礦井通風-情境四

學習情境四：礦井通風設計任務一擬定礦井通風系統(tǒng)任務二：采煤工作面通風設計任務三：掘進工作面通風設計任務四：計算和分配礦井總風量任務五：繪制通風網(wǎng)絡圖與計算礦井通風總阻力任務六：選擇礦井通風設備任務七：礦井通風費用及評價任務一擬定礦井通風系統(tǒng) 教學內(nèi)容1、根據(jù)礦井實際情況，在對比各種系統(tǒng)的優(yōu)缺點的基礎上確定礦井通風系統(tǒng)類型；2、根據(jù)礦井通風系統(tǒng)類型、瓦斯等級、煤的自燃傾向等情況，分析對比確定礦井通風方法；3、根據(jù)采區(qū)巷道布置、采煤方法、通風的特殊要求等情況，在遵守安全、經(jīng)濟、技術先進合理的原則下，確定采區(qū)通風系統(tǒng)。 知識目標 1、掌握確定礦井通風系統(tǒng)類型的方法；2、掌握如何確定礦井通風方法；3、掌握確定采區(qū)通風系統(tǒng)的方法。 技能目標

針對礦井實際情況，能夠在綜合分析的基礎上，確定礦井通風系統(tǒng)類型，礦井通風方法和采取通風系統(tǒng)，并且達到安全、經(jīng)濟、技術先進合理的要求。 重點和難點 1、確定礦井通風系統(tǒng)類型的方法；2、確定礦井通風方法。 【任務內(nèi)容及要求】1、掌握確定礦井通風系統(tǒng)類型的方法；2、掌握如何確定礦井通風方法；3、掌握采區(qū)通風系統(tǒng)的方法。 【相關知識】1.礦井通風方式礦井通風方式是指礦井進風井與回風井的布置方式。按進、回風井的位置不同，分為中央式、對角式、區(qū)域式和混合式四種。（1）中央式中央式是進、回風井均位于井田走向中央。按進、回風井沿傾斜方向相對位置的不同，又可分為中央并列式和中央邊界式兩種。1）中央并列式2）中央邊界式（又名中央分列式）（2）對角式進風井大致布置于井田的中央，回風井分別布置在井田上部邊界沿走向的兩翼上。根據(jù)回風井沿走向的位置不同，又分為兩翼對角式和分區(qū)對角式兩種。1）兩翼對角式2）分區(qū)對角式（3）區(qū)域式（4）混合式混合式是中央式和對角式的混合布置，因此混合式的進風井與出風井數(shù)目至少有3個。混合式可有以下幾種：中央并列與兩翼對角混合式，中央邊界與兩翼對角混合式，中央并列與中央邊界混合式等。混合式一般是老礦井進行深部開采時所采用的通風方式。1）各種通風方式的優(yōu)缺點及適用條件①中央并列式優(yōu)點：初期開拓工程量小，投資少，投產(chǎn)快；地面建筑集中，便于管理；兩個井筒集中，便于開掘和井筒延深；井筒安全煤柱少，易于實現(xiàn)礦井反風。缺點：礦井通風路線是折返式，風路較長，阻力較大，特別是當井田走向很長時，邊遠采區(qū)與中央采區(qū)風阻相差懸殊，邊遠采區(qū)可能因此風量不足；由于進、回風井距離近，井底漏風較大，容易造成風流短路；安全出口少，只有2個；工業(yè)廣場受主要通風機噪聲影響和回風風流的污染。適用條件：井田走向長度小于4km，煤層傾角大，埋藏深，瓦斯與自然發(fā)火都不嚴重的礦井。②中央邊界式優(yōu)點：安全性好；通風阻力比中央并列式小，礦井內(nèi)部漏風小，有利于瓦斯和自然發(fā)火的管理；工業(yè)廣場不受主要通風機噪聲的影響和回風流的污染。缺點：增加一個風井場地，占地和壓煤較多；風流在井下的流動路線為折返式，風流路線長，通風阻力大。適用條件：井田走向長度小于4km，煤層傾角較小，埋藏淺，瓦斯與自然發(fā)火都比較嚴重的礦井。③兩翼對角式優(yōu)點：風流在井下的流動路線為直向式，風流路線短，通風阻力?。坏V井內(nèi)部漏風??；各采區(qū)間的風阻比較均衡，便于按需分風；礦井總風壓穩(wěn)定，主要通風機的負載較穩(wěn)定；安全出口多，抗災能力強；工業(yè)廣場不受回風污染和主要通風機噪聲的危害。缺點：初期投資大，建井期長；管理分散；井筒安全煤柱壓煤較多。適用條件：井田走向長度大于4km，需要風量大，煤易自燃，有煤與瓦斯突出的礦井。④分區(qū)對角式優(yōu)點：各采區(qū)之間互不影響，便于風量調(diào)節(jié)；建井工期短；初期投資少，出煤快；安全出口多，抗災能力強；進回風路線短，通風阻力小。缺點：風井多，占地壓煤多；主要通風機分散，管理復雜；風井與主要通風機服務范圍小，接替頻繁；礦井反風困難。適用條件：煤層埋藏淺或因煤層風化帶和地表高低起伏較大，無法開鑿淺部的總回風巷，在開采第一水平時，只能采用分區(qū)式。另外，井田走向長，多煤層開采的礦井或井田走向長、產(chǎn)量大、需要風量大、煤易自燃，有煤與瓦斯突出的礦井也可采用這種通風方式。⑤區(qū)域式優(yōu)點：既可以改善礦井的通風條件，又能利用風井準備采區(qū)，縮短建井工期；風流路線短，通風阻力小；漏風少，網(wǎng)路簡單，風流易于控制，便于主要通風機的選擇。缺點：通風設備多，管理分散，管理難度大。適用條件：井田面積大、儲量豐富或瓦斯含量大的大型礦井。⑥混合式優(yōu)點：有利于礦井的分區(qū)分期建設，投資省，出煤快，效率高；回風井數(shù)目多，通風能力大；布置靈活，適應性強。缺點：多臺風機聯(lián)合工作，通風網(wǎng)路復雜，管理難度大。適用條件：井田走向長度長，老礦井的改擴建和深部開采；多煤層多井筒的礦井；井田面積大、產(chǎn)量大、需要風量大或采用分區(qū)開拓的大型礦井。

