煤矿生产技术与主要灾害事故防治

　　第一节 煤矿生产技术知识

　　一、矿井地质基础知识

　　㈠、岩石与地层

　　人类的活动，大都是在地壳的表层进行。组成地壳的是岩石，岩石由矿物颗粒组成，矿物由一种或多种元素组成。按生成方式，岩石可分为沉积岩.岩浆岩和变质岩三大类。

　　煤是一种由植物遗体转变的沉积岩，煤层上下的岩石绝大多数也是沉积岩。常见的沉积岩有砂岩、泥浆岩和石灰岩等。

　　岩层的空间产生状态，可由岩层的走向，倾向和倾角反映出来，该三者称为岩层的产状三要素(也叫煤层产状三要素)。走向:岩层的层面与水平面的交线，称为走向线。走向线是一条水平线。走向线两端的延伸方向，称为岩层走向。它表示倾斜煤层在水平面上的延伸方向。倾向:在岩层面上，垂直于走向线沿层面倾斜向下所引的直线，称为岩层的倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线称为倾斜线，倾斜线所指的方向称倾向。它反映了岩层的倾斜方向。倾角:岩层的倾斜线和它在水平面上投影线的夹角，称为岩层的倾角。它反映了岩层的倾斜程度。

　　㈡、煤层

　　煤层结构：煤层中有无稳定的岩石夹层(夹矸)的情况称为煤层结构。一般分为两类：

　　简单结构煤层：煤层中不含稳定的呈层状分布的岩石夹层，有时含有效小的矿物透镜体或结核。复杂结构煤层：煤层中夹有一至数层呈层状的较稳定的岩石夹层

　　煤层的厚度：煤层的厚度就是指煤层顶、底版之间的垂直距离。根据煤层厚度对地下井开采的影响，将煤层分为以下3类：薄煤层：煤层厚度从最低可采厚度~1.3m。中厚煤层：煤层厚度为1.3~3.5m 。厚煤层：煤层厚度为3.5m以上。习惯上把煤层厚度为6m以上称为特厚煤层。

　　煤层的倾角： 煤层倾角是指煤层层面与水平面之间的夹角。根据煤层倾角对地下开采的影响，将煤层分为4类：近水平煤层：倾角在8度以下。缓倾斜煤层：倾角在8度~25度以下。倾斜煤层：倾角为25度~45度。急倾斜煤层：倾角为45度~90度

　　㈢、地质构造

　　沉积岩层开始形成时，一般呈水平和连续完整状态。在地壳运动的作用下，产生变形和变位，改变了原先的赋存状态，这种现象称为构造运动。由此而形成的岩层空间状态，称为地质构造。地质构造主要分为两类：褶皱构造和断裂构造

　　1、褶皱构造。岩层受水平力的作用，被挤压成曲状，但仍保持岩层的连续性和完整性的构造形态，称为褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲称为褶曲。岩层层面凸起褶曲称为背斜，凹下的称为向斜。

　　2、断裂构造。岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态，称为断裂构造。若断裂面两侧的岩层没有发生明显的相对位移，称为断裂或节理;若断裂面两侧的岩层发生了明显的相对位移和错动，称为断层。岩层断裂后，两个断块发生相互错动的错动面称为断层面。位于断层面上方的断块称为上盘，位于断层面下方的称为下盘。根据断块相对错动的方向，将断层分为正断层，逆断层和平推断层。正断层;上盘相对下降，下盘相对上升。

