【采矿课件】第八章掘进工作面通风

第八章掘进工作面通风本章主要内容1、局部通风方法----压入式、抽出式、混合式、可控循环风2、掘进工作面需风量计算----压入式、抽出式、混合式、按瓦斯、粉尘、炸药等3、局部通风装备----风筒----种类、阻力、漏风、安装；局部通风机----性能、联合运行4、局部通风系统设计----原则、步骤第八章掘进工作面通风利用局部扇风机或主要扇风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风第一节局部通风方法一、局部扇风机通风利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。1.压入式布置方式：≥10mLsLvLe－－气流贴着巷壁射出风筒后,由于卷吸作用,射流断面逐渐扩张，直至射流的断面达到最大值，此段称为扩张段；La－－射流断面逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。Ls－－从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程。在巷道条件下，一般有：式中S——巷道断面,m2。特点：（１）局扇及电器设备布置在新鲜风流中；（２）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；（３）可使用柔性风筒，使用方便；（４）由于Ｐ内＞Ｐ外，风筒漏风对巷道排污有一定作用。要求：（１）Ｑ局＜Ｑ巷，避免产生循环风；（２）局扇入口与掘进巷道距离大于10m；（３）风筒出口至工作面距离小于Ls。SLS)5~4(2.抽出式布置方式：有效吸程Le:风筒吸口吸入空气的作用范围。在巷道边界条件下，其一般计算式为：式中S——巷道断面，m2。特点：（１）新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；（２）污风通过风机；（３）有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；（４）不通使用柔性风筒。SLe5.1Le3.压入式和抽出式通风的比较：1)压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通2)压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。然而，抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小,3)压入式通风时,掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走,而用抽出式通风时,巷道壁面涌出的瓦斯随风流向工作面，安全性较差。4)抽出式通风时,新鲜风流沿巷道进向工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久。5)压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。4.混合式通风混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用,按局部通风机和风筒的布设位置，分为:长压短抽、长抽短压和长抽长压。1)长抽短压（前压后抽）工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出。其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒，若采用柔性风筒，则可将抽出式局部通风机移至风筒入风口，改为压出式，由里向外排出污风(如图b）。10m10m10m10m2)长压短抽(前抽后压)工作方式：新鲜风流经压入式长风筒送入工作面,工作面污风经抽出式通风除尘系统净化,被净化后的风流沿巷道排出。混合式通风的主要特点：a、通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式；b、主要缺点是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，当掘进巷道断面大时,风速就更小,则此段巷道顶板附近易形成瓦斯层状积聚。≥10m≥10m5.当局部通风机的吸入风量大于全风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。循环通风方式：循环通风分为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。前者即为可控制循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。在煤矿掘进通风中当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，也无法除去这些气体，在封闭的循环区域中的污染物浓度必然会越来越大。因此，《规程》严禁采用循环通风。如果循环通风是在一个敞开的区域内，且连续不断地有适量的新鲜风流掺入到循环风流中,经理论与实践证明，这部分有控制的循环风流中的污染物浓度仅仅取决于该地区内污染物的产生率及流过该地区的新鲜风量的大小，故循环区域中任何地点的污染物浓度，都不会无限制地增大，而是趋于某一限值。可控循环局部通风优点:(1)采用混合式可控循环通风时,掘进巷道风流循环区内侧的风速较高，避免了瓦斯层状积聚,同时也降低了(2)(3)在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。缺点：(1)由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯与粉尘，(２)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。(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。二、矿井全风压通风全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。按其导风设施不同可分为：1.风筒导风在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，污浊空气从独头掘进巷道中排出。。特点：此种方法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。２.平行巷道导风在掘进主巷的同时，在附近与其平行掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络巷即封闭。两条平行巷道的独头部分可用风幛或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。