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非非煤煤井井下下矿矿山山机机械械通通风风北京科技大学北京科技大学李怀宇李怀宇20072007年年1010月月一、井下空气一、井下空气二、二、自然通风不能取代机械通风系统三、矿井机械通风系统三、矿井机械通风系统四、主扇工况测定四、主扇工况测定五、关于局部通风五、关于局部通风六、注意的问题六、注意的问题一、井下空气矿井通风是把新鲜空气送入井下，对象是空气。作用要求表征人员呼吸品质组成成分井下空气排稀污物流动能量压力安全舒适作业环境1、井下空气主要成分地面空气（新鲜空气）按体积计算的组成成分：氧20.90%（17）二氧化碳0.03%（2）氮78.13%其他稀有气体0.94%另外有一定量的水蒸汽、微生物、粉尘。《金属非金属矿山安全规程》规定：6.4.1.1井下采掘工作面进风流中的空气成分(按体积计算)，氧气应不低于20％，二氧化碳应不高于0.5％。6.4.1.2入风井巷和采掘工作面的风源含尘量，应不超过0.5mg/m3。22、空气压力、空气压力物体（物质）具有能量。空气属于流体物质，也具有能量，体现为压能，或称之为压力。1）静止空气压力•静止空气具有静压能（静压）：空气的静压能是该处空气上部空气柱的重量，静压能的大小与海拔高度有关。海拔高度越高，上部空气柱的重量越小，空气具有的静压能就越小。这种静压能即通常说的当地的大气压（力）。一般垂直高度每降低100m就要增加9~10毫米水银柱（1.22~1.36kPa）的压力。•矿井中空气的静压大小也服从这样的规律。•静压在任何方向上测量都相等，没有方向性。2）流动空气（风流）压力由于气象等原因或者人为提供动力，静止的空气发生流动。对矿井来说，气象原因造成的风流即自然风流，使用扇风机等动力设备而使空气流动即机械通风。流动的空气不仅具有静压，而且还有动能（即动压）。动压大小取决于空气流动的快慢。人可以感觉到动压，逆风行走困难顺风被推动。动压具有方向性，我们只关心对着风流方向的昀大风速值v的昀大动压。动压与风速v之间成正比平方关系。静压与动压之和称全压，即全压=静压+动压。矿井中风流的静压、动压是能够通过仪表检测出来的。3）风流压力的表述方法根据比较的基准不同，压力可以用绝对压力和相对压力表示。绝对压力是以真空状态绝对零压为比较基准，即以零压为起点表示的静压。绝对静压、绝对全压始终是正值。如大气压（力）就是绝对静压。相对压力是以当地大气压力p0为比较基准的压力。即某处绝对压力与大气压力p0之差。相对压力可为正值，也可为负值。如果井巷中某点的绝对压力大于大气压力p0就叫正压（压入式通风系统），反之是负压（抽出式通风系统）。矿井通风中，基本上使用相对压力，如相对静压、相对全压，通常简称静压、全压，一般用H或h符号表示。动压恒为正值。（伯努利方程——压力和阻力之间的关系）压力单位：国际法定的单位是pa（帕、帕斯卡、N/m2）。它与矿井惯用的单位“mm水柱”之间的换算如下：1mm水柱=9.8pa（N/m2）一个标准大气压=760mm水银柱=101.3kPa二、自然通风不能取代矿井机械通风系统《金属非金属矿山安全规程》规定：6.4.2.1矿井应建立机械通风系统。对于自然风压较大的矿井，当风量、风速和作业场所空气质量能够达到6.4.1的规定时，允许暂时用自然通风替代机械通风。1）矿井自然风流的形成由于矿井两侧空气温度不同，较低温度侧的空气密度大、压力大（空气较重），较高温度侧空气的密度小、压力小（空气较轻），则空气由压力大处流向压力小处，因此而产生的流动空气称自然风流。两侧的压力差即自然风压。在机械通风时，矿井两侧也有温度差，所以自然风压同时存在于机械通风系统之中。2）平硐竖井开拓的自然风流•夏季时，左侧空气温度高，空气的密度较低，自然风压使空气按双线箭头方向流动。此时竖井进风，平硐出风。•冬季时，左侧空气温度低，空气的密度较大，自然风压使空气按单线箭头方向流动。则平硐进风，竖井出风。