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1 7.1 拟定矿井通风系统 7.2 矿井总风量的计算和分配 7.3 计算矿井通风总阻力. 7.4 选择矿井通风设备 7.5 概算矿井通风费用 7.6 生产矿井的通风系统改造 7.7 通风系统安全性评价 7 通风系统设计第1页/共95页2矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要一环。必须密切配合其它生产环节，周密考虑，精心设计。 新建矿井在进行开拓、开采设计的同时，还要对通风进行设计。生产矿井随着开拓、开采的发展变化，也要进行通风设计。这两类通风设计的内容和方法基本相似。矿井通风设计的依据是：矿井的安全条件(包括矿井沼气等级、各煤层的沼气含量、煤尘爆炸性、煤的自燃性等)，矿井设计的生产能力，矿井的开拓方式和采煤方法，采煤的年进度计划，矿井和各水平的服务年限；各种技术经济参数、性能的资料和有关法规与政策规定。 7 矿井通风设计第2页/共95页3矿井通风设计依据的基础资料：（1）矿井自然条件：地质、地形图；煤岩中的游离二氧化碳含量；煤层的瓦斯含量和压力以及瓦斯和二氧化碳涌出量；煤的自燃倾向性及自然发火期；煤尘爆炸性指数；矿区气候条件（年最高、低气温和年平均气温，常年主导风向，地温及地温增深率）。（2）矿井生产条件：矿井年产量及服务年限；矿井的开拓、开采与运输系统；各采区储量及按年限分配的位置与产量分配情况；同时开采的煤层数、采区数、采掘工作面数；井下同时工作的最多人数；同时爆破的最多炸药消耗量；井巷断面及支护形式等。第3页/共95页4（3）邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据或统计资料及风量计算方法。（4）各种技术经济参数、性能的资料以及有关法规与政策规定。 第4页/共95页5（3）邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据或统计资料及风量计算方法。（4）各种技术经济参数、性能的资料以及有关法规与政策规定。 第5页/共95页6矿井通风设计的主要步骤和内容：（1）拟定矿井通风系统，绘制通风系统图；（2）矿井总风量的计算与分配；（3）计算矿井通风系统总阻力及自然风压；（4）选择矿井通风设备；（5）矿井通风费用概算。 第6页/共95页77.1 拟定矿井通风系统风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统（Mine ventilation system） 矿井通风系统包括：通风方式，进、出风井的布置方式；通风方法，矿井主通风机的工作方法；通风网路。 一、矿井通风系统的类型 1中央式 1)中央并列式。其中又分为： 第7页/共95页8中央并列抽出式 在地形条件许可时，进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，二井底都开掘到第一水平，主要通风机设在出风井的井口附近，将污风抽到地表，出风井的井底必须和总进风流隔开，出风井的井口一般用防爆门紧闭；还要在岩石中做条回风石门mn，煤层倾角越大、总回风石门越短，反之越长。第8页/共95页9 用斜井开拓时，可以大致在走向的中央开掘一对并列斜井。第9页/共95页10 中央并列压入式 在图91中，把压入式主要通风机设置在进风井的井口附近，将新风自地表压入井下，进风井的井口房须密闭，其它与抽出式相同。第10页/共95页11第11页/共95页12第12页/共95页13第13页/共95页14第14页/共95页15 2)中央分列式(又名中央边界式)。其中又分为： 中央分列抽出式 进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔段距离，出风井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。第15页/共95页16中央分列压入式 如图93所示，主要通风机安设在进风井口(副井口)附近，其井口房须密闭，主井底和总进风须隔开，其它都与图92相同。 第16页/共95页17第17页/共95页18第18页/共95页192对角式 1)两翼对角式。其中又分为： 两翼对角抽出式 进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井和平峒开拓时，可把图94中的立井改为斜井和平峒。 第19页/共95页20 两翼对角压入式 进风井和出风井的位置与图94相同，只是在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口须密闭，主井底和总进风须隔开。 第20页/共95页21第21页/共95页222) 分区对角式。其中又分为： 分区对角抽出式 进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各掘一个小回风井，并分别安设抽出式分区主要通风机，可不必做总回风道。在图95中也可以用斜井代替立井，或者进风用垂直于走向(或平行于走向)的平峒，出风用斜井；或者进风和出风都用平峒。 第22页/共95页23第23页/共95页24分区对角压入式 各出风井口不安设扇风机，只在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口要密闭，主井井底和总进风须隔开。 第24页/共95页25第25页/共95页263. 