煤矿安全新技术

1、煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第1页页煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第2页页第一章第一章 概概 述述 矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的变时能够

2、根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。作业。 20世纪世纪80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的采煤方法、巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投入应用。以低耗、高效、安全的集约化生产提供安全地投入应用。以低耗、高效、安全的集约化生产提供安全保障。保障。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共

3、43页页 第第3页页第一节第一节 矿井通风系统的优化改造矿井通风系统的优化改造 矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出污风的通风方式（进污风的通风方式（进回风井布置的方式回风井布置的方式中央式、对角式、中央式、对角式、混合式）、通风方法（抽出式、压入式、抽压混合式）、混合式）、通风方法（抽出式、压入式、抽压混合式）、通风网络（由风流流经的巷道及相关设施组成）和通风控通风网络（由风流流经的巷道及相关设施组成）和通风控制设施（通风构筑物）的总称。制设施（通风构筑物）的总称。 近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业近年来，为适应综合机械化

4、采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验，借鉴国外先进技术的基础上于部在总结建设经验，借鉴国外先进技术的基础上于1984颁颁发了关于改革矿井开拓部署的若干技术规定，作为新发了关于改革矿井开拓部署的若干技术规定，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集约化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以产集约化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以“针针对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风能增风”为指导思想，对数百对国有煤矿进行了通风系统为指导思想，对数百对国有煤矿进行

5、了通风系统优化优化煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第4页页改造，配合生产矿井井田合并、开采范围扩大和储量增多等改造，配合生产矿井井田合并、开采范围扩大和储量增多等改扩建工作。这类通风系统优化改造主要有以下几个方面内改扩建工作。这类通风系统优化改造主要有以下几个方面内容。容。 一、通风方式的改革一、通风方式的改革 根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央对对角式混合通风系统。为适应综采集约化生产，工作面单产超角式混合通风系统。为适应综采集约化生产，工作面单产超过过1Mt/a的要求，对矿井采用分区域开拓。因此，形成区域的要求，

6、对矿井采用分区域开拓。因此，形成区域式通风系统，即每个区域均有一组进、回风井，各个区域采式通风系统，即每个区域均有一组进、回风井，各个区域采用相对独立的通风技术。它具有通风线路短、风阻小、区域用相对独立的通风技术。它具有通风线路短、风阻小、区域间干扰小、安全性好，便于选择主要通风机，使其实现高效间干扰小、安全性好，便于选择主要通风机，使其实现高效节能的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特节能的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特大型矿井或因地质条件须把井田划为若干独立生产区域的矿大型矿井或因地质条件须把井田划为若干独立生产区域的矿井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、分区

7、式为主，井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、分区式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主，表改扩建的生产矿井以混合式为主，表1-1-1表示我国大型煤表示我国大型煤矿各类通风方式分布状况。矿各类通风方式分布状况。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第5页页煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第6页页二、主要通风机的经济运行能力的提高二、主要通风机的经济运行能力的提高 为提高主要通风机的经济运行能力，主要开展了以下为提高主要通风机的经济运行能力，主要开展了以下工作。工作。（1）为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，）为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，

8、20世纪世纪80年代以来，我国相继出现年代以来，我国相继出现2K60系列和系列和GAF系列的轴流式系列的轴流式风机和风机和G4-73与与K4-73系列的离心式风机。系列的离心式风机。20世纪世纪90年代，年代，依托于国家依托于国家“八五八五”科技攻关项目，研制出科技攻关项目，研制出FD型的对旋式型的对旋式风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点，因而迅速风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点，因而迅速在我国煤矿推广。在原煤炭部在我国煤矿推广。在原煤炭部“九五九五”攻关项目中，无驼攻关项目中，无驼峰式轴流风机的研制成功增大了通风机的稳定工作区域。峰式轴流风机的研制成功增大了通风机的稳定工作区域

9、。（2）研制出离心式风机的调速装置，如可控硅调速、液力）研制出离心式风机的调速装置，如可控硅调速、液力偶合器和变频调速装置。偶合器和变频调速装置。（3）加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内）加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内部以及扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效部以及扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第7页页率。在生产矿井进行老、旧风机的运行状态改造中，主要率。在生产矿井进行老、旧风机的运行状态改造中，主要查明了通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主要通风查明了通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主

10、要通风机选型偏大，风机转速偏高，电机容易偏大，使风机长期机选型偏大，风机转速偏高，电机容易偏大，使风机长期处于低效区运行等问题，提出一整套风机经济运行的办法，处于低效区运行等问题，提出一整套风机经济运行的办法，对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。三、采区通风系统优化布置三、采区通风系统优化布置 优化采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力优化采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力和排出瓦斯的效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，和排出瓦斯的效果。

11、随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，出现了面，出现了3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，利于采区内采煤工作面的掘进工作面的独立通回风上山，利于采区内采煤工作面的掘进工作面的独立通风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险提供了有利条件。在区的局部反风和作

12、业人员的安全脱险提供了有利条件。在煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第8页页 采煤工作面的通风布置方面，在常规的采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置型通风布置的基础上，提出了的基础上，提出了U+L型方式（或称尾巷布置方式），改型方式（或称尾巷布置方式），改变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面隅角变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面隅角瓦斯积聚，促进了采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯瓦斯积聚，促进了采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和采用了排放巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单型的通风布置方式，单独供应新鲜

