《礦井通風與安全》主講人戴廣龍8要點

4第七章礦井通風系統(tǒng)與通風設計本章主要內(nèi)容1、礦井通風系統(tǒng)-類型、適應條件、主要通風機工作方式、安裝地點、通風系統(tǒng)的選擇2、采區(qū)通風-基本要求、進回風上山選擇、采煤工作面通風系統(tǒng)3、通風構筑物及漏風-風門、風橋、密閉、導風板；礦井漏風、漏風率、有效風量率、減少漏風措施4、礦井通風設計-內(nèi)容與要求、優(yōu)選通風系統(tǒng)、礦井風量計算、阻力計算、通風設備選擇5、可控循環(huán)通風第一節(jié)礦井通風系統(tǒng)礦井通風系統(tǒng)是向礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風網(wǎng)路、通 風動力和通風控制設施的總稱。一、礦井通風系統(tǒng)的類型及其適用條件按進、回井在井田內(nèi)的位置不同， 通風系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。1 、中央式進、回風井均位于井田走向中央。根據(jù)進、回風井的相對位置， 又分為 中央并列式和中央邊界式（中央分列 式）。2、對角式1 ）兩翼對角式進風井大致位于井田走向的中央， 兩 個回風井位于井田邊界的兩翼（沿傾斜 方向的淺部），稱為兩翼對角式，如果只有一個回風井，且進、回風分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。2）分區(qū)對角式進風井位于井田走向的中央，在各采區(qū)開掘一個不深的小回風井，無總回風巷。3、區(qū)域式| |在井田的每一個生產(chǎn)區(qū)域開鑿進、回風井，i.；分別構成獨立的通風系統(tǒng)。如圖。4、混合式由上述諸種方式混合組成。例如，中央分列與兩翼對角混合式，中央并列與兩 翼對角混合式等等。二、主要通風機的工作方式與安裝地點主要通風機的工作方式有三種： 抽出式、壓入式、壓抽混合式。1 、抽出式主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風系 統(tǒng)處在低于當?shù)卮髿鈮毫Φ呢搲籂顟B(tài)。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流 的壓力提高，比較安全。2 、壓入式主要通風機安設在入風井口，在壓入式主要通風機作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在 高于當?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài)。在冒落裂隙通達地面時，壓入式通風礦井采區(qū)的有 害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力降 低。3、壓抽混合式在入風井口設一風機作壓入式工作， 回風井口設一風機作抽出式工作。 通風系統(tǒng)的 進風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間，其正壓或負壓均 不大，采空區(qū)通連地表的漏風因而較小。其缺點是使用的通風機設備多，管理復 雜。三、礦井通風系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、礦井瓦斯 涌出量、煤層自燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、后期生產(chǎn)需要的前 提下，通過對多種個可行的礦井通風系統(tǒng)方案進行技術經(jīng)濟比較后確定。中央式通風系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井初期宜優(yōu)先采有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，應 采用對角式或分區(qū)對角式 通風；當井田面積較大時，初期可采用 中央通風，逐步過渡為對角式或 分區(qū)對角式。 礦井通風方法一般采用抽出式。當?shù)匦螐碗s、露頭發(fā)育老窯多、采用多風井通風有利 時，可采用壓入式通風。第二節(jié)采區(qū)通風系統(tǒng)采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的主要組成單元 ，包括：采區(qū)進風、回風和工作面 進、回風巷道組成的風路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風流控制設施。一、采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求1、每一個采區(qū)， 都必須布置回風道，實行分區(qū)通風。