第五章 掘进通风ppt课件

1、周福宝 能源与安全工程学院,矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety,中国矿业大学教学多媒体课件,.,2,第五章 掘进通风,掘进通风方法 掘进工作面所需风量的计算 掘进通风设备的选择 掘进通风技术管理和安全措施,.,3,掘进通风的概念,矿井新建、扩建或生产时，都要掘进巷道，在掘进过程中，为了稀释和排出自煤(岩)体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘，以及创造良好的气候条件，必须对独头掘进工作面进行通风。,CH4,炮烟,粉尘,怎么工作嘛？,.,4,这种方法不需增设其它动力设备，直接利用矿井主扇造成的风压对掘进巷道和工作面进行通风为了将新鲜风流引入工作面并排出污风，必

2、须采用挡风墙、风幛和风筒等导风设施。优点是安全可靠，管理方便，但要有足够的总风压。,一、总风压通风方法,矿井风压通风方法,局部动力设备通风,掘进通风,第一节 掘进通风方法,.,5,风墙的构筑可用砖、石风墙，木板墙及帆布，塑料等柔性风幛。后两种漏风大，只适用于短距离的导风。砖、石风墙漏风小，导风距离可超过 500m；墙需有一砖至一砖半厚，并用砂浆勾缝。在图中1为纵向风墙，2为带有调节风窗的调节风门，以便行人和调节导入掘进工作面的风量。,1. 利用纵向风墙导风,.,6,2. 利用风筒导风 采用风筒导风需设置挡风墙2，墙上开有风窗的调节风门3。,.,7,火 区,封闭火区的独头巷道,.,8,3.利用平

3、行巷道通风 在掘进主巷的同时，距主巷1020m另掘一条平行的配风巷，主、配巷之间按一定距离开掘联络眼，前一个联络眼掘通后，后一个联络眼便密封。主巷进风，配巷回风。两条平行的独头巷道可用风幛或风筒导风。,适于长距离的巷道掘进通风,.,9,当总风压不能满足掘进通风的要求时，借助专门的动力设备对掘进巷道进行局部通风。局部动力设施主要有引射器和局部通风机。（紊动射流原理）,二、使用局部动力设施的通风法,参考书：余常昭，环境流体力学,.,10,当射流从喷嘴喷出时，与周围静止的空气之间形成一个速度不连续的交界面。由于速度不等，该面不稳定，偶有扰动，交界面就出现波动。凸起的地方使上部流体受挤，断面缩小，速度

4、增大，压力减小(-)；与此相应的下方气流的压力增大(+)。在交界面上产生横向压力，使凸处越凸，凹处越凹，最后使交界面破裂成一个个小旋涡，产生强烈紊动，将邻近静止的空气卷吸到射流中，两者掺混在一起，共同向前流动。,使射流边界不断向外扩展，断面和流量不断增加。使整个射流成为紊动射流。,.,11,1引射器通风 引射器的通风原理是利用压力水或压缩空气经喷嘴高速射出产生射流。周围的空气被卷吸到射流中，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，空气和射流在混合管内掺混，整流后共同向前运动，使风筒内有风流不断流过。,.,12,引射器通风具有设备简单、安全、水引射器有利于除尘和降温(水温低时)的优点。 但产生的风压低

5、，送风量小（20200 m3/min)，效率低，费用高，只有在用水砂充填采煤法的矿井中，才可顺便使用水风扇引射器。为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风。,优点与缺点,.,13,2. 局部通风机通风,.,14,局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，按其工作方式分为压入式、抽出式和混合式三种。,1)压入式通风 局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。,.,17,工作面爆破后，烟、尘充满迎头，形成一个炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动。风流从风

