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1、1,河 南 理 工 大 學(xué) 采煤概論精品課程,第14章 礦井通風(fēng),2,本章主要內(nèi)容,第14章 礦井通風(fēng) 第一節(jié) 礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣 第二節(jié) 礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力 第三節(jié) 礦井通風(fēng)動力 第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng) 第五節(jié) 礦井總風(fēng)量的計算 第六節(jié) 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 第七節(jié) 掘進通風(fēng)方法 第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,3,第一節(jié) 礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣,一、礦井通風(fēng)的基本任務(wù) 煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復(fù)雜，只有少數(shù)井巷與地面相通，因此，礦井通風(fēng)是保證礦井安全的最主要的技術(shù)手段之一，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，必須源源不斷地將地面空氣輸送到井下各個用風(fēng)地點，其主要任務(wù)是： 1）提供井下足夠的新鮮空氣，

2、以供人員呼吸； 2）把井下的及稀釋和排除井下有毒、有害氣體和礦塵； 3）創(chuàng)造良好的礦井工作環(huán)境，保證井下有適合的氣候條件（及適宜的溫度、濕度與風(fēng)速），以利于工人勞動和機器運轉(zhuǎn)。,4,第一節(jié) 礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣,二、礦井空氣 1. 礦井空氣中的主要成分 地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。 一般地說，地面空氣的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三種氣體組成，按體積的百分比數(shù)計為：氧20.96%；氮79%；二氧化碳0.04%。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定：采掘工作面的進風(fēng)流中，氧氣濃度不得低于20%；采掘工作面的進風(fēng)流中，二氧化碳濃度不得超過0.5%，總回風(fēng)流中二氧化碳濃度不得超過0.75%。當(dāng)采

3、掘工作面風(fēng)流中二氧化碳濃度超過1.5%，或采區(qū)、采掘工作面回風(fēng)道風(fēng)流中二氧化碳濃度超過1.5%時，必須停工處理。,5,第一節(jié) 礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣,2. 礦井空氣中的有害氣體 礦井空氣中所含有的對人體健康及生命安全有威脅的切氣體，均稱為有害氣體。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氫（H2S）、氫氣（H2）、氨（N2）等。這些有毒有害氣體對煤礦井下作業(yè)人員人身健康和安全有極大危害。 規(guī)程規(guī)定，井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過00024 ；井下空氣中二氧化硫濃度不得超過00005。,6,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,一、空氣壓力 表示一條水平

4、巷道，在巷道內(nèi)風(fēng)流（空氣）能從A點向B點流動，是因為A點的壓力大于B點的壓力，由此可以引出兩個概念，一是A點或B點的壓力，稱為點壓力；二是A點與B點之間存在著壓力差。,7,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,1. 點壓力 空氣的點壓力可以用絕對壓力和相對壓力來表示。 1) 絕對壓力：某點的絕對壓力是以真空為基準(zhǔn)，以“0”壓為起算點所計量的壓力，所以，絕對壓力總是正值，其單位通常用帕（Pa）表示。通常說的大氣壓力就是指絕對壓力。一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力值為101.325Pa。 2) 相對壓力：某點的相對壓力是以當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所計算的壓力。若大于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Φ臑檎龎?，小于?dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Φ臑樨?fù)壓。故相對壓

5、力有正值和負(fù)值之分。相對壓力的單位通常是帕（Pa）表示。 2. 兩點壓力差 由于A、B兩點壓力大小不相等，因而在A、B兩點之間就存在壓力差，由于這種壓力差是由礦井通風(fēng)機或自然因素造成的，故壓力差又叫通風(fēng)壓力。它是用來克服巷道通風(fēng)阻力并使風(fēng)流按照規(guī)定的風(fēng)速流動的動力，其數(shù)值可以通過計算或儀器測定得到。,8,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,二、井巷通風(fēng)阻力 當(dāng)空氣沿井巷運動時，由于風(fēng)流的粘滯性、慣性以及井巷周邊對風(fēng)流的阻滯、擾動作用而形成的通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。 上面已經(jīng)提到，通風(fēng)機或自然因素所形成的通風(fēng)壓力是用來克服礦井通風(fēng)阻力的，所以通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力是作用力與反作用力的關(guān)系，即

