第七章通风系统与通风设计ppt课件.ppt

第七章 矿井通风系统与通风设计,本章主要内容1、矿井通风系统-类型、适应条件、主要通风机工作方式 、安装地点、通风系统的选择2、采区通风-基本要求、进回风上山选择、采煤工作面通风系统3、通风构筑物及漏风-风门、风桥、密闭、导风板；矿井漏风、漏风率、有效风量率、减少漏风措施4、矿井通风设计-内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、通风设备选择5、可控循环通风,通风系统图,第七章 矿井通风系统与通风设计,第一节 矿井通风系统 矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。一、矿井通风系统的类型及其适用条件 按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。,1、中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。,中央并列式,适用于较小型矿井,区别在于回风井井底所处水平位置,中央并列式,主副井位于井田走向中央，风井位于井田浅部边界沿走向中央,2、对角式,1）两翼对角式 进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。,2）分区对角式 进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。,3、区域式 在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。如图。,4、混合式 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。 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。,中央并列式,中央并列式,中央边界式,两翼对角式,分区对角式,分区对角式,分区对角式,混合式,混合式,混合式,二、主要通风机的工作方式与安装地点 主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽混合式。 1、 抽出式 主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。2、压入式 主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。3、压抽混合式 在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。,三、矿井通风系统的选择 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：每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口；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；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；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；矿井有效风量率应在60以上；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；井下破碎硐室和炸药库，必须设独立的回风道；,根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。因此，矿井初期宜优先采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通风；当井田面积较大时，初期可采用中央通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。,四、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。,第二节 采区通风系统 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括：采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。一、采区通风系统的基本要求1、每一个采区， 都必须布置回风道，实行分区通风。2、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。3、煤层倾角大于12的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，4、采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。二、采区进风上山与回风上山的选择 上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3条或4条上山。 1、轨道上山进风，运输机上山回风 2、运输机上山进风、轨道上山回风比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件。,三、采煤工作面上行风与下行风 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则是下行通风。优缺点： 、下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。 、上行风比下行风工作面的气温要高。 、下行风比上行风所需要的机械风压要大； 、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。,四、工作面通风系统1、U型与Z型通风系统 2、Y型、W型及双Z型通风系统 3、H型通风系统,U型,后退式：1、结构简单，巷道施工维修量小。2、工作面漏风小，风流稳定，易于管理。3、上隅角瓦斯浓度高。4、煤炭自燃威胁较大。 5、上下平巷需提前掘进，维护工作量大 。,前进式：通风系统的维护工作量小，采空区瓦斯不会漏出工作面，当漏风不大时，有一定的优越性。其缺点是采空区支护较困难,W型,减少了巷道的开掘和维护费用。风阻小，风量大，漏风量小，利于防火。便于回收安装维修采煤设备。当中间平巷进风且设运输机时，既保证了运输设备处于新鲜风流中，又保证了进、回风巷的总断面比较接近，故在近水平煤层的综采工作面中应用较广。,Z型,通风方式是U型通风方式的改进，为前进式Z型，其进风巷随回采工作曲推进而形成，回风平平巷则为沿空留下的或预留的巷道，其优点为： 与前进式U型相比，巷道的采掘工程量较少； 进、回风巷只需在一侧采空的条件下维护； 采区内进、回风巷的总长度近似不变，有利于稳定风阻、改善通风。,Y型,Y型通风方式指在回采工作面的上、下端各设一条进风道，另在采空区一侧设回风道，其优点为：采空区的瓦斯，通过巷旁支护流入回风平巷，较好地解决了回采工作面上隅角的瓦斯超限之患；工作面上、下端均处于进风流中，改善了作业环境；实行沿空留巷，可提高采区回收率。,H 型,1、工作面风量大，采空区瓦斯不涌向工作面，气候条件好。2、增加了工作面的安全出口。3、工作面机电设备都在新鲜风流巷道中，通风阻力小。4、在采空区的回风巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯。5、沿空护巷困难。6、由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复杂。,第三节 通风构筑物及漏风 矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。一、通风构筑物 分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等 。1、风门 按设地点：在通风系统中既要隔断风流又要行人或通车的地方应设立风门。在行人或通车不多的地方，可构筑普通风门。而在行人通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门。,设置风门的要求： （1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5m。