矿井通风与安全课件设计

矿井通风与安全第一章矿井空气基础与通风意义矿井空气成分与特性主要气体成分有害气体监测氮气占氧气占二氧化碳一氧化碳、硫化氢、氮氧化物等有毒78%,20-21%,约正常呼吸需要氧气浓度有害气体需严格监控瓦斯甲烷是

0.03-

0.5%不低于二氧化碳浓度不超过煤矿最危险的气体浓度超标可引发爆20%,

0.5%,炸事故特殊气候条件矿井通风的核心作用01保障呼吸安全持续供给新鲜空气稀释并排出一氧化碳、二氧化碳等有害气体维持井下,,氧气浓度在安全范围防止窒息中毒事故,02控制爆炸风险通过有效通风将瓦斯浓度控制在以下防止瓦斯积聚达到爆炸界限1%,5%-同时降低煤尘浓度消除粉尘爆炸隐患16%,调节作业环境矿井通风系统全景矿井通风系统由主通风机、风井、风巷、风门等设备设施组成新鲜风流从进风井进入,经主要巷道分配到各工作面污风通过回风巷汇集至回风井由主扇排出地面图中清晰,,展示了风流路径、通风设备布置及风量分配原则进风系统用风地点新鲜空气入口包括进风井筒、进风采煤工作面、掘进工作面等需要新,大巷及风桥等设施鲜空气的作业区域回风系统污风排出通道包括回风巷、回风井,及主通风机第二章矿井通风理论与风流动力学矿井通风是一门基于流体力学的应用科学风流在井下巷道中流动遵循能量守恒定律,,受压力、阻力、温度等多种因素影响深入理解通风理论才能科学设计通风系统确保,,风流畅通、分配合理风流能量与压力基础位能静压能动能由风流所处位置决定的能量与高程相关风流静止状态下的压力能推动风流流动风流运动产生的动压能与风速平方成正比,,,能量守恒原理压力分布规律风流在流动过程中总能量保持不变但会因摩擦、涡流等因素产生能量损矿井通风网络中各点压力不同形成压力梯度从进风井到回风井静压,,,,,失转化为热能散失通风机的作用就是补偿这些能量损失维持风流持续逐渐降低动压随巷道断面变化而波动掌握压力分布规律是解决通风问,,,,流动题的关键通风阻力及其计算摩擦阻力风流沿巷道壁面流动产生的摩擦损失与巷道长度、周长、风速平方成正比与断面,,积成反比光滑巷道摩擦阻力小局部阻力风流通过弯道、分合流、断面突变等局部地点产生的涡流损失局部阻力系数取决于局部构造形式可通过优化设计降低,降阻措施扩大巷道断面、减少弯道、光滑巷道表面、优化风路设计可有效降低通:,风阻力节约通风能耗30-50%,矿井通风机及其性能曲线主扇类型经济运行分析离心式通风机通风机性能曲线反映风量、风压、功率、效率之间的关系工况点是通风机特性曲线与矿井阻力曲线的交点代表实际运行状态风压高、效率高适用于大中型矿井是目前主流机型,,,选择合适的通风机型号使工况点落在高效区可实现节能降耗通过调节叶片角度或转速,,,可改变通风机特性曲线适应不同通风需求定期测定通风机性能及时调整运行参数确轴流式通风机,,,保经济高效运行风量大、风压低适用于阻力小的矿井或辅助通风,对旋式通风机两级叶轮反向旋转提高风压适用于高阻力矿井,,通风机性能曲线与系统匹配图中展示了典型的通风机性能曲线包括风压风量曲线、功率风量曲线和效率风量曲,---线矿井阻力曲线为抛物线两曲线交点即为工况点理想工况点应位于效率最高区域,附近既满足通风需求又保证经济运行通过分析曲线可判断通风机选型是否合理指导,,,,日常运行调节第三章矿井通风系统设计与风量调节通风系统设计是矿井建设的重要环节需综合考虑矿井地质条件、开采方式、生产规模,等因素合理的通风系统能够保证各用风地点获得足够的新鲜风流同时降低通风阻力,和能耗实现安全与经济的统一,通风系统类型及选择原则中央式通风对角式通风混合式通风主扇位于井田中央进回风井对称布置风路短、进回风井位于井田两端对角风路长、阻力大但结合中央式和对角式优点适应复杂地质条件但,,,,,,阻力小但井筒工程量大适用于井田走向长度不井筒工程量小灵活性强是我国中小型矿井常用管理难度大需精心设计风路避免风流紊乱,,,,,,大的矿井方式选择原则根据矿井地质构造、煤层赋存、开拓方式、生产能力等因素综合比选优先选用中央式确保通风可靠、管理简便、经济合理:,,风量分配与调节技术风量调节装置通风网络解算矿井通风网络由多条巷道和节点构成复杂网络风量分配遵循节点风量平衡和回路压力平衡定律,1解算方法包括:风门图解法直观但精度有限适用于简单网络•:,控制风流方向隔绝不同风路分为调节风门和隔断风门解析法精确但计算繁琐需建立方程组求解,,•:,计算机模拟快速准确可模拟复杂网络动态变化•:,现代矿井普遍采用专业软件进行通风网络解算优化风量分配方案指导现场调节实现通风系统科学管2,,,理风窗在风门墙上开设可调节孔口精确控制风量大小,3风桥实现进回风流立体交叉而不混合保证风流按设计路线流动,4调节风窗通过改变开度调节局部风量平衡各分支风量分配,局部通风设计与设备选型确定需风量根据掘进工作面长度、断面积、人员数量、设备功率等参数按稀释瓦斯、排尘、供氧等,要求分别计算取最大值作为需风量,选择通风方式压入式、抽出式、压抽混合式各有优劣一般采用压入式风筒出口距工作面不超过,5-米保证有效射程10,选配局扇与风筒根据需风量和巷道阻力选择局扇型号计算风筒直径、长度和接头数量风筒应平,直、无破口接头严密不漏风,掘进工作面需风量计算实例某掘进工作面长度断面积同时作业人设备总功率按瓦斯涌出量150m,12m²,15,55kW计算需风量按设备供风量标准需按人员供风需取

