《采煤概論》電子教案礦井通風(fēng)課件

河南理工大學(xué)

《采煤概論》精品課程第14章礦井通風(fēng)1本章主要內(nèi)容第14章礦井通風(fēng)第一節(jié)礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力第三節(jié)礦井通風(fēng)動(dòng)力第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)第五節(jié)礦井總風(fēng)量的計(jì)算第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)第七節(jié)掘進(jìn)通風(fēng)方法第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物2

第一節(jié)礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣一、礦井通風(fēng)的基本任務(wù)煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復(fù)雜，只有少數(shù)井巷與地面相通，因此，礦井通風(fēng)是保證礦井安全的最主要的技術(shù)手段之一，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，必須源源不斷地將地面空氣輸送到井下各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)，其主要任務(wù)是：1）提供井下足夠的新鮮空氣，以供人員呼吸；2）把井下的及稀釋和排除井下有毒、有害氣體和礦塵；3）創(chuàng)造良好的礦井工作環(huán)境，保證井下有適合的氣候條件（及適宜的溫度、濕度與風(fēng)速），以利于工人勞動(dòng)和機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。3第一節(jié)礦井通風(fēng)的任務(wù)與礦井空氣2.礦井空氣中的有害氣體礦井空氣中所含有的對(duì)人體健康及生命安全有威脅的—切氣體，均稱(chēng)為有害氣體。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氫（H2S）、氫氣（H2）、氨（N2）等。這些有毒有害氣體對(duì)煤礦井下作業(yè)人員人身健康和安全有極大危害。《規(guī)程》規(guī)定，井下空氣中一氧化碳的濃度不得超過(guò)0．0024％；井下空氣中二氧化硫濃度不得超過(guò)0．0005％。5第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力一、空氣壓力表示一條水平巷道，在巷道內(nèi)風(fēng)流（空氣）能從A點(diǎn)向B點(diǎn)流動(dòng)，是因?yàn)锳點(diǎn)的壓力大于B點(diǎn)的壓力，由此可以引出兩個(gè)概念，一是A點(diǎn)或B點(diǎn)的壓力，稱(chēng)為點(diǎn)壓力；二是A點(diǎn)與B點(diǎn)之間存在著壓力差。6第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力1.點(diǎn)壓力空氣的點(diǎn)壓力可以用絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力來(lái)表示。1)絕對(duì)壓力：某點(diǎn)的絕對(duì)壓力是以真空為基準(zhǔn)，以“0”壓為起算點(diǎn)所計(jì)量的壓力，所以，絕對(duì)壓力總是正值，其單位通常用帕（Pa）表示。通常說(shuō)的大氣壓力就是指絕對(duì)壓力。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力值為101.325Pa。2)相對(duì)壓力：某點(diǎn)的相對(duì)壓力是以當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所計(jì)算的壓力。若大于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Φ臑檎龎?，小于?dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Φ臑樨?fù)壓。故相對(duì)壓力有正值和負(fù)值之分。相對(duì)壓力的單位通常是帕（Pa）表示。2.兩點(diǎn)壓力差由于A、B兩點(diǎn)壓力大小不相等，因而在A、B兩點(diǎn)之間就存在壓力差，由于這種壓力差是由礦井通風(fēng)機(jī)或自然因素造成的，故壓力差又叫通風(fēng)壓力。它是用來(lái)克服巷道通風(fēng)阻力并使風(fēng)流按照規(guī)定的風(fēng)速流動(dòng)的動(dòng)力，其數(shù)值可以通過(guò)計(jì)算或儀器測(cè)定得到。7第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力1.摩擦阻力空氣沿井巷流動(dòng)時(shí)，由于流層之間的摩擦和流體與井巷周邊壁面之間的相互摩擦而產(chǎn)生的阻力稱(chēng)為摩擦阻力（也稱(chēng)沿程阻力），它與巷道斷面的大小、形狀、支架型式、巷道壁的粗糙程度有關(guān)。