采煤概論礦井通風2本章主要內容第14章礦井通風第一節礦井通風的任務與礦井空氣第二節礦井通風壓力和通風阻力第三節礦井通風動力第四節礦井通風系統第五節礦井總風量的計算第六節采區通風系統第七節掘進通風方法第八節礦井通風構筑物第1頁/共37頁3

第一節礦井通風的任務與礦井空氣一、礦井通風的基本任務煤礦生產是地下作業，自然條件比較復雜，只有少數井巷與地面相通，因此，礦井通風是保證礦井安全的最主要的技術手段之一，在礦井建設和生產過程中，必須源源不斷地將地面空氣輸送到井下各個用風地點，其主要任務是：1）提供井下足夠的新鮮空氣，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）創造良好的礦井工作環境，保證井下有適合的氣候條件（及適宜的溫度、濕度與風速），以利于工人勞動和機器運轉。第2頁/共37頁4第一節礦井通風的任務與礦井空氣二、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，按體積的百分比數計為：氧—20.96%；氮—79%；二氧化碳—0.04%。《煤礦安全規程》規定：采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不得低于20%；采掘工作面的進風流中，二氧化碳濃度不得超過0.5%，總回風流中二氧化碳濃度不得超過0.75%。當采掘工作面風流中二氧化碳濃度超過1.5%，或采區、采掘工作面回風道風流中二氧化碳濃度超過1.5%時，必須停工處理。第3頁/共37頁5第一節礦井通風的任務與礦井空氣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人員人身健康和安全有極大危害。《規程》規定，井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過0．0024％；井下空氣中二氧化硫濃度不得超過0．0005％。第4頁/共37頁6第二節礦井通風壓力和通風阻力一、空氣壓力表示一條水平巷道，在巷道內風流（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。第5頁/共37頁7第二節礦井通風壓力和通風阻力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，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。一個標準大氣壓力值為101.325Pa。2)相對壓力：某點的相對壓力是以當地的大氣壓力為基準所計算的壓力。若大于當地的大氣壓力的為正壓，小于當地的大氣壓力的為負壓。故相對壓力有正值和負值之分。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機或自然因素造成的，故壓力差又叫通風壓力。它是用來克服巷道通風阻力并使風流按照規定的風速流動的動力，其數值可以通過計算或儀器測定得到。第6頁/共37頁8第二節礦井通風壓力和通風阻力

二、井巷通風阻力當空氣沿井巷運動時，由于風流的粘滯性、慣性以及井巷周邊對風流的阻滯、擾動作用而形成的通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。上面已經提到，通風機或自然因素所形成的通風壓力是用來克服礦井通風阻力的，所以通風壓力和通風阻力是作用力與反作用力的關系，即數值相等，作用方向相反，故通風阻力值就是礦井通風需要的風壓值。礦井通風阻力分為摩擦阻力和局部阻力兩類。第7頁/共37頁9第二節礦井通風壓力和通風阻力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。在礦井通風中，常用風流的壓能損失h摩來表示摩擦阻力，其值的大小按下式計算，

h摩=αLUQ2/S3

（14－1）式中h摩——井巷摩擦阻力，Pa；

α——井巷摩擦阻力系數，N·S2/m4（牛·秒2/米2）；

L——井巷長度，m；

U——井巷周邊長度，m；

Q——井巷中流過的風量，m3/s。通常令上式中αLU/S3=R摩式中R摩——摩擦風阻，N·S2/m8。則（1）式可寫成：

h摩=R摩Q2

（14－2）第8頁/共37頁10第二節礦井通風壓力和通風阻力2.局部阻力空氣流經井巷的某些局部地點（如井巷突然擴大、突然縮小，急轉彎以及分岔或匯合等），造成風流速度和方向的突然變化，導致均勻風流產生紊亂的渦流與撞擊，因而在局部地點產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

