风网和风量的自然分配

第五章--第五章--风网和风量的自然安排10/20第五章矿井通风网络与风量安排矿井各工作地点需要有足够的风量，以满足人们安全与生理的需要。但风便于应用。§5—1矿井通风网络一、有关概念风网。2、简洁风网：仅有串、并联风路组成的风网叫简洁风网。3、简单风网：有对角风路的风网叫简单风网，也叫角联风网。二、风网中风流流淌的根本规律1、风量平衡定律〔或回路〕的风量，等于流出该节点〔或回路〕的风量，称风量平衡定律。即ΣQi＝0图示，Q1＋Q2＋Q3＝Q＋Q5或：Q1＋Q2＋Q3－Q

4－Q5＝042、风压平衡定律对于任何闭合风路，在无自然风压〔或阻力〕代数和为零。或描述为：任何闭合风路，顺时针压降〔阻力〕之和等于逆时针压降〔阻力〕之和。即Σhi＝0当有自然风压或风机存在时，Σh ±Σh通

－Σh＝0i自i

2＋h2

3＋h3

4＝h14— — — —或 h12＋h23＋h34－h14＝0— — — —3、阻力定律对于任何风路，其阻力等于风阻与通过风量平方之积。hi＝RiQi2§5—2简洁风网的性质一、串联风路1、风量串联风路总风量等于各支路的风量，即2、阻力串联风路总阻力等于各支路的阻力之和，即总h总

＝h1＋h2＋…＋hn Pai总将hi＝RiQ2代入上式，由于Q ＝Q1＝Q2＝…＝Qn，得i总总R ＝R1＋R2＋…＋Rn总即；串联风路总风阻等于各支路的风阻之和。4、总等积孔RR

1.19

1.19A

〕2代入上式并化简得1 ＝1A2 A2总 1

＋1＋…＋1A2 A22 nA2 A21A2 A21111 2A2n总二、并联风路1、风量并联风路的总风量等于各支路风量之和。即总Q总2、阻力

＝Q1＋Q2＋…＋Qn m3/s并联风路的总阻力等于各支路阻力。即总h ＝h1＝h2＝…＝hn Pa总3、总等积孔hA＝1.19Qh

得

A h1.19A h

代入上式，得总A ＝A1＋A2＋…＋An m2总并联风路的总等积孔等于各支路等积孔之和。4、总风阻RA＝1.19代入上式并化简，得RR总R1R21 ＝1 R总R1R2

＋…＋1RnR并联风路的总风阻平方根的倒数等于各支路风阻平方根的倒数之和。1R11Rn1总或：R 1R11Rn1总R2( )R2时，RR ＝n总 n2即并联风路的总风阻小于任何一个支路的风阻值。2风路风量自然安排规律由h1＝h2 即R1Q12＝R2Q22R2RR2R1R2R1得： 1Q2

＝ 或Q1＝ Q2R总Rnn同理得：QR总Rnn总时，QnQ＝总nn明显，并联风路某支路的风量，取决于总风阻和该支路的风阻，风阻小的当风阻肯定时，支路风量随总风量增减而呈线性增减。三、串、并联的比较例设某通风系统，Q＝20m3/s，R1＝R2＝0.8解：①风阻值的比较串R ＝R1＋R2＝0.8＋0.8＝1.6串RR ＝1并 n2

＝0.8＝0.24R ＝8R串 并②阻力比较h ＝R串h ＝R并

Q2＝1.6×202＝640 〔Pa〕串Q2＝0.2×202＝80 〔Pa〕并〔或h ＝R1Q2＝0.8×102＝80〕并 1h ＝8h串 并③功率比较hQ 64020N ＝串串

