《矿井通风与安全》局部通风.ppt

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1、赵才智安全工程学院,Mine Ventilation and Safety,矿 井 通 风 与 安 全,中国矿业大学多媒体教学课件,第 5 章 局部通风,5.1 局部通风方法5.2 局部通风装备5.3 局部通风系统设计5.4 局部通风技术管理及安全措施,CH4,炮烟,粉尘,怎么工作嘛？,矿井新建、扩建或生产时，都要掘进巷道，在掘进过程中，为了稀释和排出自煤(岩)体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘，以及创造良好的气候条件，必须对独头掘进工作面进行通风。利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风（又称掘进通风）。,5.1.1 局部通风机通风,利用局部通风机作动

2、力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。常用通风方式：压入、抽出和混合式。,矿井风压通风方法,局部动力设备通风,局部通风,5.1 局部通风方法,1、压入式通风,10m,Le 气流贴着巷壁射出风筒后,由于卷吸作用,射流断面逐渐扩张，直至射流的断面达到最大值，此段称为扩张段；La射流断面逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。Ls从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程。在巷道条件下，一般有：,工作面爆破后，烟、尘充满迎头，形成一个炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动。风流从风筒出口到

3、转向点的距离叫有效射程Ls，风筒出口与工作面的距离不能超过有效射程，否则会在工作附近出现烟流停滞区。,特点局扇及电器设备布置在新鲜风流中；有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；可使用柔性风筒，使用方便；由于内外，风筒漏风对巷道排污有一定作用,要求局巷，避免产生循环风；局扇入口与掘进巷道距离大于10m；风筒出口至工作面距离小于Ls。,掘进机,重车,车场,空车,压入式风筒,压入式风机,在巷道边界条件下，其一般计算式为：特点：新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；污风通过风机；有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；不能使用柔性风筒。,10m,Le,2、抽出式通风,SCF-6湿式除尘风机,可伸缩风筒

4、,胶带输送机,水管,转载机,掘进机,压入式通风与抽出式通风优缺点比较,抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局通风机的为新鲜风流，故安全性高，抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差：压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。,压入式通风与抽出式通风优缺点比较：,抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好。压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒，压入式通风可以使用柔性风筒。从以上比较可以看出，两种通风

5、方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，故在煤矿中得到广泛应用。,混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，按局部通风机和风筒的布设位置，分为长压短抽、长抽短压和长抽长压。（1）长抽短压（前压后抽）,10m,Le,10m,10m,Le,10m,3、混合式通风,（2）长压短抽(前抽后压)工作方式：新鲜风流经压入式长风筒送入工作面,工作面污风经抽出式通风除尘系统净化,被净化后的风流沿巷道排出。,混合式通风的主要特点：通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式；降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，当掘进巷道断面大时，风速就更小，则此段巷道顶板附近易形成瓦斯层状积聚。,4、可控循环

6、风通风,当局部通风机的吸入风量大于全压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。掘进工作面连续不断涌出瓦斯等有害气体，当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，无法除去这些气体，封闭循环区域中污染物浓度必然会越来越大。规程严禁采用循环通风。,如图所示，若要采用常规的压入式通风，它虽能有效地解决瓦斯和气候条件问题，但无法控制掘进巷道内的矿尘浓度，并且对采煤工作面进风流的矿尘浓度也会产生影响；若要采用常规

7、的抽出式通风，由于采煤工作面内无法安设局部通风机，故只能安装在工作面外部，当工作面平巷很长时，这样做是很困难的。,在回风巷一侧如下图所示，情况正好相反，采用抽出式通风采煤工作面含尘风流直接进入掘进头，采用压入式通风则需把局部通风机置于采场通风系统之外。另一种方法是混合式，但因超前掘进巷道长度一般很短，难以布置两台局部通风机，另外掘进巷道内的风速也会很低,因此都非最佳方案。,如果采用可控循环通风，进风侧采用抽出式通风，局部通风机安在进风巷内，如图所示，经风机前置除尘器过滤后，流出局部通风机与外部新风混合，其中一部分会再次进入掘进头循环使用。由于污风在与新风混合前经过了过滤，因而可以减轻或消除掘进