（14—3）式中h局——井巷局部阻力：Pa；

R局——產生局部阻力地點的局部風阻，Ns2/m8。綜合以上所述，井巷的通風總阻力h阻=h摩+h局

=（R摩+R局）Q2=R總Q2

（14-4）式中h阻——井巷通風總阻力，Pa；

R總——井巷通風總風阻，N·S2/m4；

Q——井巷中流過的風量，m3/S。第9頁/共37頁11第二節礦井通風壓力和通風阻力三、降低通風阻力的措施1）減小井巷摩擦阻力系數。對于服務年限長的主要井巷，應盡量采用巷道周壁表面光滑的支護方式，對于棚式支護，應盡量架設整齊，必要時背好幫頂等，。2）保證有足夠大的井巷斷面。特別是主要進、回風流巷道斷面擴大對降低風阻效果明顯。3）盡量縮短通風路線長度。因為巷道的摩擦阻力與巷道長度呈正比，因此應盡量縮短風路的長度。4）避免巷道內風量過于集中。巷道摩擦阻力與風量的平方成正比，若巷道內風量過于集中，摩擦阻力會大大增加。因此，應盡可能使礦井的總進風早分開，使礦井的總回風晚匯合。5）降低局部阻力。應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任意停放車輛、堆積木材、器材等。第10頁/共37頁12第三節礦井通風動力一、自然通風使空氣獲得能量，產生自然風壓，使其沿井巷流動，這種自然力主要是由地面溫度的變化，使礦井風側和回風側空氣溫度發生差異而引起的。《規程》規定，礦井必須采用機械通風，自然通風只能在特定條件下使用。第11頁/共37頁13第三節礦井通風動力二、機械通風機械通風是礦井通風的主要動力。按其服務范圍可以分為三種：1）主要通風機（簡稱主扇），主要用于全礦井或礦井的一翼（部分）；2）輔助通風機（簡稱輔扇），主要服務于礦井網絡的某一分支（如采區或工作面），以幫助主要通風機供風以保證該分支的風量；3）局部通風機（簡稱局扇），主要用于獨頭掘進的井巷等局部地區通風。礦用通風機按其構造又可分為離心式通風機和軸流式通風機兩類。第12頁/共37頁14第三節礦井通風動力1）離心式通風機第13頁/共37頁15第三節礦井通風動力2）軸流式通風機第14頁/共37頁16第四節礦井通風系統一、礦井主要通風機的工作方式礦井主要通風機的工作方式主要有抽出式通風和壓入式通風兩種。

1）抽出式

2）壓入式通風

3）抽出和壓入混合式通風圖14-5第15頁/共37頁17第四節礦井通風系統二、礦井通風方式按照礦井進風井和回風井相互位置關系，可把礦井通風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方式。第16頁/共37頁18第四節礦井通風系統中央并列式圖14-6第17頁/共37頁19第四節礦井通風系統中央分列式圖14-7第18頁/共37頁20第四節礦井通風系統對角式圖14-8第19頁/共37頁21第四節礦井通風系統中央式與對角式比較優點：

（1）礦井總回風巷可以隨采區接替逐步開掘，因而建井工期短，總回風巷的維護費用低；（2）回風井筒數目少，同時運轉的風機臺數少，容易管理；（3）當進風井口及井底車場附近發生火災需要反風時，容易實現。缺點：（1）隨著向邊界采區開采，總回風巷不斷延長，通風線路隨之加長，因而通風阻力不斷增加；（2）礦井生產期間，由于井下巷道阻力不斷增加，阻力變動范圍大，難以保證通風機在高效率狀態下運轉；（3）礦井總進風和總回風風流反向平行流動，容易發生漏風；（4）在礦井生產的中后期，多采區同時生產時礦井通風系統關聯性太強，系統獨立性差，系統防災抗災能力差。第20頁/共37頁22第四節礦井通風系統三、礦井反風礦井進風口、井筒、井底車場附近一量發生火災，為縮小災情、出，有時需要反風，即改變風流方向。《規程》規定，礦井：礦井主要通風機必須有反風裝置，必須能在10min內改變巷道中的風流方向；風流方向改變后，供風量應小于正常風量的40％。1．離心式通風機的反風2．軸流式通風機的反風第21頁/共37頁23第四節礦井通風系統圖14-9圖14-10第22頁/共37頁24第五節礦井總風量的計算一、礦井配風原則、方法和依據1）配風原則和方法：根據實際需要，“由里向外”配風，即首先確定井下各用風地點(如采掘工作面、硐室、火藥庫等)所需的風量，然后逆風流方向加上各風路中允許的漏風量，求得各風路上的風量和礦井的總進風量；根據求得的礦井總進風量再加上空氣體積膨脹的風量(這項風量約為總進風量的5％)即得礦井總回風量。2）配風的依據

