《通 風 安 全 學》 第六章 局部通風
安徽理工大學能源與安全學院
安全工程係
本章主要內容
第一節 局部通風方法
一、局部通風機通風
二、礦井全風壓通風
三、引射器通風
第二節 掘進工作麵需風量計算
一、排除炮煙所需風量
二、排除瓦斯所需風量
三、排除礦塵所需風量
四、按風速驗算風量
第三節 局部通風裝備
一、風筒
本章主要內容
二、引射器通風
三、局部通風機
第四節 局部通風係統設計
一、局部通風係統的設計原則
二、局部通風設計步驟
第五節 掘進安全技術裝備係列化
一、保證局部通風機穩定可靠運轉
二、加強瓦斯檢查和監測
三、綜合防塵措施
四、防火防爆安全措施
五、隔爆與自救措施
本章重點和難點
局部通風方法和掘進工作麵需風量計算。
第六章 局部通風
第一節 局部通風方法
利用局部通風機或主要通風機產生的風壓對井下獨頭巷道進行通風的方法稱為局部通風（又稱掘進通風）。
第一節 局部通風方法
一、局部通風機通風
利用局部通風機作動力，通過風筒導風的通風方法稱局部通風機通風，它是目前局部通風最主要的方法。
常用通風方式：壓入、抽出和混合式。
1.壓入式 布置方式：
第一節 局部通風方法
Ls－－從風筒出口至射流反向的最遠距離（即擴張段和收縮段總長）稱射流有效射程。
第一節 局部通風方法
特點：
（１）局扇及電器設備布置在新鮮風流中；
（２）有效射程遠，工作麵風速大，排煙效果好；
（３）可使用柔性風筒，使用方便；
（４）由於Ｐ內＞Ｐ外，風筒漏風對巷道排汙有一定作用。
要求：（１）Ｑ局＜Ｑ巷，避免產生循環風；
（２）局扇入口與掘進巷道距離大於10m；
（３）風筒出口至工作麵距離小於Ls。
第一節 局部通風方法
2.抽出式
布置方式：
有效吸程Le:風筒吸口吸入空氣的作用範圍。
在巷道邊界條件下，其一般計算式為：
特點： （１）新鮮風流沿巷道進入工作麵，勞動條件好；
（２）汙風通過風機；
（３）有效吸程小，延長通風時間，排煙效果不好；
（４）不通使用柔性風筒。
第一節 局部通風方法
3. 壓入式和抽出式通風的比較：
1) 壓入式通風時，局部通風機及其附屬電氣設備均布置在新鮮風流中，汙風不通過局部通風機，安全性好；而抽出式通風時，含瓦斯的汙風通過局部通風機，若局部通風機不具備防爆性能，則是非常危險的。
第一節 局部通風方法
2)壓入式通風風筒出口風速和有效射程均較大，可防止瓦斯層狀積聚，且因風速較大而提高散熱效果。然而，抽出式通風有效吸程小，掘進施工中難以保證風筒吸入口到工作麵的距離在有效吸程之內。與壓入式通風相比，抽出式風量小,工作麵排汙風所需時間長、速度慢。
3)壓入式通風時,掘進巷道湧出的瓦斯向遠離工作麵方向排走,而用抽出式通風時,巷道壁麵湧出的瓦斯隨風流向工作麵，安全性較差。
第一節 局部通風方法
4) 抽出式通風時,新鮮風流沿巷道進向工作麵，整個井巷空氣清新，勞動環境好；而壓入式通風時，汙風沿巷道緩慢排出，當掘進巷道越長，排汙風速度越慢，受汙染時間越久。
5)壓入式通風可用柔性風筒，其成本低、重量輕，便於運輸，而抽出式通風的風筒承受負壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風筒，成本高，重量大，運輸不便。
第一節 局部通風方法
適用條件：
壓入式通風：以排瓦斯為主的煤巷或半煤巷。
抽出式通風：以排塵為主的井筒或岩巷掘進。
第一節 局部通風方法
4. 混合式通風