混合式 进风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成，其中有中央分列与两翼对角混合式和中央并列与中央分列混合式等。例如，图97所示为中央分列与两翼对角混合式通风系统。为了缩短基建时间，在初期采用中央分列式通风系统，随着生产的发展，当开采到两翼边界时，则用中央分列与两翼对角混合式的通风系统。总之，要在初期通风系统的基础上，根据煤层赋存条件和生产发展情况等进行分析确定。 第26页/共95页27中央并列分列混合式第27页/共95页28中央分列与单翼对角混合式第28页/共95页29中央分列与对角混合式第29页/共95页30第30页/共95页31二、矿井通风系统的选择 选择矿井通风系统的因素较多，只要抓住起决定作用的主要因素，同时注意其它因素，进行全面分析，就有可能选定比较合理的通风系统。 1. 选择矿井通风系统的基本原则拟定矿井通风系统应严格遵循安全可靠、投产较快、出煤较多，通风基建费用和经营费用之总和最低以及便于管理的原则。(1) 矿井通风网路结构合理；集中进、回风线路要短，通风总阻力要小，多阶段同时作业时，主要人行运输巷道和工作点上的污风不串联。(2) 内外部漏风少。第31页/共95页32 (3) 通风构筑物和风流调节设施及辅助通风机要少。(4) 充分利用一切可用的通风井巷使专用通风井巷工程量最小。(5) 通风动力消耗少，通风费用低。 第32页/共95页33拟定通风系统的基本要求是：(1) 每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口。（2）矿井的每一生产水平和采区，都要布置单独的进回风道，实行分区通风，避免串联通风，以预防灾害事故的发生。(3) 进风井巷与采掘工作面的进风流的粉尘浓度不得大与0.5 mg/m3。(4) 新设计的箕斗井和混合井禁止作进风井，已作进风井的箕斗井和混合井必须采取净化措施，使进风流的含尘量达到上述要求。 (5) 主要回风井巷不得作人行道，井口进风不得受矿尘和有毒有害气体污染，井口排风不得造成公害。 第33页/共95页34 (6) 矿井有效风量率应在60以上。(7) 采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风，电耙司机应位于风流的上风侧，有污风串联时，应禁止人员作业。(8) 井下破碎硐室和炸药库，必须设有独立的回风道。(9) 每一矿井都要采用机械通风，不得完全依靠自然通风，采用机械通风的矿井，主要通风机都必须安装在地面。主要通风机一般应设反风装置，要求10 min内实现反风，反风量大于40。 第34页/共95页35绘制矿井通风系统图:矿井通风系统图，是矿井通风技术管理工作的重要图纸，当矿井已经确定或已经形成通风系统以后，就要及时的绘制矿井通风系统图。绘制通风系统图的目的，就是为了便于进行矿井通风管理，如对瓦斯、煤尘、消防火等技术管理问题及预防和处理灾害事故等。按不同的用途，矿井通风系统图分为：通风系统平面图，通风系统平面示意图，通风系统立体示意图，通风网路图等。 第35页/共95页362. 选择矿井主要通风机的工作方法 煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种： 1) 抽出式主要通风机使井下风流处于负压状态。一旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。2) 采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。用抽出式通风，就没有这种缺点。第36页/共95页37 用平峒开拓时，往往需要在材料、人行道上设置自动风门1，人员、车辆来往频繁，风门漏风较大，有时风门被撞坏，还会造成风流短路。在出煤路线的翻笼下面煤仓2中须经常存留一定煤量，以防漏风。但往往因煤炭被放空或放出较多，使大量风流自煤仓经过皮带斜井3漏到地面。 对于立井提升的压入式通风的矿井，在副井钢丝绳通过处1和箕斗井底煤仓2有时都有较大的漏风。第37页/共95页38 3) 在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主要通风机的一部分风流短路，总进风量和工作面有效风量都会减少。用压入式通风，则能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面。另外，如果能够严防总进风路线上的漏风，则压入式主要通风机的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式为小。 4) 在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡时期是新旧水平同时产生，战线较长，如果某环节因故出现问题，就不能按照既定的采掘程序和起止期限进行生产，使过渡时期通风系统和风量都发生较大的变化。想把压入式主要通风机直接变为抽出式主要通风机，比较困难，有时还须额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得过长。用抽出式通风，就没有这些缺点。第38页/共95页39 一般地说，在地面小窑塌陷区漏风严重、开采第一水平和低沼气矿井等条件下，采用压入式通风是比较合适的，否则，就不宜采用压入式通风。所以，抽出式通风仍是当前主要通风机基本的工作方法。 3. 选择矿井的通风方式 新建矿井多数是在中央并列式，中央分列式、两翼对角式和分区对角式等方式中进行选择。