煤矿安全与通风（中国矿业大学 课件）

煤矿安全与通风中国矿业大学专业课程，全面系统地介绍煤矿安全生产与通风系统设计的理论基础和实践应用本课程涵盖煤矿通风原理、瓦斯防治、灾害防控、应急管理等核心内容，培养学生掌握现代化矿井安全技术和管理方法课程以理论教学为基础，结合工程实践，通过案例分析、实验操作和现场实习等多种教学方式，提高学生的专业技能和工程实践能力课程概述1了解现状与趋势深入理解矿井通风及安全技术的发展现状，掌握行业发展趋势和技术创新方向2掌握基本原理系统学习矿井通风的基本任务、工作原理和科学规律，建立坚实的理论基础3学习控制方法全面掌握矿井通风系统对各类矿井灾害的预防控制方法和应急处置技术4培养实践能力通过理论联系实际，培养学生解决实际工程问题的能力和创新思维煤矿安全生产现状

2.485%事故死亡率安全改善率每百万吨煤炭开采事故死亡人数持续下近十年来煤矿安全生产水平显著提升降327重大事故数量年度重大安全事故数量呈下降趋势中国煤矿安全生产形势总体稳定向好，但仍面临瓦斯、水害、火灾等重大风险挑战通过科技创新、管理提升和法规完善，安全生产水平不断提高，为煤炭工业高质量发展奠定了坚实基础煤矿通风基本任务供给新鲜空气向井下工作场所连续供给清洁新鲜空气，保障作业人员呼吸需求稀释有害气体稀释和排除井下产生的瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体调节环境条件调节井下工作环境的温度、湿度，创造适宜的作业条件预防灾害事故控制瓦斯浓度在安全范围内，预防瓦斯爆炸等重大事故发生煤矿生产中的主要危险因素煤尘爆炸瓦斯灾害煤尘在特定条件下易发生爆炸事故瓦斯突出、爆炸是煤矿最严重的灾害类型火灾自燃煤炭自燃和外因火灾威胁矿井安全顶板事故水害事故巷道和工作面顶板垮塌是常见事故地表水和地下水涌入造成安全威胁矿井通风基本原理空气流动机理风压类型与计算矿井通风是基于压力差驱动空气流动的原理空气总是从压力高自然风压由于井内外空气密度差形成，机械风压通过通风机产的地方流向压力低的地方，形成有规律的气流运动通风系统通生总风压等于自然风压与机械风压的代数和通风阻力包括摩过创造合理的压力分布，引导空气按预定路径流动擦阻力和局部阻力，影响风量分配矿井瓦斯基础知识瓦斯成分特性瓦斯涌出机理瓦斯主要成分为甲烷，无色无瓦斯从煤层和围岩中涌出，受地味，比重较空气轻在空气中浓质构造、开采扰动、温度压力等度达到时遇火源易发生因素影响涌出方式包括均匀涌5%-16%爆炸，浓度超过时缺氧窒出、不均匀涌出和突然涌出16%息监测与防治采用光学瓦斯检定器、电子瓦斯检测仪等设备实时监测建立完善的瓦斯监控系统，确保及时发现和处理瓦斯异常情况矿井瓦斯防治技术瓦斯监测建立完善的瓦斯监控系统，实现全面覆盖、实时监测、自动报警瓦斯抽采通过钻孔抽采技术，主动消除瓦斯威胁，降低工作面瓦斯浓度通风稀释加强通风管理，通过风流稀释将瓦斯浓度控制在安全范围内标准规范严格执行瓦斯防治标准，建立健全瓦斯治理制度和操作规程煤尘爆炸机理引爆条件足够的点火能量和适宜的煤尘浓度煤尘悬浮细小煤尘颗粒在空气中形成悬浮状态氧气充足空气中含有足够支持燃烧的氧气点火源电火花、摩擦火花或高温物体密闭空间相对密闭的空间有利于爆炸传播煤尘防治技术源头控制在产尘源头采取湿式作业、喷雾降尘等措施，从根本上减少煤尘产生合理选择开采方法和设备，优化生产工艺流程过程治理在煤尘传播过程中通过洒水降尘、风流稀释等方法控制煤尘浓度设置防尘设施，建立煤尘监测网络末端防护在可能发生爆炸的区域设置岩粉棚、水棚等防爆设施，阻止煤尘爆炸传播完善个人防护用品配置矿井通风方式自然通风机械通风混合通风利用井内外空气密度差采用主要通风机产生机自然风压与机械风压共产