2、采煤和掘進工作面應獨立通風系統(tǒng)。有特殊困難必須用聯(lián)通風時應符合有關規(guī)定。3、煤層傾角大于12。的采煤工作面采用下行通風時，報礦總工程師批準，4、采煤和掘進工作面的進風和回風，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。二、采區(qū)進風上山與回風上山的選擇上（下）山至少要有兩條；對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有 3條或4條上山。1、軌道上山進風，運輸機上山回風2、運輸機上山進風、軌道上山回風比較：軌道上山進風，新鮮風流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，輸送 機上山進風，運輸過程中所釋放的瓦斯，可使進風流的瓦斯和煤塵濃度增大，影 響工作面的安全衛(wèi)生條件。三、采煤工作面上行風與下行風下行通風運煤方向f 新風 f 污風Th上行風與下行風是指進風流方向與采煤工作面的關系而言。當采煤工作面進風巷道 水平低于回風巷時，采煤工作面 的風流沿傾斜向上流動，稱上行 通風，否則是下行通風。上行通風運煤方向 f 新風 f 污風T，優(yōu)缺點：1、下行風的方向與瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象。2、上行風比下行風工作面的氣溫要高。3、下行風比上行風所需要的機械風壓要大；4、下行風在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風要大。四、工作面通風系統(tǒng)1 、 U型與Zffl通風系統(tǒng)2、Y型、陽及雙Z型通風系統(tǒng)第三節(jié)通風構筑物及漏風礦井通風系統(tǒng)網(wǎng)路中適當位置安設的隔斷、引導和控制風流的設施和裝置，以保證風流按生產(chǎn)需要流動。這些設施和裝置，統(tǒng)稱為 通風構筑物。一、通風構筑物分為兩大類：一類是通過風流的通風構筑物 ，如主要通風機風碉、反風裝置、風 橋、導風板和調(diào)節(jié)風窗；另一類是 隔斷風流的通風構筑物，如井口密閉、擋風墻、 風簾和風門等。1、風門按設地點：在通風系統(tǒng)中既要隔斷風流又要行人或通車的地方應設立風門。在行人或通車不多的地方，可構筑普通風門。而在行人通車比較頻繁的主要運輸?shù)郎?，則應構筑自動風門。設置風門的要求：(1)每組風門不少于兩道，通車風門間距不小于一列車長度，行人風門間距不小于5ml入排風巷道之間要需設風門處同時設反向風門，其數(shù)量不少于兩道；(2)風門能自動關閉；通車風門實現(xiàn)自動化，礦井總回風和采區(qū)回風系統(tǒng)的風門要裝有閉鎖裝置；風門不能同時敞開(包括反風門)；(3)門框要包邊沿口，有墊襯，四周接觸嚴密，門扇平整不漏風，門扇與門框不歪扭。門軸與門框要向關門方向傾斜80至85 ;(4)風門墻垛要用不燃材料建筑，厚度不小于 0.5m,嚴密不漏風；墻垛周邊要掏槽，見硬頂、硬幫與煤巖接實。墻垛平整，無裂縫、重縫和空縫；(5)風門水溝要設反水池或擋風簾，通車風門要設底坎，電管路孔要堵嚴；風門前后各5m巷道支護良好，無雜物、積水、淤泥。2 、風橋當通風系統(tǒng)中進風道與回風道需水平交叉時， 為使進風與回風互相隔開需要構筑 風橋。按其結構不同可分為三種。1)繞道式風橋開鑿在巖石里，最堅固耐用，漏風少。102)混凝土風橋結構緊湊，比較堅固。3)鐵筒風橋可在次要風路中使用。3、密閉密閉是隔斷風流的構筑物 閉的結構隨服務年限的不 同而分為兩類：設置在需隔斷風流、也不需要通車行人的巷道中。密1)臨時密閉，常用木板、 木段等修筑，并用黃泥、石 灰抹面。2）永久密閉,常用料石、磚、水泥等不燃性材料修筑。4、導風板在礦井中應用以下幾種導風板。1）引風導風板；2）降阻導風板；3）匯流導風板二、漏風及有效風量1、礦井漏風及其危害性有效風量：礦井中流至各用風地點，起到通風作用的風量。漏風：未經(jīng)用風地點而經(jīng)過采空區(qū)、 地表塌陷區(qū)、通風構筑物和煤柱裂隙等通道直 接流（滲）入回風道或排出地表的風量。漏風的危害：使工作面和用風地點的有效風量減少， 氣候和衛(wèi)生條件惡化，增加無 益的電能消耗，并可導致煤炭自燃等事故。減少漏風、提高有效風量是通風管理 部門的基本任務。2、漏風的分類及原因1 ）漏風的分類礦井漏風按其地點可分為：（1）外部漏風（或稱井口漏風）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通風機附近的井口、防爆蓋、反風門、調(diào)節(jié)閘門等處的漏風。（2）內(nèi)部漏風（或稱井下漏風）是指井下各種通風構筑物的漏風、采空區(qū)以及碎 裂的煤柱的漏風。2 ）漏風的原因當有漏風通路存在，并在其兩端有壓差時，就可產(chǎn)生漏風。