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浅谈矿井通风与安全

前言

采矿工程是我国工业的基础，它在整个国民经济发展中占有极其重要的地位。

煤炭是我国一次能源主体。

我国煤炭生产以井共开采为主，其产量占煤炭产量的97%。

而地下作业首先面临的是通风问题，在矿井生产过程中，必须源源不断地将地面新鲜空气输送到井下各个作业点，以供人员呼吸并稀释和排除井下各种有毒有害气体及矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。

煤矿的地下开采又面临最为严重的安全问题，瓦斯、火、矿尘、冒顶是煤矿普遍存在的五大自然灾害。

另外，随着矿井开采深度的不断延伸，高温也成为煤矿又一严重的自然灾害。

矿井通风与安全经历过较长的发展过程。

早在1640年，人们便开始利用自然通风进行通风；

为了加大通风压力，1650年，再会风路线上设火炉以利用热风压通风；

1849年，开始使用蒸汽离心式通风机；

1898年电式轴流式通风机开始使用。

在煤炭自然发货的研究方面，在1686年就发表了有关煤自然起因的论文。

在瓦斯检测方面，1813年开始采用安全油灯以检查氧气、瓦斯和二氧化碳的浓度。

20世纪40年代，各种气体的检测有了较大的发展，特别是60年代以来，已能实现对井下风流环境中各种参数进行检测；

80年代以后，煤矿通风与安全的科学技术得到了快速发展。

经过不断的探索与实践，矿井通风与安全方面的科学和技术已经形成了比较完整的体系。

第1章矿井概况及安全条件

1.1井田概况

1.1.1地理位置

张集矿位于安徽省淮南市凤台县境内，距凤台城西20km。

行政区位隶属凤台岳乡集镇。

区内交通方便，淮南至阜阳路从井南通，井中心距张集站5km，张集站东至蚌埠141km，西至阜阳69km。

本井田内主要有淮南—阜阳铁路和潘—谢、凤—张公路通过。

西淝河在工业广场以东2km处贯穿全境，可通过百吨机帆船，凤

台是较大的河港，铁运、公路运输、水运方便。

1.1.2主要自然灾害

本区地震裂度为6度。

1.1.3矿区开采现状

二水平中央水泵硐室现有3台PJ-150×

7型水泵，每台排水量为300m3/h，二水平正常涌水量为165m3/h。

二水平最大涌水量为205m3/h。

一水平中央水泵硐室现有4台200D43×

8型水泵，每台排水量为288m3/h，其正常涌水量（包括二水平涌水）为265m3/h，最大涌水量325m3/h。

矿生产供电来自地面变电所，其电源分别来自梨恒线，梨平线两趟60KV高压输入。

变电所内设一台S9-16000/66主变压器，一台SLF1-20000/60主变压器。

一二水平供电来自地面变电所，电压为60KV，由两趟LJ-24架空线线路输送至山下变电所，再由两趟MYJV3X150高压电缆经皮带道至井下中央变电所，然后由井下中央变电所送出两趟高压电缆输送至采区变电所配电，直至各采掘队组。

1.2安全条件

1.2.1地质特征

1.2.1.1地质及地层

张集矿区位于鸡西煤盆地西南端，属于穆棱-张集断裂构造单元的一部分。

近于南北向东倾的单斜地层，为不对称的向背斜复杂化，地层被两条近于南北向的断层切割成二大构造块段。

在这些块段里，相对下降的块段构造简单，地层倾角小（15°

-25°

）；

相对上升的块段构造复杂，地层倾角大（20°

-40°

）。

一组北45°

-55°

西贯穿全区的主断裂体系又将全矿区进一步分割成几大构造单元。

各构造单元其构造形态各异，地层产状各异，构造复杂程度各异。

1.2.1.2成煤时期及煤层赋存情况

张集矿区煤系地层为早白垩系鸡西群城子河含煤组和穆棱含煤组，城子河含煤组位于煤系地层的下部，可采和局部可采煤层共有35#层、33#层、32#层煤层，煤质主要为瘦煤，中部层组的25#层、23#层、22#层煤层的煤质，牌号主要