混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯合運用,按局部通風機和風筒的布設位置，分為:長壓短抽、長抽短壓和長抽長壓。1) 長抽短壓（前壓後抽）
工作麵的汙風由壓入式風筒壓入的新風予以衝淡和稀釋，由抽出式主風筒排出。
第一節 局部通風方法
2) 長壓短抽(前抽後壓)
工作方式：新鮮風流經壓入式長風筒送入工作麵, 工作麵汙風經抽出式通風除塵係統淨化,被淨化後的風流沿巷道排出。
第一節 局部通風方法
混合式通風的主要特點：
a、通風是大斷麵長距離岩巷掘進通風的較好方式；
b、主要缺點是降低了壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內的風量，當掘進巷道斷麵大時,風速就更小,則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。
第一節 局部通風方法
5.可控循環通風
當局部通風機的吸入風量大於全風壓供給設置通風機巷道的風量時，則部分由局部用風地點排出的汙濁風流，會再次經局部通風機送往用風地點，故稱其為循環風。
第一節 局部通風方法
在煤礦掘進通風中當使用閉路循環係統時，因既無任何出口，也無法除去這些氣體，在封閉的循環區域中的汙染物濃度必然會越來越大。因此，《規程》嚴禁采用循環通風。
如果循環通風是在一個敞開的區域內，且連續不斷地有適量的 新鮮風流摻入到循環風流中,經理論與實踐證明，這部分有控製的循環風流中的汙染物濃度僅僅取決於該地區內汙染物的產生率及流過該地區的新鮮風量的大小，故循環區域中任何地點的汙染物濃度，都不會無限製地增大，而是趨於某一限值。
第一節 局部通風方法
第一節 局部通風方法
可控循環局部通風--優點:
(1) 采用混合式可控循環通風時,掘進巷道風流循環區內側的風速較高，避免了瓦斯層狀積聚,同時也降低了等效溫度，改善了掘進巷道中的氣候條件。
(2) 當在局部通風機前配置除塵器時，可降低礦塵濃度。
(3) 在供給掘進工作麵相同風量條件下，可降低通風能耗。
第一節 局部通風方法
可控循環局部通風--缺點：
(1) 由於流經局部通風機的風流中含有一定濃度的瓦斯與粉塵，因此，必須研製新型防爆除塵風機。
(２)循環風流通過運轉風機加熱,再返回掘進麵，使風溫上升。
(3) 當工作麵附近發生火災時，煙流會返回掘進工作麵，故安全性差，抗災能力弱，災變時有循環風流通過的風機應立即進行控製,停止循環通風,恢複常規通風。
第一節 局部通風方法
對使用可控循環通風提出下列要求：
1) 在可控循環通風係統中，必須裝有瓦斯、風量、粉塵自動監測裝置及報警裝置，必須進行常規環境檢測分析；
2) 對循環風機實現自動開關和風量控製。
它僅適用於需要除塵和排炮煙的掘進巷道通風，故在冶金礦山中應用較多。
第一節 局部通風方法
二、礦井全風壓通風
全風壓通風是利用礦井主要通風機的風壓，借助導風設施把主導風流的新鮮空氣引入掘進工作麵。其通風量取決於可利用的風壓和風路風阻。
按其導風設施不同可分為：
1.風筒導風 在巷道內設置擋風牆截斷主導風流，用風筒把新鮮空氣引入掘進工作麵，汙濁空氣從獨頭掘進巷道中排出。。
特點：此種方法輔助工程量小，風筒安裝、拆卸比較方便，通常用於需風量不大的短巷掘進通風中。
第一節 局部通風方法
２.平行巷道導風
在掘進主巷的同時，在附近與其平行掘一條配風巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯絡巷，形成貫穿風流，當新的聯絡巷溝通後，舊聯絡巷即封閉。兩條平行巷道的獨頭部分可用風幛或風筒導風，巷道的其餘部分用主巷進風，配巷回風。
