通風係統與通風設計課件

《通 風 安 全 學》第七章 通風係統與通風設計

安徽理工大學能源與安全學院
安全工程係
本章主要內容
礦井通風係統
采區通風
通風構築物及漏風
礦井通風設計
可控循環通風
第一節 礦井通風係統
一.礦井通風係統的類型及其適用條件
按進、回井在井田內的位置不同，通風係統可分為中央式、對角式、區域式及混合式。
1、中央式
進、回風井均位於井田走向中央。根據進、回風井的相對位置，又分為中央並列式和中央邊界式（中央分列式）。
第一節 礦井通風係統
2、對角式
1）兩翼對角式
進風井大致位於井田走向的中央，兩個回風井位於井田邊界的兩翼（沿傾斜方向的淺部），稱為兩翼對角式，如果隻有一個回風井，且進、回風分別位於井田的兩翼稱為單翼對角式。
第一節 礦井通風係統
2）分區對角式
進風井位於井田走向的中央，在各采區開掘一個不深的小回風井，無總回風巷。
第一節 礦井通風係統
3、區域式
在井田的每一個生產區域開鑿進、回風井，分別構成獨立的通風係統。如圖。

4、混合式
由上述諸種方式混合組成。例如，中央分列與兩翼對角混合式，中央並列與兩翼對角混合式等等。
第一節 礦井通風係統
二、主要通風機的工作方式與安裝地點
主要通風機的工作方式有三種：抽出式、壓入式、壓抽混合式。
1、 抽出式
主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風係統處在低於當地大氣壓力的負壓狀態。當主要通風機因故停止運轉時，井下風流的壓力提高，比較安全。
第一節 礦井通風係統
2、壓入式
主要通風機安設在入風井口，在壓入式主要通風機作用下，整個礦井通風係統處在高於當地大氣壓的正壓狀態。在冒落裂隙通達地麵時，壓入式通風礦井采區的有害氣體通過塌陷區向外漏出。當主要通風機因故停止運轉時，井下風流的壓力降低。
第一節 礦井通風係統
3、壓抽混合式
在入風井口設一風機作壓入式工作，回風井口設一風機作抽出式工作。通風係統的進風部分處於正壓，回風部分處於負壓，工作麵大致處於中間，其正壓或負壓均不大，采空區通連地表的漏風因而較小。其缺點是使用的通風機設備多，管理複雜。
第一節 礦井通風係統
三、礦井通風係統的選擇
根據礦井設計生產能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田麵積、地溫、礦井瓦斯湧出量、煤層自燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、後期生產需要的前提下，通過對多種個可行的礦井通風係統方案進行技術經濟比較後確定。
第一節 礦井通風係統
中央式通風係統具有井巷工程量少、初期投資省的優點。因此，礦井初期宜優先采用。
有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，應采用對角式或分區對角式通風；
當井田麵積較大時，初期可采用中央通風，逐步過渡為對角式或分區對角式。
礦井通風方法一般采用抽出式。當地形複雜、露頭發育老窯多、采用多風井通風有利時，可采用壓入式通風。
第二節 采區通風係統
采區通風係統是礦井通風係統的主要組成單元, 包括：采區進風、回風和工作麵進、回風巷道組成的風路連接形式及采區內的風流控製設施。
第二節 采區通風係統
一、采區通風係統的基本要求
每一個采區， 都必須布置回風道，實行分區通風。
采煤和掘進工作麵應獨立通風係統。有特殊困難必須串聯通風時應符合有關規定。
煤層傾角大於12°的采煤工作麵采用下行通風時，報礦總工程師批準，
采煤和掘進工作麵的進風和回風，都不得經過采空區或冒落區。
第二節 采區通風係統
二、采區進風上山與回風上山的選擇
上（下）山至少要有兩條；對生產能力大的采區可有3條或4條上山。
1、軌道上山進風，運輸機上山回風
2、運輸機上山進風、軌道上山回風
比較：軌道上山進風，新鮮風流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵汙染及放熱影響，輸送機上山進風，運輸過程中所釋放的瓦斯，可使進風流的瓦斯和煤塵濃度增大，影響工作麵的安全衛生條件。
第二節 采區通風係統
三、采煤工作麵上行風與下行風
上行風與下行風是指進風流方向與采煤工作麵的關係而言。當采煤工作麵進風巷道水平低於回風巷時，采煤工作麵的風流沿傾斜向上流動，稱上行通風，否則是下行通風。
第二節 采區通風係統
上行風與下行風的優缺點：
下行風的方向與瓦斯自然流向相反，二者易於混合且不易出現瓦斯分層流動和局部積存的現象。
上行風比下行風工作麵的氣溫要高。
下行風比上行風所需要的機械風壓要大；
下行風在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風要大。
第二節 采區通風係統
四、工作麵通風係統
1、U型與Z型通風係統
第二節 采區通風係統
2、Y型、W型及雙Z型通風係統