为焦煤，上部层组15#层、14#层煤层的煤牌号主要为主焦煤。

穆棱组位于煤系地层的上部，可采区层有6#层、5#层、3#层、1#层。

穆棱组煤层的煤牌号均为1/3焦煤，以上各煤层的厚度均在0.8-2.0m之间，为薄煤层或中厚煤层。

1.2.2煤层及煤质

1.2.3.1煤层

①含煤性：

张集矿区开采穆棱组和城子河组的煤层。

穆棱组含煤6-8层，1层全区可采，3层局部可采，

主要可采煤层发育较稳定，煤层本身的煤岩特征明显，煤层结构稳定，岩煤层物性特征明显，煤层间距较为稳定。

横向上变化规律性强，全区内煤层对比清楚。

煤层发育属于较稳定型。

可采煤层总厚度为14.4m，含煤系数1.11%。

②穆棱含煤组：

1#煤层：

为张集矿区内最上部的可采煤层，单一结构，煤厚0.68-0.92m，顶板为含豆状包裹体的凝灰岩或凝灰砂岩，底板为粉砂岩。

3#煤层：

距1＃煤层48-50m，一般分上、下两层，上、下分层均在0.59-0.89m之间，平均0.78m，上、下分层间距不稳定，大体在2-4m之间，顶板为灰白色细砂岩，底板为0.3m的黄灰色凝灰岩。

3＃煤层在凤山背斜轴以南可采。

1.2.3.2煤质

①物理性质：

肉眼观察多呈光亮和半光亮形，煤层油质光泽和玻璃光泽，块状构造，断口参差不齐，内生裂隙发育，煤层多以凝胶化基质为主，镜煤、亮煤占煤岩总比例的75-90%，丝质组和稳定组占5-20%，岩矿杂质占总量的5%左右，硫磷含量特低。

②化学性质、工艺性能、可选性及煤类：

张集矿区各煤层组均为中等变质程度的烟煤。

各煤层组、各含煤段的变质程度不一，煤层的有机质含量较多，有害杂质少，精煤灰分低，可选性强。

是

可贵的炼焦用煤。

第2章矿井通风

2.1概况

张集煤矿鉴定为高瓦斯矿井。

矿井相对瓦斯涌出量为28.5m3/t，绝对涌出量为33m3/min。

在张集矿区范围内尚无煤层自燃发火现象。

各煤层均有煤炸煤尘炸指数在20%-45%之间。

由于张集矿井为高瓦斯矿井，因此，按高瓦斯矿井进行管理。

2.2矿井通风

2.2.1现矿井各采区风量计算

井下共布置2个采煤工作面，6个掘进工作面，全矿独立回风硐室7个，变电所水泵房2个，压风机硐室2个，绞车硐室2个，火药库1个。

根据上述参数进行矿井风量计算。

Q矿≥（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其）×

Km3/min

式中：

∑Q采--采煤工作面实际需要风量总和m3/min

∑Q掘--掘进工作面实际需要风量总和m3/min

∑Q硐--硐室实际需要风量总和m3/min

∑Q备--备用采面实际需要风量总和m3/min

∑Q其--其他地点实际需要风量总和m3/min

K-矿井通风需要风量系数取1.2

Q矿=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其）×

K=（2200+2664+488+491+540）×

1.2=4905×

1.2=7660m3/min

2.3现有通风方式及通风系统

2.3.1现有风井数目、位置、服务范围及服务时间

矿井现有两条井筒入风，两条回风井。

2.3.2井下通风设施及构筑物布置

矿井设有专用回风井，采区设置了专有的回风道。

井下所有进回风相交处设有双向双道风门，在需要调节风量处设调节风门，以保证各用风地点的合理

风量，在需要反风处设有反风风门。

在主要进风、回风巷，工作面进风巷和回风巷设置测风站，观测矿井总风量和回采工作面的进风量和回风量。

倾斜巷道中不应设置风门，如非设不可时，应按设自动风门或设专人管理，并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。

