安全生产技术精讲班第59讲讲义
(二)采场矿山压力及其控制方法
【考试大纲要求】：
1、熟悉采场顶板管理及支护技术，采场矿山压力分布规律及其控制方法；
2、了解井下供电的电压等级和保证矿山设备安全的要求；
3、了解保护接地、井下设备的类型及选用规定；
4、熟悉矿用电缆、漏电保护、过流保护和煤矿防爆设备的规定；
5、了解矿井通风的目的和通风原理；
6、熟悉矿井通风系统、通风方式、风量计算、配风标准；
7、掌握矿井通风参数测定、通风建（构）筑物的设置、矿井反风、局部通风等技术要点，通风设备、通风设施的要求。
【教材内容】：
(二)采场矿山压力及其控制方法
1．回采工作面矿山压力的基本概念
  在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。 通常把由开采过程而引起的岩移运动对支架围岩所产生的作用力，称为矿山压力。
  在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象，如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象，均称之为矿山压力显现。因此，矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。
2.煤矿矿山压力控制方法
（1）直接顶稳定性分类与老顶压力显现强度分级
直接顶是指直接位于煤层之上的易垮落岩层。煤矿直接顶稳定性分类主要以直接顶初次垮落步距为主要指标，将直接顶分为不稳定、中等稳定、稳定和非常稳定4类。
  老顶是位于直接顶之上较硬或较厚的岩层老顶压力显现分为4级，即老顶来压不明显、来压明显、来压强烈和来压极强烈。
（2）回采工作面支架主要有单体摩擦式金属支柱、单体液压支柱和液压自移支架等几种，少数矿井也还使用木支柱。
3．金属非金属矿山地压控制方法
(1)空场采矿法地压控制
    空场采矿法藉矿柱控制采场顶板和围岩的暴露面积。根据矿岩的强度，采取合适的矿房和矿柱尺寸，以维护采场的稳定。有时为了提高矿岩的承载能力，除留矿柱外，还可采取木支柱、锚杆支护等辅助性措施，以保证回采工作的安全。
(2)充填采矿法地压控制
    充填采矿法在回采矿石的同时，用充填材料充填回采空间，实现采场地压控制。充填体限制围岩的位移和变形，减缓围岩移动的危害和降低地表下沉的程度；充填体使矿柱由单向或双向受力状态变为三向受力状态，从而提高了矿柱的强度；回采空间充填后，能降低蓄积在围岩中的弹性应变能，从而提高了地下结构抵抗动荷的能力。
(3)崩落采矿法地压控制
    随着回采工作面向前推进，顶板岩层中压力波亦向前移动。在回采工作面前后方顶板岩层中形成应力降低区、应力升高区和原始应力区。顶板岩层强度越大，开采深度越深，其应力峰值越高。
    采用单层崩落法采矿时，为使工作面附近有一个安全地段．应根据顶板岩石的力学性质，合理确定最大悬顶距。为保证回采工作安全，使作用在工作面上方的压力值较小，必须随回采工作面的进行，工作面向前推进一定距离，在控顶距处架设密集切顶立柱，进行放顶。
    采用无底柱分段崩落法采矿时，为维持回采进路良好的稳定性，必须掌握回采进路周围岩体中的应力分布，回采顺序对进路的影响，以便采取相应的维护措施。采用有底柱崩落采矿法的地压控制问题，主要是维护出矿巷道的稳定性。
三、矿山设备安全知识
(一)井下电网电压等级
1．电网等级
    煤矿井下电网与地面三相四线制电网不同，其电压等级有特殊的规定，《煤矿安全规程》规定，煤矿井下各级配电网络电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求：
(1)高压，不超过10000V；
(2)低压，不超过1140V；
(3)照明、信号、电话和手持式电气设备的供电电压，不超过127V；
(4)远距离控制线路的额定电压，不超过36V；
(5)采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。
2．煤矿井下供电系统的基本要求
(1)煤矿井下属于一类用户，停电会造成人员伤亡和重大的生产损失。
(2)煤矿井下供(配)电网不允许采用中性点接地工作方式，不允许井下配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。
(3)矿井电网短路容量，老矿井一般限制为50mVA；新建矿井不再作此限制(一般为100mVA或200mVA)。
(4)矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流，使之不超过20A。
(二)井下电气设备的类型及选用规定
   为了在煤矿井下安全使用电能，不论是低瓦斯矿井、高瓦斯矿井或有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的矿井，均须采用矿用电气设备。矿用电气设备分为矿用一般型和矿用防爆型两类。
1．矿用一般型电气设备
    矿用一般型电气设备应符合GBl2173—1990《矿用一般型电气设备》的规定。矿用一般型适用煤矿井下无瓦斯、煤尘爆炸危险场所或其他类似的地下工业生产部门。
