采矿课件第十四章矿井通风

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《采煤概论》精品课程第14章矿井通风12/25/20221本章主要内容第14章矿井通风第一节矿井通风的任务与矿井空气第二节矿井通风压力和通风阻力第三节矿井通风动力第四节矿井通风系统第五节矿井总风量的计算第六节采区通风系统第七节掘进通风方法第八节矿井通风构筑物12/25/20222

第一节矿井通风的任务与矿井空气一、矿井通风的基本任务煤矿生产是地下作业，自然条件比较复杂，只有少数井巷与地面相通，因此，矿井通风是保证矿井安全的最主要的技术手段之一，在矿井建设和生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个用风地点，其主要任务是：1）提供井下足够的新鲜空气，以供人员呼吸；2）把井下的及稀释和排除井下有毒、有害气体和矿尘；3）创造良好的矿井工作环境，保证井下有适合的气候条件（及适宜的温度、湿度与风速），以利于工人劳动和机器运转。12/25/20223第一节矿井通风的任务与矿井空气二、矿井空气1.矿井空气中的主要成分地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。一般地说，地面空气的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三种气体组成，按体积的百分比数计为：氧—20.96%；氮—79%；二氧化碳—0.04%。《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%；采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不得超过0.5%，总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%。当采掘工作面风流中二氧化碳浓度超过1.5%，或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停工处理。12/25/20224第一节矿井通风的任务与矿井空气2.矿井空气中的有害气体矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的—切气体，均称为有害气体。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氢（H2S）、氢气（H2）、氨（N2）等。这些有毒有害气体对煤矿井下作业人员人身健康和安全有极大危害。《规程》规定，井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0．0024％；井下空气中二氧化硫浓度不得超过0．0005％。12/25/20225第二节矿井通风压力和通风阻力一、空气压力表示一条水平巷道，在巷道内风流（空气）能从A点向B点流动，是因为A点的压力大于B点的压力，由此可以引出两个概念，一是A点或B点的压力，称为点压力；二是A点与B点之间存在着压力差。12/25/20226第二节矿井通风压力和通风阻力1.点压力空气的点压力可以用绝对压力和相对压力来表示。1)绝对压力：某点的绝对压力是以真空为基准，以“0”压为起算点所计量的压力，所以，绝对压力总是正值，其单位通常用帕（Pa）表示。通常说的大气压力就是指绝对压力。一个标准大气压力值为101.325Pa。2)相对压力：某点的相对压力是以当地的大气压力为基准所计算的压力。若大于当地的大气压力的为正压，小于当地的大气压力的为负压。故相对压力有正值和负值之分。相对压力的单位通常是帕（Pa）表示。2.两点压力差由于A、B两点压力大小不相等，因而在A、B两点之间就存在压力差，由于这种压力差是由矿井通风机或自然因素造成的，故压力差又叫通风压力。它是用来克服巷道通风阻力并使风流按照规定的风速流动的动力，其数值可以通过计算或仪器测定得到。12/25/20227第二节矿井通风压力和通风阻力