3、H型通風係統

第三節 通風構築物及漏風
一、通風構築物
礦井通風係統網路中適當位置安設的隔斷、引導和控製風流的設施和裝置，以保證風流按生產需要流動。這些設施和裝置，統稱為通風構築物。
分為兩大類：一類是通過風流的通風構築物，如主要通風機風硐、反風裝置、風橋、導風板和調節風窗；另一類是隔斷風流的通風構築物，如井口密閉、擋風牆、風簾和風門等 。

第三節 通風構築物及漏風
1、風門
按設地點：在通風係統中既要隔斷風流又要行人或通車的地方應設立風門。在行人或通車不多的地方，可構築普通風門。而在行人通車比較頻繁的主要運輸道上，則應構築自動風門。
第三節 通風構築物及漏風
設置風門的要求：
每組風門不少於兩道，通車風門間距不小於一列車長度，行人風門間距不小於5m。入排風巷道之間要需設風門處同時設反向風門，其數量不少於兩道；
風門能自動關閉；通車風門實現自動化，礦井總回風和采區回風係統的風門要裝有閉鎖裝置；風門不能同時敞開（包括反風門）；
門框要包邊沿口，有墊襯，四周接觸嚴密，門扇平整不漏風，門扇與門框不歪扭。門軸與門框要向關門方向傾斜80°至85°；
第三節 通風構築物及漏風
設置風門的要求：
風門牆垛要用不燃材料建築，厚度不小於0.5m，嚴密不漏風；牆垛周邊要掏槽，見硬頂、硬幫與煤岩接實。牆垛平整，無裂縫、重縫和空縫；
風門水溝要設反水池或擋風簾，通車風門要設底坎，電管路孔要堵嚴；風門前後各5m內巷道支護良好，無雜物、積水、淤泥。
第三節 通風構築物及漏風
2、風橋
當通風係統中進風道與回風道需水平交叉時，為使進風與回風互相隔開需要構築風橋。按其結構不同可分為三種。
（1）繞道式風橋 開鑿在岩石裏，最堅固耐用，漏風少。
第三節 通風構築物及漏風
（2）混凝土風橋 結構緊湊，比較堅固。

（3）鐵筒風橋 可在次要風路中使用。
第三節 通風構築物及漏風
3、密閉
密閉是隔斷風流的構築物。設置在需隔斷風流、也不需要通車行人的巷道中。密閉的結構隨服務年限的不同而分為兩類：
（1）臨時密閉，常用木板、木段等修築，並用黃泥、石灰抹麵。
（2）永久密閉，常用料石、磚、水泥等不燃性材料修築。
第三節 通風構築物及漏風
4、導風板
應用以下幾種導風板。
1）引風導風板 ；
2）降阻導風板；
3）彙流導風板。
第三節 通風構築物及漏風
二、漏風及有效風量
1、礦井漏風及其危害性
有效風量：礦井中流至各用風地點，起到通風作用的風量。
漏風：未經用風地點而經過采空區、地表塌陷區、通風構築物和煤柱裂隙等通道直接流（滲）入回風道或排出地表的風量。

漏風的危害：
使工作麵和用風地點的有效風量減少，氣候和衛生條件惡化，增加無益的電能消耗，並可導致煤炭自燃等事故。減少漏風、提高有效風量是通風管理部門的基本任務。
第三節 通風構築物及漏風
2、漏風的分類及原因
（1）漏風的分類
礦井漏風按其地點可分為：
①外部漏風（或稱井口漏風）泛指地表附近如箕鬥井井口，地麵主通風機附近的井口、防爆蓋、反風門、調節閘門等處的漏風。
②內部漏風（或稱井下漏風）是指井下各種通風構築物的漏風、采空區以及碎裂的煤柱的漏風。