混合式是前几种方式的发展，多在老矿井的改建、扩建时使用。 选择矿井通风方式一般是针对服务范围来确定的。如果矿井的服务年限不长(1020a)，则服务范围为整个矿井；如果矿井范围较大，服务年限较长(3050a)，则只考虑头1525a的开采范围作为服务范围；这时服务范围往往是第一水平；或者包括第一、第二水平在内。对于服务范围之外的后期通风系统，设计中只作粗略的考虑。第39页/共95页40 1) 中央并列式的使用条件：煤层倾角大、埋藏深，但走向长度不大(4km)，瓦斯、自然发火都不严重，在此条件下，采用中央并列式是比较合理的。这种通风方式(和其它方式相比)，尽管存在着风路较长，阻力较大，采空区的漏风较大的缺点，但对于瓦斯、自然发火不严重的矿井来说，这并不很重要。同时，由于产生的阻力较大，通风电力费较大，进风与出风两井筒之间的漏风较大，箕斗井回风时外部漏风较大等，这些缺点对走向不大的矿井来说也不是一个很大的问题。相反，由于煤层倾角大，总回风石门长度小，开掘费小，两个井筒(立井或斜井)集中，便于开掘，开掘费也较少，便于贯通，建井期限较短，采用中央并列式通风方式，具有初期投资较少、出煤较快的优点。同时它的护井煤柱较小，且便于延深井简，为深部通风的准备工作提供有利条件。第40页/共95页412) 中央分列式的适用条件：一般地说，这种通风方式适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大(4km) ，而且瓦斯，自然发火比较严重的新建矿井。与中央并列式相比，这种通风方式的安全性要好，建井期限略长，有时初期投资稍大(多打一个出风井，少掘一条总回风石门)，但相差不悬殊。如果中央有两个井筒，以后在延深井筒、做深部通风的准备工作时，也就不会困难，这种方式由于多打一个直通地面的回风井，所以矿井的通风阻力较小，内部漏风小，这对于瓦斯，自然发火的管理工作是比较有利的，增加了一个安全出口，工业广场没有主要通风机的噪音影响，从回风系统铺设防尘洒水管路系统都比较方便。 第41页/共95页42 3) 两翼对角式的适用条件：一般认为，这种布置方式(指对角风井位于浅部边界附近者)适用于煤层走向较大(超过4km)、井型较大、煤层上部距地面较浅、瓦斯和自然发火严重的新建矿井。它的优缺点，完全和中央并列式相反，比中央分列式的安全性更好，但初期投资更大。如果能够进行相向掘进，就能适当减轻建井期限长，投产较晚的缺点。有些瓦斯等级不高，但煤层走向较长、产量较大的新矿井，也可采用这种通风方式。 第42页/共95页43 4) 分区对角式适用条件：煤层距地表浅，或因地表高低起伏大，无法开掘浅部的总回风道(因会穿出地面)，在此条件下，开采第一水平时，只能采用这种小风井(立井、斜井或平峒)分区通风的布置方式。每个采区各有独立的通风路线，互不影响，是这种通风方式的主要优点。 对于一个实际条件下的矿井，并不唯一只适用某种通风系统，往往是有几种通风系统都可考虑，很难肯定哪种最好，这时就得进行方案比较，即除了作技术分析外，还要进行经济比较，然后选定。 第43页/共95页44 矿井通风系统确定后，还要确定服务范围内的通风容易和通风困难两个时期的位置；确定采区内的通风系统，即确定采用轨道上山还是运输上山进风；确定采煤工作面采用U型、Z型、Y型还是W型通风系统，这些都要经过技术经济比较才能确定；根据采掘比确定掘进头的数目和位置；绘制两个时期的通风系统图、立体图和网络图。 第44页/共95页45 3、通风网路一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式称为通风网路。由于矿井开拓方式和采区巷道布置不同，通风网路连接方式也就不一致，大体可分为串联、并联、角联和复杂联结4种类型。其基本形式及通风参数的计算详见第六章。 第45页/共95页46采区通风系统采区通风系统 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、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。制设施。一、采区通风系统的基本要求一、采区通风系统的基本要求1 1、每一个采区，、每一个采区， 都必须布置回风道，实行分区通风。都必须布置回风道，实行分区通风。2 2、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。应符合有关规定。3 3、煤层倾角大于、煤层倾角大于1212的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，批准，4 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。、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上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3 3条或条或4 4条上山。条上山。 1 1、轨道上山进风，运输机上山回风、轨道上山进风，运输机上山回风 2 2、运输机上山进风、轨道上山回风、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。的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。