矿井通风系统优化.ppt

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1、第一章矿井通风系统,定义：矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，是矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称。矿井通风方式是指进风井(或平硐)和回风井(或平硐)的布置方式，即所谓中央式、对角式、区域式和混合式等；矿井通风方法是指产生通风动力的方法，有自然通风法和机械通风法（压入式，抽出式）；矿井通风网络是指井下各风路按各种形式联接而成的网络。建立完整的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保证。目前用通风方法排除井下瓦斯、粉尘和热量的平均能力。,研究表明，矿井通风系统能：排除全矿井瓦斯量的8090，排除回采工作面瓦斯望的7080，排除装有抑尘装置回采工作面的粉少量的：2030%排除深井回采作面热量的

2、6070。在影响矿井安全的诸多因素中，瓦斯、高温和有自燃煤层的矿井对矿井通风系统有不同的要求，合理的矿井通风系统应有利于排除矿井瓦斯、降低工作面的温度和防止煤炭自燃。,第一节 通风系统的类型,随着矿井开采深度的增大，矿井设计生产能力的增大，煤层的开采技术条件日趋复杂化，相应的矿井瓦斯涌出量也增大，岩层温度也升高，矿井自然发火也越来越严重这就导致各矿井通风系统的差异也越来越大。为了使矿井通风系统与矿井开拓开采的条件相适应，应对不同开拓开采条件的矿井的通风系统提出不同的要求。,根据瓦斯煤层自燃和高温对矿井通风系统的要求和特点，为了便于管理、设计和检查，可把矿井通风系统分为：一般型、降温型、防火型、

3、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型矿井通风系统及其相应的级别，如表11所示。,一、矿井通风系统的类型与级别,将矿井通风系统划分为不同的类型和级别，具有以下优点 1)有利于矿井通风系统设计的规范化。根据不同类型的矿井对通风系统的不同要求，规范。按设计规范的要求进行矿井通风系统设计，具体制定出每一类型矿井通风系统的设计提高了矿井没计的质量。,2)可使通风管理标准化。矿井通风系统类型不同，通风管理酌标灌也有差异，根据每一类型矿井迎风系统类型的特点，制定出每一类型矿井通风系统具体的管理标准，即可使通风管理有的放矢。3)提高了矿井通风的管理质量。根据矿井

4、通风系统的不同类型，制定出了具体的管理标准，在进行通风质量检查时，按照通风系统的不同类型分别对待，提高了4)可使矿井的开拓开采和矿井通风结为一体。在进行通风质量控查时通风检查，首先要检查的是矿井通风系统是否符合要求，然后才是检查通风管管理是否符合质量标准。通风检查把矿井的开拓、开采与通风检查联系在一起，可健全矿工程技术人员和生产管理人员都重视起通风工作。5)增强了矿井的技灾能力。根据通风系统的类型确定相应的通风系统，并采取相应的管型措施及防止灾害发生和扩大的方法，提高了矿井的抗灾能力。,采区通风系统是矿井通风系统的核心，采区通风系统的结构决定着矿井通风系统中的最重要的参数和指标(如漏风量、稳定

5、性程度等)，因此搞好采区通风是保证矿井安全生产的基础。采区通风包括采区进风、回风及工作面进、回风道的布置方式，采区通风路线的连接形式，采区内的通风设备和设施等基本内容。采区的进风与回风，一般由轨道上山和运输上山来担负，当采区生产能力大、产量集中，瓦斯涌出量大，上，下多区段同时生产或采区有煤与瓦斯突出危险时，可增设专用的通风上山。,二、工作面的通风系统,根据回采工作面进回风巷道的布置方式和数量，可将工作面通风系统的基本类型划分为以下几种：,1U型与Z型通风系统,U型通风系统工作面通风系统只有条进风巷道和一条回风巷道。U型后退式通风系统在我国使用比较普遍。优点：结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏

