金属非金属地下矿山通风安全技术与管理

余模华

正高级工程师

金属非金属地下矿山通风技术管理重庆市能源投资集团科技有限责任公司二〇一三年八月2024年4月22日1提纲1.矿井通风的重要性2.矿井通风系统3.局部通风4.矿井通风存在的问题5.通风管理2024年4月22日21.1矿井井下空气主要成分

1.矿井通风的重要性氧气O2：人体呼吸不可缺少，正常情况下，按体积计算的组成成分20.90%；降至17%时，工作会引起喘息，呼吸困难，心跳加快；降到6~9%时，失去知觉，呼吸停止，不及时抢救就会死亡。氮气N2：惰性气体，正常情况下所占比例78.13%。比例过大会减少空气含量，使人呼吸困难或窒息。二氧化碳CO2：一般情况含量为0.03%左右，井下放炮、燃烧爆炸会增加含量。到达2％时，人的呼吸量增加一倍；到达10~11％时，五分钟之内使人窒息，有人三分钟即可致死。一氧化碳CO：有毒有害气体，主要来源于井下放炮、燃烧爆炸，浓度到达%使人中毒。二氧化硫SO2：有毒有害气体，主要来源于井下含硫化氢矿层及含硫物质氧化，浓度到达%使人中毒。硫化氢HS2：有毒有害气体，主要来源于井下含硫化氢矿层及含硫物质氧化，浓度到达%使人中毒。氨气CN3：有毒有害气体，主要来源于井下含硫化氢矿层及含硫物质氧化，浓度到达%使人中毒。瓦斯CH4：无毒无色，主要来源于井下含瓦斯的矿层，如煤层，浓度到达5-16%有燃烧爆炸危险，浓度增高会使人窒息。粉尘：产生于井下作业过程，主要来源于放炮、采矿、放矿等作业。粉尘主要危害在于致人患尘肺病。有的粉尘具有爆炸危险性。其他物质：如水蒸汽、微生物等。2024年4月22日31.2矿井井下风流中气体浓度规定

1.矿井通风的重要性采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳CO2浓度不超过0.5%；一氧化碳CO不超过0.0024%；氧化氮〔换算成二氧化氮NO2〕不超过0.00025%；二氧化硫SO2不超过0.0005%；硫化氢H2S不超过0.00066%；氨NH3不超过0.004%；瓦斯CH4采掘工作面不超过1%，总回风不超过0.7%；含游离二氧化硅10%以上的粉尘〔石英、石英岩〕：2mg/m3；含游离二氧化硅10%以下的粉尘〔石英、石英岩〕：10mg/m3。8.332024年4月22日41.3矿井通风不良可能诱发事故1.矿井通风的重要性中毒事故窒息事故燃烧事故爆炸事故矿井通风不良2024年4月22日52.1矿井分类2.矿井通风系统矿井通风自然通风机械通风抽出式通风压入式通风8.362024年4月22日62.2自然通风自然通风的形成：由于矿井进、出风两侧空气温度不同，较低温度侧的空气密度大、压力大〔空气较重〕，较高温度侧空气的密度小、压力小〔空气较轻〕，那么空气由压力大处流向压力小处，形成自然通风。2.矿井通风系统2024年4月22日7火炉原理：物质燃烧使炉内空气温度升高，密度减小，产生火风压，使空气流动其它：如热气球、孔明灯等。8.392024年4月22日82.2自然通风2.矿井通风系统夏季时，左侧空气温度高，空气的密度较低，自然风压使空气按环线箭头方向流动。此时竖井进风，平硐出风。冬季时，左侧空气温度低，空气的密度较大，自然风压使空气按单线箭头方向流动。那么平硐进风，竖井出风。矿井进、回风侧空气温度差越大，造成的自然风压越大，自然风流也越大。夏季风流箭头冬季风流箭头基准线平硐开拓的自然风流：2024年4月22日92.2自然通风2.矿井通风系统影响矿井进、回风侧温差的因素很多，归纳起来说有地表气温变化、矿岩温度、矿井深度、地面大气压、湿度和矿内空气成分等，这些因素综合影响的结果就形成自然风压夏季风流箭头冬季风流箭头竖井开拓的自然风流：8.422024年4月22日102.2自然通风2.矿井通风系统自然通风存在的平安隐患：