特点：此方法常用于煤巷掘进，尤其是厚煤层的采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时。此法也常用于解决长巷掘进独头通风的困难。3.钻孔导风离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好排瓦斯效果。4.风幛导风在巷道内设置纵向风幛，把风幛上游一侧的新风引入掘进工作面，清洗后的污风从风幛下游一侧排出。这种导风方法，构筑和拆除风幛的工程量大。适用于短距离或无其它好方法可用时采用。三、引射器通风利用引射器产生的通风负压,通过风筒导风的通风方法称引射器通风。引射器通风一般都采用压入式。优点：无电气设备，无噪音;还具有降温、降尘作用;在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，安全性较高。缺点：风压低、风量小、效率低，并存在巷道积水问题。12四、利用总压差通风在条件允许时，可以利用矿井的总压差把新鲜空气引入工作面，利用风幛把掘进巷道沿走向分隔开，一侧进入新鲜风流，经工作面使用后由另一侧排出。但是利用总压差通风会直接增加主扇负荷而相应地减少矿井的总进风量，一般只利用于几十米长的通风距离。五、天井掘进通风掘进天井时，由于爆破后炮烟温度高，密度小，容易聚集在工作面;天井断面窄小，又分为梯子间及管道间，还架设安全棚等，可见天井通风不仅敷没风筒困难，而且风筒的风流也难于直接射向工作面，故天井比平巷通风困难得多。天井掘进中一般采用压入式通风或引射器通风、风水混合式通风。如果在掘进天井之先，在上下中段用钻孔贯通，利用全矿总压差或在上中段安装局扇抽风，则能有效地改善通风条件。六、竖井掘进通风井筒在40m以内掘进时，可以不必安装局部扇风机，依靠空气的自然运动即可排出工作面炮烟。深度增加后，必须采用局扇通风。局扇安在地表，风筒接到工作面。由于炮烟密度小，有向上流动趋势，采用压入式通风效果较好。第二节风筒局部通风装备是由局部通风动力设备、风筒及其附属装置组成。一、风筒风筒是最常见的导风装置。对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、重量轻、拆装简便。1.风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种。刚性风筒是用金属板或玻璃钢材制成。玻璃钢风筒比金属风筒轻便、抗酸、碱腐蚀性强、摩擦阻力系数小。柔性风筒是应用更广泛的一种风筒，通常用橡胶、塑料制成。其最大优点是轻便，可伸缩、拆装运搬方便。2.风筒接头刚性风筒一般采用法兰盘连接方式。柔性风筒的接头方式有插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、罗圈接头等多种形式。3.风筒的阻力4.风筒漏风刚性风筒风筒的漏风，主要发生在接头处，柔性风筒不仅接头而且全长的壁面和缝合针眼都有漏风，故风筒漏风属连续的均匀漏风。因此，应用始末端风量的几何平均值作为风筒的风量Q,即：，m3/min式中局部通风机风量Qa与风筒出口风量Qh不等，Qa与Qh之差就是风筒的漏风量Ql，1)漏风率风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为风筒漏风率ηl。ηl虽能反映风筒的漏风情况，但不能作为对比指标。故常用百米漏风率ηl100表示：ηl100＝ηl/L×100式中L为风简长度。haQQQ%100%100ahaallQQQQQ2)有效风量率掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率pe。3)漏风系数风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数pq。金属风筒的pq值可按下式计算：式中K——相当于直径为1m的金属风筒每个接头的漏风率。D——风筒直径,m;n——风筒接头数,个;L——风筒全长,m。R0——每米长风筒的风阻,N·s2/m8;柔性风筒的pq值：式中n——ηj——个接头的漏风率。%100)1(%100%100lalaahalQQQQQP20311LRKDpnqjqnp11二、局部通风机井下局部地点通风所用的通风机称为局部通风机。要求：体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可调、坚固防爆。1.局部通风机的种类和性能目前我国煤矿大部分仍延用六十年代研制的JBT系列轴流式局部通风机。具有低效率、低风量风压、高噪声。近年来，我国已研制开发了一些新产品，如沈阳鼓风机厂研制的BKJ66-11，对旋风机等。2.局部通风机联合工作(2)局部通风机并联当风筒风阻不大，用一台局部通风机供风不足时，可采用。＋集中串联＋＋间隔串联＋－＋风机间距过远第三节局扇通风设计一、局扇通风设计原则(1)(2)(3)(4)压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。(5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。二、局扇通风设计步骤(1)(2)(3)(4)按掘进巷道通风长度变化，分阶段计算局部通风系统总阻力(5)按计算所得局部通风机设计风量和风压，选择局部通风机；(6)按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。三、工作面所需风量计算1.压入式通风前苏联В.Н.沃洛宁公式，Lop≤Ls＝(4～5)时，工作面所需风量或风筒出口的风量应为：m3/min2.抽出式通风前苏联В.Н.沃洛宁公式,当风筒末端至工作面的距离时,工作面所需风量或风筒入口风量应为：m3/min3/1222465.0pqkpCpLAbStQSeoeLLatheCAbSLtQ254.02.混合式通风在长抽短压混合式布置时，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒的吸风量应大于压入式风筒出口风量,即式中Ｑpc按压入式风量计算。四、排除矿尘所需风量风流的排尘风量可按下式计算：五、按风速验算风量岩巷按最低风速0.15m/s或风量Q9S(m3/min);半煤岩巷和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.25m/s或Q15S(m3/min);验算pcecQQ)25.1~2.1(iphdGGGQ六、风筒漏风计算不论是抽出式还是压入式通风，风筒漏风都使风筒末端的风量减少，因此，工作面的实得风量小于扇风机工作风量，只是漏风方向不同而已。扇风机工作风量与工作面实得风量之比，称为风筒的漏风备用系数。式中七、局扇选择扇风机工作风量为扇风机工作压差为式中R－按照掘进最终长度的风筒风阻，N·s2/m8；QP－通过风筒的平均风量，m3/s。注意：由于目前，扇风机的特性曲线仍用工程单位制，选择扇风机