《采煤概论》电子教案 矿井通风

河 南 理 工 大 学 采煤概论精品课程 第第14章章 矿井通风矿井通风1 1本章主要内容第第14章章 矿井通风矿井通风第一节 矿井通风的任务与矿井空气矿井通风的任务与矿井空气第二节第二节 矿井通风压力和通风阻力矿井通风压力和通风阻力第三节第三节 矿井通风动力矿井通风动力第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统第五节第五节 矿井总风量的计算矿井总风量的计算第六节第六节 采区通风系统采区通风系统第七节第七节 掘进通风方法掘进通风方法第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物2 2 第一节 矿井通风的任务与矿井空气矿井通风的任务与矿井空气一、矿井通风的基本任务煤矿生产是地下作业，自然条件比较复杂，只有少数井巷与地面相通，因此，矿井通风是保证矿井安全的最主要的技术手段之一，在矿井建设和生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个用风地点，其主要任务是：1）提供井下足够的新鲜空气，以供人员呼吸；2）把井下的及稀释和排除井下有毒、有害气体和矿尘；3）创造良好的矿井工作环境，保证井下有适合的气候条件（及适宜的温度、湿度与风速），以利于工人劳动和机器运转。3 3第一节 矿井通风的任务与矿井空气矿井通风的任务与矿井空气二、矿井空气1.矿井空气中的主要成分地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。一般地说，地面空气的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三种气体组成，按体积的百分比数计为：氧20.96%；氮79%；二氧化碳0.04%。煤矿安全规程规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%；采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不得超过0.5%，总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%。当采掘工作面风流中二氧化碳浓度超过1.5%，或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停工处理。4 4第一节 矿井通风的任务与矿井空气矿井通风的任务与矿井空气2.矿井空气中的有害气体矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的切气体，均称为有害气体。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氢（H2S）、氢气（H2）、氨（N2）等。这些有毒有害气体对煤矿井下作业人员人身健康和安全有极大危害。规程规定，井下空气中一氧化碳的浓度不得超过00024；井下空气中二氧化硫浓度不得超过00005。5 5第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力一、空气压力表示一条水平巷道，在巷道内风流（空气）能从A点向B点流动，是因为A点的压力大于B点的压力，由此可以引出两个概念，一是A点或B点的压力，称为点压力；二是A点与B点之间存在着压力差。6 6第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力1.点压力空气的点压力可以用绝对压力和相对压力来表示。1)绝对压力：某点的绝对压力是以真空为基准，以“0”压为起算点所计量的压力，所以，绝对压力总是正值，其单位通常用帕（Pa）表示。通常说的大气压力就是指绝对压力。一个标准大气压力值为101.325Pa。2)相对压力：某点的相对压力是以当地的大气压力为基准所计算的压力。若大于当地的大气压力的为正压，小于当地的大气压力的为负压。故相对压力有正值和负值之分。相对压力的单位通常是帕（Pa）表示。2.两点压力差由于A、B两点压力大小不相等，因而在A、B两点之间就存在压力差，由于这种压力差是由矿井通风机或自然因素造成的，故压力差又叫通风压力。它是用来克服巷道通风阻力并使风流按照规定的风速流动的动力，其数值可以通过计算或仪器测定得到。7 7第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力二、井巷通风阻力当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性、惯性以及井巷周边对风流的阻滞、扰动作用而形成的通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。上面已经提到，通风机或自然因素所形成的通风压力是用来克服矿井通风阻力的，所以通风压力和通风阻力是作用力与反作用力的关系，即数值相等，作用方向相反，故通风阻力值就是矿井通风需要的风压值。矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类。8 8第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力1.摩擦阻力空气沿井巷流动时，由于流层之间的摩擦和流体与井巷周边壁面之间的相互摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力（也称沿程阻力），它与巷道断面的大小、形状、支架型式、巷道壁的粗糙程度有关。在矿井通风中，常用风流的压能损失h摩来表示摩擦阻力，其值的大小按下式计算，h摩=LUQ2/S3（141）式中 h摩井巷摩擦阻力，Pa；井巷摩擦阻力系数，NS2/m4（牛秒2/米2）；L井巷长度，m；U井巷周边长度，m；Q井巷中流过的风量，m3/s。通常令上式中 LU/S3=R摩 式中 R摩摩擦风阻，NS2/m8。则（1）式可写成：h摩=R摩Q2 （142）9 9第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力2.