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1、矿井通风与安全矿井通风与安全第九章 通风系统设计n9.1 拟定矿井通风系统n9.2 矿井总风量的计算和分配n9.3 计算矿井通风总阻力n9.4 选择矿井通风设备n9.5 概算矿井通风费用n9.6 生产矿井的通风系统改造n9.7 通风系统安全性评价n矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。新建矿井和生产矿井在开拓、开采过程中都需要进行周密的通风设计。这两类通风设计的内容和方法基本相似。n矿井通风设计的依据包括：n矿井的安全条件(包括矿井沼气等级、各煤层的沼气含量、煤尘爆炸性、煤的自燃性等)n矿井设计的生产能力n矿井的开拓方式和采煤方法n采煤的年进度计划n矿井和各水
2、平的服务年限n各种技术经济参数、性能的资料和有关法规与政策规定9.1 拟定矿井通风系统n一、矿井通风系统矿井通风系统包括：通风方式（进、出风井的布置方式）；通风方法（矿井主通风机的工作方法）；通风网路。中央式通风系统可细分为：中央并列抽出式；中央并列压入式 中央分列抽出式；中央分列压入式对角式通风系统可细分为：两翼对角式：两翼对角抽出式；两翼对角压入式 分区对角式：分区对角抽出式；分区对角压入式中央并列抽出式n（1）中央并列抽出式 n 在地形条件许可时，进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，二井底都开掘到第一水平，主要通风机设在出风井的井口附近，将污风抽到地表。n 注意：出风井的井底必须和总
3、进风流隔开，出风井的井口一般用防爆门紧闭；在岩石中做条回风石门mn，煤层倾角越大、总回风石门越短，反之越长。n用斜井开拓时，可以大致在走向的中央开掘一对并列斜井。中央并列压入式n 中央并列压入式：将压入式主要通风机设置在进风井的井口附近，新风自地表压入井下。n 注意：进风井的井口房须密闭，其它与抽出式相同。中央分列抽出式中央分列式，又名中央边界式中央分列抽出式：进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央。注意：在井田走向的中央开凿主副井；主要通风机设在出风井口附近；在倾斜方向上，出风井和进风井相隔一段距离，出风井的井底高于进风井的井底。中央分列压入式中央分列压入式n中
4、央分列压入式中央分列压入式：主要通风机安设在进风井口(副井口)附近，井口房须密闭，主井底和总进风须隔开，其它都与图9-2相同。两翼对角抽出式两翼对角抽出式 进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井和平峒开拓时，可把图9-4中的立井改为斜井和平峒。两翼对角压入式两翼对角压入式：进风井和出风井的位置与图9-4相同，只是在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口须密闭，主井底和总进风须隔开。分区对角抽出式n分区对角抽出式 进风井大致位于井田走向的中
5、央，在每个采区各掘一个小回风井，并分别安设抽出式分区主要通风机，可不必做总回风道。在图9-5中也可以用斜井代替立井，或者进风用垂直于走向(或平行于走向)的平峒，出风用斜井；或者进风和出风都用平峒。分区对角压入式分区对角压入式：各出风井口不安设通风机，只在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口要密闭，主井井底和总进风须隔开。混合式n混合式是进风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成。包括：中央分列与两翼对角混合式、中央并列与中央分列混合式等。n图示为中央分列与两翼对角混合式通风系统。初期采用中央分列式通风系统，当开采到两翼边界时，则用中央分列与两翼对角混合式的通风系统。二
6、、矿井通风系统的选择1.选择矿井通风系统的总原则：投产较快，出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等。拟定通风系统的具体要求有：(1)每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口；(2)进风井巷与采掘工作面的进风流的粉尘浓度不得大与0.5mg/m3；(3)新设计的箕斗井和混合井禁止作进风井，已作进风井的箕斗井和混合井必须采取净化措施，使进风流的含尘量达到上述要求；(4)主要回风井巷不得作人行道，井口进风不得受矿尘和有毒有害气体污染，井口排风不得造成公害；(5)矿井有效风量率应在60以上；(6)采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风，电耙司机应位于风流的上风侧，有污风串联时，应禁止人员作业；
7、(7)井下破碎硐室和炸药库，必须设独立的回风道；(8)主要通风机一般应设反风装置，要求10 min内实现反风，反风量大于40。选择通风系统时，应根据矿体赋存条件和开采特点，拟定几个可行方案进行详细的技术经济比较，择优选出。2.选择矿井主要通风机的工作方法选择矿井主要通风机的工作方法 煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种，多采用抽出式通风方法，因为：1)抽出式主要通风机使井下风流处于负压状态。一旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加
8、2)采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。用抽出式通风可避免以上缺点。2.选择矿井主要通风机的工作方法选择矿井主要通风机的工作方法3)在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用压入式通风能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面。4)过渡时期是新旧水平同时生产，战线较长，通风系统和风量变化较大。由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，有时还须额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得过长；而用抽出式通风，就没有这些缺点。5)在地面小窑塌陷区漏风严重、开采第一水平和低沼气矿井等条件下，采用压入式通风是比较合适的，否则，就不宜采用
