8矿井通风系统设计-8矿井通风系统设计

第八章矿井通风系统设计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。因此，必须密切配合其它生产环节来周密考虑、精心设计以达到最佳效果。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、总风量与总风压，选择矿井通风设备。对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的要求。而对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有的基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。第一节矿井通风系统的拟定风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统。矿井通风系统是由通风机和通风网路两部分组成。矿井通风系统的拟定主要是拟定矿井通风系统的类型、通风方法和通风网络。第一节矿井通风系统的拟定一、矿井通风系统类型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（Thetypesofmineventilationsystem）、通风方法（Ventilationmode）和通风网络（Ventilationnetwork）。矿井通风方式是指进风井(或平硐)和回风井(或平硐)的布置方式，可分为中央式、对角式和混合式等；矿井通风方法是指产生通风动力的方法，有自然通风法和机械通风法(压入式、抽出式)；矿井通风网络是指井下各风路按各种形式联接而成的网络。通风方式按进风井与回风井之间的相互位置关系将矿井通风系统分述如下4种类型。第一节矿井通风系统的拟定1）中央式通风系统（Centralventilationsystem）按井筒沿井田倾斜位置的不同分为两种类型：（1）中央并列式——进风井与回风井沿井田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9-1-1(1))，也可将回风井只掘至回风水平(如图9-1-1(2))。后者一般适用于较小型矿井。这种通风系统—般适用于煤层瓦斯和自然发火问题都不严重，埋藏深、倾角大，但走向不大(一般不大于4km)的矿井。第一节矿井通风系统的拟定第一节矿井通风系统的拟定（2）中央边界式——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，向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。这种通风系统适用于瓦斯和自然发火比较严重的缓倾斜煤层，埋藏较浅，走向不大的矿井。第一节矿井通风系统的拟定第一节矿井通风系统的拟定2）对角式通风系统按进、回风井走向和位置可将矿井通风系统分为如下2种类型：（1）两翼对角式——进风井大致位于井田走向的中央，出风井位于沿浅部走向的两翼附近（沿倾斜方向的浅部），如图所示；如果只有—个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。这种通风系统适用于走向长度较大(一般超过4km)，井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火较严重的矿井。第一节矿井通风系统的拟定两翼对角式通风系统第一节矿井通风系统的拟定（2）分区对角式——进风井大致位于井田走向的中央，每个采区各有一个出风井，无总回风巷。如图所示：这种通风系统适用于煤层距地表浅，地表起伏(高低)较大，无法开掘浅部总回风道的矿井。第一节矿井通风系统的拟定3）分区式通风系统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分区式通风系统。如图所示：4）混合式通风系统混合式通风系统的进风井与回风井有3个以上井筒，由中央式和对角式混合、中央式和中央边界式混合等。这种通风系统主要适用于井田范围较大，多煤层、多水平开采的矿井。大多用于老矿井的改造和扩建。第一节矿井通风系统的拟定5）矿井通风系统类型的拟定矿井通风系统的拟定是矿井通风设计的基础部分，主要是拟定矿井风流路线，进风与出风井的布置方式，矿井主要通风机的工作方法。一般来说，中央式通风系统具有井巷工程量少，初期投资省的优点，宜矿井建设初期采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，宜采用对角式或分区式通风；当井田面积较大时，初期采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区式通风。第一节矿井通风系统的拟定二、矿井通风方法按通风方法获得的动力来源可将矿井通风系统分为自然通风(Naturalventilation)和机械通风(Mechanicalventilation)两种。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做自然通风。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做机械通风。按通风机（通风机）的工作方式将矿井通风系统分为抽出式、压入式两种。第一节矿井通风系统的拟定（1）抽出式(Exhaust)——主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。抽出式通风的优点是：当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，可能使采空区瓦斯涌出量减少，有利于瓦斯管理，比较安全；外部漏风量少，通风管理比较简单；与压入式通风相比，不存在向下水平过渡时期改变通风方法的困难。缺点是当地面存在小窑塌陷区并和开采裂隙沟通时，抽出式通风会把小窑中积存的有害气体抽到井下，并使工作面的有效风量减少。第一节矿井通风系统的拟定（2）压入式(Forced)——主要通风机安设在进风井口，作压入式工作，井下风流处于正压状态。压入式通风的优点是：节省风井场地，施工方便，主要通风机台数少，曾理方便；开采浅部煤层时采区淮备较容易，工程量少，工期短，出煤快。能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压到地面。