＝1000

＝12.8 〔kw〕hQ 8020N ＝并 ＝ ＝1.6 〔kw〕并 1000 1000N ＝8N串 并并联通风较串联通风具有以下优点：⑴安全上：分区通风各风路都有风，安全性好，当其中任一风路发生瓦斯、煤尘爆炸或火灾事故时，所产生的有害气体直接排入到回风道，不会污染串联通风则相反。⑵技术上：分区通风风流比较稳定，各用风地点的风量可以相互调整，达到按需安排，调整方法也比较简便。串联通风则无法实现风量的按需安排。风力量大，通风能耗小。分区通风风网的总风阻小于任何一支路的风阻值。巷道，实行分区通风。§5—3 角联风路的特性角风路〔巷道，AC、A、C、DB叫边沿风路〔巷道。角联。C→DD→C，或风流停滞。此时，Q1＝Q2 Q3＝Q4即：hC＝hDACD、BCD回路，有h1＋h5＝h3 ①h2＋h5＝h4 ②133或： R1Q2＝RQ2 ③133R2Q2＝RQ2 ④2 4 4RQ2 RQ2③÷④

1 1RQ22 2

＝3 3RQ24 4由于 Q1＝Q2 Q3＝Q4R R上式为：

1＝ 3R R2 4R R1 2或： ＝M＝1 AR R1 2R R3 4A式为对角巷道无风的条件式。C→D此时，hC＞hDACD、BCD回路，有h1＋h5＝h3 ①h4＋h5＝h2 ②53或： R1〔Q2＋Q5〕2＋R5Q2＝R3Q2 ③53R4〔Q3＋Q5〕2＋R5Q2＝R2Q2 ④5 2由③、④，有以下不等式成立：3R1〔Q2＋Q5〕2＜R3Q23R4〔Q3＋Q5〕2＜R2Q2R Q2