　　逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。平推断层：两盘沿断层面最水平方向相对位移。

　　㈣、褶皱构造对煤矿安全生产的影响

　　1、向斜褶曲，由于埋藏深度大，因此瓦斯含量高。

　　2、向斜轴部顶板，压力常有增大现象，岩石破碎，容易发生跨落，必须加强支护，否则容易发生冒顶、切面等事故，给顶板管理带来很大困难。

　　3、瓦斯突出的矿井，向斜轴部是瓦斯突出的危险区，由于向斜轴部的次一级构造比较发育，也是瓦斯较集中的地区，在绝大的瓦斯压力和顶板压力作用下，往往容易瓦斯突出。

　　4、在褶皱构造的影响下，有的煤层突然增厚，使原采煤方法不能继续，需改变采高或分层开采;有的地方突然变薄甚至不可采，使工作面无法继续采煤，需要重新掘开切眼。

　　㈤、断裂构造对煤矿生产的影响

　　1、断层破碎带是径流的良好通道，地表水和底下水往往沿通道流水井下，使涌水量增加，在水文地质条件复杂的矿井，还可能引起突水

　　2、在高瓦斯矿井中，在断层破碎带附近，容易聚积大量瓦斯，可能会造成瓦斯突出事故，给生产带来危险。

　　3、断层带及其附近，由于岩石破碎，降低了岩石强度，容易引起跨落冒顶，因此，施工时必须注意。

　　4、断层造成煤炭损失，为保证安全生产，断层两侧必须留有一定宽度的保安煤柱。

　　5、断层影响掘进工作，煤矿生产过程中遇到断层后，应迅速准确找到断失煤层，否则将会造成大量废巷，影响掘进工作进行。

　　6、断层带附近构造残余压力大，容易引起冲击地压，给安全生产造成威胁。

　　二、 矿井开拓

　　㈠、煤田、井田

　　1、煤田：在同一个地质时期生成的大面积含煤地带为煤田。

　　2、井田：一个大的煤田通常由几个或十几个矿开采，划归一个矿井进行开采的煤田通常称为井田(或矿田)。

　　㈡、井田再划分

　　煤田划分为井田后，每个井田的面积仍然比较大，为便于开采，还必须将井田再划分为若干较小的区、段、以便于有计划 地按一定顺序开采。

　　1、井田划分为阶段：开采缓倾斜、倾斜和急倾斜煤层时，通常沿煤层倾斜方向，按一定标高，将井田划分为若干长条，每个长条即分称为阶段。

　　阶段与阶段之间以水平面分界，称水平面，布置有主要运输大巷和井底车场。担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平称为开采水平。

　　2、阶段内的布置：阶段内的布置有连续式，分区式和分带式3种。

　　(1)连续式：当阶段内的走向长度和倾斜长度都较小时，可在井田的每一翼沿阶段倾斜全长布置一个采煤工作面，并且采煤工作面可以由井田中央向井田边界推进(连续前进式开采);或者从井田边界向井田中央推进(连续后退式开采)。

　　(2)分区式：当阶段的走向和倾斜长度都较大时，在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干部分，每部分长度约为600~1200m，沿倾斜的长度等于阶段斜长，在其中有独立的通风和运输系统，这样的每个部分称为采区，这种不止称为分区十式布置。阶段斜长往往很大，有时长达1000~1500m以上，实际生产中又将采区沿倾斜划分成若干长条部分，称为区段。

　　(3)分带式：在阶段内不再划分采区，而沿煤层走向划分成许多个可以分别布置一个采煤工作的倾斜长条，称为分带。在分带内，采煤工作面沿煤层倾斜方向由下而上(仰采)或由上而下(俯采)连续推进，这种布置称为分带式布置。

　　㈢、矿井开拓方式

　　在每个井田范围内，为了合理地把煤炭从地下开采出来，需从地面向井下开掘一系列通向煤体的井筒和巷道，称为矿井开拓。

　　井筒的形式、开拓巷道的布置和矿井的通风运输方式叫做矿井开拓方式。通常以井筒形式为主要依据，将矿井开拓方式分为斜井开拓、立井开拓、平硐开拓和综合开拓。

　　①、斜井开拓：根据井筒位置和开拓巷道布置方式的不同，斜井开拓主要分为井盘斜井开拓和斜井分区式开拓两种。

　　②、立井开拓，我国煤矿多采用主井单水平分区开拓和主井多水平分区开拓。

　　③、平硐开拓：平硐沿煤层走向掘进的称走向平硐，与走向斜交(或垂直)称斜交(或垂直平硐)。

　　④、综合开拓：为充分发挥上述3种开拓方式的优点，可以采用其中的两种或3钟方式开拓一个井田的方式。

　　㈣、井田巷道的分类

　　按巷道在生产中的用途划分：矿井巷道按其作用和服务范围可分为开拓巷道，准备巷道和回采巷道3类。按巷道的空间形态划分：矿井巷道按其空间形态划分为垂直巷道，水平巷道和倾斜巷道3类。