特點：此方法常用於煤巷掘進，尤其是厚煤層的采區巷道掘進中，當運輸、通風等需要開掘雙巷時。此法也常用於解決長巷掘進獨頭通風的困難。
第一節 局部通風方法
3.鑽孔導風
離地表或鄰近水平較近處掘進長巷反眼或上山時，可用鑽孔提前溝通掘進巷道，以便形成貫穿風流。
這種通風方法曾被應用於煤層上山的掘進通風，取得了良好排瓦斯效果。
第一節 局部通風方法
4.風幛導風
在巷道內設置縱向風幛，把風幛上遊側的新風引入掘進工作麵，清洗後汙風從風幛下遊一側排出。這種導風方法，構築和拆除風幛工程量大。適用短距離或無其它好方法可用時采用。
風牆的構築可用磚、石風牆，木板牆及帆布，塑料等柔性風幛。後兩種漏風大，隻適用於短距離的導風。磚、石風牆漏風小，導風距離可超過 500m；牆需有一磚至一磚半厚，並用砂漿勾縫。
第一節 局部通風方法
第二節 掘進工作麵需風量計算
一、排除炮煙所需風量
1. 壓入式通風
前蘇聯В.Н.沃洛寧公式，當風筒出口到工作麵的距離
Lop≤Ls＝(4～5) 時，工作麵所需風量或風筒出口的風量應為：
m3/min
A—同時爆破炸藥量；
b—每kg炸藥產生的CO當量，煤巷b=100L/kg；岩巷b=40L/kg
Pq—風筒漏風係數 ；CP—氧化炭濃度允許值， CP =0.02%
第二節 掘進工作麵需風量計算
L取值：
當巷道距離較短，巷道出口斷麵的最大炮煙濃度> CP 時，取獨頭巷道長度；
當巷道較長，炮煙排到離工作麵一定距離處，斷麵上的平均最大濃度已稀釋到允許濃度CP 時，這一距離稱為炮煙稀釋安全長度Ld；
K—紊流擴散係數，取決於風筒出口距麵距離和風筒直徑 之比，k=1
第二節 掘進工作麵需風量計算
2. 抽出式通風
前蘇聯В.Н.沃洛寧公式,當風筒末端至工作麵的距離
時, 工作麵所需風量或風筒入口風量應為：
m3/min
第二節 掘進工作麵需風量計算
3. 混合式通風
在長抽短壓混合式布置時，為防止循環
風和維持風筒重疊段巷道內具有最低的排
塵或稀釋瓦斯風速，則抽出式風筒的吸風
量應大於壓入式風筒出口風量,即
式中Ｑpc 按壓入式風量計算。
Qec＝Qpc＋60VS
V——排塵的最低風速0.15～0.25m/s；
或稀釋瓦斯的最低風速0.5m/s；
S——風筒重疊段的巷道麵積，m2
第二節 掘進工作麵需風量計算
二、排除瓦斯所需風量
在有瓦斯湧出的巷道掘進工作麵內，其所需風量應保證巷道內任何地點瓦斯濃度不超限，其值可按下式計算：
三、排除礦塵所需風量
風流的排塵風量可按下式計算：
N-同時工作的鑽機台數；v-鑽眼速度；S-鑽眼麵積；ρ-岩石密度；i-呼吸性粉塵生成率；K-呼吸性粉塵未捕捉係數
第二節 掘進工作麵需風量計算
四、按風速驗算風量
岩巷按最低風速0.15m/s或風量Q9S(m3/min);半煤岩巷和煤巷按不能形成瓦斯層的最低風速0.25m/s或Q 15S (m3/min);驗算
五、掘進巷道需風量
按排炮煙、排瓦斯、排塵分別計算，取最大值，然後才進行風速驗算。
第三節 局部通風裝備
局部通風裝備是由局部通風動力設備、風筒及附屬裝置組成。
一、風筒
風筒是最常見的導風裝置。對風筒的基本要求是漏風小、風阻小、重量輕、拆裝簡便。
1. 風筒種類
風筒按其材料力學性質可分為剛性和柔性兩種。
剛性風筒是用金屬板或玻璃鋼材製成。玻璃鋼風筒比金屬風筒輕便、抗酸、堿腐蝕性強、摩擦阻力係數小。
柔性風筒是應用更廣泛的一種風筒，通常用橡膠、塑料製成。其最大優點是輕便，可伸縮、拆裝運搬方便。