风量大小不稳定：直接受季节气温变化影响。夏季、冬季风量变化大，春、秋季节自然风压很小，仅靠自然通风的矿井，自然风量小，效果较差，甚至会出现零风量的情况。自然风量大小变化可以发生在白昼和夜间，甚至一天不同的时刻。风流方向不稳定：一般夏、冬季风流方向相反。矿井的风流方向不能控制。不能实施强制反风：在矿井火灾、有毒有害气体扩散蔓延的情况下，自然通风不能反风控制。风量不能按需调节：很难满足生产需要。因此，国家强行规定金属非金属矿山必须采用机械通风，杜绝自然通风。2024年4月22日112.3机械通风2.矿井通风系统机械通风定义：

根据井下各作业地点需风要求，用通风动力设备将地面新鲜空气通过进风井巷和通风控制设施输送到需风点，并通过回风井巷将作业时形成的污风排出矿井。8.452024年4月22日122.3机械通风通风方式：按主要进回风井分为：中央通风方式〔中央并列式、中央分列式、中央边界式〕、对角式〔单翼对角式、两翼对角式〕、混合式、分区式。2.矿井通风系统2024年4月22日132.3机械通风对角通风方式：进风井在矿体一异，回风井在矿体另一异〔左图〕，称单异对角式通风;

进风井在矿体中央，回风井在矿体两异〔右图〕，称两异对角式通风。2.矿井通风系统单异对角式通风两异对角式通风8.482024年4月22日142.3机械通风中央对角混合式：当矿体走向长，开采范围广，采用中央开拓，可在中部布置进风井和回风井，用于解决中部矿体开采时的通风，而在矿体两异另开掘回风井，解决遥远矿体开采时的通风。2.矿井通风系统中央对角混合式通风2024年4月22日152.3机械通风分区通风方式：一个矿井划分成假设干个独立的通风系统，且风流互不干扰。有独立的进、回风井。。2.矿井通风系统分区通风方式8.512024年4月22日16机械通风系统构成要素2.矿井通风系统矿井〔机械〕通风系统主要包括三局部，即：通风动力设备〔扇风机〕、矿井通风网路〔络〕、矿井通风构筑物〔通风设施〕。〔1〕提供风流动力的设备——主扇风机、辅助扇风机、局部通风机；〔2〕风流通道〔通风网络〕——主井、主要运输大巷、采掘工作面、进风巷、回风巷、主要回风巷、总回风巷、引风道、回风井；〔3〕通风设施——风门〔隔断风门、调风风门、正向风门、反向风门、双向风门〕、密闭、风桥、风墙、测风站。2024年4月22日172.4通风设备2.矿井通风系统矿用扇风机分类：按其构造原理可以分为轴流式与离心式两大类。金属非金属矿山大多使用叶片式轴流扇风机。矿用扇风机按其在井下使用的功能分为：主扇、辅扇和局扇。为全矿井或者矿井某一翼通风的风机简称主扇；

为矿井通风网路进行风量调节的风机简称辅扇；借助风筒为矿井局部地点通风的扇风机简称为局扇。8.542024年4月22日182.4通风设备2.矿井通风系统2.4.2主扇风机K40矿用风机是新一代K系列矿用节能通风机主要型号之一，该系列风机是各类非煤矿山通风以及冶金、有色、黄金、化工、建材和核工业等领域最常用的风机之一，可作为主扇、辅扇，既可安装在地表，也可安装于井下，适宜于多风机联合运转，是多风机串并联多级机站通风系统中各级机站理想的机站风机。也适用于大型车间、隧道、人防工程等场合通风换气。

