矿井通风系统优化

1、第一章矿井通风系统定义： 矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，是矿 矿 井通风方式、通风方法和通风网络的总称。 井通风方式、通风方法和通风网络 矿井通风方式是指进风井(或平硐)和回风井(或平硐) 矿井通风方式 的布置方式，即所谓中央式、对角式、区域式和混合 式等； 矿井通风方法是指产生通风动力的方法，有自然通风 矿井通风方法 法和机械通风法（压入式，抽出式）； 矿井通风网络是指井下各风路按各种形式联接而成的 矿井通风网络 网络。建立完整的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保 证。目前用通风方法排除井下瓦斯、粉尘和热量的平均能 力。研究表明，矿井通风系统能： 排除全矿井瓦斯量的8090， 排

2、除回采工作面瓦斯望的7080， 排除装有抑尘装置回采工作面的粉少量的：2030% 排除深井回采作面热量的6070。在影响矿井安全的诸多因素中，瓦斯、高温和有自燃煤层的 矿井对矿井通风系统有不同的要求，合理的矿井通风系统应有利 于排除矿井瓦斯、降低工作面的温度和防止煤炭自燃。第一节 通风系统的类型随着矿井开采深度的增大，矿井设计生产能力的增大， 煤层的开采技术条件日趋复杂化，相应的矿井瓦斯涌出量也增大， 岩层温度也升高，矿井自然发火也越来越严重这就导致各矿井通 风系统的差异也越来越大。为了使矿井通风系统与矿井开拓开采 的条件相适应，应对不同开拓开采条件的矿井的通风系统提出不 同的要求。 一、矿井

3、通风系统的类型与级别 根据瓦斯煤层自燃和高温对矿井通风系统的要求和特点，为了 便于管理、设计和检查，可把矿井通风系统分为：一般型、降温型、 防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦 斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型矿井通风系统及其相应的级 别，如表11所示。将矿井通风系统划分为不同的类型和级别，具有以下优点 1)有利于矿井通风系统设计的规范化。 1)有利于矿井通风系统设计的规范化。 有利于矿井通风系统设计的规范化 根据不同类型的矿井对通风系统的不同要求，规范。按设计规 范的要求进行矿井通风系统设计，具体制定出每一类型矿井通风系 统的设计提高了矿井没计的质量。2)可使通风管理

4、标准化 2)可使通风管理标准化。 可使通风管理标准化 矿井通风系统类型不同，通风管理酌标灌也有差异，根据每一 类型矿井迎风系统类型的特点，制定出每一类型矿井通风系统具体 的管理标准，即可使通风管理有的放矢。 3)提高了矿井通风的管理质量 提高了矿井通风的管理质量。 3)提高了矿井通风的管理质量。 根据矿井通风系统的不同类型，制定出了具体的管理标准，在 进行通风质量检查时，按照通风系统的不同类型分别对待，提高了 4)可使矿井的开拓开采和矿井通风结为一体 可使矿井的开拓开采和矿井通风结为一体。 4)可使矿井的开拓开采和矿井通风结为一体。 在进行通风质量控查时通风检查，首先要检查的是矿井通风系统是

5、否符合要求，然后才是检查通风管管理是否符合质量标准。通风检 查把矿井的开拓、开采与通风检查联系在一起，可健全矿工程技术 人员和生产管理人员都重视起通风工作。 5)增强了矿井的技灾能力。 5)增强了矿井的技灾能力。 增强了矿井的技灾能力 根据通风系统的类型确定相应的通风系统，并采取相应的管型措 施及防止灾害发生和扩大的方法，提高了矿井的抗灾能力。二、工作面的通风系统采区通风系统是矿井通风系统的核心， 采区通风系统是矿井通风系统的核心，采区通 风系统的结构决定着矿井通风系统中的最重要的参 数和指标(如漏风量、稳定性程度等)，因此搞好采 区通风是保证矿井安全生产的基础。 采区通风包括采区进风、回风及

