高产高效矿井的通风安全保障系统.doc

高产高效矿井的通风安全保障系统
一、 通风系统特点
一、 高产高效矿井通风简况及特点：
根据114处高产高效矿井统计，低瓦斯矿井有77处，占矿井总数的67.5%；高瓦斯矿井31处，占27.2%；煤与瓦斯突出矿井6处，占5.3%。煤容易自燃的矿井22处，占矿井总数的19.3%；自燃的矿井70处，占61.4%；不易自燃的矿井22处，占19.3%。以矿井通风方式来分类，中央式（中央并列和中央分列式）通风的矿井有53处，占矿井总数的46.5%；对角式和通风式通风的矿井有38处，占33.3%，混合式通风的矿井有23处，占20.2%。全部矿井采用机械通风，其中主要通风机采用轴流式的矿井有76处，占67%；采用离心式通风机的矿井38处，占33%。轴流式通风机主要型号为K58、K60GAF等系列，其运行效率较高，高效工作区宽，工作性能较优，可以反转反风等，但噪声较大，为此不少矿井装有消音装置；离心式通风机的主要型号有G4－73、K4－73、4－72、4－73等系列，其特点是噪声较小、效率较高和风压较大等。从主通风机工作方式来分类，有109处采用抽出式，占96%；有5处采用压入式，占4%，这5处都是低瓦斯矿。
高产高效矿井通风具有如下特点：
（1） 矿井采煤和掘进工作面数量的大幅度减少，使矿井和采区的通风系统都大为简化；
（2） 采煤工作面数量少、单产高，用风地点更加集中，漏风量相应减少；综采综放工艺与炮采相比，瓦斯涌出不均衡系数减少，高产高效使产量不均衡系数降低，从而使矿井通风系数减少，矿井总风量与总阻力（总风压）有所降低；
（3） 采煤工作面进风巷与回风巷的长度都大幅度增大，掘进巷道独头通风的长度成倍增加，由几百米提高到2000米甚至更长，长距离局部通风技术及装备有了新的发展；
（4） 采煤工作面配风量的决定因素发生某些变化，低瓦斯矿井高产高效工作面配风量主要由气候条件来决定，机电装备容量很大，引起工作面气温升高2℃～3℃，甚至更高，这要求风速与风量加大，而工作面同时工作人数大减，炸药也很少应用，故这些已不再是对配风量起决定作用的因素；高瓦斯工作面的配风量仍然由瓦斯涌出量决定，由于日产高、相对瓦斯涌出量大，故绝对瓦斯涌出量很高，出现工作面、上隅角以及回风巷瓦斯浓度超限问题，单靠通风已解决不了这一问题，综合抽放瓦斯是高瓦斯矿井采煤工作面实现高产高效的关键和保障，因此矿井需建设完善的矿井瓦斯抽放系统；
（5） 矿井通风系统应具有更高的可靠性、稳定性和防灾抗灾能力中，以确保矿井高产高效，装备先进的通风安全监测系统是高产高效矿井必须的重要装备之一；
（6） 后退式采煤工作面U型改为W型通风系统是治理综放工作面瓦斯问题的有效措施之一，其布置特点是，三条巷道在空间上呈品字型排列：工作面两侧的煤巷是沿煤层底板掘进的，用于工作面的进风与回风；蹭的巷道是沿煤层顶板掘进的，用作排放顶煤和采空区冒落拱卸压瓦斯的专用排瓦斯巷。
二、高产高效矿井建设中的通风系统改造
矿井通风系统改造的目的是使改造后的系统能够满足高产高效矿井安生生产的要求和具有较强的防灾抗灾能力，技术上先合理、可靠，保证用风地点有质量好、数量足、稳定的风量和较好的经济效益。
（一） 高产高效矿井进行矿井通风系统改造的基本做法
1、 测定好现有通风系统的基础参数，明确改造主攻内容。现有矿井通风系统既是改造后系统的组成基础又是进行改造的主要内容。因此，在进行矿井通风系统技术改造设计之前，首先应对原有通风系统进行全面调研，作好矿井通风系统阻力测定与分析；矿井各主要通风机及装置的性能测定与分析等。然后结合未来生产发展时期开拓开采计划的要求与条件，依据《煤矿安全规程》规定搞好矿井通风系统改造设计。在设计中要明确原有通风系统中哪些是改造后系统中继续留用的，哪些是需要加以扩修改造的，以及配套新建的工程等。
2、 拟定多种矿井通风系统改造方案，对各方案进行网络解算与技术、经济、安全可靠性分析与比较，选定最优方案。拟定方案时，提出尽可能多的改造方案，方案愈多，最后选定的方案才能愈优。方案不仅能解决当前通风存在问题，而且要能使矿井长远发展中的通风系统问题得到合理安排；方案要充分利用原有通风系统、设施和对原有系统与设施进行改造升级，这样既可以少投入，以能缩短工期、早收益。矿井通风系统的通风能力一般应有10%的富裕量，即用风地点供风量需要量多10%。
（二） 建成后高产高效矿井通风系统应达到的要求
1、 用风地点风量充足，风流稳定
用风地点必须得到《煤矿安全规程》规定的所需风量，为此，高产高效矿井通风系统必须保证各用风地点的风量充足和风流稳定。对此该系统应达到如下指标：
（1） 系统内各主要通风机的工作点所提供的风量总和足够，并且工作点都应在较高静压效率利用区内稳定运行；
（2） 通风网络具有合理结构：①用风区不许有风流不稳定的角联分支，即角联分支数在用风区为零；②采掘工作面为并联结构，消除工作面串联；③矿井风网力求简单，角联分支数越少越好。
（3） 风网阻力分布应合理：①回风段阻力占系统阻力的百分比越小越好，因为回风段阻力小，表明回风通畅；反之，回风阻力大，回风不畅，不仅容易致灾，而且在灾变埋藏，有毒有害气体排出困难，会扩大灾害，对风流控制出困难，根据实际统计研究，回风阻力百分比以35小于%为好；②在多主要通风机联合工作的多回风井系统中，公共段阻力与全矿通风系统最小阻力百分比以小于20%为好，因此，各风机相互影响较小，运行稳定和。
2、 风网低风阻，矿井低风压
