矿井通风安全技师应知应会.doc

矿井通风安全技师应知应会
2012年度矿井通风安全技师培训教案
培训内容：培训指导
培训教师：新庄孜矿培训中心专职教师—王树友
第一部分 技师知识要求
第一章 矿井通风安全基础知识
第一节 矿井空气力学基础

1、学习矿井空气力学的目的：为了保证矿井所需风量，必须研究空气流经井巷时产生的通风阻力以及克服通风阻力所需的通风动力。
2、风流的点压力：测点的单位体积（1m3）空气所具有的压能称为点压力。其特点是在井巷和通风管道中流动空气的点压力，按其形成的特征，可分为静压和全压二种。
3、静压力：是空气分子热运动的动能转化为机械能时所呈现出来的压力。按照计算基准不同，静压力可分为绝对静压力和相对静压力。
4、绝对静压力（P）：以真空作为比较基准测量而得的管压力叫绝对静压力
5、相对静压力（h）：以当时与测点同标高的当地大气压作为基准而测得的压力
6、在矿井通风中绝对静压、相对静压和大气压力（Pa）三者之间的关系可用下式表示：h=P—Pa
式中 h—— 风道内空气相对静压力，Pa
Pa——与测点同标高的A点的大气压，Pa
P ——风道内测点风流的大气压，Pa
7、几种常见的压力换算方式（mmH2O mmHg pa kpa）
① 1个大气压=76 mmHg=1033.6 mmH2O=10139.6 pa=10.14 kpa
② 1 mmH2O=9.81 pa 1 mmHg=133.416 pa
③ 1 kpa=1000 pa
④ 1 kpa=7.5 mmHg=102 mmH2O
⑤ 1 mmHg =13.6mmH2O
8、计算题
① 测得某回风巷的温度为20°C，相对湿度为90%，绝对静压为102500 pa，求该回风巷空气的密度和比体积。

② 某抽出式通风矿井测得风硐断面的风量Q=40m3/s，风硐净断面S=5 m2，空气密度p=1.15kg/m3,风硐外与其同标高的大气压P。=101320 pa，主通风机房内静压水柱计的读数h静=2200 pa，矿井的自然风压H自=100 pa，自然风压的方向与主通风机工作方向相反，试求p静、h动、P全、h动，和矿井的通风阻力h阻各为多大？
解：p静= P。-h静=101320-2200=99120（pa）
h动=pv2/2=1.15x（40/5）2=36.8（pa）
P全= p静—h动=99120+36.8=99156.8（pa）
h阻= p静—h动—H自=2200—36.8—100=2063.2（pa）
③ 某倾斜巷道测得1、2两断面的绝对静压为98000 pa和97000 pa，平均风速为4m/min和3m/min，空气密度分别为1.14 kg/m3和1.12 kg/m3，两断面的标高差为50 m，求1、2两断面间的通风阻力并判断风流方向。
解：取标高较低的1断面为位压基准面，并假设风流方向为1→2，根据能量方程：
h阻12=（p1—p2）+(r1v1/2—r2v2/2)+(Z1r1g—Z2R2g)
=（98000—97000）+（1.14x4 x4/2—1.12 x3 x3/2）+[0—50 x（1.14+1.12）/2 x9.8]
=1000+9.12—5.04—553.7
=450.38 pa
因为求得的通风阻力为正值，说明原假设的风流方向是正确的，风流方向为1→2，通风阻力为450.38 pa。
④ 某矿井的风量为50 m3/s，阻力为1600 pa，试求风阻和等积孔是多少。
解：h阻=RQ2 A=1.19Q/√h R= h阻/Q2
9、集团公司瓦斯治理项指标指的是什么
瓦斯抽采量5.2亿m3，瓦斯抽采率66%，瓦斯利用量1.34亿m3。抽采钻孔量551万m，瓦斯治理巷道71300m。
10、集团公司对保护层工作面被保护层掘进工作面的距离是如何规定的
正在开采的保护层工作面超前于被保护层掘进工作面的距离不得小于保护层与被保护层层间垂距的3倍，且不得小于100m。
11、采用预抽煤层瓦斯区域防突措施的，对瓦斯抽采率及残余瓦斯压力和残余瓦斯含量是如何规定的
采煤工作面瓦斯预抽率不得低于30%，掩护煤巷（含小结构煤巷）掘进工作面瓦斯预抽率不得低于35%，石门揭煤（含反揭煤）瓦斯预抽率不得低于45%。采用残余瓦斯压力和残余瓦斯含量指标进行效果检验，煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa，且残余瓦斯含量小于8m3/t。
12、对采用条带预抽评价的掘进工作面的预抽评价单元长度是如何规定的
煤巷掘进条带预抽评价单元长度原则上不低于100m，且岩巷穿层钻孔超前煤巷掘进工作面不少于200m。断层构造带必须采取钻孔加密措施。
13、集团公司对抽采钻孔的浓度是如何规定的？
孔封严。穿层预抽消突钻孔必须实行带压封孔，钻孔合茬抽采时孔口瓦斯浓度必须大于40%，煤层瓦斯含量在8m3/t及以上的合茬抽采24小时内孔口瓦斯浓度必须大于40%及以上，否则钻孔必须重新施工（或透孔）。

