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1、1,河 南 理 工 大 學 采煤概論精品課程,第14章 礦井通風,2,本章主要內容,第14章 礦井通風 第一節(jié) 礦井通風的任務與礦井空氣 第二節(jié) 礦井通風壓力和通風阻力 第三節(jié) 礦井通風動力 第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng) 第五節(jié) 礦井總風量的計算 第六節(jié) 采區(qū)通風系統(tǒng) 第七節(jié) 掘進通風方法 第八節(jié) 礦井通風構筑物,3,第一節(jié) 礦井通風的任務與礦井空氣,一、礦井通風的基本任務 煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復雜，只有少數(shù)井巷與地面相通，因此，礦井通風是保證礦井安全的最主要的技術手段之一，在礦井建設和生產(chǎn)過程中，必須源源不斷地將地面空氣輸送到井下各個用風地點，其主要任務是： 1）提供井下足夠的新鮮空氣，

2、以供人員呼吸； 2）把井下的及稀釋和排除井下有毒、有害氣體和礦塵； 3）創(chuàng)造良好的礦井工作環(huán)境，保證井下有適合的氣候條件（及適宜的溫度、濕度與風速），以利于工人勞動和機器運轉。,4,第一節(jié) 礦井通風的任務與礦井空氣,二、礦井空氣 1. 礦井空氣中的主要成分 地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。 一般地說，地面空氣的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三種氣體組成，按體積的百分比數(shù)計為：氧20.96%；氮79%；二氧化碳0.04%。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定：采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不得低于20%；采掘工作面的進風流中，二氧化碳濃度不得超過0.5%，總回風流中二氧化碳濃度不得超過0.75%。當采

3、掘工作面風流中二氧化碳濃度超過1.5%，或采區(qū)、采掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5%時，必須停工處理。,5,第一節(jié) 礦井通風的任務與礦井空氣,2. 礦井空氣中的有害氣體 礦井空氣中所含有的對人體健康及生命安全有威脅的切氣體，均稱為有害氣體。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氫（H2S）、氫氣（H2）、氨（N2）等。這些有毒有害氣體對煤礦井下作業(yè)人員人身健康和安全有極大危害。 規(guī)程規(guī)定，井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過00024 ；井下空氣中二氧化硫濃度不得超過00005。,6,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,一、空氣壓力 表示一條水平

4、巷道，在巷道內風流（空氣）能從A點向B點流動，是因為A點的壓力大于B點的壓力，由此可以引出兩個概念，一是A點或B點的壓力，稱為點壓力；二是A點與B點之間存在著壓力差。,7,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,1. 點壓力 空氣的點壓力可以用絕對壓力和相對壓力來表示。 1) 絕對壓力：某點的絕對壓力是以真空為基準，以“0”壓為起算點所計量的壓力，所以，絕對壓力總是正值，其單位通常用帕（Pa）表示。通常說的大氣壓力就是指絕對壓力。一個標準大氣壓力值為101.325Pa。 2) 相對壓力：某點的相對壓力是以當?shù)氐拇髿鈮毫榛鶞仕嬎愕膲毫?。若大于當?shù)氐拇髿鈮毫Φ臑檎龎海∮诋數(shù)氐拇髿鈮毫Φ臑樨搲?。故相對?/p>

5、力有正值和負值之分。相對壓力的單位通常是帕（Pa）表示。 2. 兩點壓力差 由于A、B兩點壓力大小不相等，因而在A、B兩點之間就存在壓力差，由于這種壓力差是由礦井通風機或自然因素造成的，故壓力差又叫通風壓力。它是用來克服巷道通風阻力并使風流按照規(guī)定的風速流動的動力，其數(shù)值可以通過計算或儀器測定得到。,8,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,二、井巷通風阻力 當空氣沿井巷運動時，由于風流的粘滯性、慣性以及井巷周邊對風流的阻滯、擾動作用而形成的通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。 上面已經(jīng)提到，通風機或自然因素所形成的通風壓力是用來克服礦井通風阻力的，所以通風壓力和通風阻力是作用力與反作用力的關系，即

6、數(shù)值相等，作用方向相反，故通風阻力值就是礦井通風需要的風壓值。 礦井通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類。,9,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,1. 摩擦阻力 空氣沿井巷流動時，由于流層之間的摩擦和流體與井巷周邊壁面之間的相互摩擦而產(chǎn)生的阻力稱為摩擦阻力（也稱沿程阻力），它與巷道斷面的大小、形狀、支架型式、巷道壁的粗糙程度有關。在礦井通風中，常用風流的壓能損失h摩來表示摩擦阻力，其值的大小按下式計算， h摩=LUQ2/S3 （141） 式中 h摩井巷摩擦阻力，Pa； 井巷摩擦阻力系數(shù)，NS2/m4（牛秒2/米2）； L井巷長度，m； U井巷周邊長度，m； Q