6、筒出口到转向点的距离叫有效射程lj，风筒出口与工作面的距离不能超过有效射程，否则会在工作附近出现烟流停滞区。据经验，压入式风筒出口到工作面的距离lp约为： lp lj (45)S，m(S掘进巷道净断面积，m2。,.,18,2)抽出式通风 这种通风方式是把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过铁风筒由局部通风机排出。,.,20,这种通风方式在风筒吸口附近形成一股流入风筒的风流，离风筒越远风速越小，只能在一定距离以内有吸入炮烟的作用，这段距离称为有效吸程ls。在有效吸程以外的炮烟处于停滞状态。因此，抽出式风筒口离工作面的距离le应小于有效吸程： le ls 1.5

7、S，m,.,21,压入式通风与抽出式通风优缺点比较： 1) 抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局通风机的为新鲜风流，故安全性高， 2)抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差：压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。,.,22,3)抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好。压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。 4)抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒，压入式通风可以使用柔性风筒。 从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压

8、入式通风安全可靠性较好，故在煤矿中得到广泛应用。,.,23,3）混合式通风 混合式通风的布置如图所示。其中压入式风筒出风口与工作面的距离仍应小于有效射程长度，抽出式风筒吸风口与工作面的距离和压入式局部通风机所在位置有关。压入式局部通风机可随工作面的推进及时向前移动，与工作面距离保,持在4050米左右。抽出式风筒吸风口应超前压入式局部通风机10米以上，同时其风筒吸风口距工作面的距离还应大于炮烟抛掷长度，一般为30米左右。,压抽结合,.,24,当局部通风机的吸入风量大于全压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。 循环通风分为

9、掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。,4）可控循环通风,煤矿掘进工作面连续不断地涌出瓦斯等有害气体，当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，无法除去这些气体，封闭循环区域中污染物浓度必然会越来越大。因此，规程严禁采用循环通风。,.,25,放炮后，同时开动风机1和3，用很短的时间把炮烟排走，这种平时只开一台风机，排炮烟时才开两台风机的闭路循环通风方式，能节约电能。它仅适用于需要除尘和排炮烟的掘进巷道通风，故在冶金矿山中应用较多。,.,26,如图6-1-12(a)所示，若要采用常规的压人式通风，它虽能有效地解决瓦斯和气

10、候条件问题，但无法控制掘进巷道内的矿尘浓度，并且对采煤工作面进风流的矿尘浓度也会产生影响；若要采用常规的抽出式通风，由于采煤工作面内无法安设局部通风机，故只能安装在工作面外部，当工作面平巷很长时，这样做是很困难的。在回风巷一侧如下图6-1-12(b)所示，情况正好相反，采用抽出式通风采煤工作面含尘风流直接进人掘进头，采用压人式通风则需把局部通风机置于采场通风系统之外。 另一种方法是混合式，但因超前掘进巷道长度一般很短，难以布置两台局部通风机，另外掘进巷道内的风速也会很低,因此都非最佳方案。,.,27,如果采用可控循环通风，进风侧采用抽出式通风，局部通风机安在进风巷内，如图6-1-12(a)所示

11、，经风机前置除尘器过滤后，流出局部通风机与外部新风混合，其中一部分会再次进入掘进头循环使用。由于污风在与新风混合前经过了过滤，因而,可以减轻或消除掘进头产生的矿尘对采、掘工作面进风流的污染。,.,28,在回风侧采用压人式通风，局部通风机安在回风巷内，如图6-1-12(b)所示，风流过滤后再经局部通风机压人掘进头，清洗掘进头后与采煤工作面回风流混合，其中一部分流人回风道，另一部分再次进入掘进头循环使用。用这种方法可减轻或消除采煤工作面产生的矿尘对掘进头进风的污染。 可控循环通风除了在压人式和抽出式通风中应用外，在长距离巷道掘进的混合式通风中也有采用。在长抽短压式通风中，如图6-1-12(c)所示

12、，先启动抽出式风机后启动压人式风机，外部进入的新风先清洗掘进头，其中一部分污风经风筒，由抽出式风机排出；另一部分污风在压入式局部通风机的作用下，流过两列风筒重叠段巷道，再次与外部新风混合经风机前置除尘器过滤后，由局部通风机。,.,29,压人掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。 在长压短抽式通风中，如图6-1-12(d)所示，当抽出式风机风量大于压人式风机风量时也能产生循环风。先启动压人式风机后启动抽出式风机，新风由压人式风机和风筒送入掘进头，污风全部通过抽出风筒，经前置除尘器过滤后，由抽出式风机排出，其中一部分风流(其量约等于压人式风机风量)沿掘进巷道排人外部贯穿风流中，另一部分风流(其数量

