礦井通風與安全技術措施

礦井通風與安全技術措施

第一節礦井通風係統的選擇

結合第三章和第四章所確定的井田開拓、采區巷道布置、采煤工藝，選擇礦井通風係統。要求要符合安全可靠、技術先進合理、經濟、投產快等原則。

所設計的礦井服務年限超過20～25年，則分前期和後期設計，後期隻考慮通風方案，不做詳細設計。

礦井通風係統要符合下列要求。

1、每一個生產礦井，必須至少有兩個能行人的通達地麵的安全出口。各個出口之間的距離不得小於30m。如果采用中央式通風係統時，還要在井田境界附近設置安全出口。井下每一個水平到上水平和每個采區至少都要有兩個便於行人的安全出口，並同通到地麵的安全出口相連通。保證有一個井筒進新鮮空氣，另一個井筒排出汙濁的空氣。

2、進風井口，必須布置在不受粉塵、灰土、有害和高溫氣體侵入的地方。進風井筒冬季結冰，對工人身體健康、提升和其它設施有危害時，必須裝設暖風設備，保持進風井口以下的空氣溫度在2℃以上。進風井與出風井的設備地點必須地層穩定且有利於防洪。總回風道不得作為主要行人道，礦井的回風流和主扇的噪音不得造成公害。

3、箕鬥提升井或裝有皮帶運輸機的井筒兼作風井使用時，必須遵守下列規定：

(1)箕鬥提升井兼作回風井時，井上下裝、卸裝置和井塔都必須有完善的封閉措施，其漏風率不超過15%，並應有可靠的降塵設施。裝有皮帶運輸機的井筒兼作回風井時，井筒中的風速不得超過6m/s，且必須裝設甲烷斷電儀。

(2)箕鬥提升井或裝有皮帶運輸機的井筒兼作進風井時，箕鬥提升井筒中的風速不得超過6m/s；裝有皮帶運輸機的井筒中的風速不得超過4m/s，並都應有可靠的防塵措施，保證粉塵濃度符合工業衛生標準。井筒中還必須裝設自動報警滅火裝置和敷設消防管路。

4、所有礦井都必須采用機械通風，主要扇風機(供全礦、一翼或一個分區使用)必須安裝在地麵。同一井口不宜選用幾台主扇並聯運轉，主扇要有符合要求的防爆門、反風設施和專用的供電線路。

5、每一個礦井必須有完整的獨立的獨立通風係統，不宜把兩個可以獨立通風的礦井合並一個通風係統。若有兩個出風井，則自采區流到各個出風井的風流需保持獨立；各工作麵的回風在進入采區回風道之前，各采區的回風在進入回風水平之前都不能任意貫通，下水平的回風流和上水平的進風流必須嚴格隔開。在條件允許時，要盡量使總進風早分開，總回風晚彙合。

6、采用多台分區主扇通風時，為了保持聯合運轉的穩定性，總進風道的斷麵不宜過小，盡可能減少公共風路的風阻；各分區主扇的回風流，中央主扇和每一翼主扇的回風流都必須嚴格隔開。

7、采煤工作麵、掘進工作麵都應采用獨立通風。采煤工作麵和其相連接的掘進工作麵，在布置獨立通風有困難時，可采用串聯通風，但必須符合《煤炭01manbetx 01manbetx 》第114條的有關規定。

8、井下火藥庫必須有單獨的進風風流，回風風流必須直接引入礦井的總回風道或主要回風道，井下充電硐室必須有單獨的風流通風，回風風流可以引入采區回風道中。

一、選擇礦井主扇的工作方法

1、抽出式主扇使井下風流處於負壓狀態，當主扇一旦因故停止運轉時，井下的風流壓力提高，有可能使采空區瓦斯湧出量減少，比較安全；壓入式主扇使井下風流處於正壓狀態，當主扇停轉時，風流壓力降低，有可能使采空區瓦斯湧出量增加。

2、采用壓入式通風時，須使礦井總進風路線上設置若幹構築物，使通風管理工作比較困難，漏風較大。

3、在地麵小塌陷區分布較廣並和采區相溝通的條件下，用抽出式通風，會把小窯積存的有害氣體抽到井下，同時使通過主扇的一部分風流短路，總進風量和工作麵有效風量都會減少；壓入式通風則能用一部分回風把小窯塌陷區的有害氣體壓到地麵。

