矿井通风与安全-掘进通风系统

PAGE63-教学模块Ⅵ掘进通风系统6.1掘进通风无论在新建、扩建或生产矿井中，都需开掘大量的井巷工程，以便准备新的采区和采煤工作面。在开掘井巷时，为了稀释和排除自煤(岩)体涌出的有害气体，爆破产生的炮烟和矿尘以及保持良好的气候条件，必须对独头掘进工作面进行不间断的通风。这种利用局扇进行通风的方法称为掘进通风(又称局部通风)6.1.1掘进通风方法掘进通风方法分为2大类：利用矿井总风压通风和使用局部通风设备通风。6.1.1.1利用矿井总风压（或全风压）通风利用矿井总风压的一部分能量，借助于各种导风设施，将新鲜风流引入掘进工作面。根据导风设施不同，分为以下3类：1.用纵向风墙（或风障导风）。这种方法是用纵向风墙或风障将巷道一分为二，构成进、回风风路，其通风阻力由矿井主要通风机克服，挡风墙上设置调节风窗控制掘进工作面的风量。在短巷掘进时，可用木板或帆布；长巷掘进时，可用砖、石、混凝土等材料构筑风障。由于构筑和拆除风障的工程量大，只适用于短距离掘进工作面。2.利用风筒导风。利用总风压克服导风风筒和独头巷道的通风阻力，为掘进工作面供给所需风量,污浊空气从独头掘进巷道中排出。由于风筒的通风阻力较大，所能利用的总风压有限，此种方法一般适用辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便于风量不大、通风距离不长的掘进工作面，3.利用平行巷道通风。当两条平行巷道同时掘进时，可每隔一定距离开一联络巷，前一联络巷掘通后，后一联络巷即封闭。由两条巷道与联络巷构成一个进、回风系统，由总风压供风。独头巷道部分可利用风障或导风筒导风。此方法常用于煤巷掘进，尤其是厚煤层的采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时或解决长巷掘进独头通风的困难。利用总风压通风的优点是安全可靠，管理方便，但须有足够的风压以克服通风阻力；其缺点是漏风大、有效风量率低，只适用于短距离掘进巷道或两条长距离巷道同时掘进。6.1.1.2使用局部通风设备通风掘进用的局部通风设备有两类：引射器和局部通风机。1.引射器。引射器是将高压水或压缩空气的部分能量传递给风流，克服风流在风筒和独头巷道中流动的阻力，达到给掘进工作面供风的目的。根据高压流体的不同，分为压气引射器和水力引射器。其中水力引射器在某些用水砂充填管理顶板的矿区如抚顺、鹤岗等应用较广。这类通风方法不仅无电气设备、无噪声、安全、还具有除尘降温的优点，特别是在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，安全性较高。其缺点是风压低、风量小、效率低。故这种方法适用于需风量不大的短距离巷道掘进通风。2.局部通风机。随着煤炭工业的发展，采煤方法的改革，特别是机械化程度的提高和局部通风技术的进步，局部通风机的通风方法取代了全风压通风，成为我国掘进工作面的主要通风方法。利用局部通风机做动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。用局部通风设备通风时，其工作方法有3种：压入式、抽出式、压抽混合式。7－1－1优点缺点适用条件压入式局部通风机布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好，有效射程远，工作面通风效果好；可防止瓦斯积聚，且因风速较大，提高散热效果，正压通风，可使用柔性风筒污风经巷道排出，作业环境不良，巷道长时，污风排除巷道时间长，需风量大，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走有瓦斯涌出的巷道；距离不长的岩巷；在瓦斯喷出或突出区域的巷道，主要用于排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进抽出式新鲜风流沿巷道进人工作面，污风经风筒排出，整个井巷空气清新，劳动环境好；当风筒吸入口距工作面小于有效吸程时，通风效果好，需风量最少有效吸程短，风筒吸入口距工作面过远时，通风效果差；污风通过局部通风机，有瓦斯爆炸危险，负压通风，不能使用柔性风筒用于无瓦斯巷道；确保风机防爆性能时可用于瓦斯道，主要用于以排除粉尘为主的井筒掘进时混合式具有压入式、抽出式的优点，通风效果最佳通风设备多、管理较复杂通常用于大断面，长距离巷道、综掘巷道其中混合式通风在掘进工作面中应用的较多，其布置方式和有关说明、优缺点见7－1－2。7－1－2长压短抽长抽短压前压后抽前抽后压布置图说明以压入式通风为主，靠近工作面一段用抽出式通风，抽出式通风要配备除尘装置，风筒重叠段风速Ｖ>0.5m/s(排瓦斯),或V>0.15m/s(排尘)。