7、井巷中流過的風量，m3/s。 通常令上式中 LU/S3=R摩 式中 R摩摩擦風阻，NS2/m8。 則（1）式可寫成： h摩= R摩Q2 （142）,10,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,2. 局部阻力 空氣流經(jīng)井巷的某些局部地點（如井巷突然擴大、突然縮小，急轉彎以及分岔或匯合等），造成風流速度和方向的突然變化，導致均勻風流產(chǎn)生紊亂的渦流與撞擊，因而在局部地點產(chǎn)生的附加阻力稱為局部阻力。其值可按下式計算： h局=R局Q2 （143） 式中 h局井巷局部阻力：Pa ； R局產(chǎn)生局部阻力地點的局部風阻，Ns2/m8。 綜合以上所述，井巷的通風總阻力

8、h阻= h摩+ h局 =（R摩+R局）Q2 = R總Q2 （14-4） 式中 h阻井巷通風總阻力，Pa ； R總井巷通風總風阻，NS2/m4 ； Q井巷中流過的風量，m3/S 。,11,第二節(jié)礦井通風壓力和通風阻力,三、降低通風阻力的措施 1）減小井巷摩擦阻力系數(shù)。對于服務年限長的主要井巷，應盡量采用巷道周壁表面光滑的支護方式，對于棚式支護，應盡量架設整齊，必要時背好幫頂?shù)?，?2）保證有足夠大的井巷斷面。特別是主要進、回風流巷道斷面擴大對降低風阻效果明顯。 3）盡量縮短通風路線長度。因為巷道的摩擦阻力與巷道長度呈正比，因此應

9、盡量縮短風路的長度。 4）避免巷道內風量過于集中。巷道摩擦阻力與風量的平方成正比，若巷道內風量過于集中，摩擦阻力會大大增加。因此，應盡可能使礦井的總進風早分開，使礦井的總回風晚匯合。 5）降低局部阻力。應盡量避免巷道急拐彎，避免巷道斷面突然擴大、突然縮小，盡量避免在主要巷道內任意停放車輛、堆積木材、器材等。,12,第三節(jié) 礦井通風動力,一、自然通風 使空氣獲得能量，產(chǎn)生自然風壓，使其沿井巷流動，這種自然力主要是由地面溫度的變化，使礦井風側和回風側空氣溫度發(fā)生差異而引起的。規(guī)程規(guī)定，礦井必須采用機械通風，自然通風只能在特定條件下使用。,13,第三節(jié) 礦井通風動力,二、機械通風 機械通風是礦井通風

10、的主要動力。按其服務范圍可以分為三種： 1）主要通風機（簡稱主扇），主要用于全礦井或礦井的一翼（部分）； 2）輔助通風機（簡稱輔扇），主要服務于礦井網(wǎng)絡的某一分支（如采區(qū)或工作面），以幫助主要通風機供風以保證該分支的風量； 3）局部通風機（簡稱局扇），主要用于獨頭掘進的井巷等局部地區(qū)通風。 礦用通風機按其構造又可分為離心式通風機和軸流式通風機兩類。,14,第三節(jié) 礦井通風動力,1）離心式通風機,15,第三節(jié) 礦井通風動力,2）軸流式通風機,16,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),一、礦井主要通風機的工作方式 礦井主要通風機的工作方式主要有抽出式通風和壓入式通風兩 種。 1）抽出式 2）壓入式通風

11、 3）抽出和壓入混合式通風,圖14-5,17,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),二、礦井通風方式 按照礦井進風井和回風井相互位置關系，可把礦井通風方式分為三種基本類型： 1）中央式，又可分為中央并列式和中央分列式兩種。 2）對角式，又可分為兩翼對角式和分區(qū)對角式兩種。 3）混合式，混合式是中央式和對角式或中央并列式和中央分列式所組成的一種綜合形式，它是老礦井進行深部開采時常采用的通風方式。,18,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),中央并列式,圖14-6,19,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),中央分列式,圖14-7,20,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),對角式,圖14-8,21,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),中央式與對角式比較 優(yōu)點： （1）礦井

