矿井通风与安全精品课课件（下）

矿井通风与安全精品课课件（下）矿井通风与安全精品课课件（下）（第（第 5章章 第第 7章）章）目 录 第一章 矿井空气及调节 第二章 通风阻力及动力 第三章 通风网络图及风量分配 第四章 矿井通风系统及设计 第五章 采区通风系统 第六章 掘进通风系统 第七章 煤矿灾害及防治第四章矿井通风系统及设计 2.中央边界式 (中央分列式 ) 进风井大致位于井田走向的中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向中央。在倾斜方向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。 (二 )对角式 1.两翼对角式 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，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，在各采区开掘一个回风井，无总回风巷。如图821(d) 所示。 （三）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 821(e) 所示。 （四）混合式。 由上述诸种方式混合组成。例如，中央并列式与两翼对角式，中央并列与两翼对角混合式等等。 第四章矿井通风系统及设计 4.1.1.2 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抽出式、压入式、压抽混合式三种。 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。当一旦主扇因故停止运转时，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，压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。 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。采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理困难，且漏风较大，用抽出式通风，就没有这种缺点。第四章矿井通风系统及设计 3.压抽混合式 在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。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。 综上所述，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，抽出式通风仍然是当前基本的工作方法。 4.1.1.4 矿井通风系统的选择 矿井通风系统应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，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复正常生产。第四章矿井通风系统及设计 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，初期可采用中央式通风，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。国内曾经或现在仍在采用压入式通风的局矿有攀枝花、平顶山、鹤岗、兴安台等。其中平顶山一矿、五矿、七矿、鹤岗新一矿等为高瓦斯矿井，平顶山五矿、七矿已转入第二水平生产。科研部门曾对攀枝花花山矿 (低瓦斯矿井 )、鹤岗新一矿、平顶山一矿等做过主要通风机停风后观测井下瓦斯涌出规律的试验，将取得的上万个数据进行了研究分析， 第四章矿井通风系统及设计 4.1.2 矿井总风量计算与分配 煤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。 4.1.2.1 矿井风量计算原则 矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。 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、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。 4.1.2.2 矿井总需风量的计算 1矿井总风量的计算 矿井总需风量的计算按第六章第二节进行计算。 2. 配风的原则和方法 根据实际需要由里往外配风。即先定井下各个工作地点 (如采掘工作面、火药库、充电峒室、 等 )所需的有效风量 (详见第六章第二节 )，逆风流方向加上各风路上允许的漏风量，确定各风路上的风量和矿井的总进风量，再适当加上因体积膨胀的风量（这项风量约为总进风量的 5 )，得出矿井的总回风量，最后加上抽出式主扇井口和附属装置的允许漏风量 (即矿井外部漏风量 )，得出通过主扇的总风量。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，得出通过压入式主扇的总风量。 第四章矿井通风系统及设计 4.1.2.3 风量分配 须在算得的矿井总风量中，减去独立回风的掘进风量和峒室风量，再按以下原则对剩余的风量，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。 通过以上风量分配的计算，把分配给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 (包括必要时用第五章所述方法算出局部地区的自然分配风量 )初步确定，然后按照风速极限进行验算，即用各处的断面积分别去除分配该处的风量，所得出的风速，须符合 规程 的规定 (见 83 1)。 经过验算后，如能符合风速的要求，就最后确定矿井总风量 (不包括矿井的外部漏风量 )和井下各处的风量。否则，就要进行个别调整。 第四章矿井通风系统及设计 4.1.3 计算矿井通风总阻力 矿井通风总阻力是指风流由进风井口起，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 Am表示。在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称为通风困难时期。矿井通风总阻力是选择矿井主扇的重要因素之一所以，在选择矿井主扇之前，必须首先计算井巷通风总阻力。 4.1.3.1 计算的原则 1矿井通风的总阻力，不应超过 2940Pa。 2如果矿井的服务年限不长 (10 20a)，选择达到设计产量后通风容易和通风困难两个时期通风阻力最大的风路，沿着这两条风路，按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力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据此，所选用的主扇既能满足通风困难时的要求，又能做到在通风容易时使用合理，其它时期就无须计算， 第四章矿井通风系统及设计 4.1.4 选择矿井通风设备 矿井通风设备是指主扇和电动机。须先选择主扇，然后选择电动机。 4.1.4.1 对矿井主要通风设备的要求 根据矿井的瓦斯等级，规定主要通风设备应符合以下要求： (1)矿井必须装设两套同等能力的主扇，其中一套做备用，备用的要求在 10min内能启动。 (2)矿井的主扇房应有两个直接由变电所馈出的供电路线，线路上不应分接任何负荷。 (3)通风机能力应留有一定的余量，主扇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。 (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。 第四章矿井通风系统及设计 4.1.4.2 选择主扇 通风用通风机的个体特性曲线来选择，要先确定通风容易和通风困难两个时期主扇运转时的工况点，就要用以下方法分别算出两个时期主扇的风压。 1计算主扇风量 Q 由于外部漏风 (即井口防爆门及主扇附近的反风门等处的漏风 )，风机风量 Qf大于矿井风量 Q。 Qf kQm (851) 式中 Qf 主扇的工作风量， m3/s； Qm 矿井需风量， m3/s； k 漏风损失系数，风井不做提升用时取 1.1；箕斗井兼做回风用时取 1.15；回风并兼做升降人员时取 1.2。第四章矿井通风系统及设计 2计算主扇风压 主扇全压 Htd和矿井自然风压 HN共同作用克服矿井通风系统的总阻力 hm、主扇附属装置 (风硐和扩散器 )的阻力 hd及扩散器出口动能损失人 hvd。当自然风压与主扇风压作用相同时取 “一 ”；自然风压与主扇负压作用反向时取 “ ”。根据提供的主扇性能曲线，求出主扇风压。 Hfd hm hd hvd土 HN (852) 通常离心式主扇提供的大多是全压曲线，而轴流式主扇提供的大多是静压曲线。因此，对抽出式通风矿井： 当采用离心式主扇时容易和困难两个时期的全压分别为： Hfdmin hm hd hvdHN (853) Hfdmax hm hd hvd HN (854) 当采用轴流式主扇时容易和困难两个时期的全压分别为： Hsdmin hm hdHN (855) Hsddmax hm hd HN (856)第四章矿井通风系统及设计 通风容易时期为使自然风压与主扇风压作用相同时，主扇有较高的效率，故从通风系统阻力中减去自然风压；通风困难时期，为使自然风压与主扇风压作用反向时，主扇能力满足，故通风系统阻力中加上自然风压。 对于压人式通风矿井，式 (853) 及 (854) 中的 hvd 应改为出风井的出口动压， Hd 则为风硐的阻力。 3初选主扇 根据以上计算的 Qf、 Hsdmin (或 Hfdmin)和 Qf、 Hsdmax (或Hfdmax)两组数据，在主扇的个体特性曲线上选择合适的主扇。判别是否合适，要看上面两组数据所构成的两个时期的工作点，是否都落在通风机个体特性曲线上的全理工作范围内。 4求主扇的实际工况点 因为根据 Qf、 Hsdmin (或 Hfdmin)和 Qf、Hsdmax (或 Hfdmax)两组数据确定的工况点，即设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据主扇的工作阻力，确定其实际工况点。第四章矿井通风系统及设计 4.1.5 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。吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。 4.1.5.1 每吨煤的通风电费 (W) 吨煤的通风电费为主扇年耗电费及井下辅助主扇、局部主扇电费之和除以年产量，可用如下公式计算： W (E十 Eh)X D/T， 元 t 式中 E 主扇年耗电量第四章矿井通风系统及设计 4.1.5.2 吨煤通风成本 除上述每吨煤的通风电力费用外，还要统计一年的下列费用，然后折算出吨煤费用。 1通风设备折旧率和维修费。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材料消耗费用。包括各种通风构筑物的材料费，主扇和电动机润滑油料费，防尘等设施费用。 4通风仪表的购置费和维修费用。 5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。 6通风工作人员工资费用。 以上六项的吨煤费用加上吨煤通风电力费就是吨煤通风成本。第四章矿井通风系统及设计 4.2 矿井通风设计内容与优化 矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，生产矿井的通风设计，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。因此，必须周密考虑，精心设计，力求实现预期效果。 4.2.1 生产矿井通风设计的特点和要求 矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。矿井通风设计分为新建与改建或扩建矿井通风设计。对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规范和有关的规定。第四章矿井通风系统及设计 4.2.1.1 生产矿井通风设计的基本内容和步骤 要根据在通风设计的服务期限以内，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。有时由第一水平压入过渡到第二水平抽出式时，也导致全矿通风系统发生变化。第四章矿井通风系统及设计 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，然后山里往外推算进风路线上的风量和回风路线上的风量，有时还要计算某些网路内的自然分配风量 (参看第五章 )。 3.计算矿井通风总阻力 为了计算各条风路的通风阻力，正在生产的老区，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，或者用本章第四节所述的方法进行计算，新区每条风路做成后要实测它的风阻值，为修改没计使用。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。第四章矿井通风系统及设计 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 (参看第五章 )，设计中至少要制订出通风困难时的调节措施。 5.主扇的调节或选择 现用主扇的能力，如果能够适应设计的要求，就只需要调整它的工况点，并验算其电动机能力。如果不能适应要求，就得新选主扇，各台主扇在通风困难和通风容易两个时期的工况点，都要落在各主扇特性曲线的合理工作范围内。 6.概算矿井通风费用 概算吨煤通风成本。 第四章矿井通风系统及设计 4.2.1.2 通风系统优化 矿井通风系统是组成矿井生产的一个重要环节。故生产矿井的挖潜、技术改造和优化，也应包括通风的内容。经过优化后的矿井通风系统，应与矿井的生产相适应，技术上先进、合理、可靠；保证生产所需的充足、稳定的风量，在较好的经济效果基础上具备较强的抗灾能力。 1调查研究工作 在进行矿井通风系统优化设计之前，首先应进行通风现状的全面调查，摸清矿井通风的阻力分布，漏风情况和风机性能，以及瓦斯、地质、气候条件及开拓布置等方面的资料。从而找出矿井通风系统中存在的主要症结，进而找出解决的途径，为通风系统优化提供可靠的依据。 (1)通过井巷通风阻力测定工作，可以描绘出沿矿井各通风路线的阻力分布图。以此为据，分析各区段通风阻力是否合理。通常，由于回风巷风速大，巷道内堆积物多，维护条件差，严重失修，有效断面小，局部阻力大，并联风路少等原因，造成回风系统的阻力最大，一般占全矿阻力的二分之一左右。有时在某一局部地段，也会产生过大的阻力，使该通风系统的通风能力降低。通过实测及分析，可以针对通风阻力过大的地区，采取措施，提高通风能力。 第四章矿井通风系统及设计 (2)由于井口封闭不严，加之施工质量不合要求等原因，常使外部漏风率超过规定，而由于原设计不合理，通风构筑物位置与结构欠佳，也使内部漏风率提高。为此，应逐个调查