掘进工作面通风课件

第八章掘进工作面通风

8.1掘进工作面通风方法8.2掘进工作面风量计算8.1掘进工作面通风方法

掘进井巷时，这些井巷一般只有一个出口，常称为独头巷道。对独头巷道的通风称为掘进通风或局部通风。按通风动力形式的不同，掘进通风方法可分为局部扇风机通风、矿井总风压通风和引射器通风三种。其中，局部扇风机通风是最为常用的一种掘进通风方法。8.1掘进工作面通风方法

8.1.1局部扇风机通风利用局部扇风机作动力，通过风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面的通风方法称为局部扇风机通风。局部扇风机通风按其工作方式不同又分为压入式、抽出式和混合式三种。

8.1掘进工作面通风方法

8.1.1局部扇风机通风8.1.1.2抽出式通风

图8-3抽出式通风

图8-4抽出式通风的有效吸程

只有在距风筒口一定距离以内才有吸入炮烟的作用，此段距离称为有效吸程。在有效吸程Le以外的区域，空气作循环涡旋。循环涡流区的空气不能被排出。所以，为了有效地排出掘进工作面的粉尘和炮烟等，风筒吸口到掘进工作面的距离必须小于Le。同样，抽出式通风也要求Ｑ局≤0.7Ｑ巷，以避免产生循环风流。8.1掘进工作面通风方法

8.1.1局部扇风机通风8.1.1.3压入式与抽出式通风的比较及其适用条件（1）压入式通风时，局部扇风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部扇风机，安全性好；而抽出式通风时，对于煤矿含瓦斯的污风通过局部扇风机，若局部扇风机不具备防爆性能，则是非常危险的。非煤矿山没有瓦斯问题，应用抽出式通风方式非常普遍，局扇也不需要具备防爆性能。（2）压入式通风时，有效射程远，排烟效果好，工作面排污所需的通风时间短；；但污风沿整个巷道缓慢排出，污染范围广，劳动条件差，巷道排污所需的通风时间长。抽出式通风时，风筒吸入口有效吸程小；与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污所需的时间长；然而，抽出式通风时新鲜风流沿巷道进入工作面，整个巷道空气清新，劳动环境好，且受污风污染的巷道长度仅为工作面至风筒吸口的长度，巷道排污所需的通风时间短。（3）压入式通风可使用柔性风筒，其成本低、重量轻、安装与运输也方便，且由于Ｐ内＞Ｐ外（Ｐ内、Ｐ外分别为风筒内和外的静压），风筒漏风对巷道也有一定的排污作用。而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，安装与运输也不方便。8.1掘进工作面通风方法

8.1.1局部扇风机通风8.1.1.4混合式通风图8-6长压短抽混合通风图8-5长抽短压混合通风混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，按局部扇风机和风筒的布设位置，分为长压短抽、长抽短压和长抽长压三种。（1）长抽短压（前压后抽）。图8-5(a)所示的抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒;若采用柔性风筒,则可将抽出式局部扇风机移至风筒入风口,如图8-5(b)。（2）长压短抽（前抽后压）。新鲜风流经压入式长风筒送入工作面,工作面污风经抽出式风筒后沿巷道排出,如图8-6所示。混合式通风兼有抽出式与压入式通风的优点，通风效果好，是大断面长距离岩巷掘进的较好通风方式。它的主要缺点一是增加了一套通风设备，电能消耗大，管理比较复杂；二是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量,当掘进巷道断面大时，风速就更小。8.1掘进工作面通风方法

8.1.1局部扇风机通风8.1.1.5可控循环通风图8-7可控循环通风

可控循环局部通风优点：①采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内侧的风速较高，避免了有毒有害气体的积聚，同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件；②当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度；③在供给掘进工作面相同风量条件下,可降低通风能耗。缺点是：①对于煤矿，由于流经局部扇风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，必须应用防爆除尘扇风机；②循环风流通过运转扇风机后得到了不同程度的加热，再返回掘进工作面，使工作面温度上升；③当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱。故要求有循环风流通过的局部扇风机在掘进工作面灾变时，必须能立即进行控制，以停止循环通风，恢复常规通风。对使用可控循环通风的要求：（1）在可控循环通风系统中，必须装有毒有害气体、瓦斯、风量、粉尘等自动监测装置及可靠的报警装置，同时还必须进行常规环境检测分析。（2）对循环扇风机实现自动开关和风量控制。对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台扇风机间须设闭锁装置，保证主要的局部扇风机启动后，有循环风通过的局部扇风机再启动，以免形成闭路循环风流。同时必须适当地控制抽出式与压入式两台局部扇风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。8.1掘进工作面通风方法