在礦井通風(fēng)中，常用風(fēng)流的壓能損失h摩來(lái)表示摩擦阻力，其值的大小按下式計(jì)算，h摩=αLUQ2/S3（14－1）式中h摩——井巷摩擦阻力，Pa；α——井巷摩擦阻力系數(shù)，N·S2/m4（牛·秒2/米2）；L——井巷長(zhǎng)度，m；U——井巷周邊長(zhǎng)度，m；Q——井巷中流過(guò)的風(fēng)量，m3/s。通常令上式中αLU/S3=R摩式中R摩——摩擦風(fēng)阻，N·S2/m8。則（1）式可寫(xiě)成：h摩=R摩Q2（14－2）9第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力2.局部阻力空氣流經(jīng)井巷的某些局部地點(diǎn)（如井巷突然擴(kuò)大、突然縮小，急轉(zhuǎn)彎以及分岔或匯合等），造成風(fēng)流速度和方向的突然變化，導(dǎo)致均勻風(fēng)流產(chǎn)生紊亂的渦流與撞擊，因而在局部地點(diǎn)產(chǎn)生的附加阻力稱(chēng)為局部阻力。其值可按下式計(jì)算：h局=R局Q2（14—3）式中h局——井巷局部阻力：Pa；R局——產(chǎn)生局部阻力地點(diǎn)的局部風(fēng)阻，Ns2/m8。綜合以上所述，井巷的通風(fēng)總阻力h阻=h摩+h局=（R摩+R局）Q2=R總Q2（14-4）式中h阻——井巷通風(fēng)總阻力，Pa；R總——井巷通風(fēng)總風(fēng)阻，N·S2/m4；Q——井巷中流過(guò)的風(fēng)量，m3/S。10第二節(jié)礦井通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力三、降低通風(fēng)阻力的措施1）減小井巷摩擦阻力系數(shù)。對(duì)于服務(wù)年限長(zhǎng)的主要井巷，應(yīng)盡量采用巷道周壁表面光滑的支護(hù)方式，對(duì)于棚式支護(hù)，應(yīng)盡量架設(shè)整齊，必要時(shí)背好幫頂?shù)龋?）保證有足夠大的井巷斷面。特別是主要進(jìn)、回風(fēng)流巷道斷面擴(kuò)大對(duì)降低風(fēng)阻效果明顯。3）盡量縮短通風(fēng)路線長(zhǎng)度。因?yàn)橄锏赖哪Σ磷枇εc巷道長(zhǎng)度呈正比，因此應(yīng)盡量縮短風(fēng)路的長(zhǎng)度。4）避免巷道內(nèi)風(fēng)量過(guò)于集中。巷道摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比，若巷道內(nèi)風(fēng)量過(guò)于集中，摩擦阻力會(huì)大大增加。因此，應(yīng)盡可能使礦井的總進(jìn)風(fēng)早分開(kāi)，使礦井的總回風(fēng)晚匯合。5）降低局部阻力。應(yīng)盡量避免巷道急拐彎，避免巷道斷面突然擴(kuò)大、突然縮小，盡量避免在主要巷道內(nèi)任意停放車(chē)輛、堆積木材、器材等。11第三節(jié)礦井通風(fēng)動(dòng)力二、機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)是礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿?。按其服?wù)范圍可以分為三種：1）主要通風(fēng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)主扇），主要用于全礦井或礦井的一翼（部分）；2）輔助通風(fēng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)輔扇），主要服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（如采區(qū)或工作面），以幫助主要通風(fēng)機(jī)供風(fēng)以保證該分支的風(fēng)量；3）局部通風(fēng)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)局扇），主要用于獨(dú)頭掘進(jìn)的井巷等局部地區(qū)通風(fēng)。礦用通風(fēng)機(jī)按其構(gòu)造又可分為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)兩類(lèi)。13第三節(jié)礦井通風(fēng)動(dòng)力1）離心式通風(fēng)機(jī)14第三節(jié)礦井通風(fēng)動(dòng)力2）軸流式通風(fēng)機(jī)15第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)二、礦井通風(fēng)方式按照礦井進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井相互位置關(guān)系，可把礦井通風(fēng)方式分為三種基本類(lèi)型：1）中央式，又可分為中央并列式和中央分列式兩種。2）對(duì)角式，又可分為兩翼對(duì)角式和分區(qū)對(duì)角式兩種。3）混合式，混合式是中央式和對(duì)角式或中央并列式和中央分列式所組成的一種綜合形式，它是老礦井進(jìn)行深部開(kāi)采時(shí)常采用的通風(fēng)方式。17第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中央并列式圖14-618第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中央分列式圖14-719第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中央式與對(duì)角式比較優(yōu)點(diǎn)：

