非煤地下矿山机械通风系统的建立

矿井通风与机械通风系统

    矿井通风
    在冶金工业出版社1999年版的《中国冶金百科全书(采矿卷)》中，矿井通风指在机械或自然的动力作用下，将地面的新鲜空气连续地供给矿井作业地点，稀释并排出有毒、有害气体和粉尘，调节矿内气候条件，创造安全舒适工作环境的一门工程技术。
    采用自然动力的通风又叫自然通风，系指在自然风压作用下风流不断流过矿井形成自然通风的过程。风流流过井巷时与岩矿发生热交换，使得进、回风井里的气温出现差异，回风井里的空气重率比进风井里的空气重率小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差称为自然风压。
    采用机械动力的通风又叫机械通风。国外自19世纪中叶开始采用机械通风，我国则自20世纪50年代开始进行矿井机械通风的理论与应用研究，现代矿井多采用机械通风。
    矿井机械通风系统
    矿井机械通风系统系指矿井供、排风设备设施体系，包括矿井通风网络、通风动力设备、矿井通风构筑物和其他通风控制设施。
    矿井完善的机械通风系统必须具备以下3个要素：
    1.至少要有可靠的进风井和回风井各1个；
    2.采用机械动力，即风机；
    3.在整个矿井形成贯穿风流。
    矿井机械通风系统，按进风井与回风井在井田范围内的布置方式不同，分为中央式通风系统、对角式通风系统和中央对角混合式通风系统；按主扇的工作方式不同，分为压入式通风、抽出式通风和压抽混合式通风。
    非煤地下矿山机械通风存在的问题
    1.许多非煤矿山企业，尤其是小型非煤矿山企业未建立机械通风系统，主要依靠自然通风，无法确保矿井通风安全。
    2.即使建有机械通风系统的矿山企业，也只是为了应付安全监管部门的检查，很少投入运行。加之矿山企业长时间不对机械通风系统进行必要的维护和保养，使得机械通风系统无法投入运行。
    3.一些大中型矿山，由于同时作业的作业面较多，通风系统的通风效率不能满足生产需要，加之在掘进独头巷道与天井、溜井时，未加强局部通风，致使炮烟中毒事故时有发生。
    4.绝大多数矿山企业未按规定对矿井通风质量进行检测，矿井风量、风速和作业场所空气质量长期不符合安全规程，严重威胁井下作业人员的安全与健康。

矿井建立机械通风系统的必要性

    通风问题是炮烟中毒事故的主因
    据初步统计，2006年发生非煤矿山3人以上重特大事故共74起，死亡311人，其中地下矿山(含勘探井)炮烟中毒事故22起、死亡76人，分别占非煤矿山重特大事故的28%和24%。而这些炮烟中毒事故中，没有建立机械通风系统、通风设施不完善、未进行强制机械通风或强制通风不充分是导致事故发生的主要原因。如2006年12月份发生在云南澜沧铅矿有限公司江城松山林铅锌矿、内蒙古群龙实业有限公司、贵州金鑫矿业有限公司乱岩塘汞矿、云南元阳县黄金公司、甘肃阳山金矿的炮烟中毒事故，均是由于未启用通风设备，在自然通风的条件下造成的。
    自然通风存在明显缺陷
    自然通风受季节变化影响较大，主要表现为：
    1.风量不稳定。春秋季节进、回风井温差较小，自然风压较小，通风效果较差，甚至会出现零风量的情况。
    2.风流方向不稳定。夏冬季节风流方向相反，春秋季节自然风压较小，风流方向不稳定。
    3.在自然通风的情况下，矿井不能实施强制反风，不利于矿井火灾、有毒有害气体扩散蔓延的控制。
    2004年11月20日，造成70人死亡，直接经济损失600余万元的河北邢台沙河市李生文铁矿井下火灾事故，其扩大的主要原因之一便是没有独立完善的通风系统，5个矿山井下相互之间由废弃的老巷道及未经处理的采空区连接，甚至各矿之间的平巷直接相连，加之所有的矿山均采用自然通风方式，形成了整个矿区井下风路的大循环，导致相连各矿均受到事故矿井火灾烟气的污染。

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矿井建立机械通风系统的可行性

    矿山企业是以营利为主要目的的资源型企业，企业建立机械通风系统必然考虑成本和效益。通风成本由设备折旧费、动力费、材料费、通风工工资、专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费、通风仪表的购置费和维修费等6类构成。
    下表是对山东金岭铁矿的侯庄、铁山、召口3个分矿2002年8月份通风费用的统计。

    侯庄和铁山分矿由于有效风量率偏低、风门存在严重漏风等问题，加大了通风费用的支出，就是通风费用    比较低的召口也存在着漏风等问题，如果解决了这些问题，通风费用还将降低。
    不同矿山之间通风费用的差别，是由于各地区之间的电力费用、人员工资、管理费用、有效风量率、建立机械通风系统的难易程度、设备采购运输等差异造成的。目前，我国非煤地下矿山完全有能力建立和运营机械通风系统。如果再考虑到因未采用机械通风而导致炮烟中毒事故的损失，非煤矿山非常有必要推行机械通风，以减少事故的发生。