该系列节能风机的主要性能、技术指标如下：

〔1〕机号：№7～№26；

〔2〕转速：1450、980、730r/min；

〔3〕风量范围：2.0～164.2m3/s；

〔4〕全压范围：38～3819pa；

〔5〕功率范围：1.1～500kW；

〔6〕风机效率：单级全压效率η=94％，

〔7〕运行噪声：LA≤85dB〔A〕。2024年4月22日192.4通风设备2.矿井通风系统2.4.2主扇风机FBCDZ系列抽出式煤矿局扇风机8.572024年4月22日202.4通风设备2.矿井通风系统2.4.3局部通风机FBD系列矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机具有风压高、风量大、效率高、噪音小、送风距离远等特点。FBD矿用隔爆型压入式对旋轴流局部通风机〔以下简称通风机〕,主要用于具有甲烷气体、爆炸性危险的煤矿井下，安装在进风巷道中，与正压风筒配套使用，作压入式通风。2024年4月22日212.4通风设备2.矿井通风系统2.4.4离心式风机9.002024年4月22日222.4通风设备2.矿井通风系统抽流式风机结构动轮〔工作轮〕1、叶片2、圆筒形外壳3、集风器4、整流器5、前流线体6、机内环形扩散器72024年4月22日232.4通风设备2.矿井通风系统离心式风机结构9.032024年4月22日242.5通风机特性2.矿井通风系统通风的特性参数2024年4月22日252.5通风机特性2.矿井通风系统通风的特性曲线9.062024年4月22日262.5通风机特性2.矿井通风系统通风运行工况H-Q2024年4月22日272.6通风设备配置2.矿井通风系统瓦斯矿井必须配置2台同型号的主扇风机，安装到位，1台工作，1台备用；非瓦斯矿井配置1台风机，备用1台相应能力的电机，电机应放到现场随时启用。局扇根据生产需要配置，使用高效、可靠局扇，掘进工作面局扇能力不应小于11kw〔2*5.5kw〕。9.092024年4月22日282.7通风设备安装2.矿井通风系统主扇辅扇局扇通风设备安装位置2024年4月22日292.7主扇风机安装2.矿井通风系统主扇装置在井下安装示意图风机井下安装方式9.122024年4月22日302.7主扇风机安装2.矿井通风系统主扇装置在地表抽出式工作〔垂直剖面图〕风硐风机房主扇地面安装方式〔有扩散器〕一般用于大型风机扩散器2024年4月22日312.7主扇风机安装2.矿井通风系统主扇装置在地表布置图引风道风机房主扇地面安装方式〔不修扩散器〕风机自带扩散器回风井敞篷敞篷主扇备扇侧面图正面图9.152024年4月22日322.7主扇风机安装2.矿井通风系统主扇双向风门防爆门回风井行人通道栅栏回风井布置栅栏主扇主扇回风井回风井风门风门栅栏图3图2图12024年4月22日332.8矿井反风2.矿井通风系统当矿井发生火灾时，为了防止或减少人员伤亡，或减少财产损失需要进行反风。如：主要进风巷、井底车场、进风口发生火灾，而井下有工作人员的情况下可以考虑实施矿井反风措施。矿井反风有两种方式：反风道反风和主扇风机反转反风。风机反转反风方法简单，快速、平安可靠，目前所使用的风机都能反转反风。反风道反风程序：固定防爆门、停止风机、反向启动风机。9.182024年4月22日342.9通风网路〔络〕2.矿井通风系统通风网路〔络〕由各类风流通道组成——主井、主要运输大巷、采掘工作面、进风巷、回风巷、主要回风巷、总回风巷、引风道、回风井；非煤矿山通常是多中段同时作业，如果对各中段的入、回风流不适当敢安排，势必造成工作面供风不符合要求或新鲜风流污染。为使各中段作业面都能从入风井得到新鲜风流，并将所排出的污凤送入回风井，各作业面的风流按要求有序流动也不串联，就必须对各中段的入排风巷道统一安排，构成一定形式的中段通风网络结构。2024年4月22日35非煤矿山中段通风网络结构的形式1〕阶梯式：当矿体由边界回风井向入风井方向后退式回采时，可以利用上中段已结束作业的运输道做下中段的回风道，如以下图。2〕平行双巷通风网：一条靠近矿体底盘，另一条靠近顶盘；一条做进风道，另一条做回风道。采场由本中段得到新鲜风流，污风经上中段或本中段的回风道排出。风门风窗123123结构简单、工程量小、风流稳定；要求严格的后退式回采结构简单，解决风流串联很有效；工程量较大，适于厚大、开采强度大的富矿体9.212024年4月22日363〕棋盘式：由各阶段进风道、集中回风天井和总回风道构成。一般每隔一定距离〔60~120m〕保存一条贯穿各阶段上下各中段的回风天井，并与总回风道连通。适于多中段作业，通风构筑〔风门、桥、窗〕物多4〕上、下行间隔式：每隔一个阶段建立一条脈外集中回风平巷做回风用。有利于解决多阶段作业的工作面风流串联问题，开凿工程量较平行双巷少；回风平巷必须专用，还须加强主扇对他的风量控制总回风道集中回风天井2024年4月22日372.10通风设施2.矿井通风系统一般要求：

