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4第七章矿井通风系统与通风设计本章主要内容1、矿井通风系统-类型、适应条件、主要通风机工作方式、安装地点、通风系统的选择2、采区通风-基本要求、进回风上山选择、采煤工作面通风系统3、通风构筑物及漏风-风门、风桥、密闭、导风板；矿井漏风、漏风率、有效风量率、减少漏风措施4、矿井通风设计-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5、可控循环通风第一节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、排出污浊空气的通风网路、通 风动力和通风控制设施的总称。一、矿井通风系统的类型及其适用条件按进、回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）。2、对角式1 ）两翼对角式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。3、区域式| |在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，i.；分别构成独立的通风系统。如图。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。二、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： 抽出式、压入式、压抽混合式。1 、抽出式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 、压入式主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，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。3、压抽混合式在入风井口设一风机作压入式工作， 回风井口设一风机作抽出式工作。 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。三、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、兼顾中、后期生产需要的前 提下，通过对多种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 采用对角式或分区对角式 通风；当井田面积较大时，初期可采用 中央通风，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。第二节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：采区进风、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、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须用联通风时应符合有关规定。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 3条或4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下行通风运煤方向f 新风 f 污风Th上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。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，否则是下行通风。上行通风运煤方向 f 新风 f 污风T，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、工作面通风系统1 、 U型与Zffl通风系统2、Y型、阳及双Z型通风系统第三节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 ，如主要通风机风碉、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、风门按设地点：在通风系统中既要隔断风流又要行人或通车的地方应设立风门。在行人或通车不多的地方，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。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5ml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 0.5m,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5m巷道支护良好，无杂物、积水、淤泥。2 、风桥当通风系统中进风道与回风道需水平交叉时， 为使进风与回风互相隔开需要构筑 风桥。按其结构不同可分为三种。1)绕道式风桥开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。102)混凝土风桥结构紧凑，比较坚固。3)铁筒风桥可在次要风路中使用。3、密闭密闭是隔断风流的构筑物 闭的结构随服务年限的不 同而分为两类：设置在需隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。密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。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、矿井漏风及其危害性有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量。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：（1）外部漏风（或称井口漏风）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。（2）内部漏风（或称井下漏风）是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1）矿井有效风量Qe是指风流通过井下各工作地点实际风量总和。2 ）矿井有效风量率： 矿井有效风量率是矿井有效风量 Q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%3）矿井外部漏风量-指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）4）矿井外部漏风率-指矿井外部漏风量Q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%。4、减少漏风、提高有效风量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 要通风机的风碉、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。第四节 矿井通风设计一、矿井通风设计的内容与要求1、矿井通风设计的内容?确定矿井通风系统；?矿井风量计算和风量分配；?矿井通风阻力计算；?选择通风设备；?概算矿井通风费用。2、矿井通风设计的要求?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；?通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；?发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；?有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；?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）进风井口应按全年风向频率，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，如果兼作回风并使用，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。