6、工作面进、回 采区进风、 采区进风 回风及工作面进、 风道的布置方式，采区通风路线的连接形式， 风道的布置方式，采区通风路线的连接形式，采区 内的通风设备和设施等基本内容。 内的通风设备和设施等基本内容。采区的进风与回 风，一般由轨道上山和运输上山来担负，当采区生 产能力大、产量集中，瓦斯涌出量大，上，下多区 段同时生产或采区有煤与瓦斯突出危险时，可增设 专用的通风上山。根据回采工作面进回风巷道的布置方式和数量，可将 工作面通风系统的基本类型划分为以下几种：1U型与Z型通风系统 型与ZU型通风系统 工作面通风系统只有条进风巷道和一条回风巷道 条进风巷道和一条回风巷道。 型后退式通风系统在我国使

7、用比较普遍。 U型后退式通风系统 优点： 优点：结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏风小，风流稳 定，易于管理等； 缺点： 缺点：上隅角瓦斯易越限，工作面进、回风巷要提前掘进，维 护工作量大。 型前进式通风系统： U型前进式通风系统： 优点： 优点：巷道的的掘进量小，不存在采掘工作面串联通风问题， 在巷旁支护好、漏风不大时，具有一定优越性。采用U型前进式 通风系统的工作面，采空区瓦斯不涌向工作面，而是涌向回风 顺槽。Z型通风系统Z型后退式通风系统的工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面，而 型后退式通风系统的工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面， 的工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面 是涌向回风顺槽， 是

8、涌向回风顺槽， 工作面采空区回风侧能用钻孔抽放顶底板瓦斯， 工作面采空区回风侧能用钻孔抽放顶底板瓦斯，但入风侧不能 抽放瓦斯； 抽放瓦斯； z列前进式通风系统的作面的入风侧沿采空区能抽放瓦斯，采空 列前进式通风系统的作面的入风侧沿采空区能抽放瓦斯， 的作面的入风侧沿采空区能抽放瓦斯 区的瓦斯易涌向工作面，特别是上隅角，回风侧不能抽放瓦斯。 区的瓦斯易涌向工作面，特别是上隅角，回风侧不能抽放瓦斯。 Z型通风系统的采空区漏风，介于采用U型后退式和U型前进 型通风系统的采空区漏风，介于采用U型后退式和U 式通风系统之间。 式通风系统之间。该通风系统需沿空支护巷道和控制经过来空 区的漏风，其难度较大。

9、 区的漏风，其难度较大。2型、型及双型通风系统 、型及双 型及双 这三种通风系统均为两进一回或一进两回的采煤工作面通风系统。 该类型的通风系统如图所示：型通风系统 根据进、回风巷的数量和位置不同，型通风系统可以有多种不同 的方式。生产实际中应用较多的是在回风侧加入附加的新鲜风流，与工 作面回风汇合后从采空区侧流出的通风系统。型通风系统会使回风道 的风量加大，但上隅角及回风道的瓦斯不易超限，并可以在上部进风侧 抽放瓦斯。 型通风系统 （）后退式型通风系统：用于高瓦斯的长工作面或双工作面。该系 统的进、回风平巷都布置在煤体中，当由中间及下部平巷进风、上部平 巷回风时，上、下段工作面均为上行通风，但

10、上段工作面的风速高，对 防尘不利，上隅角瓦斯可能超限，所以，瓦斯涌出量很大时，常采用上、 下平巷进风，中间平巷回风的型通风系统，或者反之，采用由中间平 巷进风，上、下平巷回风的通风系统以增加风量，提高产量。在中间平 巷内布置钻孔抽放瓦斯时，抽放钻孔由于处于抽放区域的中心，因而抽 放率比采用型通风系统的工作面提高了50%。 （）前进式型通风系统：巷道维护在采空区内，巷道维护困难，漏 风大，采空区的瓦斯也大。3.双型通风系统 其中间巷与上、下平巷分别在工作面的两侧。 （）后退式双型通风系统：上、下进风巷布置在煤体中，漏风携出的 瓦斯不进入工作面，比较安全。 （）前进式双型通风系统：上、下进风巷维护