13、风流直流稀释采空区涌出的瓦斯。此外，还采独供应新鲜风流直流稀释采空区涌出的瓦斯。此外，还采用了用了W型和型和Z型等布置方式，在适宜条件下均取得了较理想型等布置方式，在适宜条件下均取得了较理想的通风效果，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证的通风效果，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。了安全回采。四、新型通风设施的使用四、新型通风设施的使用 为适应矿井灾变时期风流控制的需要，研制出能在地为适应矿井灾变时期风流控制的需要，研制出能在地面利用矿井环境监控系统或远程控制系统操作纵井下主要面利用矿井环境监控系统或远程控制系统操作纵井下主要风门的自动系统，解决了灾变时期，当矿工和救护人员

14、难风门的自动系统，解决了灾变时期，当矿工和救护人员难以到达灾区和烟流入侵区域而按救灾要求必须开启或关闭以到达灾区和烟流入侵区域而按救灾要求必须开启或关闭风门的难题。风门的难题。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第9页页第二节第二节 矿井通风装备和仪器仪表的改进矿井通风装备和仪器仪表的改进一、矿井环境监测系统的建立一、矿井环境监测系统的建立 20世纪世纪80年代以来，在全国范围内，大中型矿井已普遍年代以来，在全国范围内，大中型矿井已普遍建立起矿井环境监测、监控系统。对重点区域的通风参数和建立起矿井环境监测、监控系统。对重点区域的通风参数和有害气体浓度的连续监测，对于及时连续

15、了解通风系统的变有害气体浓度的连续监测，对于及时连续了解通风系统的变化，发现事故隐患，进行灾变预警和救灾工作有重要意义。化，发现事故隐患，进行灾变预警和救灾工作有重要意义。在实际应用中，它对提高矿井安全生产水平和抗灾能力发挥在实际应用中，它对提高矿井安全生产水平和抗灾能力发挥了重要作用。了重要作用。二、掘进通风装备系列化二、掘进通风装备系列化 掘进巷道的通风受环境条件和生产影响大，其可靠性差，掘进巷道的通风受环境条件和生产影响大，其可靠性差，常由于局部通风机的停电和风筒的破损，造成掘进巷道内无常由于局部通风机的停电和风筒的破损，造成掘进巷道内无风或风量不足而引起瓦斯积聚，是瓦斯爆炸的多发地区。

16、为风或风量不足而引起瓦斯积聚，是瓦斯爆炸的多发地区。为了对掘进的工作面进行有效地通风，保证局部通风机的连续了对掘进的工作面进行有效地通风，保证局部通风机的连续运转，已开发出多种系列的新型局部通风机，包括高效节能运转，已开发出多种系列的新型局部通风机，包括高效节能煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第10页页的的FD、FD、KDZ型对旋式局部通风机，无摩擦火花型型对旋式局部通风机，无摩擦火花型FSD系列和安全摩擦火花型系列和安全摩擦火花型FDC系系列局部通风机等。在低列局部通风机等。在低瓦斯矿井普遍实现了采煤工作面与掘进工作面的分别供电，瓦斯矿井普遍实现了采煤工作面与掘进工作

17、面的分别供电，局部通风机实行风电闭锁。在高瓦斯矿井和突出矿井，实局部通风机实行风电闭锁。在高瓦斯矿井和突出矿井，实现了以局部通风机供电现了以局部通风机供电“三专两闭锁三专两闭锁”为主的掘进安全技为主的掘进安全技术装备系列化，确保了局部通风机的可靠运转和掘进巷道术装备系列化，确保了局部通风机的可靠运转和掘进巷道的稳定通风。从的稳定通风。从1988年开始系列化装备工作，至年开始系列化装备工作，至1993年，年，在在5年时间内，国有重点煤矿的瓦斯超限次数下降了年时间内，国有重点煤矿的瓦斯超限次数下降了33.2%，提高了掘进工作面的安全水平。提高了掘进工作面的安全水平。三、通风仪器、仪表的改进三、通风

18、仪器、仪表的改进 随着电子技术和计算机技术的发展，各种类型的环境随着电子技术和计算机技术的发展，各种类型的环境监测、监控系统，新型的具有多参数检测功能和智能化的监测、监控系统，新型的具有多参数检测功能和智能化的气体浓度通风参数检测仪器仪表已应用于日常通风监测。气体浓度通风参数检测仪器仪表已应用于日常通风监测。第三节第三节 矿井通风新技术矿井通风新技术煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第11页页一、均压通风技术的发展一、均压通风技术的发展 20世纪世纪60年代以来，均压通风技术在控制采空区或火年代以来，均压通风技术在控制采空区或火区漏风和自燃方面得到较广泛的应用，已取得较显