8、头产生的矿尘对采、掘工作面进风流的污染。,在回风侧采用压入式通风，局部通风机安在回风巷内，如图 所示，风流过滤后再经局部通风机压入掘进头，清洗掘进头后与采煤工作面回风流混合，其中一部分流入回风道，另一部分再次进入掘进头循环使用。用这种方法可减轻或消除采煤工作面产生的矿尘对掘进头进风的污染。,可控循环通风除了在压入式和抽出式通风中应用外，在长距离巷道掘进的混合式通风中也有采用。在长抽短压式通风中，如图所示，先启动抽出式风机后启动压入式风机，外部进入的新风先清洗掘进头，其中一部分污风经风筒，由抽出式风机排出；另一部分污风在压入式局部通风机的作用下，流过两列风筒重叠段巷道，再次与外部新风混合经风机前

9、置除尘器过滤后，由局部通风机压入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。,在长压短抽式通风中，如图所示，当抽出式风机风量大于压入式风机风量时也能产生循环风。先启动压入式风机后启动抽出式风机，新风由压入式风机和风筒送入掘进头，污风全部通过抽出风筒，经前置除尘器过滤后，由抽出式风机排出，其中一部分风流(其量约等于压入式风机风量)沿掘进巷道排入外部贯穿风流中，另一部分风流(其数量等于两风机风量差)在抽出式风机的作用下通过两列风筒重叠段巷道，再次与压入风筒流出的新风混合进入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。,可控循环局部通风具有下列优点：采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内(即从后置风筒口

10、至掘进工作面)的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。,可控循环局部通风的缺点是：循环风流通过运转风机的加热，再返回掘进工作面，使风温上升。由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制，停止循环通风，恢复常规通风。,对使用可控循环通风提出下列要求：在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘自动监测装置及可靠的报

11、警装置，同时还必须进行常规环境检测分析。对循环风机实现自动开关和风量控制。对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台风机间须设闭锁装置，保证主要的局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流同时必须适当地控制抽出式与压入式两台局部通风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。,5.1.2 矿井全风压通风,这种方法不需增设其它动力设备，直接利用矿井主扇造成的风压对掘进巷道和工作面进行通风为了将新鲜风流引入工作面并排出污风，必须采用挡风墙、风幛和风筒等导风设施。优点是安全可靠，管理方便，但要有足够的总风压。,1、风障导风风墙的构筑可用砖、石风墙，木板墙及帆布，

12、塑料等柔性风幛。后两种漏风大，只适用于短距离的导风。砖、石风墙漏风小，导风距离可超过 500m；墙需有一砖至一砖半厚，并用砂浆勾缝。在图中1为纵向风墙，2为带有调节风窗的调节风门，以便行人和调节导入掘进工作面的风量。,2、利用风筒导风,采用风筒导风需设置挡风墙，墙上开有风窗的调节风门。,特点：此种方法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。,在掘进主巷的同时，在附近与其平行掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络巷即封闭。两条平行巷道的独头部分可用风幛或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。,3、平行巷

13、道导风,此方法常用于煤巷掘进，尤其是厚煤层的采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时。此法也常用于解决长巷掘进独头通风的困难。,4、钻孔导风,离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好排瓦斯效果。,引射器的通风原理是利用压力水或压缩空气经喷嘴高速射出产生射流。周围的空气被卷吸到射流中，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，空气和射流在混合管内掺混，整流后共同向前运动，使风筒内有风流不断流过。,5.1.3 引射器通风,优点与缺点,引射器通风具有设备简单、安全、水引射器有利于除尘和降温(水温低时)的优

14、点。但产生的风压低，送风量小（20200 m3/min)，效率低，费用高，只有在用水砂充填采煤法的矿井中，才可顺便使用水风扇引射器。为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风。,5.2 局部通风装备5.2.1 局部通风机定义：井下局部地点通风所用的通风机称为局部通风机。要求：体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可调、坚固防爆。1、局部通风机的种类和性能目前我国煤矿大部分仍延用六十年代研制的JBT系列轴流式局部通风机。低效率、低风量风压、高噪声。近年来，我国已研制开发了一些新产品，如沈阳鼓风机厂研制的BKJ66-11，高效率。,2、局部通风机联合工作1）局部通风机串联 如果选用的局部

15、通风机工作风压不能满足要求，可选用二台或二台以上局部通风机进行串联作业。其串联作业方式分为集中串联和间隔串联。皆可达到增加风压的目的。但从两种串联方式的风压分布图可以看出，在相同条件下集中串联时，风筒中最大的风压大于间隔串联，所以集中串联风筒漏风将大于间隔串联。,间隔串联时，如果两台局部通风机相隔较远，便会在第二台局部通风机后面一段风筒内产生负压，因而在这个区段内会有部分污风漏入风筒，造成循环风。为避免这种现象，两台局部通风机的间距一般不得大于风筒全长的三分之一。掘进长距离瓦斯巷道，一台局部通风机的风压不够用时，间隔串联不安全，可用局部通风机集中串联的方式；局部通风机之间须用一段风筒隔开，使第

