11矿井通风系统设计

2023/2/112023/2/1112矿井通风系统设计

12.1任务与内容

12.2矿井通风系统选择的原则

12.3全矿所需风量的计算

12.4矿井风量分配

12.5全矿通风阻力计算12.6矿井通风设备的选择12.7通风井巷经济断面的选择2023/2/122023/2/1212.1矿井通风设计的任务与内容

基本任务：与开拓、采矿方法相配合，建立一个安全可靠、经济合理的矿井通风系统；计算各时期工作面所需的风量及矿井总风量，计算矿井总阻力，然后以此为依据，选择通风设备。矿井通风设计分为新建矿井和改建或扩建矿井通风设计。2023/2/132023/2/1312.1矿井通风设计的任务与内容新建矿井通风设计一般分为基建和生产两个时期，必须分别进行设计计算。（1）矿井基建时期的通风。矿井基建时期的通风是指基建井巷掘进时的通风，即开凿井筒、井底车场、井下硐室、第一水平运输巷道和通风巷道时的通风。此时期多用局扇对独头巷道进行局部通风。当入、出风井贯通后，主扇已经安装，便可用主扇对已开凿的井巷进行通风，从而缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。2023/2/142023/2/1412.1矿井通风设计的任务与内容（2）矿井生产时期的通风。指投产后，包括全矿开拓、采准、切割和回采工作面及其它井巷的通风。根据矿井生产年限的长短分为两种情况：1）矿井服务年限不长（小于20年），只做一次通风设计。设计中是以矿井投产后达到设计年产量时通风线路最短为矿井通风容易时期；矿井生产能力最大或通风线路最长为通风最困难时期。依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出适合这两个时期所用的通风设备。2023/2/152023/2/1512.1矿井通风设计的任务与内容2）矿井服务年限较长时（大于20年），考虑到设备的折旧期限、矿井所需风量和风压的变化等因素，又可分为两期进行通风设计。前20年作为第一期，进行详细的设计计算，第二期只做一般原则的规划，但对矿井通风系统应根据矿井整个生产时期的技术经济因素做全面的考虑。确定的通风系统既可满足当前生产的要求，又能适应长远的生产发展需要。2023/2/162023/2/1612.1矿井通风设计的任务与内容矿井通风设计所需的原始资料如下：1）矿井自然条件2）矿井生产条件矿井通风设计的程序和内容：1）拟定矿井通风系统，画出通风系统图；2）计算全矿需风量及风量分配；3）计算全矿总阻力；4）选择通风设备；5）通风井巷经济断面的选择；6）编制通风设计的经济部分。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。12.2矿井通风系统选择的原则2023/2/182023/2/1812.2矿井通风系统选择的原则1、通风系统选择原则：在拟定矿井通风系统时，应严格遵循安全可取、通风基建费用和经营费用总和最低以及便于管理的原则．1）矿井通风网路结构合理：集中进、回风线路要短，通风总阻力要小，多阶段同时作业时，主要人行运输巷道和工作点上的污风不串联。2）内外部漏风少。3）通风构筑物和风流调节设施及辅扇要少。4）充分利用一切可用的通风井巷，使专用通风井巷工程量最小。5）通风动力消耗少，通风费用低。2023/2/12、拟定通风系统的几项具体规定1）每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口。2）进风井巷与采掘工作面的进风流的粉尘浓度不得大0．5mg／m3：。3）新设计的箕斗井和混合井禁止作进风井；已作进风井的箕斗井和混合井必须采取净化措施，使近风流的含尘量达到上述要求。4）主要回风井巷不得作人行道，井口进风不得受矿尘和有毒有害气体污染，井口排风不得造成公害。2023/2/15）

矿井有效风量率应在60％以上。6）

采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风，电耙司机应位于风流的上风侧，有污风串联时，应禁止人员作业。7）井下破碎硐室和炸药库，必须没有独立的回风道8）主扇一般应设反风装置，风量＞60％。要求10min内实现反风。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。12.2矿井通风系统选择的原则1、矿井通风系统的要求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。12.2矿井通风系统选择的原则2023/2/1选择通风系统时，应根据矿体赋存条件和开采特点，选取几个可行方案进行详细的技术经济比较，择优选出。通风系统方案技术比较的主要内容：（1）通风系统的安全可靠性。（2）通风网路的复杂程度、串联污染的可能性、风流控制的难易。（3）矿井风压大小及风压分布、高风压区通风构筑物的数量及其对矿井漏风量大小的影响。（4）矿井主要风流控制设施的位置、对生产运输的影响和管理的难易程度（5）主扇位置、安装、供电、维护检修的方便程度。（6）通风管理人员数量2023/2/1通风系统方案经济比较的主要内容：（1）通风井巷工程量、主要构筑物的工程量。（2）矿并通风设备数量及装机容量。（3）矿井通风基建投资（4）电力消耗。（5）年经营费用（电力、工资、材料等）2023/2/1一、全矿总风量计算根据金属矿山生产特点，全矿所需总风量应为各工作面需风量与需要独立通风硐室的风量之总和，并给予一定的备用系数。全矿总风量可按下式计算：

