矿井通风系统及设计

1矿井通风系统设计第八章28矿井通风系统设计矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路和通风动力以及通风控制设施等构成的工程体系。矿井通风系统设计是矿井总体设计的一个重要组成部分，是保证矿井安全生产的重要环节。矿井通风设计的基本任务是结合矿井开拓与开采设计，建立一个安全可靠、技术先进、经济合理和便于管理的通风系统，并在此基础上计算各用风地点所需风量、总风量和总风压，选择矿井通风设备。3矿井通风系统按服务范围分为统一通风和分区通风；按进风井与回风井在井田范围内的布局分为中央式、对角式和中央对角混合式；按主通风机的工作方式分为压入式、抽出式和压抽混合式。无论新建、改扩建矿井的通风设计，都必须遵照国家颁布的安全规程、技术操作规程和设计规范的相关规定。8矿井通风系统设计4矿井通风系统设计的主要步骤和内容（1）拟定矿井通风系统，绘制通风系统图；（2）矿井总风量的计算与分配；（3）计算矿井通风系统总阻力；（4）选择矿井通风设备；（5）矿井通风费用概算。8矿井通风系统设计5本章主要内容8.1矿井通风系统拟定8.2矿井需风量的计算及分配8.3矿井通风阻力的计算8.4矿井通风设备选型8.5矿井通风费用计算8.6通风系统的漏风及有效风量率6要求:（1）熟悉矿井通风方式和通风方法（2）掌握矿井需风量的计算及分配（3）掌握矿井通风阻力的计算（4）了解矿井通风设备选型（5）掌握通风系统的漏风及主要衡量参数78.1矿井通风系统拟定风流由入风口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后流入回风井，由回风井排出矿井，风流所流经的整个线路称为矿井通风系统。矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，包含矿井通风方式、通风方法和通风网络。矿井通风方式是指进风井（风硐）和回风井（风硐）的布置方式；矿井通风方法是指产生通风动力的方法；矿井通风网络是指井下各风路按各种形式连接而成的网络。88.1.1统一通风与分区通风（1）统一通风定义：一个矿井构成一个整体的通风系统，称统一通风。类型：采用统一通风的系统，大体可分为3种：矿井各采区共用进风和回风井，如图（a）。矿井各采区共用进风井而不共用回风井,如图(b)；共用回风井而不共用进风井，如图（c）。特点：入排风比较集中，使用的通风设备少，全矿一个系统，便于管理。对开采范围不太大的深矿井尤为合理。(b)(c)(a)9（2）分区通风定义：一个矿井划分为若干个独立的通风系统，风流互不干扰，称为分区通风。（分区通风各通风系统是处于统一开拓系统中，井巷间存在一定的联系）。特点：简化了通风网络，风流容易控制，特别是矿井发生火灾时不会波及全矿井，需要反风时也较容易。但是，各系统之间的隔离设施往往给人行、运输带来不便。另外，分区通风所需的井巷工程多，通风设备多，投资较大。提升井10适用范围（1）矿体埋藏浅且分散，有现成井筒可供利用；（2）矿体走向长，通风网络过于复杂的矿井；（3）围岩或矿石有自燃发火可能的矿井。分区通风的区域划分合理的划分分区通风的区域是保证良好的分区通风效果的重要一环。一般的原则是：将矿量比较集中、生产上密切相关的地段划在一个通风区内。通常有按矿体分区；按中段分区；按采区分区；按通风分区等几种方法。（2）分区通风11①按矿体分区。当一个矿井只有少数几个大矿体或几个矿量比较集中的矿体群时，可根据矿体分布情况，将最靠近的矿体或矿体群，划为一个通风区。②按阶段分区。当开采沿山坡分布的平行密集脉状矿床时，矿体距地表较近，经常有旧巷或采空区与地表贯通，上下阶段之间联系较少，可按阶段划分通风区域。③按采区分区。对于走向长，开采范围广的矿井，可沿走向每个采区建立一个独立的通风系统。④按进风方法分区。（2）分区通风128.1.2通风方式（1）中央式通风系统（2）对角式通风系统

（3）区域式通风系统（4）混合式通风系统

按进风井与回风井之间的相互关系，将矿井通风系统分为如下4种类型13（1）中央式通风系统进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。进风井与回风井走向及倾斜均大致并列于井田的中央，两井底可以开掘到第一水平（如图（1）），也可以只开掘到回风水平，后者一般适用于较小型矿井（如图（2））。14（1）中央式通风系统15（1）中央式通风系统进风井大致位于井田走向中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，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。16（1）中央式通风系统17方案：金属矿井有下列几种布置方案：