第三節 局部通風裝備
為滿足抽出式通風要求，目前用金屬整體螺旋彈簧鋼絲為骨架塑料布風筒。常用風筒直徑有300、400、500、600和800mm等。
2. 風筒接頭
剛性風筒一般采用法蘭盤連接方式。
柔性風筒的接頭方式有插接、單反邊接頭、雙反邊接頭、活三環多反邊接頭、羅圈接頭等多種形式。
第三節 局部通風裝備
3.風筒的阻力
風筒風阻包括風筒的摩擦風阻Rfr和局部風阻Rer[包括接頭風阻Rjo、彎頭風阻Rbe和風筒的出口風阻Rou(壓入式)或是入口風阻Rin(抽出式)。
壓入式風筒的總風阻為：
第三節 局部通風裝備
抽出式風筒的總風阻為：
式中,L——風筒全長，m；
d ——風筒直徑，m；
s——風筒斷麵積，m2；
α—風筒摩擦阻力係數，N·s2／m4。
金屬風筒內壁粗糙度大致相同，所以α值隻與直徑有關(表6-3-3和6-3-4）。柔性風筒和帶剛性圈的柔性風筒的摩擦阻力係數都與風壓有關。
第三節 局部通風裝備
ξjo——風筒接頭的局部阻力係數，無因次。當風筒全長共有n個接頭時，則接頭總的局部阻力係數按nξjo計算。
ξbs——風筒拐彎局部阻力係數，無因次，按拐彎角度β查表；
ξou——風筒出口局部阻力係數，取ξou＝1；
ξin——風筒入口局部阻力係數，當入口處完全修圓時ξin＝ 0.1，
不修圓的直角入口ξin ＝0.5～0.6。
第三節 局部通風裝備
第三節 局部通風裝備
在實際應用中，一般將實測百米風筒平均風阻(包括局部風阻)作為衡量風筒管理質量和設計的數據。
根據風筒的百米風阻值R100可以直接計算長度為L的風筒實際風阻：
第三節 局部通風裝備
表6-3-5 開灤等礦和重慶研究所實測風筒百米風阻值
第三節 局部通風裝備
4.風筒漏風
剛性風筒風筒的漏風，主要發生在接頭處，
柔性風筒不僅接頭而且全長的壁麵和縫合針眼都有漏風，故風筒漏風屬連續的均勻漏風。
因此，應用始末端風量的幾何平均值作為風筒的風量Q,即：
m3/min
式中局部通風機風量Qa與風筒出口風量Qh不等， Qa與Qh之差就是風筒的漏風量Ql，
第三節 局部通風裝備
1)漏風率
風筒漏風量占局部通風機工作風量的百分數稱為風筒漏風率ηl。
ηl雖能反映風筒的漏風情況，但不能作為對比指標。故常用百米漏風率ηl100表示：
ηl100＝ηl/L×100
L 為風簡長度。柔性風筒的百米漏風率
第三節 局部通風裝備
2)有效風量率
掘進工作麵風量占局部通風機工作風量的百分數稱為有效風量率pe。
3) 漏風係數
風筒有效風量率的倒數稱為風筒漏風係數pq。
金屬風筒的pq值 柔性風筒的pq值：
K—相當於直徑為1m的金屬風筒每個接頭的漏風率。
D—風筒直徑,m; n—風筒接頭數,個; L—風筒全長,m。 R0—每米長風筒的風阻,N·s2/m8; n—接頭數；ηj—個接頭的漏風率。
第三節 局部通風裝備
風筒的直徑
風筒直徑的選擇主要取決於送風量、送風距離以及巷道斷麵的大小等因素。生產中，一般是根據經驗選取標準直徑。 下表是雞西、開灤等礦區局部通風機和風筒配套的經驗。
第三節 局部通風裝備
二、局部通風機
井下局部地點通風所用的通風機稱為局部通風機。
要求：體積小、風壓高、效率高、噪聲低、性能可調、堅固防爆。
1. 局部通風機的種類和性能
目前我國煤礦大部分仍延用六十年代研製的JBT係列軸流式局部通風機。具有低效率、低風量風壓、高噪聲。
近年來，我國已研製開發了一些新產品，如沈陽鼓風機廠研製的BKJ66-11，對旋風機等。
第三節 局部通風裝備