12、總回風巷可以隨采區(qū)接替逐步開掘，因而建井工期短，總回風巷的維護費用低； （2）回風井筒數(shù)目少，同時運轉的風機臺數(shù)少，容易管理； （3）當進風井口及井底車場附近發(fā)生火災需要反風時，容易實現(xiàn)。 缺點： （1）隨著向邊界采區(qū)開采，總回風巷不斷延長，通風線路隨之加長，因而通風阻力不斷增加； （2）礦井生產(chǎn)期間，由于井下巷道阻力不斷增加，阻力變動范圍大，難以保證通風機在高效率狀態(tài)下運轉； （3）礦井總進風和總回風風流反向平行流動，容易發(fā)生漏風； （4）在礦井生產(chǎn)的中后期，多采區(qū)同時生產(chǎn)時礦井通風系統(tǒng)關聯(lián)性太強，系統(tǒng)獨立性差，系統(tǒng)防災抗災能力差。,22,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),三、礦井反風 礦井進風口、井筒

13、、井底車場附近一量發(fā)生火災，為縮小災情、出，有時需要反風，即改變風流方向。規(guī)程規(guī)定，礦井：礦井主要通風機必須有反風裝置，必須能在10min內改變巷道中的風流方向；風流方向改變后，供風量應小于正常風量的40。 1離心式通風機的反風 2軸流式通風機的反風,23,第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng),,24,第五節(jié) 礦井總風量的計算,一、礦井配風原則、方法和依據(jù) 1）配風原則和方法：根據(jù)實際需要，“由里向外”配風，即首先確定井下各用風地點(如采掘工作面、硐室、火藥庫等)所需的風量，然后逆風流方向加上各風路中允許的漏風量，求得各風路上的風量和礦井的總進風量；根據(jù)求得的礦井總進風量再加上空氣體積膨脹的風量(這項風量約為

14、總進風量的5)即得礦井總回風量。 2）配風的依據(jù) (1)氧氣含量的規(guī)定； (2)瓦斯、氧化碳等有害氣體安全濃度的規(guī)定； (3)風流速度的規(guī)定； (4)空氣溫度的規(guī)定， (5)空氣中懸浮粉塵安全濃度的規(guī)定。,25,第五節(jié) 礦井總風量的計算,二、生產(chǎn)礦井總進風量的計算 生產(chǎn)礦井總進風量是指井下各工作地點的需風量和各條風路中損失風量的總和。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，礦井需要的風量(Q)應按下列要求分別計算，并選取其中的最大值。 1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算礦井總需風量： Q礦進=4NK礦通 m3/min 式中：N井下同時工作的最多人數(shù) K礦通礦井通風系數(shù)；一般取1.201.25

15、 2） 按采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風量的總和計算： Q礦進=（Q采+Q掘+Q硐+Q其它）K礦通m3/min 式中：Q采采煤工作面實際需要風量的總和，m3/min； Q掘掘進工作面實際需要風量的總和，m3/min； Q硐硐室實際需要風量的總和，m3/min； Q其它礦井除了采煤、掘進和硐室地點外的其它井巷需要進行通風的風量總和，m3/min。,26,第五節(jié) 礦井總風量的計算,三、新設計礦井風量的計算 設計礦井的風量，可參照鄰近生產(chǎn)礦井的通風資料，按生產(chǎn)礦井的風量計算方法進行計算。對新礦區(qū)、無鄰近生產(chǎn)礦井參照時，可參照省內氣候、礦山地質、開采技術條件相

16、類似的生產(chǎn)礦井的風量計算方法進行計算。,27,第六節(jié)采區(qū)通風系統(tǒng),一、采區(qū)通風 采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的核心單元，是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風、回風和采煤工作面進回風巷道等組成的風路連接形式及采區(qū)的風流控制設施。 所謂采區(qū)通風系統(tǒng)是指風流進入采區(qū)，沿采區(qū)巷道清洗工作面后排出采區(qū)的整個風流流動路線。在準備采區(qū)時，必須在采區(qū)內構成通風系統(tǒng)以后方可開掘其它巷道。采煤工作面必須在構成全風壓通風以后，方可回采。采區(qū)進、回風巷必須貫穿整個采區(qū)長度或高度，嚴禁將一條上山、下山或盤區(qū)的風巷分為兩段，其中一段為進風巷，另一段為回風巷。 采區(qū)內一般布置三條上山，一條為運輸上山，一條為軌道

