈折返式 如图7 5所示 优点 基建费用少 投产快 地面建筑集中 便于管理 井筒延伸工作方便 容易实现反风等 适用 中央式多用于开采层状矿体 金属矿山 当矿脉走向不太长 要求早期投产 或受地形 地质条件限制 在两翼不宜开掘进风井时 可采用中央式 进风井与回风井的布局 2 对角式进风井在矿体一翼 排风井在矿体另一翼 或者进风井在矿体中央 排风井在两翼 风流在井下的流动路线呈直线式 如图7 6所示 优点 风流路线短 风压损失少 漏风少 整个矿井生产期间风压比较稳定 风流分配比较均匀 排出的污风距工业场地较远等 适用 金属矿山多采用对角式布置方式 进风井与回风井的布局 3 中央对角混合式当矿体走向长 开采范围广 采用中央式开拓 可在井田中部布置进风井和回风井 用于解决中部矿体开采时通风 同时在矿井两翼另开掘回风井 解决边远矿体开采时的通风 整个矿井既有中央式又有对角式 形成中央对角混合式 如图7 7所示 进风井与回风井的布局 主扇工作方式有三种 压入式 抽出式和压抽混合式 不同的通风方式 一方面使矿井空气处于不同的受压状态 另一方面在整个通风线路上形成了不同的形式的压力分布状态 从而在风量 风质和受自然风流干扰的程度上 出现了不同的通风效果 1 压入式整个通风系统在压入式主扇作用下 形成高于当地大气压的正压状态 在进风段 由于风量集中 造成较高的压力梯度 外部漏风较大 在需风段和回风段 由于风路多 风流分散 压力梯度较小 而受自然风流的干扰而发生风流反向 压入式通风系统的风门等风流控制设施均安设在进风段 由于运输 行人频繁 不易管理 漏风大 由专用进风井压入式通风 风流不受污染 风质好 主提升井处于回风状态 漏风 对寒冷地区冬季提升井防冻有利 压入式通风适合在下列条件下采用 1 回采过程中回风系统易受破坏 难以维护 2 矿井有专用进风井巷 能将新鲜风流直接送往作业地点 3 靠近地表开采 或采用崩落法开采 覆盖岩层透气性好 4 矿石或围岩含放射性元素 有氡及氡子体析出 主扇工作方式与安装地点 2 抽出式整个通风系统在抽出式主扇的作用下 形成低于当地大气压的负压状态 回风段风量集中 有较高的压力梯度 在进风段和需风段 由于风流分散 压力梯度较小 优点 回风段压力梯度高 使作业面的污浊风流迅速向回风道集中 烟尘不易向其他巷道扩散 排出速度快 此外 由于风流调控设施均安装于回风道中 不妨碍运输 行人 管理方便 控制可靠 缺点 当回风系统不严密时 容易造成短路吸风 特别是当采用崩落法开采 地表有塌陷区与采空区相连通的情况下更为严重 在回风道上部建立严密的隔离层 将回风系统与上部采空区隔开 防止短路吸风 是保证抽出式通风发挥良好作用的重要条件 抽出式通风的另一个特点是 作业面和进风系统负压较低 易受自然风压影响出现风流反向 造成井下风流紊乱 抽出式通风使主要提升井处于进风状态 风流易受污染 寒冷地区的矿山还应考虑冬季提升井防冻 一般来说 只要能够维护一个完整的回风系统 使之在回采过程中不致遭到破坏 采用抽出式通风比较有利 我国金属矿山大部分采用抽出式通风 3 压抽混合式在进风段和回风段均利用主扇控制风流 使整个通风系统在较高的压力梯度作用下 驱使风流沿指定路线流动 故排烟快 漏风少 也不易受自然风流干扰而造成风流反向 这种通风方式兼压人式和抽出式两种通风方式的优点 是提高矿井通风效果的重要途径 当然 压抽混合式通风所需通风设备多 管理较复杂 在下述条件下可采用压抽混合式 1 采矿作业区与地面塌陷区相沟通 采用压抽混合式可平衡风压 控制漏风量 2 有自然发火危险的矿山 为防止大量风流漏入采空区引起发火 可采用压抽混合式 3 利用地层的调温作用解决提升井防冻的矿井 可在预热区安设压入式扇风机送风 与抽出式主扇相配合 形成压抽混合式 4 多级机站通风这是一种由几级进风机站以接力方式将新鲜空气经进风井巷压送到作业区 再由几级回风机站将作业时形成的污浊空气经回风井巷排出矿井的通风系统 其通风方式属压抽混合式 优点 