4、在地麵小窯塌陷區嚴重，開采第一水平和低沼氣礦井的條件下，采用壓入式通風是較合適的，深水平時再過渡到抽出式通風。

目前，抽出式通風仍是主扇主要工作方式。

二、選擇礦井通風方式

1、中央並列式的適用條件

煤層傾角大、埋藏深，但走向長度不大(井田走向長度小於4km)，而且瓦斯、自然發火都不嚴重的礦井，采用中央並列式是較合理的。

2、中央分列式的適用條件

煤層傾角較小、埋藏較淺、走向長度不大，而且瓦斯、自然發火比較嚴重的礦井，采用中央分列式是較合理的。它與中央並列式相比，安全性要好，通風阻力較小，內部漏風小，這對於瓦斯、自然發火的管理工作是較有利的，且工業廣場沒有主扇噪音的影響。

3、兩翼對角式的適用條件

煤層走向長度超過4km，井型較大，煤層上部距地麵較淺，瓦斯和自然發火嚴重的礦井，采用兩翼對角式比較適宜。

4、分區對角式的適用條件

煤層距地表淺，或因地表高低起伏較大，無法開掘淺部的總回風巷，在此條件下開掘第一水平時，隻能用這種小風井分區通風的布置方式。

5、混合式的適用條件

井型大、走向長，為了縮短基建時間，在初期采用中央式通風係統，隨著生產的發展，當開采到兩翼邊界附近時，再建立對角式通風係統。

在礦井通風係統確定的基礎上，繪製礦井最容易時期與最困難時期通風係統示意圖，圖中應標明巷道長度，通過風量，通風構築物位置，新、乏風流方向等。

第二節風量計算及風量分配

對設計礦井的風量，可按兩種情況分別計算：

一種是新礦區無鄰近礦井通風資料可參考時，礦井需要風量應按設計中井下同時工作的最多人數和按噸煤瓦斯湧出量的不同的噸煤供風量計算，並取其中最大值。在礦井設計中噸煤瓦斯湧出量的計算，根據在地質勘探時測定煤層瓦斯含量，結合礦井地質條件和開采條件計算出噸煤瓦斯湧出量q_瓦，再計算礦井需風量。

另一種是依據鄰近生產礦井的有關資料，按生產礦井的風量計算方法進行。其原則是：礦井的供風量應保證符合礦井安全生產的要求，使風流中沼氣、二氧化碳、氫氣和其它有害氣體的濃度以及風速、氣溫等必須符合《01manbetx 》有關規定。創造良好的勞動環境，以利於生產的發展。畢業設計是在收集實習礦井資料基礎上進行的，故可按此種方法計算礦井風量。即按生產礦井實際資料，分別計算設計礦井采煤工作麵、掘進工作麵、硐室等所需風量，得出全礦井需風量，即“由裏往外”計算方法。

礦井總風量按下式計算

Q_kj= (∑Q_cj+∑Q_jj+∑Q_dj+∑Q_gj) K_kj

式中：Q_kj——礦井總進風量，m³/min;

∑Q_cj——采煤工作麵實際需要風量總和，m³/min;

∑Q_jj——掘進工作麵實際需要風量總和，m³/min;

∑Q_dj——獨立通風的硐室實際需要風量總和，m³/min;

∑Q_gj——礦井中除采煤、掘進和硐室以外其它井巷需要通風量總和，m³/min;

K_kj——礦井通風係數(包括內部漏風和配風不均勻等因素)宜取1.15～1.25。

對上述Q_kj中各項計算作如下說明：

一、采煤工作麵實際需要風量

采煤工作麵實際需要風量應按礦井各個采煤工作麵實際需要風量的總和計算，即：

∑Q_采= nQ_綜采+nQ_機采+nQ_炮采+nQ_其它+Q_備( m³/min )

式中：Q_綜采——綜采工作麵所需要的風量，m³/min；

Q_機采——機采工作麵所需要風量，m³/min；

Q_炮采——炮采工作麵所需要風量，m³/min；

Q_其它——其它開采法工作麵所要風量，m³/min；

Q_備——備用工作麵所需要風量，為生產工作麵風量的一半，m³/min；

n——各種開采法工作麵的個數，個。

根據瓦斯湧出量和開采方法不同分別計算：

1、低沼氣(或二氧化碳)炮采工作麵所需要的風量，按下列四種方法計算並選取其中最大值。

(1)按炸藥量計算：

Q_炮采=25A( m²/min )

式中：25——每公斤炸藥爆破後，需要供給的風量，m³/min；

A——工作麵一次爆炸的最大炸藥用量，kg。

(2)按人數計算：

Q_炮采=4N( m³/min )