0.5m³/min120m³/min,110m³/min,90m³/min最大值配备风量的局扇留有余量以应对突发情况,150m³/min,第四章矿井瓦斯治理与安全防控瓦斯是煤矿的头号杀手治理瓦斯是煤矿安全生产的永恒主题从认识瓦斯赋存规律到,掌握抽采技术从监测预警到防突措施构建瓦斯治理立体防护体系是实现煤矿本质安全,,,的必由之路煤层瓦斯赋存与涌出特征瓦斯赋存形式煤层瓦斯以游离态和吸附态两种形式存在游离态瓦斯储存于煤层孔隙和裂隙中吸附态瓦斯附着在煤的内90%500m,表面煤的变质程度越高瓦斯含量越大吸附态占比临界深度,瓦斯涌出规律煤层中瓦斯吸附态比例解吸速度决定涌出瓦斯含量随深度急剧增加的转折点深度,强度矿井瓦斯涌出量包括相对涌出量和绝对涌出量涌出来源有开采层、邻近层和采空区涌出受地质构造、开采深度、开采强度影响呈现明显的时空分布特征,倍2涌出增幅采动影响范围内瓦斯涌出量可达静态的2-倍3瓦斯动力现象煤与瓦斯突出、瓦斯喷出等动力灾害破坏力极大瞬间释放大量瓦斯和煤岩造成人员伤,,亡和设备损毁是特大恶性事故主要类型,瓦斯突出及预防措施区域防突保护层开采、区域预抽1局部防突工作面预抽、排放钻孔2安全防护反向风门、避难硐室3监测预警实时监控、预报分析4突出机理保护层开采技术煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤体强度综合作用的结果当地应力和瓦斯压力超在突出煤层上方或下方开采保护层利用采动卸压使被保护层透气性增加、地应力降低、,过煤体强度时煤体突然破坏瓦斯急剧膨胀将破碎煤岩抛向巷道瓦斯大量涌出并易于抽采从根本上消除突出危险,,,,突出危险煤层识别标准瓦斯含量瓦斯压力煤的坚固性系数同时具瓦斯抽采系统建立地面永久抽采泵站通过钻孔将煤层瓦斯抽出降低煤层瓦斯含量和压:8m³/t,