第三節 通風構築物及漏風
（2）漏風的原因
當有漏風通路存在，並在其兩端有壓差時，就可產生漏風。漏風風流通過孔隙的流態，視孔隙情況和漏風大小而異。
第三節 通風構築物及漏風
3、礦井漏風率及有效風量率
（1）礦井有效風量Qe 是指風流通過井下各工作地點實際風量總和。
（2）礦井有效風量率： 礦井有效風量率是礦井有效風量Qe與各台主要通風機風量總和之比。礦井有效風量率應不低於85%。
第三節 通風構築物及漏風
（3）礦井外部漏風量
指直接由主要通風機裝置及其風井附近地表漏失的風量總和。可用各台主要通風機風量的總和減去礦井總回（或進）風量。
（4）礦井外部漏風率
指礦井外部漏風量QL與各台主要通風機風量總和之比。
礦井主要通風機裝置外部漏風率無提升設備時不得超過5％，有提升設備時不得超過15％。
第三節 通風構築物及漏風
4、減少漏風、提高有效風量
漏風風量與漏風通道兩端的壓差成正比，和漏風風阻的大小成反比。應增加地麵主要通風機的風硐、反風道及附近的風門的氣密性，以減少漏風。
第四節 礦井通風設計
一、礦井通風設計的內容與要求
１、礦井通風設計的內容
確定礦井通風係統；
礦井風量計算和風量分配；
礦井通風阻力計算；
選擇通風設備；
概算礦井通風費用。
第四節 礦井通風設計
２、礦井通風設計的要求
將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產和良好的勞動條件；
通風係統簡單，風流穩定，易於管理，具有抗災能力；
發生事故時，風流易於控製，人員便於撤出；
有符合規定的井下環境及安全監測係統或檢測措施；
通風係統的基建投資省，營運費用低、綜合經濟效益好。
第四節 礦井通風設計
二、優選礦井通風係統
1、礦井通風係統的要求
每一礦井必須有完整的獨立通風係統。
進風井囗應按全年風向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高溫氣體侵入的地方。
箕鬥提升井或裝有膠帶輸送機的井筒不應兼作進風井，如果兼作回風井使用，必須采取措施，滿足安全的要求。
第四節 礦井通風設計
1、礦井通風係統的要求
多風機通風係統，在滿足風量按需分配的前提下，各主要通風機的工作風壓應接近。
每一個生產水平和每一采區，必須布置回風巷，實行分區通風。
井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風流，回風風流必須直接引入礦井的總回風巷或主要回風巷中。
井下充電室必須單獨的新鮮風流通風，回風風流應引入回風巷。
第四節 礦井通風設計
２、確定礦井通風係統
根據礦井瓦斯湧出量、礦井設計生產能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田麵積、地溫、煤層自燃傾向性及兼顧中後期生產需要等條件，提出多個技術上可行的方案，通過優化或技術經濟比較後確定礦井通風係統。
第四節 礦井通風設計
三、礦井風量計算
（一）、礦井風量計算原則
礦井需風量，按下列要求分別計算，並必須采取其中最大值。
（１）按井下同時工作最多人數計算，每人每分鍾供給風量不得少於4m3；
（２）按采煤、掘進、硐室及其他實際需要風量的總和進行計算。
第四節 礦井通風設計
(二）礦井需風量的計算
1、采煤工作麵需風量的計算
采煤工作麵的風量應該按下列因素分別計算，取其最大值。
(1)按瓦斯湧出量計算：

式中：Qwi——第i個采煤工作麵需要風量，m3/min；
Qgwi——第 i個采煤工作麵瓦斯絕對湧出量，m3/min ；
kgwi——第i個采煤工作麵因瓦斯湧出不均勻的備用風量係數，
通常，機采工作麵取kgwi=1.2~1.6，炮采工作麵
取kgwi=1.4~2.0，水采工作麵取kgwi=2.0~3.0。
第四節 礦井通風設計
（2）按工作麵進風流溫度計算：
采煤工作麵應有良好的氣候條件。其進風流溫度可根據風流溫度預測方法進行計算。其氣溫與風速應符合表中的要求：
第四節 礦井通風設計
采煤工作麵的需要風量按下式計算：

式中 vwi—第i個采煤工作麵的風速，按其進風流溫度從
表中取，m/s；
Swi—第i個采煤工作麵有效通風斷麵，取最大和最小
控頂時有效斷麵的平均值，m2 ；
kwi—第i 個工作麵的長度係數。
第四節 礦井通風設計
(3)按使用炸藥量計算：