19、著的效区漏风和自燃方面得到较广泛的应用，已取得较显著的效果。其主要的优点是在不停产、不封闭的条件下，减少漏果。其主要的优点是在不停产、不封闭的条件下，减少漏风和瓦斯涌出，抑制自燃、提高生产的安全性。但在一些风和瓦斯涌出，抑制自燃、提高生产的安全性。但在一些应用实践中，因对均压相关区域环境条件变化的影响分析应用实践中，因对均压相关区域环境条件变化的影响分析不够，也出现了一些问题，如均压效果不佳，部分采空区不够，也出现了一些问题，如均压效果不佳，部分采空区自燃控制效果不好，在有煤层群的矿井，自燃由自燃煤层自燃控制效果不好，在有煤层群的矿井，自燃由自燃煤层向其它煤层转移，甚至引发瓦斯爆炸事故。应用均

20、压通风向其它煤层转移，甚至引发瓦斯爆炸事故。应用均压通风技术多年的实践经验和教训显示，均压通风技术的应用必技术多年的实践经验和教训显示，均压通风技术的应用必须加强管理，注意分析均压措施对相关区域的影响。须加强管理，注意分析均压措施对相关区域的影响。 近年来，对均压通风技术的研究主要是研究各类均压近年来，对均压通风技术的研究主要是研究各类均压通风方法对不同井下条件的适应性，并配合均压通风技术通风方法对不同井下条件的适应性，并配合均压通风技术开发配套的均压监测、漏风通道检查装置，新型阻漏材料，开发配套的均压监测、漏风通道检查装置，新型阻漏材料，阻漏方法以及均压自动调节等技术，提高了均压通风在采阻漏

21、方法以及均压自动调节等技术，提高了均压通风在采煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第12页页空区和火区用于减少漏风、防止自燃的实际效果。空区和火区用于减少漏风、防止自燃的实际效果。二、可控循环风技术二、可控循环风技术 可控循环风技术自可控循环风技术自20世纪世纪80年代起引入我国。可控循环年代起引入我国。可控循环风技术即有计划地使生产区域部分回风返回该区域的进风流风技术即有计划地使生产区域部分回风返回该区域的进风流中，同时对通过该区空气的质量和流量进行监控，并采取相中，同时对通过该区空气的质量和流量进行监控，并采取相应的安全措施，以保证在正常或异常情况下，均符合煤矿应的安全

22、措施，以保证在正常或异常情况下，均符合煤矿安全规程对风流质量的要求。安全规程对风流质量的要求。 应当指出，循环风是事故重大隐患之一，煤矿安全规应当指出，循环风是事故重大隐患之一，煤矿安全规程明令禁止。对可控循环风尽管采取了相应的安全措施，程明令禁止。对可控循环风尽管采取了相应的安全措施，并对空气的质量进行监控，但在保证正常情况下的安全比较并对空气的质量进行监控，但在保证正常情况下的安全比较容易，要保证各类异常情况下（如煤与瓦斯突出、积聚瓦斯容易，要保证各类异常情况下（如煤与瓦斯突出、积聚瓦斯排放、瓦斯异常涌出等）的安全性难度很大，要求装备可靠排放、瓦斯异常涌出等）的安全性难度很大，要求装备可靠

23、的环境监控系统和制定严格、规范的安全措施，并认真落实。的环境监控系统和制定严格、规范的安全措施，并认真落实。因此，可控循环风技术是一种严格控制使用的技术，即使不因此，可控循环风技术是一种严格控制使用的技术，即使不煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第13页页得不在矿井边远地区作为临时性措施，也必须慎用。得不在矿井边远地区作为临时性措施，也必须慎用。三、工作面下行通风技术三、工作面下行通风技术 回采工作面的下行通风的主要优点是降低工作面温度，回采工作面的下行通风的主要优点是降低工作面温度，进风流避开采区运输巷，以避免运输机巷机电设备散热而增进风流避开采区运输巷，以避免运输机巷

24、机电设备散热而增加进风流温度。缺点是回风风流流经运输机巷，机电设备管加进风流温度。缺点是回风风流流经运输机巷，机电设备管理难度加大，其安全性降低。理难度加大，其安全性降低。 因此，下行风一般在瓦斯涌出量低而地温高，机电设备因此，下行风一般在瓦斯涌出量低而地温高，机电设备多的矿井有所应用，但必须加强通风、瓦斯和机电设备防爆多的矿井有所应用，但必须加强通风、瓦斯和机电设备防爆管理，以保证下行通风应用的安全性。根据管理，以保证下行通风应用的安全性。根据2001年版的煤年版的煤矿安全规程的规定，有煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）突出矿安全规程的规定，有煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下

25、行通风。危险的采煤工作面不得采用下行通风。四、灾变通风技术四、灾变通风技术 矿井发生火灾、爆炸事故时，为了保证撤人救灾安全，矿井发生火灾、爆炸事故时，为了保证撤人救灾安全，煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第14页页常常需要调控风流方向，避免灾变生成的有毒有害气体入常常需要调控风流方向，避免灾变生成的有毒有害气体入侵人员撤退和救灾的线路，减小灾害影响范围和减少损失。侵人员撤退和救灾的线路，减小灾害影响范围和减少损失。 风流流向的调控一般是使某些巷道风流反向，需根据风流流向的调控一般是使某些巷道风流反向，需根据灾变发生的位置和矿井系统的结构，选择局部反风或全矿灾变发生的位置