12.3全矿所需风量的计算2023/2/1式中，QS—回采工作面所需风量；Q’S—备用回采工作面所需风量，对于能够临时密闭的备用工作面其风量可取作业工作面的一半。

Qd—掘进工作面所需风量；

Qr—要求独立风流的硐室所需风量；

QH—其他需风点如主溜矿井所需风量；

K—矿井风量备用系数。2023/2/1二、按万吨风量比校核矿井总风量依据以下计算公式可以校核矿井总风量：

式中：A—矿井年产量，万吨，

q—万吨风量比，米3/秒/万吨，2023/2/1表年产量万吨风量比分类万吨风量比（m3/s/万t）分类万吨风量比（m3/s/万t）小型矿山２－４.５大型矿山１.２－３.５中型矿山１.５－４.０特大型矿山１－２.５2023/2/1三、回采工作需风量1、

浅眼爆破（1）按爆破后排烟计算巷道型回采工作面（薄矿脉的充填法、浅孔留矿法、长壁法）紊流变形作用

2023/2/1巷道型回采工作面的风量可按下式计算：式中V0—采场通风空间体积，；

V1—全巷道空间体积，包括V0及下风侧排风巷道；

A—一次爆破的炸药量；

t—通风时间，秒,一般取1200~2400秒。2023/2/1硐室型回采工作面的风量计算（房柱法、全面法、分段崩落法、充填法）扁平型硐室非扁平型硐室紊流扩散2023/2/11、

浅眼爆破（2）按排出粉尘计算按作业地点产尘量计算按排尘风速计算（巷道型和硐室型）

2023/2/12、

大爆破采场指采用深孔、中深孔或药室爆破的大量落矿采场。2023/2/1B.按排尘计算风量按照《冶金矿山安全规程》规定回采工作面的最低排尘风速为0.25m/s，巷道型采场的断面为S，故每个采场所需风量为Q=Sv四、

备用回采工作面所需风量为：

2023/2/1五、掘进工作面所需风量

掘进工作面包括开拓、采准和切割工作面，掘进通风一般采用压入式通风，其所需风量计算公式为：

lr—巷道长度

2023/2/1六、独立风流的硐室所需风量

井下要求独立风流通风的硐室如炸药库、破碎硐室和主溜井卸矿硐室等，必须进行风量计算并计入矿井总风量中。有些硐室回风可重新使用，不计入矿井总风量中。（1）井下炸药库。一般要求独立的贯穿风流，风量可取1~2m3/s。（2）井下破碎硐室。（3）装卸矿硐室的需风量。取1.5~2m3/s。三、矿井风量计算（一）、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。（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。(二）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（2）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。3）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。4）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。5)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：

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。（１）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。（2）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，kg（3）按局部通风机吸风量计算式中——第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和。

khfi——为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2~1.3；进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3（４）按工作人员数量计算式中nhi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。（５）按风速进行验算

３、硐室需风量计算独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：（１）机电硐室发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：式中Qri——第个机电硐室的需风量，m3/min

——机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，KWθ——机电硐室的发热系数，ρ——空气密度，一般取1.25kg/m3cp——空气的定压比热，一般可取1KJ/kgkΔt——机电硐室进、回风流的温度差，℃采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量

m3/min

（2）爆破材料库

式中

v——库房空积，m3（3）充电硐室按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算

式中qrhi——第个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min5、矿井总风量计算矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和:

式中∑Qwl——采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；

∑Qhl——掘进工作面所需风量之和，m3/min；∑Qrl——硐室所需风量之和，m3/min；

km——矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取1.15~1.25。2023/2/1第四节矿井风量分配

一、风量分配的原则（1）回采工作面的风量应按照排烟或排尘风量中取较大者来进行分配，掘进工作面应按局部通风风量计算值进行分配。为保证风流质量应避免各采掘工作面串联通风。（2）备用工作面风量按回采工作面风量的一半进行分配。