9、压入式通风。3.选择矿井的通风方式选择矿井的通风方式新建矿井多数是在中央并列式、中央分列式、两翼对角式和分区对角式等方式中进行选择。混合式是前几种方式的发展，多在老矿井的改建、扩建时使用。选择矿井通风方式一般是针对服务范围来确定的。如果矿井的服务年限不长(1020a)，则服务范围为整个矿井；如果矿井范围较大，服务年限较长(3050a)，则只考虑头1525a的开采范围作为服务范围；这时服务范围往往是第一水平；或者包括第一、第二水平在内。对于服务范围之外的后期通风系统，设计中只作粗略的考虑。n 1)中央并列式的使用条件：煤层倾角大、埋藏深，但走向长度不大(4km)，瓦斯、自然发火都不严重，在此条件
10、下，采用中央并列式是比较合理的。n2)中央分列式的适用条件：一般地说，这种通风方式适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大(4km)，而且瓦斯，自然发火比较严重的新建矿井。与中央并列式相比，这种通风方式的安全性要好。n 3)两翼对角式的适用条件：该种布置方式(指对角风井位于浅部边界附近者)适用于煤层走向较大(超过4km)、井型较大、煤层上部距地面较浅、瓦斯和自然发火严重的新建矿井，安全性较中央分列式还好，但初期投资更大。有些瓦斯等级不高，但煤层走向较长、产量较大的新矿井，也可采用这种通风方式。n4)分区对角式的适用条件：煤层距地表浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风道(因会穿出地面
11、)，在此条件下，开采第一水平时，只能采用分区通风的布置方式。每个采区各有独立通风路线，互不影响，是这种通风方式的主要优点。n 对于一个实际条件下的矿井，往往有几种通风系统都可考虑，从技术分析和经济比较两方面考虑选定系统。矿井通风系统确定后，还要：确定服务范围内的通风容易和通风困难两个时期的位置；确定采区内的通风系统，即确定采用轨道上山还是运输上山进风；确定采煤工作面采用U型、Z型、Y型还是W型通风系统，这些都要经过技术经济比较才能确定；确定掘进头的数目和位置；绘制两个时期的通风系统图、立体图和网络图。9.2 矿井总风量的计算和分配n 矿井总风量各工作地点有效风量各风路漏风量 一、生产矿井所需风
12、量n1生产矿井所需风量的计算n原则：“由里往外”配风 抽出式通风：抽出式主要通风机的总风量矿井总风量因体积膨胀风量抽出式通风机井口和附属装置的允许漏风量 压入式通风：压入式主要通风机的总风量矿井总风量抽出式通风机井口和附属装置的允许漏风量1、生产矿井所需风量矿井的总回风量或总进风量计算：Qwz(Qai+Qbi+Qci+Qdi)Kwz，m3/min式中，Qai各回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；Qbi各掘进工作面所需风量之和；Qci各峒室所需风量之和；Qdi除上述各用风地点外，其它巷道所需风量之和；Kwz矿井风量备用系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素影响，与矿井通风方式有关
13、，一般可取1.151.25。对于中央并列式，1.25；中央分列式和混合式，1.2；对角式，1.15。2生产矿井风量的分配n在各个用风地点（如掘进巷道和峒室等），将各用风点计算的风量值乘以备用系数Kwz，就是配给用风地点所在巷道的风量。n但是采煤工作面的风量只配给各自计算的风量，由备用系数确定的风量考虑从采空区漏走的风量。因此在U型通风的上平巷和下平巷的风量是采煤工作面的计算风量乘以备用系数。2生产矿井风量的分配 2生产矿井风量的分配n从各个用风地点开始，逆风流方向而下，遇分风点则加上其它风路的分风量一起分配给未分风前那一条风路，作为该风路的风量。直至确定进风井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才
14、计算的矿井总风量。n如果是压入式通风，则要加上矿井外部漏风量，才能得出通过压入式主要通风机的总风量。2生产矿井风量的分配n然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇汇合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条风路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风量。这一风量也应该等于刚才计算的矿井总风量。n如果是抽出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，才能得出通过抽出式主要通风机的总风量。二、新建矿井和延深矿井所需风量n 新建矿井和延深矿井所需风量的设计，属于预先估计风量。设计时对于上述配风依据较难判准，而矿井类型繁多，条件各异，如何恰当地预定这种性质
15、的风量，是目前还没有很好解决的重要问题。n 有条件时，要参照邻近生产矿井的通风资料，按生产矿井的风量计算方法细致进行，否则只好采用“由外往里”的计算方法，即先计算矿井的总风量，然后大致分配到各个用风地点。二、新建矿井和延深矿井所需风量n 对于低瓦斯矿井对于低瓦斯矿井 以工作面能够有良好的气候条件作为供风的依据，用下式计算矿井总风量：n QTqK，m3/minn式中 T矿井平均日产量，t/d；n q日产吨煤需风量，通过实际调查统计得出：q1 m3/(min.t/d)；n K一风量备用系数，即KK1K4K5K6，这些系数的乘积介于l.51.9之间，可根据新建矿井的条件查表得出具体的数值。二、新建矿
16、井和延深矿井所需风量n对于高沼气矿井对于高沼气矿井 按总回风流中的沼气浓度不超过0.75%的要求来计算矿井总风量：n Q（1/24600.75%)qgTK，m3/minn式中 qg矿井沼气平均相对涌出量，m3/t；n T矿井平均日产量，t/d；n K风量备用系数，即KK2K3K4K5，这些系数的乘积介于1.72.1之间，具体数值可查表查得。二、新建矿井和延深矿井所需风量n无论是高沼气矿井，还是低沼气矿井都要按井下同时工作的最多人数来验算矿井总风量Q，取大值作为矿井的总风量：n Q4NK，m3/minn式中 N井下同时工作的最多人数，人;n 4以人数为计算单位的供风标准，m3/min；n K风量备用系数，它是产量不均衡系数、备用工作面的风量系数和矿井内部漏风系数的总概括。采用中央并列式的通风系统时，K1.45；采用中央分列式或对角式通风系统时，K1.35。二、新建矿井和延深矿井所需风量新建矿井的风量分配是在算得的矿井总风量Q中，减去独立回风的掘进风量Qb和峒室风量Qc，再按以下原则对剩余的风量Qre进行大致的分配；各个回采工作面的风量，按照与产量成正比的原则进行分配；各个备用工作面的风量