局部阻力空气流经井巷的某些局部地点（如井巷突然扩大、突然缩小，急转弯以及分岔或汇合等），造成风流速度和方向的突然变化，导致均匀风流产生紊乱的涡流与撞击，因而在局部地点产生的附加阻力称为局部阻力。其值可按下式计算：h局=R局Q2 （143）式中 h局井巷局部阻力：Pa；R局产生局部阻力地点的局部风阻，Ns2/m8。综合以上所述，井巷的通风总阻力h阻=h摩+h局 =（R摩+R局）Q2 =R总Q2 （14-4）式中 h阻井巷通风总阻力，Pa；R总井巷通风总风阻，NS2/m4；Q井巷中流过的风量，m3/S。1010第二节矿井通风压力和通风阻力第二节矿井通风压力和通风阻力三、降低通风阻力的措施1）减小井巷摩擦阻力系数。对于服务年限长的主要井巷，应尽量采用巷道周壁表面光滑的支护方式，对于棚式支护，应尽量架设整齐，必要时背好帮顶等，。2）保证有足够大的井巷断面。特别是主要进、回风流巷道断面扩大对降低风阻效果明显。3）尽量缩短通风路线长度。因为巷道的摩擦阻力与巷道长度呈正比，因此应尽量缩短风路的长度。4）避免巷道内风量过于集中。巷道摩擦阻力与风量的平方成正比，若巷道内风量过于集中，摩擦阻力会大大增加。因此，应尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。5）降低局部阻力。应尽量避免巷道急拐弯，避免巷道断面突然扩大、突然缩小，尽量避免在主要巷道内任意停放车辆、堆积木材、器材等。1111第三节第三节 矿井通风动力矿井通风动力一、自然通风使空气获得能量，产生自然风压，使其沿井巷流动，这种自然力主要是由地面温度的变化，使矿井风侧和回风侧空气温度发生差异而引起的。规程规定，矿井必须采用机械通风，自然通风只能在特定条件下使用。1212第三节第三节 矿井通风动力矿井通风动力二、机械通风机械通风是矿井通风的主要动力。按其服务范围可以分为三种：1）主要通风机（简称主扇），主要用于全矿井或矿井的一翼（部分）；2）辅助通风机（简称辅扇），主要服务于矿井网络的某一分支（如采区或工作面），以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量；3）局部通风机（简称局扇），主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风。矿用通风机按其构造又可分为离心式通风机和轴流式通风机两类。1313第三节第三节 矿井通风动力矿井通风动力1）离心式通风机1414第三节第三节 矿井通风动力矿井通风动力 2）轴流式通风机1515第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统一、矿井主要通风机的工作方式 矿井主要通风机的工作方式主要有抽出式通风和压入式通风两 种。1）抽出式 2）压入式通风 3）抽出和压入混合式通风图14-51616第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统二、矿井通风方式按照矿井进风井和回风井相互位置关系，可把矿井通风方式分为三种基本类型：1）中央式，又可分为中央并列式和中央分列式两种。2）对角式，又可分为两翼对角式和分区对角式两种。3）混合式，混合式是中央式和对角式或中央并列式和中央分列式所组成的一种综合形式，它是老矿井进行深部开采时常采用的通风方式。1717第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统中央并列式图14-61818第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统中央分列式图14-71919第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统对角式图14-82020第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统中央式与对角式比较优点：（1）矿井总回风巷可以随采区接替逐步开掘，因而建井工期短，总回风巷的维护费用低；（2）回风井筒数目少，同时运转的风机台数少，容易管理；（3）当进风井口及井底车场附近发生火灾需要反风时，容易实现。缺点：（1）随着向边界采区开采，总回风巷不断延长，通风线路随之加长，因而通风阻力不断增加；（2）矿井生产期间，由于井下巷道阻力不断增加，阻力变动范围大，难以保证通风机在高效率状态下运转；（3）矿井总进风和总回风风流反向平行流动，容易发生漏风；（4）在矿井生产的中后期，多采区同时生产时矿井通风系统关联性太强，系统独立性差，系统防灾抗灾能力差。2121第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统三、矿井反风矿井进风口、井筒、井底车场附近一量发生火灾，为缩小灾情、出，有时需要反风，即改变风流方向。规程规定，矿井：矿井主要通风机必须有反风装置，必须能在10min内改变巷道中的风流方向；风流方向改变后，供风量应小于正常风量的40。1离心式通风机的反风2轴流式通风机的反风2222第四节第四节 矿井通风系统矿井通风系统图14-9图14-102323第五节第五节 矿井总风量的计算矿井总风量的计算一、矿井配风原则、方法和依据1）配风原则和方法：根据实际需要，“由里向外”配风，即首先确定井下各用风地点(如采掘工作面、硐室、火药库等)所需的风量，然后逆风流方向加上各风路中允许的漏风量，求得各风路上的风量和矿井的总进风量；根据求得的矿井总进风量再加上空气体积膨胀的风量(这项风量约为总进风量的5)即得矿井总回风量。2）配风的依据(1)氧气含量的规定；(2)瓦斯、氧化碳等有害气体安全浓度的规定；(3)风流速度的规定；(4)空气温度的规定，(5)空气中悬浮粉尘安全浓度的规定。2424第五节第五节 矿井总风量的计算矿井总风量的计算二、生产矿井总进风量的计算 生产矿井总进风量是指井下各工作地点的需风量和各条风路中损失风量的总和。