8.1.2矿井总风压通风矿井总风压通风是利用矿井主要扇风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风道风阻。按其导风设施不同可分为：（1）风筒导风。（2）平行巷道导风。（3）钻孔导风。（4）风幛导风。

8.1掘进工作面通风方法

8.1.2矿井总风压通风（1）风筒导风。图8-8风筒导风

此种方法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。8.1掘进工作面通风方法

8.1.2矿井总风压通风（1）风筒导风。（2）平行巷道导风。（3）钻孔导风。图8-10钻孔导风

8.1掘进工作面通风方法

8.1.2矿井总风压通风（1）风筒导风。（2）平行巷道导风。（3）钻孔导风。（4）风幛导风。图8-11风幛导风

8.1掘进工作面通风方法

8.1.3引射器通风

8-12引射器通风1—风筒；2-引射器；3—水管（或风管）

优点是：无电气设备，无噪音；还具有降温、降尘作用；在煤矿瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部扇风机通风，设备简单，安全性较高。其缺点是：风压低，风量小，效率低，水力引射器还存在巷道积水问题。8.2掘进工作面风量计算

8.2.1按排除炮烟计算所需风量（1）压入式通风。时Qp—压入式通风时掘进工作面所需风量，m3/s；t—通风时间，s，一般取1200～1800s；A—一次爆破的炸药消耗量，kg；b—每千克炸药爆破产生的CO量，煤巷爆破取100L/kg，岩巷爆破取40L/kg；S—巷道断面积，m2；L—巷道通风长度，m；ψ—风筒始端（风筒与扇风机连接端）与末端（风筒靠近工作面的一端）的风量比，即风筒漏风备用系数系数；Cq—通风所要达到的CO浓度允许值，常取0.02%作为通风的初步要求以计算风量，%。若取b=100L/kg，ψ=1，Cq=0.02，可得：8.2掘进工作面风量计算

8.2.1按排除炮烟计算所需风量（2）抽出式通风。

时Qe—抽出式通风时掘进工作面所需风量，m3/s；Lt—炮烟抛掷带长度，其大小取决于爆破方式及炸药消耗量，电雷管起爆且爆破后立即开始通风时Lt=15+A/5，火雷管起爆且爆破后立即开始通风时Lt=15+A，m。若取b=100L/kg，Cq=0.02，可得：8.2掘进工作面风量计算

8.2.1按排除炮烟计算所需风量（3）混合式通风。

在长抽短压混合式布置时，压入式扇风机风筒出口风量Qp按（8-6）式计算，计算中L取抽出式风筒出风口或压入式局扇入风口到掘进工作面的距离。为了防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒吸风口风量Qe应大于压入式风筒出风口风量Qp，即v—风筒重叠段巷道的最低排尘风速，一般为0.15m/s～0.25m/s，稀释沼气的最低风速为0.5m/s；S1—风筒重叠段的巷道面积，m2。

在长压短抽混合式布置时，抽出式扇风机风筒入口风量Qe按（8-8）式计算。为了防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则压入式风筒的出风口风量Qp应大于抽出式风筒吸风口风量Qe，即8.2掘进工作面风量计算

8.2.3按矿尘浓度不超过允许浓度计算所需风量

Qd—稀释掘进工作面粉尘不超过允许浓度所需风量，m3/s；E—掘进巷道的产尘量，mg/s；GP—最高允许含尘量，当矿尘中含游离SiO2达到或超过10%时为2mg/m3，当矿尘中含游离SiO2小于10%时为10mg/m3；Gi—进风流中含尘量，一般要求不超过0.5mg/m3。8.2掘进工作面风量计算

8.2.4按最低排尘或排瓦斯风速计算风量

Q0—排出掘进工作面粉尘或瓦斯所需风量，m3/s；v0—最低排尘或排瓦斯风速，岩石巷道按排尘确定为0.15m/s，半煤岩巷或煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速确定为0.25m/s。8.2掘进工作面风量计算

8.2.5按排出柴油机废气中的有害成分和热量计算所需风量

（1）按稀释柴油设备排出的有害成分不超过允许浓度计算所需风量。Qc—稀释掘进工作面柴油设备所排放的有害成分不超过允许浓度所需的风量，m3/s；Ec—柴油设备有害成分的平均排放量，mg/s；Gc—有害成分的最高允许浓度，一氧化碳的Gc=30mg/m3，氮氧化合物的Gc

