讲稿矿井通风系统及通风设计
2020-03-03 22:37:32 来源：范文大全收藏下载本文
矿井通风系统
主要内容：
一、矿井通风系统——基本任务、类型及其适用条件、主要通风机的工作方式与安装地点、通风系统的选择；
二、采区通风——基本要求、采区进风上山与回风上山的选择、采煤工作面上行风与下行风、采煤工作面通风系统；
三、通风构筑物及漏风——通风构筑物、漏风及有效风量、减少漏风措施；
四、矿井通风设计——矿井通风设计的内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、通风设备选择
一、矿井通风系统
矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网路的总称。
（一）矿井通风系统的基本任务
矿井通风系统的基本任务如下：
（1）供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。
（2）冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。
（3）调节井下气候，创造良好的工作环境。
（二）矿井通风系统的类型及其适用条件
按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。
1．中央式
进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）（见图1）。
图1 2．对角式
（1）两翼对角式
进、回风分别位于井田的两翼。
进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式；如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。
（2）分区对角式
进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。
两翼对角式与分区对角式通风系统如图2所示。
图2 3．区域式
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。
4．混合式
由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。
（三）主要通风机的工作方式与安装地点
主要通风机的工作方式有三种，即抽出式、压入式和压抽混合式。 1． 抽出式
如图3所示，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。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。 2．压入式
如图4所示，主要通风机安装在入风井口，在压入式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。
图3
图4
3．压抽混合式
如图5所示，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。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。
图5
（四）矿井通风系统的选择
根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全及兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点，因此矿井初期宜优先采用。
有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式通风或分区对角式通风。
当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。
矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。
二、采区通风系统
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括采区进、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。
（一）采区通风系统的基本要求
（1）每一个采区都必须布置回风道，实行分区通风。
（2）采煤工作面和掘进工作面应采用独立的通风系统。有特殊困难必须串联通风时，应符合有关规定。（串联通风，必须在被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%,其他有害气体浓度都应符合《煤矿安全规程》的规定）
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（3）煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准。 （4）采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。
（二）采区进风上山与回风上山的选择
上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有三条或四条上山。 1．轨道上山进风，运输机上山回风 2．运输机上山进风、轨道上山回风
比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。
（三）采煤工作面上行风与下行风
上行风与下行风是相对于进风流方向与采煤工作面的关系而言的。如图6所示，当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则称下行通风。
图6
优、缺点：
（1）下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。
（2）上行风比下行风工作面的气温要高。
（3）下行风比上行风所需要的机械风压要大。
（4）下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。
（四） 采煤工作面通风系统
1．U形与Z形通风系统(见图7)
图7 2．Y形、W形及双Z形通风系统(见图8)
图8 3．H形通风系统(见图9)
图9
三、通风构筑物及漏风
矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。
（一）通风构筑物
风构筑物分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等 。
1． 风门
风门：在需要通过人员和车辆的巷道中设置的隔断风流的门
安设地点：在通风系统中既要断风流又要行人或通车的地方应设立风门。在行人
6 或通车不多的地方，可构筑普通风门；而在行人通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门。风门表示方式、调节风门表示方法如图10所示。
图10
设置风门的要求：
（1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5 m。入排风巷道之间要需设风门处同时设反向风门，其数量不少于两道。
（2）风门能自动关闭，通车风门实现自动化，矿井总回风和采区回风系统的风门要装有闭锁装置，风门不能同时敞开（包括反风门）。
（3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜80°至85°。
（4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5 m，严密不漏风。墙垛周边要掏槽，见硬顶、硬帮与煤岩接实，墙垛平整，无裂缝、重缝和空缝。
（5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严。风门前后各5 m内巷道支护良好，无杂物、积水和淤泥。 2．风桥
设在进、回风交叉处而又使进、回风互不混合的设施称为风桥。
当通风系统中进风巷道与回风巷道需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开，需要构筑风桥。风桥按其结构不同可分为以下三种：
（1）绕道式风桥：开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。（见图11） （2）混凝土风桥：结构紧凑，比较坚固。（见图12）
图11
图12
（3）铁筒风桥：可在次要风路中使用。
7 3．密闭
密闭是隔断风流的构筑物，设置在需隔断风流、不需要通车行人的巷道中（见图13）。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：
（1）临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。
（2）永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。
图13 4．导风板
在矿井中应用以下几种导风板：