由于此系统在进风段 需风段和回风段均设有扇风机 对全系统施行均压通风 能有效地控制漏风 节省通风能耗 风量调节也比较灵活 缺点 但所需通风设备较多 管理较复杂 适用条件 与压抽混合式相同 主扇工作方式与安装地点 主扇安装 主扇可安装在地表 也可安装在井下 一般多安装在地表 安装在地表的主要优点 安装 检修 维护管理比较方便 井下发生灾变事故时 扇风机不易受到损害 便于采取停风 反风或控制风量等应急措施 其缺点 井口密闭 反风装置和风硐的漏风较大 当矿井较深 工作面距主扇较远时 沿途漏风大 在地形条件复杂的情况下 安装 建筑费用较高 主扇安装在地下的优点 主扇装置漏风少 扇风机靠近作业区 沿途漏风也少 可利用较多井巷进风或回风 降低通风阻力 密闭工程量较少 其缺点 安装 检修和管理不方便 易因井下灾害而遭到破坏 主扇工作方式与安装地点 在下列情况下可考虑将主扇安装在井下 1 地形险峻 在地面无适当地点可供安装主扇 或地面有山崩 滚石 滑坡等不利因素 威胁主扇安全 2 矿井进风区段运输行人频繁 风流难以控制 而回风区段又与采空区及地表塌陷区沟通 不易隔离 3 矿井深部开采阶段 作业面距地表主扇远 沿途漏风大且不易控制 4 使用小型扇风机进行多级机站通风 主扇安装在井下时应注意的问题 1 主扇应安装在不受地压及其他灾害威胁的安全可靠的地点 2 进风系统与回风系统之间一切漏风通道应严加密闭 3 抽出式通风的地下主扇 主扇房和检修通道应供给新鲜风流 4 采用具有良好空气动力性能的机站结构 降低通风阻力 主扇工作方式与安装地点 1 阶段通风金属矿山通常多阶段同时作业 为使各阶段作业面都能从进风井得到新鲜风流 并将所排出的污风送到回风井 各作业面的风流应互不串联 就必须对各阶段的进 回风巷道统一安排 构成一定型式的阶段通风网路 阶段通风网路由阶段进风道 阶段回风道 矿井总回风道和集中回风天井等巷道联结而成 1 阶段进风道通常以阶段运输道兼阶段进风道 当运输道中装卸矿作业的产尘量大或漏风严重难以控制时 也可开凿专用进风道 2 阶段回风道通常利用上阶段已结束作业的运输道做下阶段的回风道 如果没有一个已结束作业的运输道可供回风之用 则应设立专用的阶段回风道 专用回风道可一个阶段设立一条 或两个阶段共用一条 阶段通风 采场通风及通风构筑物 3 总回风道与集中回风天井在各开采阶段的最上部 维护或开凿一条专用回风道 用以汇集下部各阶段作业面所排出的污风 并将其送到回风井 此回风道称为总回风道 建立总回风道可省掉各阶段的回风道 但需建立集中回风天井 集中回风天井是沿走向布置的贯通各阶段的回风小井 它可将各阶段作业面排出的污风送至上部总回风道 阶段通风 采场通风及通风构筑物 2 采场通风为了便于回采 用平巷 天井等把矿床分割成的块段叫矿块 即采场 合理的采场通风网路和通风方法 是保证整个通风系统发挥有效通风作用的最终环节 是整个通风系统的重要组成部分 按各种采矿方法的结构特点 回采作业面的通风可归纳为 无出矿水平的巷道型或硐室型采场的通风 有出矿水平的采场的通风 无底柱分段崩落采矿法的通风 阶段通风 采场通风及通风构筑物 3 矿井通风构筑物矿井通风构筑物是矿井通风系统中的风流调控设施 用以保证风流按生产需要的路线流动 凡用于引导风流 遮断风流和调节风量的装置统称为通风构筑物 合理地安设通风构筑物 并使其通常处于完好状态 是矿井通风技术管理的一项重要任务 通风构筑物可分为两大类 一类是通过风流的构筑物 包括主扇 风硐 反风装置 风桥 导风板 调节风窗和风障 另一类是遮断风流的构筑物 包括挡风墙和风门等 阶段通风 采场通风及通风构筑物 1 矿井漏风及其危害经进风系统送入的新风 到达作业地点 达到通风目的风流称为有效风流 未经作业地点而通过采空区 地表塌陷区以及通风构筑物的缝隙 直接渗入回风道或直接排出地表的风流称为漏风 危害 矿井漏风降低了作业面的有效风量 增加通风困难 矿井漏风使通风系统的可靠性和风流的稳定性遭到破坏 