總之，礦井的通風方式，應根據(jù)礦井的設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、地形條件、井田面積、走向長度及礦井瓦斯等級、煤層的自燃傾向性等情況，從技術、經(jīng)濟和安全等方面加以分析，通過方案比較確定。2.礦井通風方法

礦井通風方法是指主要通風機對礦井供風的工作方法。按主要通風機的安裝位置不同，分為抽出式、壓入式及混合式三種。（1）抽出式通風抽出式通風是將礦井主通風機安設在出風井一側(cè)的地面上，新風經(jīng)進風井流到井下各用風地點后，污風再通過風機排出地表的一種礦井通風方法。抽出式通風的特點是：在礦井主要通風機的作用下，礦內(nèi)空氣處于低于當?shù)卮髿鈮毫Φ呢搲籂顟B(tài)，當?shù)V井與地面間存在漏風通道時，漏風從地面漏入井內(nèi)。抽出式通風礦井在主要進風巷無需安設風門，便于運輸、行人和通風管理。（2）壓入式通風壓入式通風是將礦井主通風機安設在進風井一側(cè)的地面上，新風經(jīng)主要通風機加壓后送入井下各用風地點，污風再經(jīng)過回風井排出地表的一種礦井通風方法。壓入式通風的特點是：在礦井主通風機的作用下，礦內(nèi)空氣處于高于當?shù)卮髿鈮毫Φ恼龎籂顟B(tài)，當?shù)V井與地面間存在漏風通道時，漏風從井內(nèi)漏向地面。壓入式通風礦井中，由于要在礦井的主要進風巷中安裝風門，使運輸、行人不便，漏風較大，通風管理工作較困難。（3）混合式通風混合式通風是在進風井和回風井一側(cè)都安設礦井主要通風機，新風經(jīng)壓入式主要通風機送入井下，污風經(jīng)抽出式主要通風機排出井外的一種礦井通風方法?；旌鲜酵L的特點是：能產(chǎn)生較大的通風壓力，通風系統(tǒng)的進風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間狀態(tài)，其正壓或負壓均不大，礦井的內(nèi)部漏風小。但因使用的風機設備多，動力消耗大，通風管理復雜，一般很少采用。上述三種通風方法，礦井主要通風機均安裝在地面。3.礦井通風系統(tǒng)選擇根據(jù)礦井設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、礦井瓦斯涌出量、煤層自燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、后期生產(chǎn)需要的前提下，通過對多種個可行的礦井通風系統(tǒng)方案進行技術經(jīng)濟比較后確定。中央式通風系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井初期宜優(yōu)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(qū)對角式通風；當井田面積較大時，初期可采用中央通風，逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式。4.采區(qū)通風系統(tǒng)選擇采區(qū)通風系統(tǒng)是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。它包括采區(qū)主要進、回風道和工作面進、回風巷道的布置方式，采區(qū)通風路線的連接形式，工作面通風方式，以及采區(qū)內(nèi)的通風設施等內(nèi)容。采區(qū)通風系統(tǒng)主要決定于采區(qū)巷道布置和采煤方法，同時要滿足通風的特殊要求。如瓦斯大或地溫高，有時是決定通風系統(tǒng)的主要條件。在確定采區(qū)通風系統(tǒng)時，應遵守安全、經(jīng)濟、技術先進合理的原則，滿足下列基本要求：（1）采區(qū)必須實行分區(qū)通風1）準備采區(qū)，必須在采區(qū)構成通風系統(tǒng)以后，方可開掘其它巷道；2）采煤工作面必須在采區(qū)構成完整的通風、排水系統(tǒng)后，方可回采；3）高瓦斯礦井、有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的礦井的每個采區(qū)和開采容易自燃煤層的采區(qū)，必須設置至少1條專用回風巷；4）低瓦斯礦井開采煤層群和分層開采采用聯(lián)合布置的采區(qū)，必須設置1條專用回風巷。5）采區(qū)的進、回風巷必須貫穿整個采區(qū)，嚴禁一段為進風巷、一段為回風巷。（2）采、掘工作面應實行獨立通風。（3）在采區(qū)通風系統(tǒng)中，要保證風流流動的穩(wěn)定性，采掘工作面盡量避免處于角聯(lián)風路中。（4）在采區(qū)通風系統(tǒng)中，應力求通風系統(tǒng)簡單，以便在發(fā)生事故時易于控制風流和撤退人員。（5）對于必須設置的通風設施(風門、風橋、擋風墻等)和通風設備(局部通風機、輔助通風機等)，要選擇好適當位置，嚴把規(guī)格質(zhì)量，嚴格管理制度，保證通風設備安全運轉(zhuǎn)。盡量將主要風門開關、局部通風機開停等狀態(tài)參數(shù)和風流變化參數(shù)納入到礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。（6）在采區(qū)通風系統(tǒng)中，要保證通風阻力小，通風能力大，風流暢通，風量按需分配。因此，應特別注意加強巷道的維護，及時處理局部冒頂和堵塞，支護良好，保證有足夠的斷面。（7）在采區(qū)通風系統(tǒng)中，盡量減少采區(qū)漏風量，并有利于采空區(qū)瓦斯的合理排放及防止采空區(qū)浮煤自燃，使新鮮風流在其流動路線上被加熱與污染的程度最小。（8）設置消防灑水管路、避難硐室和災變時控制風流的設施。明確避災路線和安全標志。必要時，建立瓦斯抽放系統(tǒng)、防滅火灌漿系統(tǒng)。（9）采區(qū)絞車房和變電所，應實行分區(qū)通風。5.采區(qū)進、回風上（下）山的布置采區(qū)進、回風上（下）山，是采區(qū)通風系統(tǒng)的主要風路，是由采區(qū)巷道布置所決定的。在確定采區(qū)巷道布置時，要同時考慮采區(qū)的通風問題。上（下）山的數(shù)目，低瓦斯單一煤層開采可采用兩條上（下）山，有時采用三條上（下）山。具體布置如下：（1）單一煤層開采時的布置1）兩條上（下）山采用兩條上山時，一條進風，另一條回風?？梢圆捎密壍郎仙竭M風、運輸上山回風，也可采用運輸上山進風、軌道上山回風。①軌道上山進風、運輸上山回風②運輸上山進風、軌道上山回風2）三條上（下）山（2）多煤層開采時的布置上、下煤層中的區(qū)段平巷與集中輸送機上山、集中軌道上山之間，用區(qū)段石門及溜煤眼連接，區(qū)段回風平巷與集中專用回風上山直接連接。這種多煤層聯(lián)合布置的采區(qū)通風系統(tǒng)，采用集中輸送機上山與集中軌道上山作采區(qū)主要進風巷，風流經(jīng)區(qū)段石門進入各煤層采掘工作面；集中回風上山作采區(qū)專用回風巷，各煤層流出的污風，經(jīng)集中回風上山流入回風大巷。任務二：采煤工作面通風設計

