矿井通风系统设计.ppt

安全工程学院 矿井通风与安全矿井通风与安全 mine ventilation and safety 中国矿业大学多媒体教学课件 1 第9章 通风系统设计 中国矿业大学多媒体教学课件 2 上一章内容 第7章 采区通风 7.1 采区通风系统 7.2 长壁工作面的通风方式 7.3 采区风量计算 7.4 采区通风构筑物 7.5 采区专用回风巷 7.6 减少漏风的措施 3 9.1 矿井通风系统的拟 定 9.2 矿井风量的计算和 分配 9.3 矿井通风阻力计算 9.4 矿井通风设备选型 9.5 概算矿井通风费用 9.6 生产矿井的通风系 统改造 9.7 矿井通风系统安全 性评价 第9章 通风系统设计 4 矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分， 是保证安全生产的重要一环。必须密切配合其它生产 环节，周密考虑，精心设计。 新建矿井在进行开拓、开采设计的同时，还要对 通风进行设计。生产矿井随着开拓、开采的发展变化 ，也要进行通风设计。这两类通风设计的内容和方法 基本相似。 9 矿井通风设计 5 矿井通风设计的内容与要求 、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。 、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； 通风系统的基建投资省，营运费用低、 综合经济效益好。 6 矿井通风系统设计依据的基础 资料： （1）矿井自然条件： 地质、地形图； 煤岩中的游离二氧化碳含量； 煤层的瓦斯含量和压力以及瓦 斯和二氧化碳涌出量； 煤的自燃倾向性及自燃发火期 ； 煤尘爆炸性指数；矿区气候条 件（年最高、低气温和年平均气温， 常年主导风向，地温及地温增深率） 。 7 （2）矿井生产条件： 矿井年产量及服务年限； 矿井的开拓、开采与运输系统； 各采区储量及按年限分配的位置与 产量分配情况； 同时开采的煤层数、采区数、采掘 工作面数； 井下同时工作的最多人数； 同时爆破的最多炸药消耗量； 井巷断面及支护形式等。 8 （3）邻近生产矿井与通风设 计有关的经验数据或统计资料及风量 计算方法。 （4）各种技术经济参数、性 能的资料以及有关法规与政策规定。 在符合实际情况时，应尽可 能多的收集和准备以上基础资料，以 达到最佳的矿井通风设计系统，大大 提矿井的高安全生产及效益。 9 9.1 矿井通风系统的拟定 矿井通风系统是矿井生产系 统的主要组成部分，包含矿井通风方 式（the types of mine ventilation system）、通风方法（ventilation mode）和通风网络（ventilation network）。矿井通风方式是指进风 井(或平硐)和回风井(或平硐)的布置方 式，可分为中央式、对角式和混合式 等； 矿井通风方法是指产生通风 动力的方法，有自然通风法和机械通 风法(压入式、抽出式)； 矿井通风网络是指井下各风 路按各种形式联接而成的网络。 10 9.1 矿井通风系统的拟定 一、矿井通风系统的类型 按进回风井在井田内的位置不同，通风系统可以分为中 央式、对角式、区域式及混合式。 11 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）。 1)中央并列式。其中又分为： 中央并列抽出式 在地形条件许可时，进风井和出风井大致并 列在井田走向的中央，二井底都开掘到第一水平，主要通风机设 在出风井的井口附近，将污风抽到地表，出风井的井底必须和总 进风流隔开，出风井的井口一般用防爆门紧闭；还要在岩石中做 条回风石门mn，煤层倾角越大、总回风石门越短，反之越长。 12 中央并列压入式 把压入式主要通风机设置在进风井的井口附近，将新 风自地表压入井下，进风井的井口房须密闭，其它与 抽出式相同。 13 主 井 副 井 中央回风井 中央石门 风机房 采区进风 采区回风 14 南屯矿采用中央并列抽出式系 统 副井进风、中央风井回风。 中央风井安装2台轴流式通风机 其中1台工作、l台备用； 通风机电动机功率均为800 kw ，角度为40，风压为1176pa，风星157 8m3s。 15 16 17 中梁山矿务局北矿，采 用中央并列抽出式通风系统，平 硐和副井进风，平洞断面积 12.1m2：，副井断面积28.3m2。 主井为回风井，其断面 积力19.63m2。电动机功率为950 kw，风压l 274pa，风量150 m s：，等积孔455m2。最大 通风流程为10 k m。主要通风机 采用反风道反风。 18 19 曲阜市单家村煤矿通风 系统:采用中央并列抽出式通风 系统，副井进风主并回风。全 矿总风量为31.5，风压为640pa ，等积孔为1.95m2 20 2)中央分列式(又名中央边界式)。其中又分为： 中央分列抽出式 进风井大致位于井田走向的中 央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，在 沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔段距离，出风 井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井 口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。 21 中央分列压入式 如图93所示，主要通风机安设在 进风井口(副井口)附近，其井口房须密闭，主井底 和总进风须隔开，其它都与图92相同。 22 23 24 矿井采用中央分列抽出 式通风系统。