高产高效矿井应采用多种措施降低风网风阻与矿井风压。矿井各回风井系统的等积孔宜满足式A≥0.07Q0.8即属于通风容易系统，式中Q为回风系统的风量（m3/s）。从能量观点看，矿井风压是单位风量（1m3/s）流经矿井风网时所消耗的功率，该值愈低，通风运行成本愈低，愈经济。该指标也反映风网风阻的大小。这一指标对有自然发火煤层的矿井具有特别重要的意义，矿井风压愈大，意味着供给煤体自然发火的漏风愈充分，煤愈易自燃。兖州南屯煤矿属煤自燃矿井，自然发火期为3个月－6个月，投产初期5年间，矿井风压较低，介于1200pa－1600pa，没有发生过煤自燃；1978年－1982年5年间，由于巷道失修，矿井风压升到2060pa－2810pa，发生自燃14发火次，平均2.8次/年；1983年以来，扩修了严重失修的三个采区的回风系统，改造了矿井通风系统等，18年来矿井风压始终控制在1000pa－1300pa，总共发生自燃现象6次，平均0.3次/年，可见低风压对预防自然发火起到重要作用。
3、 均衡分风、充分发挥网络的通风能力
对于多风机回风井系统，通风阻力最大与最小系统阻力之比宜小于1.3，即在生产安排上力求均衡分风，使各分支通风阻力均衡，在这种条件下运行的各风机电耗低、稳定性好。
4、 矿井风量调节采用节能技术
矿井风量调节不宜采用耗能大的增阻法，而宜采用调频技术及时调叶片安装角等等节能的改变风机转速方法，使主要通风机装置提供相应的风量时保持其能在高效率状态下运行，实现节能通风。
5、 严格全矿通风设施质量及管理
通风设施质量达优，大力减少通风设施数量，千米通风巷道通风设施数宜少于3座，矿井外部漏风率低于5%，矿井有效风量率高于85%。
6、 装备先进的矿井安全监测监控系统
装备矿井安全监测系统是煤矿安全技术的重大进步，使用矿井安全监测系统，为煤矿安全生产、预防事故发生、改善劳动环境、提高生产与社会效益提供了保证。我国的高产高效矿井都装备了功能比较先进的安全监测系统，在安全生产中发挥了重要作用。为确保高产高效矿井的安全生产，进一步提高安全监测水平，可应用以下指标：
（1） 井下通风安全善漏检率，是指矿井监测点应设与实设个数之差占应设个数的百分比，对高产高效矿井应达到零，即监测点应设个数按《矿井通风安全监测装置使用管理规定》的要求来确定；
（2） 矿井通风安全监测系统故障率，是指监测系统在一个月内发生故障的次数，对高产高效矿井，该指标应为零次。为此矿井安全监测系统必须保证完好状态，必须保证全天不间断监测全矿所有探头的全部参数。
二、矿井瓦斯抽放方法
一、 矿井瓦斯抽放的条件及方法
抽放瓦斯在高瓦斯、煤和瓦斯突出矿井能够有效地防治瓦斯灾害、改善安全与环境、促进煤炭生产、提高效益。抽放瓦斯对高瓦斯、煤和瓦斯突出有的高产高效矿井具有特别重要的意义，因为这两个瓦斯等级的高产高效矿井，瓦斯将成为制约安全生产的决定因素。实践证明，凡是抽放工作搞得好的在矿井，安全状况好，生产主动，才能实现高产高效；凡是抽放工作搞得差的，瓦斯事故多发、停产频繁、高产高效失去保障。因此，抽放瓦斯搞得好坏，是关系到高瓦斯、煤和瓦斯突出矿井高产高效的关键科技工程。
根据114处高产高效矿井统计，有23处矿井建有瓦斯抽放系统，进行瓦斯抽放的占总数的1/5，年抽放瓦斯总量2亿m3，抽放量最大的是抚顺的老虎台矿，1997年抽放量8543万m3。年抽放量　在1000万m3以上的还有阳泉一矿与三矿，铁法大兴煤矿以及盘江月亮田煤矿等。瓦斯抽放对这些矿井实现高产高效目标和安全生产起到决定性保障作用。
1、 抽放系统建立的条件
《煤矿安全规程》规定，凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久或井下临时瓦斯抽放系统。
（1） 一个采煤工作面瓦斯涌出量大于5m3/min,或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，且用通风方法解决瓦斯问题不合理时；
（2） 矿井绝对瓦斯涌出量大于等于40m3/min；年产量100~150万t，矿井绝对瓦斯涌出量大于30m3/min；年产量60~100万t，矿井绝对瓦斯涌出量大于25m3/min；年产量40万t~60万t,矿井绝对瓦斯涌出量大于20m3/min；年产量小于等于40万t，矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3/min。
2、 瓦斯抽放方法及选择
矿井瓦斯抽放方法是指汇集瓦斯工程的施工方法而言的，它可以分为钻孔法、巷道法、管路法和综合法。各种抽放方法及适用条件见表1。
瓦斯抽放类型，按抽放对象的空间位置来分有开采煤层（本层）、邻近煤层、采空区和围岩抽放；按地应力对比来分有未卸压抽放和卸压抽放；按时间比来分有采（掘）前预抽、边采（掘）边抽和采后抽放。
矿井瓦斯抽放方法的选择要根据瓦斯抽放的目的、瓦斯的来源、煤层地质条件、开采技术条件、瓦斯基础参数以及效率、成本等因素进行综合分析来确定，未卸压的原始煤层，其所含瓦斯的抽放难易程度可划分为三类中，如表2所示。
容易抽放与勉强抽放煤层，一般在未卸压条件下（即不采取专门的卸压措施）即可以投诉抽出瓦斯；难以抽放煤层一般应采取密集钻孔专门的或采动的卸压措施才能进行抽放。在目前技术条件下，“密钻孔、严封闭”是抽放未卸压煤层瓦斯的技术方向。钻孔密度提高到0.1m钻孔/t煤以上时，将有较好的抽放效果，严封闭是指管路了钻孔要严密封闭以提高瓦斯抽放负压和效果。为提高抽放瓦斯效果，越来越多的矿井采用开采层、邻近层和采空区相结合的综合瓦斯抽放方法。