教學內(nèi)容

1、結(jié)合礦井通風方式和通風方法，根據(jù)采區(qū)進、回風上（下）山的布置情況，分析對比各類采煤工作面通風方式的優(yōu)缺點，確定采煤工作面通風方式；2、根據(jù)瓦斯、煤塵及工作面生產(chǎn)工藝，分析對比上（下）行通風的優(yōu)缺點，確定采煤工作面的風流方向；3、結(jié)合礦井管理，明確采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求。 知識目標 1、了解采煤工作面通風管理要求。2、熟悉采煤工作面通風方式；3、理解采煤工作面上行通風與下行通風的優(yōu)缺點；4、熟悉采煤工作面通風方式的選擇。 技能目標 針對礦井實際情況，根據(jù)采煤工作面通風管理要求，能夠選擇采煤工作面的通風方式，以及上行風與下行風的確定。 教學重點和難點 采煤工作面通風方式的確定；【任務內(nèi)容及要求】1、了解采煤工作面通風管理要求。2、熟悉采煤工作面通風方式；3、理解采煤工作面上行通風與下行通風的優(yōu)缺點；4、熟悉采煤工作面通風方式的選擇。 【相關知識】1.采煤工作面的通風方式選擇采煤工作面的通風系統(tǒng)是由采煤工作面的瓦斯、溫度、煤層自然發(fā)火及采煤方法等所確定的，我國大部分礦井多采用長壁后退式采煤法。根據(jù)采煤工作面進回風巷的布置方式和數(shù)量，可將長壁式采煤工作面通風系統(tǒng)分為：U、Z、H、Y、雙Z和W等類型。（1）U型與Ｚ型工作面通風系統(tǒng)工作面通風系統(tǒng)只有一條進風巷道和一條回風巷道。我國大多數(shù)礦井采用U型后退式通風系統(tǒng)。1）U型通風系統(tǒng)①U型后退式通風系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結(jié)構簡單，巷道施工維修量小，工作面漏風小，風流穩(wěn)定，易于管理等。缺點是在工作面上隅角附近瓦斯易超限，工作面進、回風巷要提前掘進，掘進工作量大。②U型前進式通風系統(tǒng)的主要優(yōu)點是工作面維護量小，不存在采掘工作面串聯(lián)通風的問題，采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，而是涌向回風平巷。缺點是工作面采空區(qū)漏風大。2）Ｚ型通風系統(tǒng)①Ｚ型后退式通風系統(tǒng)的主要優(yōu)點是采空區(qū)瓦斯不會涌入工作面，而是涌向回風巷，工作面采空區(qū)回風側(cè)能用鉆孔抽放瓦斯，但不能在進風側(cè)抽放瓦斯。②Ｚ型前進式通風系統(tǒng)，工作面的進風側(cè)沿采空區(qū)可以抽放瓦斯，但采空區(qū)的瓦斯易涌向工作面，特別是上隅角，回風側(cè)不能抽放瓦斯。Z型通風系統(tǒng)的采空區(qū)的漏風，介于Ｕ型后退式和Ｕ型前進式通風系統(tǒng)之間，且該通風系統(tǒng)需沿空支護巷道和控制采空區(qū)的漏風，其難度較大。（2）Y型、W型及雙Z型通風系統(tǒng)這三種通風系統(tǒng)均為兩進一回或一進兩回的采煤工作面通風系統(tǒng)。1）Y型通風系統(tǒng)根據(jù)進、回風巷的數(shù)量和位置不同，Ｙ型通風系統(tǒng)可以有多種不同的方式。生產(chǎn)實際中應用較多的是在回風側(cè)加入附加的新鮮風流，與工作面回風匯合后從采空區(qū)側(cè)流出的通風系統(tǒng)。Ｙ型通風系統(tǒng)會使回風道的風量加大，但上隅角及回風道的瓦斯不易超限，并可以在上部進風側(cè)抽放瓦斯。2）W型通風系統(tǒng)①后退式W型通風系統(tǒng)：用于高瓦斯的長工作面或雙工作面。②前進式Ｗ型通風系統(tǒng)：巷道維護在采空區(qū)內(nèi)，巷道維護困難，漏風大，采空區(qū)的瓦斯也大。（3）雙Z型通風系統(tǒng)其中間巷與上、下平巷分別在工作面的兩側(cè)。1）后退式雙Ｚ型通風系統(tǒng)：上、下進風巷布置在煤體中，漏風攜出的瓦斯不進入工作面，比較安全。（4）H型通風系統(tǒng)在H型通風系統(tǒng)中，有兩進兩回通風系統(tǒng)和三進一回通風系統(tǒng)。當工作面和采空區(qū)的瓦斯涌出量都較大，在進風側(cè)和回風側(cè)都需增加風量稀釋工作面瓦斯時，可考慮采用H型通風系統(tǒng)。2）前進式雙Ｚ型通風系統(tǒng)：上、下進風巷維護在采空區(qū)中，漏風攜出的瓦斯可能使工作面的瓦斯超限。2.采煤工作面上行通風與下行通風的分析上行通風與下行通風是指進風流方向與采煤工作面的關系而言。當風流沿采煤工作面由下向上流動的通風方式，稱為上行通風。當風流沿采煤工作面由上向下流動的通風方式，稱為下行通風。風流方向與煤炭運輸方向一致時稱為同向通風，否則為逆向通風。（1）上行通風1）上行通風的主要優(yōu)點：采煤工作面和回風巷道風流中的瓦斯以及從煤壁及采落的煤炭中不斷放出的瓦斯，由于其比重小，有一定的上浮力，瓦斯自然流動的方向和通風方向一致，有利于較快地降低工作面的瓦斯?jié)舛龋乐乖诘惋L速地點造成瓦斯局部積聚。2）上行通風的主要缺點：采煤工作面為逆向通風，容易引起煤塵飛揚，增加了采煤工作面風流中的煤塵濃度；煤炭在運輸過程中放出的瓦斯，又隨風流帶到采煤工作面，增加了采煤工作面的瓦斯?jié)舛?；運輸設備運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱量隨進風流散發(fā)到采煤工作面，使工作面氣溫升高。（2）下行通風1）下行通風的主要的優(yōu)點：采煤工作面進風流中煤塵濃度較；采煤工作面的氣溫可以降低；不易出現(xiàn)瓦斯局部積聚。2）下行通風的主要缺點：工作面運輸平巷中設備處在回風流中；一旦工作面發(fā)生火災時控制火勢比較困難；當發(fā)生煤與瓦斯突出事故時，下行通風極易引起大量的瓦斯逆流而進入上部進風水平，擴大突出的涉及范圍?！兑?guī)程》只規(guī)定，有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的采煤工作面不得采用下行通風。（3）采煤工作面通風方式選擇1）回采工作面通風方式由采區(qū)瓦斯、粉塵、氣溫以及自然發(fā)火傾向等因素決定。2）U形通風方式指采煤工作面與進、回風道構成的形如英文字母“U”的通風方式，包括后退式和前進式兩種。