=5mg/m3。（2）按带走柴油设备所排出的热量计算所需风量。Qr—带走掘进工作面柴油设备所排放的热量所需的风量，m3/s；qr—带走柴油设备单位功率产生的热量所需的风量，qr=0.06～0.07m3/(s·kW)；Nr—所有柴油设备的总功率，kW；N1、N2、N3、…、Nn—各种柴油设备的额定功率，kW；K1、K2、K3、…、Kn—各种柴油设备实际运转时间占总工作时间的比例。8.3局部通风装备

局部通风装备是由局部通风动力设备（包括局部扇风机、引射器）、风筒及其附属装置组成。8.3.1风筒风筒是最常见的导风装置。对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、重量轻、拆装简便。8.3.1.1风筒的种类风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种。

刚性风筒是用金属板或玻璃钢制成。常用的铁风筒规格如表8-1所示。玻璃钢风筒比金属风筒轻便、抗酸和碱的腐蚀性强以及摩擦阻力系数小。柔性风筒是应用更广泛的一种风筒，通常用橡胶、塑料制成；常用的胶布风筒规格如表8-2所示；其最大优点是轻便、可伸缩、折装运搬方便。目前有用金属螺旋弹簧钢丝为整体骨架的可伸缩风筒，如图8-11所示。它既可承受一定的负压，又具有伸缩的特点，比铁风筒质量轻,使用方便。8.3局部通风装备

8.3.1风筒8.3.1.2风筒的接头

图8-14单反边接头图8-15双反边接头1、2—铁环1、2—铁环刚性风筒一般采用法兰盘连接方式。柔性风筒的接头方式有插接（图8-13(b)）、单反边接头（图8-14）、双反边接头（图8-15）、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。插接方式最简单，但漏风大；反边接头漏风较小，不易胀开，但局部风阻较大；后两种接头漏风小、风阻小，但易胀开，拆装比较麻烦，通常在长距离掘进通风时采用。8.3局部通风装备

8.3.2引射器图8-17引射器通风原理示意图1-喷管；2-喷嘴；3-混合管；4-扩散器；5-风筒压气引射器是以压缩空气为动力的，即流经喷嘴的是压缩空气。按照压气喷嘴的形式不同，压气引射器分为两种，一种是中心喷嘴式压气引射器（如图8-17），另一种是环隙式压气引射器。环隙式压气引射器的喷头是一个环缝间隙。压气由进气管进入环形气室，从环隙喷头喷出，喷出的高压气流沿凸缘表面（相当于压气引射器的混合管）流动，并在凸缘表面附近产生负压区，使外界空气沿集风器（相当于压气引射器的引射管）流入，与高速射流混合后，通过扩散器，使动能大部分转化为压能，用以克服风筒阻力。8.3局部通风装备

8.3.3局部扇风机

井下局部地点通风所用的扇风机称为局部扇风机。掘进工作面通风要求局部扇风机体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可靠、坚固防爆。局部扇风机的选择可参阅有关产品目录。

8.4局部通风设计

8.4.1局部通风系统的设计原则①矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件;②局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进;③尽量采用技术先进的低噪音、高效型局部扇风机;④压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型;⑤当一台扇风机不能满足通风要求时，可考虑选用两台或多台局部扇风机联合运行。8.4局部通风设计

8.4.2局部通风设计步骤与方法8.4.2.1风筒的选择8.4.2.2局部扇风机的选型（1）确定局部扇风机的工作参数。（2）选择局部扇风机。

步骤是:（1）确定局部通风系统,绘制掘进巷道局部通风系统布置图;（2）按通风方法和最大通风距离,选择风筒类型与直径;（3）计算局部扇风机风量和风筒出口风量;（4）按掘进巷道通风长度变化,分阶段计算局部通风系统总阻力;（5）计算所用局部扇风机设计风量和风压，选择局部扇风机;（6）按矿井灾害特点，选择配套的安全技术装备。其原则是：（1）风筒直径能保证最大通风长度时局部扇风机的供风量能满足工作面通风的要求；（2）在巷道断面容许的条件下，尽可能选择直径较大的风筒，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗；一般来说，竖井凿进时，选用600～1000mm的铁风筒或玻璃钢风筒；通风长度在200m以内，宜选用直径为400mm的风筒；通风长度200～500m时，宜选用直径500mm的风筒；通风长度500～1000m时，宜选用直径800～1000mm的风筒。8.4局部通风设计