易使角联巷道 下注解 风流反向 出现烟尘倒流现象 大量漏风风路的存在 可使矿井总风阻降低 从而破坏主扇的正常工况 效率降低 无益的电耗增加 此外 矿井漏风还能加速可燃性矿物的自然发火 因此 减少漏风提高有效风量是矿井通风管理的重要任务 通风系统的漏风 角联巷道是横跨在并联风路上的巷道 其巷道中风流的变化取决于周围其它巷道风阻比值的变化 因而角联巷道风流不稳定 有时出现风流停止流动 易造成用风地点无风 易造成巷道瓦斯积聚 角联巷道发生灾害时 风流会发生倒流或逆流 造成事故范围扩大 2 漏风地点及漏风原因一般而言 有漏风通道存在 并在漏风通道两端有压差时 就可产生漏风 金属矿山的主要漏风地点和产生漏风的原因如下 1 抽出式通风的矿井 通过地表塌陷区及采空区直接漏入回风道的短路风流有时可达很高的数值 造成这种漏风的原因 首先是由于开采上缺乏统筹安排 过早地形成地表塌陷区 在回风道的上部没有保留必要的隔离矿柱 同时也由于对地表塌陷区和采空区未及时充填或隔离 2 压入式通风的矿井 通过井底车场的短路漏风量也很高 这种漏风常常是由于井底车场风门不严密或风门完全失效所致 3 作业面分散 废旧巷道不能及时封闭 造成风流浪费 4 井口封闭 反风装置 井下风门 风桥 挡风墙等通风构筑物不严密 也能造成较大的漏风 通风系统的漏风 3 减少漏风的措施 1 矿井开拓 开采顺序 采矿方法等因素对矿井漏风有很大影响 对角式通风系统 由于进风井和排风井相距较远 风流直向流动 压差较小 比中央并列式通风系统漏风小 后退式开采顺序 采空区由两翼向中央发展 对减少漏风和防止风流串联有利 充填采矿法比其他采矿法漏风少 在巷道布置上 主要运输道和通风巷道布置在脉外 使其在开采过程中不致过早遭到破坏 对维护正常的通风系统 减少漏风有利 2 抽出式通风的矿井 应特别注意地表塌陷区和采空区的漏风 从采矿设计和生产管理上 应尽量避免过早地形成地表塌陷区 已形成塌陷区的矿井 在回风道上部应保留矿柱 并应充填采空区或密闭天井口 压入式通风的矿井 应注意防止进风井底车场的漏风 在进风井与提升井之间至少要建立两道可靠的自动风门 在各阶段进风穿脉巷道口试用导风板或空气幕引导风流 防止井底车场漏风 由进风井开凿专用进风平巷 避开运输系统 直接将新鲜风流送到各采区 也可减少井底车场漏风 通风系统的漏风 3 提高通风构筑物的质量 加强密闭性是防止漏风的基本措施 挡风墙与风门的面积应尽量小些 挡风墙四周与岩壁接触处要用混凝土抹缝 门板最好用双层本板 中间夹油纸或其他致密材料 铁门板四周焊缝要严 门框边缘要钉胶皮或麻布 风门下边要挂胶皮帘并设置门槛 保持严密 4 降低风阻 平衡风压也是减少漏风的重要措施 漏风风路两端压差的大小 主要决定于并联的用风地点的通风阻力 降低用风地点风阻 使两端压差减小 可降低漏风风路两端的压差 也能减少漏风 在选择风量调节方法时 降阻调节法对减少漏风更为有利 采用压抽混合式通风和多级站通风 可使矿井风压趋于平衡 并在生产区段形成零压区 对防止漏风 提高有效风量十分有利 通风系统的漏风 在采矿和地质勘探等工程中 必须开掘大量的井巷 而掘进这些井巷的特点是只有一个出口 所以称为独头巷道 独头巷道的通风称局部通风或掘进通风 其任务是将新鲜风流引至工作面 并排出工作面的炮烟 矿尘等污浊空气 以保证工人在良好的环境下工作 1 局部通风的方法局部通风的方法有 利用主扇 或辅扇 风压或自然风压为动力的局部通风方法 简称总风压通风 利用扩散作用的局部通风方法 简称扩散通风 利用引射器通风的局部通风方法 简称引射器通风 利用局部扇风机的局部通风方法 简称局扇通风 局部通风 1 总风压通风是借助于风障或风筒等设施 将主扇或辅扇造成的新鲜风流引人独头工作面 以稀释或排出其中的污浊空气 纵向风障导风 根据建筑材料的不同 风障可分为砖风障 木板风障和柔性 帆布 塑料布等 风障等 也可用风筒导风 利用风障或风筒导风时 常在总风流中设有调节风窗 以调节导入独头工作面的入风量 