第七章矿井通风系统与通风设计

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。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，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。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。有特殊困难必须串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：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。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。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。上行通风运煤方向新风污风下行通风运煤方向新风污风四、工作面通风系统1、U型与Z型通风系统2、Y型、W型及双Z型通风系统3、H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。＋－风门表示方式＋－调节风门表示方式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5m。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内巷道支护良好，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。2）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。设置在需隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。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。表示方式观察孔放水孔注浆孔4、导风板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Qe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。4）矿井外部漏风率指矿井外部漏风量QL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硐、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)进风井囗应按全年风向频率，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。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㈠、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。⑴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；⑵按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。㈡、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：式中：Qwi——第i个采煤工作面需要风量，m3/minQgwi——第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/minkgwi——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=1.2~1.6炮采工作面取kgwi=1.4~2.0,水采工作面取kgwi=2.0~3.0。kQQgwiwi100⑵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。其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：采煤工作面的需要风量按下式计算：式中采煤工作面进风流气温℃采煤工作面风速m/s1515~1818~2020~2323~260.3~0.50.5~0.80.8~1.01.0~1.51.5~1.8wliwiwiwikSVQ60vwi—第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；m/s,Swi—第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2；kwi——第i个工作面的长度系数。⑶按使用炸药量计算：式中25——每使用1kg炸药的供风量，m3/min；——第i个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。wiwiAQ25wiA⑷按工作人员数量计算：式中4——每人每分钟应供给的最低风量，m3/minnwi——第i个采煤工作面同时工作的最多人数,个。⑸按风速进行验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：wiwinQ4wiwiSQ25.060wiwiSQ460２、掘进工作面需风量的计算：煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。⑴按瓦斯涌出量计算：式中Qhi——第i个掘进工作面的需风量，m3/minQghi——第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量；m3/minkghi——第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数。一般可取1.5~2.0。⑵按炸药量计算式中25——使用1kg炸药的供风量，m3/min;Ahi——第i个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kgghighihikQQ100hihiAQ25⑶按局部通风机吸风量计算式中——