生的自然风压实现通械风压，是现代矿井的同作用，在特定条件下风，适用于浅井和特殊主要通风方式可提高通风效果条件选择依据根据矿井深度、瓦斯涌出量、气候条件等因素合理选择通风方式矿井通风系统中央式通风系统对角式通风系统进风井和回风井布置在井田中央，风流从中央向四周流动适用进风井和回风井分别布置在井田的两个对角，风流呈对角流动于井田面积较小、地质条件简单的矿井具有通风路线短、阻力适用于井田面积较大的矿井，能够覆盖整个开采区域，通风效果小的优点好局部通风机与辅助通风掘进通风系统监控设备维护为掘进工作面提供新鲜风流，排除建立局部通风监控系统，实时监测制定局部通风设备维护计划，定期炮烟和有害气体，保证掘进作业安风机运行状态和通风效果，确保通检查风机性能和风筒完好性，及时全进行风可靠处理故障通风网络理论网络构建参数计算将矿井通风系统抽象为由节点和分支组计算各分支的风量分配和通风阻力，建成的网络模型立数学模型效果验证系统优化验证优化方案的可行性和经济性，确保通过调节风门开度和通风设施，优化风安全可靠量分配通风系统设计原则安全第一原则经济合理原则技术先进原则通风系统设计必须优先考虑安全因在保证安全的前提下，追求经济效益采用先进的通风技术和设备，提高通素，确保各类灾害得到有效控制风最大化合理选择通风方案，降低建风系统的自动化水平结合矿井实际量配置要满足稀释有害气体的要求，设投资和运行成本，提高通风系统的情况，选择适宜的技术方案和设备配通风设施要具备足够的安全余量经济性置矿井通风系统设计步骤需风量计算根据瓦斯涌出量、人员数量、设备散热等因素计算各用风地点的需风量方案设计确定通风方式、井筒位置、主要通风机选型等基本方案风路布置设计合理的通风路线，确定风门、风桥等通风构筑物位置设施配置配置主要通风机、局部通风机等设备，完善监控系统掘进工作面通风压入式通风抽出式通风局部通风机安装在新鲜风流中，将新鲜空气压入掘进工作面风局部通风机安装在污风流中，将工作面的污风抽出风筒吸风口筒出口距离工作面不超过米，能够有效排除炮烟和瓦斯适距离工作面不超过米，能够及时排除有害气体适用于瓦斯涌105用于大多数掘进工作面，是最常用的通风方式出量较大的掘进工作面采煤工作面通风1234进风巷通风工作面风流采空区管理回风巷排风新鲜风流经进风巷进入工风流沿工作面从进风巷流控制采空区漏风，防止瓦污风经回风巷排出，设置作面，风量应满足稀释瓦向回风巷，带走瓦斯和热斯积聚和煤炭自燃瓦斯监测设施斯和降温需要量通风阻力与风网计算R=KPL/A³h=RQ²摩擦阻力公式风压损失为阻力系数，为巷道周边，为长风压损失等于阻力与风量平方的乘积K PL度，为断面积A进出∑Q=∑Q风量平衡节点风量平衡是风网计算的基本定律矿井通风安全监控系统传感器网络布置瓦斯、风速、风压等各类传感器数据传输建立可靠的数据传输网络系统中央控制集中监控、分析处理各类安全数据预警联动自动预警并联动相关设备和系统煤矿火灾防治外因火灾内因火灾由外部火源引起，包括电气火灾、摩擦火灾煤炭自燃引起，多发生在采空区和密闭区域等早期发现灭火措施通过温度监测、气体分析等方法及时发现火采用注水、注浆、密闭等方法扑灭井下火灾灾征兆矿井通风与灾害控制瓦斯控制粉尘控制火灾控制通过合理的风流利用风流稀释和通过通风系统控组织和风量分带走煤尘，配合制火区风流，防配，将瓦斯浓度洒水降尘措施，止火灾蔓延，为控制在安全范围降低煤尘浓度和灭火救援创造有内，防止瓦斯积爆炸危险利条件聚和爆炸温度控制通过增加风量和改善风流组织，降低井下温度，改善作业环境条件全矿井反风技术反风目的在火灾等紧急情况下改变风流方向，保证人员安全撤离技术原理通过调节主要通风机和风门系统，实现全矿井风流方向逆转时间要求反风时间不超过分钟，反风量不少于正常风量的