3）W形通風方式指采煤工作面上、下端的平巷進風（或回風），中間平巷回風（或進風）的布置方式4）Y形通風方式指在采煤工作面上、下端各設一條進風道，另在采空區(qū)一側(cè)設回風道的通風方式。5）Z形通風方式指采煤工作面、進、回風道構成的形如英文字母“Z”，的通風方式，其中一條進風道（或回風道）的一側(cè)為采空區(qū)，分為前進式和后退式。6）U+L形通風方式即U形通風＋尾巷的通風方式，俗稱尾巷通風方式。風流通過上隅角經(jīng)聯(lián)絡橫巷進人上部回風巷。7）有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的采煤工作面不得采用下行通風3.采煤工作面通風管理裝有礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的機械化采煤工作面、水采和煤層厚度小于0.8m的保護層的采煤工作面，經(jīng)抽放瓦斯（抽放率25％以上）和增加風量已達到最高允許風速后，其回風巷風流中瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?.0％以下時，回風巷風流中瓦斯最高允許濃度為1.5%，但應符合下列要求：（1）回采工作面及其他作業(yè)地點風流中瓦斯?jié)舛冗_到1.0％時，必須停止用電鉆鉆眼；爆破地點附近20m以內(nèi)風流中瓦斯?jié)舛冗_到1.0％時，嚴禁爆破。（2）回采工作面及其他作業(yè)地點風流中、電動機或其開關安設地點附近20m以內(nèi)風流中的瓦斯?jié)舛冗_到1.5％時，必須停止工作，切斷電源，撤出人員，進行處理。（3）回采工作面及其他巷道內(nèi)，體積大于0.5m3的空間內(nèi)積聚的瓦斯?jié)舛冗_到2.0％時，附近20m內(nèi)必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。（4）回采工作面風流中二氧化碳濃度達到1.5％時，必須停止工作，撤出人員，查明原因，制定措施，進行處理。（5）采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于或等于20m3/min、進回風巷道凈斷面8m2以上，經(jīng)抽放瓦斯（抽放率25％以上）和增大風量已達到本標準規(guī)定最高允許風速后，其回風巷風流中瓦斯?jié)舛热圆环媳緲藴室?guī)定時，由企業(yè)主要負責人審批后，可采用專用排瓦斯巷，但該巷回風流中的瓦斯?jié)舛炔坏贸^2.5%，并遵守下列規(guī)定：1）工作面風流控制必須可靠。2）專用排瓦斯巷內(nèi)不得進行生產(chǎn)作業(yè)和設置電氣設備；進行巷道維修工作時，瓦斯?jié)舛缺仨毜陀?.5％。3）專用排瓦斯巷內(nèi)風速不得低于0.5m/s。4）專用排瓦斯巷內(nèi)必須用不燃性材料支護，并應有防止產(chǎn)生靜電、摩擦和撞擊火花的安全措施。5）專用排瓦斯巷必須貫穿整個工作面推進長度且不得留有盲巷。6）專用排瓦斯巷內(nèi)必須安設甲烷傳感器，甲烷傳感器應懸掛在距專用排瓦斯巷回風口15m處，當甲烷濃度達到2.5％時，能發(fā)出報警信號并切斷工作面電源，工作面必須停止工作，進行處理。7）煤層的自燃傾向性為不易自燃。（7）開采容易自燃和自燃的煤層（薄煤層除外）時，采煤工作面必須采用后退式開采。（8）礦井在同一煤層、同翼、同一采區(qū)相鄰正在開采的采煤工作面沿空送巷時，采掘工作面嚴禁同時作業(yè)。（9）水采工作面由采空區(qū)回風時，工作面必須有足夠的新鮮風流，工作面及其回風巷的風流中的瓦斯和二氧化碳濃度必須符合《規(guī)程標準》相關規(guī)定。（10）采空區(qū)必須及時封閉。必須隨采煤工作面推進逐個封閉與采空區(qū)連通的巷道。采區(qū)開采結(jié)束后45天內(nèi)，必須在所有與已采區(qū)相連通的巷道中設置防火墻，全部封閉采區(qū)。任務三：掘進工作面通風設計

