矿井通风设备及通风管理

第一部分矿用通风机矿井因通风机选型和通风管理错误可能导致的安全事故1、瓦斯爆炸2、瓦斯燃烧3、窒息4、中毒5、煤尘爆炸6、煤层自燃7、职业病第一百条井下空气成分必须符合下列要求：(一)采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20％，二氧化碳浓度不超过0．5％。(二)有害气体的浓度不超过下表规定。瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按本规程的有关规定执行。地面空气主要由氧气(o2)、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)三种主要气体组成，其中氧气为20．96％、二氧化碳为0.04％、氮气为79．00％。通风机的分类从能量转换的观点来看，风机是把原动机的机械能转变为气体的动能和压力能的一种机械。按介质在风机内部流动方向分类，分为离心、轴流及混流通风机。离心通风机的特征是：介质沿着轴向进入，而在叶轮内沿着径向流动，如图1—1所示。以动力源分为：电动、气动、液动轴流通风机的特征是：介质沿着轴向进入，在叶轮后也沿着轴向流动，如图1—2所示。通风机的分类混流通风机的特征是：介质沿着斜向流动，如图l—3所示。它是属于轴流式与离心式两者之间的形式。通风机的分类按风机产生的压力大小分类：可分为低压、中压和高压风机。低压风机全压值小于或等于100毫米水柱（1000Pa)。中压风机全压值大于100(1000Pa)小于300(3000Pa)毫米水柱。高压风机全压值大于300（3000Pa)小于1500(15000Pa)毫米水柱。按叶片出口角分类：可分为后弯(后向)式、径向式和前弯后弯式风机叶片出口角β2＜90°。径向式风机叶片出口角β2=90°。前弯式风机叶片出口角β2＞90°。通风机的分类矿用通风机矿用通风机是矿井通风的主要动力。它对矿井的重要性不亚于肺脏对人体的作用。《煤矿安全规程》规定每个矿井必须配置主要通风机。由于主要通风机的功率较大，且日夜不停地运转，因此，耗电量很大。据统计，全国统配煤矿平均主扇电耗约占全矿电耗的20~30%，个别矿井达到50％。所以合理地选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产和职工的身体健康，而且对矿井的技术经济指标也有着重要影响。矿用通风机按其服务范围，可分为三种：1．主要通风机(主扇)：服务于全矿或矿井的某一翼(或采区)；2．辅助通风机(辅扇)：服务于矿井通风回路的某一分支(某一采区或采煤工作面）风路，帮助主扇工作，以保证该分支所需的风量；3局部通风机(局扇)：服务于独头巷道掘进。目前，煤矿中使用的主要通风机有离心式通风机和轴流式扇风机。离心式通风机的构造如图所示。它主要由进风口1、工作轮2、螺形机壳3和前导器4等部分组成。工作轮是对空气作功的部件。空气进入风机的吸风口，有单侧吸入和双侧吸入两种，矿用离心式通风机采用单侧吸入。在吸风口与叶轮之间有前导器，使进入叶轮的气流速度发生预旋绕，以达到调节风压之目的。矿用通风机矿用离心式通风机矿用离心式通风机：低负荷时效率大幅度降低。体积庞大、占地面积多、安装困难。不能直接反风。目前矿井很少使用。图1通风机结构图1－集流器2－电机冷却风管3－主机筒4－隔爆电动机5－机壳6－叶轮7－后导筒8－扩散器9－电机接线盒10－刹车装置11－接地标志12－车轮组13－电机底座14－底座16－轨道矿用通风机轴流式通风机矿用通风机轴流式通风机扩散器后导流器叶轮电机筒集流器矿用通风机矿用轴流式通风机轴流通风机体积小，重量轻(约为离心通风机的60～70％)，安装方便。在额定负荷下其效率接近于后弯机翼型叶片的离心通风机，而在低负荷时经济性则大大高于离心式。目前，欧洲各国、美国、日本广泛采用轴流通风机。通过叶轮反转反风，无需辅助设施。能适应煤矿矿井风阻变化大的特点。为什么煤矿采用轴流式通风机？