　　①、开拓巷道

　　开拓巷道是为全矿井，一个开采水平或两个以上采区服务的巷道。主要包括以下几种：

　　平硐：直接与地面相通的水平巷道。

　　斜井：直接与地面相通的倾斜巷道。

　　立井：直接与地面相通的直立巷道。

　　井底车场：井下主要运输巷道和井筒连接处的一组巷道和硐室的总称。

　　石门：穿过各岩层掘进并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。

　　主要运输及回风大巷：沿走向掘进，使全矿井或某个水平运输、回风用的水平巷道，多数开掘在岩层内，也可开掘在煤层内。

　　②、准备巷道

　　准备巷道

　　采区上山：在运输大巷向上沿煤、岩层开凿的倾斜巷道，按用途和装备分为：运输机上山和人行上山等。

　　采区下山：在运输大巷向下沿煤、岩层开凿的倾斜巷道。

　　③、回采巷道

　　回采巷道是为一个采煤工作面服务的巷道，主要有以下几种：

　　回风巷道：一般指供采煤工作面回风和运煤用的巷道。

　　进风巷道：一般指供采煤工作面进风和送料用的巷道。

　　切眼：为布置采面设备，形成生产系统而掘出的贯通回风与进风的巷道。

　　三、采煤技术

　　㈠、基本概念

　　①、采场和采煤工作面

　　采场：用来直接大量采取煤炭的场所。采煤工作面：在采场进行采煤的煤壁。在实际工作当中，采煤工作面与采场是同义词。

　　②、采煤工作

　　采煤工作：在采场内，为了采取煤炭所进行的一系列工作。采煤工作可分为基本工序和辅助工序。

　　基本工序：破煤、装煤、运煤。

　　辅助工序：工作面支糊、采空区处理，移置运输及采煤设备等工序。

　　③、采煤工艺

　　按照一定顺序完成破煤、运煤、工作面支护、采空区处理等各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺或回采工艺。

　　我国目前普遍采用的采煤工艺有：爆破采煤工艺、普通机械采煤工艺，综合机械化采煤工艺、综采放顶煤采煤工艺。

　　④、采煤系统

　　采煤巷道的掘进一般是超前于采煤工作进行的。它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系，称为采煤巷道布置系统，也称为采煤系统

　　⑤、采煤方法

　　采煤方法就是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的相互配合。采煤方法主要分为壁式和柱式体系两种。

　　⑥、矿井及采区生产系统

　　矿井及采区生产系统包括：提升运输系统、通风系统、供电系统、供排水系统、其他系统(瓦斯监控系统、灌浆防火系统、通讯系统)。

　　㈡、壁式体系采煤法

　　壁式体系采煤法：回采(采煤)工作面长度较长(一般为80~250M左右)，工作面两端各有一条巷道，用于通风及运输，采煤的煤炭沿着平行于煤壁的方向运出工作面，随着采煤工作面推进要求及时和有计划地处理采空区。

　　壁式体系采煤法的优点：煤炭损失少，采煤连续性强，单产高，采煤系统较简单，对地质条件适应性较强，但采煤工艺装备比较复杂。

　　壁式体系采煤法的分类：在壁式体系采煤法中，对于薄煤层及中厚煤层，一般沿煤层全厚一次采出，既整层回采;对于厚煤层，一般将其分成若干个中等厚度的分层进行回采，既分层回采(或采用放顶煤开采)。无论整层回采还是分层回采(或采用放顶煤开采)，按其推进方向又可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法：走向长壁采煤法：回采工作面沿倾向布置，沿走向推进。倾向长壁采煤法：回采工作面沿走向布置，沿倾向推进。方便于顺利开采，使用倾向长壁采煤法时煤层倾角不宜超过12度。