教學內(nèi)容 1.根據(jù)礦井生產(chǎn)情況，選擇掘進工作面通風方法；2.根據(jù)掘進工作面需風量和通風方法選擇通風設備和裝置；3.根據(jù)掘進工作面通風設計的具體情況，制定掘進通風安全措施。 知識目標 1、了解掘進工作面通風方法；2、熟悉掘進通風安全措施；3、掌握掘進工作面需風量和通風方法選擇通風設備和裝置。 技能目標

針對礦井實際情況，能夠在綜合分析的基礎上，確定掘進工作面通風方法。 教學重點和難點 掘進工作面需風量和通風方法選擇通風設備和裝置 【任務內(nèi)容及要求】1、了解掘進工作面通風方法；2、熟悉掘進通風安全措施；3、掌握掘進工作面需風量和通風方法選擇通風設備和裝置。 【相關知識】1.掘進工作面通風方法

井巷施工時的通風方法有：擴散通風、自然通風，利用引射器通風、礦井全風壓通風，局部通風機通風和綜合通風。（1）擴散通風擴散通風如圖4-16所示。它不需任何通風設備，是靠新鮮風流的紊流擴散作用，使新鮮空氣與掘進頭空氣摻混，逐漸把污濁空氣排出，從而達到通風目的?！兑?guī)程》第132條規(guī)定：“掘進巷道應采用礦井全風壓通風或局部通風機通風，不得采用擴散通風”。第138條又規(guī)定：“井下機電硐室必須設在進風風流中。如果硐室深度不超過6m，入口寬度不小于1.5m，而無瓦斯涌出時，可采用擴散通風?！眲傞_始掘進的巷道，在最初6m以內(nèi)也常采用擴散通風。（2）利用礦井全風壓通風所謂礦井全風壓通風，就是利用礦井主通風機所產(chǎn)生的風壓，借助某種導風設施，將新鮮風流引入獨頭掘進工作面，再將污濁空氣排除。常用的導風設施有風筒、風幛等。1）利用風筒導風2）利用縱向風幛導風3）利用平行巷道通風4）利用鉆孔通風（3）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為局部通風機通風。它是目前掘進通風最主要的通風方式。1）局部通風機的通風方式局部通風機的通風方式有壓入式通風、抽出式通風和混合式通風三種。①壓入式通風壓入式通風是利用局部通風機將新鮮空氣經(jīng)風筒壓入工作面，乏風沿巷道排出。②抽出式通風新風沿巷道流入，清洗工作面后，乏風經(jīng)風筒由局部通風機抽出。2）壓入式和抽出式通風的比較3）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(lián)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（前壓后抽）工作面的污風由壓入式風筒壓入的新風予以沖淡和稀釋，由抽出式主風筒排出。②長壓短抽(前抽后壓)工作方式：新鮮風流經(jīng)壓入式長風筒送入工作面,工作面污風經(jīng)抽出式通風除塵系統(tǒng)凈化,被凈化后的風流沿巷道排出。③混合式通風的主要特點：第一：通風是大斷面長距離巖巷掘進通風的較好方式；第二：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(nèi)的風量，當掘進巷道斷面大時,風速就更小,則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。（4）可控循環(huán)通風當局部通風機的吸入風量大于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污濁風流，會再次經(jīng)局部通風機送往用風地點，故稱其為循環(huán)風。2.掘進工作面通風設計掘進工作面通風的主要目的是排出炮煙、稀釋瓦斯和供給人員呼吸。因此，掘進工作面風量應按以上三個條件分別計算，取其中最大值作為供風標準。（1）掘進需風量計算1）按排出炮煙計算①壓入式通風的風量計算②抽出式通風的風量計算③混合式通風的風量計算2）按瓦斯涌出量計算在有瓦斯涌出的巷道掘進工作面內(nèi)，其所需風量應保證巷道內(nèi)任何地點瓦斯?jié)舛炔怀?，其值可按式?-9）計算。3）按同時工作最多人數(shù)計算《規(guī)程》第100條規(guī)定：“每一工作地點，每人每分鐘供給風量都不得少于4m3/min?！彼跃蜻M工作面風量可用式（4-10）計算。（2）掘進工作面通風設備的選擇掘進通風設備的選擇是否合理，是能否很好地完成通風任務的關鍵。其主要設備是局部通風機和風筒。1）風筒選擇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風筒種類掘進通風使用的風筒有：金屬風筒和帆布、膠布、人造革等柔性風筒。