式中：N——炮采工作麵同時工作的最多人數，人；

4——每個人每分鍾所需要的供風量，m³/min·人。

(3)按平均日產一噸的供風標準計算：

Q_炮采=T_炮·q·K_產( m³/min )

式中：T_炮——炮采工作麵平均日產量，t/d；

K_產——產量不均衡係數，取1.15；

Q——係根據鄰近生產礦井的炮采工作麵日產一噸煤的供風標準而定，一般為0.6～1.0m³/min·(t/d)^-1。

(4)按炮采工作麵的合理風速計算

對長壁工作麵實際需要的風量，按下式計算：

Q_炮采=60·V_采·S_采( m³/min )

式中：S_采—采煤工作麵的平均斷麵積，按最大和最小控頂斷麵的平均值計算，m²；

V_采——與采煤工作麵空氣溫度相對應的合理風速，m/s。

表7-1采煤工作麵合理風速

計算後，確定是前三種計算方法中的任一種，則還需進行風速計算：

≥0.25 ( m/s )

式中：0.25——采煤工作麵允許最低風速，m/s。

<4 ( m/s )

式中：4——采煤工作麵允許最高風速，m/s。

2、低沼氣(或二氧化碳)一般機采麵風量計算

按炮采工作麵的第③第④種計算方法，因機采麵產量一般高於炮采工作麵，所以還應按采煤工作麵的回風巷所允許的瓦斯濃度驗算：

<

式中：Q_機采——機采工作麵所需的風量，m³/min；

Q_機瓦——機采工作麵絕對瓦斯湧出量，m³/min；

Q_機瓦=

Q_瓦——相對瓦斯湧出量，m³/t；

T_機——機采工作麵平均日產量，t/d；

——采煤工作麵的回風巷所允許的瓦斯濃度，百分數。

3、綜采工作麵和高沼礦采煤工作麵(綜采工作麵)所需風量的計算

按沼氣湧出量計算：

Q_綜采=100·Q_綜瓦

式中：Q_綜采——綜采工作麵所需的風量，m³/min；

Q_綜瓦——綜采工作麵的絕對瓦斯湧出量；

Q_綜瓦= ，m³/min

式中：T_綜采——綜采工作麵平均日產量，t/d；

K_瓦——瓦斯湧出不均衡係數，對高沼氣礦K_瓦=1.2～1.25，

對低沼氣礦則取K_瓦=1.15；

100——按采煤工作麵的沼氣濃度不超過1/100計算。

按二氧化碳湧出量的計算，可參照按沼氣湧出量的計算方法進行。

二、掘進工作麵所需風量

掘進工作麵所需風量，應按礦井各個需要獨立通風的掘進工作麵實際需要風量的總和計算，即

∑Q_掘= (nQ_煤掘+nQ_岩掘)K_掘備，m³/min

式中：Q_煤掘——每個煤巷掘進工作麵所需要的風量，一般取150～200(個別高沼礦高於300)m³/min；

Q_岩掘——每個岩巷掘進工作麵(開拓岩巷)所需要的風量；一般取200～300m³/min；

n——需獨立通風的煤巷、岩巷數；

K_掘備——掘進工作麵備用係數，一般取1.20。

當施工準備時，可按允許的沼氣濃度和二氧化碳濃度、炸藥用量、局扇實際吸風量、風速和人數等規定要求分別進行計算，並取其中最大值。

三、硐室實際需要風量

硐室實際需要風量應按礦井各個獨立通風硐室實際需要風量的總和計算，即

∑Q_硐= Q_火+Q_充+Q_機+Q_采硐+Q_其它，m³/min

式中：Q_火——火藥庫實際需要風量，按每小時4次換氣量計算，即Q_火=0.07V( m³/min )；

V——包括聯絡巷道在內的火藥庫的空間總體積(m³)。或按經驗值給定風量，大型火藥庫供風100～150m³/min；中小型火藥庫供風60～100m³/min；

Q_充——充電硐室實際需要風量，應按回風流中氫氣濃度小於0.5%計算，但不得小於100m³/min，或按經驗值給定100～200m³/min；

Q_機——大型機電硐室實際需要風量，應按機電設備運轉的發熱量計算，即

Q_機= ( m³/min )