　　㈢、柱式体系采煤法

　　柱式体系采煤法是在煤层内开掘一系列宽为5~7m左右的煤房，煤房间用联络巷相连，形成近似于长条形成块状的煤柱，煤柱宽度由数米至20多米不等，采煤在煤层中进行。有两种基本类型，既房式采煤法和房柱式采煤法。留下煤柱不采的称为房式采煤法。即采煤房又采煤柱的称为房柱式采煤法

　　柱式体系采煤法的特点是：回采工作面的长度较短，但工作面的数目较多;采房及回收煤柱设备合一，灵活性强;矿压显现减弱，回采过程中有时不进行采空区处理;工作面的通风条件一般较差;回采率低;机械化的柱式采煤，使用条件较严格，发展受到一定限制。

　　㈣、急倾斜煤层常用采煤方法简介

　　1、急倾斜煤层的开采特点：由于急倾斜煤层的倾角比较大，在开采技术、安全、运输、顶板管理方面都具有独立的特点，主要表现是：

　　(1)由于煤层倾角大，增加了开采困难，在开采技术上必须采取相应的安全措施;

　　(2)煤层顶板垂直作用在支架或煤体上的压力较小，而作用在倾斜方向的压力增大。因此。支架不稳定，容易倾倒;护巷煤

　　(3)采下来的煤和冒落的矸石，都可重下滑，简化了工作面的运输工作，但容易吊砸人和冲倒支架，影响安全;

　　(4)由于煤层倾角大，沿倾斜方向的行人，运料及搬迁设备都比较困难。因此，采区的走向和倾斜长度一般都比缓倾煤层的小;

　　(5)开采两个相应距较近的急倾斜煤层时，上层开采后，由于底版岩层的移动，使下层煤遭受破坏，所以，在开采顺序上与缓倾斜煤层群有所不同。

　　(6)急倾斜煤层顶板比缓倾斜顶板难于冒落，冒落步距相对较大。冒落的矸石下滑充填采空区，对顶板起支撑作用，所以在正常开采期间一般不出现明显的周期来压现象。为此，急倾斜采煤法中的支护工作多数是以掩护为主，以支撑为辅;

　　(7)一般采煤机械设备不适于在急倾斜煤层中使用。

　　2、急倾斜煤层采煤方法

　　急倾斜煤层开采方法较多，主要的有倒台阶采煤法，水平分层采煤法及伪倾斜掩护支架采煤法。

　　(1)倒台阶工作面采煤法：适应于顶板不太破碎，煤层厚0.6~1.5m。他们的特点是：巷道系统简单，掘进率底，回采率高，通风方便;但是，它具有生产工艺复杂，工作面芝护操作不便，材料消耗大，难以使用机械化采煤，安全条件差等不利因素，所以近年来煤矿中应用的较少。

　　(2)水平分层采煤法：就是将急倾斜中厚及厚煤层沿走向分成几个水平分层来开采。煤层厚度就是工作面长度，分层的厚度就是工作面的采高，工作面沿走向推进。其主要优点是：对煤层地质条件适应性强，可适应煤层倾角和厚度的变化;回采率高。其主要缺点是：巷道布置和通风系统复杂，巷道掘进量大，回采工序多，劳动强度大，机械化程度低;产量和效率较低，材料消耗较多。其适用条件是：煤层厚度在4~6m或大于6m埋藏条件较复杂的急倾斜煤层。

　　(3)伪倾斜柔性掩护支架采煤法。其特点是：回采工作面成直线型，按伪倾斜方向布置，沿走向推进。用柔性掩护支架，隔离采空区与回采空区与回采空间，工作人员在掩护支架的保护下进行采煤工作。

　　㈤、伪倾斜柔性掩护支架采煤法

　　1、采区巷道布置。采区运输石门揭露煤层后，向上掘一组上山眼，布置区段运输平巷。回风平巷，在采区边界开掘一对开切眼，以作为回采开始阶段的运输，行人和通风之用。然后 ，即可安装支架进行回采工作。正常的回采工作面应有25度~30度的伪倾斜角。回采时，为了溜煤、行人、通风和运料，在工作面下端掘超前平巷，并沿走向每隔5m左右，由区段运输平巷向上开掘小眼，与超前平巷贯通。