0.74MPa,

0.5,:,,备地质构造复杂、开采深度大等条件力抽采达标后方可进行采掘作业实现先抽后采、以抽定产,瓦斯爆炸机理与防爆技术爆炸三要素爆炸传播瓦斯浓度、氧气浓度、爆炸波以每秒数百米速度传播产生5-16%≥12%,引爆火源温度三者同时高温高压沿巷道快速扩散引燃煤尘650-750℃,,,存在即可爆炸形成二次爆炸防爆措施控制瓦斯浓度、隔绝火源、安装隔爆设施三管齐下构建瓦斯爆炸防护体系,瓦斯抽放技术监测预警系统本煤层抽放边采边抽降低采空区瓦甲烷传感器实时监测各点瓦斯浓度•:,•斯涌出超限自动报警并切断电源、启动风机•邻近层抽放卸压瓦斯抽采治理上隅瓦斯涌出量预测模型提前研判风险•:,•角超限采空区抽放埋管抽采残余瓦斯防止•:,自然发火瓦斯综合治理技术体系图中展示了现代化瓦斯治理的完整技术链条从地面钻井预抽煤层气到井下穿层钻孔、顺层钻孔抽采再到采空区埋管抽放形成多层次、全方位的治理,,,,网络配合实时监测监控系统实现瓦斯可防、可控、可治的目标,85%70%