2.3.3安全逃生途径

2.3.4.1矿井安全出口设置及保证措施

矿井的主井、副井和风井均可作为安全出口，井筒及采区各上山内设人行道和扶手。

斜井井筒每隔40m设一躲避硐室。

副井担负矿井辅助提升任务，必须执行《煤矿安全规程》的规定，提车不行人，行人不提车。

当井下发生事故时，人员可借助上述人行台阶、扶手、人行道方便、顺利到达地面。

2.3.4.2避灾路线

为了方便井下工作人员在灾害发生后能安全撤离，井下各巷道及巷道相交处应挂牌写明巷道名称、长度，指明各类灾害的撤离方向，并做到每年预演一至二次。

①避火灾线路

发生火灾时工作人员应及时撤离采区，向新鲜风流方向撤离，通过进风井到达地面。

一采区：

采煤工作面→运输平巷→采区皮带道→采区车场→暗井绞车道→暗井下部车场→二水平主运巷→二水平副提升井和二水平皮带→一水平石门→一水平皮带和副井→地面。

掘进工作面→采区车场→暗井绞车道→暗井下部车场→二水平主运巷→二水平副提升井和二水平皮带→一水平石门→一水平皮带和副井→地面。

二采区：

采煤工作面→运输平巷→片盘车场→采区绞车道→地面

掘进工作面→片盘车场→采区绞车道→地面。

②避水灾线路

在工作面工作的人员及在井底车场工作的人员应及时撤至回风平巷或回风井，通过安全出口出井。

掘进工作面→采区车场→暗井绞车道→暗井上部车场→后石门机轨合一巷→后石门绞车道→下料斜井车场→下料斜井→地面。

③发生瓦斯、煤尘爆炸时，应及时戴好自救器，选择最近的躲避硐室进行躲避，等待救援或躲避开瓦斯、煤尘爆炸危害严重的巷道，进入有新鲜风流、较安全的巷道内，或选择巷道支护较好的地方就地卧倒，最好卧在有水的水沟里。