（1）礦井總回風(fēng)巷可以隨采區(qū)接替逐步開(kāi)掘，因而建井工期短，總回風(fēng)巷的維護(hù)費(fèi)用低；（2）回風(fēng)井筒數(shù)目少，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)少，容易管理；（3）當(dāng)進(jìn)風(fēng)井口及井底車(chē)場(chǎng)附近發(fā)生火災(zāi)需要反風(fēng)時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：（1）隨著向邊界采區(qū)開(kāi)采，總回風(fēng)巷不斷延長(zhǎng)，通風(fēng)線路隨之加長(zhǎng)，因而通風(fēng)阻力不斷增加；（2）礦井生產(chǎn)期間，由于井下巷道阻力不斷增加，阻力變動(dòng)范圍大，難以保證通風(fēng)機(jī)在高效率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)；（3）礦井總進(jìn)風(fēng)和總回風(fēng)風(fēng)流反向平行流動(dòng)，容易發(fā)生漏風(fēng)；（4）在礦井生產(chǎn)的中后期，多采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)時(shí)礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性太強(qiáng)，系統(tǒng)獨(dú)立性差，系統(tǒng)防災(zāi)抗災(zāi)能力差。21第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)三、礦井反風(fēng)礦井進(jìn)風(fēng)口、井筒、井底車(chē)場(chǎng)附近一量發(fā)生火災(zāi)，為縮小災(zāi)情、出，有時(shí)需要反風(fēng)，即改變風(fēng)流方向?！兑?guī)程》規(guī)定，礦井：礦井主要通風(fēng)機(jī)必須有反風(fēng)裝置，必須能在10min內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向；風(fēng)流方向改變后，供風(fēng)量應(yīng)小于正常風(fēng)量的40％。1．離心式通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)2．軸流式通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)22第四節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖14-9圖14-1023第五節(jié)礦井總風(fēng)量的計(jì)算二、生產(chǎn)礦井總進(jìn)風(fēng)量的計(jì)算

生產(chǎn)礦井總進(jìn)風(fēng)量是指井下各工作地點(diǎn)的需風(fēng)量和各條風(fēng)路中損失風(fēng)量的總和。根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，礦井需要的風(fēng)量(Q)應(yīng)按下列要求分別計(jì)算，并選取其中的最大值。

1）按井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算礦井總需風(fēng)量：Q礦進(jìn)=4×N×K礦通m3/min式中：N——井下同時(shí)工作的最多人數(shù)K礦通——礦井通風(fēng)系數(shù)；一般取1.20～1.25