26、和矿井系统的结构，选择局部反风或全矿反风的方式，并保证通风措施的顺利实施。近年来，控风反风的方式，并保证通风措施的顺利实施。近年来，控风技术有下列改进，目的是提高安全性和可靠性。技术有下列改进，目的是提高安全性和可靠性。（1）控风方案的优化。应用矿井风流稳态和非稳态模拟技）控风方案的优化。应用矿井风流稳态和非稳态模拟技术，分析灾变时期风流流动状态的时空变化，并根据撤人术，分析灾变时期风流流动状态的时空变化，并根据撤人救灾的需要，应用经验和定性分析方法，先确定几种控风救灾的需要，应用经验和定性分析方法，先确定几种控风方案，再应用风流状态模拟技术，分析这几种控风方案的方案，再应用风流状态模拟技术，

27、分析这几种控风方案的实施效果，选择可靠性强、控风措施简便且便于实施的方实施效果，选择可靠性强、控风措施简便且便于实施的方案。这就是定性和定量分析相结合的综合控风方法。这种案。这就是定性和定量分析相结合的综合控风方法。这种方法既可以用于实时救灾决策，也可以预先进行，以制定方法既可以用于实时救灾决策，也可以预先进行，以制定行之有效的灾变预防及处理计划。行之有效的灾变预防及处理计划。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第15页页（2）提高控风措施实施的可靠性。研制出分别由地面监控）提高控风措施实施的可靠性。研制出分别由地面监控系统、井下遥控系统控制的自动风门，安装在无人工作区域系

28、统、井下遥控系统控制的自动风门，安装在无人工作区域或烟流威胁区域的主要控风点。或烟流威胁区域的主要控风点。（3）尽可能减少因反风造成的负面影响。灾变时期需使风）尽可能减少因反风造成的负面影响。灾变时期需使风流反向，在保证井下大部分人员安全撤退及救灾的同时，风流反向，在保证井下大部分人员安全撤退及救灾的同时，风流反向可能对原位于进风区的少流反向可能对原位于进风区的少数作业人员造成威胁。因此，数作业人员造成威胁。因此，正确的控风方案是既保证灾害发生现场人员的安全撤退及救正确的控风方案是既保证灾害发生现场人员的安全撤退及救灾，又尽可能保证因风流反向将受到烟流威胁的区域的人员灾，又尽可能保证因风流反向

29、将受到烟流威胁的区域的人员安全撤退，其中包括安全技术教育，控风设施的维护，规定安全撤退，其中包括安全技术教育，控风设施的维护，规定正确的反风程序及各区域人员撤退程序，保障信息、信号系正确的反风程序及各区域人员撤退程序，保障信息、信号系统畅通等措施的制定和实施。统畅通等措施的制定和实施。五、矿井热害治理五、矿井热害治理 矿井热害随开采深度及井下机电设备数量的增加而日趋矿井热害随开采深度及井下机电设备数量的增加而日趋严重。矿井热害的处理一般采取降温技术，分为人工制冷降严重。矿井热害的处理一般采取降温技术，分为人工制冷降煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第16页页温和加强通风降

30、温。温和加强通风降温。“六五六五”、“七五七五”期间我国在风温期间我国在风温预测及降温方法研究方面取得重要进展。在新汶孙村矿和预测及降温方法研究方面取得重要进展。在新汶孙村矿和平顶山八矿等热害严重矿井建立了井下和地面集中制冷系平顶山八矿等热害严重矿井建立了井下和地面集中制冷系统。近年来主要是通过风流与巷道围岩的热交换计算技术统。近年来主要是通过风流与巷道围岩的热交换计算技术的改进，使风流降温的热负载计算更加准确，进而为优选的改进，使风流降温的热负载计算更加准确，进而为优选制冷系统设备或制定通风降温方案提供了依据。制冷系统设备或制定通风降温方案提供了依据。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术

31、共共43页页 第第17页页第二章第二章 矿井通风系统优化设计及可靠性评价矿井通风系统优化设计及可靠性评价第一节第一节 概概 述述 矿井通风系统由通风动力及其装置、通风网络和通风控矿井通风系统由通风动力及其装置、通风网络和通风控制设施组成。矿井通风系统随着矿井生产的进行而不断地发制设施组成。矿井通风系统随着矿井生产的进行而不断地发生变化，采掘工作面的推进与接替，采区的准备、投产与结生变化，采掘工作面的推进与接替，采区的准备、投产与结束，矿井开拓延伸等工程的不断进展，使通风系统在网络结束，矿井开拓延伸等工程的不断进展，使通风系统在网络结构上随时间发生变化，也使通风系统正常运行的自然条件发构上随时间

32、发生变化，也使通风系统正常运行的自然条件发生变化，网络结构的变化通常是可以被预见和规划的。此外，生变化，网络结构的变化通常是可以被预见和规划的。此外，由于采矿活动的影响，通风巷道和通风设施的变形、老化，由于采矿活动的影响，通风巷道和通风设施的变形、老化，使风阻增大，风门、风墙漏风量增大；各种通风动力设备也使风阻增大，风门、风墙漏风量增大；各种通风动力设备也因磨损、锈蚀，性能逐渐降低，寿命缩短。从而使通风系统因磨损、锈蚀，性能逐渐降低，寿命缩短。从而使通风系统运行参数发生变化，且这些参数的变化是随机的。因此矿井运行参数发生变化，且这些参数的变化是随机的。因此矿井通风系统严格意义上说是一个动态的、