　　2、掩护支架的结构型式

　　⑴、平板形掩护支架，它主要由钢架和钢丝绳组成。钢丝绳沿走向布置，钢梁沿煤层厚度布置。架子的宽度视煤层厚度而定，一般应比煤层厚度小0.3~0.5m，以便架子的下放。钢丝绳的根数根据架子宽度决定，可由3~5根组成。钢梁之间距离不大与0.3m，其间距内用撑木及荆笆条填充。在钢梁上部铺设双层荆笆，作为隔离采区矸石的拆架时人工假顶之用。这种结构的架子，具有柔性而且便于控制回收。它适用于2.5~5m煤层。

　　⑵、组合梁掩护支架。当煤层厚度大于5m时，可采用两根钢梁对接或搭接构成长度等于煤厚的一根直梁，称为组合梁。把组合梁排列好。用钢丝绳、螺栓联接成整体，再埔上荆笆或金属网，即为组合梁掩护支架。这种支架可为双地沟工作面进行支护，目前可适用于8m以上的急倾斜厚煤层。

　　⑶、“八”字形掩护支架。当煤厚为1.3~1.5m时，如用平板掩护支架，其支护下面空间狭小，操作不便，通风不良，。因此，可采用具有较大工作空间的“八”字型掩护支架。这种支架是用工字钢制成“八”字形钢架，把钢架排列好，同样用钢丝绳、螺栓把“八”字行钢架联接成整体，在埔上荆笆或金属网而成“八”字行掩护支架。

　　伪倾斜柔性掩护支架采煤法优点：可三班出煤，不需要专门的准备班，它与分层和倒台阶采煤方法比较，有下列优点：从根本上解决了工作面支柱、固柱的笨重工作，煤炭自滑运输;工人在掩护支架下工作，工作

　　第二节 矿井通风基础知识

　　一、矿井通风系统

　　矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，包含矿井通风方式、通风方法和通风网络。

　　(一)通风方式

　　按进风井与回风井之间的相互位置关系将矿井通风系统分述如下3种类型。

　　1、中央式通风系统

　　按井筒沿井田倾斜位置的不同分为两种类型：

　　(1)中央并列式——进风井与回风井沿井田走向及倾斜均大致并列于井田的中央，两井底可以开掘到第一水平(如图2-1 (1))，也可将回风井只掘至回风水平(如图2-1 (2))。后者一般适用于较小型矿井。

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　　图2-1 中央并列式通风系统

　　这种通风系统—般适用于煤层瓦斯和自然发火问题都不严重，埋藏深、倾角大，但走向不大(一般不大于4 km)的矿井。

　　(2)中央边界式——进风井大致位于井田走向中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。如图2-2所示：

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　　图2-2 中央边界式通风系统

　　这种通风系统适用于瓦斯和自然发火比较严重的缓倾斜煤层，埋藏较浅，走向不大的矿井。

　　2、对角式

　　按进、回风井走向和位置可将矿井通风系统分为如下2种类型：

　　(1)两翼对角式——进风井大致位于井田走向的中央，出风井位于沿浅部走向的两翼附近(沿倾斜方向的浅部)，如图2-3所示;如果只有—个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。

. 图2-3 两翼对角式通风系统

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　　这种通风系统适用于走向长度较大(一般超过4 km)，井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火较严重的矿井。

　　(2)分区对角式——进风井大致位于井田走向的中央，每个采区各有一个出风井，无总回风巷。如图2-4所示：

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　　图2-4 分区对角式通风系统

　　这种通风系统适用于煤层距地表浅，地表起伏(高低)较大，无法开掘浅部总回风道的矿井。

　　3、区域式通风系统

　　在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统即区域式通风系统。如图2-5所示：

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　　图2-5 区域式通风系统

　　4、混合式通风系统

　　混合式通风系统的进风井与回风井有三个以上井筒，由中央式和对角式混合、中央式和中央边界式混合等。这种通风系统主要适用于井田范围较大，多煤层、多水平开采的矿井。大多用于老矿井的改造和扩建。