二、井巷通风阻力当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性、惯性以及井巷周边对风流的阻滞、扰动作用而形成的通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。上面已经提到，通风机或自然因素所形成的通风压力是用来克服矿井通风阻力的，所以通风压力和通风阻力是作用力与反作用力的关系，即数值相等，作用方向相反，故通风阻力值就是矿井通风需要的风压值。矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类。12/25/20228第二节矿井通风压力和通风阻力1.摩擦阻力空气沿井巷流动时，由于流层之间的摩擦和流体与井巷周边壁面之间的相互摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力（也称沿程阻力），它与巷道断面的大小、形状、支架型式、巷道壁的粗糙程度有关。在矿井通风中，常用风流的压能损失h摩来表示摩擦阻力，其值的大小按下式计算，h摩=αLUQ2/S3（14－1）式中h摩——井巷摩擦阻力，Pa；α——井巷摩擦阻力系数，N·S2/m4（牛·秒2/米2）；L——井巷长度，m；U——井巷周边长度，m；Q——井巷中流过的风量，m3/s。通常令上式中αLU/S3=R摩式中R摩——摩擦风阻，N·S2/m8。则（1）式可写成：h摩=R摩Q2（14－2）12/25/20229第二节矿井通风压力和通风阻力2.局部阻力空气流经井巷的某些局部地点（如井巷突然扩大、突然缩小，急转弯以及分岔或汇合等），造成风流速度和方向的突然变化，导致均匀风流产生紊乱的涡流与撞击，因而在局部地点产生的附加阻力称为局部阻力。其值可按下式计算：h局=R局Q2（14—3）式中h局——井巷局部阻力：Pa；R局——产生局部阻力地点的局部风阻，Ns2/m8。综合以上所述，井巷的通风总阻力h阻=h摩+h局=（R摩+R局）Q2=R总Q2（14-4）式中h阻——井巷通风总阻力，Pa；R总——井巷通风总风阻，N·S2/m4；Q——井巷中流过的风量，m3/S。12/25/202210第二二节节矿矿井井通通风风压压力力和和通通风风阻阻力力三、、降降低低通通风风阻阻力力的的措措施施1））减减小小井井巷巷摩摩擦擦阻阻力力系系数数。。对对于于服服务务年年限限长长的的主主要要井井巷巷，，应应尽尽量量采采用用巷巷道道周周壁壁表表面面光光滑滑的的支支护护方方式式，，对对于于棚棚式式支支护护，，应应尽尽量量架架设设整整齐齐，，必必要要时时背背好好帮帮顶顶等等，，。。2））保保证证有有足足够够大大的的井井巷巷断断面面。。特特别别是是主主要要进进、、回回风风流流巷巷道道断断面面扩扩大大对对降降低低风风阻阻效效果果明明显显。。3））尽尽量量缩缩短短通通风风路路线线长长度度。。因因为为巷巷道道的的摩摩擦擦阻阻力力与与巷巷道道长长度度呈呈正正比比，，因因此此应应尽尽量量缩缩短短风风路路的的长长度度。。4）避免巷道道内风量过于于集中。巷道道摩擦阻力与与风量的平方方成正比，若若巷道内风量量过于集中，，摩擦阻力会会大大增加。。因此，应尽尽可能使矿井井的总进风早早分开，使矿矿井的总回风风晚汇合。5）降低局部部阻力。应尽尽量避免巷道道急拐弯，避避免巷道断面面突然扩大、、突然缩小，，尽量避免在在主要巷道内内任意停放车车辆、堆积木木材、器材等等。12/20/202211第三节矿井井通风动力一、自然通风风使空气获得能能量，产生自自然风压，使使其沿井巷流流动，这种自自然力主要是是由地面温度度的变化，使使矿井风侧和和回风侧空气气温度发生差差异而引起的的。《规程》》规定，矿井井必须采用机机械通风，自自然通风只能能在特定条件件下使用。