第46页/共95页47三、采煤工作面上行风与下行风三、采煤工作面上行风与下行风 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。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。流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则是下行通风。优缺点：优缺点： 、下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不、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。易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。 、上行风比下行风工作面的气温要高。、上行风比下行风工作面的气温要高。 、下行风比上行风所需要的机械风压要大；、下行风比上行风所需要的机械风压要大； 、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。上行通风运煤方向 新风 污风 下行通风运煤方向 新风 污风 第47页/共95页48四、工作面通风系统四、工作面通风系统1 1、U U型与型与Z Z型通风系统型通风系统 2 2、Y Y型、型、W W型及双型及双Z Z型通风系统型通风系统 3 3、H H型通风系统型通风系统第48页/共95页49通风构筑物通风构筑物 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，统称为称为通风构筑物通风构筑物。一、通风构筑物一、通风构筑物 分为两大类分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、，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隔断风流的通风构筑物构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等 。1 1、风门、风门 按设地点按设地点：在通风系统中既要隔断风流又要行人或通车：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。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。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式第49页/共95页50设置风门的要求：设置风门的要求： （1 1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，）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行人风门间距不小于5m5m。入排风巷道之间要需设风门处同时设反。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；向风门，其数量不少于两道； （2 2）风门能自动关闭；通车风门实现自动化，矿井总回风和采）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）；风门）； （3 3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏）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风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜8080至至8585； （4 4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5m0.5m，严密不漏，严密不漏风；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、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；重缝和空缝； （5 5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管）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；风门前后各路孔要堵严；风门前后各5m5m内巷道支护良好，无杂物、积水、淤内巷道支护良好，无杂物、积水、淤泥。泥。第50页/共95页512 2、风桥、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。风互相隔开需要构筑风桥。按其结构不同可分为三种。1 1）绕道式风桥）绕道式风桥 开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。2 2）混凝土风桥）混凝土风桥 结构紧凑，比较坚固。结构紧凑，比较坚固。3 3）铁筒风桥）铁筒风桥 可在次要风路中使用。可在次要风路中使用。第51页/共95页523 3、密闭、密闭 密闭是隔断风流的构筑物密闭是隔断风流的构筑物。设置在需隔断风流、也不需要通。设置在需隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。密闭的结构随服务年限的不同而分为车行人的巷道中。