②風筒的接頭風筒的接頭方法與接頭質(zhì)量直接影響風筒的漏風和風筒的風阻。鐵風筒不易破損。一般只有在接頭處才會產(chǎn)生漏風。鐵風筒用法蘭盤和螺栓連接，法蘭盤之間要加墊圈，墊圈可用石棉繩、毛氈等材料制作。對使用期限較長，遇過風量較大的風筒常采用橡膠墊圈。為減少漏風，全部螺栓必須擰緊。柔性風筒主要是接頭和針眼漏風。其中接頭漏風程度主要取決于接頭形式。④風筒風阻的計算風筒的風阻包括摩擦風阻與接頭、拐彎等局部風阻。風筒的摩擦風阻計算方法與井巷摩擦風阻計算方法相同。但因風筒斷面多為圓形，故U=πD，S=1/4πD2，所以風筒的摩擦風阻可用式（4-16）計算。⑤風筒直徑的確定確定風筒直徑的主要依據(jù)是造風量的大小和送風距離的長短。2）局部通風機選擇局部通風機應根據(jù)局部通風機的工作風量和工作風壓來選擇。①局部通風機風量的確定②局部通風機風壓的確定局部通風機的工作風壓是由風筒總風阻和風筒中通過風量決定的。風筒的平均風量可由式（4-20）求得。③局部通風機類型和型號的確定根據(jù)局部通風機工作風壓和工作風量，即可選取局部通風機，也可根據(jù)局部通風機特性曲線按通風機合理工作范圍的要求選取局部通風機。如果選用單臺局部通風機不能滿足通風要求時，可考慮選用兩臺或多臺局部通風機聯(lián)合作業(yè)。3）通風設備的安裝與管理在掘進通風管理中，要嚴格執(zhí)行局部通風機通風設備的安裝、維護與管理制度。合理安裝和使用局部通風機通風設備不僅是提高掘進通風效果的重要措施，也是防止瓦斯、煤塵爆炸事故的重要環(huán)節(jié)。①局部通風機安裝壓入式通風為防止循環(huán)風，壓入式局部通風機和啟動裝置必須安裝在進尺巷道中，距回風口不得小于10m。局部通風機的吸入風量必須小于全風壓供給該處的風量。抽出式通風抽出式局部通風機應安設在掘進巷道口的回風側(cè)，距掘進巷道口不得小于10m，局部通風機風量亦應小于全風壓供給該巷道的風量?；旌鲜酵L抽出式風筒吸風口與工作面距離應大于炮煙拋擲區(qū)長度，并且要超前壓入式局部通風機10m以上。為防止循環(huán)風，保證該段巷道通過新鮮風流，抽出式風筒口的吸風量應大于壓入式局部通風機的工作用量。壓入式局部通風機要隨工作面的推進而前移，抽出式風筒也要相應地接長。②風筒的安裝與管理為保證掘進工作面的通風效果，及時排出炮煙，風筒口距工作面不得超過有效射程（或有效吸程）。在長距離通風中，由于風筒長、阻力大，局部通風機啟動時易將柔性風筒鼓破或燒毀電動機，應采用“三啟三停”操作方法，使柔性風筒逐漸張開，然后再讓局部通風機正常運轉(zhuǎn)。（3）掘進工作面局部通風設計方案編制掘進工作面是瓦斯煤塵燃爆事故的多發(fā)地點，也是礦井通風管理的核心地點之一，因些，在礦井開拓或準備采區(qū)時，編制巷道掘進時的局部通風設計。1）編制原則和要求①掘進巷道必須采用全風壓或局部通風機通風，不得采用擴散通風。深度不超6m，入口寬度不小于1.5m、無瓦斯涌出的硐室，可采用擴散通風。②機電硐室必須設在進風流中，若設在回風流中，則必須制定安全措施，并在其入風口安設瓦斯自動報警斷電裝置（瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%）。③掘進工作面的通風方式，必須條例《規(guī)程》第一百二十七條規(guī)定。④每個獨立通風的掘進工作面的需要風量，應按瓦斯涌出量、炸藥用量、作業(yè)人數(shù)等分別計算和用風速進行驗算，并取其最大值。⑤局部通風設計必須履行審批程序。2）局部通風設計及其說明書要包含以下內(nèi)容①掘進工作面的地點、名稱、煤巖層別、最大送風距離。②施工隊組名稱、作業(yè)方式和勞工組織情況。③巷道設計斷面、凈斷面大小和支護形式。④采區(qū)通風系統(tǒng)、局部通風方式和通風機安裝地點，并附系統(tǒng)圖。⑤掘進煤層的瓦斯參數(shù)及依據(jù)。⑥掘進工作面所需風量計算。⑦局部通風機及其設備選擇。⑧明確瓦斯監(jiān)測裝置的安裝、吊掛、斷電濃度和斷電范圍、并附安裝布置圖。⑨掘進工作面供電設計報告，其中必須包括局部通風機和動力設備的供電系統(tǒng)圖，“三專兩閉鎖”接線原理圖、設備布置平面圖以及風電閉鎖試驗和電氣設備管理安全措施。⑩采取“邊抽邊掘”瓦斯措施時，要有瓦斯抽放設計報告，其中包括預計瓦斯涌出量、風排瓦斯量、邊抽瓦斯量、邊抽瓦斯工程量、鉆孔布置及有關參數(shù)等，并附有抽放系統(tǒng)圖。