　　(二)通风动力及通风方法

　　按通风

　　1、自然通风

　　利用自然因素产生的通风动力使空气在井下巷道流动的通风方法叫做自然通风。

　　2、机械通风

　　利用通风机运转产生的通风动力，致使空气在井下巷道流动的通风方法叫做机械通风。按通风机(通风机)的工作方式将矿井通风系统分为抽出式、压入式和压抽混合式三种。

　　(1)抽出式——主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。

　　抽出式通风的优点是：在矿井主要通风机的作用下，矿内空气处于低于当地大气压的负压状态，当矿井和地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏进井内。抽出式通风矿井在主要进风巷无需安设风门，便于运输、行人和通风管理。在瓦斯矿井采用抽出式通风，若主要

　　(2)压入式——主要通风机安设在进风井口，作压入式工作，井下风流处于正压状态。

　　压入式通风的优点是：在矿井主要通风机作用下，矿内空气处于高于当地大气压力的正压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从井内漏向地面。压入式通风矿井中，要在矿井的主要进风巷中安设风门，使运输、人行不变，漏风较大，通风管理工作较困难。同时当矿井主要通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加造成瓦斯积聚，对安全不利。因此，在瓦斯矿井中一般很少采用压入式通风。

　　一般认为压入式通风不宜在高瓦斯矿井采用。低瓦斯矿井的第一水平有地表漏风，矿井地面地形复杂、高差起伏，无法在高山上安装主要通风机，总回风巷维护困难时，可以考虑采用压入式通风。

　　(3)压抽混合式——在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小，适用于自然发火严重的矿井。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。

　　(三)通风网路

　　一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式称为通风网路。由于矿井开拓方式和采区巷道布置不同，通风网路连接方式也就不一致，大体可分为串联、并联、角联和复杂联结4种类型。

　　二、采区通风系统

　　(一)采区通风系统的基本要求

　　采区通风系统主要取决于采煤系统(采煤方法)，但又能在一定程度上影响着采区的巷道布置系统。完备的采区通风系统应能有效地控制采区内的风流方向，风量和风质;漏风少;风流的稳定性高，不易遭受破坏;有利于合理排放瓦斯，防止煤炭自燃，形成较好的矿内气候条件和有利于控制、处理事故，并能使通风系统符合安全可靠、经济合理和技术可行的原则。其基本要求如下：

　　1、采区必须实行分区通风。

　　①、准备采区，必须在采区构成通风系统以后，方可开掘其他巷道。

　　②、采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。

　　③、高瓦斯矿井、有煤与瓦斯突出突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少一条专用回风巷。

　　④、低瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区，必须设置1条专用回风巷。

　　⑤、采区的进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。

　　2、采掘工作面应实行独立通风

　　3、在采区通风系统中，应力求通风系统简单，以便在发生事故时易于控制风流和撤退人员。

　　4、在采区通风系统中，要保证风流流动的稳定性，采掘工作面应尽量避免处于角联风路中。

　　5、对于必须设置的通风设施(风门、风桥、挡风墙等)和通风设备(局部通风机、辅助

　　6、在采区通风系统中，要保证通风阻力小，通风能力大，风流畅通，风量按需分配。因此，应特别注意加强巷道的维护，及时处理局部冒顶和堵塞，支护良好，保证足够的断面。

　　7、在采区通风系统中，尽量减少采区漏风量，并有利于采空区瓦斯的合理排放及防止采空区浮煤自燃，使新鲜风流在其流动路线上被加热和污染程度最小。

　　8、设置消防洒水管路、避难硐室和灾变时控制风流的设施。明确避灾路线和安全标志。必要时，建立矿井瓦斯抽放系统、防灭火灌浆系统。

　　9、采区变电所必须有独立的通风系统。

　　(二)回采工作面风向的分析

　　1、上行风和下行风的概念

　　上行风和下行风是指风流方向与煤层倾向的关系而言的。

　　(1)上行风：当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷道水平时，采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由下向上流动，称上行风，也叫上行通风。

　　(2)下行风：当采煤工作面进风巷道水平高于回风巷道水平时，采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由上向下流动，称下行风，也叫下行通风。