2）按采煤、掘進(jìn)、硐室及其它地點(diǎn)實(shí)際需要風(fēng)量的總和計(jì)算：Q礦進(jìn)=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其它）×K礦通m3/min式中：∑Q采——采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量的總和，m3/min；∑Q掘——掘進(jìn)工作面實(shí)際需要風(fēng)量的總和，m3/min；∑Q硐——硐室實(shí)際需要風(fēng)量的總和，m3/min；∑Q其它——礦井除了采煤、掘進(jìn)和硐室地點(diǎn)外的其它井巷需要進(jìn)行通風(fēng)的風(fēng)量總和，m3/min。25第五節(jié)礦井總風(fēng)量的計(jì)算三、新設(shè)計(jì)礦井風(fēng)量的計(jì)算設(shè)計(jì)礦井的風(fēng)量，可參照鄰近生產(chǎn)礦井的通風(fēng)資料，按生產(chǎn)礦井的風(fēng)量計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)新礦區(qū)、無(wú)鄰近生產(chǎn)礦井參照時(shí)，可參照省內(nèi)氣候、礦山地質(zhì)、開(kāi)采技術(shù)條件相類(lèi)似的生產(chǎn)礦井的風(fēng)量計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。26第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)二、采煤工作面通風(fēng) 由采煤工作面及其進(jìn)、回風(fēng)巷道所構(gòu)成的通風(fēng)路線叫采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)。采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)可有多種形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通風(fēng)系統(tǒng)。 1）“U”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通風(fēng)系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，采用最廣泛。但它的缺點(diǎn)是，采煤工作面的采空區(qū)一側(cè)的上隅角容易積聚瓦斯。 2）“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)解決回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^(guò)高或上隅角積存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上順槽沿采空區(qū)一翼全長(zhǎng)預(yù)先掘出，且在回采期內(nèi)要始終維護(hù)。3）“W”型通風(fēng)系統(tǒng)：這種通風(fēng)系統(tǒng)適用于瓦斯涌出量大、工作面較長(zhǎng)的綜采工作面，當(dāng)開(kāi)采煤層的瓦斯涌出量特別大時(shí)，還可在中間平巷中布置鉆孔抽放瓦斯，但這種通風(fēng)系統(tǒng)中有半個(gè)工作面是下行通風(fēng)．對(duì)有煤與瓦斯突出的采煤工作面嚴(yán)禁采用。4）還有“Z”型通風(fēng)系統(tǒng)29第六節(jié)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)圖14-14圖14-1530第七節(jié)掘進(jìn)通風(fēng)方法掘進(jìn)通風(fēng)方法有總風(fēng)壓通風(fēng)、引射器通風(fēng)和局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)三種。局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)的通風(fēng)方式主要有壓入式、抽出式和混合式通風(fēng)三種，圖14-1631第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物一、風(fēng)門(mén)在人員和車(chē)輛需要通行，而不能讓風(fēng)流通過(guò)的巷道中，需要設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，這種既要切斷風(fēng)流又能保證行人通車(chē)的通風(fēng)構(gòu)筑物稱(chēng)為風(fēng)門(mén)。

二、風(fēng)墻風(fēng)墻（又稱(chēng)密閉）是用來(lái)切斷風(fēng)流或封閉采空區(qū)，防止瓦斯向巷道擴(kuò)散的一種構(gòu)筑物。風(fēng)墻按服務(wù)年限不同可分為臨時(shí)性風(fēng)墻和永久性風(fēng)墻兩類(lèi)。臨時(shí)性風(fēng)墻由于服務(wù)年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性風(fēng)墻要用不燃性材料（如磚、料石或水泥等）修筑。14-1732第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物三、風(fēng)橋

在進(jìn)風(fēng)巷道與回風(fēng)流平面交叉處，為防止風(fēng)流短路，使進(jìn)回風(fēng)分離，需要設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物，這種用于隔開(kāi)兩條互相交叉的進(jìn)、回風(fēng)流的構(gòu)筑物稱(chēng)為風(fēng)橋。圖14-1833第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物四、井口封閉裝置

在安設(shè)扇風(fēng)機(jī)的井筒內(nèi)，空氣壓力與大氣壓力之間存在較大壓力差，為防止井內(nèi)風(fēng)流和地面大氣短路，其井口必須有封閉裝置，以使井口和地面大氣隔開(kāi)。對(duì)于通風(fēng)、提升共用的井筒，應(yīng)將整個(gè)井樓密閉起來(lái)。出風(fēng)斜井井口一般都要安設(shè)風(fēng)門(mén)，以便把地面與井下空氣隔離，同時(shí)對(duì)扇風(fēng)機(jī)起到防爆安全作用。34第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物五、風(fēng)量調(diào)節(jié)圖14-20圖15-2035第八節(jié)礦井通風(fēng)構(gòu)筑物2)礦井總風(fēng)量調(diào)節(jié)

(1)改變離心式通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?；蚋淖冚S流式通風(fēng)機(jī)工作輪葉片的安裝角，使主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及風(fēng)量發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)礦井的風(fēng)量。(2)改變通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻(利用閘門(mén))也可以改變通風(fēng)機(jī)的工作狀況，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，一般離心式通風(fēng)機(jī)多采用這種方法。36思考題1．礦井通風(fēng)的任務(wù)是什么？2．礦井空氣中的主要成分與地面空氣的主要