式中， 25——每使用1kg炸藥的供風量，m3/min；
Awi——第i個采煤工作麵一次爆破使用的最大
炸藥量，kg。
(4) 按工作人員數量計算：

式中 ，4——每人每分鍾應供給的最低風量，m3/min
nwi——第i 個采煤工作麵同時工作的最多人數,個。
第四節 礦井通風設計
(5)按風速進行驗算
按最低風速驗算各個采煤工作麵的最小風量：

按最高風速驗算各個采煤工作麵的最大風量：
第四節 礦井通風設計
２、掘進工作麵需風量的計算：
煤巷、半煤岩和岩巷掘進工作麵的風量，應按下列因素分別計算，取其最大值。
（１）按瓦斯湧出量計算：

式中 Qhi——第i個掘進工作麵的需風量，m3/min
Qghi——第i個掘進工作麵的絕對瓦斯湧出量，m3/min；
kghi——第i個掘進工作麵的瓦斯湧出不均勻和備用風量係數。一般可取1.5~2.0。
第四節 礦井通風設計
（2）按炸藥量計算

式中 25——使用1kg炸藥的供風量，m3/min;
Ahi——第i個掘進工作麵一次爆破所用的最大
炸藥量，kg。
第四節 礦井通風設計
（3）按局部通風機吸風量計算

式中 ——第i個掘進工件麵同時運轉的局部通風機額定
風量的和。
khfi——為防止局部通風機吸循環風的風量備用係
數，一般取1.2~1.3；進風巷道中無瓦斯
湧出時取1.2，有瓦斯湧出時取1.3
（４）按工作人員數量計算

式中 nhi——第i個掘進工作麵同時工作的最多人數，人。
第四節 礦井通風設計
（５）按風速進行驗算
按最小風速驗算，岩巷掘進麵最小風量：

各個煤巷或半煤岩巷掘進麵的最小風量；

按最高風速驗算，掘進麵的最大風量：

式中，shi——第i個掘進工作麵巷道的淨斷麵積，m2
第四節 礦井通風設計
３、硐室需風量計算
獨立通風硐室的供風量，應根據不同類型的硐室分別進行計算：
（１）機電硐室
發熱量大的機電硐室，按硐室中運行的機電設備發熱量進行計算：
第四節 礦井通風設計
式中 Qri——第個機電硐室的需風量，m3/min
——機電硐室中運轉的電動機（變壓器）總功率，
KW
θ——機電硐室的發熱係數，
ρ——空氣密度，一般取1.25kg/m3
cp——空氣的定壓比熱，一般可取1KJ/kgk
Δt——機電硐室進、回風流的溫度差，℃
采區變電所及變電硐室，可按經驗值確定需風量
m3/min

第四節 礦井通風設計
（2）爆破材料庫

式中 v——庫房空積，m3
（3）充電硐室
按其回風流中氫氣濃度小於0.5%計算

式中 qrhi——第個充電硐室在充電時產生的氫氣量，
m3/min。
第四節 礦井通風設計
4、礦井總風量計算
礦井的總進風量，應按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風量的總和:

式中∑Qwl——采煤工作麵和備用工作麵所需風量之和，
m3/min；
∑Qhl——掘進工作麵所需風量之和，m3/min；
∑Qrl——硐室所需風量之和，m3/min；
km——礦井通風係統（包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素）備用係數，宜取1.15~1.25。
第四節 礦井通風設計
四、礦井通風總阻力計算
1. 礦井通風總阻力計算原則
礦井通風設的總阻力，不應超過2940Pa。
礦井井巷的局部阻力，新建礦井按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。
第四節 礦井通風設計
2.礦井通風總阻力計算
礦井通風總阻力：風流由進風井口起，到回風井口止，沿一條通路（風流路線）各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和，簡稱礦井總阻力，用hm表示。
對於礦井有兩台或多台風主要通風機工作，礦井通風阻力按每台主要通風機所服務的係統分別計算。

礦井通風係統總阻力最小時稱通風容易時期。通風係統總阻力最大時亦稱為通風困難時期。
對於通風困難和容易時期，要分別畫出通風係統圖。按照采掘工作麵及硐室的需要分配風量，再由各段風路的阻力計算礦井總阻力。
第四節 礦井通風設計
計算方法：
沿著風流總阻力最大路線，依次計算各段摩擦阻力hf，然後分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力hf1和hf2。
通風容易時期總阻力 ：