2R Q＋Q2即 1＜ 3 2＞ 5 3R QQ

R Q23 2 5 4 2R R比较上式得：2＞ 1R R4 3R R即： 1＜ 3R R2 4R R1 2或： ＝M＜1 BR R1 2R R3 4D→CD→C的条件式为：R R1＞3R R2 4R R1 2R R3 4或： ＝R R1 2R R3 4综上，简洁对角风路某边沿巷道对角前与对角后风阻之比，大于对应侧巷道风阻之比时，对角巷道的风流必流向该侧；否则相反，相等时无风。明显，对角风路中风流的流淌是不稳定的，当其他巷道的风阻发生变化时，对角巷道可能消灭风量增加、削减、停风、甚至反风。因此，在矿井通风设计中，要避开对角风路的消灭。§5—4通风网络解算 方法笔算法：计算简单、困难，适用于简洁风网。 计算机法：速度快，精度高，但费用高，需要相应软件 §5—5采区通风系统一、采区通风系统应满足的根本要求1、矿井生产水平和采区必需实行分区通风。工作面必需在采区构成完整的通风、排水系统后，方可回采。〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出危急的矿井的每个采区和开采简洁自燃煤层的采区，必需设置至少1条专用回风巷；低瓦斯矿井开1条专用回风巷。采区专用回风巷内不得运输物料、安设电气设备；在煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出区域，专用回风巷内不得行人。45、采、掘工作面应实行独立通风，同一采区内，同一煤层上下相连的2个2个掘进工作面，布置独立通风有困难时，在制定措施后，可承受串联通风，但串联1次。掘进的巷道，布置独立通风确有困难时，其回风可以串入采煤工作面，但必需1次；构成独立通风系统后，必需马上改为独立通风。75条、6条两种状况规定的串联通风，必需在进入被串联工作面的风流中装设安全监测系统，且瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0．5，其他有害气体浓度都应符合本标准规定。〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出危急的煤层时，2个工作面之间串联通风。9、采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。水采工作面由采空和二氧化碳浓度必需符合本标准有关规定。10、无煤柱开采沿空送巷和沿空留巷时，应实行防止从巷道的两帮和顶部工作面沿空送巷时，采掘工作面严禁同时作业。11、突出矿井中布置采掘工作面应遵循以下原则：进工作量。开采保护层的采区，应充分利用保护层的保护范围。构造带。假设条件许可，应尽量将石门布置在被保护区内，或先掘出揭煤地点的煤层巷道，然后再与石门贯穿。石门与突出煤层中已掘进巷道贯穿时，被贯穿5m以上、并保持正常通风。2个工作面相向回采或掘进。突出煤层的掘进工作面，应避开本煤层或邻近煤层采煤工作面的应力集中范围。畅通的回风系统，爆破时回风系统内必需切断电源，严禁人员作业和通过。在2道结实的反向风门。与回风系统相连的风门、密闭、风桥等通风设施必需结实牢靠，防止突出后的瓦斯涌人其他区域。1．0％或二氧化1．5%时，必需停顿工作，撤出人员，实行措施，进展处理。14、对回采工作面和其他用风地点，应依据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。三、采区进回风上山的布置方式道上山回风、运输机上山进风及专用回风道三种方式。如图。轨道上山进风运输机上山回风 轨道上山回风运输机上山进风1、轨道上山进风、运输机上山回风优点：进风被污染和加热的程度小，采区车场不设风门等。中，安全性差等。2、运输机上山进风、轨道上山回风全性好等。缺点：进风被污染、加热的程度大，采区车场风门不易掌握等。3、专用回风道生产力量大、需要风量大、瓦斯涌出严峻、上下阶段同时生产时应布置三1条专用回风巷；低瓦斯矿井开采煤层群和厚煤层分层开采联合布置的采区，必需设置至少1条专用回风巷。四、工作面通风系统〔一〕工作面通风系统按采煤工作面进回道的布置方式可分为：1U”型通风系统〔逆向〕工作面上隅角易积聚瓦斯。一般用于长壁工作面〔走向或倾向。2S”型通风系统〔顺向〕的优点，但回风巷道维护困难。一般用于采空区瓦斯涌出严峻的状况。