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　　图2-6采煤工作面上行风和下行风

　　2、上行风与下行风的优缺点分析

　　1)、上行风的主要优点是：

　　(1) 瓦斯比空气轻，有一定的上浮力，其自然流动的方向和上行风流的方向一致利于带走瓦斯、较快地降低工作面的瓦斯浓度，在正常风速(大于0.5～0.8m/s)下，瓦斯分层流动和局部积聚的可能性较小。

　　(2) 采用上行风时，工作面运输平巷中

　　(3) 工作面发生火灾时，采用上行风在起火地点发生瓦斯爆炸的可能性比下行风要小些。

　　(4) 除浅矿井的夏季之外，采用上行风时，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相同，对通风有利些。

　　2)、上行风的主要缺点是：

　　(1) 上行风流方向与运煤方向相反，易引起煤尘飞扬，使采煤工作面进风流及工作面风流中的煤尘浓度增大。

　　(2) 煤炭在运输过程中所释放出的瓦斯，披上行风流带人工作面，使进风流和工作面风流中的瓦斯浓度升高，影响了工作面的安全卫生条件。

　　(3) 采用上行凤时，进风风流流经的路线较长，风流温度会由于压缩和地温加热而升高;又加上运输巷内设备运转时所产生的热量对风流的加热作用，故上行风比下行风工作面的气温要高些。

　　3)、下行风的主要优点是：

　　(1) 采煤工作面及其进风流中的煤尘、瓦斯浓度相对较小些。

　　(2) 采煤工作面及其进风流中的空气被加热的程度较小。

　　(3) 下行风流方向与瓦斯自然流向相反，当风流保持足够的风速时，就能对向上轻浮的瓦斯具有较强的扰动、混合能力、因此不易出现瓦斯分层流动和局部积聚的现象。

　　4)、下行风的主要缺点是：

　　(1) 采用下行风时，运输设备在回风巷道中运转，安全性铰差。

　　(2) 工作面一旦起火，所产生的火风压和下行风工作面的机械风压作用方向相反，会使工作面的风量减少，瓦斯浓度升高，故下行风在起火地点引起瓦斯爆炸的可能性比上行风要大些，灭火工作困难一些。

　　(3) 除浅矿井的夏季之外，采用下行风时，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相反，降低了矿井通风能力，而且一旦主要通风机停止运转，工作面的下行风流就有停风或反风(或逆转)的可能。

　　综上所述，上行风和下行风各有利弊，但一般认为上行风稍优于下行风，尽管国内外有些矿井为了降低工作面气温、减少工作面的瓦斯和煤尘浓度，采用了下行通风方式，并取得了较好的效果。例如前苏联顿巴斯矿区在工作面使用下行风后，工作面回风流中的瓦斯浓度减少20～50%，工作面风流中的煤尘浓度减少10多倍，工作面的气温降低2～5℃，工作面产量提高50～100万吨。尽管如此，各国的安全规程对下行风的使用目前仍采取谨滇态度。我国《煤矿安全规程》第115条规定：有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。

　　三、矿井通风设施

　　通风设施是控制矿井风流流动的各类设施的总称。

　　(一)风桥

　　风桥是将两股平面交叉的新、污风流隔成立体交叉的一种通风设施，污风从桥上通过，新风从桥下通过。

　　服务年限很长，通过风量大于20 m3/s的风桥，可用图2-3-1所示的绕道式风桥，绕道须做在岩石中。服务年限较长，通过风量为1020 m3/s的风桥，

　　0.02连续呼吸2 h～3 h，轻微头痛

　　0.04连续呼吸1 h～2 h，眩晕，头痛

　　0.08连续呼吸45min， 耳鸣，头痛，心跳

　　0.16连续呼吸0.5 h～2 h，四肢无力，呕吐，感觉迟钝

　　0.32连续呼吸20 min～30 min，丧失知觉，呼吸停顿，以致死亡

　　1.281 min～3 min死亡

　　由于一氧化碳的毒性极强，《规程》规定井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0.0024%。井下一氧化碳的主要来源是：井下火灾、煤炭自燃、瓦斯与煤尘爆炸及爆破。

　　(五)硫化氢(H2S)

