《礦井通風系統(tǒng)設計》課件

《礦井通風系統(tǒng)設計》礦井通風系統(tǒng)設計專業(yè)課程保障礦工安全與生產(chǎn)效率的關鍵技術課程概述課程目標掌握礦井通風系統(tǒng)設計基本理論適用對象采礦工程專業(yè)學生及從業(yè)人員學時安排理論48學時，實踐24學時考核方式課程設計60%，期末考試40%第一章：礦井通風系統(tǒng)概述1基本概念通風系統(tǒng)定義與基礎術語2系統(tǒng)組成主要部件與功能分析3分類方法不同類型通風系統(tǒng)比較4發(fā)展歷史技術進步與重要里程碑1.1礦井通風系統(tǒng)的定義和作用定義用于控制礦井空氣流動的工程系統(tǒng)主要作用稀釋有害氣體控制粉塵濃度調(diào)節(jié)井下溫度安全意義防止瓦斯積聚和爆炸事故生產(chǎn)效益提高工作環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)效率1.2礦井通風系統(tǒng)的組成部分主通風機提供主要動力源通風網(wǎng)絡風流通道系統(tǒng)通風構筑物風門、風橋、密閉等監(jiān)測系統(tǒng)氣體、風速等監(jiān)測裝置輔助通風設備局部通風機和風筒1.3礦井通風系統(tǒng)的分類按通風方式分類抽出式通風壓入式通風混合式通風按通風機位置分類中央式通風分區(qū)式通風聯(lián)合式通風按通風動力分類機械通風自然通風復合通風1.4礦井通風系統(tǒng)的發(fā)展歷史1早期階段利用自然通風和簡易風門2機械通風階段蒸汽動力風機的應用3電氣化階段電力通風機廣泛應用4現(xiàn)代化階段計算機控制與智能化管理第二章：礦井通風系統(tǒng)設計基礎設計目標安全、可靠、經(jīng)濟、靈活法規(guī)標準國家安全規(guī)程和行業(yè)標準設計流程從需求分析到詳細設計數(shù)據(jù)分析地質(zhì)、瓦斯等數(shù)據(jù)收集與處理2.1礦井通風設計的目標和原則安全可靠確保安全工作環(huán)境經(jīng)濟合理降低能耗和運行成本系統(tǒng)穩(wěn)定抵抗外部干擾能力強便于管理操作簡便，維護方便2.2礦井通風設計的法規(guī)和標準國家法規(guī)《煤礦安全規(guī)程》嚴格執(zhí)行行業(yè)標準《煤礦通風技術規(guī)范》作為指導企業(yè)規(guī)范結合礦井特點制定具體標準國際參考借鑒國際先進經(jīng)驗和標準2.3礦井通風設計的基本流程數(shù)據(jù)收集地質(zhì)、生產(chǎn)、環(huán)境等基礎數(shù)據(jù)方案制定多方案比較與優(yōu)化計算與分析風量、阻力等技術參數(shù)確定設備選型通風機及附屬設備選擇圖紙繪制形成完整設計文件2.4礦井通風設計的數(shù)據(jù)收集和分析數(shù)據(jù)類型主要內(nèi)容收集方法地質(zhì)數(shù)據(jù)煤層瓦斯含量、巖層性質(zhì)鉆探取樣、實驗室分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)采掘工作面布置、產(chǎn)量計劃生產(chǎn)規(guī)劃文件環(huán)境數(shù)據(jù)溫度、濕度、氣壓條件現(xiàn)場測量、氣象資料歷史數(shù)據(jù)既有通風系統(tǒng)性能參數(shù)運行記錄、測風記錄第三章：礦井風量計算總風量概念礦井所需風量總和各點風量計算工作面、掘進面等用風量漏風量估算系統(tǒng)各部分漏風情況總風量確定綜合確定最終設計風量3.1礦井總風量的概念礦井總風量定義單位時間內(nèi)進出礦井的空氣總量計量單位立方米/秒（m3/s）影響因素瓦斯涌出量人員數(shù)量設備發(fā)熱量計算原則以最不利條件為基準3.2礦井各用風地點風量計算方法3.3礦井漏風量的估算漏風源識別定位主要漏風點漏風量測定測量各點漏風情況漏風率計算計算系統(tǒng)總漏風率漏風治理采取措施減少漏風3.4礦井總風量的確定1.2倍安全系數(shù)考慮各種不確定因素15%漏風率新建礦井典型漏風率30%備用量為擴產(chǎn)預留的風量第四章：礦井通風網(wǎng)絡設計基本概念系統(tǒng)組成和運行原理網(wǎng)絡圖繪制拓撲結構和表示方法網(wǎng)絡簡化等效替代和歸并技術計算方法