33、随机的系统。通风系统严格意义上说是一个动态的、随机的系统。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第18页页 矿井通风是一个运用多种技术手段输送、调度空气在矿井通风是一个运用多种技术手段输送、调度空气在井下流动，维护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。在生井下流动，维护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。在生产期间其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各产期间其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯、粉尘等各种有害物质，降低热害，给井下稀释并排除瓦斯、粉

34、尘等各种有害物质，降低热害，给井下创造良好的劳动环境；在发生灾变时，能有效、及时地控制创造良好的劳动环境；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其它措施结合，防止灾害的扩大，最大限风向及风量，并与其它措施结合，防止灾害的扩大，最大限度地减少事故损失。人们将矿井通风系统实现上述任务的综度地减少事故损失。人们将矿井通风系统实现上述任务的综合能力称为矿井通风系统的安全可靠性。合能力称为矿井通风系统的安全可靠性。 剖析历次煤矿重大灾害事故发生及扩大的原因，无不与剖析历次煤矿重大灾害事故发生及扩大的原因，无不与矿井通风系统有着密切的关系。因此，建立一个既能满足日矿井通风系统有着密切的关系。因此

35、，建立一个既能满足日常生产需风，保证风向稳定、，风质合格，在灾害时期又能常生产需风，保证风向稳定、，风质合格，在灾害时期又能保持通风设备运行可靠、稳定、能快速实现风流控制的通风保持通风设备运行可靠、稳定、能快速实现风流控制的通风系统是至关重要的。系统是至关重要的。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第19页页第二节第二节 通风系统优化设计原则通风系统优化设计原则 矿井通风系统的设计是矿井设计的一个重要组成部分。矿井通风系统的设计是矿井设计的一个重要组成部分。通风设计的好坏关系到矿井在整个服务年限内的生产、效通风设计的好坏关系到矿井在整个服务年限内的生产、效率及安全状况。对于

36、新建矿井，在进行开拓、开采设计的率及安全状况。对于新建矿井，在进行开拓、开采设计的同时，必须进行通风设计。生产矿井在扩建和水平延深时同时，必须进行通风设计。生产矿井在扩建和水平延深时也要进行通风设计，以适应开拓和开采的需要，满足整个也要进行通风设计，以适应开拓和开采的需要，满足整个开采年限内各个时期的通风要求，保证各个时期的合理通开采年限内各个时期的通风要求，保证各个时期的合理通风。风。一、矿井通风系统设计原则和基本要求一、矿井通风系统设计原则和基本要求 矿井通风系统总的设计原则是：系统简单，安全可靠矿井通风系统总的设计原则是：系统简单，安全可靠和经济合理。具体应符合如下的一些基本要求。和经济

37、合理。具体应符合如下的一些基本要求。（1）每个矿井必须有完整的独立通风系统；）每个矿井必须有完整的独立通风系统；（2）矿井进风井口必须布置在不受粉尘、灰尘、有害和高）矿井进风井口必须布置在不受粉尘、灰尘、有害和高煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第20页页温气体浸入的地方；温气体浸入的地方；（3）进、回风井之间和主要进、回风道之间的每个联络巷）进、回风井之间和主要进、回风道之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性挡风墙；中，必须砌筑永久性挡风墙；（4）每个生产水平和每个采区都必须布置单独的回风道，）每个生产水平和每个采区都必须布置单独的回风道，实行分区通风，将其回风流直接引入到

38、总回风道或主要回实行分区通风，将其回风流直接引入到总回风道或主要回风道中；风道中；（5）矿井主要通风机的工作方式一般应采用抽出式通风。）矿井主要通风机的工作方式一般应采用抽出式通风。在地面有小窑塌陷区或山区回风井分散时，可采用压入式在地面有小窑塌陷区或山区回风井分散时，可采用压入式通风；通风；（6）根据矿井开拓系统选择合理的通风系统。）根据矿井开拓系统选择合理的通风系统。二、通风系统设计内容与步骤二、通风系统设计内容与步骤一个完整的通风设计应包括以下内容。一个完整的通风设计应包括以下内容。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第21页页（1）根据矿井的开拓布置，提出矿井通风系

39、统布置方案，）根据矿井的开拓布置，提出矿井通风系统布置方案，进行技术经济比较，选择最佳的通风系统；进行技术经济比较，选择最佳的通风系统；（2）计算矿井的供风量；）计算矿井的供风量；（3）计算矿井通风总阻力；）计算矿井通风总阻力；（4）根据矿井容易和困难时期的总风量和总阻力选择矿井）根据矿井容易和困难时期的总风量和总阻力选择矿井主要通风机及其设备；主要通风机及其设备；（5）计算矿井通风费用；）计算矿井通风费用；（6）编制矿井通风设计说明书。）编制矿井通风设计说明书。三、矿井通风系统优化三、矿井通风系统优化 矿井通风的优化主要是通风系统的优化。选择好矿井通矿井通风的优化主要是通风系统的优化。选择好