1040%应急管理定期进行反风演练，确保应急状态下反风系统可靠运行局部通风网络优化优化目标实现风量合理分配和能耗最小化风量调节通过风门开度调节实现风量平衡效果评估评估优化方案的技术经济效果实施措施制定具体的优化实施方案和步骤高瓦斯矿井通风技术矿井特点瓦斯涌出量大，瓦斯灾害威胁严重，对通风系统要求极高，需要特殊的安全防护措施设计要求通风能力要有足够余量，设置独立的回风系统，严禁串联通风，建立可靠的监控系统瓦斯排放采用瓦斯抽采技术主动消除瓦斯威胁，通过预抽、边抽边采等方法降低瓦斯浓度安全保障建立完善的瓦斯监控系统，制定严格的瓦斯管理制度，加强人员培训和应急准备高温矿井通风降温技术热源分析降温技术地热、机械设备散热、围岩传热和人体散热是矿井主要热源深采用增加风量、机械制冷、冰制冷等方法降低井下温度建立地部开采时地温梯度增加，每下降米温度升高大型设面制冷站向井下输送冷风或冷水，在工作面设置局部制冷设备，1002-3℃备运转产生大量热量，需要有效的散热措施创造适宜的作业环境矿井通风自动化技术自动控制实时监控实现通风设备的自动启停和调节控制对通风参数进行实时监测和数据采集数据分析远程管理利用大数据技术分析通风系统运行规律建立远程监控平台，实现异地管理矿井通风系统安全评价建立指标体系构建包括风量充足性、风质合格性、通风设施完好性等多维度评价指标体系确定各项指标的权重和评分标准，形成科学完整的评价框架现状调查评估全面调查通风系统运行现状，收集相关数据资料，识别存在的安全隐患和薄弱环节采用定量分析和定性分析相结合的方法进行评估提出改进措施根据评价结果提出针对性的改进措施和建议，制定整改计划和实施方案建立持续改进机制，定期开展安全评价工作通风系统故障分析与处理设备故障系统故障主要通风机停转、局部通风机故风路堵塞、漏风严重、风量分配障、风门损坏等设备故障会影响不当等系统性故障通过风量测通风效果建立设备维护制度，定和风网分析找出故障原因，制定期检查设备运行状态，及时发定相应的处理方案现和处理故障应急处理建立故障应急处理预案，明确处理程序和责任分工配备应急设备和器材，确保在故障发生时能够迅速恢复正常通风矿井通风灾害预警系统信息采集通过各类传感器实时采集瓦斯浓度、风速风量、温度等关键参数智能分析运用人工智能算法分析数据变化趋势，识别异常状态和潜在风险预警发布根据预设阈值和预警模型自动发布不同级别的预警信息应急响应启动相应级别的应急预案，采取有效措施防范和化解风险通风系统节能技术30%节能潜力通过技术改造可实现的节能幅度45Hz变频调节采用变频技术调节风机转速降低能耗85%效率提升优化设计提高通风系统整体效率万200年节约电费大型矿井通过节能改造可节约的电费煤矿安全管理体系制度建设建立健全安全生产责任制、安全技术措施、安全操作规程等制度体系责任落实明确各级人员安全生产责任，建立考核激励机制，确保责任到位教育培训开展全员安全教育培训，提高员工安全意识和技能水平文化建设培育安全文化，营造人人讲安全、人人重安全的良好氛围煤矿安全生产标准化目标设定制定安全生产标准化建设目标和计划组织实施按照标准要求组织实施各项标准化工作检查评价定期开展标准化达标检查和评价工作持续改进根据评价结果持续改进和完善标准化水平矿井通风安全规程解读风量要求瓦斯管理通风设施监测监控每人每分钟供风量不少严格控制瓦斯浓度，回主要通风机必须安装建立完善的安全监控系2于立方米，采掘工作风流中瓦斯浓度不得超套同等能力的设备，一统，实现瓦斯等有害气4面风速保持在合理范围过，工作面瓦斯浓套运行一套备用体的连续监测1%内度不得超过1%矿井灾害应急预案指挥体系建立统一的应急指挥体系和决策机制处置流程制定各类灾害的应急处置标准流程救援队伍组建专业化的矿山救护队伍和应