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类两类： 1 1）临时密闭临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。 2 2）永久密闭永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。4 4、导风板、导风板应用以下几种导风板。应用以下几种导风板。 1 1）引风导风板）引风导风板 ； 2 2）降阻导风板；）降阻导风板； 3 3）汇流导风板）汇流导风板 观察孔表示方式放水孔注浆孔第52页/共95页537.2 7.2 矿井总风量的计算和分配矿井总风量的计算和分配 矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条风路上的漏风量的总和。 一、生产矿井所需风量1生产矿井所需风量的计算生产矿井所需的风量是根据“由里往外”的原则确定的。即根据实际情况先计算井下各个工作地点( (如采掘工作面、火药库、充电峒室、等) )所需的有效风量，得出矿井的总回风量( (或总进风量) )；加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许漏风量( (即矿井外部漏风量) )，得出抽出式主要通风机的总风量。对于压入式通风的矿井，则在所确定的矿井总进风量中加上矿井外部漏风量，得出压入式主要通风机的总风量。第53页/共95页54矿井的总回风量或总进风量计算： Qwz(Qai+Qbi+Qci+Qdi)Kwz，m3/min式中 Qai各回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min Qbi各掘进工作面所需风量之和； Qci各峒室所需风量之和； Qdi除上述各用风地点外，其它巷道所需风量之和； Kwz矿井风量备用系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素影响，与矿井通风方式有关，一般可取1.151.25。对于中央并列式，1.25；中央分列式和混合式，1.2；对角式，1.15。第54页/共95页55 2生产矿井风量的分配 在各个用风地点，将各用风点计算的风量值乘以备用系数Kwz，就是配给用风地点所在巷道的风量。如各个掘进巷道和峒室的风量就是这样确定的。但是采煤工作面的风量只配给各自计算的风量，由备用系数确定的风量考虑从采空区走。因此在U型通风的上顺槽和下顺槽的风量是采煤工作面的计算风量乘以备用系数。 第55页/共95页56 从各个用风地点开始，逆风流方向而下，遇分风点则加上其它风路的分风量一起分配给未分风前那一条风路，作为该风路的风量。直至确定进风井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才计算的矿井总风量。如果是压入式通风，则要加上矿井外部漏风量，才能得出通过压入式主要通风机的总风量。 第56页/共95页57 然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇汇合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条风路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风量。这一风量也应该等于刚才计算的矿井总风量。如果是抽出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过抽出式主要通风机的总风量。第57页/共95页58二、新建矿井和延深矿井所需风量 对于新建矿井和延深矿井所需风量，是属于预先估计风量的性质，因设计时对于上述配风依据较难判准，而矿井类型繁多，条件各异，如何恰当地预定这种性质的风量，是目前还没有很好解决的重要问题。有条件时，要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细致进行，否则只好采用“由外往里”的计算方法，即先计算矿井的总风量，然后大致分配到各个用风地点。抚顺煤炭研究所在十二个矿井的协助下，通过调查研究总结出新的计算方法，经过在阳泉、抚顺、淮南、焦作、徐州，枣庄等矿区的验算，证明其计算结果比较接近生产实际情况，值得新建矿井和延深矿井通风设计工作上试用。 第58页/共95页59 对于低沼气矿井 以工作面能够有良好的气候条件作为供风的依据，用下式计算矿井总风量。 QTqK，m3/min式中 T矿井平均日产量，t/d； q是从工作面能够有良好的气候条件为出发点，而得出的对于日产量中每一吨煤的供风标准，通过实际调查统计得出：q1 ； K一风量备用系数，即KK1K4K5K6，这些系数的乘积介于l.51.9之间，可以根据新建矿井的条件，查表94得出具体的数值。 dtm min3第59页/共95页60 对于高沼气矿井 按总回风流中的沼气浓度不超过0.75%的要求来计算矿井总风量： Q0.0926qgTK，m3/min(1/(24600.75%)式中 qg矿井沼气平均相对涌出量，m3/t； T矿井平均日产量，t/d； K风量备用系数，即KK2K3K4K5，这些系数的乘积介于1.72.1之间，具体数值从表94中查得。第60页/共95页61 无论是高沼气矿井，还是低沼气矿井都要按井下同时工作的最多人数来验算矿井总风量Q，取大值作为矿井的总风量： Q4NK，m3/min式中 N井下同时工作的最多人数，人， 4以人数为计算单位的供风标准，m3/min； K风量备用系数，它是产量不均衡系数、备用工作面的风量系数和矿井内部漏风系数的总概括。