地下矿山灾害及防治技术

　　地下矿山通风技术

　　(一)地下矿山通风系统

　　1.地下矿山通风的目的

　　矿井通风的目的有两个：在正常生产时期，保证向矿井各用风地点输送足够数量的新鲜空气，用以稀释有毒有害气体，排除矿尘和保持良好的工作环境，确保矿井安全生产;在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其他措施结合，防止灾害扩大。

　　2.地下矿山通风系统

　　矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气，排除污浊空气的通风网络、通风动力及其装置和通风控制设施(通风构筑物)的总称。

　　(1)通风方式。根据进风井和出风井的布置方式，地下矿山通风系统的类型可以分为中央式(中央并列式和中央分列式)、对角式(两翼对角式和分区对角式)和混合式3类。

　　(2)通风方法。根据主要通风机的工作方法，地下矿山通风方式分为抽出式、压入式和压抽混合式。

　　3.地下矿山漏风

　　地下矿山漏风是指通风系统中风流沿某些细小通道与回风巷或地面发生渗漏的短路现象。产生漏风的条件是有漏风通道并在其两端有压力差存在。矿井漏风按其地点可分为外部漏风和内部漏风，前者是指地表与井下之间的漏风，后者是指井下各处的漏风。

　　地下矿山漏风会造成动力的额外消耗;使矿井、采区和工作面的有效风量(送达用风地点的风量)减少，造成瓦斯积聚、气温升高等，影响生产和工人身体健康;大量的漏风会使通风系统稳定性降低，风流易紊乱，调风困难，易发生瓦斯事故;会使采空区、被压碎的煤柱和封闭区内的煤炭及可燃物发生氧化自燃，易发生火灾;当地表有塌陷区时，老窑裂隙的漏风会将采空区的有害气体带入井下，使井下环境条件恶化而威胁安全生产。

　　4.地下矿山反风

　　地下矿山反风是为防止灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施。

　　(1)全矿性反风。全矿反风是指井下各主要风道的风流全部反向的反风。

　　在矿井进风井、井底车场、主要进风大巷或中央石门发生火灾时常采用全矿性反风，避免火灾烟流进入人员密集的采掘工作面。《煤矿安全规程》规定：矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中风流方向，当风流方向改变后主要风机的供给风量不应小于正常供风量40%。每年应进行1次反风演习，反风设施至少每季度检查1次矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。

　　(2)局部反风。在采区内部发生灾害时，维持主要通风机正常运转，主要进风风道风向不变，利用风门开启或关闭造成采区内部风流反向的反风。

　　(二)地下矿山风量计算及通风参数测定

　　1.煤矿矿井风量计算

　　煤矿矿井风量按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：

　　(1)按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不少于4m3;

　　(2)按采煤、掘进、硐室和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，每人供风量符合矿山安全规程的有关规定。

　　2.金属非金属地下矿山风量计算

　　金属非金属地下矿山风量按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：

　　(1)按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不少于4m3;

　　(2)按排尘风速计算。峒室型采场最低风速不小于0.15m/s，巷道型采场和掘进巷遣不小于0.25m/s;电耙道和二次破碎峒室巷道不小于0.5m/s;箕斗峒室、破碎峒室等作业地点，可根据具体条件.在保证作业地点空气中有害物质的接触限值符合《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2一2002)的前提下，分别采用计算风量的排尘风速;

　　(3)有柴油设备运行的矿井，按同时作业机台数每千瓦每分钟供风量4m3计算。

　　3.通风参数测定

　　(1)压力。静压是单位体积空气具有的对外做功的机械能所呈现的压力，是风流质点热运动撞压器壁面而呈现的压力，包括绝对静压和相对静压。

　　位压是单位体积内空气在地球引力作用下，相对于某一基准面产生的重力位能所呈现的压力。水平巷道的风流流动无位压差，在非水平巷道，风流的位压差就是该区段垂直空气柱的重力压强。