W_i——機電硐室中運轉的機電總功率，kW；

(1-μ_i)——機電硐室的發熱係數，應根據實際考查的結果確定，也可取下列數值，空氣壓縮機房取0.20～0. 23；水泵房取0.02～0.04；

860——1kW/h的熱當量數，千卡；

μ_i——機電設備效率；

Δt——機電硐室進回風流的氣溫差，℃；

Q_采硐——采區絞車房或變電硐室實際需要風量，按經驗供給風量60～80 m³/min；

Q_其它硐——其它硐室所需風量，根據具體情況供風。

按各工作點所計算的風量來考慮漏風及配風不均等因素的影響，因此，在風量分配時，對每條巷道實際供風量應按實際需要風量再乘以礦井通風係數K_礦(1.20～1.35)，並依此進行風速驗算和計算井巷通風阻力。

四、風速驗算

各條井巷的供風量確定後，要按《01manbetx 》第101條規定的風速進行驗算。

如果某條井巷的風速不符合《01manbetx 》規定，則必須進行調整，然後將各地點、各巷道的風量、斷麵、風速列成一覽表。

《規程》規定的風速限定值見表7-2所示。

第三節全礦通風阻力計算

在扇風機整個服務期限內，礦井通風總阻力隨著開采深度的增加和走向範圍的擴大以及產量提高而增加。為了扇風機於整個服務期限內均能在合理的效率範圍內運轉，在選擇扇風機時必須考慮到最大可能的總阻力和最小可能的總阻力，前者對應於扇風機服務期限內通風最困難時期礦井總阻力，後者對應於通風最容易時期的礦井總阻力，同時還考慮到自然風壓的作用。

表7-2風速限定值

一、計算原則

1、在進行礦井通風總阻力計算時，不要計算每一條巷道的通風阻力，隻選擇其中一條阻力最大的風路進行計算。但必須是選擇礦井達到設計產量以後，通風容易時期和通風困難時期的阻力最大風路。一般可在兩個時期的通風係統圖上根據采掘作業布置情況分別找出風流線路最長、風量較大的一條線路作為阻力最大的風路。在選定的線路上(分最容易和最困難時期)，從進風井口到回風井口逐段編號，對各段井巷進行阻力計算，然後累加起來得出這兩個時期的各自井巷通風總阻力( h_阻易、h_阻難)。如果通風係統複雜，直觀上難以判斷哪條風路阻力最大時，則需選擇幾條風路，通過計算比較選出其中最大值。

如果礦井服務年限較長，則隻計算頭15～25a的通風容易和困難兩個時期的井巷通風總阻力。

2、通過主扇的風量Q_扇必大於通過出風井的礦井總風量Q_礦，為了計算礦井的阻力，先算出Q_扇：

對於抽出式：

Q_扇= (1.05～1.10)Q_礦( m³/min )

式中，1.05～1.10為外部漏風係數，出風井無提升運輸任務時取1.05，有提升運輸任務時取1.10。

對於壓入式：

Q_扇=(1.10～1.15)Q_礦( m³/min )

式中，通風井無提升運輸任務時取1.10，有提升運輸任務時取1.15。

3、為了經濟、合理、安全地使用主扇，應控製h_阻難不太大，對大型礦井不超過4400Pa，有自燃傾向的礦井不超過3400Pa。

二、計算方法

沿著上述兩個時期通風阻力最大的風路，分別用下式算出各區段井巷的摩擦阻力：

h_摩= α·L·U·Q²/S³(Pa)

式中：L、U、S——分別為各井巷的長度、周長、淨斷麵積(m，m，m²)；

α——摩擦阻力係數，可查閱《煤礦通風與安全》一書的附錄；

Q——各井巷和硐室所通過的風量分配值，係根據前麵所計算的各井巷硐室所需要的實際風量值再乘以K_礦(即考慮井巷的內部漏風和配風不均勻等因素)後所求得風量值，m³/s。

將以上計算結果填入表7-3。其總和為總摩擦阻力∑h_摩，即：

∑h_摩= h_1-2+h_2-3+……+h_-n-(n+1)( Pa )

式中：h_1-2，h_2-3，……為各段井巷之摩擦阻力，Pa。

表7-3井巷通風摩擦阻力計算表

因此，全礦總阻力為：

(1)通風容易時期的總阻力h_阻易為：

h_阻易=1.2∑h_摩易( Pa )

(2)通風困難時期的總阻力h_阻難為：

h_阻難=1.15∑h_摩難( Pa )

式中：1.2，1.15——考慮到風路上有局部阻力的係數。

三、計算礦井總風阻及總等積孔

R_礦易=h_阻易/Q²_扇（kμ）

R_礦難=h_阻難/Q²_扇（kμ）

式中：R_礦易、R_礦難——容易時期和困難時間的全礦總風阻，kμ。

A_礦易=1.19Q_扇/ ( m²)