（2）动压（速压）
流动的空气具有动能。单位体积空气作定向流动时动能所显现的压力叫动压。也叫速压，常用=
它所呈现的动压力为：=
由此可见，动压是单位体积空气具有的动能。
动压是流动空气具有的压力之一，其特点为：
⒤动压具有方向性。与流动方向垂直的作用面感受动压最大，此即流动方向上的动压真值，作用面偏离垂直方向时其值将偏小，作用面与流线平行时，感受动压为零，仅感受静压。
(ⅱ) 动压总是为正.
(ⅲ)若同一断面上各点风速不等，其动压也不相同。
（3）全压
风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在着静压与动压两种压力，两者之和称之为该点风流的全压。由于静压有绝对静压与相对静压之分，故全压也有绝对与相对之别。
（i）绝对全压
无论是压入式通风还是抽出式通风，任一点风流的绝对全压总有：

式中 ——点风流的绝对全压，Pa；
——点风流的绝对静压，Pa；
——点风流的动压，Pa。
因>0，故从上式中可知，任一点风流的绝对全压永远大于其绝对静压。
（ⅱ）相对全压
相对全压用表示。风道内点风流的相对全压有：

式中： ——当时与点同标高的大气压力 ，。
在压入式通风管道中，因>，故任一点风流的相对全压为：

在抽出式通风的管道中任一点风流的相对全压（因）为：

因此，任一点风流的相对全压也有正负之分，这上点与相对静压相似。
测定相对全压和动压的布置如图1-1a、b所示。1、2点风点风流的绝对全压通过 托管的全压孔感受并经其“+”管脚和胶管传送至压差计（1）、（3）右液面上，压差计的右侧液面通大气，则压差计的液面差即是1、2点的相对全压，其正负在水柱计液面上的反映与相对静压相似；（2）、（4）压差计测量的是1、2两点风流的动压，测定时要求皮托管的全压孔轴线与流线平行（即迎风），不能偏斜；否则，产生误差，测定误差 随偏斜角增大而增大。

图1-1

由上面公式和图1-1我们可看出，无论是压入式还是抽出式通风，任一点风流的相对全压总是等于相对静压与动压的代数和。
2、风流的能量
井巷同一断面上各点的静压和动压一般是不相等的，
（1）断面的平均静压（能）
在矿井通风中，井巷断面中心点的静压近似等于各点的平均值。
（2）断面的平均动压
断面上风流的平均动压一般采用断面平均风速计算，即：

式中 ——断面上风流的平均动压，Pa；
——断面上平均风速，；
——点的风速，；
N——测点数。
（3）断面的全压
断面上风流的平均动压与平均静压之和称为断面的全压。
（4）位能
在垂直或倾斜井巷中，流动的空气在每一个断面上除具有静压能和动能之外，还具有位能。位能是相对于某一基准面而言的。
位能具有下列特点：
①位能是一种潜在的能量，不象静压能和动压能那样能用仪器直接测量，只能通过测定高差及空气柱的平均密度来计算；
②位能是相对于选定基准面而具有的能量，
3、风流点压力测量仪器
（1）测定绝对静压的仪器
矿井通风中测定空气绝对静压的仪器有水银气压计，普通空盒气压计和精密气压计。
（2）测定压力差和相对压力的仪器
在井巷中或风筒中测定风流两点的压力差或一点的相对压力时，需使用各种测压管和各类压差计。
矿井通风中常用皮托管作为测压管。皮托管尖端孔口与标着（+）号的接头相通，侧壁小孔与标着（-）号的接头相通。将皮托管插入风管，如图1-1，使尖端孔口在某点与风流正迎，侧壁小孔则平行于风流方向，只感受到某点的绝对静压的作用，故称为静压孔，孔口除了感受的作用外，还受该点动压的作用，即感受某点的全压，因此也称为全压孔。压差计是度量压力差或相对压力的仪器。在矿井通风中测定较大的压差（几百到几千Pa）时，常用U形管水柱计，测值较小或要求测定精度较高时，则用各种倾斜压差计或补偿式微压计。
二、风流的流动状态
英国学者雷诺通过实验发现，同一流体在同一管道中，因流速的不同，形成性质不同的流动状态。流速很低时，在流动过程中，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作直线运动，层次分明，称为层流或滞流。在流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，并且互相混 杂，这种流动状态称为紊流和湍流。
三、断面风速分布与风速测量
1、井巷断面风速分布
，在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大。
断面上的风速分布与巷道粗糙程度有关，通常巷道轴心附近风速最大，
2、井巷断面风速测量
公式是Q=可知，只要测量巷道断面上各点风速的平均值，就可算得风量。
风表按迎风转动部件的形式大致分为杯式和翼式两种。根据指针读数和测风时间，算得风表指示风速再按风表的校正曲线查得真实风速，即为断面上该点的风速。图1-3为某翼式风表校正曲线，1部分为非线性区，2部分为线性区。在线性区与的关系可用下式表示：
m/s
式中 a、b——常数，取决于风表转动部件惯性和摩擦力。