•矿井进、回风侧空气温度差越大，造成的自然风压越大，自然风流也越大。如图平硐竖井开拓矿井夏季的自然通风风流方向（双线箭头）冬季时风向则为单线箭头所示基准线3）竖井开拓的矿井夏季时的自然风流00热空气侧冷空气侧1分析基准线2323影响矿井进、回风侧温差的因素很多，归纳起来说有影响矿井进、回风侧温差的因素很多，归纳起来说有地表气温地表气温变化、变化、矿岩温度矿岩温度、、矿井深度矿井深度、地面大气压、、地面大气压、湿度和矿内空气成分等，这些因素综合影响的结果湿度和矿内空气成分等，这些因素综合影响的结果就形成自然风压就形成自然风压3、动压自然风压使空气流动，流动的空气具有动能，并以动压的形式表现出来。空气动压使逆风行走困难、田径赛顺风出成绩。所以，流动空气（风流）除了具有静止空气的静压能和位压能外还有动能：静压能+位能+动能，在流体力学中通常说成静压、位压、动压，即某处风流的能量总合由静压、位压和动压3部分组成，并且总能量高的空气总是流向低处。44）矿井自然风流的特点）矿井自然风流的特点••风量大小风量大小不稳定：直接受季节气温变化影响，春不稳定：直接受季节气温变化影响，春秋季节自然风压很小，通风效果较差，甚至会出秋季节自然风压很小，通风效果较差，甚至会出现零风量的情况。现零风量的情况。这种情况甚至发生在白昼和夜间。这种情况甚至发生在白昼和夜间。••风流方向风流方向不稳定：夏冬季节风流方向相反。不稳定：夏冬季节风流方向相反。••矿井矿井不能不能实施实施强制反风强制反风：在矿井火灾、有毒有害：在矿井火灾、有毒有害气体扩散蔓延的情况下，自然通风不能反风控制。气体扩散蔓延的情况下，自然通风不能反风控制。••风量很难满足生产需要，也难以增阻风量很难满足生产需要，也难以增阻按需调节按需调节。。鉴于自然通风存在这些严重的问题，所以只宜在一年鉴于自然通风存在这些严重的问题，所以只宜在一年的部分时段即自然风流较大的季节采用自然通风，而且必的部分时段即自然风流较大的季节采用自然通风，而且必须设有机械通风作为矿井通风系统的主体。须设有机械通风作为矿井通风系统的主体。利用自然通风时还需要考虑到：利用自然通风时还需要考虑到：11）所利用的自然风压）所利用的自然风压尽量与主扇工作时的压力方向一尽量与主扇工作时的压力方向一致，以便有利于致，以便有利于污风控制污风控制，和，和减少减少机械通风时的主扇机械通风时的主扇能能耗；耗；22）条件许可时，调整进、回风井空气的温差，旨在增大）条件许可时，调整进、回风井空气的温差，旨在增大自然风量。一般是在进风井巷设置水幕或者淋水，同时也自然风量。一般是在进风井巷设置水幕或者淋水，同时也可净化进风流；可净化进风流；33））“暂时用自然通风替代机械通风”不是凭感觉，而是要建立在测定的基础上，分析停开风机后整个周期内风量够不够，风质满不满足要求。44）降低风阻：清理回风道堆积物，尽可能采用并联风路，尽可）降低风阻：清理回风道堆积物，尽可能采用并联风路，尽可能在上风季节利用采空区回风等。能在上风季节利用采空区回风等。例：年产例：年产22万吨万吨****铅锌矿铅锌矿AA、、A1A1————采场采场自然通风自然通风44条竖井条竖井aa无设计先后开凿无设计先后开凿44条自然通风井条自然通风井bb规划好一条即可规划好一条即可（（抵消、混乱抵消、混乱））cc应设主扇应设主扇（规程要求、（规程要求、A1A1更经济可靠）更经济可靠）AA1243三、矿井机械通风系统三、矿井机械通风系统《《中国冶金百科全书（采矿卷）中国冶金百科全书（采矿卷）》》概括通风系统为：概括通风系统为：矿井通风系统即矿井供、排风工程设施体系。矿井通风系统即矿井供、排风工程设施体系。解释为：解释为：根据井下各作业地点需风要求，根据井下各作业地点需风要求，用通风动力设备用通风动力设备将地面将地面新鲜空气通过新鲜空气通过进风井巷进风井巷和和通风控制设施通风控制设施输送到需风点，并通输送到需风点，并通过过回风井巷回风井巷将作业时形成的污风排出矿井。将作业时形成的污风排出矿井。