采用中央并列式的通风系统时，K1.45；采用中央分列式或对角式通风系统时，K1.35。第61页/共95页62 新建矿井的风量分配是在算得的矿井总风量Q中，减去独立回风的掘进风量Qb和峒室风量Qc，再按以下原则对剩余的风量Qre进行大致的分配；各个回采工作面的风量，按照与产量成正比的原则进行分配；各个备用工作面的风量，按照它在生产时所需风量的一半进行分配。即： QreQ(QbQc)，m3/min式中 Qb所有独立回风的各个掘进工作面风量之和，m3/min； Qc所有独立回风的各个峒室风量之和，m3/min。第62页/共95页63 剩余风量Qre的分配方法是：先用下式计算回采工作面日产一吨煤所需配给的风量q，即： 式中 Ta各个回采工作面的日产量之和，即 Ta=ta，t/d ta各个回采工作面的日产量，t/d； Ta各个备用工作面的计划日产量之和，即 Tata，t/d ta各个备用工作面计划日产量，t/d。dtmTTQqaaremin,23第63页/共95页64分配给各个回采工作面的风量为： Qaqta，m3/min分配给各个备用工作面的风量为： Qaqta /2，m3/min 2新建矿井风量的分配 在各个用风地点，将计算的风量直接配给用风地点所在巷道，如掘进巷道和峒室等。但这时在U型采煤工作面，不考虑从采空区漏走的风量。因此在上顺槽和下顺槽的风量与采煤工作面的风量相同。 第64页/共95页65 同样，又从各个用风地点开始，逆风流方向而下，遇分风点则加上其它风路的分风量一起分配给未分风前那一条风路，作为该风路的风量。直至确定进风井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才计算的矿井总风量。如果是压入式通风，则要加上矿井外部漏风量，才能得出通过压入式主要通风机的总风量。第65页/共95页66 然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇汇合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条风路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风量。这一风量也应该等于刚才计算的矿井总风量。如果是抽出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过抽出式主要通风机的总风量。第66页/共95页67四、确定矿井总风量和各个分风量 通过以上的风量分配，初步确定了井下各个用风地点与它们的进风和回风路线上的各个风量(必要时要算出局部地区各分支的自然分配风量)。但是，各条风路上的风量还未最后确定，必须进行各条风路的风速校核，即用各处的断面积分别去除分配到该处的风量，所得出的风速，须符合规程的规定(见表9-1) 。 各条风路的风量经过验算后，如能符合风速的要求，则各条风路的风量可以确定；如低于规定的风速，则该条风路的风量要相应增加。如超过规定的风速，则需要扩大该风路的断面或调整该风路的风量，使之风速降到规定值以下。最后，确定矿井总风量。第67页/共95页687.3 计算井巷通风阻力 在选择矿井主要通风机之前，必须计算井巷通风总阻力。 一、计算的原则 1) 在矿井通风系统服务的范围内，分别在容易时期和困难时期确定一条最大阻力路线。沿着这两条路线，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，便得出这两个时期的井巷通风总阻力hrmin和hrmax。这样能够保证所选用的主要通风机满足通风困难(hrmax)时期的要求，并且在以后的通风管理中均可采用增阻法进行风量调节。这些工作均可在这两个时期的通风网路图上进行。但是遇有的分支中有不同的巷道断面，则该分支要分段计算。对于小矿，则只计算服务年限内的最大阻力路线的总阻力hrmax，不必分两个时期。 第68页/共95页692)因有外部漏风(指在防爆门和主要通风机周围的漏风)，通过主要通风机的风量Qf1(Qf2)必大于通过总出风井的矿井总风量Q。为了计算风峒的阻力，须先算出Qf1(Qf2)。对于抽出式主要通风机，用下式计算： Qf1(Qf2) (1.051.10)Q，m3/s对于压入式主要通风机，用下式计算： Qf1 (Qf2) (1.101.15)Q，m3/s式中 1.10、1.15压入式通风矿井的外部漏风系数。压入式进风井巷无提升运输任务时，取1.10，有提升运输任务时，取1.15。 式中 1.05、1.10抽出式通风矿井的外部漏风系数，抽出式出风井无提升运输任务时，取1.05，有提升运输任务时，取1.10。第69页/共95页70 3) 为了经济合理(减少矿井外部漏风和主要通风机运转费用)，不致因主要通风机的风压过大造成瓦斯和自然发火难于管理，以及避免主要通风机选型太大，使购置、运输，安装，维修等费用加大，须控制hrmax不能太大(一般不超过3000Pa，特大型的矿井除外)；必要时需对某些局部巷道采取降低风阻的措施。 4) 要先分析整个通风网路，对于自然分配风量和按需分配风量的区段，要分别按这两种分配风量的方法计算风量，然后计算出各区段的通风阻力。第70页/共95页71二、计算方法 沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力： 式中 L、U、S分别是各井巷的长度(m)，周边长(m)，净断面积(m2)； Q分配给各井巷的风量，m3/s； 根据各井巷的支架形式和断面在第三章值表中查得的摩擦阻力系数。