图1-3 风表校正曲线

用风表测巷道断面的平均风速时，应将风表正迎风流，并在断面按一定路线均匀地移动。风表移动的路线可按图1-4所示的几种形式，根据巷道断面的大小和测风时间的长短选用。

图1-4 测风路线

我国煤矿测风员通常用侧身法测风。测风员背向巷壁，手持风表在断面上按一定路线均匀移动。由于人体占据了部分巷道断面，流经风表的风速将稍有增大。因此需根据断面大小进行校正，才能得到巷道断面的实际风速，通常采用下列断面校正算式：
m/s
式中 ——按风表校正曲线校正后的风速m/s；
S——巷道断面，m2；
S——测风员占据巷道的近似面积，通常取0.3～0.4m2。

第二节 矿井通阻力

在矿井通风中，常把通风阻力分为摩擦阻力，局部阻力和正面阻力等三种。一般情况下，在整个矿井的通风总阻力中，摩擦阻力占主要比重。井下绝大多数的风流处于完全紊流的运动状态，故下面以叙述完全紊流状态下的摩擦阻力为主。
1、摩擦阻力及一般公式
现以图1-5为例，风流在拱形巷道1-2段中向上流动，沿途各断面积相等，即S1=S2=Sm2；各断面上的空气重率相等，即kg/m3；各断面上的平均风速相等，即m/秒，各断面上的风速分布相同，而且始终沿着巷道轴线方向流动。
根据我们所知的能量变化方程，知1到2两断面间风流的能量损失（在数值上和摩擦阻力h摩相等）为：
h摩=（P1+Z1
式中 P1、P2——断面1和2上风流的绝对静压或压强，kg/m2；
Z1、Z2——断面1和2的中心点对基准线的垂直高度；m；
g——重力加速度，等于9.8m/s2。

图1-5

2、紊流状态下摩擦阻力的具体公式
摩擦风阻的度量单位比较复杂，为了便于应用，人们用1个“千缪”来代表1个“”
即1千缪=1
这个“千缪（符号是k）”就是度量摩擦风阻的大单位，因为用这个大单位计算出来的数值比较小，故又把1个“千缪分为1千个”缪“，即1千缪=1000缪
这个“缪（符号是）”就是常用的度一摩擦风阻的小单位。
3、摩擦阻力的计算方法

第三节 矿井通风系统及其分析基础

矿井通风系统是通风路线，通风动力和控制风流的通风构筑物的总称。响。
1、矿井通风系统的类型及其适用条件
按进风回风井在井田的位置不同，通风系统分为中央式、对角式、分区及其混合式几种。
（1）中央式。按进、回风井沿倾斜方向相对位置的不同，它又可分为以下两种：
①中央并列式（图1-7）

图1-7 中央并列式通风系统

另一种形式如图1-8所示，回风井只开凿到回风水平，从而避免了运输繁忙的生产水平井底车场向回风井的漏风。
②中央边界式（图1-9），
图1-8

图1-9 中央边界式通风系统

（2）对角式 进、回风井分别位于井田的两翼称为单对角式；进风井位于井田中央，回风井设在两翼，称为两翼对角式（图1-10）。

图1-10 两翼对角式通风系统

（3）分工式（或称分区对角式）开采井田的浅部时，在各采区开一不深的分区对角式）开采井田的浅部时，在各采区开一不深的小回风井，就可不必做沿走向的总回风道，进风井则通常位于井田走向的中央（图1-11）。在开采转入深部后，往往转变成两翼对角式。