漏風風流通過孔隙的流態(tài)，視孔隙情況和漏風大小而異。3 、礦井漏風率及有效風量率1）礦井有效風量Qe是指風流通過井下各工作地點實際風量總和。2 ）礦井有效風量率： 礦井有效風量率是礦井有效風量 Q與各臺主要通風機風量總 和之比。礦井有效風量率應不低于 85%3）礦井外部漏風量-指直接由主要通風機裝置及其風井附近地表漏失的風量總和。（可用各臺主要通風機風量的總和減去礦井總回（或進）風量）4）礦井外部漏風率-指礦井外部漏風量Q與各臺主要通風機風量總和之比。礦井主要通風機裝置外部漏風率無提升設備時不得超過 5% ,有提升設備時不得超 過 15%。4、減少漏風、提高有效風量漏風風量與漏風通道兩端的壓差成正比，和漏風風阻的大小成反比。應增加地面主 要通風機的風碉、反風道及附近的風門的氣密性，以減少漏風。第四節(jié) 礦井通風設計一、礦井通風設計的內(nèi)容與要求1、礦井通風設計的內(nèi)容?確定礦井通風系統(tǒng)；?礦井風量計算和風量分配；?礦井通風阻力計算；?選擇通風設備；?概算礦井通風費用。2、礦井通風設計的要求?將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產(chǎn)和良好的勞動條件；?通風系統(tǒng)簡單，風流穩(wěn)定，易于管理，具有抗災能力；?發(fā)生事故時，風流易于控制，人員便于撤出；?有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施；?通風系統(tǒng)的基建投資省，營運費用低、綜合經(jīng)濟效益好。二、優(yōu)選礦井通風系統(tǒng)1、礦井通風系統(tǒng)的要求1）每一礦井必須有完整的獨立通風系統(tǒng)。2）進風井口應按全年風向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高溫氣體侵入的地方。3）箕斗提升井或裝有膠帶輸送機的井筒不應兼作進風井，如果兼作回風并使用，必須采取措施，滿足安全的要求。4）多風機通風系統(tǒng)，在滿足風量按需分配的前提下， 各主要通風機的工作風壓應 接近。5）每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，必須布置回風巷，實行分區(qū)通風。6）井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風流，回風風流必須直接引入礦井的總回風巷或主要回風巷中。7）井下充電室必須單獨的新鮮風流通風，回風風流應引入回風巷。2、確定礦井通風系統(tǒng)根據(jù)礦井瓦斯涌出量、礦井設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、 地溫、煤層自燃傾向性及兼顧中后期生產(chǎn)需要等條件，提出多個技術上可行的方 案，通過優(yōu)化或技術經(jīng)濟比較后確定礦井通風系統(tǒng)。三、礦井風量計算（一）、礦井風量計算原則礦井需風量，按下列要求分別計算，并必須采取其中最大值。（1 ）按井下同時工作最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風量不得少于4m3;（2 ）按采煤、掘進、碉室及其他實際需要風量的總和進行計算。（二）礦井需風量的計算1、采煤工作面需風量的計算采煤工作面的風量應該按下列因素分別計算，取其最大值。（1）按瓦斯涌出量計算：Q wi = 100 Q gw i k式中：Qwi第i個采煤工作面需要風量，m3/minQgwi 第i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m3/minkgwi 第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)，通常機采工作面取kgwi = 1.21.6炮采工作面取kgwi=1.42.0,水采工作面取kgwi=2.03.0（2）按工作面進風流溫度計算：采煤工作面應有良好的氣候條件。具進風流溫度可根據(jù)風流溫度預測方法進行計算。其氣溫與風速應符合表中的要求:米煤工作面進風流氣溫 C米煤工作回風速m/s<150.30.515180.50.818200.81.020231.01.523261.51.8采煤工作面的需要風量按下式計算:Q wi =60 V wi S wi k wH式中vwi第i個采煤工作面的風速，按其進風流溫度從表中取；m/s,Swi第i個采煤工作面有效通風斷面，取最大和最小控頂時有效斷面的平均 值，m2 ;kwi第i個工作面的長度系數(shù)。3）按使用炸藥量計算：Qwi二 25 Awi式中25每使用1kg炸藥的供風量，m3/min；第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量，kg4）按工作人員數(shù)量計算：Qwi4nwi式中4每人每分鐘應供給的最低風量,m3/minnwi第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，個。