13、等于两风机风量差)在抽出式风机的作用下通过两列风筒重叠段巷道，再次与压人风筒流出的新风混合进入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风,.,30,可控循环局部通风具有下列优点： (1)采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内(即从后置风筒口至掘进工作面)的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，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 。,.,31,可控循环局部通风的缺点是： (1)循环风流通过运转风机的加热，再返回掘进工作面，使风温上升。 (2)由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度

14、的瓦斯和粉尘，因此，必须研制新型肪爆除尘风机 (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，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制，停止循环通风，恢复常规通风。,.,32,因此，对使用可控循环通风提出下列要求： (1)在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘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，抽出式与压人式的两台风机间须设闭锁装置，保证主要的局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流同时必须适当地控制抽出式与压人式两台局部通风机的风量比，

15、以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效 果。,.,33,第二节 掘进工作面所需风量的计算 对于新设计矿井工作面按爆破排烟的需要确定风量： 1 压入式通风 式中 Qbp风筒口的出风量，m3/min；t通风时间，min；A一次爆破的炸药消耗量，kg； S掘进巷道的净断面积，m2；ld从工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按ld400A/S(m)计算。当掘进巷道的长度小于ld 时，用巷道长度置换ld 。,.,34,2. 抽出式通风 式中 Qbe风筒入口的风量， m3/min； lt炮烟抛掷的长度，m。它取决于起爆方式和炸药消耗量，即：电雷管起爆时，lt15+A/5，m 火雷管起爆时，lt15A，m,

16、.,35,3.混合式通风 在长抽短压的通风方式中，应满足抽出式风筒入口的风量Qbe大于压入式风筒出口的风量Qbp，以防止循环风和维持风筒重叠段内的巷道中具有排尘或稀释沼气的最低速度。因此，须先计算Qbp，然后用下式计算Qbe： QbeQbp60VS 式中 V排尘的最低风速0.150.25m/s；或稀释沼气的最低风速0.5m/s；S风筒重叠段的巷道面积，m2。,.,36,最后要根据最低风速验算(也可作为机掘工作面的计算方法)： 岩巷：按最低排尘风速0.15m/s计算，最低风量： Qb9S，m3/min； 半煤岩和煤巷：按不能形成瓦斯层的最低风速0.5m/s计算，最低风量： Qb30S， m3/m

17、in。 根据最高风速验算，岩巷、半煤岩和煤巷皆以最高风速4m/s计算，这时 ： Qb240S，m3/min。,.,37,第三节 掘进通风设备的选择 一、风筒选择 1风筒的种类 掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻易于贮存和搬运，连接和悬吊也简便。胶布和人造革风筒防水性能好，但柔性风筒只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，目前有用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。常用的风筒直径有300、400、500、600和800mm等。,.,38,2风筒的风阻 风筒风阻包括风筒的摩擦风阻Rfr和局部风阻Rer包括接头风阻Rjo、弯头风阻Rbe和风筒的出口风

18、阻Rou(压入式)或是入口风阻Rin(抽出式)。 压入式风筒的总风阻为： RpRfrRjoRbeRou,.,39,抽出式风筒的总风阻为； ReRfrRjoRbeRin,式中 L风筒全长，m； d一风筒直径，m；s风筒断面积，m2；风筒摩擦阻力系数，Ns2m4。金属风筒内壁粗糙度大致相同，所以值只与直径有关(表7-2）如下图。柔性风筒和带刚性圈的柔性风筒的摩擦阻力系数都与风压有关。柔性压入式风筒的值随风压增大而减少()，而带刚性骨架的柔性风筒的值随风压增大而略增大()。,.,40,.,41,.,42,jo风筒接头的局部阻力系数，无因次。金属风筒用法兰盘连接，内壁较光滑，不计算接头风阻柔性风筒的接