　　硫化氢是一种无色气体，具有臭鸡蛋及微甜味，当空气中硫化氢的浓度为0.0001%～0.0002%时，可以明显感到它的臭味。硫化氢相对空气的比重为1.9，易溶于水，在常温下1个体积的水能溶解2.5个体积的硫化氢。硫化氢能燃烧，当它在空气中含量为4.3%～4.5%时能爆炸。硫化氢毒性大，能使人体血液中毒，它对人体的影响如表1-5所示。

　　表1-5 人体在不同浓度硫化氢中的反应

　　硫化氢浓度/%人体的反应

　　0.01数小时后发生轻度中毒，流唾液，流鼻涕，呼吸困难，头晕

　　0.021h后昏迷头痛，呕吐，四肢无力，神智不清

　　0.0530nin至1h失去知觉，脸色发白，窒息，不急救便死亡

　　0.07有死亡危险

　　0.10几分钟即可死亡

　　由于硫化氢毒性极大，《规程》规定井下空气中硫化氢的浓度不得超过0.00066%。井下硫化氢的主要来源：少数含硫化氢的煤层或岩层局部地段放出硫化氢;含硫煤炭自燃时生成硫化氢;含硫煤尘爆炸;硫化矿物水解;有机物腐烂;老窑水、旧巷积水内含有的硫化氢等。

　　(六)二氧化氮(NO2)

　　二氧化氮是一种褐红色气体，有窒息性气味，相对空气的比重为1.59，易溶于水生成腐蚀性很强的硝酸。它剧毒，对人的眼、鼻，呼吸道和肺部组织有强烈的腐蚀作用，以致破坏肺部组织引起肺水肿。二氧化碳中毒的特点是起初无感觉，即便在危险浓度下，起初只感觉呼吸道受刺激，咳嗽，但经过6h～24h后，就会产生严重的支气管炎，呼吸困难，吐黄痰，发生肺水肿，呕吐，以致很快死亡。二氧化氮对人体的影响如表1-6所示。

　　表1-6 人体在不同浓度二氧化氮中的反应

　　二氧化氮浓度/%人体的反应

　　0.004经过2h～4h引起中毒现象——咳嗽

　　0.006短时间内对呼吸道有刺激作用，咳嗽，胸痛

　　0.01短时间内出现剧烈咳嗽，声带痉挛收缩，呕吐，神经系统麻木

　　0.025短时间内死亡

　　由于二氧化氮剧毒，因此《规程》规定：井下空气中二氧化氮浓度不超过0.00025%。煤矿井下二氧化氮主要来源于爆破作业。

　　(七)二氧化硫(SO2)

　　二氧化硫是一种无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸味，对眼睛有刺激作用。二氧化硫相对空气的比重为2.22，易积聚于巷道底部，易溶于水。它与呼吸道湿润表皮接触后能产生硫酸，对呼吸器官有腐蚀作用，易使支气管发炎，呼吸麻痹，严重时可引起肺水肿。二氧化硫对人体的影响如表1-7所示。

　　表1-7 人体在不同浓度二氧化硫中的反应

　　二氧化硫浓度/%人体的反应

　　0.0005嗅觉器官感到刺激

　　0.002强烈地刺激眼睛和呼吸器官，眼红，流泪咳嗽，头痛，喉痛

　　0.05引起急性支气管炎，肺气肿，短期内会中毒死亡

　　《规程》规定：矿井内空气二氧化硫浓度不得超过0.0005%。二氧化硫的主要来源是：含硫煤的自然发火;在含硫煤中进行爆破工作和含硫煤尘爆炸;硫化矿物缓慢氧化。

　　(八)氨气(NH3)

　　氨是无色，有浓烈臭味的气体，相对空气的比重为0.60，易溶于水，有爆炸性(爆炸界限为16%～27%)。氨对人的皮肤和呼吸系统有刺激作用，能引起咳嗽，流泪，头晕，声带水肿，重者会晕迷，痉挛，心力衰竭，以致死亡。氨气来源于爆破，用水熄灭燃着的煤炭生成氨，部分岩层中也有氨气涌出。为防止氨气事故，《规程》规定：氨气的最高允许浓度为0.004%。