1）进、回风井均布置在矿床走向中央，且互相靠近。这种布置方案是用于矿床走向不长，埋设较深，矿床两端未探清而又急于投产，或矿床两端地形不便设置风井安装主扇，以及需要用回风井做辅助提升，延深提升井用。

2）进、回风井均集中布置在矿床走向的一端。这种布置方案是用于矿床走向短，埋藏深，采用端部开拓，因地形限制不便在矿体另一端开掘回风井巷和安装主扇以及矿床端部未探清又急于投产的矿井。

特点：基建费用少，投产快，地基面筑物集中。适用于矿体走向不长，要求尽早投产，或矿体端部尚未探测或端部地形等条件不宜安装主扇的矿井。（1）中央式通风系统18（2）对角式通风系统按进、回风井走向和位置可将对角式通风系统分为2种类型：1）两翼对角式进风井大致位于井田走向的中央，回风井位于沿浅部走向的两翼附近19（2）对角式通风系统两翼对角式20（2）对角式通风系统2）分区对角式进风井大致位于井田走向的中央，每个采区各有一个回风井，无总回风巷21（2）对角式通风系统2）分区对角式分区对角式22

方案：金属矿井有下列几种布置方案：1）进风井在矿床走向一侧，回风井在矿床另一侧（单翼对角），图(a)。主井为混合井，不进风。2）进风井布置在矿走向一端，在矿床走向的另一端或沿走向分别布置几个回风井。图(b)。3）进风井在矿床走向中央，在走向的两端各设一回风井，或在矿床走向中央设回风井，在走向两端各设一进风井（双翼双角式）(c),(d)。

特点：风流线路短，漏风少，排出的矿风距场地较远。（2）对角式通风系统(a)(b)(d)(c)23（3）区域式通风系统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即区域式通风系统，248.1.3通风动力及通风方法（1）自然通风利用自然因素产生的通风动力使空气在井下巷道流动的通风方法叫自然通风。（2）机械通风利用通风机运转产生的通风动力致使空气在井下巷道流动的通风方法叫机械通风。煤矿与金属非金属矿山按通风机的工作方式将矿井通风系统分为抽出式、压入式和压抽混合式3种，对于金属非金属矿山多级站通风方式也较为常用。251）压入式定义：主通风机安装在入风井口，整个通风系统都处于高于当地大气压力的正压状态，矿井地面漏风是从矿内漏向矿外。特点:

（a）风流控制设施（风门等）安设在入风段，影响人行、运输。（b）回风段压力梯度低，对排烟不利。（c）入风段（井口）漏风严重（高压梯度）。（d）有利于井口防冻（结合井口密闭，预热空气）主提升井处于回风状态。26适用条件：（a）难以维护一个完整的回风系统；（b）矿井有专用入风巷，能将新鲜风流直接送往作业区；（c）采用崩落法回采且覆盖岩层薄，透气性强，采用抽出式通风不能控制漏风的矿井；（d）矿石或围岩含放射性元素，为了抑制氡及其子体向外扩散。1）压入式272）抽出式定义：主通风机安装在回风井口，整个矿井通风系统都处于低于当地大气压力的负压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏向矿内。特点：（a）风流控制设施设在回风段，不影响人行、运输，管理方便。（b）回风段压力梯度高，有利于污风迅速排走。（c）回风系统不严密时，易造成短路吸风现象。（d）对北方入风井防冻不利。（e）矿风流经主通风机，对主通风机腐蚀严重。28

（a）只要能形成一个完整的回风系统，一般都可使用；（b）平原地带或丘陵地带的深部矿井，或采用崩落法回采但覆盖岩层薄，透气性强的矿井。适用条件：2）抽出式293）压抽混合式定义：在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。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，因而，采空区通连地表的漏风较小。

特点：（a）漏风少，排烟快，不易受干扰；（b）使用的设备多。适用条件：（a）矿内与外部（地表）沟通多的矿井；（b）由自燃发火危险的矿山，防止漏风；（c）防冻（压入式）。304）多级机站通风

这是一种由几级进风机站以接力方式将新鲜风流经进风井送到作业面，再由几级回风机站将污风经回风井排出矿井的通风系统。通风方式属压抽混合式。461444111713222222555531-进风井巷(进风段)；2-需风巷(需风段)；3-回风井巷(回风段)；4-两级压入机站；5-两级抽出机站；6-溜矿井；7-提升井31一般把矿井或采区通风系统中的风流分流、汇合的线路结构形式成为通风网络。由于矿井开拓方式和采区巷道布置不同，通风网路连接方式也不一致，大体可分为串联、并联、角联和复杂联结4种类型。其基本形式及通风参数的计算详见第7章。4.1.4通风网络328.1.5拟定矿井通风系统矿井通风系统的拟定是矿井通风系统设计的基础部分，主要是拟定矿井风流路线，进风井与出风井的布置方式，矿井主要通风机的工作方法。（1）通风系统拟定原则和要求（2）矿井主要通风机工作方法的选择