④发生有害气体中毒时，应及时向有新鲜风流的巷道撤离。

⑤发生冒顶事故时，现场工作人员应及时撤离至有顶区域，进入围岩较好，支护较好的巷道内。

2.3.5通风设备及反风

2.3.5.1采区前期风量选择

本设计采区风量按生产采区风量计算方法进行前期风量计算。

①比较采煤、掘进、硐室所需风量之和与井下同时工作的最多人数所需风量。

②采区后期风量选择

采区开采后期由于掘进工作面、回采工作面、硐室个数均不变，因此后期总风量选择与前期相同。

2.3.5.2通风机设置及要求

要及时对通风机的运行状况进行监控，以保证设备安全运行。

备用风机必须要在10min内开动。

通风机的运转必须由专职司机负责。

选择GAF31.5-20-1GZ型防爆抽出式轴流风机两台，一台工作一台备用，配套电动机功率1400KW，电

压660V,其额定风量为8700-15000m3/min，现排风量为9700m3/min。

第3章粉尘灾害防治

3.1粉尘

井下生产所产生的煤和岩石的细微颗粒统称为煤矿粉尘。

粉尘包含煤尘和岩尘两类。

井下煤尘主要来源于井下采掘工作面，此外煤炭运输过程中转载点、机头机尾均产生煤尘；

岩尘主要来源于井下岩巷及半煤岩巷掘进工作面。

直径大于50μm的尘粒，在重力作用下会很快从气流中分离出来，沉落于地面，此类粉尘称为落尘。

直径在0.01-50μm范围内的尘粒，能长时间悬浮于空气中，此类粉尘叫做浮尘。

浮尘对矿井空气的污染和人体健康的危害最大，是矿井防尘的重点对象。

粉尘的主要危害是能导致尘肺，有的粉尘与人的潮湿皮肤接触时，有一些刺激作用，会引起皮肤发炎。

尘肺病是因为长期、大量吸入微细粉尘而引起以肺纤维化为主的一种慢性职业病。

煤矿尘肺病因吸入粉尘成分不同可分为：

矽肺病：

因吸入游离二氧化硅含量较高的岩尘所引起的尘肺病。

它是矿山的一种主要职业病，除了会使肺纤维化外，还会由矽酸引起肺部化学物理反应，应重点加以防治。

患者多为长期从事岩巷掘进的工人。

煤矽肺病：

因吸入煤尘和含游离二氧化硅的岩尘所引起的尘肺病。

患者多为岩巷掘进和采煤混合工种的工人。

煤肺病：

因长期吸入煤尘所引起的尘肺病。

患者为长期在井下从事采掘工作的采掘工人。

矿井生产中粉尘除了对人体带来不同程度的危害外，煤尘在一定条件下还会发生爆炸。

煤尘爆炸除破坏井巷、毁坏设备、伤亡人员外，爆炸同时产生大量的有毒有害气体，严重地威胁矿井安全生产和人员的生命安全。

但煤尘爆炸必须同时具备以下三个条件：

①自身为爆炸危险性的煤尘。

按《煤矿安全规程》规定，煤尘的爆炸性必须通过国家授权单位进行鉴定。

②煤尘的浓度。

悬浮在井下空气中的煤尘只有达到一定浓度才可能爆炸，煤尘未达到爆炸下限浓度或超过上限浓度都不会发生爆炸。

具体规定见表3-1。

表3-1井下空气中粉尘浓度要求一览表

粉尘中游离sio2含量（%）

最高容许浓度（mg/m2）

总粉尘

呼吸性粉尘

＜10

10

3.5

10-50

2

1

50-80

0.5

≥80

0.3

③存在有引爆火源。

煤尘的引燃温度一般为700-800℃，有时也可达到1100℃，引起煤尘燃烧或爆炸的高温火源有：

电器设备产生的电火花，电缆、电机车架线上的电弧，采掘机械工作产生的冲击火花，爆破时出现的火焰，井下火灾以及瓦斯爆炸等。

3.2防尘措施

3.2.1防尘措施

防尘措施有：

①采用湿式凿岩。

②通风排尘和净化风流。

③喷雾洒水。

④装岩洒水降尘。

⑤个体防护，作业时必须人人坚持戴防尘口罩。

⑥采掘工作面坚持使用水炮泥，在其回风巷内按《规范》要求安设隔爆水棚。

⑦严格控制各种火源。

各个采掘工作面、装载点、卸载点、运输、仓储等产生粉尘的尘源地点，采用降尘、除尘、捕尘以及对沉积在巷道的浮尘进行。

3.2.2采掘工作面除尘

①湿式作业除尘；

②喷雾洒水除尘；

③加水爆破除尘；

④含尘空气净化装置除尘（即水幕净化）；

第4章瓦斯灾害防治

4.1瓦斯

根据地质报告提供的资料，本矿井瓦斯绝对涌出量33m3/min，相对瓦斯涌出量28.5m3/t，鉴定为高瓦斯矿井。

4.2防爆措施

矿井通风采用机械抽出式，取用了较大的通风系数进行配风，以保证作业地点有足够的风量，能有效地防止瓦斯积聚。

巷道各断面均按经济实用断面进行设计，按《煤矿安全规程》规定的风速进行验算，保证其合理性。

为了防止矿井安全生产因电气事故造成不必要的损失，在矿井电气设备及保护装置的选型中，严格按《煤矿安全规程》有关规定，对矿井生产所需的电气设备如馈电开关、电动机、通讯、照明、信号等，均按照规定选用矿用防爆型、矿用隔爆型、本质安全型、以及无火花型设备。