以抽出式通风为主，靠近工作面设一段用压入式通风，压入风筒靠近工作面，抽出风筒口在压入风筒的后面，不需配备除尘装置。以抽出式通风为主，抽出风筒口靠近工作面，巷道中设一段压入式风筒，该风筒出口在抽出的后面。优缺点主要使用柔性风筒，成本低。除尘器随风筒常移动，且增大抽出式通风的通风阻力，除尘效果差时(微细尘粒)可使巷遭受到一定程度的污染。不需配备除尘装置，不会增加通风阻力，能解决巷道污染问题，整个巷道通风状况较好。抽出式风简要用带刚性骨架的柔性风筒(KSS型风筒)或硬风筒，成本高。工作面污染范围较短，但清洗工作面炮烟的能力较差，其它优缺点同左。6.1.2掘进工作面所需风量的计算对于新设计的掘进工作面所需风量，按下列方法计算：6.1.2.1压入式通风根据理论分析和实践经验可知，工作面爆破后，烟、尘充满迎头，形成一个炮烟抛掷区。为了能有效地排出炮烟，风筒出中与工作面的距离不能超过有效射程Ly，否则会在工作面附近出现烟流停滞区。风筒出口到工作面的距离Lp≦Ly＝(4～5)S。所需风量或风筒出口的风量应为：Qp＝7.8[A(Ld∙S)2/t7－2－1式中t—通风时间，一般取20～30min；Ａ一次爆破的炸药消耗量kg；S—巷道断面积，m；Ld—从工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按下式计算：6.1.2.2抽出式通风工作面所需风量或风筒入口风量Qh＝18(A∙SLt)½/t7－2－2式中Lt—炮烟抛掷的长度，m。电雷管起爆时，电雷管起爆时，Lt＝15＋A/S,m；火雷管起爆时Lt＝15＋A,m。6.1.2.3混合式通风在长抽短压混合式布置时，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒的吸风量Qe应大于压人式风筒出口风量Qp，即Qe＝Qp+60VS，m3/min7－2－3式中V—最低排尘风速0.15～0.25m/s，瓦斯释放最低风速0.5m/s；S—风筒重叠段的巷道断面积，m2。用上述各式算出的风量都应进行最低和最高风速验算。6.1.3掘进通风设备的选择掘进通风设备是由掘进通风动力设备、风筒及其附属装置组成。6.1.3.1风筒的选择风筒是最常见的导风装置。对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、质量轻、拆装简便。1.风筒种类煤矿常用的风筒有刚性（如金属风筒）和柔性（如帆布、胶布、人造革、橡胶与塑料等）两种。柔性风筒是应用更广泛的一种风筒，其最大优点是轻便、可伸缩、拆装运搬方便，但只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，目前采用金属整体螺旋弹簧钢圈为骨架的可伸缩风筒，它既可承受一定的负压，又具有可伸缩的特点，比铁风筒质量轻，使用方便。2.风筒的阻力计算公式参见第三章。金属风筒摩擦阻力系数见表7—3—1所示。表7—3—1金属风筒摩擦阻力系数金属风筒直径(mm)200300400500600800α×1044944.139.234.329.424.5柔性风筒和带刚性骨架的柔性风筒的摩擦因数皆与其壁面承受风压有关。在实际应用中，整列风筒风阻除与长度和接头等有关外，还与风筒的吊挂维护等管理质量密切相关，一般根据实测风筒百米风阻(包括局部风阻)作为衡量风筒管理质量和设计的7—3—27—3—2风筒类型风简直径／mm接头方法百米风阻／Ns2/m8备注胶布风筒400400500600600单反边双反边多反边双反边双反边131．32121．7264．1l23．3315．8810m节长10m节长50m节长10m节长30m节长KSS600-150型KSS600-100型600快速接头软带30．2037．83节长10m，螺距150mm节长10m，螺距100mm当缺少实测资料时，胶布风筒的摩擦阻力系数α与百米风阻R100可参用表7－3－3表示。表7－3－3风简直径／mm3004005006007008009001000α×l04／Ns2/m85349454138323029R100／Ns2/m81412314943414．76．53．32．03.风筒漏网正常情况下，金属风筒的漏风，主要发生在接头处，胶布风筒不仅接头而且全长的壁面和缝合针眼都有漏风，所以风筒漏风属连续的均匀漏风。漏风使局部通风机风量Qa与风筒出口风量Qh不等。因此，应用始末端风量的几何平均值作为风筒的风量Q，即7－3－1显然Qa与Qh，之差就是风筒的漏风量Q1，它与风筒种类，接头的数目、方法和质量以及风筒直径、风压等有关，但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关。