a、一组两道，行人风门间距不小于5m，通车风门不小于一列车长度；b、墙体周边掏槽，墙厚不小于0.3m，断面呈梯形；c、门扇相互闭锁，开启90度能自关；d、有水通过巷道时，需设反水沟。风门〔隔断风门、调风风门、正向风门、双向风门〕

9.242024年4月22日382.10通风设施2.矿井通风系统风门风门侧面图风门自关平面图调节风门断面图风门断面图2024年4月22日392.10通风设施2.矿井通风系统双向风门

描述：风门墙体两侧均设有门扇的风门叫双向风门或正反向风门，迎风面门扇为正向门，背风面门扇为反向门。

哪些地方应设双向门？有爆炸可能的、有倒风可能的地点应设反向门，如：采掘工作面邻近区风门、角联巷道应设双向风门、回风井人行通道。

注意：反向门有碍人员紧急撤离，所以能不设的地方尽可能不设。9.272024年4月22日402.10通风设施2.矿井通风系统密闭、挡风墙密闭、挡风墙经常砌筑在非生产的巷道里。永久性挡风墙可用砖、石或混凝土砌筑，墙体四周掏槽。为防止漏风，巷道中有水时挡风墙下部应返水沟。2024年4月22日412.10通风设施2.矿井通风系统风桥在通风系统中进风道与回风道交界处，为使新风污风互相隔开需构筑风桥。直接开凿绕道的绕道式风桥。用混凝土或砖、石架设的混凝土风桥等。临时短期使用的木制风桥。绕道式风桥〔图A〕混凝土风桥〔图B〕9.302024年4月22日422.10通风设施2.矿井通风系统风量超过20m3／s时，应设绕道式风桥；风量为10～20m3时，可用砖、石、混凝土砌筑；风量小于lOm3／s时，可用铁风筒。铁风筒风桥〔图C〕风墙交叉巷铁风筒正巷铁风筒2024年4月22日432.10通风设施2.矿井通风系统需要过人的铁风筒风桥