图1-11 分区式通风系统

（4）混合式 由上述几种方式混合组成。例如中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。其特点是进、出风井的数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应井田范围大，地质和地表地形复杂，或产量大，瓦斯涌出量大的矿井。
淮南新矿区大多煤层埋芷深，温度高、瓦斯涌出量大、产量和风量大，其系统大多采用中央并列（风井只开凿到回风水平）与两翼对角混合式。
淮南张集矿、顾桥矿、丁集矿均为中央并列式，谢李公司一井、孔李公司一井为斜井中央并列式。
2、矿井通风系统网路及网路中风流基本规律
矿井实际的通风系统一般具有比较复杂的立体结构，繁多的纵横交错的巷道在平面或立面上投影后，所形成的通风系统图上有些地区上下巷道是重叠的，相互关系不易一目了然，将通风系统网路化表示，可以克服这一缺点。所谓通风系统网路化即是不考虑巷道的实际位置，长度及其断面大小等实际几何要素，将通风系统图抽象成点与线集合的网状线路示意图，用来表示系统内的通风动力，各路线分合连接关系以及风量分配等内容，此即是矿井通风系统网路图。
通风网路网属于图论范畴，图中点的位置和边的形状不是唯一的，点可以位移，边可以伸缩，曲直翻转，即图可以变形。因此，通风网路图的几何形状不是唯一的。
（1）通风网路图中的术语
网路图中常用的术语有以下几种：
分支：在网路图中，表示风流路线的线段称之为分支，也叫边、风道、 图1-12
风路，如图1-12中所示的a、b、c、d等。
节点。分支与分支的交点称之为节点，如图1-12中所示的2、3、4…7等。通常把风路与大气相交的点也设为节点，如图1-12中所示的1点。对于每一分支来说，都与两个节点相连，其中风流流入分支的节点叫该分的始节点，流出分支的节点叫分支的末（终）节点。例如，图1-12中的2节点是a分支的始节点。
回路。由两条以上分支组成（分支不重合，只有一个节点重合）的闭合风路称之为回路，亦可叫网孔。如图1-12中所示的2-3-4-5-2，3-6-7-5-4-3，1-2-3-6-7-1等都是回路。
通路（流线）。从进风井口（节点）起，经过用风地点，流至出风井口上，风流的任一流动路线叫网路图中的一个通路式流线。图1-12中的1-2-3-6-7-1，1-2-3-4-6-7-1，1-2-3-4-5-7-1，1-2-5-7-1等都是通路。
一个图中有几个用风地点（包括采区和矿井主要进回风道间的漏风风路），便有几条通路。通路具有包括主扇、只包括一个用风地点（不包括串联的用风地点，以下相同）、只与大气构成回路的特点。
（2）简单串联与并联风路的特性
①简单串联风路。由若干条首尾相接，中间无分岔的风路组成的网路称之为简单串联网路，图1-13a中所示的0-1、1-2、2-3、3-4、4-5风路组成的网路即为简单串联网路（风门不漏风）若风路中间有分岔，两相邻分支上的风量不等，则不是简单串联网路。在图1-13b中，若Q1-2与Q2-3不等，则1-2、2-3不是简单串联网路。
串联风路有如下特点：
ⓘ空气密度不变时，各分支上的风量（体积）相等，即
Q1=Q=2Q3=……=Qn
串联风路上的总阻力hRS等于其间的各分支阻力的之和，即
hRS=hR1+hR2+hR3+……+hRn
简单串联风路的总风阻RS等于其间的各分支风阻之和，即：
RS=R1+R2+……+Rn

图1-13

②简单并联网路。

图1-14

简单并联网路有如下特点：
⒤网路的总风量等于各分支风量之和，即：
QS=Q1+Q2+……+Qn
（ⅱ）如果网孔中不存在压源（如自然风压），则并联网路总阻力hRS与各分支的阻力相等，即：
HRS=hR1=hR2=……=hRn
如果网孔中存在压源（自然风压），则并联式不成立。这时网孔内的压力和阻力关系符合网孔风压平衡定律。如图1-14d，因a、b两分支组成的网孔中存在自然风压Hn，则hRa≠hSb。
（ⅲ）并联风路的总风阻RS的倒数的平方根等于各分支风阻R的倒数的平方根之和。即：