11、在采空区中，漏风携出 的瓦斯可能使工作面的瓦斯超限。3型通风系统在型通风系统中，有两进两回通风系统和三进一回通风系统。如图 所示。 优点： 优点：工作面风量大，采空区的瓦斯不涌向工作面，气候条件好，增加了 工作面的安全出口，工作面机电设备都在新鲜风流中，通风阻力小，在采 空区的回风巷中可以抽放瓦斯，易控制上隅角的瓦斯。 缺点： 缺点：沿空护巷困难；由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复 杂。 适用条件： 适用条件：当工作面和采空区的瓦斯涌出量都较大，在进风侧和回风侧都 需增加风量稀释工作面瓦斯时，可考虑采用型通风系统。几种通风方式对比图： 几种通风方式对比图：第二节 高瓦斯矿井的通风系统

12、高瓦斯矿井工作面的通风系统应满足以下要求： 高瓦斯矿井工作面的通风系统应满足以下要求： 分源稀释瓦斯。即按瓦斯涌出的不同来源，以不同的新鲜风流分 别稀释和排放； 通风系统所确定的巷道布置，要有利于煤层瓦斯抽放和突出危险 煤层的开采； 应能排除上隅角高浓度瓦斯，防止瓦斯局部积聚； 能为工作面创造良好的气象条件。 高瓦斯矿井工作面有条件的应首先进行瓦斯抽放，同时应有一 个利于稀释和排放瓦斯的通风系统。高瓦斯矿井工作面的瓦斯来源 于开采煤层和邻近层。实践证明，来自开采层的瓦斯和工作面的通 风系统关系不大，而邻近层的瓦斯而用和工作面的通风系统关系十 分密切。目前，我高瓦斯矿井工作面主实采用U型、U+L

13、型、Y型及W 型通风系统。高瓦斯矿井工作面有条件的应首先进行瓦斯抽放，同时 应有一个利于稀释和排放瓦斯的通风系统。高瓦斯矿井工作 面的瓦斯来源于开采煤层和邻近层。实践证明，来自开采层 的瓦斯和工作面的通风系统关系不大，而邻近层的瓦斯而用 和工作面的通风系统关系十分密切。 目前，我高瓦斯矿井工作面主实采用U型、U+L型、Y型 及W型通风系统。一、高瓦斯工作面的通风系统 1U型通风系统 假设采空区无任何漏风，形成一源一汇流场，则其流场分布如 图所示。 从图中可以看出，风流除沿工作面流动外， 从图中可以看出，风流除沿工作面流动外， 有一部分进入采空区而沿流线力向流动， 有一部分进入采空区而沿流线力向

14、流动，这 样积存于采空区内的瓦斯即以对流扩散的形 式与风流进行质量交换， 式与风流进行质量交换，由于流进采空区内 的风流携带瓦斯从上隅角涌出， 的风流携带瓦斯从上隅角涌出，加之上隅角 附近存在风流漩涡区， 附近存在风流漩涡区，因而工作面上隅角易 积累瓦斯。 积累瓦斯。在工作面瓦斯涌出量不大的情况 尚能维持正常生产。 下，尚能维持正常生产。如图所示为某综采 采工作面采用U型通风 采工作面采用 型通风 系统时的等瓦斯浓度分 布线。从图中可以看出， 布线。从图中可以看出， 采空区的瓦斯大部分上 隅角附近涌出， 隅角附近涌出，从而造 成上隅角瓦斯浓度超限。 成上隅角瓦斯浓度超限。煤矿安全规程采区回风巷