3Y”型通风系统〔顺向〕具有供风量大，漏风可带走采空区和巷道开掘工程量大。一般用于采空区瓦斯涌出严峻的状况。4M”型通风系统可分为顺向式、折反式、串联掺风、上下巷进风中巷回风等。“M”型通风系统一般用于瓦斯涌出量大、生产力量大、需要风量大的采煤工作面，如综采等。5、下行通风⑴优点①风流与煤流方向全都，风流受污染、加热的程度小；②风流与瓦斯自然流相反，瓦斯易被风流混合带出，瓦斯不易积聚；③风流线路短，可降低工作面的气温等。⑵缺点①运输机在回风流中，安全性差；②火灾时，由于火风压与风流方向相反，不利于风流的掌握；③自然风压与风机方向相反；《规程》115规定，有瓦斯突出危急的工作面不得承受下行通风。〔二〕工作面通风系统应满足的根本要求打算。依据采煤工作面进、回风道的数量与位置，将回采工作面通风方式分为U形、W形、Y形、ZU+L形等。2、U形通风方式指采煤工作面与进、回风道构成的形如英文字母“U”的通风方式，包括后退式和前进式两种。U形后退式通风漏风小，上角易瓦斯积聚，适用于瓦斯涌出量不大的煤层；U形前进式通风漏风大，不适用于自然发火煤层。3、W形通风方式指采煤工作面上、下端的平巷进风〔或回风，中间平巷回风〔或进风〕的布置方式。W形通风采准巷道的开掘和维护量少；风阻小，适用于高瓦斯、易自燃的煤层。侧设回风道的通风方式。Y形通风上角不易积聚瓦斯，且其上下两端处于进风流中、可布置抽放钻孔；采空区漏风多，易引起采空区煤炭自燃。适用于瓦斯涌出量大、发火不严峻的煤层。5、Z形通风方式指采煤工作面、进、回风道构成的形如英文字母“Z”的通风方式，其中一条进风道〔或回风道〕的一侧为采空区，分为前进式和后退式。前进式上角易积聚瓦斯，不适用于瓦斯涌出大的工作面；后退式当采空区的瓦斯涌出量很大时，其回风巷中会消灭瓦斯超限现象。Z形通风采空区内漏风大，易引起煤炭自燃，不适用于发火严峻的工作面。6、U+LU形通风+尾巷的通风方式，俗称尾巷通风方式。风流通过上隅角经联络横巷进入上部回风巷，上角不易瓦斯积聚，但是大局部瓦斯涌向尾巷，易发生瓦斯事故，因此尾巷不得兼作其他用途，不得敷设电缆、金属管道，并须设栅栏、安装安全监测系统。适用于瓦斯涌出量大的工作面。7、有煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出危急的采煤工作面不得承受下行通风。80．8m的保护层的采煤工作面，经抽放瓦斯〔抽放率25％以上〕和增加风量已到达最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到1．0％以下时，回风1．5％，但应符合以下要求：⑴工作面的风流掌握必需牢靠。⑵必需保持通风巷的设计断面。⑶必需配有专职瓦斯检查工。91．0钻钻眼；爆破地点四周20m以内风流中瓦斯浓度到达1．0％时，严禁爆破。1020m以内风流中的瓦斯浓度到达1．5％时，必需停顿工作，切断电源，撤出人员，进展处理。110．5m3的空间内积聚的瓦斯浓度到达2．020m内必需停顿工作，撤出人员，切断电源，进展处理。12、回采工作面风流中二氧化碳浓度到达1．5%时，必需停顿工作，撤出人员，查明缘由，制定措施，进展处理。13、采煤工作面确定瓦斯涌出量大于或等于20m3／min、进回风巷道净断面8m2以上，经抽放瓦斯〔抽放率25％以上〕和增大风量已到达本标准规定最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不符合本标准规定时，由企业主要负责人审批后，可承受专用排瓦斯巷，但该巷回风流中的瓦斯浓度不得超过2．5％，并遵守以下规定：⑴工作面风流掌握必需牢靠。1．5％。0．5m／s。撞击火花的安全措施。⑸专用排瓦斯巷必需贯穿整个工作面推动长度且不得留有盲巷。⑸专用排瓦斯巷必需贯穿整个工作面推动长度且不得留有盲巷。⑹专用排瓦斯巷内必需安设甲烷传感器，甲烷传感器应悬挂在距专用排瓦面电源，工作面必需停顿工作，进展处理。⑺煤层的自燃倾向性为不易自燃。14、开采简洁自燃和自燃的煤层〔薄煤层除外〕时，采煤工作面必需承受后退式开采。15、矿井在同一煤层、同翼、同一采区相邻正在开采的采煤工作面沿空送巷时，采掘工作面严禁同时作业。16、水采工作面由采空区回风时，工作面必需有足够的颖风流，工作面规定。17、采空区必需准时封闭。必需随采煤工作面推动逐个封闭与采空区连通火墙，全部封闭采区。五、采区风量计算采区需风量可用下式计算：Q＝ΣQ

