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2019/8/151河南理工大学《采煤概论》精品课程第14章矿井通风2019/8/152本章主要内容第14章矿井通风•第一节矿井通风的任务与矿井空气•第二节矿井通风压力和通风阻力•第三节矿井通风动力•第四节矿井通风系统•第五节矿井总风量的计算•第六节采区通风系统•第七节掘进通风方法•第八节矿井通风构筑物2019/8/153第一节矿井通风的任务与矿井空气一、矿井通风的基本任务•煤矿生产是地下作业，自然条件比较复杂，只有少数井巷与地面相通，因此，矿井通风是保证矿井安全的最主要的技术手段之一，在矿井建设和生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个用风地点，其主要任务是：–1）提供井下足够的新鲜空气，以供人员呼吸；–2）把井下的及稀释和排除井下有毒、有害气体和矿尘；–3）创造良好的矿井工作环境，保证井下有适合的气候条件（及适宜的温度、湿度与风速），以利于工人劳动和机器运转。2019/8/154第一节矿井通风的任务与矿井空气二、矿井空气•1.矿井空气中的主要成分–地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。–一般地说，地面空气的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三种气体组成，按体积的百分比数计为：氧—20.96%；氮—79%；二氧化碳—0.04%。–《煤矿安全规程》规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%；采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不得超过0.5%，总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%。当采掘工作面风流中二氧化碳浓度超过1.5%，或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停工处理。2019/8/155第一节矿井通风的任务与矿井空气•2.矿井空气中的有害气体–矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的—切气体，均称为有害气体。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氢（H2S）、氢气（H2）、氨（N2）等。这些有毒有害气体对煤矿井下作业人员人身健康和安全有极大危害。–《规程》规定，井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0．0024％；井下空气中二氧化硫浓度不得超过0．0005％。2019/8/156第二节矿井通风压力和通风阻力•一、空气压力•表示一条水平巷道，在巷道内风流（空气）能从A点向B点流动，是因为A点的压力大于B点的压力，由此可以引出两个概念，一是A点或B点的压力，称为点压力；二是A点与B点之间存在着压力差。2019/8/157第二节矿井通风压力和通风阻力•1.点压力空气的点压力可以用绝对压力和相对压力来表示。–1)绝对压力：某点的绝对压力是以真空为基准，以“0”压为起算点所计量的压力，所以，绝对压力总是正值，其单位通常用帕（Pa）表示。通常说的大气压力就是指绝对压力。一个标准大气压力值为101.325Pa。–2)相对压力：某点的相对压力是以当地的大气压力为基准所计算的压力。若大于当地的大气压力的为正压，小于当地的大气压力的为负压。故相对压力有正值和负值之分。相对压力的单位通常是帕（Pa）表示。•2.两点压力差–由于A、B两点压力大小不相等，因而在A、B两点之间就存在压力差，由于这种压力差是由矿井通风机或自然因素造成的，故压力差又叫通风压力。它是用来克服巷道通风阻力并使风流按照规定的风速流动的动力，其数值可以通过计算或仪器测定得到。2019/8/158第二节矿井通风压力和通风阻力•二、井巷通风阻力•当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性、惯性以及井巷周边对风流的阻滞、扰动作用而形成的通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。