6、數(shù)值相等，作用方向相反，故通風(fēng)阻力值就是礦井通風(fēng)需要的風(fēng)壓值。 礦井通風(fēng)阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類。,9,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,1. 摩擦阻力 空氣沿井巷流動時，由于流層之間的摩擦和流體與井巷周邊壁面之間的相互摩擦而產(chǎn)生的阻力稱為摩擦阻力（也稱沿程阻力），它與巷道斷面的大小、形狀、支架型式、巷道壁的粗糙程度有關(guān)。在礦井通風(fēng)中，常用風(fēng)流的壓能損失h摩來表示摩擦阻力，其值的大小按下式計算， h摩=LUQ2/S3 （141） 式中 h摩井巷摩擦阻力，Pa； 井巷摩擦阻力系數(shù)，NS2/m4（牛秒2/米2）； L井巷長度，m； U井巷周邊長度，m； Q

7、井巷中流過的風(fēng)量，m3/s。 通常令上式中 LU/S3=R摩 式中 R摩摩擦風(fēng)阻，NS2/m8。 則（1）式可寫成： h摩= R摩Q2 （142）,10,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,2. 局部阻力 空氣流經(jīng)井巷的某些局部地點（如井巷突然擴大、突然縮小，急轉(zhuǎn)彎以及分岔或匯合等），造成風(fēng)流速度和方向的突然變化，導(dǎo)致均勻風(fēng)流產(chǎn)生紊亂的渦流與撞擊，因而在局部地點產(chǎn)生的附加阻力稱為局部阻力。其值可按下式計算： h局=R局Q2 （143） 式中 h局井巷局部阻力：Pa ； R局產(chǎn)生局部阻力地點的局部風(fēng)阻，Ns2/m8。 綜合以上所述，井巷的通風(fēng)總阻力

8、h阻= h摩+ h局 =（R摩+R局）Q2 = R總Q2 （14-4） 式中 h阻井巷通風(fēng)總阻力，Pa ； R總井巷通風(fēng)總風(fēng)阻，NS2/m4 ； Q井巷中流過的風(fēng)量，m3/S 。,11,第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力,三、降低通風(fēng)阻力的措施 1）減小井巷摩擦阻力系數(shù)。對于服務(wù)年限長的主要井巷，應(yīng)盡量采用巷道周壁表面光滑的支護方式，對于棚式支護，應(yīng)盡量架設(shè)整齊，必要時背好幫頂?shù)龋?2）保證有足夠大的井巷斷面。特別是主要進、回風(fēng)流巷道斷面擴大對降低風(fēng)阻效果明顯。 3）盡量縮短通風(fēng)路線長度。因為巷道的摩擦阻力與巷道長度呈正比，因此應(yīng)

9、盡量縮短風(fēng)路的長度。 4）避免巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中。巷道摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比，若巷道內(nèi)風(fēng)量過于集中，摩擦阻力會大大增加。因此，應(yīng)盡可能使礦井的總進風(fēng)早分開，使礦井的總回風(fēng)晚匯合。 5）降低局部阻力。應(yīng)盡量避免巷道急拐彎，避免巷道斷面突然擴大、突然縮小，盡量避免在主要巷道內(nèi)任意停放車輛、堆積木材、器材等。,12,第三節(jié) 礦井通風(fēng)動力,一、自然通風(fēng) 使空氣獲得能量，產(chǎn)生自然風(fēng)壓，使其沿井巷流動，這種自然力主要是由地面溫度的變化，使礦井風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)空氣溫度發(fā)生差異而引起的。規(guī)程規(guī)定，礦井必須采用機械通風(fēng)，自然通風(fēng)只能在特定條件下使用。,13,第三節(jié) 礦井通風(fēng)動力,二、機械通風(fēng) 機械通風(fēng)是礦井通風(fēng)