对于高原矿井，空气密度小于1.2kg/m3，其值为： PaQSLUhfr,23表2 . 1ii第71页/共95页72将以上计算出来的各数值与有关数值填入表95中。从表中可以看出总回风或总进风量与计算数据相同。第72页/共95页73 沿着上述两条风路，将各区段的摩擦阻力累加起来，并考虑适当的局部阻力系数(一般不细算局部阻力)，即可算出通风容易和通风困难两个时期的井巷通风总阻力分别为： hrmin1.2hfrmin，Pa hrmax1.15hfrmax，Pa式中 1.15 困难时期的局部阻力系数； 1.2容易时期的局部阻力系数。 第73页/共95页74 计算了整个矿井的通风阻力后，需要对整个矿井的通风难易程度进行评价。评价的指标是两个时期矿井总风阻和总等积孔： 如果A1m2,表示矿井通风困难；如果A在1和2m2之间，表示通风难易为中等程度，如果A2m2，表示通风容易。822minmin,msNQhRr822maxmax,msNQhRr2minmax,1896. 1mhQAr2maxmin,1896. 1mhQAr第74页/共95页757.4 选择矿井通风设备 矿井通风设备包括主要通风机和它的电动机。 一、选择主要通风机通常用扇风机的个体特性曲线来选择，先确定通风容易和通风困难两个时期主要通风机运转时的工况点(风压最低点和风压最高点)，在选择时要使得这两个工况点同时处于合理范围。用以下方法分别算出两个时期主要通风机的风压。为了使所选的主要通风机在通风容易时期(风压最低点)的工作效率不致太低，需要考虑矿井自然风压帮助主要通风机风压的作用。对于抽出式主要通风机，在通风容易时期的静风压应为： hfsminhrminhna，Pa式中 hrmin容易时期最大阻力路线的阻力，Pa； hna容易时期帮助主要通风机通风的矿井自然风压，Pa；第75页/共95页76 为了使所选用的主要通风机在通风困难时的风压够用，还需要考虑矿井自然风压反对主要通风机风压的作用，即对于抽出式主要通风机，在通风困难时期的静风压应为： hfsmaxhrmaxhao，Pa式中 hrmax困难时期最大阻力路线的阻力，Pa； hno通风困难时期反对主要通风机风压的矿井自然风压，Pa。根据当地气象资料或邻矿资料来估计(注意正负)。 同理，对于压入式的主要通风机，在通风容易和通风困难两个时期的全风压分别为： hftminhrminhna，Pa hftmaxhrmaxhno，Pa第76页/共95页77前面已分别算出通风容易和通风困难两个时期通过主要通风机的风量Qf1和(Qf2) (m3/s)。 根据确定的hfmax、Qf1和hfmin、Qf2两组数据(也叫设计工况点)，在扇风机的个体特性曲线上选择合适的主要通风机。判别是否合适，要看上面两组数据所构成的两个时期的工况点，是否都落在扇风机个体特性曲线上的合理工作范围内。一是看风压高的点是否超过最高风压的.倍，二是看风压低的点处效率是否在0.6以上。(注意坐标) 根据hfmax、Qf1和hfmin、Qf2两组数据计算出两个时期的风阻Rmin和Rmax: 在选定的风机个体特性曲线图上画出风阻曲线Rmin和Rmax，将这两条曲线从设计工况点向上延伸，与最近的个体特性曲线相交，得到的两个点就是实际工况点。 21maxmaxffQhR22minminffQhR第77页/共95页78 实际工况点确定以后，列表整理出两个时期的主要通风机的型号、动轮直径、动轮叶片安装角度(专指轴流式主要通风机而言)、转数、风压、风量(实际工况点)、效率和输入功率等数值。二、选择电动机 根据通风容易和通风困难两个时期主要通风机的输入功率(Nfimin和Nfimax)计算出电动机的输出功率Neo(kW)： 如果选用异步电动机，且当Nfimin0.6Nfimax时，则在两个时期都用一种较大功率的电动机，这种电动机的输出功率Neo和输入功率Nei，分别用下式计算： NeoNfimax/t ，kw 式中 t传动效率，直接传动时，t1。间接传动时取0.95。 第78页/共95页79电动机的输入功率，即为电路输入的电流功率： Nei(1.101.15)Neo/e，kw式中 1.10、1.15电动机的容量系数。离心式主要通风机，取1.15；轴流式主要通风机，取1.10) 。 e电动机的效率。 当Nfimin0.6Nfimax时，则通风容易时期用功率较小的电动机，在适当的时候再换用功率较大的电动机。通风容易时期电动机的输出功率习惯用比例中项式计算(即平均值计算)，即：kwNNNfifieo,maxminminkwNNeeoei,/)15. 110. 1 (minmin第79页/共95页80 对于功率在400500kw以上的主要通风机，宜选用同步电动机。选择这种电动机的输出功率与输入功率： NeoNfimax/t ，kw； Nei(1.101.15)Neo/e，kw 用同步电动机的优点是，低负载运转时，可以利用它来改善矿井变电所母线上的功率因数，使矿井经济用电，缺点是这种电动机的购置和安装费较大。 根据以上所得出的Neo(或Neomin)或Nei(或Neimin)、e以及主要通风机所要求的转数n，在有关电动机技术特征手册上选用合适的电动机 第80页/共95页81三、对矿井主要通风设备的要求 在矿井设计中必须据根矿井的瓦斯等级，提出主要通风设备应符合的要求： 1) 矿井主要通风机(包括分区主要通风机)必须装置两部同等能力的扇风机(包括电动机)，其中一套运转，另一套做备用，备用的一套要求在10min内能够开动。 