抽放分类
抽放方法
适用条件
开采层抽放
未卸压抽放
岩巷揭煤，煤巷掘进预抽
由岩巷向煤层打穿层钻孔，煤巷工作面打超前钻孔。
突出危险煤层、高瓦斯煤层。
采区大面积预抽
由开采层机巷、风巷或煤门等打上向、下向顺层钻孔（平行孔或人斜向孔或立体交叉孔）
在预抽时间的高瓦斯煤层、突出危险煤层
由石门、岩巷、邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔。
属勉强或容易抽放煤层，突出危险煤层
地面钻孔
高瓦斯容易抽放煤层，埋深较浅
密封开采巷道
高瓦斯容易抽放煤层
卸压抽放
边掘边抽
由煤巷两侧或岩巷向煤巷周围卸压带打防护钻孔。
突出危险煤层、高瓦斯煤层
边采边抽
由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻。
突出危险煤层、高瓦斯煤层
由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层打穿层钻孔或顺层钻孔。
突出危险煤层、高瓦斯煤层
水力割缝、松动爆破
由开采层机巷、风巷等打顺层钻孔
高瓦斯难以抽放煤层
邻近层抽放
卸压抽放
开采层工作面推过后抽放上、下邻近煤层
由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷等向邻近层打钻
邻近层瓦斯涌出量大，影响开采层安全时。

由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷等向采空区方向打迎面斜交钻孔
由煤门打沿邻近层钻孔
在邻近层掘汇集瓦斯巷道（高抽巷）
邻近层瓦斯涌出量大，钻孔的通过能力满足不了抽放需要时

从地面打钻孔
地面钻孔优于井下时
采空区抽放

密封老采空区插管抽放
无自燃危险或有自燃危险采取防火措施时
现采采空区设密闭墙插管或向采空区打钻抽放，埋管抽放
表1：瓦斯抽放类型、方法及其适用条件
表2：煤层瓦斯可抽性分类表
分类
煤层100m钻孔瓦斯流量衰减系数/d-1
煤层透气性系数/（m2.Mpa-2.d-1）
容易抽放
＜0.005
＞10
勉强抽放
0.005~0.050
10~0.1
难以抽放
＞0.050
＜0.1
三、放顶煤综采安全保障系统