矿用通风机矿用轴流式通风机类型目前矿用通风机类型根据用途分类：矿井主要通风机（包括辅扇）—服务于全矿或矿井的某一翼(或采区)局部通风机(局扇)：服务于独头巷道掘进根据矿井主要通风机叶轮数量及其组合特征分为：1、煤矿地面用防爆抽出式单级轴流通风机（FBCZ）2、煤矿地面用防爆抽出式串联轴流通风机（FBLCZ）3、煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机（FBDCZ）根据流过局部通风机流道的风流特征分为：1、压入式轴流局部通风机——新鲜风流通过2、抽出式轴流局部通风机——污浊风流通过根据局部通风机叶轮数量及其组合特征分为：1、隔爆型压入式（抽出式）轴流局部通风机（FB）2、隔爆型压入式（抽出式）对旋轴流局部通风机（FBD）3、隔爆型压入式（抽出式）串联轴流局部通风机（FBS）FBCZ№□/□风机配套电机功率(kW)防爆机号，叶轮直径的分米数（dm）抽出式主通风机煤矿地面用防爆抽出式单级轴流通风机（FBCZ）型号含义煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机（FBDCZ）型号含义FBDCZ№12.5/2×□风机配套电机功率(kW)；叶轮极数为2级防爆机号，叶轮直径的分米数（dm）对旋主通风机抽出式煤矿地面用防爆抽出式串联轴流通风机（FBLCZ）型号含义FBLCZ№□/2×□风机配套电机功率(kW)；叶轮极数为2级防爆机号，叶轮直径的分米数（dm）串联主通风机抽出式隔爆型压入式（抽出式）轴流局部通风机（FBC）型号含义FB№□/□通风机单台电动机额定功率(KW)隔爆型机号—叶轮直径的分米数（dm）隔爆型压入式（抽出式）对旋轴流局部通风机（FBDC）型号含义FBD№□/2×□通风机单台电动机额定功率(KW)隔爆型整机配装2台型号、功率相同的电动机对旋式机号—叶轮直径的分米数（dm）隔爆型压入式（抽出式）串联轴流局部通风机（FBSC）型号含义FBS№□/2×□通风机单台电动机额定功率(KW)隔爆型整机配装2台型号、功率相同的电动机双级串联机号—叶轮直径的分米数（dm）政协奉节县讲座第二部分矿用通风机选型政协奉节县讲座矿井主要通风机选型矿井主要通风机选型矿用局部通风机选型选型时应考虑的问题风量(q单位m3/s)矿井通风阻力(P单位Pa)噪音(A声级单位dB)效率(单位%)矿井主要通风机选型矿井主要通风机选型确定矿井所需风量《规程》对于采掘工作面的通风质量有下列规定：1.在采掘工作面的进风流中，02浓度不得低于20％，CH4、C02不得超过0.5％；2.在采掘工作面的回风流中，CH4浓度不得超过1％，C02不得超过1．5％；3.井下空气中有害气体浓度不得超过下表中的规定4.采掘工作面气温不得超过26℃。5．井下有人工作地点和人行道的空气中粉尘浓度，应符合下表要求6．每一工作地点，每人每分钟供给风量都不得少于4m3。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力风流在井巷中流动时，因为沿途要遇到阻力，所以必须以通风压力来克服阻力，风流才能流动。通风压力与阻力是作用力与反作用力的关系，方向相反，数值相等。只要计算出通风阻力值，就知道矿井通风所需要的压力值，这样就可以合理地选择和使用通风动力设备。矿井通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力两类，而摩擦阻力是矿井通风总阻力中的主要组成部分.矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——摩擦阻力空气在井巷中作均匀流动时，由于受到井巷固定壁面的限制，引起空气分子之间和空气与井巷壁之间的内外摩擦，而产生阻力，这种阻力称为摩擦阻力。摩擦阻力产生的风压损失叫作摩擦阻力损失。空气在井巷中流动和水在管道中流动很相似，所以可以把流体力学中计算水流沿程阻力的达西公式应用于矿井通风中，做为计算井巷摩擦阻力的理论基础。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——摩擦阻力工字钢支架巷道模型中流体运动状况的照片矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——摩擦阻力井下巷道的风流多为完全紊流状态，所以α只决定于巷道壁面的粗糙程度。因为矿井空气的密度变化不大，而且当井巷开凿后，其壁面粗糙程度就为常数，因而α值也为常数。国际单位制中α的因次为N.s2/m4，1kg/m3=9.8N.s2/m4在完全紊流状态下，摩擦阻力与风量的平方成正比。