＋ΣQ采

＋ΣQ备

＋ΣQ掘

＋ΣQ硐

m3/min1、采煤工作面需风量计算⑴按同时工作的最多的人数计算：Q＝4N m3/min式中：N4m3。⑵按瓦斯涌出量计算：100QQ＝ 瓦KC

m3/minK

—采煤工作面通风系数，一般取1.2~2.1瓦斯1.2~1.61.4~2.0。Q —采煤工作面瓦斯确定涌出量，m3/min；瓦斯1%。⑶按工作面温度计算：Q＝60VSk采

m3/min式中：S—工作面控顶面积，m2。V—工作面温度为t℃时的适宜风速，m/s。见下表。温度与风速之间的关系温度温度℃适宜风速m/s＜150.3~0.515～180.5~0.818～200.8~1.020～231.0~1.523～261.5~2.026～282.0~2.5k ——采煤工作面长度系数，按下表选取。采工作面长度系数工作面长度工作面长度m ＜50系数 0.850～800.980～1201.0120～1501.1150～1801.2＞1801.3~1.4⑷按炸药消耗量计算：Q＝25A m3/min。当分段爆破时取分段爆破最大值。25m3/min。工作面的风量。⑸风速验算：上行通风： 0.25

≥15S 〕最小 采爆破采煤：V机械采煤：V

≤4 s最大≤5 m/s〔V

≤240S 〕最小 采≤300S 〕最大 最小 采⑹低瓦斯矿井综采工作面风量计算建议式〔煤炭部科研院推举：Q＝200K1K2K3K4 m3/min式中：20〔1m4m1.5m/，1 通风断面系数为0.55的根本供风量〕K—采高系数，h＜2m时，K＝2h 1 hh

＋0.3K2—采煤工作面长度系数，K2＝L10K3—工作面温度系数，如表。采煤工作面温度调整系数工作面温度℃工作面温度℃温度调整系数〔K3〕≤150.716～170.818～221.023～241.225～261.4K41.01.1。2、备用工作面风量计算〔当风量缺乏时，按瓦斯不积聚、〕Q备＝