15、，采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度 超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，进行处理。 采用U型通风系统的工作而的所需风量应按下式计算： 采用 型通风系统的工作而的所需风量应按下式计算： 型通风系统的工作而的所需风量应按下式计算Qu工作面所需的风量M3/MIN = 100ka开采层沼气涌出所占的比例 + 1(1 邻近层沼气抽放率 )b邻近层沼气涌出所占的比例q工作面总的沼气涌出量M3/MIN2U+L型(U型加排瓦斯尾巷)通风系统为了解决高瓦斯 工作面上隅角频繁出 现的沼气超限问题， 现的沼气超限问题， 可采用U+L型通风系 可采用 型通风系 统。该种通风系统其实质是使工作面的部分风流流向采空区方

16、向、 该种通风系统其实质是使工作面的部分风流流向采空区方向、通过上隅 角经联络檄巷进入尾巷，以改变采空区瓦斯在上隅角处的流动方向， 角经联络檄巷进入尾巷，以改变采空区瓦斯在上隅角处的流动方向，使其不 断被稀释，尔后经尾巷排出， 断被稀释，尔后经尾巷排出，同时进入采空区的风流携带采空区内的部分瓦 斯也经尾巷排出，以减少上隅角的瓦斯涌出量。 斯也经尾巷排出，以减少上隅角的瓦斯涌出量。此通风系统队的主要问题是 尾巷中存在高浓度瓦斯。 尾巷中存在高浓度瓦斯。由于工作面与尾巷联络巷之间的 漏风通道属角联支路， 漏风通道属角联支路，因而随着 工作面的推进， 工作面的推进，上隅角及尾巷中 的沼气浓度是处于不

17、稳定状态的， 的沼气浓度是处于不稳定状态的， 在通风管理中应加强管理。 在通风管理中应加强管理。根据有关资料，采用U+L通风系统回采作面的所属风量应按下式计 根据有关资料，采用U+L通风系统回采作面的所属风量应按下式计 U+L 算： Q = 1 0 0 k (1 + k ) a + 1 (1 ) k b q Q m p L L= 1 0 0 (1 ) (1 b L ) b k k L Qm3 、Y型通风系统 由于采用U+L U+L型的通风系统的工作面的上隅角处的瓦斯是处于不稳 由于采用U+L型的通风系统的工作面的上隅角处的瓦斯是处于不稳 定的状态中，对于瓦斯涌出量较大的的综采工作面， 定的状态

18、中，对于瓦斯涌出量较大的的综采工作面，常会因瓦斯超 限而停产， 限而停产，限制了生产的 发展。 发展。但高瓦斯矿井的 综采工作面可采用如图 所示的Y型通风系统。 所示的Y型通风系统。即主进风流通过工作面 时稀释本煤层的沼气， 时稀释本煤层的沼气， 利用在采空区中维护的 回风巷，有控制向回风道漏风，使采空区的瓦斯立接进入回风巷， 回风巷，有控制向回风道漏风，使采空区的瓦斯立接进入回风巷， 而副进风的作用在于驱散上限角的沼气， 而副进风的作用在于驱散上限角的沼气，并将回风巷的沼气稀释到 安全浓度范围内。 安全浓度范围内。Y型通风系统在解决高瓦斯工作面通风问题时特点：（1）用单独风流稀释采空区沼气，

19、消除了上隅角的高瓦斯 用单独风流稀释采空区沼气， 积聚，是处理工作面瓦斯的一种经济合理的方法； 积聚，是处理工作面瓦斯的一种经济合理的方法； 采用分源稀释， （2）采用分源稀释，工作面的供风主要为稀释开采层涌出 的沼气； 的沼气； 有两条新鲜风流巷道，可供安置机电设备， （3）有两条新鲜风流巷道，可供安置机电设备，改变了运 输巷道备拥挤的现象； 输巷道备拥挤的现象； （4）由于运输道的瓦斯涌出和粉尘直接排到回风巷，可以 由于运输道的瓦斯涌出和粉尘直接排到回风巷， 减少工作面的瓦斯和粉尘浓度，还有利于有害气体的排放， 减少工作面的瓦斯和粉尘浓度，还有利于有害气体的排放， 提高了工作面的安全程度。