拟定矿井通风系统应严格遵循安全可靠、投产较快、出矿较多，通风基建费用和经营费用之总和最低以及便于管理的原则。（3）矿井进风井与回风井布置方式的选择338.2矿井需风量的计算及分配8.2.1生产矿井总风量计算8.2.2生产矿井风量分配8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算348.2.1生产矿井总风量计算（1）按井下同时工作的最多人数计算m3/min4——每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；N一一井下同时工作的最多人数，人，K——矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，一般可取1.2～1.2535（2）按照采矿、掘进、硐室和其他用风地点的需风量总和计算8.2.1生产矿井总风量计算K——矿井通风系数，该值应从实测和统计中求得，抽出式矿井取1.15～1.20；压入式矿井取1.25～1.30；如果地表没有崩落区取1.25～1.40；一般矿井取1.30～1.45；地表有崩落区取1.35～1.50；

368.2.2生产矿井风量分配根据实际需要由里向外进行配风，先定井下采掘工作面、火药库、充电硐室等各用风地点所需的有效风量，再加上逆风流方向和各风路上允许的漏风量，得到矿井总风量；再加上因体积膨胀的风量(总进风量的5％)，得出矿井的总回风量；最后加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许外部漏风量，得出通过主要通风机的总风量。对于压入式通风的矿井，通过主要通风机总风量即矿井总风量与外部进风量之和。（1）配风的原则和方法37关于氧气、瓦斯，二氯化碳和其他有毒有害气体安全浓度的规定；关于最高风速和最低风速的规定；关于采掘工作面和机电硐室最高温度的规定；关于冷空气预热的规定；以及关于空气中粉尘安全浓度的规定等。沿途漏风，尤其是风流短路，较大地影响了矿井通风的安全性和经济性，因此应尽量减少沿途漏风和风流短路。沿途允许漏风率如果超过相关规定时，应采取有效的防漏措施，并加强管理。在装有局部通风机的巷道内，巷道的风量应按不小于局部通风机风量的1.43倍计算。在串联掺新的风量中，应使其中的瓦斯、二氧化碳的浓度不超过0.5％，且使其他有害气体的浓度不超过安全浓度。8.2.2生产矿井风量分配（2）配风的依据388.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算对于新建矿井和延深矿井所需风量，有条件时，可参照邻近生产矿井的通风资料，按生产矿井的风量计算方法细致地进行，否则只好采用“由外往里”的计算方法，即先计算矿井的总风量，然后大致分配到各个用风地点。39对于低瓦斯矿井，以工作面能够有良好的气候条件作为供风的依据，用下式计算矿井总风量：8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算T——矿井设计的最大日产量，t/d；q——从工作面能够有良好的气候条件为出发点．而得出的对于日产量中每一吨煤的供风标准，通过实际调查统计得出：q=1m3／(min·t／d)；K——风量备用系数，介于1.5～1.9之间40高瓦斯矿井，按总回风流中沼气或二氧化碳浓度均不超过0.75％的要求计算，即8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算m3/minq——矿井瓦斯平均相对涌出量，m3／t；T——矿井设计的最大日产量，t/d；K——风量备用系数，介于1.7～2.1之间41都要按照井下同时工作的最多人数来验算矿井总风量Q，取最大值作为矿井的总风量。8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算m3/min4——每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；N——井下同时工作的最多人数，人，K——风量备用系数，它是产量不均衡系数，备用工作面的风量系数和矿井内部漏风系数的总概括。采用中央并列式的通风系统时取1.45；采用中央分列式或对角式通风系统时取1.35。42新建矿井的风量分配是在算得的矿井总风Q中，减去独立回风的掘进风量Q掘和硐室风量Q硐，再按以下原则对剩余的风量Q余进行大致的分配。各个采煤工作面的风量，按照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。即8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算43再计算采煤工作面的风量和备用工作面的风量，即8.2.3新建矿井和延伸矿井风量计算——采煤工作面日产煤量，t／d；——备用工作面计划日产煤量，t／d。448.3矿井通风阻力的计算矿井通风总阻力即风流由进风井口到出风井口，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。矿井通风总阻力是选择矿井主要通风机的重要依据之一，为了合理地选用矿井主要通风机，必须正确计算出矿井通风总阻力。45（1）矿井通风总阻力计算原则1）矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井(包括扩建矿井独立通风的扩建区)宜按井巷摩擦阻力的l0％计算，扩建矿井则宜按井巷摩擦阻力的15％计算。3）矿井通风网路中若有较多的并联系统，计算总阻力时，应以其中阻力最大的线路作为依据。4）应计算通风困难时期的最大阻力和通风容易时期的最小阻力，使所选用的通风机既满足困难时期的通风需要，又能在通风容易时工况合理。46（2）矿井通风总阻力的计算对于有2台或多台主要通风机工作的矿井，矿井通风阻力应按每台主要通风机所服务的系统分别计算。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。对于通风容易和困难时期，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。47通风容易时期总阻力：（2）矿井通风总阻力的计算通风困难时期总阻力：矿井通风总阻力对于小型矿井，一般只计算困难时期的通风总阻力。488.4矿井通风设备选型矿井通风设备包括主要通风机和它的电动机，所以选择矿井通风设备须先选好主要通风机，然后再选择恰当的电动机。8.4.1矿井通风设备的选型的要求（1）装设2套同等能力的主通风设备，其中l套备用（2）初装电动机的使用年限不宜少于10年（3）通风机能力应留有一定的余量（4）计算矿井的自然风压（井深大于400m）（5）两路供电（6）装有反风设备，必须能10min内反转风流（7）应安装保护通风机的防爆门