Q m3/min1212当风量缺乏时，可按最低风速计算。3、掘进工作面风量计算Q ＝ΣK Q掘 掘

m3/min式中：KQ

1.0~1.2。掘—局部通风机工作风量，见表。JBT系列一般按以下取值：掘5.5kW150m3/min配风；11kW200m3/min配风；28kW350m3/min配风。JBT系列风机效率低η＝4～50，但目前使用的占80的可选用低噪、高效风机，如表。4、采区硐室风量计算60~80m3/min，且t≤30℃。D≤1.2m60~120m3/min，且t≤30℃；m3/min，且t≤30℃。5、其他风量计算采区其他地点，如行人道、流水巷等，可按瓦斯涌出和最低风速计算。HDHD系列〔HD—X〕2BKJ系列型号直径风量风压型号直径风量风压型号风量风压1N05500250~1601000~280040P2 SG4—4001501962№3.5/2.2153~76250~15001N06A600500~3002023~350050P—SG2 45003003924№4/4.4220~130300~18001N06B600500~3002500~420060P2 SG6—6004002943№4/6220~120300~21001N06C600600~4302023~580040P2 SG3—4005004905№4/8200~150300~23001N08A800520~3902023~450090P2 SG3—9007003434№4.5/9.5224~156333~27541N08B800720~5002023~500090P2 SG3—90010002943№4.5/11242~157311~30701N101000750~5402023~6000100P2 SG6—100011002943№5.0/15300~180340~3500100P2 SG3—100010004905№5.6/22400~200350~4000№6.0/30447~260440~5030№6.0/37500~250450~5500№6.0/44550~250450~6000№6.3/60630~260360~6300§5—6通风构筑物与漏风通风设施：为保证进入矿井的风量能按生产的需要定向、定量地流向用风通风设施：为保证进入矿井的风量能按生产的需要定向、定量地流向用风为保证风流定向、定量流淌而设置的风流掌握设施，叫通风构筑物。矿井一、引导风流设施即允许风流通过并对风流起引导作用的设施。如风硐、反风道、测风站、风站的要求前面已述，这里重点介绍风桥。〔＞20m3/s〔＝10~20m3/s、铁筒风桥〔＜10m3/。永久性风桥应满足以下要求：⑴用不燃性材料建筑；⑵墙面平坦，不漏风；5m内支架良好；⑷风桥通风断面不小于原巷道断面的五分之四，呈流线形，阻力不大于30°；⑸风桥两端接口严密，四周见实帮，实底，填实，接实；⑹风桥上不准设风门。在进风中需设置风门或调整风窗时，要设在风桥的增大进，回风压力差，使风桥漏风增加。⑺铁筒风桥直径≮750mm，壁厚≮5mm。二、隔断风流设施阻断风流通过的设施叫隔断风流设施。主要有：防爆门、井口密闭、挡风井口密闭前已述，这里主要介绍挡风墙和风门。1、挡风墙挡风墙又叫密闭墙，是为了封闭某一个区域，如采空区、火区、旧巷等，久密闭。密闭应满足以下要求：⑴永久性密闭〔45天内必需永久性密闭。永久性密闭应满足以下要求：缝，无重缝，无空隙，严密不漏风。5m内支护完好，无片帮，无冒顶，无杂物，无积水，无淤泥，无积煤，无瓦斯积聚。1m0.45~1.0m。设观测孔、注浆孔，孔口要封堵严实。〔进、回巷道间的联络巷的密闭除外，不得积聚瓦斯。⑥常常检查，设专人治理等。⑵临时密闭等材料修建。临时性密闭应满足以下要求：①密闭要设在巷道帮顶良好处，四周要掏槽，槽深度在煤中一般不小于0.5m0.3m，见硬底、硬帮，与煤岩接实。5m内支护完好，无片帮，无冒顶，无杂物，无积水和淤泥，保持清洁。抹或勾缝，保证密不漏风。④密闭前无瓦斯积聚。⑤密闭前要设栅栏、警标和检查牌等。2、风门按风门的效劳年限可分为临时风门和永久风门；按风门起闭原理可分为一般风门和自动风门；按风门材料可分为木质风门、金属风门和混合风门等。反风风门：与正常风门开启方向相反的风门。反风风门：与正常风门开启方向相反的风门。性挡风墙；使用中的联络巷，必需设两道连锁的正向风门和两道反向风门。矿车撞门的安全措施。有瓦斯突出危急的矿井，工作面回风侧不应设风门。⑴永久性风门永久性风门应满足以下要求：1列车长度，采5m；进、回风道的主要风门和瓦斯突出地区的风门要设反向风门，反向风门的数量不少于两道。②风门应有适当角度〔与水平面夹角为80°~8°车以及斜巷运输不能自动关闭的风门要设专人负责开关。5m内巷道支护良好，无杂物、无积水、无淤泥④风门要包边沿口，有衬垫，四周接实严密〔以不透光为准，通车门底坎除外30mm2mm扭。〔0.3m。⑥墙面平坦1m10mm，料石勾缝除外无重缝、无空隙。0.3m0.2m，见实帮、实底，与煤岩接实。的电缆、水管和风管等孔口要堵严。3%。⑩风门状况要常常检查，并设专人治理。⑴临时性风门临时性风门应满足以下要求：1列车长度；行人风门间距5m1钩车长。②风门应能自动关闭，通车风门不能自行开关时应设专人开关。5m内无杂物、无淤泥、无积水、无悬浮煤岩。抹或勾缝。⑤门框要包边沿口，有衬垫，四周接触严密。坠扇。三、调整风流设施四、漏风及预防室而起到通风作用的实际供风量称为有效风量。反风装置、井口封闭等。井下各种通风构筑物、采空区、煤柱等的漏风叫内部漏风。1、漏风的危害漏风的危害主要表现在：外部漏风可将塌陷区、冒落裂隙带、小窑等大量有害气体带入生产巷道，使工作面或通风巷道的有害气体增加甚至超限。增加了风量调整的困难，给矿井通风治理带来困难。煤炭自然发火。⑷增加通风机的无益电耗，经济效益降低。2、漏风的表示方法⑴风量：单位时间内流过井巷或风筒的风流体积。⑵矿井有效风量：送到采掘工作面、硐室和其他用风地点的风量之总称。⑶矿井有效风量率：矿井有效风量占矿井总进风量的百分数。制造良好气候条件所需要的风量。井巷漏风的表示方法有：⑴矿井漏风率〔P

。指矿井总漏风量〔包括内部漏风和外部漏风〕与通矿Q Q Q