根据规程规定，矿井需要的风量(Q)应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矿井总需风量：Q矿进=4NK矿通 m3/min 式中：N井下同时工作的最多人数 K矿通矿井通风系数；一般取1.201.25 2）按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算：Q矿进=（Q采+Q掘+Q硐+Q其它）K矿通m3/min 式中：Q采采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；Q掘掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；Q硐硐室实际需要风量的总和，m3/min；Q其它矿井除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和，m3/min。2525第五节第五节 矿井总风量的计算矿井总风量的计算三、新设计矿井风量的计算设计矿井的风量，可参照邻近生产矿井的通风资料，按生产矿井的风量计算方法进行计算。对新矿区、无邻近生产矿井参照时，可参照省内气候、矿山地质、开采技术条件相类似的生产矿井的风量计算方法进行计算。2626第六节采区通风系统第六节采区通风系统一、采区通风 采区通风系统是矿井通风系统的核心单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和采煤工作面进回风巷道等组成的风路连接形式及采区的风流控制设施。所谓采区通风系统是指风流进入采区，沿采区巷道清洗工作面后排出采区的整个风流流动路线。在准备采区时，必须在采区内构成通风系统以后方可开掘其它巷道。采煤工作面必须在构成全风压通风以后，方可回采。采区进、回风巷必须贯穿整个采区长度或高度，严禁将一条上山、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段为进风巷，另一段为回风巷。采区内一般布置三条上山，一条为运输上山，一条为轨道上山，一条专用回风上山。瓦斯涌出量小的小煤矿可布置两条上山。2727第六节采区通风系统第六节采区通风系统2828第六节采区通风系统第六节采区通风系统二、采煤工作面通风由采煤工作面及其进、回风巷道所构成的通风路线叫采煤工作面通风系统。采煤工作面的通风系统可有多种形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通风系统。1）“U”型通风系统：这种通风系统最为简单，采用最广泛。但它的缺点是，采煤工作面的采空区一侧的上隅角容易积聚瓦斯。2）“Y”型通风系统：这种通风系统对解决回风流瓦斯浓度过高或上隅角积存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上顺槽沿采空区一翼全长预先掘出，且在回采期内要始终维护。3）“W”型通风系统：这种通风系统适用于瓦斯涌出量大、工作面较长的综采工作面，当开采煤层的瓦斯涌出量特别大时，还可在中间平巷中布置钻孔抽放瓦斯，但这种通风系统中有半个工作面是下行通风对有煤与瓦斯突出的采煤工作面严禁采用。4）还有“Z”型通风系统 2929第六节采区通风系统第六节采区通风系统图14-14图14-153030第七节第七节 掘进通风方法掘进通风方法掘进通风方法有总风压通风、引射器通风和局部通风机通风三种。局部通风机通风的通风方式主要有压入式、抽出式和混合式通风三种，图14-163131第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物一、风门一、风门 在人员和车辆需要通行，而不能让风流通过的巷道中，需要设置通风构 筑物，这种既要切断风流又能保证行人通车的通风构筑物称为风门。二、风墙二、风墙 风墙（又称密闭）是用来切断风流或封闭采空区，防止瓦斯向巷道扩散的一种构筑物。风墙按服务年限不同可分为临时性风墙和永久性风墙两类。临时性风墙由于服务年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性风墙要用不燃性材料（如砖、料石或水泥等）修筑。14-173232第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物三、风桥三、风桥 在进风巷道与回风流平面交叉处，为防止风流短路，使进回风分离，需要设置通风构筑物，这种用于隔开两条互相交叉的进、回风流的构筑物称为风桥。图 14-18 3333第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物四、井口封闭装置四、井口封闭装置 在安设扇风机的井筒内，空气压力与大气压力之间存在较大压力差，为防止井内风流和地面大气短路，其井口必须有封闭装置，以使井口和地面大气隔开。对于通风、提升共用的井筒，应将整个井楼密闭起来。出风斜井井口一般都要安设风门，以便把地面与井下空气隔离，同时对扇风机起到防爆安全作用。3434第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物五、风量调节图 14-20 图 15-20 3535第八节第八节 矿井通风构筑物矿井通风构筑物2)矿井总风量调节 (1)改变离心式通风机转速。或改变轴流式通风机工作轮叶片的安装角，使主要通风机的风压及风量发生变化，从而调节矿井的风量。(2)改变通风机的工作风阻(利用闸门)也可以改变通风机的工作状况，从而达到调节风量的目的，一般离心式通风机多采用这种方法。3636思思 考考 题题1矿井通风的任务是什么？2矿井空气中的主要成分与地面空气的主要成分有什么不同？3.矿内空气为什么会在井巷中流动？降低矿井通风阻力的措施主要有哪些？4.自然通风的原理是什么？按其服务范围机械通风可分为哪三种？5什么叫矿井通风系统？6矿井主要通风机的工作方式有哪几种？7矿井通风方式有哪几种？各有什么有缺点？8矿井配风的原则、方法和依据是什么？9.生产矿井总进风量如何计算？10.什么是采区通风系统，主要有哪几种方式？11.采煤工作面的通风系统有哪几种形式？各有什么优缺点及适应条件？12.掘进工作面局部通风机通风的通风方式主要有哪几种？各有什么优缺点？13.矿井通风构筑物主要有哪些？各起什么作用？3737