5）按風速進行驗算按最低風速驗算各個采煤工作面的最小風量:Qwi - 600.25 SwiQwi E 60 4 Swi按最高風速驗算各個采煤工作面的最大風量：2、掘講工作而需風量的計算：煤君、平煤巖和巖巷掘講工作面的風量.應按下列因素分別計算.取其最大俏(1)按瓦斯涌出量計算:Qhi = 100 Qghi kghi式中 Qhi第i個掘進工作面的需風量，m3/minQghi第i個掘進工作面的絕對瓦斯涌出量；m3/minkghi第i個掘進工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風量系數(shù)。一般可取1.52.0。Qhi =25 A%(2)按炸藥量計算式中25使用1kg炸藥的供風量，m3/min;Ahi第i個掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg(3)按局部通風機吸風量計算Q hi.一 Q hfi k hfi式中一一第i個掘進工件面同時運轉(zhuǎn)的局部通風機額定風量的和。khfi一一為防止局部通風機吸循環(huán)風的風量備用系數(shù)，一般取1.21.3;進風巷道中無瓦斯涌出時取1.2,有瓦斯涌出時取1.3。(4 )按工作人員數(shù)量計算Qhi = 4 nhi式中nhi一一第i個掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，人。(5)按風速進行驗算按最小風速驗算，各個巖巷掘進工作面最小風量：Qhi - 600.15 Shi各個煤巷或半煤巖巷掘進工作面的最小風量；Q hi :二 604 sdi按最高風速驗算，各個掘進工作面的最大風量：Qhi >60 x 0.25 x Shi式中shi 第i個掘進工作面巷道的凈斷面積，m2 3、碉室需風量計算獨立通風碉室的供風量，應根據(jù)不同類型的碉室分別進行計算：(1 )機電碉室發(fā)熱量大的機電碉室，按碉室中運行的機電設備發(fā)熱量進行計算：式中Qri第個機電碉室的需風量，m3/min 機電碉室中運轉(zhuǎn)的電動機(變壓器)總功率，KW0機電碉室的發(fā)熱系數(shù)，P空氣密度，一般取1.25kg/m3cp空氣的定壓比熱，一般可取1KJ/kgkAt機電碉室進、回風流的溫度差，C采區(qū)變電所及變電碉室，可按經(jīng)驗值確定需風量Qri=6080m3/min(2)爆破材料庫Qri=4*V/60式中 v庫房空積，m3(3)充電碉室按其回風流中氫氣濃度小于0.5%計算Qri=200*q rhi式中qrhi第個充電碉室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3/min。5、礦井總風量計算礦井的總進風量，應按采煤、掘進、碉室及其他地點實際需要風量的總和Qm = Qwt +三 Qht , 三1Qrt )父 km式中ZZQwi米煤工作面和備用工作面所需風量之和，m3/min ；E Qhi 掘進工作面所需風量之和，m3/min ；E Qri碉室所需風量之和，m3/min;km礦井通風系統(tǒng)（包括礦井內(nèi)部漏風和配風不均勻等因素）備用系數(shù)，直取1.151.25。四、礦井通風總阻力計算（一）礦井通風總阻力計算原則1、礦井通風設的總阻力，不應超過 2940P32、礦井井巷的局部阻力，新建礦井按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。（二）礦井通風總阻力計算礦井通風總阻力：風流由進風井口起，到回風井口止，沿一條通路（風流路線）各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和，簡稱礦井總阻力，用hm表示。對于礦井有兩臺或多臺風主要通風機工作，礦井通風阻力按每臺主要通風機所服 務的系統(tǒng)分別計算。在主要通風機的服務年限內(nèi)，隨著采煤工作面及采區(qū)接替的變化， 通風系統(tǒng)的總 阻力也將因之變化。當根據(jù)風量和巷道參數(shù)直接判定最大總阻力路線時，可按該 路線的阻力計算礦井總阻力；當不能直接判定時，應選幾條可能是最大的路線進 行計算比較，然后定出該時期的礦井總阻力。礦井通風系統(tǒng)總阻力最小時稱通風容易時期。通風系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風 困難時期。對于通風困難和容易時期，要分別畫出通風系統(tǒng)圖。按照采掘工作面及碉室的需 要分配風量，再由各段風路的阻力計算礦井總阻力。