严禁采用无煤矿安全生产标志的电气设备入井，对电气设备在入井前必须有专人进行防爆要求的检查。

对生产中的电气设备安装，应严格按照有关规定进行，并对在使用中的电气设备应定期派专人进行防爆检查，从而有效避免了因电气火源引发的矿井瓦斯爆炸事故。

4.2.1防止瓦斯积聚

①加强通风。

②加强瓦斯检查。

③不用的旧巷应及时封闭，防止或减少沼气涌出和积聚。

第5章矿井防灭火

5.1概况

矿井火灾可分为内因火灾和外因火灾两种。

内因火灾主要由于煤层具有自燃倾向性，在一定的条件下煤层自燃引发的；

而外因火灾则主要是由于外在的

火源，引燃诸如煤尘、坑木、电缆、瓦斯，煤层及其他的可燃物发生的火灾。

根据地质报告，本井煤层为易自燃，但未发生过煤层自燃发火现象。

故矿井防灭火主要是外因火防治。

5.2井下外因火灾防治

5.2.1井下机电设备硐室防火措施

①井底设消防材料库，机电设备硐室均配有消防器材；

②井下中央变电所配电室，井底水泵房及通道均采用不燃性材料支护，并设有防火栅栏两用门、密闭门；

③井下消防洒水管网为各主要机电设备硐室设有消火栓；

④井下机电硐室内各种设备与墙壁之间留有0.5m以上的通道，各种设备相互之间留有0.8m以上的通道。

5.2.2井下电气设备的防火措施。

该矿井属高瓦斯矿井，井下所有电气设备均采用矿用防爆型。

井下配电变压器中性点不接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器直接向井下供电。

井下远距离控制线路的额定电压不超过36V。

5.2.3井下电缆

按《煤矿安全规程》对入井电缆及其敷设的要求，入井电缆均采用已取得"

MA"

标志准用证的电缆入井，电缆为交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚乙烯护套电力电缆，沿副井井筒用电缆钩悬挂主井下中央变电所，井下中央变电所至采区变电所，井下主排水泵等固定敷设的电缆采用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套电力电缆。

去采掘工作面的电缆采用矿用屏蔽监视型橡套电缆，沿巷道壁悬挂敷设，照明电缆采用矿用不延燃型橡套电缆，沿巷道顶敷设，电缆同电气设备的连接，采用同电气设备性能相符的接线盒。

橡套电缆间的连接采用符合要求的接线盒进行连接。

5.2.4井下电气设备的各种保护

电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳，构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）屏蔽护套等，都必须有保护接地，接地网上

任一保护接地点测得的接地电阻值不得超过2欧姆。

每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值都不得超过1欧姆。

所有电气设备的保护接地装置和局部接地装置，都应同主接地极连成一个总接地网。

井下电力网的短路电流，不得超过其控制用的断路器在井下使用的开断能力，并检验电缆的热稳定性。

40KW以上的起动频繁的低压控制设备，使用真空接触器，井下高压电动机，动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过荷、接地和欠压释放保护。