2．矿用防爆型电气设备
  (1)适用于爆炸危险场所电气设备的分类。  I类：煤矿用电气设备；  Ⅱ类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。这些设备外壳的明显处都有在这种场所使用的电气设备的特别标志“Ex"。矿用防爆电气设备应符合GB 3836—2000《爆炸性气体环境用电气设备》系列标准。
  (2)煤矿常用防爆电气设备的防爆标志。矿用隔爆型电气设备的防爆标志为Exd I；矿用本质安全型电气设备的防爆标志为Exib I(或Exia 1)；矿用隔爆兼本质安全型电气设备的防爆标志为Exd [ib]I  (或Exd [ia]1)；矿用增安型电气设备的防爆标志为Exe I；矿用增安兼本质安全型电气设备的防爆标志为Exe [ib] I。
3．矿用型电气设备的选用
    矿用电气设备的选用，应符合规定要求。否则，必须制定安全措施。
    普通型携带式电气测量仪表，必须在瓦斯浓度1．0％以下的地点使用，并实时监测使用环境的瓦斯浓度。
    带电的矿用电气设备，严禁在井下开盖检查或检修，严禁带电搬迁或运输。
    井下电气设备不应超过额定值运行。
    矿用电气设备变更额定值使用和进行技术改造时，必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后，方可投入运行。
    矿用防爆电气设备入井前，应检查其“产品合格证”、“防爆合格证”、“煤矿矿用产品安全标志”及安全性能；检查并签发合格证后，方准入井。

 
(三)矿用电缆
 (三)矿用电缆
1．煤矿井下电缆的选型
    电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。严禁采用铝包电缆。必须选用经检验合格并取得煤矿矿用安全标志的阻燃电缆。电缆的主芯级截面应满足供电线路负荷的要求。电缆接地芯线的截面应不小于主芯线截面的一半。
2．煤矿井下电缆的敷设
   敷设电缆(与手持式或移动式设备连接的电缆除外)应遵守下列规定：
   (1)在总回风巷和专用回风巷中不应敷设电缆。
   (2)电缆必须悬挂，在水平巷道或倾角在30°以下的井巷中，电缆应用吊钩悬挂；在立井井筒或倾角在30°及其以上的井巷中，电缆应用夹子、卡箍或其他夹持装置进行敷设。夹持装置应能承受电缆重量，并不得损伤电缆。
   (3)沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上，钻孔必须加装套管。
   (4)电缆不应悬挂在风管或水管上，不得遭受淋水。电缆上严禁悬挂任何物件。
   (5)盘圈或“8”字形的电缆不得带电。但给采、掘机组供电的电缆不受此限。
   (6)通信和信号电缆应与电力电缆分挂在井巷的两侧，如果受条件所限，在井筒内，应敷设在距电力电缆0．3m以外的地方；在巷道内，应敷设在电力电缆上方0．1m以上的地方。
   (7)高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时，高、低压电缆之间的距离应大于0．1m。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm。
3．电缆的连接
   电缆的连接应符合下列的要求：
(1)电缆与电气设备的连接，必须用与电气设备性能相符的接线盒。电缆芯线必须使用齿形压线板(卡爪)或线鼻子与电气设备进行连接。
(2)不同型电缆之间严禁直接连接，连接时必须经过符合要求的接线盒、连接器或母线盒进行连接。
(3)同型电缆之间直接连接时必须遵守下列规定：橡套电缆的修补连接(包括绝缘、护套已损坏的橡套电缆的修补)必须采用阻燃材料进行硫化热补或与热补有同等效能的冷补。在地面热补或冷补后的橡套电缆，必须经浸水耐压试验，合格后方可下井使用。在井下冷补的电缆必须定期升井试验。塑料电缆连接处的机械强度以及电气、防潮密封、老化性能，应符合矿用电缆的技术标准。
(4)井下巷道内的电缆，沿线每隔一定距离、拐弯或分支点以及连接不同直径电缆的接线盒两端、穿墙电缆的墙的两边都应设置注有编号、用途、电压和截面的标志牌。
(5)立井井筒中所用的电缆不得有接头；因井筒太深需设接头时，应将接头设在中间水平巷道内。运行中因故需要增设接头而又无中间水平巷道时，可在井筒中设置接线盒，接线盒应放置在托架上，不应使接头承力。电缆穿过墙壁部分应用套管保护，并严密封堵管口。
(四) 煤矿井下保护接地、漏电保护和过流保护
   保护接地、漏电保护、过流保护，通常称为煤矿井下电气网络的三大保护。
1．保护接地
   保护接地就是用导体把电气设备中所有正常不带电部分的外露金属部分和埋在地下的接地电极连接起来，是预防人身触电的一项极其重要的措施。它的作用是当设备外壳带电后，电流从接地装置导入地下。如果电气设备接地良好，则接地电阻会比人体电阻小得多，当人体接触带电外壳时，通过人体的电流就会大大减少，从而减少触电危险性。