6、风小，风流稳定，易于管理等；缺点：上隅角瓦斯易越限，工作面进、回风巷要提前掘进，维护工作量大。U型前进式通风系统：优点：巷道的的掘进量小，不存在采掘工作面串联通风问题，在巷旁支护好、漏风不大时，具有一定优越性。采用U型前进式通风系统的工作面，采空区瓦斯不涌向工作面，而是涌向回风顺槽。,Z型通风系统Z型后退式通风系统的工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面，而是涌向回风顺槽，工作面采空区回风侧能用钻孔抽放顶底板瓦斯，但入风侧不能抽放瓦斯；z列前进式通风系统的作面的入风侧沿采空区能抽放瓦斯，采空区的瓦斯易涌向工作面，特别是上隅角，回风侧不能抽放瓦斯。Z型通风系统的采空区漏风，介于采用U型后退式和U型前进

7、式通风系统之间。该通风系统需沿空支护巷道和控制经过来空区的漏风，其难度较大。,这三种通风系统均为两进一回或一进两回的采煤工作面通风系统。该类型的通风系统如图所示：,2型、型及双型通风系统,型通风系统 根据进、回风巷的数量和位置不同，型通风系统可以有多种不同的方式。生产实际中应用较多的是在回风侧加入附加的新鲜风流，与工作面回风汇合后从采空区侧流出的通风系统。型通风系统会使回风道的风量加大，但上隅角及回风道的瓦斯不易超限，并可以在上部进风侧抽放瓦斯。型通风系统（）后退式型通风系统：用于高瓦斯的长工作面或双工作面。该系统的进、回风平巷都布置在煤体中，当由中间及下部平巷进风、上部平巷回风时，上、下段工

8、作面均为上行通风，但上段工作面的风速高，对防尘不利，上隅角瓦斯可能超限，所以，瓦斯涌出量很大时，常采用上、下平巷进风，中间平巷回风的型通风系统，或者反之，采用由中间平巷进风，上、下平巷回风的通风系统以增加风量，提高产量。在中间平巷内布置钻孔抽放瓦斯时，抽放钻孔由于处于抽放区域的中心，因而抽放率比采用型通风系统的工作面提高了50%。（）前进式型通风系统：巷道维护在采空区内，巷道维护困难，漏风大，采空区的瓦斯也大。,3.双型通风系统其中间巷与上、下平巷分别在工作面的两侧。（）后退式双型通风系统：上、下进风巷布置在煤体中，漏风携出的瓦斯不进入工作面，比较安全。（）前进式双型通风系统：上、下进风巷维护

9、在采空区中，漏风携出的瓦斯可能使工作面的瓦斯超限。,3型通风系统,在型通风系统中，有两进两回通风系统和三进一回通风系统。如图 所示。优点：工作面风量大，采空区的瓦斯不涌向工作面，气候条件好，增加了工作面的安全出口，工作面机电设备都在新鲜风流中，通风阻力小，在采空区的回风巷中可以抽放瓦斯，易控制上隅角的瓦斯。缺点：沿空护巷困难；由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复杂。适用条件：当工作面和采空区的瓦斯涌出量都较大，在进风侧和回风侧都需增加风量稀释工作面瓦斯时，可考虑采用型通风系统。,几种通风方式对比图：,高瓦斯矿井工作面的通风系统应满足以下要求：分源稀释瓦斯。即按瓦斯涌出的不同来源，以不同

10、的新鲜风流分别稀释和排放；通风系统所确定的巷道布置，要有利于煤层瓦斯抽放和突出危险煤层的开采；应能排除上隅角高浓度瓦斯，防止瓦斯局部积聚；能为工作面创造良好的气象条件。,第二节 高瓦斯矿井的通风系统,高瓦斯矿井工作面有条件的应首先进行瓦斯抽放，同时应有一个利于稀释和排放瓦斯的通风系统。高瓦斯矿井工作面的瓦斯来源于开采煤层和邻近层。实践证明，来自开采层的瓦斯和工作面的通风系统关系不大，而邻近层的瓦斯而用和工作面的通风系统关系十分密切。目前，我高瓦斯矿井工作面主实采用U型、U+L型、Y型及W型通风系统。,高瓦斯矿井工作面有条件的应首先进行瓦斯抽放，同时应有一个利于稀释和排放瓦斯的通风系统。高瓦斯矿