井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置。

煤电钻，必须使用设有检漏漏电闭锁短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻的综合保护装置。

直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。

永久性井下中央变电所和井底车场内的其它机电设备硐室，应砌碹或用其他可靠的支护方式支护。

采区变电所应用不燃材料支护。

5.2.5井下电气设备的检查、维护、修理和调整。

井下电气设备的检查、维护、修理和调整工作，必须由电气维修工进行。

井下防爆电气设备的运行维护和修理，必须符合防爆性能的各项技术要求。

电气设备和电缆的检查、调整工作，矿主管领导应组织实施。

5.3矿井瓦斯抽放系统

5.3.1张集矿矿瓦斯赋存情况

张集煤矿各煤层中的瓦斯含量随着深度的增加而不断增大，通过对2#、3#煤层的开采，在-100m标高以上的煤层中瓦斯含量较低；

在-100m标高以下煤层中的瓦斯随深度的增加而明显增大，为高瓦斯区域。

采煤工作面及掘进工作面均需要进行瓦斯抽放方可进行生产。

第6章矿井防治水

6.1矿井水文安全条件分析

6.1.1矿井开采水文地质情况

张集矿区处于海拔370-500m的高台山谷类型的单元上。

沿鸡图公路一线是

全矿自然水系统的分水岭，分水岭以西有大、小弯沟自北向南流入穆棱河，大小弯沟是山间季节性水流，流量在0-0.5m3/s。

凤山河长年有水，水量在0.03-2.0m3/s，上游洪水位标高312m，中游洪水位标高296m，下游洪水位标高272m。

从以上水文地质条件可以看出张集矿是个水文地质条件简单型地区。

矿井总涌水量在220-310m3/h，矿井水文地质条件比较简单。

6.1.2矿井充水因素及特征

张集矿区矿井涌水主要补给来源是大气降水，风化裂隙水和构造裂隙水所导通的层间水。

穆棱组矿井涌水主要来源于垂深100m内的井巷涌水。

城子河组可采煤层的露头多在玄武岩覆盖区内，玄武岩中的孔隙水及裂隙水是矿井涌水的直接补给，由于这一水量很小，因而矿井涌水不大。

构造导水带是矿井深部涌水的主要形式。

总之张集矿矿井水文地质条件比较简单，对煤层开采影响较小。

6.1.2.1矿井涌水量与矿井地貌的关系

6.1.2.2矿井涌水量和采掘深度的关系

构造导水带是矿井深部涌水的主要形式，采掘深度增加对矿井涌水量增加影响不大。

6.1.2.3矿井涌水量与降水量的关系

张集矿区地表大部分被玄武岩覆盖，大气降水对井下涌水量影响不大。

6.1.2.4矿井涌水量与回采面积的关系

涌水量随回采面积的增加而有所增加。

6.1.2.5涌水量与构造的关系

裂隙带往往富含水。

6.2矿井防治水措施

6.2.1矿井开拓、开采所采取的安全保证措施

6.2.1.1针对本矿井开拓布局，开采时的主要水患威胁，设计以提前探放水为主

坚持“有疑必探，先探后掘，先治理，后生产”的原则，在采掘工作之前，必须采用钻探或其他方法查清水文地质条件。

6.2.1.2矿井防水煤（岩）柱的留设

煤柱：

断层一侧30-50m煤柱；

矿井境界30m；

采区境界一侧留15m。

6.2.2井下探放水措施

6.2.2.1探放水原则

矿井必须做好水害分析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探放水原则。

矿井在建设施工及生产当中必须制定详细的探放水制度，并严格贯彻执行。

建设和生产期间采掘面前进遇到下列情况之一时，必须进行探水。

①接近水淹区或情况不明的井巷、老空区时；

②接近含水层、导水断层和导水陷落柱时；

③接近煤层露头时；

④接近有出水可能的钻孔时；

⑤打开隔离煤柱放水前；

⑥接近其它可能出水地段时。

6.2.2.2探放水安全措施

在进行探放水前，必须做好以下工作和准备好必要的设备、设施：

①在探放水前必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其它有害气体危害等安全措施；

②坚持排水设备的维护制度，保持正常排水；

③坚持水沟、水仓的清理制度，保证流水畅通；

④确定流水路线；

⑤坚持巷道维护制度，保证巷道畅通；

⑥做好安全躲避硐；

⑦制定通风方法和瓦斯检查制度；

⑧制定通讯联络方法和准备好通讯工具；

⑨选好避灾路线；

⑩制定钻眼放水措施，包括孔口装置、套管深度和套管固定方法。

6.2.2.3探放水设备

设计选择1台ZYG-150型钻机作为探放水钻孔设备，钻进深度150m,用于巷道掘进、需要超前探放水的地段。

6.2.3地表水防治措施及工程

①矿井井口和工业场地内主要建筑物必须高于当地历年最高洪水位标高，防止下雨时洪水涌向地面生产区；

②每一次下雨后，必须派专人检查井田附近的地面塌落和裂隙现象，发现漏水情况，及时处理；

③矿井井上下对照图上随时标注井下开采的位置及采空区位置；

④每年夏季汛前，由矿长组织人力、物力对地面防洪设施情况进行实地检查；

⑤地面防洪以预防为主，物资材料工具应落实，井口场地应对水沟进行检查清理