在应用公式计算井巷的摩擦阻力时，关健在于如何确定摩擦阻力系数α，从α=λρ/8可知，影响α系数的因素是空气密度ρ和实验系数λ，而矿井空气密度ρ一般变化不大，因此，主要决定于λ，也就是主要决定于井巷的粗糙程度。一般说来，相对粗糙度越大，α值也越大。在生产矿井中，α值可实测获得，即用压差计测出某类巷道两断面之间的压差(△h),并测出巷道的L、U、S和Q，代入公式即可算出α值。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——摩擦阻力降低摩擦阻力的措施从公式可看出，在风量一定时减少摩擦阻力就是减少摩擦风阻。减少摩擦风阻的措施如下：1)因风阻与巷道面积的三次方成反比，所以，扩大巷道的断面积是减少摩擦阻力的主要措施。2)因风阻与巷道长度成正比，所以在开拓设计时，在满足开采需要的条件下，尽量缩短风路的长度。在生产矿井的通风系统改进中，要甩掉经过旧采区的那些通风路线很长的巷道，重新建立通风路线较短的新系统。3)因风阻与巷道断面周长成正比，所以要选用周长较小的巷道断面。4)因风阻与巷道摩擦阻力系数成正比，所以要选用粗糙度较小的材料来支护巷道，用棚子文护的巷道要很好地刹帮背顶。在不支架的巷道中，要注意把顶板、两帮和底板修整好，以减少摩擦阻力系数。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——局部阻力风流流经巷道的某些局部地点，由于速度和方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地点产生一种附加阻力，称为局部阻力。由此阻力所产生的风压损失，叫作局部阻力损失或冲击损失。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——局部阻力在一般情况下，由于井巷内风流的速压较小，所产生的局部阻力也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的10％~20％左右。故在通风设计中，一般只对摩擦阻力进行计算，对局部阻力不作详细计算，只按经验估计个百分数。产生局部阻力的原因是由于风流在局部地点发生剧烈冲击引起的，所以，减少局部阻力的方法主要是减少风流的冲击，为此就应：1)当连接不同断面的巷道时，应把连接的边缘做成斜线或圆弧形，并尽量少使用直径很小的风桥调节风量。2)巷道拐弯时，转角越大越好，在拐弯的内侧做成斜线形或圆弧形。要尽量避免出现直角拐弯。巷道尽可能避免突然分岔和突然汇合，在分岔和汇合处的内侧也要做成斜线形或圆弧形。3)及时清理巷道中的堆积物，并在可能条件下尽量不使成串的矿车长时间地停留在主要通风巷道内，以免阻挡风流，使通风情况恶化。矿井主要通风机选型确定矿井通风阻力——等积孔衡量矿井通风的难易程度，除了用风阻的大小来表示外，实际应用中还常常用等积孔表示。等积孔是假想在薄板上有一个面积为A的孔，当孔口通过的风量等于矿井总风量，孔口两侧的静压差等于矿井通风总阻力时，其孔口面积A就称为该矿井的等积孔。公式表明，如果矿井的通风阻力h相同时，等积孔A大的矿井风量必大，表示通风容易；等积孔A小的矿井风量必小，表示通风困难。矿井主要通风机选型矿井风阻特性曲线井巷通风特性还可用风阻特性曲线来表示。它是在风阻R为定值时阻力与风量的函数关系曲线。对于特定井巷，其风阻R为定值。从h=RQ2可看出，这是一条二次曲线其图形是抛物线。矿井主要通风机选型矿井风阻特性曲线应强调指出：对特定井巷，风阻R为定值．通过的风量愈大，则通风阻力愈大，且与风量的平方成正比。反过来说，需要的风量增加，则必须使井巷两端的能量差(即通风压力)增大，能量差和通风阻力是等值的。前者是动力，后者是阻力。在生产矿井，特定井巷分配的风量取决于井巷的风阻和分配到该井巷的风压(能量差)，而后者则取决于通风机性能、矿井自然风压以及整个通风网络中各分支风阻的匹配情况。因此，任一井巷中的风量不是可以任意给定的，正如复杂电路中每一分路中通过的电流取决于电源电压和各分路的电阻匹配一样。矿井主要通风机选型矿井通风动力矿井通风动力自然风压机械通风自然风压的特性因自然风压的大小主要取决于进、出风侧空气的温度差，所以，自然风压随季节气温的变化而变化，因而供给矿井的风量也是不固定。矿井主要通风机选型矿井通风动力利用通风机通风的特点：强制通风、便于管理根据需要选择机械通风每台通风机一