   电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠 装电缆的钢带(或钢丝)、铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地。保护接地主要有：保护接地 网、主接地极、局部接地极、接地母线、连接导线与接地导线。
2．漏电保护
   为了防止电网触电及由此造成的危害，以及人触及带电体时造成的触电事故，应装设 漏电动作保护器。它可以在设备或线路漏电时，通过保护装置的检测机构获得异常信号，经中间机构转换和传递，然后促使执行机构动作，自动切断电源而起到保护作用。
漏电保护的主要作用是：
①防止人身触电；
②不间断地监视井下采区低压电网的绝缘状态， 以便及时采取措施，防止其绝缘进一步恶化；
③减少漏电电流引起瓦斯、煤尘爆炸的危险，防止因漏电电流引爆电雷管；
④防止短路电流所产生的电弧烧穿隔爆型电气设备的外壳，或使其外壳的温度升高超过危险值，引起瓦斯、煤尘爆炸；
⑤预防电缆和电气设备因漏电引起的相间短路故障；
⑥选择性漏电保护装置的使用，将会缩短漏电的停电范围，并便于寻找漏电故障，及时排除，从而缩短了漏电停电时间。
3．过流保护
   过流是指电气设备或线路的电流超过规定值。要使过电流保护装置起到应有的保护作 用，应合理选择熔丝的额定电流，选择并调整继电器的动作值。
   所有的电气设备和供电线路都必须有可靠的过流保护。过流保护包括短路保护、过负荷保护(过载保护)和断相保护等。
四、矿井通风
(一)矿井通风系统
1．矿井通风的目的
   矿井通风的目的有两个：在正常生产时期，保证向矿井各用风地点输送足够数量的新鲜空气，用以稀释有毒有害气体，排除矿尘和保持良好的工作环境，确保矿井安全生产；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其他措施结合，防止灾害扩大。
2．矿井通风系统
    矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气，排除污浊空气的通风网络、通风动力及其装置和通风控制设施(通风构筑物)的总称。
(1)通风类型。根据进风井和出风井的布置方式，矿井通风系统的类型可以分为中央式(中央并列式和中央分列式)、对角式(两翼对角式和分区对角式)和混合式3类。
(2)通风方式。根据主要通风机的工作方法，矿井通风方式分为抽出式、压入式和压抽混合式。
3．矿井漏风
    矿井漏风是指通风系统中风流沿某些细小通道与回风巷或地面发生渗漏的短路现象。产生漏风的条件是有漏风通道并在其两端有压力差存在。矿井漏风按其地点可分为外部漏风和内部漏风，前者是指地表与井下之间的漏风，后者是指井下各处的漏风。
    矿井漏风会造成动力的额外消耗；使矿井、采区和工作面的有效风量(送达用风地点的风量)减少，造成瓦斯积聚、气温升高等，影响生产和工人身体健康；大量的漏风会使通风系统稳定性降低，风流易紊乱，调风困难，易发生瓦斯事故；会使采空区、被压碎的煤柱和封闭区内的煤炭及可燃物发生氧化自燃，易发生火灾；当地表有塌陷区时，老窑裂隙的漏风会将采空区的有害气体带入井下，使井下环境条件恶化而威胁安全生产。
4．矿井反风
  矿井反风是为防止灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施。
(1)全矿性反风。全矿反风是指井下各主要风道的风流全部反向的反风。
    在矿井进风井、井底车场、主要进风大巷或中央石门发生火灾时常采用全矿性反风，避免火灾烟流进入人员密集的采掘工作面。《煤矿安全规程》规定：矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中风流方向，当风流方向改变后主要风机的供给风量不应小于正常供风量40％。每年应进行1次反风演习，反风设施至少每季度检查1次矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。
(2)局部反风。在采区内部发生灾害时，维持主要通风机正常运转，主要进风风道风向不变，利用风门开启或关闭造成采区内部风流反向的反风。
 (二)矿井风量计算及通风参数测定
1．煤矿矿井风量计算
   煤矿矿井风量按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：
(1)按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不少于4m3；
(2)按采煤、掘进、硐室和其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实际需要风量，必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度，每人供风量符合矿山安全规程的有关规定。
2．金属非金属地下矿山风量计算
    金属非金属地下矿山风量按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：
(1)按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不少于4m3； 