据此，各分支分配的风量可按下式计算：

图1-16
角联巷道的优点和缺点

第四节 采区通风

一、对采区通风的一般要求
采区应该有足够的风量，并适当的分配到各个采、掘工作面去。为了实现这一要求，采区通风系统应该具有下列特点：
（1）无益漏风小；
（2）通风构筑物数量较少，安设得当，质量好；
（3）入风污染小；
（4）工作面串联少；
（5）并联风道多；
（6）采区总风阻较小，可靠性高；
（7）有检查和控制风流参数的装置；
（8）符合规程要求。
《规程》对于采区通风有下列规定：
（1）每一个生产水平和采区，都须布置单独的回风道实行分区通风。
准备采区时，必须在采区内构成通风系统以后，方可开掘其它巷道，回采工作面必须在构成全风压通风系统以后，方可回采。
每个上、下山采区，均至少须配置一条专门的回风道采区进、回风道之长必须贯穿整个采区长度或高度。严禁将一条上、下山分为两段，一段作进风道，另一段作回风道。
（2）回采和掘进工作面都应独立通风，有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。
（3）煤层倾角大于120的回采工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，必须遵守下列规定：
（i）回采工作面风速不得低于1m/s；进、回风道中必须设置消防供水管路；
（ⅱ）机电设备设在回风道时，回风道风流中沼气浓度不得超过1%，并应装有沼气自动检测报警断电装置。
有突出危险的、倾角大于120的煤层，回采工作面严禁采用下行通风。
（4）掘进和回采工作面的进回风，都不得经过采空区或冒落区。
无煤柱开采时，沿空送巷和沿空留巷的两帮和顶部，应做好防止向采空区漏风的工作。
（5）采空区须及时封闭。随着回采工作面的推进，通至采空区的风眼须逐一封闭。采区结束后，至少不超过一个月，必须设密闭全部封闭采区。
（6）机电硐室须设在进风流中。硐室深度不超过6m，入口宽度不小于1.5m者，可设在可用扩散通风。
（7）改变采区通风系统时，应报矿总工程师批准。掘进巷道与其巷道贯通前，通风部门必须预先做好调整通风系统的准备工作，贯通后须立即调整系统，防止瓦斯积聚，待风流稳定后，才可恢复工作。
（8）采掘工作面气温不得超过260C，机电硐室不得超过300。
二、采区通风系统
采区通风系统既是矿井通风系统的基本组成单元，它包括通风网路、通风设备和通风构筑物，以及通风参数的检查和自控装置等部分。
1、需要风量的计算方法：
按每人4m3/min 按一次爆炸所需25 m3/kg, 按稀释瓦斯所需风量，按创造良好气候条件所需风量，四者取最大值算。
在绘制通风系统图时，一般是在采掘系统图上标以风向、风量和主要通风构筑物及通风设备。
未熄灭的火区——采空区及其主要漏风通道，或涌出大量沼气（或其它有害气体）的地点则应标出，以便在管理中不致疏忽。
⒤进回风上山的选择；
（ⅱ）采用上行风或下行风；
（ⅲ）工作面通风系统的型式（U型、Z型、Y型、H型、W型）；（ⅳ）采用中央上山还是边界上山。
用下行风稀释和排除沼气，与上行风相比，有以下几个特点：
①下行风时采面沼气涌出量较小，在相同条件下比上行风时降低约25%。这时采空区涌出的沼气有较大的份量涌向漏风汇；
②采面隅角沼气积聚的可能性较小。因为上行风时采空区涌出的沼气大部分从上隅角涌出，而且浮力作用不易和空气混合，故上隅角常积聚超限。
③下行风时风向与沼气浮力方向相反，其混合作用较强。
④在相同条件下，下行风时沼气层状积聚之长度及浓度均比上行风时小，吹散沼气层所需风速较低。
（3）长壁工作面通风系统的类型和特点
长壁工作面按其进回风巷道的数量及位置，其通风系统可分以下几类：
⒤一进一回系统；
（ⅱ）两进一回或一进两回系统；
（ⅲ）两进两回或三进一回系统。而且按工作面推进方向有前进式与后退式之分。
①一进一回的工作面通风系统（U型、Z型），如图1-18所示，这时可以有U型后退（a）、U型前进（b）、Z型后退（C）、Z型前进（d）四种情况。其中U型后退式在我国普遍使用，其优点是简单可靠、漏风小，缺点是上隅角沼气易超限。要加强沼气检测，使用风帘或其它通风设备防止沼气积聚超限。

图1-17 运输机上山进风采区通风系统
1—运输入风大巷；2—入风联络巷；3—运输机上山；4—运输顺槽；5—轨道上山；6采区变电所；7—绞车房；8—回风巷；9—回风石门；10—总回风道。

