煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)-礦井通風

煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)——礦井通風礦井通風是煤礦平安生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它不但具有向井下各用風地點輸送新奇風流，保障井下作業(yè)人員呼吸的重要功能，同時，還肩負著稀釋、排解礦井瓦斯與粉塵以及作業(yè)區(qū)間的降溫等重任。目前井工煤礦用通風方法排放的瓦斯約占全礦井瓦斯量的80%——90%，采煤工作面涌出的瓦斯量的70%——80%也是靠通風方法排解；同時，通風方法可排解裝有抑塵裝置采煤工作面粉塵量的20%——30%；排解深井采煤工作面熱量的60%——70%。供應(yīng)礦井的新奇空氣的質(zhì)量約是礦井采煤量的5~18倍，由此可見礦井通風在煤礦生產(chǎn)過程中的地位，是礦井中不行缺少的重要環(huán)節(jié)。合理的通風是抑制煤炭自然和火災進展的重要手段，但假如通風系統(tǒng)布置不合理或管理不當，將恰恰是導致瓦斯積聚和自然發(fā)火以及造成瓦斯、火災事故進一步擴大的主要緣由。因此提高礦井的通風技術(shù)與管理水平是保證礦井正常生產(chǎn)和平安狀況的基本任務(wù)之一。撫順分院是從事礦山平安的大型科技企業(yè)，通風是其主導專業(yè)之一。對礦井的通風技術(shù)進展和科研工作特別重視，在礦井通風的基礎(chǔ)理論、通風工藝改革、通風的測試儀表和裝備方面均取得了較豐碩的科研成果。在礦井通風系統(tǒng)的改造方面做了大量的科研工作，提出了通風系統(tǒng)改造標準和方法，在我國首次將電子計算機應(yīng)用到通風網(wǎng)絡(luò)解算中，使極其繁瑣和耗時的網(wǎng)絡(luò)解算工作變得既簡潔又精確?????。依據(jù)礦井通風的特點，討論和制定了新的供風標準和風量計算方法。通過試驗證明討論，提出了礦井反風期間瓦斯涌出量、反風風量、反風風壓以及封閉區(qū)風的變化關(guān)系，對舊《規(guī)程》（1992年版以前的）原定的反風率規(guī)定作了修改，編制了較完善平安牢靠的《反風條例》，對礦井反風工作具有實際指導意義。1礦井通風的基礎(chǔ)討論建院50年來，在分院老中青幾代科研工作者的共同努力下，在礦井通風的技術(shù)討論方面進行了大量的討論，建立了礦井通風網(wǎng)絡(luò)解算的數(shù)學模型，并在通風網(wǎng)絡(luò)解算中首次引入電子計算機，使簡單網(wǎng)絡(luò)解算的極其繁瑣的數(shù)學運算變得便捷。同時，提出了火災時期風流的非穩(wěn)定流淌狀態(tài)下的風流溫度、壓力、速度、密度等參數(shù)的變化規(guī)律及其相互關(guān)系，建立了相應(yīng)的微分方程，首次實現(xiàn)了火災燃燒過程和非穩(wěn)定過程的聯(lián)合解算，從而可以把握火災時期風流非穩(wěn)定過程的通風過程及其特性，為防災救災供應(yīng)了科學依據(jù)。早期的網(wǎng)絡(luò)解算計算機程序采納ALGOL-60算法語言編寫，隨著計算機及其軟件技術(shù)的進展，我院先后又討論出FORTRAN、BASIC、QUICKBASIC、TRUBOC等不同語言的程序版本，目前隨著Windows操作系統(tǒng)風靡全球和計算機可視化技術(shù)進展，又研制出用于Windows3.X、WindowsMe、Windows98、Windows2000及WindowsXP等操作系統(tǒng)下運行的通風網(wǎng)絡(luò)解算程序，在實現(xiàn)基本解算功能的基礎(chǔ)上，增加了有用參數(shù)查詢、單位換算等功能及可視化功能。2礦井通風有用技術(shù)討論2．1礦井通風工藝及技術(shù)2．1．1通風系統(tǒng)優(yōu)化及礦井主要通風機的經(jīng)濟運行礦井通風系統(tǒng)是由通風動力及裝置、通風井巷網(wǎng)絡(luò)、風流監(jiān)測與掌握設(shè)施等組成。其基本任務(wù)是利用通風動力，以最經(jīng)濟的方式，向井下各用風地點供應(yīng)足夠、優(yōu)質(zhì)的新奇空氣，以保證井下作業(yè)人員的呼吸、平安和改善勞動環(huán)境的需要。此外，優(yōu)良牢靠的通風系統(tǒng)還能在井下發(fā)生災變時，有效、準時地掌握風流及風量，并協(xié)作其他措施，防止事故擴大。