12/20/202212第三节矿矿井通通风动力力二、机械械通风机械通风风是矿井井通风的的主要动动力。按按其服务务范围可可以分为为三种：：1）主要通风风机（简称主主扇），，主要用用于全矿矿井或矿矿井的一一翼（部部分）；；2）辅助通风风机（简称辅辅扇），，主要服服务于矿矿井网络络的某一一分支（（如采区区或工作作面），，以帮助助主要通通风机供供风以保保证该分分支的风风量；3）局部通风风机（简称局局扇），，主要用用于独头头掘进的的井巷等等局部地地区通风风。矿用通风风机按其其构造又又可分为为离心式式通风机机和轴流流式通风风机两类类。12/20/202213第三节矿矿井通通风动力力1）离心心式通风风机图14-3离离心式通通风机1—动轮轮;2——螺形外外壳;3—扩散散器;4—通风风机轴;5—止止推轴承承;6——径向轴轴承;7—前导导器;8—轴承承架;9—齿齿轮联轴轴器;10—制制动器;11——机座;12——吸风口口;13—通风风机房;14——电动机机;15—风硐硐12/20/202214第三节矿矿井通通风动力力2）轴流流式通风风机图14-4轴轴流式通通风机1—集风风口;2—流线线罩;3—前导导器;4—第一一级动轮轮;5——中间整整流器;6—第第二级动动轮;7—后整整流器;8——扩散器器;9——通风机机架;10—电电动机;11——通风机机房;12—风风硐;13—流流线形导导风板12/20/202215第四节矿井井通风系统一、矿井主要要通风机的工工作方式矿井主要通风风机的工作方方式主要有抽出式通风和和压入式通风风两种。1）抽出式2）压入式通通风3））抽抽出出和和压压入入混混合合式式通通风风图14-5矿矿井井主主要要通通风风机机的的工工作作方方法法a——抽抽出出式式通通风风;b——压压入入式式通通风风;c——抽抽出出和和压压入入混混合合式式通通风风12/20/202216第四四节节矿矿井井通通风风系系统统二、、矿矿井井通通风风方方式式按照照矿矿井井进进风风井井和和回回风风井井相相互互位位置置关关系系，，可可把把矿矿井井通通风风方方式式分分为为三三种种基基本本类类型型：：1））中央央式式，又又可可分分为为中中央央并并列列式式和和中中央央分分列列式式两两种种。。2））对角角式式，又又可可分分为为两两翼翼对对角角式式和和分分区区对对角角式式两两种种。。3））混合合式式，混混合合式式是是中中央央式式和和对对角角式式或或中中央央并并列列式式和和中中央央分分列列式式所所组组成成的的一一种种综综合合形形式式，，它它是是老老矿矿井井进进行行深深部部开开采采时时常常采采用用的的通通风风方方式式。。12/20/202217第四四节节矿矿井井通通风风系系统统中央并列式式图14-6中央并并列式通风风1—进风井井;2—出出风井;3—总进风风巷;4——总回风巷巷;5—总总回风石门门12/20/202218第四节矿矿井通风系系统中央分列式式图14-7中央分分列式通风风1—进风井井;2—出出风井;3—总进风风巷;4——总回风巷巷12/20/202219第四节矿矿井通风系系统对角式图14-8对角式式通风1—进风井井;2—出出风井;3—总进风风巷;4——总回风巷巷12/20/202220第四节矿矿井通风系系统中央式与对对角式比较较优点：（1）矿井井总回风巷巷可以随采采区接替逐逐步开掘，，因而建井井工期短，，总回风巷巷的维护费费用低；（2）回风风井筒数目目少，同时时运转的风风机台数少少，容易管管理；（3）当进进风井口及及井底车场场附近发生生火灾需要要反风时，，容易实现现。缺点：（1）随着着向边界界采区开开采，总总回风巷巷不断延延长，通通风线路路随之加加长，因因而通风风阻力不不断增加加；（2）矿矿井生产产期间，，由于井井下巷道道阻力不不断增加加，阻力力变动范范围大，，难以保保证通风风机在高高效率状状态下运运转；（3）矿矿井总进进风和总总回风风风流反向向平行流流动，容容易发生生漏风；；（4）在在矿井生生产的中中后期，，多采区区同时生生产时矿矿井通风风系统关关联性太太强，系系统独立立性差，，系统防防灾抗灾灾能力差差。