11、井工作面的瓦斯来源于开采煤层和邻近层。实践证明，来自开采层的瓦斯和工作面的通风系统关系不大，而邻近层的瓦斯而用和工作面的通风系统关系十分密切。目前，我高瓦斯矿井工作面主实采用U型、U+L型、Y型及W型通风系统。,一、高瓦斯工作面的通风系统 1U型通风系统 假设采空区无任何漏风，形成一源一汇流场，则其流场分布如图所示。,从图中可以看出，风流除沿工作面流动外，有一部分进入采空区而沿流线力向流动，这样积存于采空区内的瓦斯即以对流扩散的形式与风流进行质量交换，由于流进采空区内的风流携带瓦斯从上隅角涌出，加之上隅角附近存在风流漩涡区，因而工作面上隅角易积累瓦斯。在工作面瓦斯涌出量不大的情况下，尚能维持正

12、常生产。,如图所示为某综采采工作面采用U型通风系统时的等瓦斯浓度分布线。从图中可以看出，采空区的瓦斯大部分上隅角附近涌出，从而造成上隅角瓦斯浓度超限。,煤矿安全规程采区回风巷，采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，进行处理。,采用U型通风系统的工作而的所需风量应按下式计算：,为了解决高瓦斯工作面上隅角频繁出现的沼气超限问题，可采用U+L型通风系统。,2U+L型(U型加排瓦斯尾巷)通风系统,该种通风系统其实质是使工作面的部分风流流向采空区方向、通过上隅角经联络檄巷进入尾巷，以改变采空区瓦斯在上隅角处的流动方向，使其不断被稀释，尔后经尾巷排出，同时进入采空区的风流携

13、带采空区内的部分瓦斯也经尾巷排出，以减少上隅角的瓦斯涌出量。此通风系统队的主要问题是尾巷中存在高浓度瓦斯。,根据有关资料，采用U+L通风系统回采作面的所属风量应按下式计算：,由于工作面与尾巷联络巷之间的漏风通道属角联支路，因而随着工作面的推进，上隅角及尾巷中的沼气浓度是处于不稳定状态的，在通风管理中应加强管理。,3、Y型通风系统,由于采用U+L型的通风系统的工作面的上隅角处的瓦斯是处于不稳定的状态中，对于瓦斯涌出量较大的的综采工作面，常会因瓦斯超限而停产，限制了生产的发展。但高瓦斯矿井的综采工作面可采用如图所示的Y型通风系统。即主进风流通过工作面时稀释本煤层的沼气，利用在采空区中维护的回风巷，

14、有控制向回风道漏风，使采空区的瓦斯立接进入回风巷，而副进风的作用在于驱散上限角的沼气，并将回风巷的沼气稀释到安全浓度范围内。,（1）用单独风流稀释采空区沼气，消除了上隅角的高瓦斯积聚，是处理工作面瓦斯的一种经济合理的方法；（2）采用分源稀释，工作面的供风主要为稀释开采层涌出的沼气；（3）有两条新鲜风流巷道，可供安置机电设备，改变了运输巷道备拥挤的现象；（4）由于运输道的瓦斯涌出和粉尘直接排到回风巷，可以减少工作面的瓦斯和粉尘浓度，还有利于有害气体的排放，提高了工作面的安全程度。,Y型通风系统在解决高瓦斯工作面通风问题时特点：,采用Y型通风系统的工作面的所需风量可按下式计算：,回采工作面采用的“