②两进一回或一进两回的工作面通风系统（Y型、W型、双Z型）
图1-19所示的Y型系统，
图1-20所示为后退式W型系统，

图1-18 一进一回的工作面通风系统
1—进风巷； 2—回风巷

图1-19 Y型通风系统 图1-20 W型后退式通风系统
1—进风风流；2—掺新风流 1—下部进风平巷；2—中部进风巷；
3—回风平巷。

图1-22 双Z型通风系统

图1-22为双Z型系统，
③两进两回或三进一回的H型系统
如图1-23所示为H型系统，

图1-23 H型工作面通风系统

4、通风构筑物
通风构筑物按其作用不同可分为以下三类：
①用于隔断风流的构筑物，如井口密闭门，风门、风墙等。对于这类构筑物，要求结构严密、坚固、漏风小；
②用于通过风流的构筑物，如扇风机风峒、反风设施、风桥等，要求其风阻小，漏风少；
③调节风窗，用于调节和控制通过的风量。
（1）风门
在有人、车通行，但需隔断风流的巷道中，必须安设风门。风门和风墙在通风构筑物中占的数量最多。风门按其启闭原理的不同，分为普通风门和自动风门。普通风门用人力启闭，一般是木质单扇门；自动风门用各种用动力启闭，车辆频繁的巷道应安设自动风门。自动风门又分撞杆式、气动式、电动式等。气动和电动风门的控制方法又分光电控制，、超声波控制等。不论何种控制方式均应耐用，并保证风门启闭灵活可靠。
为防止漏风，设置风门时应注意下列事项：
①安设风门地点的选择，要求前后5m内支架完好，无空帮空顶。设风门。
②门垛四周均要掏槽，槽深在煤中宜不小于300mm；在岩石中不小于200mm，门垛厚度不小450mm。门垛上的电、电缆和管道孔要堵紧。如有水沟，要在水沟中设小门。木门板厚不小30mm，门板要错口接缝。
③风门应迎风开启，才不致被风吹开，风压能使门扇与门框紧密贴合。门扇与门框接触处应做成沿，并设衬垫。门轴与门框要向关门方向倾斜80-85度，使风门自重有利于关门和增加气密性。门框下部设门坎，过车处留出轨道槽缝，并在门扇下缘设档风帘。
④风门要求设两道以上，在有机车运输的地方，两道风门间距离应大于一列车长度，以防止过车时两门同时打开而风流短路。两侧压差大的主要风门应安设三道以上，以减少漏风。
⑤为了在矿井反风时的需要，风流不致短路，主要风路的风门应加设一道反向风门，正常时开启反风时才关闭。
（2）风墙（密闭墙）
设置在需要隔断风流，也不需通车行人的巷道中，墙内外5m应支架良好，密闭内无积煤（以防自燃）回周掏槽，墙与槽接缝处要填实。因密闭附近可能积聚有害气体，为防止事故，应在墙外设置栅栏和警标。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：
①临时风墙，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面，四周槽深在煤中不小于500mm，在岩石中不小于300mm。
②永久风墙，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。墙厚不小于450-1000mm，无裂缝。当被密闭的巷道中有涌水要放出时，放出管出口处制成U型，以利用水封防止漏风。四周在煤中槽深应不小于1m，在岩石中不小于0.5m。进出风井间和主要进、回风道间的联络巷中，必须砌筑永久风墙。工作面及采区采完后应修筑永久风墙，予以封闭。
四、漏风及其控制
送到各作业地点，清洗烟尘，起到通风作用的风流，称为有效风流。反之，未经过作业地点，而通过通风构筑物的缝隙，煤柱裂隙，采空区或地表塌陷区等直接渗透到回风道或地面的风流统称漏风。
漏风使工作面有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加风机的无益电耗，并可导致煤炭自燃。减少漏风，提高有效风量是通风管理部门的基本任务。
（1）漏风的分类
矿井漏风按地点可分为：
①外部漏风（或称井口漏风）是指地表附近如箕斗井井口，地面主扇附近的井口，防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。
②内部漏风（或称井下漏风）是指井下各种通风构筑物的漏风，采空区以及碎裂的煤柱等的漏风。
（3）衡量矿井漏风程度的参数
衡量漏风程度的参数，是衡量通风管理质量的重要指标之一，这方面的参数主要有：
①矿井内部有效风量率Pe是独立通风的各采掘峒室和其它用风地点有效风量之总和Q（m3/s）与矿井总进风量Q（m3/s）的百分比，即：
矿井内部有效风量率是反映矿井总进风量的利用率，一般要求不低于80%。
②矿井外部漏风率PL0它是矿井主扇设备及井口密闭装置总漏风量QL0与扇风机工作风量之比，因QL0=Qf-Q0，故
ⅹ100%
式中 Q0—矿井总回风量。
无提升设备的风井，其PL0值应不大于15%。
③矿井内部漏风率PL发生在井下通风构筑物，采空区等地点的漏风称矿井内部漏风，矿井内部漏风量QL与主扇工作风量Q比称为矿井内部漏风率PL，即：
PL=
式中
（4）控制漏风，提高有效风量
漏风风量与漏风通道两端的压差成正比和漏风风阻的大小成反比。对于地面主扇附近的巷道—风硐，反风道及附近的风门，其压差较大，应对气密性特别注意，以减少漏风，对于其余巷道，采空区及构筑物则应从下面几个方面防止漏风。
①矿井主要进、回风井间的压差很大，在布置上要尽可能地拉开距离，
②矿井或一翼（或分区）的进、回风平巷的间距不宜过小，其间的岩柱或煤柱保持足够的尺寸，不致被压裂而漏风；进、回风平巷间必需保留的少量联络巷道中，必须设置两道以上的高质量的风门及两道反风门。采区的进回风平巷的布置也应遵循上述的原则和要求。
③服务年限长的重要进、回风巷道应布置在岩石中，并在采动影响范围之外，如布置在煤层中受采动影响，煤柱易产生裂隙，而漏风。
④要正确选择通风构筑物的安设位置。
⑤采空区注浆、洒浆、洒水等，可提高其压实程度，减少漏风。
⑥尽可能地降低主要风路的阻力，可降低与之并联的漏风通道两端的压差，从而降低漏风风量。
⑦在利用箕斗井回风时，箕斗井底煤仓必须留有足够的煤量，防止大量漏风，为此应设置有效的煤位位置测控制装置；井塔及井上、下的装卸处均必须有完善的密封措施，使其漏风率低，不超过15%。
⑧采空区必须及时封闭。不用的风眼必须随着采掘工作面的推进及时封闭，各种风门、风桥和密闭必须规范化，系列化，保证构筑质量。地表附近的小煤窑和古窑必须查明，标在巷道图上，有关的通道必须修筑可靠的密闭，必要时，要填砂，填土或注浆。有关的裂隙也必须堵填或注浆，严防漏风，漏水而引起重大事故。
第五节 矿井热害及降温技术