風量分配和壓力平衡4.1礦井通風網(wǎng)絡的基本概念通風網(wǎng)絡定義由節(jié)點和邊組成的拓撲結構節(jié)點類型分支節(jié)點匯合節(jié)點源匯節(jié)點邊的特性阻力特性風量容量方向性網(wǎng)絡規(guī)律基于基爾霍夫定律4.2礦井通風網(wǎng)絡圖的繪制收集巷道資料巷道長度、斷面、支護形式確定節(jié)點位置巷道交叉點、分支點等繪制拓撲結構節(jié)點連接成網(wǎng)絡標注參數(shù)信息標注阻力、風量等數(shù)據(jù)4.3礦井通風網(wǎng)絡的簡化方法串聯(lián)簡化合并同一通路上的巷道并聯(lián)簡化合并連接相同節(jié)點的多條支路星-三角變換復雜結構的等效替代次要支路刪除忽略影響小的通路4.4礦井通風網(wǎng)絡的計算方法哈代-克洛斯法經(jīng)典迭代計算方法按網(wǎng)孔調(diào)整收斂性好節(jié)點法基于節(jié)點方程組適合復雜網(wǎng)絡計算量大線性規(guī)劃法優(yōu)化求解思路可設置約束條件找最優(yōu)解第五章：礦井通風阻力計算阻力概念氣流運動的阻礙因素1阻力分類沿程阻力和局部阻力2巷道阻力各類巷道具體計算3總阻力系統(tǒng)整體阻力確定45.1礦井通風阻力的概念和分類通風阻力定義空氣流動時所受到的阻礙阻力單位帕斯卡（Pa）或毫米水柱沿程阻力氣流與巷道壁面摩擦產(chǎn)生局部阻力氣流流經(jīng)斷面變化處產(chǎn)生5.2局部阻力系數(shù)的確定方法5.3礦井各類巷道阻力的計算巷道類型摩擦系數(shù)λ計算公式光滑巷道0.015-0.020R=λ·L·P/3S普通巷道0.020-0.025R=λ·L·P/3S粗糙巷道0.025-0.035R=λ·L·P/3S支架巷道0.035-0.050R=λ·L·P/3S5.4礦井總阻力的計算60%沿程阻力占總阻力主要部分30%局部阻力各種構筑物產(chǎn)生10%其他阻力設備、物料等額外阻力第六章：主要通風機的選擇與安裝通風機類型軸流式、離心式等選擇原則效率、可靠性、適應性性能曲線風量、風壓關系圖安裝位置地面、井下最佳布置6.1主要通風機的類型和特點軸流式通風機大風量特性風壓適中效率高噪聲較大離心式通風機高風壓特性風量較小穩(wěn)定性好體積大混流式通風機綜合性能好適應性強復雜程度高維護難度大6.2主要通風機的選擇原則安全可靠防爆、耐用性節(jié)能高效高效率、低能耗適應性強適應工況變化經(jīng)濟合理投資與運行成本6.3主要通風機的性能曲線風量(m3/s)風壓(Pa)效率(%)6.4主要通風機的安裝位置和方式地面安裝便于維護，遠離爆炸危險井下安裝分區(qū)通風，降低總阻力雙機安裝備用保障，維修不停風第七章：輔助通風系統(tǒng)設計1輔助通風概念掘進工作面專用通風系統(tǒng)2局部通風機選擇根據(jù)風量需求和供風距離3風筒設計布置材質(zhì)、規(guī)格和安裝方式4監(jiān)控系統(tǒng)設計確保安全穩(wěn)定運行7.1輔助通風的概念和應用場景輔助通風定義不與主要通風系統(tǒng)直接相通的局部通風主要應用場景掘進工作面獨立硐室臨時采掘作業(yè)點通風方式分類壓入式抽出式混合式設計關鍵點確保盲巷工作面充足新風供應7.2局部通風機的選擇通風機型號風量(m3/s)全壓(Pa)適用場景JK-585-81500-2500小斷面掘進FBD-No.58-122000-3000中等掘進面FBD-No.812-203000-4000大斷面掘進FBCD-No.1020-304000-5000超大斷面或長距離7.3風筒的設計和布置風筒材質(zhì)選擇帆布風筒塑料風筒金屬風筒復合材料風筒風筒直徑確定根據(jù)風量和風速常用直徑：400-1000mm風筒布置方式吊掛式支架式組合式7.4輔助通風系統(tǒng)的監(jiān)控風速監(jiān)測確保最低風速達標溫度監(jiān)測防止工作面過熱氣體濃度監(jiān)測實時監(jiān)控有害氣體聯(lián)鎖控制超限自動斷電第八章：通風構筑物設計風門設計控制氣流方向的關鍵構筑物風橋設計解決通風線路交叉沖突密閉設計隔絕廢棄區(qū)域的重要手段8.1風門的設計和布置風門類型單層風門雙層風門自動風門防爆風門風門材料木質(zhì)結構鋼質(zhì)結構復合材料風門布置原則最小氣流干擾便于人員和設備通行安