計算方法：沿著風流總阻力最大路線，依次計算各段摩擦阻力hf,然后分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力hf1和hf2o通風容易時期總阻力：hm =hfi he =hfi (0.10.15)hfi =(1.11.15)hf1hm2=hf2 恒山2 (0.10.1則2 = (1.11.15)hf2h fi二 i l i u i 2S2 Qi通風困難時期總阻力:nh f = z h fii =1hf按下式計算：式中五、礦井通風設備的選擇礦井通風設備是指主要通風機和電動機（一）礦井通風設備的要求：1、礦井必須裝設兩套同等能力的主通風設備，其中一套作備用2、選擇通風設備應滿足第一開采水平各個時期工況變化，并使通風設備長期高效率運行。3、風機能力應留有一定的余量。4、進、出風井井口的高差在150m以上，或進、出風井井口標高相同，但井深400m 以上時，宜計算礦井的自然風壓。（二）主要通風機的選擇1、計算通風機風量QfQ f 二 kQ m式中Qf主要通風機的工作風量，m3/s;Qm礦井需風量，m /s；k漏風損失系數(shù)，風并不提升用時取1.1;箕斗井兼作回硯用時取1.15;回風回升P$人員時取1.2。2、計算通風機風壓離心式通風機（提供的大多是全壓曲線）：H td min = hm + hd + hvd HNHtd max = hm + hd + hvd + H N容易時期困難時期軸流式通風機（提供的大多是靜壓曲線）：H sd min = hmhd 一 H NH sd max = hmhdH N18容易時期困難時期hm 通風系統(tǒng)的總阻力；hd通風機附屬裝置（風碉和擴散器）的阻力；hvd 擴散器出口動能損失；Hn自然風壓，當自然風壓與通風機風壓作用相同時取"十；自然風壓與通風機負壓作用反向時取二0。3、初選通風機根據(jù)計算的礦井通風容易時期通風機的Qf、HsdmM或Htdmin）和礦井通風困難通風機的Qf、H sdma乂或H tdma*在通風機特性曲線上，選出滿足礦井通風要求的通風機。4、求通風機的實際工況點因為根據(jù)Qf、HsdmM或Htdmin）和Qf、Hsdma乂或Htdmax）確定的工況點，但設計工況點 不一定恰好在所選擇通風機的特性曲線上，必須根據(jù)通風機的工作阻力，確定其 實際工況點。步驟：1）計算通風機的工作風阻用靜壓特性曲線時：Rsd minRsd maxH sd minQ2H sd maxQ2Rtd minR-td maxH td minQ2H-td maxQ2用全壓特性曲線時：2)確定通風機的實際工況點在通風機特性曲線上作通風機工作風阻曲線，與風壓曲線的交點即為實際工況5、確定通風的型號和轉(zhuǎn)速根據(jù)通風機的工況參數(shù)(Qf、Hsd、4、N)對初選 的通風機進行技術、經(jīng)濟和安 全性比較，最后確定通風機的 型號和轉(zhuǎn)速。6、電動機選擇(1)通風機的輸入功率按通風容易和困難時期，分別計算風所需的輸入功率Nmin , NmaxN minQ f H sd minN max -Q f H sd max1000 n ss1000 刈 sN minQ f H td minN=m maxQ f H td max1000 tls1000 刈 s(2)、電動機的臺數(shù)及種類Ne = Nmax ke ( e tr) emax e e ii當Nmin>0.6Nmax時，可選一臺電動機，電動機功率為：當Nmin<0.6Nmax時，選二臺電動機，其功率分別為：初期：后期按選一臺電機公式計算。"e ：電機效率，"tr：傳動效率。六、概算礦井通風費用噸煤通風成本是通風設計和管理的重要經(jīng)濟指標。噸煤通風成本主要包括下列費用：1、電費(W1)噸煤的通風電費為主要通風機年耗電費及井下輔助通風機、局部通風機電費之和除以年產(chǎn)量，可用如下公式計算：W1=(E+Ea)mD/TE主要通風機年耗電量，D 電價，元/KWh;T礦井年產(chǎn)量，噸；“v變壓器效率，可取0.95;Ea局部通風機和輔助通風機的年耗電量；Y W 電纜輸電效率2、設備折舊費3、材料消耗費用4、通風工作人員工資費用5、專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費折算至噸煤的費用。6、采每噸煤的通風儀表的購置費和維修費用。第五節(jié)可控循環(huán)通風概述可控循環(huán)通風是由英國學者S.J.LEACH和A.SLACK研究提出，七十Qc=100% Q年初在英國開始應用。之后，包括中國Q 在內(nèi) 的許多國家也相繼對可控循環(huán)通" 干=風進行了研究和應用。定義：在低瓦斯礦中，當采掘工作面位于礦井的邊遠地區(qū)，原有通風系統(tǒng)不能保 證按需供風，而該地區(qū)的回風的風質(zhì)又比較好時，可以在局部通風系統(tǒng)的進、回風之間安置通風設備、設施和監(jiān)控設備，對回風進行合理循環(huán)控制加以再利用，以增加用風地點的實際風量。此種 通風方法稱為可控循環(huán)風。 循環(huán)率：