通風困難時期總阻力：
第四節 礦井通風設計
hf 按下式計算：

式中
第四節 礦井通風設計
五、礦井通風設備的選擇
礦井通風設備是指主要通風機和電動機。
1.礦井通風設備的要求：
礦井必須裝設兩套同等能力的主通風設備，其中一套作備用。
選擇通風設備應滿足第一開采水平各個時期工況變化，並使通風設備長期高效率運行。
風機能力應留有一定的餘量。
進、出風井井口的高差在150m以上，或進、出風井井口標高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風壓。
第四節 礦井通風設計
1.主要通風機的選擇
（1）計算通風機風量Qf

式中 Qf—主要通風機的工作風量，m3/s;
Qm—礦井需風量，m3/s；
k—漏風損失係數，風井不提升用時取1.1；箕鬥
井兼作回硯用時取1.15；回風回升降人員時
取1.2。
第四節 礦井通風設計
（2）計算通風機風壓
離心式通風機（提供的大多是全壓曲線）：
容易時期

困難時期
第四節 礦井通風設計
軸流式通風機（提供的大多是靜壓曲線）：
容易時期

困難時期

hm－通風係統的總阻力；
hd－通風機附屬裝置（風硐和擴散器）的阻力；
hvd－擴散器出口動能損失；
ＨN－自然風壓，當自然風壓與通風機風壓作用相同時
取“+”；自然風壓與通風機負壓作用反向時取
“-”。
第四節 礦井通風設計
（3）初選通風機
根據計算的礦井通風容易時期通風機的Qf、Hsdmin(或Htdmin)和礦井通風困難通風機的Qf、Hsdmax(或Htdmax)在通風機特性曲線上，選出滿足礦井通風要求的通風機。
（4）求通風機的實際工況點
因為根據Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)確定的工況點，但設計工況點不一定恰好在所選擇通風機的特性曲線上，必須根據通風機的工作阻力，確定其實際工況點。
第四節 礦井通風設計
步驟：
1）計算通風機的工作風阻
用靜壓特性曲線時：

用全壓特性曲線時：

第四節 礦井通風設計
2）確定通風機的實際工況點
在通風機特性曲線上作通風機工作風阻曲線，與風壓曲線的交點即為實際工況點。
第四節 礦井通風設計
（5）確定通風的型號和轉速
根據通風機的工況參數（Qf 、Hsd 、η、N）對初選的通風機進行技術、經濟和安全性比較，最後確定通風機的型號和轉速。
第四節 礦井通風設計
（6）電動機選擇
１）通風機的輸入功率按通風容易和困難時期，分別計算風所需的輸入功率Nmin ，Ｎmax 。

或

第四節 礦井通風設計
２）電動機的台數及種類
當Nmin≥0.6Nmax時，可選一台電動機，電動機功率為：

當Nmin＜0.6Nmax時，選二台電動機，其功率分別為：
初期：

後期按選一台電機公式計算。ηe ：電機效率，ηtr：傳動效率。
第四節 礦井通風設計
六、概算礦井通風費用
噸煤通風成本是通風設計和管理的重要經濟指標。
噸煤通風成本主要包括下列費用：
1、電費（W1）
噸煤的通風電費為主要通風機年耗電費及井下輔助通風機、局部通風機電費之和除以年產量，可用如下公式計算：
第四節 礦井通風設計
式中，
E——主要通風機年耗電量；
D——電價，元/KWh；
T——礦井年產量，噸；
ηv——變壓器效率，可取0.95；
EA——局部通風機和輔助通風機的年耗電量；
ηw——電纜輸電效率
第四節 礦井通風設計
設備折舊費
材料消耗費用
通風工作人員工資費用
專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費折算至噸煤的費用。
采每噸煤的通風儀表的購置費和維修費用。
第五節 可控循環通風概述
可控循環通風是由英國學者S.J.LEACH和A.SLACK研究提出，七十年初在英國開始應用。之後，包括中國在內的許多國家也相繼對可控循環通風進行了研究和應用。
定義：在低瓦斯礦中，當采掘工作麵位於礦井的邊遠地區，原有通風係統不能保證按需供風，而該地區的回風的風質又比較好時，可以在局部通風係統的進、回風之間安置通風設備、設施和監控設備，對回風進行合理循環控製加以再利用，以增加用風地點的實際風量。此種通風方法稱為可控循環風。
第五節 可控循環通風概述

循環率：
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