•上面已经提到，通风机或自然因素所形成的通风压力是用来克服矿井通风阻力的，所以通风压力和通风阻力是作用力与反作用力的关系，即数值相等，作用方向相反，故通风阻力值就是矿井通风需要的风压值。•矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类。2019/8/159第二节矿井通风压力和通风阻力•1.摩擦阻力•空气沿井巷流动时，由于流层之间的摩擦和流体与井巷周边壁面之间的相互摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力（也称沿程阻力），它与巷道断面的大小、形状、支架型式、巷道壁的粗糙程度有关。在矿井通风中，常用风流的压能损失h摩来表示摩擦阻力，其值的大小按下式计算，h摩=αLUQ2/S3（14－1）式中h摩——井巷摩擦阻力，Pa；α——井巷摩擦阻力系数，N·S2/m4（牛·秒2/米2）；L——井巷长度，m；U——井巷周边长度，m；Q——井巷中流过的风量，m3/s。通常令上式中αLU/S3=R摩式中R摩——摩擦风阻，N·S2/m8。则（1）式可写成：h摩=R摩Q2（14－2）2019/8/1510第二节矿井通风压力和通风阻力•2.局部阻力•空气流经井巷的某些局部地点（如井巷突然扩大、突然缩小，急转弯以及分岔或汇合等），造成风流速度和方向的突然变化，导致均匀风流产生紊乱的涡流与撞击，因而在局部地点产生的附加阻力称为局部阻力。其值可按下式计算：h局=R局Q2（14—3）式中h局——井巷局部阻力：Pa；R局——产生局部阻力地点的局部风阻，Ns2/m8。综合以上所述，井巷的通风总阻力h阻=h摩+h局=（R摩+R局）Q2=R总Q2（14-4）式中h阻——井巷通风总阻力，Pa；R总——井巷通风总风阻，N·S2/m4；Q——井巷中流过的风量，m3/S。2019/8/1511第二节矿井通风压力和通风阻力三、降低通风阻力的措施•1）减小井巷摩擦阻力系数。对于服务年限长的主要井巷，应尽量采用巷道周壁表面光滑的支护方式，对于棚式支护，应尽量架设整齐，必要时背好帮顶等，。•2）保证有足够大的井巷断面。特别是主要进、回风流巷道断面扩大对降低风阻效果明显。•3）尽量缩短通风路线长度。因为巷道的摩擦阻力与巷道长度呈正比，因此应尽量缩短风路的长度。•4）避免巷道内风量过于集中。巷道摩擦阻力与风量的平方成正比，若巷道内风量过于集中，摩擦阻力会大大增加。因此，应尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。•5）降低局部阻力。应尽量避免巷道急拐弯，避免巷道断面突然扩大、突然缩小，尽量避免在主要巷道内任意停放车辆、堆积木材、器材等。2019/8/1512第三节矿井通风动力一、自然通风•使空气获得能量，产生自然风压，使其沿井巷流动，这种自然力主要是由地面温度的变化，使矿井风侧和回风侧空气温度发生差异而引起的。《规程》规定，矿井必须采用机械通风，自然通风只能在特定条件下使用。2019/8/1513第三节矿井通风动力二、机械通风•机械通风是矿井通风的主要动力。按其服务范围可以分为三种：–1）主要通风机（简称主扇），主要用于全矿井或矿井的一翼（部分）；–2）辅助通风机（简称辅扇），主要服务于矿井网络的某一分支（如采区或工作面），以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量；–3）局部通风机（简称局扇），主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风。•矿用通风机按其构造又可分为离心式通风机和轴流式通风机两类。2019/8/1514第三节矿井通风动力•1）离心式通风机图14-3离心式通风机1—动轮;2—螺形外壳;3—扩散器;4—通风机轴;5—止推轴承;6—径向轴承;7—前导器;8—轴承架;9—齿轮联轴器;10—制动器;11—机座;12—吸风口;13—通风机房;14—电动机;15—风硐2019/8/1515第三节矿井通风动力•2）轴流式通风机图14-4轴流式通风机1—集风口;2—流线罩;3—前导器;4—第一级动轮;5—中间整流器;6—第二级动轮;7—后整流器;8—扩散器;9—通风机架;10—电动机;11—通风机房;12—风硐;13—流线形导风板2019/8/1516第四节矿井通风系统一、矿井主要通风机的工作方式矿井主要通风机的工作方式主要有抽出式通风和压入式通风两种。1）抽出式2）压入式通风3）抽出和压入混合式通风图14-5矿井主要通风机的工作方法a—抽出式通风;b—压入式通风;c—抽出和压入混合式通风2019/8/1517第四节矿井通风系统•二、矿井通风方式•按照矿井进风井和回风井相互位置关系，可把矿井通风方式分为三种基本类型：•1）中央式，又可分为中央并列式和中央分列式两种。