反映风筒漏风程度的指标参数有三：1．风筒漏风率风筒漏风量占局扇工作风量的百分数，即7－3－2η虽能反映风筒的漏风情况，但不能作为对比指标。故常用百米漏风率表示。一般要求柔性风筒的百米漏风率达到表7—3—4的数值。表7—3—4柔性风筒的百米漏风率通风距离（m）〈100200～500500～10001000～2000〉2000L100（%）〈15〈10〈3〈2〈1.52.风筒的有效风量率掘进工作面风量占局扇工作风量的百分数，即P＝(Qh/Qa)×%7－3－33.漏风系数风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数,即ψ＝1/pe4.风筒安装与管理(1)适当增加风筒节长，减少接头数目，降低风筒的局部风阻和漏风；(2)风筒悬吊要平、直、稳、紧，逢环必吊，缺环必补，防止急拐弯。风机稳装、悬吊也要与风筒保持平直。风机与风筒直径不同时，要用异径缓变接头连接；(3)采用有接缝的柔性风筒时，应粘补或灌胶封堵所有的缝合针眼，防止漏风；在每隔一定距离风筒上安装放水嘴，随时放出风筒中凝结的积水；(4)局部通风机启动时，要开、停几次，以防止因突然升压而使风筒胀裂或脱节。6.1.3.2局扇的选择井下局部地点通风所用的通风机称为局扇。掘进工作面通风要求局部通风机体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可靠、坚固防爆。1.局扇的种类局扇有轴流式和离心式两种。轴流式具有体积小，便于安装和串联运转、效率高等优点，被广泛采用。缺点是噪音大。煤矿多使用我国生产的防爆型JBT系列轴流式局扇，该产品大部分仍延用60年代研制的。其全风压效率只有60％～70％，风量、风压偏低，尤其噪声高达103～118dB(A)，已属淘汰产品，故需更新换代。近年来，我国已研制开发了一些新产品，如沈阳鼓风机厂研制的BKJ66—11，其具有效率高，最高效率达90％，与JBT型相比，提高效率15％～30％。2.局扇联合工作如果选用的局扇工作风压不能满足要求，可选用二台或二台以上局扇进行串联作业。其串联作业方式分为集中串联和间隔串联。二者皆可达到增加风压的目的。但从两种串联方式的风压分布图可以看出，在相同条件下集中串联风筒全长的风压大于间隔串联，所以集中串联风筒漏风大于间隔串联。但用间隔串联时，如果两台局扇相隔较远，便会在第二台局扇后面一段风筒内产生负压，因而在这个区段内会有部分污风漏入风筒，造成循环风。为避免这种现象，两台局扇的间距一般不得大于风筒全长的三分之一，使风压分布情况。掘进长距离瓦斯巷道，一台局扇的风压不够用时，可用局扇集中串联的方式。但须注意局扇之间要用一段风筒(长约10倍于风简直径)隔开，使第一台局扇出口的紊乱风流不影响第二台局扇的运转效率。如上所述，两种串联方式都存在一定的缺点。所以，在一般情况下尽量不用局扇串联通风，而应力求提高风筒的制造和安全质量，加强管理，减少风筒的通风阻力和漏风，充分发挥单台局扇的效能。或当风筒风阻不大，用一台局扇供风不足时，可采用两台集中并联工作。6.1.4掘进通风的技术管理和安全措施6.1.4.1掘进巷道通风安全措施1.掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机通风，不得采用扩散通风。1台局部通风机不得同时向2个同时作业的掘进工作面供风，严禁使用3台或3台以上的局部通风机同时向一个掘进工作面通风。2.局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转；压入式局部通风机及启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10m，局部通风机吸入风量必须小于局部通风机安装地点的供风量，以避免产生循环风。进风流中的瓦斯浓度不得超过0.5％。3.必须采用抗静电，阻燃风筒。抽出式局部通风机，必须采用经国家检定单位对防爆和防摩擦火花检验合格的抽出式局部通风机。4.除尘风机、抽出式局部通风机和位于掘进工作面附近100m范围内的压入式局部通风机，其噪声不应超过85dB(A)，并应安设配套的消声器。5.瓦斯喷出区域或煤与瓦斯(二氧化碳)突出煤层，掘进通风方式必须采用压入式。煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式，不得采用抽出式，应采用压入式。如果采用混合式通风，必须制订安全措施，应制订专门的通风设计说明书，列入掘进作业规程。