20、 提高了工作面的安全程度。采用Y型通风系统的工作面的所需风量可按下式计算： 采用Y型通风系统的工作面的所需风量可按下式计算：回采工作面采用的 “一进两回”的U+L 型通风系统，可改为 “两进一回”的Y型 通风系统。如图114所示，把原回风巷改为辅助进凤巷，进风量少于主进风 备把原尾巷改为回风巷，工作面瓦斯由主进风巷的风流冲淡辅助 进风巷的风流与工作面风流在上限角处汇合，经沿空巷道进入回风 巷(原尾巷)。主进风巷的配风量将以工作面涌出的瓦斯冲谈到允许 浓度为宜辅助进风巷配风将以上、下邻近层涌入采空区的瓦斯 (除抽放瓦斯量)和采空区丢煤涌出瓦斯冲淡到使工作面回风流瓦斯 在1%为宜，二、采区工作面的

21、整体布 置 工作面采用沿空 留巷的Y型通风系统 时，其工作面巷道是 重复使用和置换位用 的，这样可达到少掘 巷道，少留煤柱，安 全、经济、多采煤的 目的。采用这种通风 系统的采煤工作面的 巷道是单、双巷间隔 布置，在通风用途上 是重复置换使用的， 如图所示。采区工作顶的整体郁置中，采用Y型通风系统的主要优点为： 采区工作顶的整体郁置中，采用Y型通风系统的主要优点为： (1)通风系统简单合理，便于管理； 通风系统简单合理，便于管理； 通风系统简单合理 (2)上隅角瓦斯浓度降低，流向安全 上隅角瓦斯浓度降低， 上隅角瓦斯浓度降低 (3)剔除或缩短了沼气尾巷这个易发事故点，在安全上更加合理可 剔除或

22、缩短了沼气尾巷这个易发事故点， 剔除或缩短了沼气尾巷这个易发事故点 靠 (4)巷道掘进量减少，缩短了工作面酌准备时间，加快了工作面投 巷道掘进量减少，缩短了工作面酌准备时间， 巷道掘进量减少 产； (5)避免了因上隅角或尾巷瓦斯越限的造成的停产，加快了回采速 避免了因上隅角或尾巷瓦斯越限的造成的停产， 避免了因上隅角或尾巷瓦斯越限的造成的停产 度，丢煤量减少，提高了回来率； 丢煤量减少，提高了回来率； (6)风压、风量调节更加方便 风压、 风压 (7)降低了工作面系统内的通风总阻力。另外，若在抽放工艺上配 降低了工作面系统内的通风总阻力。另外， 降低了工作面系统内的通风总阻力 以合理的布孔方式

23、，抽放邻近层的沼气， 以合理的布孔方式，抽放邻近层的沼气，其经济效益也十分明显 。第三节 自燃矿井的通风系统煤层白燃必须同时具备4个条件；即： 1、煤炭具有自燃倾向性，并以破碎状态存在； 2、有漏风供氧条件； 3、有积聚氧化热的储热环境； 4、有足够氧化储热的时间。 除煤炭具有自燃倾向性，并以破碎状态存在这一条件外；其他3条 与矿井通风系统都有密切的关系。为此，自燃矿井的通风系统 必须满足以下条件；自燃矿井的通风系统必须满足以下条件； 1)根据兖州局的经验，自燃矿井的主扇风压不得超过 1500Pa；（目前都超过了） 2)开采自燃煤层的采区和回采工作面必须采用分区通风， 并保持足够的通风断面采区

24、和回采工作面进、回风两端压 差不宜超过200Pa 3)开采有自燃煤层的矿井中，风门、风窗等通风设施均应 按防灭火的要求正确地势位置，应避免增加采空区、煤柱 裂隙、火区的漏风压差，每种设施的压差不宜超过100Pa； 4)开采自然发火严重的采区或工作而，应建立局部反风系 统， 5)矿井通风系统应有利于采空区和火区的调压。一、漏风带的划分对于后” 通风系统 一源一汇)的采空区，按漏风风速、采空区氧气浓度、 通风系统( 对于后”U”通风系统(一源一汇)的采空区，按漏风风速、采空区氧气浓度、 采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为“三带” 采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分

