第二节 通风系统

第二节通风系统采区通风系统是矿井通风系统的基本组成部分，它包括采区进回风和工作面进回风巷道的布置方式，采区通风路线的连接形式，以及采区通风设备和通风构筑物的设置等基本内容。1.采区通风系统要求1）采区通风系统要求a.能够有效的控制采区内的风流方向、风量大小和风质b.漏风少c.风流的稳定性高d.有利于排放瓦斯，防止煤尘自然和防尘e.有较好的气候条件f.安全经济合理2）采区通风的基本要求a.每个采区必须有单独的回风道，实施分区通风，回采面和掘进面都采用独立通风，不能串联。通风设施安全可靠b.工作面尽量避免位于角连分支上，要保证工作面风向稳定c.要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小，风流畅通d.机电硐室必须在进风流中e.采空区必须要及时封闭f.相邻采区需用水棚隔开2.采区通风系统的确定二采区布置三条大巷，分别为皮带巷、轨道巷、回风巷，同时二采区属于高瓦斯区域，并且为自燃煤层，二采区需要设置专用回风巷。根据以上要求和条件，二采区通风系统确定为皮带巷、轨道巷进风，回风巷回风。3.二采区通风路线：副井、主井——皮带大巷、轨道大巷——二采区轨道巷、皮带巷——工作面——二采区回风巷——一采区回风巷——回风井4.回采工作面通风方式确定目前工作面通风形式主要有“U”、“Y”、“W”、“Z”、“H”形，各种形式的优缺点及使用条件如下(由于工作面为后退式开采，故各种通风形式只考虑后退式)：“U”形通风：在区内后退回采方式中，这种通风方式具有风流系统简单、漏风小等优点，但风流线路长，变化大。工作面上隅角易积聚瓦斯，工作面进风巷一次掘进，维护量大。这种通风方式，如果瓦斯不太大，工作面通风能满足要求，即可采用。当瓦斯较大，除回风平巷外，还设有瓦斯尾巷时，则称为“U+L”形通风。“Y”形通风：当采煤工作面产量大和瓦斯涌出量大时，采用这种方式可以稀释回风流中的瓦斯。对于综采工作面，上、下平巷均进新鲜风流有利于上、下平巷安装机电设备，可以防止工作面上隅角瓦斯积聚及保证足够的风量。这种通风方式使用于瓦斯涌出量大的工作面，但需要边界准备专用回风上山，增加了巷道掘进、维护费用。“W”形通风：当采用对拉工作面时，可以采用上、下平巷同时进风（或回风）和中间平巷回风（或进风）的方式。采用此种方式有利于满足上、下工作面同采，实现集中生产的要求。这种通风方式的主要特点是不用设置第二条风道；若上、下端平巷进风，在该巷回撤、安装、维修采煤设备等有良好的环境；同时，易于稀释工作面瓦斯，使上隅角瓦斯不易积聚，排放炮烟、煤尘速度快。“Z”形通风：回风巷为沿空留巷，可以提高煤炭回采率；巷道采准工作量小；采区内进风总长基本不变，有利于稳定风阻；无上隅角瓦斯积聚问题，但是回风巷常出现瓦斯超限的情况；同时也需要在边界准备专用回风上山，增加了巷道的掘进和维护费用。“H”形通风：工作面风量大，有利于进一步稀释瓦斯。这种方式通风方式较复杂，区段运输平巷、回风平巷均要先掘后留，掘进、维护工程量较大，故很少采用。结合实际条件，决定采用风流系统简单、漏风小的“U”形通风方式。根据二采区实际情况，工作面采用“U”型通风系统。回采工作面上行通风适用条件及优缺点：在煤层倾角大于12度的回采工作面，都应采用上行通风。优缺点：瓦斯自然流动方向和风流方向一致，有利于较快地降低工作面瓦斯浓度。风流方向与运煤方向相反，引起煤尘飞扬，增加了回采工作面的进风流中煤尘浓度；同时，煤炭在运输中放出的瓦斯又随风流带到回采工作面，增加了工作面的瓦斯浓度。运输设备运转时所产生的热量随风流散发到回采工作面，使工作面气温升高。回采工作面下行通风适用条件及优缺点：在没有煤（岩）与沼气（二氧化碳）突出危险的、倾角小于12度的煤层中，可考虑采用下行通风。工作面下行通风，除了可以降低瓦斯浓度和工作面温度外，还可以减少煤尘含量，降低水砂充填工作面的空气温度，有利于提高工作面的产量。本设计工作面决定采用上行通风。综上，回采工作面采用“U”型上行风通风方式进行供风。5）.掘进工作面通风系统掘进工作面压入式通风与抽出式通风优缺点比较：①抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全；压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中通过局部通风机的为新鲜风流，故安全性高。②抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮眼的能力较差；压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮眼和瓦斯的能力强。③抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好；压入式通风时炮眼沿巷道流动劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。④抽出式通风只能使用钢性风筒或钢性圈的柔性风筒；压入式通风可以使用柔性风筒。从以上比较看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，故二采区掘进工作面采用压入式通风方式供风。6.采区风量计算1）配风的原则和方法矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条风路上的漏风量的和。对新设计的采区，应使各个用风地点的风量符合《规范》中关于人员所需风量，瓦斯，CO2，CO和其它有害气体的安全浓度，各工作地点的允许温度，空气中煤尘的安全浓度，最低和最高风速的允许值以及各种漏风的允许值等规定。2）风量计算⑴采煤工作面风量计算：回采工作面风量验算：根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面配风基本原则为：（1）井下工作人员每人每分钟供风量不得少于4m³；（2）工作面瓦斯和其他有害气体浓度不能超限；（3）工作面有良好的气候条件。①按工作面气象条件验算：Q采＝60×70%×V×S×K1×K2＝60×70%×1.5×16.42×1.2×1.1＝1365.5（m³/min）式中：V—工作面的合理风速，温度在20-23摄氏度。故采煤工作面风速为1.0～1.5m/s。此处取1.5m/s；S—采煤工作面平均有效断面，根据工作面最大和最小控顶距断面取其平均值，取S＝16.42㎡；K1—采煤工作面采高调整系数，取1.2；K2—采煤工作面长度调整系数，取1.1；有效断面系数取70%②按瓦斯涌出量验算：Q=100q·K=100×10×1.6=1600(m³/min)式中:q—工作面的瓦斯涌出量，取q=10m³/min（预抽后，风排瓦斯量）；K—瓦斯涌出不均衡系数1.6。③按工作人数验算：Q=4·N=4×60=240（m³/min）式中：4—每人每分钟应供给的最低风量，4m³/minN—工作面最多工作人数60人（八点班交接班）。④风速验算：0.25×60S＜Q＜4×60S0.25×60×12.38＜Q＜4×60×12.38185.7m³/min＜Q＜2971.9m³/min取其各种验算结果最大值，即工作面计划风量为1600m³/min，取1600m³/min。工作面风速符合要求。表5-2-1回采工作面采高调整系数表采高(m)＜2.02.0～2.5＞2.5及放顶面系数(K采高)1.01.11.2表5-2-2回采工作面长度调整系数表回采工作面长度(m)80～120120～150150～180＞180长度调整系数(K采面长)1.01.11.21.3～1.4表5-2-3回采工作面温度与对应风速表回采工作面空气温度(℃)采煤工作面风速(m/s)＜201.020～231.0～1.523～261.5～1.8⑵掘进工作面风量计算根据《煤矿安全规程》规定，掘进工作面配风基本原则为：（1）工作面瓦斯和其他有害气体浓度不能超限；（2）工作面温度、风速、人数以及局部通风机的实际吸风量；（3）井下工作人员每人每分钟供风量不得少于4m³；掘进工作面需风量的验算按下列因素取其最大值。①按瓦斯涌出量验算：Q=100×q×K=100×6×1.2=720m³/min式中：Q—掘进工作面需要风量，m³/minq—掘进工作面绝对瓦斯涌出量，根据经验取6m³/minK—掘进工作面因瓦斯涌出不均衡系数。