15、一进两回”的U+L型通风系统，可改为“两进一回”的Y型通风系统。,如图114所示，把原回风巷改为辅助进凤巷，进风量少于主进风备把原尾巷改为回风巷，工作面瓦斯由主进风巷的风流冲淡辅助进风巷的风流与工作面风流在上限角处汇合，经沿空巷道进入回风巷(原尾巷)。主进风巷的配风量将以工作面涌出的瓦斯冲谈到允许浓度为宜辅助进风巷配风将以上、下邻近层涌入采空区的瓦斯(除抽放瓦斯量)和采空区丢煤涌出瓦斯冲淡到使工作面回风流瓦斯在1%为宜，,工作面采用沿空留巷的Y型通风系统时，其工作面巷道是重复使用和置换位用的，这样可达到少掘巷道，少留煤柱，安全、经济、多采煤的目的。采用这种通风系统的采煤工作面的巷道是单、双巷间

16、隔布置，在通风用途上是重复置换使用的，如图所示。,二、采区工作面的整体布置,采区工作顶的整体郁置中，采用Y型通风系统的主要优点为：(1)通风系统简单合理，便于管理；(2)上隅角瓦斯浓度降低，流向安全(3)剔除或缩短了沼气尾巷这个易发事故点，在安全上更加合理可靠(4)巷道掘进量减少，缩短了工作面酌准备时间，加快了工作面投产；(5)避免了因上隅角或尾巷瓦斯越限的造成的停产，加快了回采速度，丢煤量减少，提高了回来率；(6)风压、风量调节更加方便(7)降低了工作面系统内的通风总阻力。另外，若在抽放工艺上配以合理的布孔方式，抽放邻近层的沼气，其经济效益也十分明显。,第三节 自燃矿井的通风系统,煤层白燃必

17、须同时具备4个条件；即：1、煤炭具有自燃倾向性，并以破碎状态存在；2、有漏风供氧条件；3、有积聚氧化热的储热环境；4、有足够氧化储热的时间。除煤炭具有自燃倾向性，并以破碎状态存在这一条件外；其他3条与矿井通风系统都有密切的关系。为此，自燃矿井的通风系统必须满足以下条件；,1)根据兖州局的经验，自燃矿井的主扇风压不得超过1500Pa；（目前都超过了）2)开采自燃煤层的采区和回采工作面必须采用分区通风，并保持足够的通风断面采区和回采工作面进、回风两端压差不宜超过200Pa3)开采有自燃煤层的矿井中，风门、风窗等通风设施均应按防灭火的要求正确地势位置，应避免增加采空区、煤柱裂隙、火区的漏风压差，每种

18、设施的压差不宜超过100Pa；4)开采自然发火严重的采区或工作而，应建立局部反风系统，5)矿井通风系统应有利于采空区和火区的调压。,自燃矿井的通风系统必须满足以下条件；,一、漏风带的划分,31,对于后”U”通风系统(一源一汇)的采空区，按漏风风速、采空区氧气浓度、采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为“三带”。散热带（L1)：L1=5-20m,由于自由堆积，空隙漏风大，Q生Q散。窒息（不自燃）带：漏风小，氧气浓度低。,划分“三带”的标准（指标）有三种：采空区漏风风速VV0.9m/s为散热带；0.9V0.02m/s为自燃带；0.02m/s为自窒息带。采空区氧浓度（C）分布 认为C8

19、%为窒息带，C8%为自燃带 采空区遗煤温升速度 dt1/d为自燃带,二、回采工作面的风量,实践证明。适当降低风量，减少采空区漏风供氧条件，可抑制采空区和火源点的空气流动，降低火源点的含氧量，达到防止煤炭自然发火的目的。根据阻力定律h=RQ2，当风星减少时，矿井的负压则按风量的平方降低，从而使采空区和火源点两侧压差降低。,（1）工作面的风显要保证每人不得少于4m3/min，并贝满足工作面的气象条件及冲淡有害气体的要求。（2）满足回采工作面最低风速0.25ms的要求。（3）采用低风量，在回风顺槽设置双道，以防止人员通过调节风门时，造成风量不稳定。,矿井风压高，必然导致采区、采空区及密闭的进风、回风