通常，礦井通風系統(tǒng)在設(shè)計時往往是合理和牢靠的，但在煤礦生產(chǎn)延長、工作面搬遷、新采區(qū)的開拓接續(xù)工作后，由于通風系統(tǒng)的巷道聯(lián)結(jié)方式和，風量調(diào)整設(shè)施的變化，加上井巷和通風設(shè)施的年久失修，通風系統(tǒng)往往就失去了原來的優(yōu)良性能，甚至還隱蔽著重大的隱患，為此，研制了一整套生產(chǎn)礦井通風技術(shù)改造的方法，并制定了礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化評價的指標。隨著集約化生產(chǎn)和礦井向深部進展，采區(qū)和采煤工作面的肯定瓦斯涌出量劇增，要求采區(qū)和采煤工作面的通風力量快速增大。對采區(qū)的通風系統(tǒng)布置方式進行了改革，提出了3條上山的布置方式，采區(qū)內(nèi)建立了專用回風道，有利于采區(qū)內(nèi)采掘工作面的獨立通風、提高采區(qū)的通風力量和風流的穩(wěn)定性，為保證采區(qū)的局部反風和作業(yè)人員的平安脫險，供應(yīng)了有利條件。在采煤工作面的通風布置方面，提出了U+L型方式（或稱尾巷布置方式），轉(zhuǎn)變了采區(qū)流場分布，有效地防止了采煤工作面上隅角瓦斯積聚，加強了采空區(qū)瓦斯的排放。為了防止尾巷瓦斯超限，又提出和采納了Y型的通風布置方式，可單獨供風流直接稀釋采空區(qū)涌出的瓦斯。此外還有W型和Z型等布置方式，均取得了較抱負的通風效果，大大地改善了采煤工作面的通風條件，保證了平安回采。礦井主要通風機是礦井通風的心臟，是礦井通風的主要動力。礦井主要通風機晝夜不停地運轉(zhuǎn)，而且功率也大，因此耗電量很高。據(jù)統(tǒng)計，全國大中型煤礦主要通風機的平均耗電量占全礦總耗電量的20%。所以，合理地選擇和使用主要通風機，實現(xiàn)主要通風機的經(jīng)濟運行，不僅關(guān)系到礦井的平安生產(chǎn)，而且對提高礦井的經(jīng)濟技術(shù)指標有著非常重大的意義。因此，主要通風機的經(jīng)濟運行也是通風工作的重點之一。針對一些老、舊、雜風機的運行效率低、能耗大的現(xiàn)狀，撫順分院先后對陽泉三礦，開灤唐山礦、林西礦，沈陽彩屯礦以及龍口礦務(wù)局北皂煤礦，平頂山煤業(yè)集團十一礦，平莊煤業(yè)集團五家礦等20多個礦井的主要通風機運行狀況作了較全面的調(diào)查與測試，找出了影響風機運行效率低的諸多緣由。主要有：①運行的風機性能與礦井通風網(wǎng)絡(luò)特性不匹配，使風機的運行工況大都處于非高效區(qū)；②主要通風機選型不合理，有的礦井設(shè)計的風量與風壓偏大，致使主要通風機選型偏大、風機轉(zhuǎn)速偏高、電機容量偏大，形成主要通風機處于“大馬拉小車”的運行狀態(tài)，只能用閘門來掌握工況，使風機長期處于低效率運行；③礦井通風系統(tǒng)布置不合理，在礦井開拓部署時，沒有很好地考慮礦井的通風力量，有時形成單翼生產(chǎn)的局面，而造成礦井通風阻力的增大，增大了風機能耗；④風機的加工質(zhì)量和維護管理條件差，造成風機葉輪的徑向間隙大而不勻稱、葉片和零件的銹蝕、前導器等殘缺，使風機性能達不到原設(shè)計要求。對全國煤礦的主要通風機運行狀況作全面調(diào)查，在調(diào)研和改造實踐的基礎(chǔ)上，提出了一整套風機經(jīng)濟運行的方法，包括：①對老、舊風機進行多種方法的技術(shù)改造，如實行更換機芯和改造葉輪與葉片等方法，提高風機運行效率；②研制適用于我國煤礦低風壓高效區(qū)寬的新型風機；③討論離心式風機的調(diào)速裝置，包括可控硅調(diào)速、液力偶合器和變頻調(diào)速等裝置；④合理調(diào)整礦井通風系統(tǒng)，使生產(chǎn)達到均衡，使通風網(wǎng)絡(luò)與風機性能合理匹配，充分發(fā)揮通風機力量；⑤加強通風機及其附屬裝置的維護管理，使其愛護良好的運行狀態(tài)，削減風硐、風機內(nèi)部和集中塔的阻力損失的風量漏損。提高了通風機運行的整體效率。2．1．2制定了礦井供風標準和風量計算方法20世紀80年月前，我國始終沿用原蘇聯(lián)按礦井瓦斯等級確定噸煤供風標準的方法，但在應(yīng)用過程中發(fā)覺存在與礦井實際不符的問題。通過大量的現(xiàn)場調(diào)查和對通風目標的討論，提出了新的供風標準和計算方法。供風標準是以滿意作業(yè)人員的呼吸、稀釋和排解有害氣體使其達到規(guī)定濃度以及制造良好勞動氣候條件為目標的計算方法。