40、矿井通风系统是关系到整个矿井的安全和正常生产的重要问题。它风系统是关系到整个矿井的安全和正常生产的重要问题。它的主要内容是如何合理选择通风系统及评判通风系统的优劣。的主要内容是如何合理选择通风系统及评判通风系统的优劣。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第22页页一旦确定某一通风系统，应该对该通风系统的优劣进行适当一旦确定某一通风系统，应该对该通风系统的优劣进行适当的评判，根据评判结果对通风系统进行优化选择。评价内容的评判，根据评判结果对通风系统进行优化选择。评价内容包括确定评价指标、求出各评价指标权值和选择评价方法。包括确定评价指标、求出各评价指标权值和选择评价方法。（一

41、）矿井通风系统的评判指标（一）矿井通风系统的评判指标 对通风系统优化评定，其指标可归纳为三个方面，再细对通风系统优化评定，其指标可归纳为三个方面，再细分若干子指标（如图分若干子指标（如图1-2-1），其中，子指标可根据对通风系），其中，子指标可根据对通风系统分析的要求不同进行增减。统分析的要求不同进行增减。（二）矿井通风系统评判指标的权值及其确定（二）矿井通风系统评判指标的权值及其确定 所有评判指标包括定量和定性指标，各自对通风系统影所有评判指标包括定量和定性指标，各自对通风系统影响的重要程度也不相同。为了能确切反映出各评判指标对矿响的重要程度也不相同。为了能确切反映出各评判指标对矿井通风系统

42、影响的重要程度，可对评判指标赋予一定的数量井通风系统影响的重要程度，可对评判指标赋予一定的数量值，表示其对通风系统的重要性程度，这个数量即值，表示其对通风系统的重要性程度，这个数量即“重要性重要性系数系数”或或“权值权值”。 煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第23页页图图1-2-1矿井通风系统评判指标层次图矿井通风系统评判指标层次图 煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第24页页确定指标确定指标“权值权值”的方法：的方法：（1）均值法，即由一批有经验的专家，对每个指标的权值）均值法，即由一批有经验的专家，对每个指标的权值评分，再计算出各位专家对每个指

43、标评分的平均值，以此作评分，再计算出各位专家对每个指标评分的平均值，以此作为每个指标的权值。根据此法变化而来的还有统计值法、改为每个指标的权值。根据此法变化而来的还有统计值法、改进型专家调查法。这一方法的优点是权值确定直接、简单；进型专家调查法。这一方法的优点是权值确定直接、简单；其缺点是，当评价指数较多时，专家难以把握各指标间的细其缺点是，当评价指数较多时，专家难以把握各指标间的细微差别，因而较难准确地给出指标正确的权值。微差别，因而较难准确地给出指标正确的权值。（2）按相对重要性排序的矩阵法，即通过对评价对象的所）按相对重要性排序的矩阵法，即通过对评价对象的所有指标比较分析，对评价指标进行

44、排序，然后作定量转化，有指标比较分析，对评价指标进行排序，然后作定量转化，最后求出评价指标权值。最后求出评价指标权值。 目前通风系统众多的评价法中，为了要从整体上反映通目前通风系统众多的评价法中，为了要从整体上反映通风系统的本质，引入了众多的指标，这些指标的风系统的本质，引入了众多的指标，这些指标的“权值权值”是是不变的。而对于某一具体的通风系统，当其中某一或二个指不变的。而对于某一具体的通风系统，当其中某一或二个指标的标的“权值权值”因特殊情况变得非常重要时，对评价对象的评因特殊情况变得非常重要时，对评价对象的评价结果而言可能出现偏差，其原因是因为评价指标太多，使价结果而言可能出现偏差，其原

45、因是因为评价指标太多，使处于处于煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第25页页特殊情况下的少数指标的重要度被中和，失去了评价的公正特殊情况下的少数指标的重要度被中和，失去了评价的公正性，所以性，所以“权值权值”应根据时空的改变而变化，在不同条件下应根据时空的改变而变化，在不同条件下取不同的取不同的“权值权值”。变权反映了指标的本质属性，解决了因。变权反映了指标的本质属性，解决了因指标过多而引起的不合理现象。指标过多而引起的不合理现象。（三）优化通风系统的评判方法（三）优化通风系统的评判方法 对于用评判指标及其权值评判通风优化方案，常用的有对于用评判指标及其权值评判通风优化方

46、案，常用的有3种评判方法，即多目标决策法、模糊综合评判法和层次分种评判方法，即多目标决策法、模糊综合评判法和层次分析法。析法。（1）多目标决策法。即利用专家的集体智慧和综合分析能）多目标决策法。即利用专家的集体智慧和综合分析能力，以力，以“权值权值”和和“评价值评价值”的形式，对各个通风系统的各的形式，对各个通风系统的各类指标进行直观判断与分析，计算出每个方案中各个指标的类指标进行直观判断与分析，计算出每个方案中各个指标的评价值（评价值（Ei）和其权值（和其权值（Wi），），再计算出各个指标的再计算出各个指标的积分积分值（值（EiWi），），最后求和计算出每个方案的总积分值最后求和计算出每个方