16、一台局部通风机出口的紊乱风流不影响第二台局部通风机的运转效率。,5.2.2 风 筒1、风筒的种类掘进通风使用的风筒有：金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，目前有用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。常用的风筒直径有300、400、500、600和800mm等。,表 铁风筒规格参数表,表 胶布风筒规格参数表,2、风筒接头刚性风筒一般采用法兰盘连接方式。柔性风筒的接头方式有插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、罗圈接头等多种形式。目前井下广泛采用接头严密、漏风小的反边接头法。反边接头又分单反边、双反边和多反边等。,双反边接头的

17、连接顺序如图所示，先在风筒两端套上铁环l、2，并各留200300mm的反边(图A)顺风流方向把有铁环1的风筒插入有铁环2的风筒内，拉紧风筒使两环靠拢，要防止风筒歪斜出褶皱(图B)，然后把风筒1的反边翻套过来，再把风筒2的反边翻套过来(图C)。,多反边接头如图示，是在双反边的基础上多一个活环3。活环3先套在有铁环2的风筒上(图A)，当风筒1反边翻套在风筒2上时，再把活环3套在风筒2的反边和风筒1的翻边上(图B)，然后把风筒2的反边和风筒l的翻边都翻套在活环3和铁环1上(图C)。此外，及时修补风筒和堵补风筒的针眼也是常用的减少漏风的手段。,3、风筒的风阻风筒风阻包括风筒的摩擦风阻R1、接头风阻R2

18、、弯头风阻R3风筒的总风阻为：,R风筒的总风阻，Ns2/m8；R1风筒的摩擦风阻，Ns2/m8；R2风筒接头处的局部风阻，Ns2/m8；R3风筒拐弯处的局部风阻，Ns2/m8；a风筒的摩擦阻力系数，Ns2/m4；l 风筒长度，m；d风筒直径m；n风筒的接头数目；j风筒接头的局部阻力系数，无因次；b风筒拐弯的局部阻力系数，无因次；空气密度，kg/m3。,在实际应用中，一般将实测百米风筒平均风阻(包括局部风阻)作为衡量风筒管理质量和设计的数据。根据风筒的百米风阻值R100可以直接计算长度为L的风筒实际风阻：,表 开滦等矿和重庆研究所实测的风筒百米风阻值的结果,4、风筒的漏风漏风量的大小与风筒种类、

19、规格尺寸、接头方法、接头质量以及风筒风压等因素有关，而更重要的是与风筒的维护及管理有密切的关系。金属风筒的漏风主要发生在接头处，且随风压增加而增加。柔性风筒不仅接头漏风，在其全长（如粘缝、针眼等）都有漏风。考虑风筒漏风的大小，可用漏风量备用系数来表示。Qf局部通风机的供风量，m3/s；Q0风筒末端的风量，m3/s。,金属风筒的漏风主要发生在连接处。若把风筒漏风看成是连续的，且漏风状态是紊流，在风筒全长上的漏风风量备用系数可按下式计算d风筒直径，m；n风筒的接头数目；R风筒全长的摩擦风阻，Ns2/m8；K相当于直径为1 m的风筒的透风系数；K值的大小与风筒的连接质量有关：插接时可取0.00260

20、.0032，法兰盘连接用草绳垫圈时可取0.00190.0026，法兰盘连接用胶皮垫圈可取0.000320.0019。,柔性风筒不仅接头漏风，在风筒全长上都有漏风，而漏风量随风筒内风压增大而加大。柔性风筒的漏风风量备用系数可以根据风筒100 m长度的漏风率p来计算。柔性风筒漏风风量备用系数；p风筒100 m长度的漏风率，%L风筒总长度，m.,5、风筒的安装与要求,我国煤矿在长距离独头巷道掘进通风技术管理和风筒安装方面，积累了丰富的经验。可归纳如下：适当增加风筒节长，减少接头数目，降低风筒的局部风阻和漏风。改进接头连接方式，淮北沈庄煤矿用铁圈压板接头代替插接方式，送风距离达3033 m，工作面风量

21、为63.2 m3/min，风筒百米漏风率减少了75。枣庄矿使用的螺圈接头，内壁光滑，接头局部风阻小，漏风也小，送风距离达3795 m。,风筒悬吊要平、直、稳、紧，逢环必吊，缺环必补，防止急拐弯。风机安装、悬吊也要与风筒保持平直。风机与风筒直径不同时，要用异径缓变接头连接。在每隔一定距离风筒上安装放水嘴，随时放出风筒中凝结的积水。,5.3 局部通风系统设计5.3.1 局部通风系统的设计原则矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；,尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。

