第六章 矿井通风

1本章主要内容第6章矿井通风•第一节矿井空气与通风设备•第二节矿井通风压力与通风阻力•第三节矿井通风方法•第四节矿井通风构筑物2第一节矿井空气与通风设备一、矿井通风的任务•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。–4)提高矿井的抗灾能力。3二、矿井空气地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。•1、地面空气中的主要成分一般地说，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%。•2、井下空气的主要成分仍然是氧、氮、二氧化碳。–《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。4•3.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（NH3）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％。51、矿井空气流动的自然压力井下巷道内自然风压的产生主要是由地面空气温度和井下空气温度的差异所引起的。矿井必须采用机械通风。2、矿井空气流动的机械压力井下巷道中空气流动的压力差是由通风机械形成的称为机械风压。服务范围分：主扇、辅扇、局扇；通风机的结构分：离心式和轴流式。三、矿井通风动力6•1）离心式通风机7•2）轴流式通风机8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。9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。10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。11第二节矿井通风压力和通风阻力•1.井巷摩擦阻力•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（统称矿井通风阻力），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）12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。3、综合以上所述，井巷通风总阻力h阻=h摩+h局=（R摩+R局）Q2=R总Q2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。13三、矿井总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。3、按矿井瓦斯或二氧化碳的涌出量计算低瓦斯：Q=TqK高瓦斯：Q=0.926q瓦TK•算出总风量后，必须进行风量分配，并进行风速验算，符合《规程》。14第三节矿井通风方法一、矿井主要通风机的工作方法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、混合式三种。矿井主要通风机的工作方法、通风方式与通风网络称为矿井通风系统。1）抽出式通风（负压通风）2）压入式通风（正压通风）3）抽出和压入混合式通风图14-515二、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。16•中央并列式图14-617•中央分列式（中央边界式）图14-718•对角式图14-819•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。20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211.串联风路由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路。如图所示，由1，2，3，4，5五条分支组成串联风路。（1）串联风路特性1)总风量等于各分支的风量，即MS=M1=M2=…=Mn当各分支的空气密度相等时，QS=Q1=Q2=…=Qn458123679123456789用图论的方法对通风系统进行抽象论述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。三、矿井通风网络222)总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和，即:3)总风阻等于各分支风阻之和，即：niinshhhhh121niinsnsssRRRRQhhhQhR1212212...232.并联风网由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。如图所示并联风网由5条分支并联（1）并联风路特性：1)总风量等于各分支的风量之和，即当各分支的空气密度相等时,niinsMMMMM121niinsQQQQQ121242)总风压等于各分支风压，即注意：当各分支的位能差不相等，或分支中存在风机等通风动力时，并联分支的阻力并不相等。nshhhh21253)并联风网总风阻与各分支风阻的关系∵∴又∵∴即：总风阻小于任何一条单独分支巷道的风阻。2SssQRhsssRhQnSQQQQ...21nnssRhRhRhRh...2211nsRRRR1111...2122121111nsssRRRQhR26四、掘进通风方法1、掘进通风设备采用局部通风机。2、掘进通风方式掘进通风方式主要有压入式、抽出式和混合式通风三种，图14-1627一、引导风流类的构筑物1、风硐连接通风机和风井的一段巷道。2、风桥•在进风巷道与回风流平面交叉处，为防止风流短路，使进回风分离，需要设置通风构筑物，这种用于隔开两条互相交叉的进、回风流的构筑物称为风桥。图14-18第四节矿井通风构筑物矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。28二、隔断风流类的构筑物一、风门在人员和车辆需要通行，而不能让风流通过的巷道中，需要设置通风构筑物，这种既要切断风流又能保证行人通车的通风构筑物称为风门。二、风墙风墙（又称密闭）是用来切断风流或封闭采空区，防止瓦斯向巷道扩散的一种构筑物。风墙按服务年限不同可分为临时性风墙和永久性风墙两类。临时性风墙由于服务年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性风墙要用不燃性材料（如砖、料石或水泥等）修筑。14-1729三、防爆门防爆门安装在通风机井筒一侧的地面上，防止矿井发生瓦斯爆炸时毁坏风机的通风构筑物。30思考题•1．矿井通风的任务是什么？•2．矿井空气中的主要成分与地面空气的主要成分有什么不同？•3.自然通风的原理是什么？按其服务范围机械通风可分为哪三种？•4.什么叫矿井通风系统？•5.矿井通风方式有哪几种？各有什么有缺点？•6.生产矿井总进风量如何计算？•7.掘进工作面局部通风机通风的通风方式主要有哪几种？各有什么优缺点？•8.矿井通风构筑物主要有哪些？各起什么作用？