2.確定局部通風機的工作參數
1)局部通風機工作風量Qf
根據掘進工作麵所需風量Q、距離L和風筒百米漏風率Le100，確定風筒的漏風率Le,：
然後確定風筒的漏風備用係數ψ :
再用下式計算風機的風量：
Qf＝ψ·Q，m3/s
第三節 局部通風裝備
2. 局部通風機聯合工作
（１）局部通風機串聯
(2) 局部通風機並聯
當風筒風阻不大，用一台局部通風機供風不足時，可采用。
第四節 局部通風係統設計
一、局部通風係統的設計原則
(1) 礦井和采區通風係統設計應為局部通風創造條件；
(2) 局部通風係統要安全可靠、經濟合理和技術先進。
(3) 盡量采用技術先進的低噪、高效型局部通風機。
(4) 壓入式通風宜用柔性風筒，抽出式通風宜用帶剛性骨架的可伸縮風筒或完全剛性的風筒。風筒材質應選擇阻燃、抗靜電型。
(5)當一台風機不能滿足通風要求時可考慮選用兩台或多台風機聯合運行。
第四節 局部通風係統設計
二、局部通風設計步驟
(1) 確定局部通風係統，繪製掘進巷道局部通風係統布置圖。
(2) 按通風方法和最大通風距離，選擇風筒類型與直徑；
(3) 計算風機風量和風筒出口風量；
(4) 按掘進巷道通風長度變化，分階段計算局部通風係統總阻力
(5) 按計算所得局部通風機設計風量和風壓，選擇局部通風機；
(6) 按礦井災害特點，選擇配套安全技術裝備。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
一、掘進工作麵產生事故的原因：
(1)掘進工作麵是最先揭露煤層，它破壞了煤層中的瓦斯靜平衡狀態，使大量瓦斯從煤壁和頂板向巷道內湧入。當穿地質構造帶時，瓦斯湧出也會增大，因此，在掘進工作麵易形成瓦斯積聚超限。
(2)掘進工作麵是依靠局部通風機進行獨頭巷道通風的，其可靠性差，容易發生無計劃突然停電停風，形成瓦斯積聚。
(3)掘進巷道斷麵有限、空間狹窄，打眼放炮、機掘落煤、裝煤運輸等各生產環節均不斷地產生大量煤塵，若防塵效果不良，就會潛伏煤塵爆炸危險。
(4)掘進巷道可燃物集中，有風筒、電纜等，機電設備多，容易發生機電事故和違章放炮，從而形成多種火源，導致瓦斯煤塵爆炸，造成火災。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
二、保證局部通風機穩定可靠運轉
1·雙風機、雙電源、自動換機和風筒自動倒風裝置
正常通風時由專用開關供電，使局部通風機運轉通風;一旦常用局部通風機因故障停機時，電源開關自動切換，備用風機即刻啟動，繼續供風，從而保證了局部通風機的連續運轉。由於雙風機共用一趟主風筒，風機要實現自動倒台，則連接兩風機的風筒也必須能夠自動倒風。風筒自動倒風裝置有以下兩種結構:
第五節 掘進安全技術裝備係列化
1)短節倒風
如圖6-5-1(a)所示，將連接常用風機風筒一端的半圓與連接備用風機風筒一端的半周膠粘、縫合在一起(其長度為風簡直徑的1~2倍)，套入共用風筒，並對接頭部進行粘聯防漏風處理，即可投入使用。常用風機運轉時，由於風機風壓作用，連接常用風機的風筒被吹開，將與此並聯的備用風機風筒緊壓在雙層風筒段內，關閉了備用風機風筒。若常用風機停轉，備用風機啟動，則連接常用風機的風筒被緊壓在雙層風簡段內，關閉了常用風機風筒。從而達到自動倒風換流的目的。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
2)切換片倒風