47、案的总积分值Mj，选取选取Mj值最高者为最优通风方案。值最高者为最优通风方案。 煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第26页页（2）模糊综合评判法。由于不同的专家对某些指标权值的）模糊综合评判法。由于不同的专家对某些指标权值的认定存在一定的模糊性、随机性，而且还涉及心理因素，精认定存在一定的模糊性、随机性，而且还涉及心理因素，精确表述较为困难，因此，不同专家给出的权值可能存在较大确表述较为困难，因此，不同专家给出的权值可能存在较大差异，一般仅给出一个大致的范围和评价模糊语。这样，就差异，一般仅给出一个大致的范围和评价模糊语。这样，就可应用模糊数学理论进行综合评定。先确定各个

48、评判指标的可应用模糊数学理论进行综合评定。先确定各个评判指标的权值，然后计算出每个评判指标在各个方案中的隶属度即权值，然后计算出每个评判指标在各个方案中的隶属度即rij，并建立每个指标的评判矩阵，最后按隶属度大小确定并建立每个指标的评判矩阵，最后按隶属度大小确定最优方案。最优方案。（3）层次分析评判法。即把各个通风方案分解为有序的递）层次分析评判法。即把各个通风方案分解为有序的递阶层次结构，通过对每一层次的比率标度，构成判断矩阵，阶层次结构，通过对每一层次的比率标度，构成判断矩阵，并计算出其矩阵的最大特征根和并计算出其矩阵的最大特征根和相应的特征向量，再计算出相应的特征向量，再计算出每一层次指

49、标对上一层次指标的相对重要性权值和排序，最每一层次指标对上一层次指标的相对重要性权值和排序，最后根据计算的层次总排序，确定最优方案。后根据计算的层次总排序，确定最优方案。 通风系统优化，最重要的是选择能确切反映方案优劣的通风系统优化，最重要的是选择能确切反映方案优劣的评判指标，合理确定每个指标在优化方案中的重要程度。评判指标，合理确定每个指标在优化方案中的重要程度。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第27页页第三节第三节 矿井通风系统安全可靠性评价指标体系矿井通风系统安全可靠性评价指标体系 矿井通风系统的发展过程一般要经历规划设计、施工、矿井通风系统的发展过程一般要经历规

50、划设计、施工、投产运行、改造、衰退老化直到报废终止。因此，它的可靠投产运行、改造、衰退老化直到报废终止。因此，它的可靠性首先取决于原始设计数据与计算方法的可靠性。当系统投性首先取决于原始设计数据与计算方法的可靠性。当系统投入运行后，实际井下风量与风质参数的变化可以反映出系统入运行后，实际井下风量与风质参数的变化可以反映出系统设计阶段预测结果的可靠性以及实际系统运行的稳定性。影设计阶段预测结果的可靠性以及实际系统运行的稳定性。影响矿井通风系统稳定性的主要因素包括通风网络、通风设施响矿井通风系统稳定性的主要因素包括通风网络、通风设施和通风动力装置三大部分。通风网络结构及其通风阻力分布和通风动力装置

51、三大部分。通风网络结构及其通风阻力分布合理性、通风设施质量和布置合理性、通风动力装置（包括合理性、通风设施质量和布置合理性、通风动力装置（包括主要通风机（辅助通风机）和局部通风机）运行可靠性，是主要通风机（辅助通风机）和局部通风机）运行可靠性，是通风系统运行稳定性的基础。通风系统运行稳定性的基础。 矿井通风防灾救灾系统指为防止矿井重大事故发生及事矿井通风防灾救灾系统指为防止矿井重大事故发生及事故范围扩大，减少事故损失和降低人员作伤亡程度所建立的故范围扩大，减少事故损失和降低人员作伤亡程度所建立的安全保障体系。它是保证矿井通风系统安全可靠性的重要措安全保障体系。它是保证矿井通风系统安全可靠性的重

52、要措施。施。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第28页页 矿井通风安全监测是检查矿井通风效果的必不可少的手矿井通风安全监测是检查矿井通风效果的必不可少的手段。通过监测可能掌握矿井通风的状况，及时发现存在的问段。通过监测可能掌握矿井通风的状况，及时发现存在的问题，以便采取措施，防止灾害发生。矿井通风监测的内容包题，以便采取措施，防止灾害发生。矿井通风监测的内容包括两方面，一是通风设备和设施的状态参量监测，另一是主括两方面，一是通风设备和设施的状态参量监测，另一是主要通风参数和气体浓度等数据参量监测。状态参量有主要通要通风参数和气体浓度等数据参量监测。状态参量有主要通风机、辅

53、助通风机和局部通风机的开停，风门开关状态等判风机、辅助通风机和局部通风机的开停，风门开关状态等判断。数据参量有断。数据参量有O2、CH4、CO2、CO和粉尘等浓度测量，风和粉尘等浓度测量，风速、温度、湿度和压力等。速、温度、湿度和压力等。 根据矿井通风系统的内涵与所涉及的范围，可以从许多根据矿井通风系统的内涵与所涉及的范围，可以从许多不同的侧面提出反映该系统可靠性的指标。本着不同的侧面提出反映该系统可靠性的指标。本着“能够确切能够确切地反映系统可靠性特征；具有独立明地反映系统可靠性特征；具有独立明确的物理意义；避免用确的物理意义；避免用多种指标反映一个特征；符合科学、可测、可比、简明和可多种指