一、矿井主要热源
地面空气进入矿井后，沿程的温、湿度不断变化。影响矿井气温的主要因素为：（1）地表入风的状态参数（温度、湿度和气压）；（2）井下风流位能变化引起的压缩或膨胀；（3）围岩与风流间的热交换；（4）机电设备的散热；（5）其它热源，如煤和其它有机质氧化发热、人体散、散湿、地下水散热等。
二、矿井降温措施
（一）通风降温
1、选择合理的通风系统，缩短工作面的入风流程
2、加大风速和风量
3、在条件适宜的工作面采用下行风
4、对采空区产热量大的回采面采用两进一回的“Y”型通风
（二）减少热源
（三）选择适宜的开采顺序
（四）矿井制冷设备降温
矿井空调系统按其各子系统的分布状况可分为六种基本类型：
1、全部放在地面，冷却矿井入风，称为地面集中式
2、制冷机和排热系统在地面，空冷器在井下
3、制冷机和空冷器在井下，排热系统在地面
4、在井下排除冷凝热的系统
5、混合式制冷空调系统
同时采用以上两种以上制冷系统。
6、矿用移动式空调机组
第二章 矿井瓦斯基础知识

第一节 矿井瓦斯的赋存与含量

1、矿井瓦斯的概念与性质
甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体。它对人呼吸的影响同氮相似，可使人窒息，扩散速度是空气的1.34倍，它会很快地扩散到巷道空间。甲烷的密度为0.716kg/m3（标准状态下），为空气密度的0.554倍。在自然条件下，由于烷在空气中表现强扩散性，所以它一经与空气均匀混合，就不会因其比重较空气轻而上浮、聚积，所以当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲烷的浓度是均匀分布的，当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈不均匀分布。在有瓦斯涌出的侧壁附近甲烷的浓度高，有时见到在巷道顶板、冒落区顶板附近积存瓦斯，这并不是由于甲烷的密度比空气小，而是说明这里的顶板附近有瓦斯（源）在涌出。甲烷的化学性质不活泼。微溶于水。
2、煤层瓦斯的赋存
煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带：瓦斯风化带与甲烷带。
3、煤层瓦斯含量
（1）瓦斯在煤层内存在的状态
游离瓦斯，吸附瓦斯。

（2）煤的瓦斯含量
煤的瓦斯含量是指单位重量或体积的煤中含有的瓦斯量，以m3/m3或m3/t表示。其直接测定方法见后面介绍以下介绍（间接测定）计算法。
4、影响煤层瓦斯含量的主要因素
影响煤层瓦斯含量的主要因素分述如下：
（1）煤层埋藏深度
（2）煤层和围岩的透气性
（3）煤层倾角
（4）煤层露头
（5）地质构造
①褶曲构造
②断裂构造
断层对煤层瓦斯含量的影响比较复杂，一方面要看断层（带）的封闭性；另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层不论其与地表是否直接相通，都会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低，当与煤层接触的对盘岩层透气性大时，瓦斯含量降低的幅度更大（如图1-11a、b）。封闭性断层而且与煤层接触的对盘岩层透气性低时，可以阻止煤层瓦斯的排放，在这种条件下，煤层具有较高的瓦斯含量。如果断层规模很大，断距很长时，一般与煤层接触的对盘岩层属致密不透气的概率会减少，所以大
断层往往会出现一定宽度的瓦斯排放带，在这个带内瓦斯含量降低，（见图2-3c、d）。由于断层集中应力带的影响，距断层一定距离的岩层与煤层的透气性因受挤压而降低，故出现瓦斯含量增高区（见图2-3）。图2-3d表示煤层被二条封闭性逆断层分割成三个段块时瓦斯含量分布的情况，段块I煤层有露头直通地面，下方无深部瓦斯补给，煤层的瓦斯含量低；段块Ⅱ上下被封闭性断层圈闭，其上方流失瓦斯不多，下方无深部瓦斯补给，所以煤层的瓦斯含量较I高；段块Ⅲ，上部被断层封闭，下部有深部瓦斯补给，和其它段块同一标高处的瓦斯含量相比，它最大。
（6）煤化程度
煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。
（7）地层的地质史
（8）水文地质条件
4、瓦斯涌出量及其主要影响因素
（1）瓦斯涌出量概念
①瓦斯涌出量定义
瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。其表达方法有两种：绝对瓦斯涌出量——系指在单位时间内涌出的瓦斯量，单位为m3/min或m3/d；相对（吨煤）瓦斯涌出量——系指平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是（m3/d）/(t/d)即m3/t，两者的关系是：