新的計算方法是對采煤、掘進、硐室和其它用風地點分別按各種供風標準計算，并取其最大需要風量值，然后，由里向外計算各用風地點、采區(qū)和全礦的供風量。這種“實報實銷”的計算方法比較符合我國的實際狀況，能滿意礦井各用風地點的風量要求，通風比較經(jīng)濟牢靠。該方法已被制定為煤炭行業(yè)標準——MT/T634-1996煤礦礦井風量計算方法。2．1．3可控循環(huán)風通風技術(shù)礦井可控循環(huán)風技術(shù)是將采區(qū)回風流通過可控循環(huán)風機，經(jīng)過凈化除塵、消音、監(jiān)控等方法，使回風巷道中的一部分乏風再導入采區(qū)重新使用，以解決該采區(qū)通風力量不足的技術(shù)措施。可循環(huán)部分的風量大小按需進行掌握。該項技術(shù)在20世紀80年月屬國內(nèi)首創(chuàng)，填補了該項技術(shù)在國內(nèi)的空白。通過在肥城局白莊煤礦7400和7600采區(qū)連續(xù)運行至采區(qū)結(jié)束，主要技術(shù)指標均達到了要求，其中循環(huán)風量為673m3/min,循環(huán)率為30.6%，7400采區(qū)風量由原來的1545m3/min增加到2199m3/min，7600采區(qū)的風量也增加了325m3/min。這項技術(shù)的應(yīng)用解決了該礦兩個采區(qū)供風量不足和生產(chǎn)接替緊急的困難。為了保障可控循環(huán)風的平安使用，安裝了可控循環(huán)風機、循環(huán)風道閉鎖風門、CH4和CO監(jiān)測裝置等平安保障系統(tǒng)，保證了循環(huán)通風的平安運行?？煽匮h(huán)風在白莊礦的應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。該成果1993年12月通過原煤炭部組織的技術(shù)鑒定，技術(shù)水平為國內(nèi)領(lǐng)先。之后又在陜西省蒲白礦務(wù)局的馬村和開灤礦務(wù)局的唐家莊礦，也先后進行了可控循環(huán)通風的試驗應(yīng)用，解決了其礦井通風力量不足的問題，取得了相當可觀的經(jīng)濟效益。2．1．4礦井反風技術(shù)20世紀80年月未，在原煤炭工業(yè)部的領(lǐng)導下，撫順分院和其它大專院校對各種類型礦井進行了大量的反風試驗，明確了全礦性反風、區(qū)域性反風和局部系統(tǒng)風流反向的應(yīng)用條件；把握了反風道反風、反轉(zhuǎn)反風和利用備用風機的無地道反風等多種反風方法。在試驗的基礎(chǔ)上，收集了大量的資料，探究了礦井反風期間的瓦斯涌量、反風風量、反風風壓以及封閉區(qū)內(nèi)的變化關(guān)系，對舊《規(guī)程》（1992年版以前的）原定的反風率規(guī)定，作了理論和科學的分析，編制了較完善平安牢靠的《反風條例》，并為新版的《規(guī)程》（1992年版）所采納，對更有效地進行礦井反風工作，具有實際指導意義。2．1．5深化均壓通風技術(shù)，實現(xiàn)以風治火均壓通風技術(shù)就是使采區(qū)的主要漏風通道間的兩端風壓趨于相等，從而削減采空區(qū)的漏風，達到預防采空區(qū)自然發(fā)火的目的。我國于20世紀60年月開頭在一些局礦運用這一項技術(shù)。依據(jù)采空區(qū)所處的位置及漏風狀況，討論和運用了多種均壓方法，如均壓風門、均壓風機、均壓聯(lián)通管等多種均壓設(shè)施以及實行增加并聯(lián)分支、角聯(lián)風道等多種調(diào)整方法，均取得了較好的防滅火效果。以后，80年月進行了大面積推廣，在均壓的監(jiān)測、漏風通道的檢查以及均壓自動掌握等技術(shù)方面均有新的進展，使均壓通風技術(shù)日趨完善和深化，形成了一種獨立的、常規(guī)的防滅火工藝技術(shù)。2．1．6礦井火災時期的風流掌握技術(shù)一些事故的發(fā)生，經(jīng)常會破壞原有的正常通風系統(tǒng)，擾亂風流，使事故產(chǎn)生的有毒有害氣體波及到其它區(qū)域而造成事故災區(qū)的擴大。因此，自上世紀80年月開頭，對火災時期的風流特性進行了討論，對火災煙流有害氣體的產(chǎn)物、火災溫度的分布、火風壓的計算、火風壓對通風網(wǎng)絡(luò)的影響關(guān)系以及風流逆轉(zhuǎn)和逆退的條件等問題開展了試驗和理論討論，初步把握了火災煙流在進巷中的擴散特征，編制了一些計算軟件，并研制了火災時期救災幫