（1）引风导风板。 （2）降阻导风板。 （3）汇流导风板。
（二）漏风及有效风量 1．漏风及其危害
矿井有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量总和。
漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。
漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。
2．漏风的分类及原因
（1）漏风的分类
矿井漏风按其地点可分为：
矿井外部漏风（或称井口漏风）：泛指地表附近如箕斗井井口、地面主通风机附近
8 的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。
矿井内部漏风（或称井下漏风）：指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。
（2）漏风的原因
当有漏风通路存在，并在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。 3．矿井漏风率及有效风量率
矿井有效风量：风流通过井下各工作地点实际风量总和。
矿井有效风量率：矿井有效风量与各台主要通风机风量总和之比。矿井有效风量率应不低于85%。
矿井外部漏风量：直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。（可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回或进风量）
矿井外部漏风率：矿井外部漏风量与各台主要通风机风量总和之比。 矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5％，有提升设备时不得超过15％。
（三）减少漏风，提高有效风量
1．外部漏风
漏风风量与漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。
2．内部漏风
（1）采用中央并列式通风系统时，进、回风井保持一定的距离，防止井筒漏风。 （2）进、回风巷间的岩柱和煤柱要保持足够的尺寸，防止被压裂而漏风，进、回风巷间应尽量减少联络巷，必须设置两道以上的高质量的风门及两道反向风门。
（3）提高构筑物的质量，防止漏风，加强通风构筑物的严密性是防止矿井漏风的基本措施。
（4）采空区要注浆、洒浆、洒水等，可提高压实程度，减少漏风。 （5）利用箕斗回风时，井底煤仓要有一定的煤量，防止漏风。 （6）采空区和不用的风眼及时关闭。
四、矿井通风设计
（一）矿井通风设计的内容与要求
矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济合理的矿井通风系
9 统。矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计。
1． 矿井通风设计的内容 （1）确定矿井通风系统。
（2）矿井风量计算和风量分配。 （3）矿井通风阻力计算。 （4）选择通风设备。 （5）概算矿井通风费用。 2．矿井通风设计的要求
（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件； （2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力； （3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；
（4）有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施； （5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。
（二）优选矿井通风系统
1．矿井通风系统的要求
（1）每一矿井必须有完整的独立通风系统。
（2）进风井口按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。
（3）箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。
（4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。
（5）每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。
（6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。
（6）井下充电室必须采用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。
2．确定矿井通风系统
根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。
（三）矿井风量计算
1．矿井风量计算原则
矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。
（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4 m3。 （2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
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2．矿井需风量的计算
（1）采煤工作面需风量的计算
按瓦斯涌出量计算、按工作面进风流温度计算、按使用炸药量计算、按工作人员数量计算按工作人员数量计算、按风速进行验算。
（2）掘进工作面需风量的计算 按瓦斯涌出量计算、按炸药量计算、按局部通风机吸风量计算、按工作人员数量计算、按风速进行验算。
（3）硐室需风量计算
机电硐室、爆破材料库、充电硐室。 3．矿井总风量计算
矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。
（四）矿井通风总阻力计算
1．矿井通风总阻力计算原则
（1）矿井通风设的总阻力，不应超过3 000 Pa。
（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。
2．矿井通风总阻力计算
矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。
对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。
在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。当根据风量和巷道参数直接判定最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判定时，应选几条可能是最大的路线进行计算比较，然后定出该时期的矿井总阻力。
矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。
对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。
计算方法：沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力hf，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力hf1 和 hf2。
（五）矿井通风设备的选择
矿井通风设备是指主要通风机和电动机。
1．矿井通风设备的要求
(1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套备用。
(2)选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并且使通风设备长期高效率
11 运行。
（3）风机能力应留有一定的余量。
（4）进、出风井井口的高差在150 m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深 400 m以上时，宜计算矿井的自然风压。
2．主要通风机的选择
（1）计算通风机风量Qf 。
（2）计算通风机风压。
（3）初选通风机。
（4）求通风机的实际工况点。
（5）确定通风的型号和转速。
（6）电动机选择
（六）概算矿井通风费用
吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。
吨煤通风成本主要包括下列费用：
(1)电费（W1）。
（2）设备折旧费。
（3）材料消耗费用。
（4）通风工作人员工资费用。
（5）专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。
（6）采每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用。
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