19、头套圈是向内凸出，风压大，风筒壁绷的紧，套圈凸起越高，接头的局部阻力系数随压力增大而增大()。带刚性骨架的柔性风筒，其接头的局部阻力系数随压力增大而略有减少()。当风筒全长共有 n个接头时，则接头总的局部阻力系数按njo计算。,.,43,bs风筒拐弯局部阻力系数，无因次，按拐弯角度查表； ou风筒出口局部阻力系数，取ou 1； in风筒入口局部阻力系数，当入口处完全修圆时in 0.1，不修圆的直角入口in 0.50.6。 在实际应用中，风筒风阻除与长度和接头方法等有关外，还与风筒的吊挂、维护等管理质量密切相关，很难用上面给出的两个计算式进行精确计算。一般都是根据实测百米风筒平均风阻(包括局部风

20、阻)作为衡量风筒管理质量和设计的数据表7-3是开滦等矿和重庆研究所实测的风筒百米风阻值的结果。,.,44,根据风筒的百米风阻值R100可以直接计算长度为L的风筒实际风阻：,.,45,3风筒漏风 金属和透气性极小的塑料风筒的漏气主要是发生在接头处，胶布风筒不仅接头而且全长都有漏风，所以胶布风筒漏风属连续均匀漏风。漏风使风筒的始端风量(即局部通风机工作风量Qf)与风筒末端风量(即工作面风量Q)不等。故用始末两端风量的几何平均值作为通过风筒的平均风量Q，即： 显然，Qf与Q的差值就是风筒的漏风量Ql。它与风筒种类，接头的数目，方法和质量以及风筒直径，风压等有关，但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关

21、反映风筒漏风程度的指标三；,.,46,1) 风筒漏风率 风筒漏风量占局扇工作风量的百分数，即 Le虽然反映某一风筒的漏风情况，但不能作为比较的指标，故常用百米漏风率Le100，即： 式中 L风筒长度，m，柔性风筒的漏风率应符合下表。,.,47,2) 风筒的有效风量率Ef：掘进工作面风量(风筒末端风量)占局部通风机工作风量的百分数，即： 3)风筒漏风备用系数 该值是指Qf与Q之比，即： 4 风筒的直径 风筒直径的选择主要取决于送风量、送风距离以及巷道断面的大小等因素。生产中，一般是根据经验选取标准直径。表75是鸡西、开滦等矿区局部通风机和风筒配套的经验。,.,48,.,49,二、局部通风机的选择

22、 1. 确定局部通风机的工作参数 1)局部通风机工作风量Qf 根据掘进工作面所需风量Q、距离L和风筒百米漏风率Le100，确定风筒的漏风率Le,： 然后确定风筒的漏风备用系数 :,.,50,再用下式计算风机的风量： QfQ，m3/s 2)局部通风机工作风压hf 无论是压入式风筒还是抽出式风筒的风阻，均可根据工作面最长的通风距离选择风筒种类和直径，再查表7-3得到的百米风阻，由此计算出总风阻： 局部通风机风压用于克服风筒的通风阻力。应满足：,.,51,由于风筒漏风，计算风筒通风阻力时，应按通过风筒的平均风量Q值计算。其中： 对于压入式局部通风机的工作风压，要用局部通风机的全风压hft，即： hf

23、tRp.Q2RpQf Q ， Pa 式中 Rp压入式风筒的总风阻，实际上就是上面计算出来的R值， Ns2/m8 对于抽出式局部通风机的工作风压，宜用局部通风机的静风压hfs，即： hfsRe.Q2ReQf Q， Pa 式中 Re抽出式风筒的总风阻，Ns2/m8 。,.,52,2 选择局部通风机 局部通风机有轴流式和离心式两种。煤矿多使用我国生产的防爆型JBT系列轴流式局部通风机。其性能曲线和型号、规格分别如图716和表76所示。根据上面算出的hf和Qf值，在图716中选择合适的局部通风机，再参照表7-5和表7-6选择配套的风筒。,.,53,.,54,如果选用的局部通风机工作风压不能满足要求，可