式中 ——相对瓦斯（CH4）涌出量，m3/t；
A——日产煤量，t/d；
QCH4——绝对瓦斯涌出量，m3/d。
②瓦斯涌出形式
瓦斯涌出形式系指瓦斯涌出在时间上与空间上的分布形式，对此，可以分为普通（一般）涌出与特殊（异常）涌出。普通涌出是在时间与空间上比较均匀、普遍发生的不间断涌出，它决定了矿井的瓦斯平衡与风量分配；特殊瓦斯涌出是在时间与空间上突然、集中发生，涌出量很不均匀的间断涌出，后者包括瓦斯喷出与煤和瓦斯突出。
（3）瓦斯积聚层
在瓦斯浓度不均匀分布区，有时在巷道顶板出现瓦斯浓度甚高的层状积聚，称为瓦斯积聚层。
（4）回采工作面的瓦斯涌出
回采工作面瓦斯涌出构成及变化
由于工作面回采而涌出的瓦斯，一部分来自于本开采层（煤壁与采落的煤炭），另一部分来自于受采动影响的邻近煤层与围岩。
（5）影响瓦斯涌出量的主要因素
①自然因素
⒤煤层和围岩的瓦斯含量。
（ⅱ）开采浓度。
（ⅲ）地面大气压力变化。
②开采技术因素
⒤开采顺序与回采方法。
（ⅱ）回采速度与产量。
（ⅲ）落煤工艺与老顶来压步距。
（ⅳ）通风压力与采空区封闭质量。通风压力与采空区密闭质量都对老采区的瓦斯涌出有一定影响。通风压力小，采空区密闭质量好，可减小老采区瓦斯涌出不均匀系数及涌出量，这对老矿井具有很大意义。表2-4给出了辽源太信一井通风负压与矿井瓦斯涌出量的关系，从中可知，低负压减少了矿井的瓦斯涌出。
（ⅴ）采场通风系统。

第二节 瓦斯在煤层中运移的基本规律

1、瓦斯在煤层中运移的基本参数
(1)煤层瓦斯压力
煤层瓦斯压力是指煤层中瓦斯所具有的气体压力，由游离瓦斯形成。
大多数矿井瓦斯压力随垂深成线性增加；在煤层正常赋存条件下，处于同一深度的煤层各测点瓦斯压力基本上趋于一致。
（2）煤层透气系数
煤层透气系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，原始煤层透气系数一般很低，瓦斯在煤层中的流速也很小，
在软煤带中进行采掘工作时，由于在采动地压作用下煤壁附近的软煤产生卸压，且煤层易破碎，煤壁附近卸压带宽，因而煤体透气系数会增大，往往感到瓦斯涌出量大；在地质破坏带的煤层中打钻时，也经常会发生喷瓦斯的现象。
卸压作用可增大煤层透气系数、加速煤层中的瓦斯流动，这就是“卸压增流效应”。这一效应已被广泛用于邻近煤层和本煤层的瓦斯抽放以及预防煤与瓦斯突出的措施中。
⑤计算透气性系数时，公式较多，究竟用哪个公式进行计算？可采用试算法，
2、瓦斯在煤层中的运移
(I)线性渗透
(2)非线性渗透

3、煤层中瓦斯流动状态的分类
①单向流动。
②径向流动。指在、、三维空间内，在两个方向有分速度。
③球向流动。指在、、三维空间内，在三个方向都有分速度的流动。其所形成的流场为球向流场。
（3）煤层中瓦斯压力的分布及其对瓦斯场和突出的影响
瓦斯压力的分布不仅决定了煤层中的瓦斯流场，而