　　动压是单位体积空气风流定向流动具有的动能所呈现的压力，又称为速压。风流动压通常用皮托管配合压差计测定。

　　全压是单位体积风流具有的(静)压能与动能所呈现的压力之和。

　　总机械能(总压力)是矿井风流在井巷某断面具有的(静)压能、位能和动能的总和。

　　(2)风速。风速的测定采用风表，风表一般分为高速风表(≥10m/s)、中速风表(0.5～10m/s)和微速风表(0.3～0.5m/s)。

　　(三)地下矿山通风设备和通风构筑物

　　1.矿用通风设备

　　矿用通风设备中最主要的是通风机。通风机按其服务范围的不同，可分为主要通风机、辅助通风机、局部通风机;按通风机的构造和工作原理，可分为离心式通风机和轴流式通风机。

　　主要通风机是用于全矿井或矿井某一翼(区)的通风;辅助通风机是用于矿井通风网络内的某些分支风路中借以调节其风量、帮助主要通风机工作;局部通风机是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。

　　通风机工作基本参数是：风量、风压、效率和功率，它们共同表达通风机的规格和特性。通风机的合理选择是要求预计的工况点在H--Q曲线的位置应满足两个条件：

　　(1)通风机工作时稳定性好，预计工况点的风压不超过H--Q曲线驼峰点风压的90%，而且预计工况点更不能落在H--Q曲线点以左——非稳定工作区段;

　　(2)通风机效率要高，最低不应低于60%。

　　2.通风构筑物

　　地下矿山通风建(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线路流动。矿井通风建(构)筑物可分为两大类：一类是通过风流的构筑物，包括主要通风机风硐、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，包括风墙和风门等。

　　(四)局部通风技术

　　利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风。

　　1.局部通风方法

　　向井下局部地点进行通风的方法。按通风动力形式的不同，可分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风，其中以局部通风机通风最为常用。

　　(1)局部通风机通风。局部通风机的常用通风方式有压入式、抽出式、压抽混合式。

　　压入式通风：局部通风机及其附属装置安装在距离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流经风筒输送到掘进工作面，污风沿掘进巷道排出。

　　抽出式通风：局部通风机安装在距离掘进巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过风筒由局部通风机抽出。

　　混合式通风：混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，其中压入式向工作面供新鲜风流，抽出式从工作面抽出污风，其布置方式取决于掘进工作面空气中污染物的空间分布和掘进、装载机的位置。

　　(2)地下矿山全风压通风。全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。

　　(3)引射器通风。利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法称为引射器通风。引射器通风一般都采用压入式。

　　2.地下矿山局部通风的安全管理规定

　　(1)瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式;

　　(2)压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口不得小于10m;

　　(3)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;

　　(4)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l台局部通风机同时向2个掘进工作面供风;

　　(5)恢复通风前，必须检查瓦斯。只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机。

　　(五)地下矿山通风机系统参数测定

　　1.风速测定

　　(1)用风表测定风速。常用风表有杯式和翼式两种。

　　(2)用热电式风速仪和皮托管压差计测定风速。热电式风速仪分热线和热球式两种，热电式风速仪操作比较方便，但现有的热电式风速仪易于损坏，灰尘和湿度对它都有一定的影响，有待进一步改进以便在矿山广泛使用。

　　(3)对很低的风速或者鉴别通风构筑物漏风时，可以采用烟雾法或嗅味法近似测定空气移动速度。

　　(4)利用风速传感器测定。常用的风速传感器有：超声波涡街式风速传感器、超声波时差法风速传感器、热效式风速传感器等。

　　2.地下矿山通风阻力的测定

　　矿井通风阻力测定的方法一般有以下3种：精密压差计和皮托管的测定法、恒温压差计的测定法和空盒气压计的测定法。

　　3.一氧化碳检测

　　一氧化碳是剧毒性气体，吸入人体后，造成人体组织和细胞缺氧，引起中毒窒息。煤矿火灾、瓦斯和煤尘爆炸及爆破作业时都将产生大量的一氧化碳。为了矿工的身体健康，《煤矿安全规程》规定，井下作业场所的一氧化碳浓度应控制在0.0024%以下。煤矿常用的一氧化碳检测仪器有电化学式、红外线吸收式、催化氧化式等。

　　4.氧气检测

　　《煤矿安全规程》对矿井氧气含量有严格规定。煤矿中检测氧气常用的方法主要有气相色谱法、电化学法和顺磁法。其中气相色谱仪一般安装在地面，通过人工取样分析矿井气体成分浓度。

　　5.温度检测

　　煤矿常用的温度传感器有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体PN结、半导体红外热辐射探测器、热噪声、光纤等。热电偶、热电阻原理在工业(地面)上早已得到广泛应用;半导体PN结原理在-100一+100℃范围内的应用也很成功，煤矿井下应用较多。