20、侧的风压差的增大这样就会使得这些地点的漏风量也随之增多，促使采空区煤的自燃。因此，矿井风压值应选取合理。,三、矿井风压,四、通风系统,自燃发火的矿井的通风方式，应满足低风压、小漏风，发生火灾时风流容易控制等要求。中央式通风方式风压高、采空区漏风大，不利于防灭火，因此，自燃发火的矿井应采用两翼对角式或分区对角式的通风方式为主。,(一)通风方式,采空区发生自然发火的主要原因之一是由于该地区存在着连续漏风，而采空区漏风量的大小又取决于密闭墙的质量、密闭墙两侧的总压差和采空区漏风风阻，因而，为了预防采空区自燃，通常是在与采空区有联系的巷道内建筑高质量的密闭墙。相关资料介绍，最佳密闭墙的漏风风阻约600

21、00NS2/m2。当其两侧的压差为100Pa时，漏风量约为2.5m3min；当压差为200Pa 时，漏风虽可达3.5m3min。在沿空留苍的条件下，尽管密闭墙体可以建筑得十分严密，但由于墙体四周仍为冒落后的松散岩体，其漏风量要大得多，因而当其它发火条件同时具备时，上述漏风量即可酿成自燃火灾。自燃煤层的漏风系统应有利于减少采空区两侧的压差，具体系统应根据实际情况因地制宜设计，比较典型的通风系统有W型和D型通风系统。,(二)工作面通风系统,在一个多风并、多采区的矿井中，当一个采区发生火灾时，突进行全矿井反风是一项非常复杂的工作，只要有某一点考虑不周，就会使事故扩大。但如果在采区发生事故时，进行局部

22、反风，则不仅速度快，操作简单，而且能及时地控制风流。无论是哪个区域，根据通风网络的结构做些小工程，基本上都能实现局部反风，,(一)上(下)山的局部反风系统,(一)工作面的局部反风系统,对于自燃矿井，在进行矿井通风设计时，除应设计工作面的正常通风系统外，还应设计工作面和胶带巷的局部反风系统。每个采区应有独立的正常通风系统。同时还要安装好反风设施，以便在必要时形成采区的反风系统。若所有这些通风设施都能远距离操控，正反风流风门的控制能互相闭锁，就能及时而有效地控制风流方向，更有利于提高采区的抗灾能力。由于局部反风后，工作面运输巷在反风期间变成了回风道，因此必须安装瓦斯自动报警断电仅，以确保机电设备的

23、安全运转。,第四节 高温矿井的通风系统,通风降温是改善矿井湿热条件最简便易行的方法，效果比较显著，也较经济，主要措施为：尽可能增加风量以降低风流的含热量；选择合理的风速，增强人的舒适感；选择合理的通风系统，尽量缩短工作面进风段的风路长度；新鲜风流避开热场；采用下行风；井下机电硐室单独回风等,一、通风方式,高温矿井拟定通风系统时，应尽量使矿井进风流避开热源、湿源，以减少进入矿井空气流中的显热和潜热；应尽量缩短矿井进风路线的长度，以减少围岩与空气流的热交换时间、面积和机会。在高温矿井中，进风路线的长度不宜太长，为此矿井最好采用两翼进风或两翼、中央进风的通风方式。当井田走向长度相同时，它比中央式通风

24、系统进风路线的长度要小50 60%。,在开采储量丰富的深部煤田时，由于矿井的生产能力一般较大，服务年限长，有较长的井田走向长度和较大的井田面积，因而在确定通风方式和选定风井位置时，应尽可能缩短入风流线路的长度，以达到降低入风风流温度的目的。,高温矿井回来工作面曲通风系统主要有U型，W型和E型通风系统,二、回采工作面的通风系统,W型通风系统有两条进风巷道，E型和U型通风系统有一条进风巷道，E型通风系统的进风巷运的风速不受限制，所以在工作面断面超过相同风量时，W型和E型通风系统的进风量总是比U型通风系统的进风量大。工作面长度相等时，W型和E型工作面内的风流流动路程耍比U型了作面风流流动路程短近一半，风阻值是U型通风系统的二分之一。因此，当工作面两端风压相等时，W型和E型通风系统的通过风量耍大于U型通风系统的风量，有利于降温。,1工作面风量的通过能力,