利用总风压作局部通风动力的最大优点是通风可靠 管理方便 但要求有一定的总压 以克服引风道的阻力 在选择时要注意作用于该处的总风压能否满足局部通风的要求 同时也要考虑在工程上是否可行 局部通风 局部通风 风幛导风风筒导风1 风幛 2 调节风门1 风筒 2 风墙 3 调节风门 2 扩散通风不需要任何辅助设施 主要是靠新鲜风流的紊流扩散作用清洗工作面 它只适用于短距离 10 15m 的独头工作面 例如 在靠近新鲜风流道处 开挖一小断面的硐室或掘进巷道开始段 3 引射器通风是利用高压水或压缩空气为动力 经过喷嘴 喷头 高速射出 在喷出射流周围造成负压区而吸入空气 并经混合管整流继续推动被吸入的空气 造成风筒内风流流动 若流经喷嘴的是压缩空气 常称为压气引射器 以高压水为动力的引射器 常称水风扇 这种通风方法适用于掘进硐室或与局扇配合使用 局部通风 局部通风 引射器通风1 风筒 2 引射器 3 水管 或风管 4 局扇通风是矿山目前最常用的一种通风方法 按照局扇的工作方式 局扇通风又分为压入式通风 抽出式通风和混合式通风 如图7 8所示 局部通风 压入式通风通过扇风机把新鲜风流经风筒压送到工作面 而污浊空气沿巷道排出 优点 工作面的通风时间短 缺点 全巷道的通风时间长 适用于较短巷道掘进时的通风 抽出式通风将工作面的污浊空气经风筒用扇风机抽至回风道 新鲜风流由巷道流至工作面 巷道处于新鲜风流中 适用于较长巷道的掘进通风 缺点 工作面的通风效果不好 混合式通风安装两台扇风机 一台向工作面压送新风 一台把污风抽至回风道 具备了压入式和抽出式通风的优点 避免了它们的缺点 通风效果良好 多用在大断面长距离巷道掘进时的通风 局部通风 为了避免循环风 对局部通风要求 从贯穿风流巷道中吸取的风量不得超过该巷道总风量的70 压入式通风时 吸风口应设在贯穿风流巷道的上风侧 距离独头巷道口不得小于10m 抽出式通风时 排风口应设在贯穿风流巷道的下风侧 距离独头巷道口不得小于I0m 混合式通风时 作抽出式工作风机的排风口也应设在贯穿风流巷道的下风侧 距离独头巷道口不得小于10m 同时要求吸入口处的风量比压入式局扇的送风量大20 25 压入式的吸风口与抽出式的吸风口距离要大于10m 局部通风 矿井开拓期要掘进长距离的巷道 掘进这类巷道时 多采用局扇通风 为了获得良好的通风效果 需要注意以下几方面的问题 通风方式要选择得当 一般采用混合式通风 条件许可时 尽量选用大直径的风筒 以降低风筒风阻 提高有效风量 保证风筒接头的质量 根据实际情况 尽量增长每节风筒的长度 减少风筒接头处的漏风 风筒悬吊力求 平 直 紧 以消除局部阻力 要有专人负责 经常检查和维修 长巷道 天井 竖井掘进时的通风 在矿山工作中 可以采用局扇串联通风或钻孔和局扇配合通风来解决长距离巷道掘进时的通风问题 按局扇布置不同 分为集中串联和间隔串联 在相同 风机和风筒 条件下 一般集中串联比间隔串联漏风大 这是因为漏风量的大小与风筒内外压差有关 与间隔串联时风筒内外压差比较 集中串联时风筒内外压差成倍增加 采用柔性风筒进行局扇间隔串联通风时 应使风筒内不出现负压区 以防止柔性风筒被抽瘪 当风筒全长为L 串联局扇台数为n 串联局扇的间距应符合 长巷道 天井 竖井掘进时的通风 集中串联和间隔串联若两台局部通风机之间仅用较短 1 2m 的铁质风筒连接称为集中串联 若局部通风机分别布置在风筒的端部和中部 则称为间隔串联 1 硬质风筒一般由厚2 3mm的铁板卷制而成 铁风筒的优点是坚固耐用 使用时间长 各种通风方式均可使用 缺点是成本高 易腐蚀 笨重 拆 装 运不方便 在弯曲巷道中使用困难 2 柔性风筒主要有帆布风筒 胶布风筒和人造革风筒等 柔性风筒的优点是轻便 拆装搬运容易 接头少 缺点是强度低 易损坏 使用时间短 且只能用于压入式通风 带刚性骨架的可伸缩风筒得到了开发和应用 即在柔性风筒内每隔一定距离加一个钢丝圈或螺旋形钢丝圈 长巷道 天井 竖井掘进时的通风