则矿井（机械）通风系统主要包括则矿井（机械）通风系统主要包括33部分，即：部分，即：通风动力设备（扇风机）、通风动力设备（扇风机）、矿井通风网络、矿井通风网络、矿井通风构筑物。矿井通风构筑物。11、、机械通风的发展：机械通风的发展：国外国外15561556年有用手动风箱通风的记载，我国明崇祯年有用手动风箱通风的记载，我国明崇祯16371637年用竹筒排放矿井有毒气体，欧洲年用竹筒排放矿井有毒气体，欧洲1717世纪有火炉通风世纪有火炉通风的记载，的记载，1919世纪中叶开始风机通风；冶金矿山建国初期世纪中叶开始风机通风；冶金矿山建国初期在东北夹皮沟矿开始介绍机械通风，在东北夹皮沟矿开始介绍机械通风，5050年代金属矿山逐步年代金属矿山逐步建立机械通风系统，建立机械通风系统，6060年代已有主扇统一通风、分区通风年代已有主扇统一通风、分区通风的经验，的经验，8080现代末节能风机研制成功、引入多级机站通现代末节能风机研制成功、引入多级机站通风，目前矿井已经普遍采用机械通风。风，目前矿井已经普遍采用机械通风。（费寇）（费寇）武钢矿山不断完善和健全矿井机械通风系统：武钢矿山不断完善和健全矿井机械通风系统：19601960年程潮年程潮铁矿快速通风，上世纪铁矿快速通风，上世纪7070年代大冶采年代大冶采用爆堆通风，用爆堆通风，8080年代快速密闭，年代快速密闭，9090年代使用空气年代使用空气幕密闭，近几年来大冶铁矿针对露天转地下开采幕密闭，近几年来大冶铁矿针对露天转地下开采的特点，有效地建立了多级机站通风系统。的特点，有效地建立了多级机站通风系统。2、矿井通风系统的称谓1）统一通风与分区通风统一通风：一个矿井构成一个整体的通风系统。分区通风：一个矿井划分成若干个独立的通风系统，且风流互不干扰。有独立的进、回风井。柴河铅锌矿水平分区通风系统西华山钨矿中段分区通风系统2）按进风井与回风井的布置称谓中央式通风：进风井与回风井均位于矿体走向中央，风流在井下的流动路线是折返式的。非煤矿井少用。对角式通风：进风井在矿体一异，回风井在矿体另一异（左图），称单异对角式通风;进风井在矿体中央，回风井在矿体两异（右图），称两异对角式通风。风流在井下的流动路线是直向式的。非煤矿山大多采用这种方式通风。••单异对角式通风两异对角式通风中央对角混合式：当矿体走向长，开采范围广，采用中央开拓，可在中部布置进风井和回风井，用于解决中部矿体开采时的通风，而在矿体两异另开掘回风井，解决边远矿体开采时的通风。如下图所示：中央对角混合式通风•一般所说的通风系统，都是按进风井与回风井的布置来称谓的3）主扇工作方式和安装地点①主扇工作方式有3种：压入式、抽出式、压抽混合式压入式：可直接把新鲜风流送入井下，污染少，风质较好;但漏风问题突出。抽出式：污风易于迅速排出，也便于安设风量调节控制装置，这是他能广泛应用的优点；但也有容易造成短路吸风的问题，特别是对于崩落采矿的矿山。压抽混合式：具有压入式和混合式两者的优点；但所需设备较多，通风动力消耗也大一些。②主扇安装地点：可安装在地表，也可安装在井下安装在地表：安装、检修、维护比较方便，火灾事故时扇风机比较安全，井下发生火灾时便于停风、反风；但井口密闭要求较严格，漏风较大。安装在井下：一般与安装在地表的优缺点相反。常在下面的情况采用：地表险峻，有山崩、滚石、滑坡等危险因素，威胁主扇安全时；矿井深部开采，工作面距地表主扇越来越远，且沿途漏风增大时；采用多级机站等。③多级机站通风系统由几级进风机站以接力方式将新鲜空气经进风井巷送到作业区，再由几级回风机站以接力方式将作业时形成的污风浊空气经回风井巷排出矿井的通风系统。其风机工作方式属于压抽混合式。对进风段、需风段、回风段均设有风机，有均压的作用，可有效地控制漏风（特别是对露天转井下的矿山，如大冶铁矿），节省通风电能，风量调节较灵活；但通风设备多、管理较复杂。进提需风巷回风升风井井井1234多级机站反风是个问题！如图所示，需8处风机都要协调反风，否则即或单台风机反风量