8.4.2局部通风设计步骤与方法8.4.2.1风筒的选择8.4.2.2局部扇风机的选型（1）确定局部扇风机的工作参数。（2）选择局部扇风机。

压入式通风时，设风筒出风口的局部阻力和局部阻力系数分别为hvo和ξp

对于圆形风筒又压入式通风时风筒的出风口可认为是突然扩散到大气的，其局部阻力系数ξp=1抽出式通风时，设风筒入风口的局部阻力和局部阻力系数分别为hei和ξe

又抽出式通风时，风筒完全修圆的入风口ξe=0.1，风筒不加修圆的直角入风口ξe=0.5～0.6。假设风筒入风口ξe=0.5，则根据需要的Qa、Ht（或Hs）的值,在各类局部扇风机特性曲线的合理工作范围内，选择出长期运行效率较高的局部扇风机。局扇分轴流式和离心式两种。矿用局扇多为轴流式。这种局扇体积较小，效率也较高，但噪音较大。我国目前生产的轴流式局扇有防爆型系列和非防爆型系列。在实际生产中，通常不进行局扇的选择计算，而是通根据经验选取局部扇风机。表8-10为掘进工作面局部扇风机与风筒配套使用的经验数据。8.4局部通风设计

8.4.3局部扇风机的联合作业如果通风距离较长或工作面需风量较大时，常出现一台局部扇风机工作风压或工作风量不能满足要求的情况，此时可选用两台或两台以上的局部扇风机进行联合作业。局部扇风机联合作业的方式有串联和并联两种。（1）局部扇风机串联作业。图8-18局部扇风机的串联布置（2）局部扇风机并联。

集中串联的风筒全长均应处于正压状态，以防柔性风筒抽瘪。但靠近扇风机侧的风筒承压较高致使柔性风筒容易胀裂，且漏风较大。间隔串联的风筒承压较低，风筒漏风也较少。但当两台局部扇风机相距过远时，其连接风筒可能出现负压段。当风筒风阻不大，选择不到大风量的局部扇风机，而用一台局部扇风机又供风不足时，可采用两台或多台局部扇风机进行集中并联作业。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.1长距离掘进巷道的局部通风

图8-19钻孔与局扇配合通风的三种方式1-局扇；2-钻孔

注意问题:（1）通风方式要选择得当。长距离巷道掘进时,采用压入式通风，污风在巷道内流动时间长,受污染的范围大。在安全允许条件下,应尽量采用混合式通风。（2）采用局部扇风机联合作业。为克服风筒过大的风阻，可采用局扇串联作业。当风筒风阻不大而需风量较大时,也可采用局部扇风机并联通风。并联作业应根据风筒和扇风机的具体条件合理使用。（3）条件许可时，尽量选用大直径的风筒,以降低风筒风阻,提高有效风量;也可采用单机双风筒并联通风。（4）增加风筒的节长,改进接头方式,保证风筒的接头质量。减少节头数可减少接头风阻,改进接头方式和保证风筒的接头质量可减少风筒接头处的漏风。注意问题:（5）风筒悬吊力求“平、直、紧”，以减小局部阻力。扇风机与风筒应尽量安装在一条直线上，转弯时应避免急弯；风筒与扇风机直径应相同，不一致时应采用缓变直径的大小接头。（6）减少风筒漏风。金属风筒接头处要加胶垫，螺栓齐全、拧紧。柔性风筒要粘补所有针眼（吊环鼻、缝线）和破口。（7）风筒应设放水孔，及时放出风筒中凝集的积水。（8）加强局扇和风筒的维修和管理，并实行定期巡回检查风筒状况的制度。有时，还可利用钻孔配合局扇进行长距离巷道掘进时的通风。如图8-19，当掘进距离地表较近的长巷道时,可以借助钻孔通风,新鲜风由巷道进入，污风由安装在钻孔上的局扇抽至地面。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。图8-20掘进高度不大的天井通风方法

8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。图8-21风筒戴防护帽的天井通风

由于风筒末端在安全棚之上，所以能够有效排出炮烟。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。图8-22风、水（或压气）混合式通风1-压气管；2-水绳；3-风筒；4-安全帽

在安全棚子上部设风水喷雾器，在安全棚子下部设抽出式风筒，构成混合式通风方式。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。图8-23吊罐通风方法

局扇安装在上部阶段水平巷道里，利用吊罐的大眼作抽出式通风，同时在吊罐底座下,面向天井四壁安装数个水喷雾器,在吊罐中冲洗井壁。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。图8-24钻孔局部通风

在未掘进天井前先用钻机由下往上打大直径钻孔，将上下阶段贯通。掘进天井时可在上阶段安装局扇抽风。8.5长巷道和天井及竖井掘进时的局部通风

8.5.2天井掘进时的局部通风天井掘进通风方法有：（1）风筒戴防护帽。（2）风、水（或压气）混合式通风。（3）用吊罐掘进天井时的通风。（4）天井钻孔通风。（5）小直径PVC风筒通风。