24、选用二台或二台以上局部通风机进行串联作业。其串联作业方式分为集中串联和间隔串联。皆可达到增加风压的目的。但从两种串联方式的风压分布图可以看出，在相同条件下集中串联时，风筒中最大的风压大于间隔串联，所以集中串联风筒漏风将大于间隔串联。,.,55,间隔串联时，如果两台局部通风机相隔较远，便会在第二台局部通风机后面一段风筒内产生负压，因而在这个区段内会有部分污风漏入风筒，造成循环风。为避免这种现象，两台局部通风机的间距一般不得大于风筒全长的三分之一，使风压分布情况如图B所示。掘进长距离瓦斯巷道，一台局部通风机的风压不够用时，,间隔串联不安全，也可用局部通风机集中串联的方式。但须注意局部通风机之间要用

25、一段风筒(长约10倍于风筒直径)隔开，使第一台局部通风机出口的紊乱风流不影响第二台局部通风机的运转效率。,.,56,第四节 掘进通风的技术管理和安全措施 一、保证工作面有足够的新鲜风量 1) 采用局部通风机和引射器通风时。无论工作面是在工作，休息或交班，都不准随意停风和减少风量。 2) 提高有效风量。其中包括： (1)减少导风设施的漏风：对于风墙应合理选择建筑材料，提高构筑质量。对于柔性风筒应适当加大每节风筒长度，减少接头数，并注意不断改进柔性风筒的接头方法。 目前井下广泛采用接头严密、漏风小的反边接头法。反边接头又分单反边、双反边和多反边等。,.,57,双反边接头的连接顺序如图所示，先在风筒

26、两端套上铁环l、2，并各留200 300mm的反边(图A)顺风流方向把有铁环1的风筒插入有铁环2的风筒内，拉紧风筒使两环靠拢，要防止风筒歪斜出褶皱(图B)，然后把风筒1的反边翻套过来，再把风筒2的反边翻套过来(图C)。,.,58,多反边接头如图示，是在双反边的基础上多一个活环3。活环3先套在有铁环2的风筒上(图A)，当风筒1反边翻套在风筒2上时，再把活环3套在风筒2的反边和风筒1的翻边上(图B)，然后把风筒2的反边和风筒l的翻边都翻套在活环3和铁环1上(图C)。 此外，及时修补风筒和堵补风筒的针眼也是常用的减少漏风的手段。,.,59,(2)降低导风设施的风阻提高有效风量 适当选用大直径风筒；提

27、高设备的安装质量，风筒力求吊挂平直；局部通风机应垫高(或悬吊)保持与风筒成一直线。在淋水大的巷道中，风筒应安装放水咀及时放掉积水，减少附加阻力。这些都是降低风筒风阻的办法。,.,60,二、保证局部通风机安全运转 采用局部通风机通风时，应作到： 1) 局部通风机有专人负责管理。局部通风机启动装置必须装在进风巷道中，距回风口不小于10m。局部通风机吸风量必须小于全风压供给该处的风量，以免发生循环风。 2) 防止局部通风机电动机烧坏，除加强对局部通风机和启动装置的检查与维修外，若采用磁力启动器时，可在控制电路上装有电磁式接头，当启动器内一相电流断路时，两个互感器之一无电流，控制线路中的两个接点就会断开。造成磁力启动器跳闸。切断电源保护局部通风机的电动机。,.,61,3) 局部通风机和掘进工作面中的电气设备必须装有延时的风电闭锁装置，一旦局部通风机停止运转便能立即自动切断局部通风机供风的巷道中的一切电源。 4) 在高瓦斯(或煤与瓦斯突出)矿井的煤巷掘进中，在工作面安设沼气自动检测报警断电装置。局部通风机应用双回路供电，以保证局部通风机连续运