10、的主要動力。按其服務(wù)范圍可以分為三種： 1）主要通風(fēng)機（簡稱主扇），主要用于全礦井或礦井的一翼（部分）； 2）輔助通風(fēng)機（簡稱輔扇），主要服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（如采區(qū)或工作面），以幫助主要通風(fēng)機供風(fēng)以保證該分支的風(fēng)量； 3）局部通風(fēng)機（簡稱局扇），主要用于獨頭掘進的井巷等局部地區(qū)通風(fēng)。 礦用通風(fēng)機按其構(gòu)造又可分為離心式通風(fēng)機和軸流式通風(fēng)機兩類。,14,第三節(jié) 礦井通風(fēng)動力,1）離心式通風(fēng)機,15,第三節(jié) 礦井通風(fēng)動力,2）軸流式通風(fēng)機,16,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),一、礦井主要通風(fēng)機的工作方式 礦井主要通風(fēng)機的工作方式主要有抽出式通風(fēng)和壓入式通風(fēng)兩 種。 1）抽出式 2）壓入式通風(fēng)

11、 3）抽出和壓入混合式通風(fēng),圖14-5,17,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),二、礦井通風(fēng)方式 按照礦井進風(fēng)井和回風(fēng)井相互位置關(guān)系，可把礦井通風(fēng)方式分為三種基本類型： 1）中央式，又可分為中央并列式和中央分列式兩種。 2）對角式，又可分為兩翼對角式和分區(qū)對角式兩種。 3）混合式，混合式是中央式和對角式或中央并列式和中央分列式所組成的一種綜合形式，它是老礦井進行深部開采時常采用的通風(fēng)方式。,18,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),中央并列式,圖14-6,19,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),中央分列式,圖14-7,20,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),對角式,圖14-8,21,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),中央式與對角式比較 優(yōu)點： （1）礦井

12、總回風(fēng)巷可以隨采區(qū)接替逐步開掘，因而建井工期短，總回風(fēng)巷的維護費用低； （2）回風(fēng)井筒數(shù)目少，同時運轉(zhuǎn)的風(fēng)機臺數(shù)少，容易管理； （3）當(dāng)進風(fēng)井口及井底車場附近發(fā)生火災(zāi)需要反風(fēng)時，容易實現(xiàn)。 缺點： （1）隨著向邊界采區(qū)開采，總回風(fēng)巷不斷延長，通風(fēng)線路隨之加長，因而通風(fēng)阻力不斷增加； （2）礦井生產(chǎn)期間，由于井下巷道阻力不斷增加，阻力變動范圍大，難以保證通風(fēng)機在高效率狀態(tài)下運轉(zhuǎn)； （3）礦井總進風(fēng)和總回風(fēng)風(fēng)流反向平行流動，容易發(fā)生漏風(fēng)； （4）在礦井生產(chǎn)的中后期，多采區(qū)同時生產(chǎn)時礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性太強，系統(tǒng)獨立性差，系統(tǒng)防災(zāi)抗災(zāi)能力差。,22,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),三、礦井反風(fēng) 礦井進風(fēng)口、井筒

13、、井底車場附近一量發(fā)生火災(zāi)，為縮小災(zāi)情、出，有時需要反風(fēng)，即改變風(fēng)流方向。規(guī)程規(guī)定，礦井：礦井主要通風(fēng)機必須有反風(fēng)裝置，必須能在10min內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向；風(fēng)流方向改變后，供風(fēng)量應(yīng)小于正常風(fēng)量的40。 1離心式通風(fēng)機的反風(fēng) 2軸流式通風(fēng)機的反風(fēng),23,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),,24,第五節(jié) 礦井總風(fēng)量的計算,一、礦井配風(fēng)原則、方法和依據(jù) 1）配風(fēng)原則和方法：根據(jù)實際需要，“由里向外”配風(fēng)，即首先確定井下各用風(fēng)地點(如采掘工作面、硐室、火藥庫等)所需的風(fēng)量，然后逆風(fēng)流方向加上各風(fēng)路中允許的漏風(fēng)量，求得各風(fēng)路上的風(fēng)量和礦井的總進風(fēng)量；根據(jù)求得的礦井總進風(fēng)量再加上空氣體積膨脹的風(fēng)量(這項風(fēng)量約為