掘进巷道的混合式通风，必须采用局部通风机通风，不得采用风障通风。6.掘进巷道采用混合式通风时，其布置应遵守下列规定：(1)混合式通风应采用“长压短抽”的方式。压入式通风筒的出风口或抽出式通风筒吸风口与掘进工作面的距离，应分别在风流的有效射程或有效吸程范围内，且抽出式通风筒吸风口与掘进工作面的距离不得大于5m；(2)有瓦斯涌出的掘进工作面，抽出式通风筒的吸风口应安设瓦斯自动断电报警断电装置，保证吸入风流中的瓦斯浓度不超过1％；(3)除尘风机或抽出式局部通风机必须与压入式局部通风机联动闭锁，当压入式局部通风机停止运转时，抽出式局部通风机自动停止运转；压入式局部通风机未启动时，抽出式局部通风机闭锁，不能先启动。7.在瓦斯喷出区域，高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，所有掘进工作面的局部通风机，都应装设“三专(专用变压器、专用开关、专用线路)两闭锁（风、电闭锁和瓦斯、电闭锁）”装置供电；也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，但每天应有专人检查1次。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。要装备瓦斯断电仪或瓦斯遥测仪，对炮掘工作面迎头5m内和巷道冒顶处瓦斯积聚地点要设置便携式瓦斯检测报警仪，班组长下井时也要随身携带这种仪表，以便随时检查可疑地点的瓦斯浓度，还要安设防瓦斯逆流灾害设施，如防突反向风门、风筒和水沟防逆风装置以及压风急救袋和避难硐室，并安装直通地面调度室的电话。8.掘进巷道贯通前，综合机械化掘进巷道在相距贯通50m前、其他巷道在相距20m前，必须停止一个工作面作业，做好调整通风系统的准备工作。保证两端的巷道内不积存瓦斯，并做好贯通时调整风流的准备工作，即绘制贯通巷道两端附近的通风系统图，图上标明风流方向、风量和瓦斯涌出量，并预计贯通后的风流方向、风量和瓦斯量的变化情况；明确贯通时调整风流设施的布置和要求。贯通时通风部门必须派干部临场统一指挥，确保施工安全。贯通后，必须停止采区内的一切工作，通风部门组织人员立即进行风流调整，实现全风压通风，并检查风速和瓦斯浓度，防止瓦斯积聚，待通风系统风流稳定后，方可恢复工作。9.放炮员配备瓦斯检测器，坚持“一炮三检”在掘进作业的装药前、放炮前和放炮后都要认真检查放炮地点附近的瓦斯。6.1.4.2独头巷道停风和恢复通风、送电的安全措施1.独头巷道的局部通风机必须保持经常运转，临时停工时，也不得停风。如果因临时停电或其他原因，局部通风机停止运转，风电闭锁装置立即切断局部通风机供风巷道的一切电气设备的电源，人员撤至全风压通风的进风流中，独头巷道口设置栅栏，并设明显警标牌，严禁人员入内。2.停风的独头巷道，每班在栅栏处至少检查1次瓦斯。如发现栅栏内侧1m处瓦斯浓度超过3％，应采用木板密闭予以封闭。3.独头巷道停风后，其内的瓦斯浓度超过1％或二氧化碳浓度通过1.5％时，必须采取专门的排瓦斯措施，并符合下列要求：(1)排除独头巷道积聚的瓦斯前，须先检查瓦斯浓度，当局部通风机及其开关地点附近10m以内风流中瓦斯浓度都不超过0.5％时，方可人工开动局部通风机向独头巷道送入有限的风量，逐步排放积聚的瓦斯，必须使独头巷道中排出的风流在全风压风流混合处的瓦斯浓度和二氧化碳浓度均不超过1.5％。限制送入独头巷道中风量，可采用的方法：在局部通风机排风侧的风筒上捆上绳索，收紧或放松绳索控制局部通风机的排风量；把风筒接头断开，改变风筒接头对合空隙的大小，调节送入的风量；局部通风机排风口装设三通调节器等。(2)排放瓦斯时，应有瓦斯检查人员在独头巷道回风流与全风压风流混合处，经常检查瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到1.5％时，应指令调节风量人员，减少向独头巷道的送入风量，确保独头巷道排出的瓦斯在全风压风流混合处的瓦斯浓度和二氧化碳浓度均不超限。(3)排放瓦斯时，严禁局部通风机发生循环风。(4)排放瓦斯时，独头巷道的回风系统内，必须切断电源，撤出人员；还应有矿山救护队在现场值班，发现异常及时处理。(5)排放瓦斯后，经检查证实，整个独头巷道内风流中的瓦斯浓度不超过1％，氧气浓度不低于20％和二氧化碳浓度不超过1.5％，且稳定30min后，瓦斯浓度没有变化，才可恢复局部通风机的正常通风。4.独头巷道恢复正常通风后，必须由电工对独头巷道中的电气设备进行检查，证实完好时，方可人工恢复局部通风机供风的巷道中的一切电气设备的电源。6.1.4.3大巷及上山掘进时的通风在与风井贯通前往往要掘进长达数千米的独头巷道。这是建井时期通风最困难的阶段，对于