12/20/202221第四节矿矿井通通风系统统三、矿井井反风矿井进风风口、井井筒、井井底车场场附近一一量发生生火灾，，为缩小小灾情、、出，有有时需要要反风，，即改变变风流方方向。《《规程》》规定，，矿井：：矿井主主要通风风机必须须有反风风装置，，必须能能在10min内改变变巷道中中的风流流方向；；风流方方向改变变后，供供风量应应小于正正常风量量的40％。1．离心心式通风风机的反反风2．轴流流式通风风机的反反风12/20/202222第四节矿矿井通通风系统统图14-9离离心式通通风机反反风示意意图1、2——反风风风门;3—反风风绕道图14-10轴轴流式式通风机机反风设设备系统统图1、2——通风机机;3——反风绕绕道;4—百叶叶窗;a、b——反风风风门12/20/202223第五节矿矿井总风量量的计算一、矿井配配风原则、、方法和依依据1）配风原原则和方法法：根据实实际需要，，“由里向向外”配风风，即首先先确定井下下各用风地地点(如采采掘工作面面、硐室、、火药库等等)所需的的风量，然然后逆风流流方向加上上各风路中中允许的漏漏风量，求求得各风路路上的风量量和矿井的的总进风量量；根据求求得的矿井井总进风量量再加上空空气体积膨膨胀的风量量(这项风风量约为总总进风量的的5％)即即得矿井总总回风量。。2）配风的的依据(1)氧气气含量的规规定；(2)瓦斯斯、—氧化化碳等有害害气体安全全浓度的规规定；(3)风流流速度的规规定；(4)空气气温度的规规定，(5)空气气中悬浮粉粉尘安全浓浓度的规定定。12/20/202224第五节矿矿井总风量量的计算二、生产矿矿井总进风风量的计算算生产矿井总总进风量是指井下各各工作地点点的需风量量和各条风风路中损失失风量的总总和。根据据《规程》》规定，矿矿井需要的的风量(Q)应按下下列要求分分别计算，，并选取其其中的最大大值。1）按井下下同时工作作的最多人人数计算矿矿井总需风风量：Q矿进=4×N×K矿矿通m3/min式中：N——井井下同时时工作的的最多人人数K矿通——矿井井通风系系数；一一般取1.20～1.252）按按采煤、、掘进、、硐室及及其它地地点实际际需要风风量的总总和计算算：Q矿进=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其它）×K矿通m3/min式式中：∑∑Q采——采煤煤工作面面实际需需要风量量的总和和，m3/min；∑Q掘——掘进进工作面面实际需需要风量量的总和和，m3/min；∑Q硐——硐室室实际需需要风量量的总和和，m3/min；∑Q其它——矿井井除了采采煤、掘掘进和硐硐室地点点外的其其它井巷巷需要进进行通风风的风量量总和，，m3/min。12/20/202225第五节矿矿井总总风量的的计算三、新设设计矿井井风量的的计算设计矿井井的风量量，可参参照邻近近生产矿矿井的通通风资料料，按生生产矿井井的风量量计算方方法进行行计算。。对新矿矿区、无无邻近生生产矿井井参照时时，可参参照省内内气候、、矿山地地质、开开采技术术条件相相类似的的生产矿矿井的风风量计算算方法进进行计算算。12/20/202226第六节采采区通通风系统统一、采区区通风采区通风风系统是是矿井通通风系统统的核心心单元，，是采区区生产系系统的重重要组成成部分，，它包括括采区进进风、回回风和采采煤工作作面进回回风巷道道等组成成的风路路连接形形式及采采区的风风流控制制设施。。所谓采区区通风系系统是指风流流进入采采区，沿沿采区巷巷道清洗洗工作面面后排出出采区的的整个风风流流动动路线。。在准备备采区时时，必须须在采区区内构成成通风系系统以后后方可开开掘其它它巷道。。采煤工工作面必必须在构构成全风风压通风风以后，，方可回回采。采采区进、、回风巷巷必须贯贯穿整个个采区长长度或高高度，严严禁将一一条上山山、下山山或盘区区的风巷巷分为两两段，其其中一段段为进风风巷，另另一段为为回风巷巷。