14、總進風(fēng)量的5)即得礦井總回風(fēng)量。 2）配風(fēng)的依據(jù) (1)氧氣含量的規(guī)定； (2)瓦斯、氧化碳等有害氣體安全濃度的規(guī)定； (3)風(fēng)流速度的規(guī)定； (4)空氣溫度的規(guī)定， (5)空氣中懸浮粉塵安全濃度的規(guī)定。,25,第五節(jié) 礦井總風(fēng)量的計算,二、生產(chǎn)礦井總進風(fēng)量的計算 生產(chǎn)礦井總進風(fēng)量是指井下各工作地點的需風(fēng)量和各條風(fēng)路中損失風(fēng)量的總和。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，礦井需要的風(fēng)量(Q)應(yīng)按下列要求分別計算，并選取其中的最大值。 1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算礦井總需風(fēng)量： Q礦進=4NK礦通 m3/min 式中：N井下同時工作的最多人數(shù) K礦通礦井通風(fēng)系數(shù)；一般取1.201.25

15、 2） 按采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風(fēng)量的總和計算： Q礦進=（Q采+Q掘+Q硐+Q其它）K礦通m3/min 式中：Q采采煤工作面實際需要風(fēng)量的總和，m3/min； Q掘掘進工作面實際需要風(fēng)量的總和，m3/min； Q硐硐室實際需要風(fēng)量的總和，m3/min； Q其它礦井除了采煤、掘進和硐室地點外的其它井巷需要進行通風(fēng)的風(fēng)量總和，m3/min。,26,第五節(jié) 礦井總風(fēng)量的計算,三、新設(shè)計礦井風(fēng)量的計算 設(shè)計礦井的風(fēng)量，可參照鄰近生產(chǎn)礦井的通風(fēng)資料，按生產(chǎn)礦井的風(fēng)量計算方法進行計算。對新礦區(qū)、無鄰近生產(chǎn)礦井參照時，可參照省內(nèi)氣候、礦山地質(zhì)、開采技術(shù)條件相

16、類似的生產(chǎn)礦井的風(fēng)量計算方法進行計算。,27,第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng),一、采區(qū)通風(fēng) 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的核心單元，是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風(fēng)、回風(fēng)和采煤工作面進回風(fēng)巷道等組成的風(fēng)路連接形式及采區(qū)的風(fēng)流控制設(shè)施。 所謂采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是指風(fēng)流進入采區(qū)，沿采區(qū)巷道清洗工作面后排出采區(qū)的整個風(fēng)流流動路線。在準(zhǔn)備采區(qū)時，必須在采區(qū)內(nèi)構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)以后方可開掘其它巷道。采煤工作面必須在構(gòu)成全風(fēng)壓通風(fēng)以后，方可回采。采區(qū)進、回風(fēng)巷必須貫穿整個采區(qū)長度或高度，嚴(yán)禁將一條上山、下山或盤區(qū)的風(fēng)巷分為兩段，其中一段為進風(fēng)巷，另一段為回風(fēng)巷。 采區(qū)內(nèi)一般布置三條上山，一條為運輸上山，一條為軌道

17、上山，一條專用回風(fēng)上山。瓦斯涌出量小的小煤礦可布置兩條上山。,28,第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng),29,第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng),二、采煤工作面通風(fēng) 由采煤工作面及其進、回風(fēng)巷道所構(gòu)成的通風(fēng)路線叫采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)。采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)可有多種形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通風(fēng)系統(tǒng)。 1）“U”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通風(fēng)系統(tǒng)最為簡單，采用最廣泛。但它的缺點是，采煤工作面的采空區(qū)一側(cè)的上隅角容易積聚瓦斯。 2）“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通風(fēng)系統(tǒng)對解決回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高或上隅角積存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上順槽沿采空區(qū)一翼全長預(yù)先掘出，且在回采期內(nèi)要始終維護。 3）“W”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通