22、风筒材质应选择阻燃、抗静电型；当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。,5.3.2 局部通风设计步骤确定局部通风系统，绘制掘进巷道局部通风系统布置图。按通风方法和最大通风距离，选择风筒类型与直径；计算风机风量和风筒出口风量；按掘进巷道通风长度变化，分阶段计算局部通风系统总阻力；按计算所得局部通风机设计风量和风压，选择局部通风机；按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。,1、风筒的选择（1）直径保证最大通风长度；（2）送风量和送风距离，不影响巷道行人和输送安全。2、局部通风机的选型（1）掘进工作面所需风量的计算对于新设计矿井工作面按爆破排烟的需要确定风量。,压入式通风量计算,

23、Qbp风筒口的出风量，m3/min；t通风时间，min；A一次爆破的炸药消耗量，kg；S掘进巷道的净断面积，m2；ld工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按ld400A/S(m)计算。当掘进巷道的长度小于ld 时，用巷道长度置换ld。,抽出式通风量计算,Qbe风筒入口的风量，m3/min；lt炮烟抛掷的长度，m。它取决于起爆方式和炸药消耗量，即：电雷管起爆时，lt15+A/5，m；火雷管起爆时，lt15A，m,混合式通风量计算,在长抽短压的通风方式中，应满足抽出式风筒入口的风量Qbe大于压入式风筒出口的风量Qbp，以防止循环风和维持风筒重叠段内的巷道中具有排尘或稀释瓦斯的最低速度。因此，须先

24、计算Qbp，然后用下式计算Qbe：QbeQbp60VS V排尘的最低风速0.150.25m/s；或稀释瓦斯的最低风速0.5m/s；S风筒重叠段的巷道面积，m2。,最后，根据最低风速验算岩巷：按最低排尘风速0.15m/s计算，最低风量：Qb9S，m3/min；半煤岩和煤巷：按不能形成瓦斯层的最低风速0.5m/s计算，最低风量：Qb30S，m3/min。根据最高风速验算，岩巷、半煤岩和煤巷皆以最高风速4m/s计算，这时：Qb240S，m3/min。,（2）确定局部通风机的工作参数局部通风机工作风量Qf据掘进工作面所需风量Q、距离L和风筒百米漏风率Le100，确定风筒的漏风率Le然后确定风筒的漏风备

25、用系数,由于风筒漏风，计算风筒通风阻力时，应按通过风筒的平均风量Qa值计算。其中：对于压入式局部通风机的工作风压，要用局部通风机的全风压hft，即：hftRp.Qa2RpQf Q，Pa式中，Rp压入式风筒的总风阻，实际上就是上面计算出来的R值，Ns2/m8 对于抽出式局部通风机的工作风压，宜用局部通风机的静风压hfs，即：hfsReQ2ReQf Q，Pa 式中，Re抽出式风筒的总风阻，Ns2/m8。,再用下式计算风机的风量：QfQ，m3/s局部通风机工作风压hf无论是压入式风筒还是抽出式风筒的风阻，均可根据工作面最长的通风距离选择风筒种类和直径，再查表7-3得到的百米风阻，由此计算出总风阻：局

26、部通风机风压用于克服风筒的通风阻力。应满足：,5.4 技术管理及安全措施5.4.1 长距离巷道掘进时的局部通风通风方式要选择得当，一把采用混合式通风条件许可时，尽量选用大直径的风筒，以降低风筒风阻，提高有效风量保证风筒接头的质量风筒悬吊力求“平、直、紧”以消除局部阻力要有专人负责，经常检查和维修,5.4.2 局部通风技术管理合理进行局部通风设计掘进工作面应贯彻实施安全技术装备系列化标准化局部通风机管理加强风筒管理提高通风要求,5.4.3 局部通风安全措施保证局部通风机稳定可靠运转加强瓦斯检查和监测综合防尘措施防火防爆安全措施隔爆与自救措施,1）保证局部通风机稳定可靠运转双风机、双电源、自动换机和风筒自动导风装置 短节导风切换片导风“三专两闭锁装置”局部通风机遥讯装置积极推行使用局部通风机消声装置,2）加强瓦斯检查和监测安设瓦斯自动报警断电装置，实现瓦斯遥测爆破工配备瓦斯检测器，坚持“一炮三检”实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度,