急组织装备物资配备充足的应急救援装备和物资储备演练培训定期开展应急演练和人员培训工作矿井突发事件应急处理瓦斯超限处理火灾应急处理发现瓦斯超限后立即停止作业，切断电源，撤出人员加强通风发现火情后立即报警并组织人员撤离，控制火区进风防止火势蔓稀释瓦斯，查找超限原因并采取针对性措施在瓦斯浓度降至安延根据火灾性质选择适当的灭火方法，外因火灾采用直接灭全范围后方可恢复正常作业火，内因火灾采用封闭灭火矿井通风安全案例分析1事故经过详细分析事故发生的时间、地点、涉及人员和设备情况2原因分析从技术、管理、人员等多个角度深入分析事故发生的根本原因3教训总结总结事故暴露出的问题和不足，提出改进措施和建议4防范措施制定有效的预防措施，避免类似事故再次发生特殊条件下的通风技术深部开采通风大断面通风复杂构造通风深部矿井面临高地温、高瓦斯压力等大断面巷道通风阻力增大，需要优化在断层、褶皱等复杂地质构造区域，挑战，需要采用大功率通风设备和特断面形状和支护方式采用合理的风通风系统设计要考虑地质因素的影殊的降温技术通风系统设计要考虑速设计，避免出现通风死角和涡流现响采用灵活的通风方案，确保各个深井效应和热力学因素象区域都有良好的通风效果瓦斯抽采与通风协同技术协同设计效果评估统筹考虑抽采系统和通风系统的相互影建立科学的抽采效果评估方法和标准响安全保障控制策略确保协同系统运行的安全可靠性制定抽采与通风的协同控制策略煤矿安全风险评估风险识别全面识别矿井生产过程中可能存在的各类安全风险因素采用系统性的方法，从人员、设备、环境、管理等方面进行风险识别，建立风险清单风险分析分析各类风险的发生概率和可能造成的后果严重程度运用定量和定性分析方法，确定风险等级和优先级，为风险控制提供依据风险控制根据风险评估结果制定相应的控制措施采用消除、减少、转移、承受等不同策略，建立多层次的风险防控体系通风安全监察与检查定期检查建立定期检查制度，对通风系统运行状况进行全面检查，确保各项参数符合安全要求重点监察重点检查主要通风机运行、瓦斯监控系统、局部通风管理等关键环节和重要设施隐患排查深入开展安全隐患排查治理，建立隐患台账，实行闭环管理，确保隐患及时消除达标评价建立通风安全达标评价标准，定期开展达标检查，推动通风管理水平持续提升通风系统数值模拟技术建立模型根据矿井实际情况建立三维几何模型和数学模型数值计算运用技术进行流场计算和分析CFD结果分析分析风流分布、温度场、瓦斯浓度场等参数优化设计基于模拟结果优化通风系统设计方案矿井通风与智能化开采无人开采智能管理远程控制智能化无人开采对通风运用人工智能技术实现建立远程监控平台，实系统提出了新的要求，通风系统的智能化管现通风设备的远程启停需要实现远程控制和自理，提高管理效率和安和参数调节动调节全水平自动调节根据环境参数变化自动调节通风设备运行状态，保持最佳通风效果国内外先进通风技术比较国际先进技术技术发展方向发达国家在矿井通风领域起步较早，在通风设备制造、系统设未来矿井通风技术将向智能化、自动化、精准化方向发展重点计、自动化控制等方面技术相对成熟特别是在深井通风、高温发展方向包括智能通风控制、节能技术、环境友好技术等，通过矿井降温、智能化监控等方面积累了丰富经验技术创新推动行业转型升级通风与瓦斯治理新技术治理新方法开发水力压裂、预裂等新型瓦斯治理技术，提高瓦斯抽采CO2效率优化新技术采用变频调速、智能控制等技术优化通风系统运行效果监测新设备应用激光甲烷检测仪、无线传感器等先进监测设备控制新系统建立基于物联网和大数据的智能安全控制系统矿井通风与安全发展趋势技术智能化通风技术向智能化、数字化方向发展管理现代化管理模式向精细化、标准化转变标准国际化安全标准与国际先进标准接轨人才专业化培养高素质专业技术人才队伍。