入排风巷道之间要需设风门处同时设反向风门，其数量不少于两道； （2）风门能自动关闭；通车风门实现自动化，矿井总回风和采区回风系统的风门要装有闭锁装置；风门不能同时敞开（包括反风门）； （3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜80至85； （4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5m，严密不漏风； 墙垛周边要掏槽，见硬顶、硬帮与煤岩接实。墙垛平整，无裂缝、重缝和空缝； （5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严；风门前后各5m内巷道支护良好，无杂物、积水、淤泥。,2、风桥 当通风系统中进风道与回风道需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开需要构筑风桥。按其结构不同可分为三种。1）绕道式风桥 开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。2）混凝土风桥 结构紧凑，比较坚固。3）铁筒风桥 可在次要风路中使用。,3、密闭 密闭是隔断风流的构筑物。设置在需隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类： 1）临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。 2）永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。4、导风板应用以下几种导风板。 1）引风导风板 ； 2）降阻导风板； 3）汇流导风板,观察孔,二、漏风及有效风量1、矿井漏风及其危害性 有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量。 漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。 漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。2、漏风的分类及原因1）漏风的分类 矿井漏风按其地点可分为：（1）外部漏风（或称井口漏风）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。（2）内部漏风（或称井下漏风）是指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。2）漏风的原因 当有漏风通路存在，并在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。,3、矿井漏风率及有效风量率1）矿井有效风量Qe 是指风流通过井下各工作地点实际风量总和。2）矿井有效风量率： 矿井有效风量率是矿井有效风量Qe与各台主要通风机风量总和之比。矿井有效风量率应不低于85%。3）矿井外部漏风量 指直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回（或进）风量。4）矿井外部漏风率 指矿井外部漏风量QL与各台主要通风机风量总和之比。 矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5，有提升设备时不得超过15。4、减少漏风、提高有效风量 漏风风量与漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。,第四节 矿井通风设计一、矿井通风设计的内容与要求 、矿井通风设计的内容确定矿井通风系统；矿井风量计算和风量分配；矿井通风阻力计算；选择通风设备；概算矿井通风费用。、矿井通风设计的要求 将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件； 通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力； 发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出； 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施； 通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。,二、优选矿井通风系统 1、矿井通风系统的要求 1)每一矿井必须有完整的独立通风系统。 2)进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。 3)箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。 4)多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。 5)每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。 6)井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。 7)井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。,、确定矿井通风系统 根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。,三、矿井风量计算（一）、矿井风量计算原则 矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。（）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3；（）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。(二）矿井需风量的计算1、采煤工作面需风量的计算 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。(1)按瓦斯涌出量计算：式中：Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min Qgwi第 i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min kgwi第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取kgwi=1.21.6 炮采工作面取kgwi=1.42.0,水采工作面取kgwi=2.03.0,（2）按工作面进风流温度计算： 采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表中的要求：采煤工作面的需要风量按下式计算：式中 vwi第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；m/s, Swi第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2 ； kwi第i 个工作面的长度系数。,3）按使用炸药量计算：式中 25每使用1kg炸药的供风量，m3/min； 第i个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。4） 按工作人员数量计算： 式中 4每人每分钟应供给的最低风量，m3/min nwi第i 个采煤工作面同时工作的最多人数,个。5)按风速进行验算 按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量： 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：,、掘进工作面需风量的计算： 煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（）按瓦斯涌出量计算： 式中 Qhi第i个掘进工作面的需风量，m3/min Qghi第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量；m3/min kghi第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数。一般可取1.52.0。（2）按炸药量计算 式中 25使用1kg炸药的供风量，m3/min; Ahi第i个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg,（3）按局部通风机吸风量计算式中 第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和。 