取1.2②按局部通分机的吸风量验算Q=Q扇×I=400×2=800m³/min式中：Q扇—掘进工作面局部通风机的吸风量，取400m³/minI—掘进工作面同时工作的通风机台数，2台③按工作人员数量验算Q=4×N=4×60=240m³/min式中：4—每人每分钟应供给的最低风量，m³/minN—掘进工作面同时工作的最多人数，取60人④按风速进行验算（巷道断面取14.5㎡）。0.25×60S＜Q＜4×60S0.25×60×13.64＜Q＜4×60×13.64204.6＜Q＜3273.6204.6＜800＜3273.6掘进工作面实际需风量应为满足各种条件下的风量最大值，即掘进工作面计划风量为800m³/min。巷道风速符合要求。矿井布置两套工作面，因此掘进工作面总需风量为：Q掘总=2×Q掘=1600m³/min采区各硐室风量验算：①变电硐室按《规程》要求，根据设备发热量，采区变电所取80m³/min。②注氮硐室按《规程》要求，根据设备发热量计算，二采区注氮硐室取145m³/min。计算公式如下：Q=3600Wθ/(ρC×60Δt)=145m³/min式中：Q—机电硐室需风量，m³/min；W—机电硐室中运转电动机总功率，160Kw；θ—机电硐室发热系数，取0.2；ρ—空气密度，取1.2kg/m³；C—空气定压比热，一般取1.0006KJ/(kg×K)；Δt—机电硐室进回风温度差，取11③水泵房按《规程》要求，根据设备发热量要求，水泵房取80m³/min。④二采区无极绳硐室按《规程》要求，取60m³/min。所以二采区所有硐室风量之和为：Q硐=80+80+60+145=365m³/min⑷其它用风地点风量计算：其它用风地点所需风量之和，按以上各需风量之和的5%计算。ΣQ其它=(ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐室)×5%=(1600+1600+365)×5%=178m³/min故由以上计算可得二采区总风量为：Q矿井=(ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐室+Q其它)·K=(1600＋1600＋365＋178)×1.2=4491.6m³/min取采区总风量Q矿井=4491.6m3/min。考虑一采区仍有变电所和水泵房等，给一采区配风600m3/min则矿井总进风5091.6m3/min。3）风量分配采区总风量按井下各工作用风地点需风量进行分配，剩余风量为漏风和其他风量。表5-2-4二采区风量分配表序号供风地点数量(个)配风标准(m³/min)供风量(m³/min)1综放工作面1160017602综掘工作面280016003采区变电所180804水泵房180805注氮硐室11451506无极绳硐室160607漏风及其它770总计45004）风速验算：《煤矿安全规程》规定的煤矿主要巷道允许的风速见表。表5-2-5井巷允许风速表井巷名称最低允许风速（m/s）最高允许风速（m/s）无提升设备的风井和风硐-15专为升降物料的井筒-12风桥-10升降人员和物料的井筒-8主要进、回风道-8架线电机车巷道-8运输机巷道、采区进、回风道0.256回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它人行巷道0.15-风速验算结果见表。表5-2-6风速验算表风速验算风量单位：m3/min；风速单位：m/s序号用风地点配风量断面规程规定风速m/s风速验算m3/minm2QS最小最大V是否符合1回采面运顺176015.50.2541.9是2回采面回顺176012.40.2542.4是3回采工作面160011.490.2542.3是4运顺掘进工作面80015.50.2540.9是5回顺掘进工作面80012.40.2541.1是6一采区轨道下山40010.40.2560.6是7一采区皮带下山20080.2560.4是8一采区回风巷472015.30.2565.1是9二采区轨道巷300010.40.2564.8是10二采区皮带巷150011.20.2562.2是11二采区回风巷450015.670.2564.8是12上仓巷170014.20.2582.0是13轨道大巷340011.2——85.1是14主井170019.6——81.4是15副井340033.2——81.7是16总回510015.6——85.4是17回风斜井510011.88——157.2是7.