18、風(fēng)系統(tǒng)適用于瓦斯涌出量大、工作面較長的綜采工作面，當(dāng)開采煤層的瓦斯涌出量特別大時，還可在中間平巷中布置鉆孔抽放瓦斯，但這種通風(fēng)系統(tǒng)中有半個工作面是下行通風(fēng)對有煤與瓦斯突出的采煤工作面嚴(yán)禁采用。 4）還有“Z”型通風(fēng)系統(tǒng),30,第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng),圖14-14,圖14-15,31,第七節(jié) 掘進通風(fēng)方法,掘進通風(fēng)方法有總風(fēng)壓通風(fēng)、引射器通風(fēng)和局部通風(fēng)機通風(fēng)三種。局部通風(fēng)機通風(fēng)的通風(fēng)方式主要有壓入式、抽出式和混合式通風(fēng)三種，,圖14-16,32,第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,一、風(fēng)門 在人員和車輛需要通行，而不能讓風(fēng)流通過的巷道中，需要設(shè)置通風(fēng)構(gòu) 筑物，這種既要切斷風(fēng)流又能保證行人通車的通風(fēng)構(gòu)筑

19、物稱為風(fēng)門。 二、風(fēng)墻 風(fēng)墻（又稱密閉）是用來切斷風(fēng)流或封閉采空區(qū)，防止瓦斯向巷道擴散的一種構(gòu)筑物。風(fēng)墻按服務(wù)年限不同可分為臨時性風(fēng)墻和永久性風(fēng)墻兩類。臨時性風(fēng)墻由于服務(wù)年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性風(fēng)墻要用不燃性材料（如磚、料石或水泥等）修筑。,14-17,33,第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,三、風(fēng)橋 在進風(fēng)巷道與回風(fēng)流平面交叉處，為防止風(fēng)流短路，使進回風(fēng)分離，需要設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，這種用于隔開兩條互相交叉的進、回風(fēng)流的構(gòu)筑物稱為風(fēng)橋。,圖 14- 18,34,第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,四、井口封閉裝置 在安設(shè)扇風(fēng)機的井筒內(nèi)，空氣壓力與大氣壓力之間存在較大壓力差，為防止井內(nèi)風(fēng)

20、流和地面大氣短路，其井口必須有封閉裝置，以使井口和地面大氣隔開。對于通風(fēng)、提升共用的井筒，應(yīng)將整個井樓密閉起來。 出風(fēng)斜井井口一般都要安設(shè)風(fēng)門，以便把地面與井下空氣隔離，同時對扇風(fēng)機起到防爆安全作用。,35,第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,五、風(fēng)量調(diào)節(jié),36,第八節(jié) 礦井通風(fēng)構(gòu)筑物,2) 礦井總風(fēng)量調(diào)節(jié) (1)改變離心式通風(fēng)機轉(zhuǎn)速?；蚋淖冚S流式通風(fēng)機工作輪葉片的安裝角，使主要通風(fēng)機的風(fēng)壓及風(fēng)量發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)礦井的風(fēng)量。 (2)改變通風(fēng)機的工作風(fēng)阻(利用閘門)也可以改變通風(fēng)機的工作狀況，從而達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，一般離心式通風(fēng)機多采用這種方法。,37,思 考 題,1礦井通風(fēng)的任務(wù)是什么？ 2

21、礦井空氣中的主要成分與地面空氣的主要成分有什么不同？ 3. 礦內(nèi)空氣為什么會在井巷中流動？降低礦井通風(fēng)阻力的措施主要有哪些？ 4. 自然通風(fēng)的原理是什么？按其服務(wù)范圍機械通風(fēng)可分為哪三種？ 5什么叫礦井通風(fēng)系統(tǒng)？ 6礦井主要通風(fēng)機的工作方式有哪幾種？ 7礦井通風(fēng)方式有哪幾種？各有什么有缺點？ 8礦井配風(fēng)的原則、方法和依據(jù)是什么？ 9. 生產(chǎn)礦井總進風(fēng)量如何計算？ 10.什么是采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，主要有哪幾種方式？ 11.采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)有哪幾種形式？各有什么優(yōu)缺點及適應(yīng)條件？ 12.掘進工作面局部通風(fēng)機通風(fēng)的通風(fēng)方式主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？ 13.礦井通風(fēng)構(gòu)筑物主要有哪些？各起什么作用？,