任務四：計算和分配礦井總風量

教學內(nèi)容 1、礦井需風量的計算依據(jù)；2、礦井需風量的計算方法；3、采煤工作面需風量的計算；4、掘進工作面需風量的計算；5、硐室需風量的計算；6、其他井巷需風量計算；7、礦井總風量分配。知識目標

1、了解礦井需風量的計算依據(jù)；2、了解其他井巷需風量計算；3、熟悉礦井需風量的計算方法；4、熟悉礦井總風量分配；5、掌握采煤工作面、掘進工作面、硐室需風量的計算。 技能目標

針對礦井實際情況，能夠針對采煤工作面、掘進工作面、硐室等不同地點計算礦井需風量，并進行風量的合理分配。 教學重點和難點

1、硐室需風量的計算；2、礦井總風量分配?！救蝿諆?nèi)容及要求】1、了解礦井需風量的計算依據(jù)；2、了解其他井巷需風量計算；3、熟悉礦井需風量的計算方法；4、熟悉礦井總風量分配；5、掌握采煤工作面、掘進工作面、硐室需風量的計算。 【相關知識】1.礦井需風量的計算依據(jù)

每個工作面實際需風量，應按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害氣體產(chǎn)生量，以及工作面氣溫、風速和同時工作的最多人數(shù)等分別計算，然后取其中最大值。低瓦斯礦井的采煤工作面按氣象條件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量計算時，采用高瓦斯計算公式）確定需風量。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井需風量應按下列要求分別計算，并選取其中的最大值：（1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算，每人每分鐘供分量不得少于4m3。（2）按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風量的總和進行計算。按實際需要計算風量時，應避免備用風量過大或過小。煤礦企業(yè)應根據(jù)具體條件制定風量計算方法，至少每5年修訂一次。2.礦井需風量的計算方法（1）按同時工作最多人數(shù)計算礦井風量勞動時一個人的耗氧量為1-3L/min，而礦井空氣中人的耗氧量約為2%-3%（其他為煤炭和有機物所消耗）。因此，世界大多產(chǎn)煤國家規(guī)定了每人4m3/min的需風量。再根據(jù)同時工作的最多人數(shù)，即可計算出礦井的需風量。（2）按各個用風地點總和計算礦井風量

按照礦井實際布置的采煤工作面、掘進工作面、硐室和用風地點，依據(jù)各個地點都能滿足將瓦斯、二氧化碳和其他有害氣體稀釋到《規(guī)程》規(guī)定濃度以下，并符合風速規(guī)定的要求，分別逐個計算所需負量，再“由里向外”計算出采區(qū)、礦井的需風量。

對上述兩種計算方法的結(jié)果，要進行比較，取其最大值。3.礦井需風量的計算（1)礦井總進風量按以下兩種方法分別計算，并且取其最大值1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算礦井風量2）按各個用風地點總和計算礦井風量生產(chǎn)礦井所需的風量，按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風量的總和計算4.采煤工作面需風量計算采煤工作面的風量應該按下列因素分別計算，取其中最大值。（1）按瓦斯涌出量計算。(2）按工作面進風流溫度計算：采煤工作面應有良好的氣候條件。其進風流溫度可根據(jù)風流溫度預測方法進行計算。其氣溫應低于26度，風速大于0.25m/s。

(3）按使用炸藥量計算：。(4）按工作人員數(shù)量計算：

(5）按風速進行驗算按最低風速驗算各個采煤工作面的最小風量：5.掘進工作面需風量的計算煤巷、半煤巖和巖巷掘進工作面的風量，應按下列因素分別計算，取其最大值。(1）按瓦斯涌出量計算：

(2）按炸藥量計算

(3）按局部通風機吸風量計算

(4）按工作人員數(shù)量計算

(5）按風速進行驗算6.硐室需風量的計算獨立通風硐室的供風量，應根據(jù)不同類型的硐室分別進行計算：(1）機電硐室需風量采區(qū)變電所及變電硐室，可按經(jīng)驗值確定需風量

(2）爆破材料庫需風量

(3）充電硐室按其回風流中氫氣濃度小于0.5%計算7.其他井巷需風量井下其他巷道所需風量應依據(jù)巷道中的瓦斯（二氧化碳）涌出量和要求風速分別計算，并取其中最大值。(1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量計算

(2）按最低風速驗算8.礦井總風量的分配

礦井總風量確定后，分配到各用風地點的風量，應不得低于其計算的需風量；所有巷道都應分配一定的風量；分配后的風量，應保證井下各處瓦斯及有害氣體濃度、風速等滿足《煤礦安全規(guī)程》的各項要求。任務五：繪制通風網(wǎng)絡圖

與計算礦井通風總阻力教學內(nèi)容 1、繪制通風網(wǎng)絡圖：（1）通風網(wǎng)絡的基本術語和概念;（2）通風網(wǎng)絡圖的繪制；（3）通風網(wǎng)絡的總風阻及其風量分配。2、礦井通風總阻力計算。

知識目標 1、根據(jù)礦井通風系統(tǒng)繪制礦井通風網(wǎng)路圖；2、掌握通風網(wǎng)路的基本形式與特性、風量分配的基本定律、通風網(wǎng)路解算的方法等知識，對礦井通風系統(tǒng)進行分析解算；3、繪制通風容易時期、通風困難時期通風網(wǎng)絡圖；4、選擇最大通風阻力路線，計算礦井通風總阻力。 技能目標