(2)按排尘风速计算。峒室型采场最低风速不小于0. 15 m／s，巷道型采场和掘进巷遣不小于0．25 m/s；电耙道和二次破碎峒室巷道不小于0.5 m/s ；箕斗峒室、破碎峒室等作业地点，可根据具体条件．在保证作业地点空气中有害物质的接触限值符合《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2一2002)的前提下，分别采用计算风量的排尘风速；
(3)有柴油设备运行的矿井，按同时作业机台数每千瓦每分钟供风量4m3计算。 
3．通风参数测定
 (1)压力。静压是单位体积空气具有的对外做功的机械能所呈现的压力，是风流质点热运动撞压器壁面而呈现的压力，包括绝对静压和相对静压。
   位压是单位体积内空气在地球引力作用下，相对于某一基准面产生的重力位能所呈现的压力。水平巷道的风流流动无位压差，在非水平巷道，风流的位压差就是该区段垂直空气柱的重力压强。
   动压是单位体积空气风流定向流动具有的动能所呈现的压力，又称为速压。风流动压通常用皮托管配合压差计测定。
   全压是单位体积风流具有的(静)压能与动能所呈现的压力之和。
总机械能(总压力)是矿井风流在井巷某断面具有的(静)压能、位能和动能的总和。
   (2)风速。风速的测定采用风表，风表一般分为高速风表(≥10m／s)、中速风表(0．5～10m／s)和微速风表(0．3～0．5m／s)。

 
(三)矿井通风设备和通风构筑物
(三)矿井通风设备和通风构筑物
1．矿用通风设备
矿用通风设备中最主要的是通风机。通风机按其服务范围的不同，可分为主要通风机、辅助通风机、局部通风机；按通风机的构造和工作原理，可分为离心式通风机和轴流式通风机。
主要通风机是用于全矿井或矿井某一翼(区)的通风；辅助通风机是用于矿井通风网络内的某些分支风路中借以调节其风量、帮助主要通风机工作；局部通风机是用于矿井局部地点通风的，它产生的风压几乎全部用于克服它所连接的风筒阻力。
通风机工作基本参数是：风量、风压、效率和功率，它们共同表达通风机的规格和特性。通风机的合理选择是要求预计的工况点在H--Q曲线的位置应满足两个条件：
(1)通风机工作时稳定性好，预计工况点的风压不超过H--Q曲线驼峰点风压的90％，而且预计工况点更不能落在H--Q曲线点以左——非稳定工作区段；
(2)通风机效率要高，最低不应低于60％。
2．通风构筑物
矿井通风建(构)筑物是矿井通风系统中的风流调控设施，用以保证风流按生产需要的线路流动。矿井通风建(构)筑物可分为两大类：一类是通过风流的构筑物，包括主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板、调节风窗和风障；另一类是遮断风流的构筑物，包括风墙和风门等。
(四)局部通风技术
利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风。
1．局部通风方法
向井下局部地点进行通风的方法。按通风动力形式的不同，可分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风，其中以局部通风机通风最为常用。
(1)局部通风机通风。局部通风机的常用通风方式有压入式、抽出式、压抽混合式。
压入式通风：局部通风机及其附属装置安装在距离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流经风筒输送到掘进工作面，污风沿掘进巷道排出。
抽出式通风：局部通风机安装在距离掘进巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过风筒由局部通风机抽出。
混合式通风：混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，其中压入式向工作面供新鲜风流，抽出式从工作面抽出污风，其布置方式取决于掘进工作面空气中污染物的空间分布和掘进、装载机的位置。
(2)矿井全风压通风。全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。
(3)引射器通风。利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法称为引射器通风。引射器通风一般都采用压入式。
2．矿井局部通风的安全管理规定
(1)瓦斯喷出和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式；
(2)压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口不得小于10m；
(3)瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电；
(4)严禁使用3台以上(含3台)的局部通风机同时向1个掘进工作面供风。不得使用l台局部通风机同时向2个掘进工作面供风；
(5)恢复通风前，必须检查瓦斯。只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0．5％时，方可人工开启局部通风机。