(1)氧氣含量的規定；

(2)瓦斯、—氧化碳等有害氣體安全濃度的規定；

(3)風流速度的規定；

(4)空氣溫度的規定，

(5)空氣中懸浮粉塵安全濃度的規定。第23頁/共37頁25第五節礦井總風量的計算二、生產礦井總進風量的計算

生產礦井總進風量是指井下各工作地點的需風量和各條風路中損失風量的總和。根據《規程》規定，礦井需要的風量(Q)應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計算礦井總需風量：

Q礦進=4×N×K礦通m3/min

式中：N——井下同時工作的最多人數

K礦通——礦井通風系數；一般取1.20～1.25

2）按采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風量的總和計算：

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量的總和，m3/min；∑Q掘——掘進工作面實際需要風量的總和，m3/min；∑Q硐——硐室實際需要風量的總和，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的風量總和，m3/min。第24頁/共37頁26第五節礦井總風量的計算三、新設計礦井風量的計算設計礦井的風量，可參照鄰近生產礦井的通風資料，按生產礦井的風量計算方法進行計算。對新礦區、無鄰近生產礦井參照時，可參照省內氣候、礦山地質、開采技術條件相類似的生產礦井的風量計算方法進行計算。第25頁/共37頁27第六節采區通風系統一、采區通風采區通風系統是礦井通風系統的核心單元，是采區生產系統的重要組成部分，它包括采區進風、回風和采煤工作面進回風巷道等組成的風路連接形式及采區的風流控制設施。

所謂采區通風系統是指風流進入采區，沿采區巷道清洗工作面后排出采區的整個風流流動路線。在準備采區時，必須在采區內構成通風系統以后方可開掘其它巷道。采煤工作面必須在構成全風壓通風以后，方可回采。采區進、回風巷必須貫穿整個采區長度或高度，嚴禁將一條上山、下山或盤區的風巷分為兩段，其中一段為進風巷，另一段為回風巷。采區內一般布置三條上山，一條為運輸上山，一條為軌道上山，一條專用回風上山。瓦斯涌出量小的小煤礦可布置兩條上山。第26頁/共37頁28第六節采區通風系統第27頁/共37頁29第六節采區通風系統二、采煤工作面通風 由采煤工作面及其進、回風巷道所構成的通風路線叫采煤工作面通風系統。采煤工作面的通風系統可有多種形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通風系統。

1）“U”型通風系統：這種通風系統最為簡單，采用最廣泛。但它的缺點是，采煤工作面的采空區一側的上隅角容易積聚瓦斯。

2）“Y”型通風系統：這種通風系統對解決回風流瓦斯濃度過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一翼全長預先掘出，且在回采期內要始終維護。

3）“W”型通風系統：這種通風系統適用于瓦斯涌出量大、工作面較長的綜采工作面，當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，但這種通風系統中有半個工作面是下行通風．對有煤與瓦斯突出的采煤工作面嚴禁采用。

4）還有“Z”型通風系統第28頁/共37頁30第六節采區通風系統圖14-14圖14-15第29頁/共37頁31第七節掘進通風方法掘進通風方法有總風壓通風、引射器通風和局部通風機通風三種。局部通風機通風的通風方式主要有壓入式、抽出式和混合式通風三種，圖14-16第30頁/共37頁32第八節礦井通風構筑物一、風門在人員和車輛需要通行，而不能讓風流通過的巷道中，需要設置通風構筑物，這種既要切斷風流又能保證行人通車的通風構筑物稱為風門。

二、風墻風墻（又稱密閉）是用來切斷風流或封閉采空區，防止瓦斯向巷道擴散的一種構筑物。風墻按服務年限不同可分為臨時性風墻和永久性風墻兩類。臨時性風墻由于服務年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性風墻要用不燃性材料（如磚、料石或水泥等）修筑。14-17第31頁/共37頁33第八節礦井通風構筑物三、風橋

在進風巷道與回風流平面交叉處，為防止風流短路，使進回風分離，需要設置通風構筑物，這種用于隔開兩條互相交叉的進、回風流的構筑物稱為風橋。圖14-18第32頁/共37頁34