如圖6-5-1(b)所示，在連接常用風機的風筒與連接備用風機的風簡之間平麵夾粘一片長度等於風簡直徑1，5~3·0倍、寬度大於1/風筒周長的倒風切換片，將其嵌套在共用風簡內並膠粘在一起，經防漏風處理後便可投入使用。常用風機運行時，由於風機風壓作用，倒風切換片將連接備用風機的風簡關閉。若常用風機停機，備用風機啟動，則倒風切換片又將連接常用風機的風筒關閉，從而達到自動倒風換流的目的。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
2·“三專二閉鎖”裝置
"三專"是指專用變壓器、專用開關、專用電纜，"兩閉鎖"則指風、電閉鎖和瓦斯、電閉鎖。
其功能是:隻有在局部通風機正常供風、掘進巷道內的瓦斯濃度不超過規定限值時，方能向巷道內機電設備供電;當局部通風機停轉時，自動切斷所控機電設備的電源;當瓦斯濃度超過規定限值時，係統能自動切斷瓦斯傳感器控製範圍內的電源，而局部通風機仍可照常運轉。若局部通風機停轉、停風區內瓦斯濃度超過規定限值時，局部通風機便自行閉鎖，重新恢複通風時，要人工複電，先送風，當瓦斯濃度降到安全容許值以下時才能送電。從而提高了局部通風機連續運轉供風的安全可靠性。
3·局部通風機遙訊裝置
4·積極推行使用局部通風機消聲裝置
第五節 掘進安全技術裝備係列化
三、加強瓦斯檢查和監測
(1)安設瓦斯自動報警斷電裝置，實現瓦斯遙測。當掘進巷道中瓦斯濃度達到1%時，通過低濃度瓦斯傳感器自動報警;瓦斯濃度達到1·5%時，通過瓦斯斷電儀自動斷電。高瓦斯和突出礦井要裝備瓦斯斷電儀或瓦斯遙測儀，對炮掘工作麵迎頭5m內和巷道冒頂處瓦斯積聚地點要設置便攜式瓦斯檢測報警儀，班組長下井時也要隨身攜帶這種儀表，以便隨時檢查可疑地點的瓦斯濃度。
(2)放炮員配備瓦斯檢測器，堅持"一炮三檢"在掘進作業的裝藥前、放炮前和放炮後都要認真檢查放炮地點附近的瓦斯。
(3)實行專職瓦斯檢查員隨時檢查瓦斯製度。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
四、綜合防塵措施
掘進巷道的礦塵來源，當用鑽眼爆破法掘進時，主要產生於鑽眼、爆破、裝岩工序，其中以鑿岩產塵量最高;當用綜掘機掘進時，切割和裝載工序以及綜掘機整個工作期間，礦塵產生量都很大。因此，要做到濕式煤電鑽打眼，爆破使用水炮泥，綜掘機內外噴霧。要有完善的灑水除塵和滅火兩用的供水係統，實現放炮噴霧、裝煤岩灑水和轉載點噴霧，安設噴霧水幕淨化風流，定期用預設軟管衝刷清潔巷道。從而達到減少礦塵的飛揚各堆積。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
五、防火防爆安全措施
機電設備嚴格采用防爆型及安全火花型;局部通風機、裝岩機和煤電鑽都要采用綜合保護裝置1移動式和手持式電氣設備必須使用專用的不延燃性橡膠電纜;照明、通訊、信號和控製專用導線必須用橡套電纜。高瓦斯及突出礦井要使用乳化炸藥，逐步推廣屏蔽電纜和阻燃抗靜電風簡。
第五節 掘進安全技術裝備係列化
六、隔爆與自救措施
設置安全可靠的隔爆設施，所有人員必須攜帶自救器。煤與瓦斯突出礦井的煤巷掘進，應安設防瓦斯逆流災害設施，如防突反向風門、風筒和水溝防逆風裝置以及壓風急救袋和避難碉室，並安裝直通地麵調度室的電話。
實施掘進安全技術裝備係列化的礦井，提高了礦井防災和抗災能力，降低了礦塵濃度與噪聲，改善了掘進工作麵的作業環境。
第六章 局部通風
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