采区内一一般布置置三条上上山，一一条为运运输上山山，一条条为轨道道上山，，一条专专用回风风上山。。瓦斯涌涌出量小小的小煤煤矿可布布置两条条上山。。12/20/202227第六节采采区通通风系统统图14-11采采区通通风系统统1—主要要进风巷巷;2——运输上上山;3—区段段运输平平巷;4—回采采工作面面;5——区段回回风平巷巷;6——轨道上上山12/20/202228第六节采采区通通风系统统二、采煤煤工作面面通风由采煤工工作面及及其进、、回风巷巷道所构构成的通通风路线线叫采煤工作作面通风风系统。采煤工工作面的的通风系系统可有有多种形形式，如如“U””型、““Y”型型、“W”型和和“H””型等通通风系统统。1）“U”型通风系系统：这这种通风风系统最最为简单单，采用用最广泛泛。但它它的缺点点是，采采煤工作作面的采采空区一一侧的上上隅角容容易积聚聚瓦斯。。2）“Y”型通风系系统：这这种通风风系统对对解决回回风流瓦瓦斯浓度度过高或或上隅角角积存瓦瓦斯具有有良好效效果。但但要求工工作面的的上顺槽槽沿采空空区一翼翼全长预预先掘出出，且在在回采期期内要始始终维护护。3）“W”型通风系系统：这这种通风风系统适适用于瓦瓦斯涌出出量大、、工作面面较长的的综采工工作面，，当开采采煤层的的瓦斯涌涌出量特特别大时时，还可可在中间间平巷中中布置钻钻孔抽放放瓦斯，，但这种种通风系系统中有有半个工工作面是是下行通通风．对对有煤与与瓦斯突突出的采采煤工作作面严禁禁采用。。4）还有有“Z”型通风系系统12/20/202229第六节采采区通通风系统统U形通风风系统Y形通风风系统W形通风风系统Z形通风风系统12/20/202230第七节掘掘进通通风方法法掘进通风风方法有有总风压通通风、引引射器通通风和局局部通风风机通风风三种。局局部通风风机通风风的通风风方式主主要有压入式、、抽出式式和混合合式通风风三种，图14-15掘掘进通通风方法法a—压入入式通风风;b——抽出式式通风;c、d—混合合式通风风12/20/202231第八节矿矿井通通风构筑筑物一、风门门在人员和和车辆需需要通行行，而不不能让风风流通过过的巷道道中，需需要设置置通风构构筑筑物，，这种既既要切断断风流又又能保证证行人通通车的通通风构筑筑物称为为风门。。二、风墙墙风墙（又又称密闭闭）是用用来切断断风流或或封闭采采空区，，防止瓦瓦斯向巷巷道扩散散的一种种构筑物物。风墙墙按服务务年限不不同可分分为临时时性风墙墙和永久久性风墙墙两类。。临时性性风墙由由于服务务年限短短，可用用木板、、可塑性性等材料料修筑；；永久性性风墙要要用不燃燃性材料料（如砖砖、料石石或水泥泥等）修修筑。图14-16风风墙1—观测测孔;2—注浆浆孔;3—放水水孔12/20/202232第八节矿矿井通通风构筑筑物三、风桥桥在进风巷巷道与回回风流平平面交叉叉处，为为防止风风流短路路，使进进回风分分离，需需要设置置通风构构筑物，，这种用用于隔开开两条互互相交叉叉的进、、回风流流的构筑筑物称为为风桥。。图14-17风风桥桥a——铁铁筒筒式式风风桥桥;b——混混凝凝土土风风桥桥;c——绕绕道道式式风风桥桥12/20/202233第八八节节矿矿井井通通风风构构筑筑物物四、、井井口口封封闭闭装装置置在安安设设扇扇风风机机的的井井筒筒内内，，空空气气压压力力与与大大气气压压力力之之间间存存在在较较大大压压力力差差，，为为防防止止井井内内风风流流和和地地面面大大气气短短路路，，其其井井口口必必须须有有封封闭闭装装置置，，以以使使井井口口和和地地面面大大气气隔隔开开。。对对于于通通风风、、提提升升共共用用的的井井筒筒，，应应将将整整个个井井楼楼密密闭闭起起来来。。出风风斜斜井井井井口口一一般般都都要要安安设设风风门门，，以以便便把把地地面面与与井井下下空空气气隔隔离离，，同同时时对对扇扇风风机机起起到到防防爆爆安安全全作作用用。。12/20/202234思考考题题1．．矿矿井井通通风风的的任任务务是是什什么么？？