498.4.2主要通风机的选择（1）计算通风机的风量Qf——主要通风机工作风量，m3/s；Qm——矿井需风量，m3/s；K——主要通风机装置漏风系数，风井不做提升用时取K=1.1；箕斗井兼做回风用时取K=1.15；罐笼井时，K=1.2。50（2）计算通风机的风压

8.4.2主要通风机的选择Htd——通风机全压Hn——矿井自然风压hm——矿井通风系统的总阻力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。当自然风压与通风机风压作用相同时取“-”；自然风压与通风机风压作用反向时取“+”。51（2）计算通风机的风压

8.4.2主要通风机的选择对于抽出式通风矿井：容易时期：困难时期：离心式风机：轴流式风机：容易时期：困难时期：对于压入式通风系统，上式中hvd表示出风井的出口风压，hd表示风硐的阻力。52根据计算，矿井通风容易时期通风机的Qf

、Hsd

min（或Htd

min）和矿井通风困难时期风机的Qf、Htd

max（或Htd

max），在通风机特性曲线上选出满足矿井通风要求的通风机。（3）初选风机8.4.2主要通风机的选择53（4）求通风机的实际工况点8.4.2主要通风机的选择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：2）确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线图中作通风机工作风阻曲线，该工作风阻曲线与风压曲线的交点即为实际工况点。54根据各台通风机的工况参数（Qf、Hsd、η、N)对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定满足矿井通风要求、技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。（5）确定通风机的型号和转速8.4.2主要通风机的选择558.4.3主要通风机电动机的选择（1）电动机功率的计算通风机输入功率按通风容易时期和通风困难时期或568.4.3主要通风机电动机的选择（2）电动机种类及台数的选择当Nmin≥0.6Nmax时，可选用一台电动机，电动机的功率为：当Nmin≤0.6Nmax时，可选用两台电动机，电动机的功率为：初期：后期：ke——电动机容量备用系数，取1．1～1．2；ηe——电动机效率，取0.9～0.94(大型电机取较高值)；ηtr——传动效率，电动机与通风机直联时取l；胶带传动时取0.95。578.5矿井通风费用概算矿井通风系统设计除要求安全上可靠、技术上合理处，还应考虑它的经济性，也就是通风系统设计最终计算出一吨矿石通风总费用，是通风系统设计和管理的重要经济指标。吨矿石通风成本主要包括下列费用。（1）吨矿石通风电费（2）设备折旧费（3）材料消耗费用（4）通风工作人员工资费用（5）专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费W5（6）通风仪表购置费和维修费用W6矿井吨矿石通风成本W为：588.6通风系统的漏风及有效风量（1）内部漏风指未经采掘工作面、硐室和其他用风地点，直接漏入回风井的无效风流，多发生在各种通风构筑物、采空区、矿柱裂隙等处。（2）外部漏风指从装有主要通风机的井口及其附属装置处漏失的风流，多通过地表塌陷裂隙或风门、风硐闸门、反风装置、井口密闭等井口构筑物经主要通风机直接漏入或漏出矿井。8.6.1矿井漏风及危害59（1）漏风使工作地点风量减少，可能造成瓦斯积聚、空气温度升高、气候条件恶化，不仅影响井下工人的劳动效率，而且影响工人的身体健康和矿井安全。（2）漏风的存在，使矿井通风系统复杂化，降低了通风系统的稳定性、可靠性，影响井下风流控制和调节效果。（3）大量漏风会造成矿井通风电费的大量浪费，