khfi为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.21.3；进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3（）按工作人员数量计算式中 nhi第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。（）按风速进行验算 按最小风速验算，岩巷掘进面最小风量： 各个煤巷或半煤岩巷掘进面的最小风量； 按最高风速验算，掘进面的最大风量： 式中 shi第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2,、硐室需风量计算 独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：（）机电硐室 发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：式中 Qri第个机电硐室的需风量，m3/min 机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，KW 机电硐室的发热系数，空气密度，一般取1.25kg/m3cp空气的定压比热，一般可取1KJ/kgkt机电硐室进、回风流的温度差，采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量 m3/min,（2）爆破材料库 式中 v库房空积，m3（3）充电硐室 按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算 式中 qrhi第个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min5、矿井总风量计算 矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和: 式中Qwl采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min； Qhl掘进工作面所需风量之和，m3/min； Qrl硐室所需风量之和，m3/min； km矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取1.151.25。,四、矿井通风总阻力计算(一) 矿井通风总阻力计算原则1、矿井通风设的总阻力，不应超过2940Pa。2、矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。（二）矿井通风总阻力计算 矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。 对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。 矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。 对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。,计算方法： 沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力 hf，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力 hf1 和 hf2。 通风容易时期总阻力 ： 通风困难时期总阻力： hf 按下式计算： 式中,五、矿井通风设备的选择 矿井通风设备是指主要通风机和电动机。（一）矿井通风设备的要求： 1、矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。 2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。 3、风机能力应留有一定的余量。 4、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。（二）主要通风机的选择 1、计算通风机风量Qf 式中 Qf主要通风机的工作风量，m3/s; Qm矿井需风量，m3/s； k漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作 回砚用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。,2、计算通风机风压 离心式通风机（提供的大多是全压曲线）： 容易时期 困难时期 轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）： 容易时期 困难时期 hm通风系统的总阻力； hd通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力； hvd 扩散器出口动能损失； N自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。,3、初选通风机 根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、Hsdmin(或Htdmin)和矿井通风困难通风机的Qf、Hsdmax(或Htdmax)在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。4、求通风机的实际工况点 因为根据Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。步骤： 1）计算通风机的工作风阻 用静压特性曲线时： 用全压特性曲线时：,2）确定通风机的实际工况点 在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。5、确定通风的型号和转速 根据通风机的工况参数（Qf 、Hsd 、N）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定通风机的型号和转速。,(Hmin,Qfmin),(Hmax,Qfmax),Rmax,Rmin,Mmax,Mmin,6、电动机选择（）通风机的输入功率按通风容易和困难时期，分别计算风所需的输入功率Nmin ，max 。 或（）、电动机的台数及种类 当Nmin0.6Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为： 当Nmin0.6Nmax时，选二台电动机，其功率分别为： 初期： 后期按选一台电机公式计算。e ：电机效率，tr：传动效率。,根据以上所得出的Neo(或Neomin)或Nei(或Neimin)、e以及主要通风机所要求的转数n，在电动机技术特征手册上选用合适的电动机。 根据周围的工作环境，通风机一般选用开启式或防护式电动机。一般情况下，当电动机功率小于200 kW时，宜选用低压鼠笼式电动机；大于250 kW时，宜选用高压鼠笼式电动机；大于400 kW及以上时，宜选用同步电动机，优点是在低负荷运转时改善电网功率因数，使矿井经济用电，缺点是购置和安装费较高。,六、概算矿井通风费用 吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。 吨煤通风成本主要包括下列费用：1、电费（W1） 吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算： E主要通风机年耗电量， D电价，元/KWh； T矿井年产量，吨； v变压器效率，可取0.95； EA局部通风机和辅助通风机的年耗电量；w电缆输电效率2、设备折旧费3、材料消耗费用4、通风工作人员工资费用5、专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。6、采每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用。,第五节 可控循环通风概述 可控循环通风是由英国学者S.J.LEACH和A.SLACK研究提出，七十年初在英国开始应用。之后，包括中国在内的许多国家也相继对可控循环通风进行了研究和应用。 定义：在低瓦斯矿中，当采掘工作面位于矿井的边远地区，原有通风系统不能保证按需供风，而该地区的回风的风质又比较好时，可以在局部通风系统的进、回风之间安置通风设备、设施和监控设备，对回风进行合理循环控制加以再利用，以增加用风地点的实际风量。此种通风方法称为可控循环风。 循环率：,第七章作业,7-1,7-2,7-3,7-4,7-5,