铁风筒过人风桥〔图C〕双向风门交叉巷铁风筒正巷铁风筒9.332024年4月22日442.10通风设施2.矿井通风系统测风站永久测风站测风牌风流方向10m测风站10m5m矿井总进风、总回风、主要进回风巷设置永久测风站，采掘工作面进风或回风巷可设临时测风站。测风站设置要求：巷道断面规整，前后10m无急弯、无障碍物，侧风站悬挂测风牌；永久测风站用水泥处理巷道外表，标明测风站边线。2024年4月22日452.11矿井风速2.矿井通风系统?煤系金属非金属地下矿山平安规程?关于井巷中的风流速度应符合规程规定：允许风速〔m/s〕井巷名称 最低 最高无提升设备的风井和风硐 /15专为升降物料的井筒 /12风桥 /10升降人员和物料的井筒 /8主要进、回风巷/8架线电机车巷道18运输机巷，采区进、回风巷0.25 6回采工作面0.254掘进中的岩巷0.15 4其他通风人行巷道0.15 /9.362024年4月22日463.1局部通风方法用全矿通风的风压作为动力进行局部通风，如以下图利用纵向风障导风的局部通风。3.局部通风2024年4月22日473.1局部通风方法扩散通风：只适用:短距离的独头工作面。引射器通风：以高压水或者压缩空气为动力经喷头高速射出，在喷出射流周围造成负压区而吸入空气，使风筒中空气流出而通风掘进工作面〔与文丘里管同理〕。运转费用高、通常少采用。这不同于用压气吹独头工作面。广泛使用的是局部扇风机通风，或叫局扇通风。按照局扇的工作方式分，局部通风为：压入式通风；抽出式通风；混合式通风。3.局部通风9.392024年4月22日483.2压入式通风局部扇风机安装：位于施工巷道进风侧，距巷道回风口距离大于10m；距巷道底部高度0.3m，可做专门的局扇支撑架；风筒：抗静电、阻燃；大小与风机相匹配，不小于Φ500；敷设：吊挂平直、接头反压边防止漏风、拐弯处设弯头、风筒末端距工作面距离小于10m。3.局部通风2024年4月22日493.3抽出式通风局部扇风机安装：位于施工巷道回风侧，距巷道掘进巷口距离大于10m；距巷道底部高度0.3m，可做专门的局扇支撑架；风筒：硬质风筒；大小与风机相匹配，不小于Φ500；敷设：吊挂平直、风筒末端距工作面距离小于5m。3.局部通风抽出式通风布置图9.422024年4月22日503.4混合式通风局部扇风机安装：抽出通风局扇扇出风口在贯穿风巷道下风侧，且距独头巷道口>10m；抽出风筒采用硬质风筒，入风口与压入风机进风口距离应>10m，压入风机风筒出风口距离应不大于10m；局扇距巷道底部高度0.3m，可做专门的局扇支撑架。3.局部通风混合式通风布置图2024年4月22日514.1主扇风机运行不正常4.目前矿井通风存在的问题近年来，金属非金属矿山消灭了独眼井、自然通风井，全部实现了机械通风，但矿井通风仍然存在诸多问题，首先表现在主扇风机运行和管理上，使得的有的矿井机械通风没有发挥应有的作用，仅成为一种摆设，其主要如下：9.452024年4月22日524.1主扇风机运行不正常4.目前矿井通风存在的问题配用电机不到位，有的根本就没有专门的备用电机，电机出故障后才现找，电机不同型号，又有不匹配；没有根本认识自然通风存在的平安隐患，有意不适用主扇风机。上级来人检查时开启，做做样子，人一走就停机。2024年4月22日53风机维护不好，故障率高，导致运行不正常；〔有的矿山没有专人管理，也不检查参数，日常维护工作跟不上〕4.2矿井通风系统不合理4.目前矿井通风存在的问题矿井通风系统不独立，相邻矿山井下巷道相互连通，相互借风。屡次串联通风：掘进面串掘进面；采面串采面；掘进回风串采面；采面回风串掘进面。大串联通风：采掘面回风串入总进风或主要进风。2024年4月22日549.484.3风量不能满足生产需要4.目前矿井通风存在的问题矿井配风规定：金属非金属矿山平安规程，矿井所需风量，按以下要求分别计算，并取其中最大值：——按井下同时工作的最多人数计算，供风量应不少于每人4m3／min：——一按排尘风速计算，硐室型采场最低风速应不小于0.15m／s，巷道型采场和掘进巷道应不小于0.25m／s；电耙道和二次破碎巷道应不小于0.5m／s；箕斗硐室、破碎硐室等作业地点，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GBZ2规定的前提下，分别采用计算风量的排尘风速；——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。2024年4月22日554.3风量不能满足生产需要4.目前矿井通风存在的问题主扇风机选型不合理，矿井通风能力缺乏；矿井总风量没问题，但系统配风不合理。有的地点风量过大，有的地点风量缺乏，风速过小；开采高度过大，有的石灰岩矿山一次采高到达15m，风量难以到达风速要求；矿房断面大，有的到达几十上百平方米，开采地点处于无风状态。采空区漏风严重。2024年4月22日569.514.4通风设施不合格一道风门；该设双向风门不设双向门；风门不能自关；墙体强度缺乏；风门全翻开风流短路；有水密闭不设返水池；废弃巷道或停风巷道不设密闭或栅栏；测风站设置不合理：设在拐弯处、断面不规整、堆放杂物等。4.目前矿井通风存在的问题2024年4月22日574.5乱采乱挖，采场无法通风矿产资源不稳定，如锰矿、锶矿。开采这类矿产无法形成正规的采区和开采工作面，哪里有矿就往哪里钻，致使采点过多，采场复杂，形不成全负压通风。采用局扇辅助通风也无法解决通风为题，见实例。资源