54、标反映一个特征；符合科学、可测、可比、简明和可操作操作”的原则，将通风系统安全可靠性评价指标体系分为三的原则，将通风系统安全可靠性评价指标体系分为三大类。第一类是日常矿井通风系统可靠性大类。第一类是日常矿井通风系统可靠性B1，包括前包括前7大项大项29小项指标，在计算各项指标权重时，把小项指标，在计算各项指标权重时，把CO、CH4、CO2、和和O2的最高污染度作为一项指标。第二类是矿井通风防灾救灾的最高污染度作为一项指标。第二类是矿井通风防灾救灾系统可系统可煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第29页页靠性靠性B2，包括包括5小项指标。第三类是矿井安全监测系统可靠小项指标。

55、第三类是矿井安全监测系统可靠性性B3，包括包括2小项指标。通过大量调研、统计分析、理论研小项指标。通过大量调研、统计分析、理论研究，并参与有关技术规范、法规和经验，确定出各指标评价究，并参与有关技术规范、法规和经验，确定出各指标评价分级的界定范围值。如表分级的界定范围值。如表1-2-1所示。所示。煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第30页页煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第31页页 表表1-2-1中的矿井通风系统等积孔中的矿井通风系统等积孔d15与矿井风量和阻力相与矿井风量和阻力相关，是衡量矿井通风难易程度的指标。由于矿井风量与矿井关，是衡量矿井通

56、风难易程度的指标。由于矿井风量与矿井产量、瓦斯涌出量和气候条件等因素有关，当矿井通风网络产量、瓦斯涌出量和气候条件等因素有关，当矿井通风网络拓扑结构和巷道风阻特性确定后，矿井通风阻力就取决于矿拓扑结构和巷道风阻特性确定后，矿井通风阻力就取决于矿井风量的分配。井风量的分配。 矿井通风系统安全可靠性评价的指标体系，按属性可分矿井通风系统安全可靠性评价的指标体系，按属性可分为定性指标与定量指标两大类。其中定性指标如均压系统合为定性指标与定量指标两大类。其中定性指标如均压系统合格度等。定量指标包含了连续型和离散型两种。连续型指标格度等。定量指标包含了连续型和离散型两种。连续型指标如测量数据误差、用风地

57、点风量供需比、回风段阻力百分比、如测量数据误差、用风地点风量供需比、回风段阻力百分比、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、外部漏通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、外部漏风率等。离散型指标如风机喘振发生率、局部通风机无计划风率等。离散型指标如风机喘振发生率、局部通风机无计划停电停风故障发生率、瓦斯超限频率、角联分支数、独立回停电停风故障发生率、瓦斯超限频率、角联分支数、独立回路数等。按指标值趋向的优劣，可分为越大越好、越小越好路数等。按指标值趋向的优劣，可分为越大越好、越小越好和越趋于某一范围值越好的三类指标，取值越大越好的指标和越趋于某一范围值越好的三类指标，取值越大越好

58、的指标有合格率有合格率指标、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机指标、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第32页页负荷率、装备达标率等。取值越小越好的指标有测定误差、负荷率、装备达标率等。取值越小越好的指标有测定误差、有毒有害气体与粉尘污染度、最高气温、瓦斯超限频率、串有毒有害气体与粉尘污染度、最高气温、瓦斯超限频率、串联通风发生率、角联分支数、独立回路数、回风段阻力比、联通风发生率、角联分支数、独立回路数、回风段阻力比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、外部漏风率、主要通风公共段阻力与最小系统阻力百分比、外部漏风率、主要通风机喘振发

59、生率等。取值越趋于某一范围值越好的指标有用风机喘振发生率等。取值越趋于某一范围值越好的指标有用风地点风量供需比和主要通风机能力备用系数。地点风量供需比和主要通风机能力备用系数。我国通风系统存在的问题及改进途径。我国通风系统存在的问题及改进途径。（1）目前矿井通风系统存在的问题。）目前矿井通风系统存在的问题。1、主要通风机的运行效率低：、主要通风机的运行效率低： 据据1982年统计，全国统配和重点煤矿的井口有年统计，全国统配和重点煤矿的井口有617对，对，风井风井1023处，实际通风能力达处，实际通风能力达315万万m3/min，每年主要通风每年主要通风机耗电机耗电19亿亿kwh，电费电费1.5

60、亿元相当原煤生产总耗电的亿元相当原煤生产总耗电的16%占全国工农业总用电的占全国工农业总用电的0.6%以上，造成这种现象原因以上，造成这种现象原因是风机选型不合理，风机安装质量差，维修不及时等。是风机选型不合理，风机安装质量差，维修不及时等。 煤煤 矿矿 安安 全全 新新 技技 术术共共43页页 第第33页页2、驱动风机的电机额定功率过大电机效率低：、驱动风机的电机额定功率过大电机效率低： 电机的效率电机的效率h和功率因数和功率因数cos是随其负荷率（实际输出是随其负荷率（实际输出功率与额定功率之比）的变化而变化的。负荷率在功率与额定功率之比）的变化而变化的。负荷率在1.0附近时，附近时，h和