針對礦井實際情況，能夠在綜合分析的基礎上，繪制繪制通風容易時期、通風困難時期通風網(wǎng)絡圖；能夠選擇最大通風阻力路線，計算礦井通風總阻力。 重點和難點 1、通風網(wǎng)絡圖的繪制；2、礦井通風總阻力計算?！救蝿諆?nèi)容及要求】1、掌握確定礦井通風系統(tǒng)類型的方法；2、掌握如何確定礦井通風方法；3、掌握采區(qū)通風系統(tǒng)的方法?！鞠嚓P知識】1.繪制通風網(wǎng)絡圖(1)通風網(wǎng)路的基本術語和概念在通風網(wǎng)路中，常用到以下一些術語：1）分支分支是指表示一段通風井巷的有向線段，線段的方向代表井巷風流的方向。每條分支可有一個編號，稱為分支號。2）節(jié)點節(jié)點是指兩條或兩條以上分支的交點。每個節(jié)點有唯一的編號，稱為節(jié)點號。在網(wǎng)路圖中用圓圈加節(jié)點號表示節(jié)點。3）回路由兩條或兩條以上分支首尾相連形成的閉合線路，稱為回路。單一個回路（其中沒有分支），該回路又稱網(wǎng)孔。4）樹由包含通風網(wǎng)路圖的全部節(jié)點且任意兩節(jié)點間至少有一條通路和不形成回路的部分分支構成的一類特殊圖，稱為樹；由網(wǎng)路圖余下的分支構成的圖，稱為余樹。5）獨立回路由通風網(wǎng)路圖的一棵樹及其余樹中的一條余樹枝形成的回路，稱為獨立回路。(2)通風網(wǎng)路圖的繪制

不按比例、不反映空間關系的礦井通風網(wǎng)路圖，能清楚地反映風流的方向和分合關系，便于進行通風網(wǎng)路解算和通風系統(tǒng)分析，是礦井通風管理的重要圖件之一。

通風網(wǎng)路圖的形狀是可以改變的。為了更清晰地表達通風系統(tǒng)中各井巷間的聯(lián)接關系及其通風特點，通風網(wǎng)路圖的節(jié)點可以移位，分支可以曲直伸縮。通常，習慣上把通風網(wǎng)路圖總的形狀畫成“橢圓”形。繪制礦井通風網(wǎng)路圖，一般可按如下步驟進行：1）節(jié)點編號2）分支連線。3）圖形整理4）標注繪制通風網(wǎng)路圖的一般原則如下：1）某些距離相近的節(jié)點，其間風阻很小時，可簡化為一個節(jié)點。2）風壓較小的局部網(wǎng)路，可并為一個節(jié)點。如井底車場等。3）同標高的各進風井口與回風井口可視為一個節(jié)點。4）用風地點并排布置在網(wǎng)路圖的中部；進風系統(tǒng)和回風系統(tǒng)分別布置在圖的下部和上部；進、回風井口節(jié)點分別位于圖的最下端和最上端。5）分支方向（除地面大氣分支）基本應由下而上。6）分支間的交叉盡可能少。7）節(jié)點間應有一定的間距。

(3)通風網(wǎng)絡的總風阻及其風量分配1）網(wǎng)路中風流流動的基本定律風流在通風網(wǎng)路中流動時，都遵守風量平衡定律、風壓平衡定律和阻力定律。它們反映了通風網(wǎng)路中三個最主要通風參數(shù)——風量、風壓和風阻間的相互關系，是解算復雜通風網(wǎng)路的理論基礎。①通風阻力定律②風量平衡定律風量平衡定律是指在通風網(wǎng)路中，流入與流出某節(jié)點或閉合回路的各分支的風量的代數(shù)和等于零③風壓平衡定律風壓平衡定律是指在通風網(wǎng)路的任一閉合回路中，各分支的風壓（或阻力）的代數(shù)和等于零2）通風網(wǎng)絡形式及其特性通風網(wǎng)路可分為簡單通風網(wǎng)路和復雜通風網(wǎng)路兩種。僅由串聯(lián)和并聯(lián)組成的網(wǎng)路，稱為簡單通風網(wǎng)路。含有角聯(lián)分支，通常是包含多條角聯(lián)分支的網(wǎng)路，稱為復雜通風網(wǎng)路。通風網(wǎng)路中各分支的基本聯(lián)接形式有串聯(lián)、并聯(lián)和角聯(lián)三種，不同的聯(lián)接形式具有不同的的通風特性和安全效果。①串聯(lián)通風及其特性兩條或兩條以上風路彼此首尾相連在一起，中間沒有風流分合點時的通風，稱為串聯(lián)通風②并聯(lián)通風及其特性兩條或兩條以上的分支在某一節(jié)點分開后，又在另一節(jié)點匯合，其間無交叉分支時的通風，稱為并聯(lián)通風③串聯(lián)與并聯(lián)的比較在礦井通風網(wǎng)路中，既有串聯(lián)通風，又有并聯(lián)通風。礦井的進、回風風路多為串聯(lián)通風，而工作面與工作面之間多為并聯(lián)通風。從安全、可靠和經(jīng)濟角度看，并聯(lián)通風與串聯(lián)通風相比，具有明顯優(yōu)點：總風阻小，總等積孔大，通風容易，通風動力費用少。

所以，《規(guī)程》強調(diào)：井下各個生產(chǎn)水平和各個采區(qū)必須實行分區(qū)通風（并聯(lián)通風）；各個采、掘工作面應實行獨立通風，限制采用串聯(lián)通風。2.礦井通風總阻力計算(1)礦井通風總阻力計算原則1）如果礦井服務年限不長（10~20年），選擇達到設計產(chǎn)量后通風容易和困難兩個時期分別計算其通風阻力；若礦井服務年限較長（30~50年），只計算頭15~25年左右通風容易和困難兩個時期的通風阻力。2）通風容易和通風困難兩個時期總阻力的計算，應