0.5%预抽率目标抽采利用率控制标准高瓦斯矿井煤层瓦斯预抽率达标要求抽采瓦斯综合利用发电、供热比例采煤工作面回风流瓦斯浓度上限第五章矿井火灾与煤尘爆炸防治矿井火灾和煤尘爆炸是煤矿两大重大灾害火灾不仅直接威胁人员安全还会引发瓦斯,煤尘爆炸造成连锁灾难建立完善的防灭火体系和防尘系统对保障矿井安全生产至关,,重要矿井火灾成因与自燃理论煤质因素供氧条件煤的变质程度、水分、硫分、挥发分等影响自燃倾向性采空区漏风、裂隙通风为煤氧化提供氧气时间因素蓄热环境采空区封闭时间、煤体暴露时间决定自燃进程遗煤堆积、散热不良导致氧化热量积聚煤炭自燃机理煤在常温下与氧接触发生缓慢氧化放出热量若散热不良温度逐渐升高氧化速度加快进入自热阶段当温度达到着火点时煤自行燃烧整个过程经历潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段,,,,300-400℃,火灾预测技术自燃标志气体气体分析法监测、₂等指标气体浓度变化浓度超过为自燃预兆:CO COCO24ppm温度测量法布置测温点监控采空区温度₂₄、₂₆等烯烃出现表明煤温升高:C HC H防灭火措施与应急响应0102预防性措施早期探测均压通风、灌浆防火、注氮惰化、喷洒阻化剂从源头控制煤自燃条件缩短采空区束管监测系统小时采集气体样本自动分析浓度预警系统及时发现火灾隐患,,24,CO,自然发火期0304直接灭火间接灭火能够接近火源时采用注水、注浆、喷洒泡沫等方法直接降温灭火彻底消除火源无法接近或火势较大时封闭火区隔绝氧气注入惰性气体或灌浆充填窒息火源,,,,,应急预案要点成立火灾应急指挥部明确疏散路线和避灾硐室位置配备自救器和灭火器材定期组织演练发现火灾立即报警按预案迅速撤离关闭火区风门启:,,,,,,动消防系统严禁盲目施救确保人员安全第一,煤尘爆炸危害与防尘技术煤尘爆炸条件防尘综合措施煤尘浓度煤层注水采前预先向煤体注水湿润煤层降低煤尘产生量是最经济有效的防尘方法:,,60-80%,喷雾降尘采掘机械安装内外喷雾装置破碎点、转载点设置自动喷雾巷道定期冲洗积尘煤尘悬浮在空气中浓度达到爆炸下限粒度越细爆炸性越强:,,45-2000g/m³,通风排尘保证充足风量及时排出浮游煤尘控制粉尘浓度在卫生标准以下:,,氧气浓度个体防护工人佩戴防尘口罩定期体检监测职业健康预防尘肺病:,,空气中氧气含量不低于为煤尘燃烧提供充足氧化剂隔爆设施安装岩粉棚、水棚等隔爆装置一旦爆炸发生阻止火焰传播降低灾害损失18%,:,,,引爆火源明火、电火花、摩擦火花等高温火源引燃悬浮煤尘发生爆炸,第六章矿井水害防治与应急救援矿井水害是威胁煤矿安全的重大灾害之一地表水、地下含水层、老窑积水等多种水源可能突入井下造成淹井事故科学预测、超前治理、建立完善的防排水系统是防治水,,害的根本措施矿井水害类型与涌水通道地表水老窑水河流、湖泊、水库通过裂隙、溶洞渗入井下废弃矿井积水采动揭露后突然涌出,1234地下水岩溶水含水层通过断层、陷落柱等导水通道进入巷道石灰岩裂隙发育高压承压水突水风险大,涌水通道特征断层是最主要的导水通道尤其是落差大、破碎带宽的断层导水性极强陷落柱连通多个含水层形成立体导水网络岩溶裂隙发育区域地下水储量大、水压高一旦揭露极易发生突水,,,,,采动引起覆岩破坏裂隙贯通形成新的涌水通道,水害影响淹没巷道、工作面威胁井下人员生命安全•,破坏设备设施造成巨大经济损失•,影响通风系统诱发瓦斯积聚等次生灾害•,长期停产治理影响企业正常生产秩序•,80%突水占比断层突水占矿井水害事故总数比例300m水害防治技术与排水系统预测预报疏水降压水文地质勘探、物探、钻探查明含水层、老窑分布及充水条件地面或井下钻孔疏放含水层降低水压、水量消除突水危险,,注浆堵水带压开采对断层、裂隙等导水通道注浆封堵建立隔水帷幕保留防水煤岩柱采用防突水措施在承压水上安全开采,,,地面防治井下排水系统疏干钻孔提前疏放地下水降低水位水仓、水泵、管路构成完整排水系统•,•河流改道、水库防渗减少地表水渗漏配备工作泵、备用泵、检修泵确保可靠••老窑充填、封堵防止老空水涌出自动排水装置实现无人值守、高效排水••探放水原则坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采十六字方针采掘前方必须超前探测发现异常立即采取疏放措施严禁水患威胁下作业:,,矿山重大事故应急救援应急预案编制针对瓦斯爆炸、火灾、水害等重大灾害类型编制专项应急预案和现场处置方案明确组织机构、,职责分工、应急程序、救援措施、物资保障等内容预案应定期修订完善确保科学实用,救援组织实施事故发生后立即启动应急响应成立现场指挥部调动专业救护队、医疗队和技术专家划定警戒区,,域疏散无关人员切断电源和火源救护队佩戴氧气呼吸器进入灾区侦察搜救遇险人员同时组织,,,,通风、灭火、排水等抢险作业救护装备配置配备氧气呼吸器、多功能气体检测仪、生命探测仪、通讯设备等先进装备建设矿山救护培训基地模拟各类灾害场景强化实战训练提高救护队伍快速反应和科学施救能力,,,自救与互救井下人员遇险应立即佩戴自救器按避灾路线迅速撤离无法撤离时进入避难硐:,室等待救援发现他人遇险在确保自身安全前提下实施救助严禁盲目冒险平时加强应急演,练熟悉避灾路线和自救器使用提高自救互救能力,,第七章智能矿井通风与未来发展随着物联网、大数据、人工智能等技术快速发展矿井通风正向智能化、精准化方向演,进智能通风系统能够实时感知、自主决策、精准执行大幅提升安全保障能力和管理,效率引领煤矿安全生产迈向新时代,智能通风平台与实验教学应用高仿真实验平台基于数字孪生技术构建虚拟矿井通风系统真实还原井下通风网络、设备运行、灾害场景学生通,过设备沉浸式体验通风系统运行、事故演化过程进行虚拟操作训练VR,三维可视化立体展示巷道、风路、设备动态演示风流流动过程,交互式操作模拟通风机启停、风门调节、事故处置等操作数据实时反馈显示风量、瓦斯浓度等参数评估操作效果,教学优势突破传统实验场地、设备限制学生可反复练习、试错深度理解通风原理虚拟灾害演练无安全风险培养应急处置能力平台支持远程访问实现优质资源共享提升教学质量和效率:,,,,,矿井通风安全的未来展望绿色矿山建设数据驱动决策推广变频调速、余热回收等节能技术降低通风能智能化技术突破,建立矿井通风大数据平台汇聚监测数据、生产数耗以上瓦斯抽采后发电、供热综合利用变,30%,自动化钻孔机器人替代人工进行瓦斯抽采钻孔施据、地质数据运用算法进行灾害预测、风险评废为宝矿井水处理后循环利用减少环境污染,AI,工提高效率、降低风险智能通风调控系统根据估、优化决策推动通风管理从经验驱动向数据践行绿色发展理念建设资源节约型、环境友好型,,生产需求和灾害预警自动调节风量分配、优化通驱动转变提升科学化水平矿山,,风参数实现按需供风、精准调控,使命与愿景矿井通风与安全是一项神圣使命关系到千万矿工的生命安全和家庭幸福让我们携手共进运用先进技术、科学管理不断提升矿井安全保障水平以零事故为目标以科,,,,技创新为动力守护每一位矿工平安回家推动煤炭工业高质量、可持续发展,,!。