机械通风应注意的问题

    《金属非金属矿山安全规程》的规定
　　国 家安全监管总局颁布的《金属非金属矿山安全规程》(以下简称《规程》)规定：“矿井应建立机械通风系统。对于自然风压较大的矿井，当风量、风速和作业场所空气质量能够达到《规程》中6.4.1井下空气的规定时，允许暂时用自然通风替代机械通风。”而原规程规定：“所有矿井必须建立完善的机械通风系统。”新规程的规定较原规程的规定更科学严谨，更合理可行。一方面，目前我国的金属非金属地下矿山规模小，服务年限短，非连续作业的占80%以上，其中一些位于山区的矿山，冬夏季节自然通风效果较好，完全能满足矿井通风风量、风速和风质的要求，可暂时用自然通风替代机械通风。另一方面，新规程的规定强调风量、风速和作业场所空气质量要始终满足要求，这可有效地防止某些矿山将机械通风系统作为摆设，在需要时也不投入运行的问题。   
    特别需要说明的是：
    1.矿山企业不能因为允许暂时采用自然通风而不设机械通风系统;
    2.矿山企业应指定专人对机械通风系统定期维护保养，确保一旦发现自然通风不能满足矿井通风要求的情况，或者井下发生火灾需要实施反风的情况，机械通风系统能立即投入运行；
    3.矿山企业要经常检测矿井的空气质量，在季节交替期间，要增加检测的次数，确保自然通风的风量、风速和作业场所空气质量满足《规程》的要求，否则机械通风系统应投入运行；
    4.矿井通风检测结果均应记录并存档。
    有效风量率
    矿井通风系统的有效风量率应不低于60%。矿井漏风是不可避免的，但如果矿井漏风严重，会造成主扇效率降低，增加无益的电能消耗，甚至使某些风路出现风流反向、烟尘倒流的现象。因此，无论从安全还是从经济角度考虑，都要求尽可能提高矿井通风系统的有效风量率。
　　独立通风
    各采掘工作面之间不应串联通风；井下破碎硐室、主溜井等处的污风，应引入回风道；井下炸药库，应有独立的回风道。
    采掘工作面在凿岩、爆破、装岩或出矿过程中，会产生大量的粉尘和炮烟等有毒有害物质，如果采用串联通风，会形成交叉污染，严重影响作业场所的空气质量，危害作业人员的身体健康甚至生命安全。
    井下破碎硐室、主溜井等是高浓度粉尘的产生点，为了防止污染井下其他作业地点的空气质量，要将其所形成的污风直接引入主回风道。
    井下炸药库的通风是根据其特殊性做出的要求。因为一旦炸药库发生爆破器材着火或爆炸事故，会产生大量的有毒有害气体。如果这些气体不是直接进入独立的回风巷道，会严重污染井下的其他区域，甚至造成作业人员中毒窒息的恶性事故。
    局部通风
    掘进工作面和通风不良的采场，应安装局部通风设备，爆破后应加强局部通风，防止出现炮烟中毒事故。
掘进的井巷和硐室，包括天井、溜井、斜井、平巷、机电硐室等，掘进时一般只有一个出口，称为独头巷道。独头巷道由于无法形成贯穿风流，其掘进过程中，如果没有局部通风设备，则新鲜风流难以到达工作面，掘进产生的炮烟、矿尘等会长时间积聚在工作面附近，导致工作面空气质量严重恶化，威胁作业人员的身体健康，甚至可能因炮烟浓度严重超标，造成作业人员中毒窒息的伤亡事故。因此，要求掘进工作面要安装局部通风设备，以加强通风。
    有些采用分层崩落采矿法、无底柱分段崩落采矿法的采场，其采掘和回采工作大多在独头巷道内进行，采场的通风问题与独头巷道的通风问题一样，也需要加强局部通风。所不同的是采场通风，在选择通风方式时要有一个合理的采区通风路线，以保证在分段巷道内有较强的贯穿风流，防止烟尘积聚和作业面风流串联，同时，要考虑采空区的漏风问题。
    主扇运转
    正常生产情况下，主扇应连续运转。当井下无污染作业时，主扇可适当减少风量运转；当井下完全无人作业时，允许暂时停止机械通风。当主扇发生故障或需要停机检查时，应立即向调度室和主管矿长报告，并通知所有井下作业人员。
    主扇反向措施
    主扇应有使矿井风流在10min内反向的措施。当利用轴流式风机反转反风时，其反风量应达到正常运转时风量的60%以上。每年至少进行1次反风试验，并测定主要风路反风后的风量。采用多级机站通风系统的矿山，主通风系统的每台通风机都应满足反风要求，以保证整个系统可以反风。主扇或通风系统反风，应按照事故应急预案执行。