A_礦難=1.19Q_扇/ ( m²)

式中：A_礦易、A_礦難——容易時間、困難時期全礦通風等積孔，m²；

如係多台風機工作的礦井，其總等積孔為：

A_總=1.19 ( m²)

式中：H_i——自地麵總進風井口至每台扇風機入口的風壓，Pa；

Q_i——係每一翼的扇風機的風量，m³/s。

第四節扇風機選型

一、選擇主扇

通常用扇風機的個體特性曲線來選擇主扇。要保證主扇在容易時期的工作效率不致太低，又能保證主扇在困難時期風壓夠用且能有足夠的風量，同時還要考慮自然風壓的影響。

1、確定主扇的風壓

對抽出式通風，分別求出兩個時期的扇風機靜壓：

容易時期：

h_扇靜易=h_阻易- h_自助( Pa )

式中：h_自助——通風容易時期幫助主扇風壓工作的礦井自然風壓，h_自=0 Pa。

困難時期：

h_扇靜難=h_阻難+ h_自反( Pa )

式中：h_自反——通風困難時期反對主扇風壓工作的礦井自然風壓，Pa(可根據鄰近的礦井資料估算)。

對於壓入式通風，分別求出兩個時期的扇風機全壓：

容易時期：

h_扇全易=h_阻易-h_自助( Pa )

困難時期：

h_扇全難=h_阻難+h_自反( Pa )

2、選擇主扇

根據求出的Q_扇、h_扇難、h_扇易兩組數據，在扇風機個體特性曲線圖表(參看通風教材第四章及附錄Ⅳ、附錄Ⅴ)上選擇合適的主扇。

對軸流式扇風機：容易時期應在安裝角θ較小的情況工作，困難時期應在安裝角θ較大的情況下工作，其效率不低於0.6，如兩組數據所確定的工作點不是剛好落在特性曲線上，應偏大一個調整級差(以2.5°為一個級差)確定扇風機特性曲線。再求出扇風機工作風阻，依此值計算並繪製風阻曲線交於風機特性曲線上，即為所選擇的扇風機的工作點。

對離心式扇風機：容易時期應在轉速較低的情況工作，困難時期應在轉速較高的情況下工作，其效率亦不低於0.6。如兩組數據所確定的工作點也不是剛好落在特性曲線上，應偏大一個調整轉速級差確定扇風機特性曲線，其工作點可采取增大扇風機工作風阻的方法(用調節閘門增大阻力)確定。

選定主扇後，將兩個時期的主扇型號、動輪直徑、動輪葉片安裝角度(指軸流式)、轉速、風壓、風量、效率、輸入功率等數值，列出一覽表，並繪出所選扇風機的特性曲線及工作點。

二、選擇電動機

根據通風容易和通風困難兩個時期主扇的輸入功率，計算電動機的輸出功率N_電出。當選擇異步電動機時，可用下列兩種方法計算。

1、當主扇的輸入功率在通風容易時期為N_扇入易與困難時期的N_扇入難相差不大時，即N_扇入易≥0.6N_扇入難時，則兩個時期都用一種較大功率的電動機。其電動機的輸出功率N_電出和輸入功率N_電入分別用下式計算：

N_電出= ( kW )

式中：η_轉——傳動效率，直接傳動時，η_轉=1；

N_電入=(1.10～1.15) ( kW )

式中：1.10～1.15——電動機的容量係數，對於離心式扇風機取1.15，

對於軸流式扇風機取1.10；

η_電——電動機效率，一般取0.9～0.95，或在電動機的技術特征上查得。

2、當主扇的輸入功率N_扇入易<0.6N_扇入難時，則容易時期用功率較小的電動機，在適當時候換用功率較大的電動機。通風容易時期電動機的輸出功率用比例中項式計算：

N_電出易= ( kW )

N_電入易=(1.10～1.15) ( kW )

通風困難時期電動機的輸出功率用下式計算：

N_電出難= ( kW )

N_電入難=(1.10～1.15) ( kW )

對於功率在400～500kW以上的主扇，宜選用同步電動機，用第一種計算方法計算。根據以上計算所得出的數據，在《電動機技術手冊》上選用合適的電動機，並將電動機型號、轉速、功率等技術特征列出一覽表。

第五節礦井安全技術措施

根據設計礦井瓦斯湧出量、煤塵爆炸性、煤炭自然發火、礦井湧水等具體情況，依據實習礦井在防治災害方麵的經驗、《煤礦安全規程》的有關規定，提出具體的、並具有針對性的礦井主要安全技術措施。