全可靠8.2風橋的設計和布置風橋定義解決兩個獨立氣流交叉的構筑物風橋類型上下式風橋拱形風橋箱形風橋設計考慮因素斷面尺寸強度要求密封性能施工要點確保結構穩(wěn)固和氣密性8.3密閉的設計和構造密閉分類臨時密閉永久密閉防爆密閉防水密閉密閉材料砌塊密閉澆筑密閉充填密閉復合密閉密閉構造要求氣密性強度耐久性抗爆性8.4其他通風構筑物的設計風量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)支路風量的可調(diào)節(jié)構筑物風流分配裝置將主風流分配到各支路導流墻引導氣流方向的墻體結構防火墻隔離火區(qū)與正常區(qū)域第九章：礦井通風系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制調(diào)節(jié)目的保持穩(wěn)定可靠的通風狀態(tài)1風量調(diào)節(jié)滿足各區(qū)域風量需求2風壓調(diào)節(jié)維持正確的壓力分布3自動控制智能化管理通風系統(tǒng)49.1礦井通風系統(tǒng)調(diào)節(jié)的目的和方法安全保障確保各區(qū)域安全濃度均衡分配合理分配風量資源適應變化應對生產(chǎn)布局調(diào)整節(jié)能降耗降低通風能耗9.2風量調(diào)節(jié)技術風量調(diào)節(jié)器法通過調(diào)節(jié)器改變通路阻力變頻調(diào)速法改變通風機轉(zhuǎn)速調(diào)整風量風門調(diào)節(jié)法調(diào)整風門開度控制風量9.3風壓調(diào)節(jié)技術主風機調(diào)節(jié)變頻調(diào)速葉片角度調(diào)節(jié)導葉調(diào)節(jié)局部風壓調(diào)節(jié)輔助風機配置氣墊調(diào)節(jié)局部構筑物調(diào)整季節(jié)性調(diào)整冬夏季轉(zhuǎn)換自然通風利用氣壓差調(diào)整9.4自動化控制系統(tǒng)的應用傳感檢測風速、氣體、壓力等數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理中央控制系統(tǒng)分析自動調(diào)節(jié)執(zhí)行設備自動響應人機交互監(jiān)控顯示和遠程控制第十章：特殊條件下的通風系統(tǒng)設計高瓦斯礦井瓦斯?jié)舛雀叩奶厥馔L要求熱害礦井高溫環(huán)境下的通風降溫沖擊地壓礦井地壓活動頻繁區(qū)域通風深部開采礦井深部高溫高壓環(huán)境通風10.1高瓦斯礦井的通風設計瓦斯等級標準按絕對瓦斯涌出量確定礦井瓦斯等級設計關鍵點增大風量合理分配控制風速瓦斯抽采結合通風與瓦斯抽采綜合治理安全監(jiān)控全面監(jiān)測預警系統(tǒng)10.2熱害礦井的通風設計巖石溫度(°C)工作面溫度(°C)10.3沖擊地壓礦井的通風設計危險區(qū)識別地質(zhì)勘探確定沖擊地壓危險區(qū)通風系統(tǒng)布局避開應力集中區(qū)加強巷道支護確保通風巷道穩(wěn)定性應急通風設計事故后快速恢復通風10.4深部開采礦井的通風設計深部開采特點高溫高壓瓦斯涌出大巷道穩(wěn)定性差通風阻力大通風技術方案多級通風分區(qū)供風負壓控制制冷降溫設備選型要點高壓大功率風機耐高溫材料制冷系統(tǒng)第十一章：礦井通風系統(tǒng)的安全管理管理制度建立完善的通風安全制度監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控通風參數(shù)事故預防識別風險并采取預防措施應急預案制定通風系統(tǒng)應急措施11.1通風安全管理制度1管理機構設置設立專職通風管理機構2人員職責劃分明確各級人員通風管理職責3操作規(guī)程制定制定通風設備操作規(guī)程4檢查考核制度定期檢查評估通風狀況11.2通風監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用11.3通風事故的預防與處理風險識別定期排查隱患預警機制建立多級預警體系防范措施制定防范技術措施應急處置快速反應和處理機制11.4通風系統(tǒng)的應急預案事故類型分析瓦斯、火災、供電中斷等應急響應程序分級響應和處理流程人員職責分工明確應