缺点是：井口房、并底煤仓及装载硐室漏风大，管理困难；风阻大，风量调节困难；由第一水平的压入式过渡到第二水平的抽出式，改造工程量大，过渡期长，通风管理困难；当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，可能在短时间内引起采空区或封闭区的瓦斯大量涌出。一般来说，矿井主要通风机工作方法多采用抽出式。当矿井地面地形复杂、高差起伏，无法在高山上安装主要通风机，总回风巷维护困难时，可以考虑采用压入式通风。第一节矿井通风系统的拟定三、通风网路一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式称为通风网路。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就不一致，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六章。第二节矿井风量的计算和分配矿井总风量即井下各个工作地点的有效风量(Effectiveairquantity)与各条风路上的漏风量(Leakageairquantity)之总和。按《煤矿安全规程》要求，设计矿井的风量应由省（区）煤炭局确定，且需依照矿井整个服务年限内各个时期的通风要求分水平进行计算，以保证合理通风。第二节矿井风量的计算和分配一、矿井总风量计算方法生产矿井总进风量按下列要求分别计算，并取其中最大值。1、按井下同时工作的最多人数计算：m3/min(8-1)式中：N—井下同时工作的最多人数，人；Km——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＝1.2～1.25。tKNQ4tKNQ4第二节矿井风量的计算和分配2、按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算：(9-2-2)式中：—采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；——硐室实际需要风量的总和，m3/min；——备用工作面实际需要风量的总和，m3/min；——矿井除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和，m3/min；——矿井通风系数(抽出式K矿通取1.15~1.2，压入式K矿通取1.25~1.3)。tedCBaKQQQQQQ)(aQaQbQcQdQeQtK第二节矿井风量的计算和分配1）每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。采煤工作面有串联通风时，应按其中一个采煤工作面实际需要的最大风量计算。备用工作面亦应满足瓦斯、二氧化碳、气温和风速等规定计算风量，且不得低于其采煤时的实际需要风量的50％。（1）按瓦斯涌出量计算：低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为：，m3/min(9-2-4)式中:式中：Qwi——第i个采煤工作面需要风量，m3/minQgwi——第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/minkgwi——第i个采煤工作面因瓦斯涌出量不均匀系数。它是最大涌出量与平均涌出量之比，通常机采工作面取kgwi=1.3~1.45；炮采工作面取kgwi=1.35~1.5。kQQgwiwi100第二节矿井风量的计算和分配（2）按炸药量计算：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。wiwiAQ25第二节矿井风量的计算和分配（3）按同时作业人数计算：按每人供风≮4m3/min：，m3/min（8-6）式中：——第i个采煤工作面同时工作的最多人数，人；4aiiQN第二节矿井风量的计算和分配（4）按工作面气温计算：采煤工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合下表的要求：回采工作面空气温度（℃）采煤工作面风速（m/s）180.3～0.80.9018～200.8～1.01.0020～231.0～1.51.00～1.1023～261.5～1.81.10～1.2526～281.8～2.51.25～1.428～302.5～3.01.4～1.6第二节矿井风量的计算和分配长壁工作面实际需要风量，按下式计算：，m3/min式中：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。wliwiwiwikSVQ60回采工作面长度(m)80～150150～200200长度调整系数(K长)1.01.0～1.31.3～1.5第二节矿井风量的计算和分配（5）按低瓦斯矿井综采工作面所需风量计算：4321200KKKKQpi第二节矿井风量的计算和分配（6）按工作面风速进行验算：按最低风速验算，各个采煤工作面的最低风量（）;，m3/min式中：—第i个采煤工作面的平均断面积，m2，按最高风速验算，各个采煤工作面的最高风量()：，m3/min（7）备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量，且最少不得低于采煤工作面实际需风量的50%。，m3/minwiwiSQ25.060wiwiSQ460aidiQQ21第二节矿井风量的计算和分配2）掘进工作面实际需要风量每个独立通风的掘进工作面实际需要风量，应按瓦斯或二氧化碳涌出量、炸药用量、局部通风机实际吸风量、风速和人数等规定要求分别进行计算，并必须采取其中最大值。（1）按瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算：，m3/min式中：——第i个掘进工作面回风流中的瓦斯（或二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；——第i个掘进工作面瓦斯涌出不均衡的风量系数，（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值），一般取＝1.5～2。100bibibiQqKbiqbiK第二节矿井风量的计算和分配（2）按炸药量计算掘进工作面实际需要的风量：每千克炸药供风≮25m3/min：，m3/min式中：——第i个掘进工作面一次爆破的最大炸药用量，kg。ibiAQ25ibiAQ25iA第二节矿井风量的计算和分配（3）按局部通风机实际吸风量计算需要风量计算掘进工作面实际需要的风量：岩巷掘进：，m3/