矿井通风系统设计指导详解

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1、山东科技大学资环学院 安全工程系 矿井通风系统专业课程设计 指导 1 1 矿井通风系统类别与要求 1.1 矿井通风系统的类型及其适用条件 n按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为 中央式、对角式、区域式及混合式。 1.1.1 中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的 相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列 式）。 2 1.1.2 对角式 1）两翼对角式 进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田 边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式， 如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼 称为单翼对角式。 3 2）分区对角式 进风井位于井田走向的中央，

2、在各采区开掘一个不深的 小回风井，无总回风巷。 4 1.1.3 区域式 在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，分别构成独 立的通风系统。如图。 1.1.4 混合式 由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角 混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。 5 1.2 主要通风机的工作方式与安装地点 主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽 混合式。 1.2.1 抽出式 主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机 的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的 负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的 压力提高，比较安全。 6 1.2.2 压入式 主要通风机安设在入风井口，在压

3、入式主要通风机 作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压 状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的 有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止 运转时，井下风流的压力降低。 7 1.2.3 压抽混合式 在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一 风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回 风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压 均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使 用的通风机设备多，管理复杂。 8 1.3 矿井通风系统的选择 根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、 井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等 条件，在确保矿井安

4、全、兼顾中、后期生产需要的前提 下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经 济比较后确定。 9 中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点 。因此，矿井初期宜优先采用。 有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃 的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通 风； 当井田面积较大时，初期可采用中央通风，逐步过渡为 对角式或分区对角式。 矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育 老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。 10 2 采区通风系统的类别与要求 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括： 采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接 形

5、式及采区内的风流控制设施。 11 2.1 采区通风系统的基本要求 （1）每一个采区， 都必须布置回风道，实行分区通风。 （2）采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通 风时应符合有关规定。 （3）煤层倾角大于12的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工 程师批准， （4）采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落 区。 12 2.2 采区进风上山与回风上山的选择 上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3 条或4条上山。 1、轨道上山进风，运输机上山回风 2、运输机上山进风、轨道上山回风 比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、 煤尘污染及放热影响，输送机上山进

6、风，运输过程中所 释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响 工作面的安全卫生条件。 13 2.3 采煤工作面上行风与下行风 上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而 言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工 作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否则是下行 通风。 上行通风 运煤方向 新风 污风 下行通风 运煤方向 新风 污风 14 上行风与下行风的优缺点： （1）下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混 合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。 （2）上行风比下行风工作面的气温要高。 （3）下行风比上行风所需要的机械风压要大； （4）下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能

7、性比上行风要 大。 15 2.4 工作面通风系统 1）U型与Z型通风系统 16 2）Y型、W型及双Z型通风系统 3）H型通风系统 17 3 矿井通风系统的选择与优化 3.1 矿井通风设计的内容与要求 3.1.1 矿井通风设计的内容 确定矿井通风系统； 矿井风量计算和风量分配； 矿井通风阻力计算； 选择通风设备； 概算矿井通风费用。 18 3.1.2 矿井通风设计的要求 将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证 生产和良好的劳动条件； 通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能 力； 发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出； 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施 ； 通风系统的基建

8、投资省，营运费用低、综合经济效 益好。 19 3.2 优选矿井通风系统 3.2.1 矿井通风系统的选择原则与要求 每一矿井必须有完整的独立通风系统。 进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘 、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。 箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风 井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安 全的要求。 20 1）矿井通风系统的选择要求 多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下， 各主要通风机的工作风压应接近。 每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实 行分区通风。 井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流 必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风

9、巷中。 井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应 引入回风巷。 21 ）确定矿井通风系统 根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存 条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性 及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的 方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。 22 3.3 矿井风量计算 3.3.1 矿井风量计算原则 矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最 大值。 （）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给 风量不得少于4m3； （）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和 进行计算。 23 3.3.2 矿井需风量的计算 （一）采煤工作面需风量的计

10、算 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大 值。 (1)按瓦斯涌出量计算： 式中：Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min； Qgwi第 i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min ； kgwi第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数， 通常，机采工作面取kgwi=1.21.6，炮采工作面 取kgwi=1.42.0，水采工作面取kgwi=2.03.0。 24 （2）按工作面进风流温度计算： 采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据 风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表中 的要求： 采煤工作面进风流温度/采煤工作面风速 /m/s 150.30.5 15180

11、.50.8 18200.81.0 20231.01.5 23261.51.8 25 采煤工作面的需要风量按下式计算： 式中 vwi第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从 表中取，m/s； Swi第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小 控顶时有效断面的平均值，m2 ； kwi第i 个工作面的长度系数。 26 (3)按使用炸药量计算： 式中， 25每使用1kg炸药的供风量，m3/min； Awi第i个采煤工作面一次爆破使用的最大 炸药量，kg。 (4) 按工作人员数量计算： 式中 ，4每人每分钟应供给的最低风量，m3/min nwi第i 个采煤工作面同时工作的最多人数,个。 27 (5)按风

12、速进行验算 按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量： 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量： 28 （二）掘进工作面需风量的计算： 煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素 分别计算，取其最大值。 （）按瓦斯涌出量计算： 式中 Qhi第i个掘进工作面的需风量，m3/min Qghi第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量， m3/min； kghi第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用 风量系数。一般可取1.52.0。 29 （2）按炸药量计算 式中 25使用1kg炸药的供风量，m3/min; Ahi第i个掘进工作面一次爆破所用的最大 炸药量，kg。 30 （3）按局部通风机吸风量计算 式中

13、 第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额 定 风量的和。 khfi为防止局部通风机吸循环风的风量备用系 数，一般取1.21.3；进风巷道中无瓦斯 涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3 （）按工作人员数量计算 式中 nhi第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。 31 （）按风速进行验算 按最小风速验算，岩巷掘进面最小风量： 各个煤巷或半煤岩巷掘进面的最小风量； 按最高风速验算，掘进面的最大风量： 式中，shi第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2 32 （三）硐室需风量计算 独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进 行计算： （）机电硐室 发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量

14、 进行计算： 33 式中 Qri第个机电硐室的需风量，m3/min 机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率 ， KW 机电硐室的发热系数， 空气密度，一般取1.25kg/m3 cp空气的定压比热，一般可取1KJ/kgk t机电硐室进、回风流的温度差， 采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量 m3/min 34 （2）爆破材料库 式中 v库房空积，m3 （3）充电硐室 按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算 式中 qrhi第个充电硐室在充电时产生的氢气量， m3/min。 35 （四）矿井总风量计算 矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实 际需要风量的总和: 式中Qwl采煤工作面和备用工作面所需风量之和， m3/min； Qhl掘进工作面所需风量之和，m3/min； Qrl硐室所需风量之和，m3/min； km矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不 均匀等因素）备用系数，宜取1.151.25。 36 3.4