•2）对角式，又可分为两翼对角式和分区对角式两种。•3）混合式，混合式是中央式和对角式或中央并列式和中央分列式所组成的一种综合形式，它是老矿井进行深部开采时常采用的通风方式。2019/8/1518第四节矿井通风系统•中央并列式图14-6中央并列式通风1—进风井;2—出风井;3—总进风巷;4—总回风巷;5—总回风石门2019/8/1519第四节矿井通风系统•中央分列式图14-7中央分列式通风1—进风井;2—出风井;3—总进风巷;4—总回风巷2019/8/1520第四节矿井通风系统•对角式图14-8对角式通风1—进风井;2—出风井;3—总进风巷;4—总回风巷2019/8/1521第四节矿井通风系统•中央式与对角式比较•优点：（1）矿井总回风巷可以随采区接替逐步开掘，因而建井工期短，总回风巷的维护费用低；（2）回风井筒数目少，同时运转的风机台数少，容易管理；（3）当进风井口及井底车场附近发生火灾需要反风时，容易实现。•缺点：（1）随着向边界采区开采，总回风巷不断延长，通风线路随之加长，因而通风阻力不断增加；（2）矿井生产期间，由于井下巷道阻力不断增加，阻力变动范围大，难以保证通风机在高效率状态下运转；（3）矿井总进风和总回风风流反向平行流动，容易发生漏风；（4）在矿井生产的中后期，多采区同时生产时矿井通风系统关联性太强，系统独立性差，系统防灾抗灾能力差。2019/8/1522第四节矿井通风系统三、矿井反风•矿井进风口、井筒、井底车场附近一量发生火灾，为缩小灾情、出，有时需要反风，即改变风流方向。《规程》规定，矿井：矿井主要通风机必须有反风装置，必须能在10min内改变巷道中的风流方向；风流方向改变后，供风量应小于正常风量的40％。•1．离心式通风机的反风•2．轴流式通风机的反风2019/8/1523第四节矿井通风系统图14-9离心式通风机反风示意图1、2—反风风门;3—反风绕道图14-10轴流式通风机反风设备系统图1、2—通风机;3—反风绕道;4—百叶窗;a、b—反风风门2019/8/1524第五节矿井总风量的计算•一、矿井配风原则、方法和依据•1）配风原则和方法：根据实际需要，“由里向外”配风，即首先确定井下各用风地点(如采掘工作面、硐室、火药库等)所需的风量，然后逆风流方向加上各风路中允许的漏风量，求得各风路上的风量和矿井的总进风量；根据求得的矿井总进风量再加上空气体积膨胀的风量(这项风量约为总进风量的5％)即得矿井总回风量。•2）配风的依据(1)氧气含量的规定；(2)瓦斯、—氧化碳等有害气体安全浓度的规定；(3)风流速度的规定；(4)空气温度的规定，(5)空气中悬浮粉尘安全浓度的规定。2019/8/1525第五节矿井总风量的计算•二、生产矿井总进风量的计算•生产矿井总进风量是指井下各工作地点的需风量和各条风路中损失风量的总和。根据《规程》规定，矿井需要的风量(Q)应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值。1）按井下同时工作的最多人数计算矿井总需风量：Q矿进=4×N×K矿通m3/min式中：N——井下同时工作的最多人数K矿通——矿井通风系数；一般取1.20～1.252）按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算：Q矿进=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其它）×K矿通m3/min式中：∑Q采——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；∑Q掘——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；∑Q硐——硐室实际需要风量的总和，m3/min；∑Q其它——矿井除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和，m3/min。2019/8/1526第五节矿井总风量的计算三、新设计矿井风量的计算•设计矿井的风量，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进行计算。对新矿区、无邻近生产矿井参照时，可参照省内气候、矿山地质、开采技术条件相类似的生产矿井的风量计算方法进行计算。2019/8/1527第六节采区通风系统一、采区通风