17、上山，一條專用回風上山。瓦斯涌出量小的小煤礦可布置兩條上山。,28,第六節(jié)采區(qū)通風系統(tǒng),29,第六節(jié)采區(qū)通風系統(tǒng),二、采煤工作面通風 由采煤工作面及其進、回風巷道所構成的通風路線叫采煤工作面通風系統(tǒng)。采煤工作面的通風系統(tǒng)可有多種形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通風系統(tǒng)。 1）“U”型通風系統(tǒng)：這種通風系統(tǒng)最為簡單，采用最廣泛。但它的缺點是，采煤工作面的采空區(qū)一側的上隅角容易積聚瓦斯。 2）“Y”型通風系統(tǒng)：這種通風系統(tǒng)對解決回風流瓦斯?jié)舛冗^高或上隅角積存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上順槽沿采空區(qū)一翼全長預先掘出，且在回采期內要始終維護。 3）“W”型通風系統(tǒng)：這種通

18、風系統(tǒng)適用于瓦斯涌出量大、工作面較長的綜采工作面，當開采煤層的瓦斯涌出量特別大時，還可在中間平巷中布置鉆孔抽放瓦斯，但這種通風系統(tǒng)中有半個工作面是下行通風對有煤與瓦斯突出的采煤工作面嚴禁采用。 4）還有“Z”型通風系統(tǒng),30,第六節(jié)采區(qū)通風系統(tǒng),圖14-14,圖14-15,31,第七節(jié) 掘進通風方法,掘進通風方法有總風壓通風、引射器通風和局部通風機通風三種。局部通風機通風的通風方式主要有壓入式、抽出式和混合式通風三種，,圖14-16,32,第八節(jié) 礦井通風構筑物,一、風門 在人員和車輛需要通行，而不能讓風流通過的巷道中，需要設置通風構 筑物，這種既要切斷風流又能保證行人通車的通風構筑

19、物稱為風門。 二、風墻 風墻（又稱密閉）是用來切斷風流或封閉采空區(qū)，防止瓦斯向巷道擴散的一種構筑物。風墻按服務年限不同可分為臨時性風墻和永久性風墻兩類。臨時性風墻由于服務年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性風墻要用不燃性材料（如磚、料石或水泥等）修筑。,14-17,33,第八節(jié) 礦井通風構筑物,三、風橋 在進風巷道與回風流平面交叉處，為防止風流短路，使進回風分離，需要設置通風構筑物，這種用于隔開兩條互相交叉的進、回風流的構筑物稱為風橋。,圖 14- 18,34,第八節(jié) 礦井通風構筑物,四、井口封閉裝置 在安設扇風機的井筒內，空氣壓力與大氣壓力之間存在較大壓力差，為防止井內風

20、流和地面大氣短路，其井口必須有封閉裝置，以使井口和地面大氣隔開。對于通風、提升共用的井筒，應將整個井樓密閉起來。 出風斜井井口一般都要安設風門，以便把地面與井下空氣隔離，同時對扇風機起到防爆安全作用。,35,第八節(jié) 礦井通風構筑物,五、風量調節(jié),36,第八節(jié) 礦井通風構筑物,2) 礦井總風量調節(jié) (1)改變離心式通風機轉速。或改變軸流式通風機工作輪葉片的安裝角，使主要通風機的風壓及風量發(fā)生變化，從而調節(jié)礦井的風量。 (2)改變通風機的工作風阻(利用閘門)也可以改變通風機的工作狀況，從而達到調節(jié)風量的目的，一般離心式通風機多采用這種方法。,37,思 考 題,1礦井通風的任務是什么？ 2

21、礦井空氣中的主要成分與地面空氣的主要成分有什么不同？ 3. 礦內空氣為什么會在井巷中流動？降低礦井通風阻力的措施主要有哪些？ 4. 自然通風的原理是什么？按其服務范圍機械通風可分為哪三種？ 5什么叫礦井通風系統(tǒng)？ 6礦井主要通風機的工作方式有哪幾種？ 7礦井通風方式有哪幾種？各有什么有缺點？ 8礦井配風的原則、方法和依據(jù)是什么？ 9. 生產(chǎn)礦井總進風量如何計算？ 10.什么是采區(qū)通風系統(tǒng)，主要有哪幾種方式？ 11.采煤工作面的通風系統(tǒng)有哪幾種形式？各有什么優(yōu)缺點及適應條件？ 12.掘進工作面局部通風機通風的通風方式主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？ 13.礦井通風構筑物主要有哪些？各起什么作用？,