2) 矿井的主要通风机房应有两回直接由变(配)电所馈出的供电路线，线路上不应分接任何负荷。 3) 主要通风机要有灵活可靠、合乎要求的反风装置和防爆门，要有规格质量符合要求的风峒和扩散器。分区主要通风机也应符合这个要求。 4) 主局和电动机的机座必须坚固耐用，要设置在不受采动影响的稳定地层上。第81页/共95页827.5 概算矿井通风费用 一般是计算每吨煤的通风费用，即所谓吨煤通风成本。 一、每吨煤的通风电费 先用下式计算主要通风机运转的耗电量： Imf(N1N2)36524/(2(ev t)，kwh/a 式中 N1、N2一年内最大和最小的主要通风机输入功率，kw； e主要通风机电动机的效率，可在电动机的技术特征表上查得，一般取0.90.95；v变压器的效率，一般取0.8；电线的输电效率，一般取0.95；t传动功率，直接传动时，取1.0，间接传动时取0.95。 第82页/共95页83 同 时 ， 统 计 一 年 内 局 扇 、 辅 扇 的 耗 电 量Ief(kwh/a)。各类扇风机在一年内的总耗电量为： IsImfIef，kwh/a 用下式计算每吨煤的耗电量： IIs/T，kwh/t式中 T一年内的矿井产煤量，ta 用下式计算每吨煤的通风电费： EID，元/t式中 D每度电的费用，元/(kwh)第83页/共95页84二、吨煤通风成本 除每吨煤的通风电力费用外，还要统计下列费用： 1) 通风设备折旧费和维修费。折旧费一般是用通风设备的服务年限去除购置费，运输费和安装费的总和。 2) 专为通风服务的井巷工程折旧费和维修费。这项折旧费是用这些井巷的服务年限去除建设费。 3) 通风器材(掘进通风和通风构筑物用的器材)的购置费和维修费。 4) 通风仪表的购置费和维修费。 5) 通风区队全体人员的工资费。 以上五项的每年支出除以矿井产量得到的吨煤费用再加上吨煤通风电力费就是吨煤通风成本。 第84页/共95页857.6 生产矿井的通风改造 生产矿井的通风改造，涉及范围较广，例如增设新采区、开拓新水平、改变主要通风机的工作方法、改变矿井的通风系统、扩大矿井通风能力等，都要进行通风设计。 一、生产矿井通风改造的特点和要求生产矿井的通风设计和新建矿井的通风设计在设计内容、步骤和方法等方面基本类似，但生产矿井的通风设计比新建矿井的通风设计要复杂些。这是因为；要在老区正常生产的基础上发展新区，新区设计必须紧密联系老区生产的发展情况，不仅要保证新区施工和投产过程中的安全生产，而且要保证老区在这一过程中的安全生产，既要挖掘现有通风的潜力，充分利用现有的通风井巷，又要使它们和新建通风井巷和新选的通风设备协调起来。 第85页/共95页86 二、生产矿井通风设计的基本内容和步骤 根据通风设计的服务范围，确定通风困难和通风容易两个时期，分别按以下内容和步骤进行具体设计： 1) 拟定矿井通风系统 在生产矿井的通风设计中，通风系统的变化幅度很不相同。例如需要增加新采区，但瓦斯变化不大、增产任务不大时，矿井的通风系统不会有太大的变化，也不致增开新风井。但如果新开的采区在边远地区或在较深的水平，而且产量和瓦斯量有较大的增加，现有的通风能力不能满足时、或者因为井田重新划分、井型变化时，矿井通风系统往往发生较大的变化，可由中央并列式变为中央并列和中央分列混合式，或由中央并列式变为中央并列和两翼对角混合式，或由一个通风系统分成两个独立的通风系统等。拟定通风系统时同样包括采区及工作面的通风系统确定。第86页/共95页87 2) 计算与分配矿井总风量 由于正在生产的老区，计算风量的依据(如沼气和二氧化碳等气体的浓度、井下空气温度、风速、浮尘、各处漏风量等)都可实测出来，设计中的新区可以参考条件相同的老区数据，所以，生产矿井通风设计中风量计算与分配，可以先计算各个用风地点的有效风量，然后由里往外推算进风路线上各分支的风量和回风路线上各分支的风量，有时还要计算某些网路内的自然分配风量。 3) 计算矿井通风总阻力 同样需要确定本系统中困难时期和容易时期的最大阻力路线，分别计算各条路线的通风阻力。当最大阻力路线通过正在生产的老区时，各风路的风阻值应该用实测数据；设计中的新区风路，可参考与老区相同风路的数据，或者用本章第三节所述的方法进行计算。通过这项计算，要把通风困难和通风容易两个时期的矿井通风总阻力和总风阻都定出来。 第87页/共95页88 4) 局部风量调节 为了保证新区从施工到投产的过程中，新区和老区各个用风地点都能得到所需风量，新区和老区之间，新区内各网路之间，老区内各网路之间，要采取风量按需调节的措施，设计中至少要制订出通风困难时的调节措施。 5) 主要通风机的调节或选择 现用主要通风机的能力，如果能够适应设计的要求，就只需要调整它的工作点，并验算其电动机能力。如果不能适应要求，就得新选主要通风机，或者为了充分利用现有设备，在同一风井上安装适用的库存扇风机和现用主要通风机进行联合运转。各台主要通风机在通风困难和通风容易两个时期的工作点，都要落在各主要通风机特性曲线的合理工作范围内。 6) 概算矿井通风费用 第88页/共95页89return第89页/共95页90return第90页/共95页91第91页/共95页92return第92页/共95页93hfsmin=hrminhn hfsmax=hrmaxhn第93页/共95页94returnreturn第94页/共95页95感谢您的观看！第95页/共95页
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