2023/2/1（3）井下炸药库、破碎硐室和主溜井处应独立通风，回风流应直接导入总回风道或直通地表，否则必须采取净化措施。（4）矿井通风系统为多井口进风时，各进风风路的风量应按风量自然分配的规律进行解算，求出各进风风路自然分配的风量。（5）在所有需风点和有风流通过的井巷中，风速必须符合安全规程规定。2023/2/1井巷最高允许风速表井巷名称最高允许风速（m/s）井巷名称最高允许风速（m/s）专用风井、风硐15主要进风巷8专用物料提升井12运输巷道6人员材料提升井8采场、采准巷道4风桥102023/2/1

二、风量分配的方法1．新建矿井的风量分配在新建矿井通风设计中，矿井的漏风地点和漏风量难以确切估计，只能根据经验作概略的估算。即根据矿井主要漏风地点的位置，对矿井通风系统的进风段、需风段和回风段的影响，而考虑在需风量的基础上分别乘以风量备用系数的全部、部分或不乘，一般来说压入式通风系统中，主要漏风地点在进风段，抽出式通风系统中，主要漏风地点在回风段。2023/2/1进风段是指由进风井口到回采阶段最前面一个采场进风天井为止的那一区段的所有井巷。回风段是指由回采阶段最后面一个采场回风天井口到回风井口的那一区段。阶段中部整个开采区间均为需风段。2023/2/1进行风量分配时，应将各井巷的风量值一一标在通风系统图和通风网路结构示意图上。漏风风路可用一条通大气的插入线表示。压入式通风时，在进风段的终点上画一漏风风路引到地表，抽出式通风时，在回风段的始点上画一漏风风路连通地表大气：并标出漏风量，使回路保持风量平衡．2023/2/12023/2/12．扩建矿井的风量分配扩建矿井需要实测矿井漏风地点，再按照实测资料和经验确定各地点的漏风量。根据各作业点的需风量和各漏风点的漏风，依风量平衡原理，沿通风网路结构图确定各井巷的分配风量，对于新开拓的阶段，可参照上阶段的情况，只考虑主要漏风地点进行风量分配。2023/2/1第五节矿井通风总阻力计算

矿井总阻力：风流从进风井口到扇风机风硐出口（抽出式通风）或由扇风机风硐到回风井口（压入式）沿任意一条风路流动途中所产生的摩擦阻力和局部阻力之和。12.5全矿通风阻力计算2023/2/1二、矿井通风总阻力计算

对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。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亦称为通风困难时期。对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。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计算矿井总阻力。2023/2/1第11章矿井通风系统设计2023/2/1计算方法：沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力hf，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力hf1和hf2。通风容易时期总阻力：

通风困难时期总阻力：

hf

按下式计算：

式中2023/2/1第11章矿井通风系统设计2023/2/1一矿井通风总阻力计算原则1、矿井通风设的总阻力，不应超过3000Pa。2、矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的20%计算，2023/2/1第六节矿井通风设备的选择

矿井通风设备是指主要通风机和电动机。一、矿井通风设备的要求：

1、矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。

2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。

3、风机能力应留有一定的余量。2023/2/1第11章矿井通风系统设计二、主要通风机的选择

1、计算通风机风量Qf

式中Qf—主要通风机的工作风量，m3/s;Qm—矿井需风量，m3/s；

k——漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作回风用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。2023/2/1第11章矿井通风系统设计2、计算通风机风压离心式通风机（提供的大多是全压曲线）：容易时期

困难时期轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）：容易时期

困难时期2023/2/1第11章矿井通风系统设计

ham－－通风系统的总阻力；

hd－－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力；

hvd

－－扩散器出口动能损失；ＨN－－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。2023/2/1第11章矿井通风系统设计3、初选通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、Hsdmin（或Htdmin）和矿井通风困难通风机的Qf、Hsdmax（或Htdmax）在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。4、求通风机的实际工况点因为根据Qf、Hsdmin（或Htdmin）和Qf、Hsdmax（或Htdmax）确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。

2023/2/1第11章矿井通风系统设计步骤1）计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时：用全压特性曲线时：2023/2/1第11章矿井通风系统设计2）确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。Q（m3/s）H（Pa）（Hmin,Qfmin）（Hmax,Qfmax）RmaxRminMmaxMmin2023/2/1第11章矿井通风系统设计2023/2/1第11章矿井通风系统设计5、确定通风的型号和转速