7）井下充电室必须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（一）、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4m3;（2 ）按采煤、掘进、碉室及其他实际需要风量的总和进行计算。（二）矿井需风量的计算1、采煤工作面需风量的计算采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。（1）按瓦斯涌出量计算：Q wi = 100 Q gw i k式中：Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/minQgwi 第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/minkgwi 第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取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）按工作面进风流温度计算：采煤工作面应有良好的气候条件。具进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表中的要求:米煤工作面进风流气温 C米煤工作回风速m/s60 x 0.25 x Shi式中shi 第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2 3、碉室需风量计算独立通风碉室的供风量，应根据不同类型的碉室分别进行计算：(1 )机电碉室发热量大的机电碉室，按碉室中运行的机电设备发热量进行计算：式中Qri第个机电碉室的需风量，m3/min 机电碉室中运转的电动机(变压器)总功率，KW0机电碉室的发热系数，P空气密度，一般取1.25kg/m3cp空气的定压比热，一般可取1KJ/kgkAt机电碉室进、回风流的温度差，C采区变电所及变电碉室，可按经验值确定需风量Qri=6080m3/min(2)爆破材料库Qri=4*V/60式中 v库房空积，m3(3)充电碉室按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算Qri=200*q rhi式中qrhi第个充电碉室在充电时产生的氢气量，m3/min。5、矿井总风量计算矿井的总进风量，应按采煤、掘进、碉室及其他地点实际需要风量的总和Qm = Qwt +三 Qht , 三1Qrt )父 km式中ZZQwi米煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min ；E Qhi 掘进工作面所需风量之和，m3/min ；E Qri碉室所需风量之和，m3/min;km矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，直取1.151.25。四、矿井通风总阻力计算（一）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 2940P32、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。（二）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。按照采掘工作面及碉室的需 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hf2o通风容易时期总阻力：hm =hfi he =hfi (0.10.15)hfi =(1.11.15)hf1hm2=hf2 恒山2 (0.10.1则2 = (1.11.15)hf2h fi二 i l i u i 2S2 Qi通风困难时期总阻力:nh f = z h fii =1hf按下式计算：式中五、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（一）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，其中一套作备用2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。3、风机能力应留有一定的余量。4、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m 以上时，宜计算矿井的自然风压。（二）主要通风机的选择1、计算通风机风量QfQ f 二 kQ m式中Qf主要通风机的工作风量，m3/s;Qm矿井需风量，m /s；k漏风损失系数，风并不提升用时取1.1;箕斗井兼作回砚用时取1.15;回风回升P$人员时取1.2。2、计算通风机风压离心式通风机（提供的大多是全压曲线）：H td min = hm + hd + hvd HNHtd max = hm + hd + hvd + H N容易时期困难时期轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）：H sd min = hmhd 一 H NH sd max = hmhdH N18容易时期困难时期hm 通风系统的总阻力；hd通风机附属装置（风碉和扩散器）的阻力；hvd 扩散器出口动能损失；Hn自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取十；自然风压与通风机负压作用反向时取二0。3、初选通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、HsdmM或Htdmin）和矿井通风困难通风机的Qf、H sdma乂或H tdma*在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。4、求通风机的实际工况点因为根据Qf、HsdmM或Htdmin）和Qf、Hsdma乂或Htdmax）确定的工况点，但设计工况点 不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其 实际工况点。步骤：1）计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时：Rsd minRsd maxH sd minQ2H sd maxQ2Rtd minR-td maxH td minQ2H-td maxQ2用全压特性曲线时：2)确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况5、确定通风的型号和转速根据通风机的工况参数(Qf、Hsd、4、N)对初选 的通风机进行技术、经济和安 全性比较，最后确定通风机的 型号和转速。6、电动机选择(1)通风机的输入功率按通风容易和困难时期，分别计算风所需的输入功率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)、电动机的台数及种类Ne = Nmax ke ( e tr) emax e e ii当Nmin0.6Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为：当Nmin0.6Nmax时，选二台电动机，其功率分别为：初期：后期按选一台电机公式计算。e ：电机效率，tr：传动效率。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)吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算：W1=(E+Ea)mD/TE主要通风机年耗电量，D 电价，元/KWh;T矿井年产量，吨；“v变压器效率，可取0.95;Ea局部通风机和辅助通风机的年耗电量；Y W 电缆输电效率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。第五节可控循环通风概述可控循环通风是由英国学者S.J.LEACH和A.SLACK研究提出，七十Qc=100% Q年初在英国开始应用。之后，包括中国Q 在内 的许多国家也相继对可控循环通 干=风进行了研究和应用。定义：在低瓦斯矿中，当采掘工作面位于矿井的边远地区，原有通风系统不能保 证按需供风，而该地区的回风的风质又比较好时，可以在局部通风系统的进、回风之间安置通风设备、设施和监控设备，对回风进行合理循环控制加以再利用，以增加用风地点的实际风量。此种 通风方法称为可控循环风。 循环率：
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