25、为“三带”。 散热带（L1)：L1=5-20m,由于自由堆积，空隙漏风大， 散热带（L1)：L1=5-20m,由于自由堆积，空隙漏风大，Q生<Q散。 <Q散 自燃带(L2)：L=20-70m，空隙、漏风小， >Q散 自燃带(L2)：L=20-70m，空隙、漏风小，Q生>Q散。 (L2) 窒息（不自燃） 窒息（不自燃）带：漏风小，氧气浓度低。 漏风小，氧气浓度低。31划分“三带”的标准（指标）有三种： 采空区漏风风速V V>0.9m/s为散热带； 0.9V0.02m/s为自燃带； 0.02m/s为自窒息带。 采空区氧浓度（C）分布 认为C8%为窒息带，C8%为自燃带

26、 采空区遗煤温升速度 dt>1/d为自燃带 W L1 L2二、回采工作面的风量实践证明。适当降低风量，减少采空区漏风供氧条件，可抑制采空区和火源点的空 气流动，降低火源点的含氧量，达到防止煤炭自然发火的目的。 根据阻力定律h=RQ2，当风星减少时，矿井的负压则按风量的平方降低，从而使采空 区和火源点两侧压差降低。Q=n hR（1）工作面的风显要保证每人不得少于4m3/min，并贝满足工作面 的气象条件及冲 淡有害气体的要求。 （2）满足回采工作面最低风速0.25ms的要求。 （3）采用低风量，在回风顺槽设置双道，以防止人员通过调节风门 时，造成风量不稳定。三、矿井风压矿井风压高，必然导致

27、采区、采空区及密闭的进风、回风侧的风压 差的增大这样就会使得这些地点的漏风量也随之增多，促使采空 区煤的自燃。因此，矿井风压值应选取合理。四、通风系统(一)通风方式 一 通风方式 自燃发火的矿井的通风方式，应满足低风压、小漏风，发生火灾时风流容易 控制等要求。中央式通风方式风压高、采空区漏风大，不利于防灭火，因此，自 燃发火的矿井应采用两翼对角式或分区对角式的通风方式为主。 (二)工作面通风系统 采空区发生自然发火的主要原因之一是由于该地区存在着连续漏风，而采空 区漏风量的大小又取决于密闭墙的质量、密闭墙两侧的总压差和采空区漏风风阻， 因而，为了预防采空区自燃，通常是在与采空区有联系的巷道内建

28、筑高质量的密 闭墙。 相关资料介绍，最佳密闭墙的漏风风阻约60000N·S2/m2。当其两侧的压差为 100Pa时，漏风量约为2.5m3min；当压差为200Pa 时，漏风虽可达3.5m3 min 。在沿空留苍的条件下，尽管密闭墙体可以建筑得十分严密，但由于墙体四 周仍为冒落后的松散岩体，其漏风量要大得多，因而当其它发火条件同时具备时， 上述漏风量即可酿成自燃火灾。 自燃煤层的漏风系统应有利于减少采空区两侧的压差，具体系统应根据实际 情况因地制宜设计，比较典型的通风系统有 型和 型通风系统。 比较典型的通风系统有W型和 型通风系统。 比较典型的通风系统有 型和D型通风系统在一个多风并、多采区的矿井中，当一个采区发生火灾时，突进行 全矿井反风是一项非常复杂的工作，只要有某一点考虑不周，就会 使事故扩大。但如果在采区发生事故时，进行局部反风，则不仅速 度快，操作简单，而且能及时地控制风流。无论是哪个区域，根据 通风网络的结构做些小工程，基本上都能实现局部反风，(一)上(下) 山的局部反风系统(一)工作面的局部反风系统对于自燃矿井，在进行矿井通风设计时，除应设计工作