进风井位于井田走 向中央，回风井位于井田浅部走 向中部 全矿共有立井4个，其个 2个副井，1个主井和1个风井。 全矿井总进风量为20667m3s ，总排风达为2l 2m3s，风压 2786pa，等积扎47m z，最大 通风流程6800 m最小通风流程 1500 m。 25 2对角式 1)两翼对角式。其中又分为： 两翼对角抽出式 进风井筒大致位于井田走向的中央 ，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要 通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼 风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井 和平峒开拓时，可把图94中的立井改为斜井和平峒。 26 两翼对角压入式 进风井和出风井的位置与图94相 同，只是在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通 风机，进风副井口须密闭，主井底和总进风须隔开。 27 28 29 30 鸡西矿务局城子河矿 采用两翼对 角抽出式通风系统，副井为主要 进风井，其东西两侧 的斜井为辅 助进风井，矿井东西两翼设两个 回风井。 31 2) 分区对角式。其中又分为： 分区对角抽出式 进风井大致位于井田走向的中央， 在每个采区各掘一个小回风井，并分别安设抽出式分区 主要通风机，可不必做总回风道。在图95中也可以用 斜井代替立井，或者进风用垂直于走向(或平行于走向) 的平峒，出风用斜井；或者进风和出风都用平峒。 32 33 分区对角压入式 各出风井口不安设通风机，只在进风井 口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口要密 闭，主井井底和总进风须隔开。 34 35 平顶山七矿采用分区对角压入式通风 系统，进风井位于井田中央，风流通 过风机由副井进入，再分别由井田两 侧的2号、3号立井及中央1号斜井回至 地面。 36 37 攀枝花矿务局太平矿采用集中压入式分区回风通风系统。 38 3. 混合式 进风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合 组成，其中有中央分列与两翼对角混合式和中央并列与中 央分列混合式等。例如，图97所示为中央分列与两翼对 角混合式通风系统。为了缩短基建时间，在初期采用中央 分列式通风系统，随着生产的发展，当开采到两翼边界时 ，则用中央分列与两翼对角混合式的通风系统。 39 中央并列分列混合式 40 中央分列与单翼对角混合式 41 中央分列与对角混合式 42 43 二、拟定矿井通风系统 1. 选择矿井通风系统的基本要求 选择任何通风系统，都要符合投产较快，出煤较多、 安全可靠、技术经济指标合理等总原则。具体要求有 ： 1) 每个矿井特别是地震区、多雷区的矿井，至少要 有两个通到地面的安全出口，各个出口之间的距离不 得小于30m，新建和改建的矿井，如果采用中央并列 式通风时，还要在井田边界附近设置安全出口。 井下每一个水平到上一水平和每个采区至少都有两个 出口，并与通到地面的安全出口相连通，通到地面的 安全出口和两个水平之间的出口都必须有便于人行的 设施(台阶和梯子间等)。 44 2) 进风井口要避免污风、尘土、炼焦气体，矸石燃烧气 体等的侵入。 进风井口距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m ；为防止进风井筒冬季结冰，需装设暖风设备；矿井的总 回风道不得作为主要人行道；地面主要通风机和回风流的 噪音都不得造成公害；进风井与出风井的设置地点必须地 层稳定，施工地质条件比较简单，占地少，压煤少，而且 要在当地历年来洪水位的最高标高以上(大中型和小型矿 井分别超过当地百年和50年内最高水位)。 45 3) 箕斗井一般不应兼作进风井或出 风井。 如果井上、下装卸装置和井塔有完 善的封闭措施，其漏风率不超过15，并有可 靠的降尘设施，箕斗井可以兼作出风井；若井 筒中风速不超过6m/s，有可靠的降尘措施，保 证粉尘浓度符合工业卫生标准，箕斗井可以兼 作进风井。胶带斜井不得兼作出风井。如果胶 带斜井中风速不超过4m/s，有可靠的降尘措施 ，粉尘浓度符合卫生标准，才可兼作进风井。 46 4) 所有矿井都要采用机械通风，主要通风机和分区主要 通风机必须安装在地面。但有战备的特殊要求时，可以考 虑装在井下。新设计矿井不宜在同一井口选用几台主要通 风机联合运转。 5) 不宜把两个可以独立通风的矿井合并为一个通风系统 。若有几个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保 持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前、各采区 的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通，下水平的回 风流和上水平的进风流必须严格隔开，在条件允许时，要 尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。 6) 采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转 的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风 路的风阻。各分区主要通风机的回风流、中央主要通风机 和每一翼主要通风机的回风流都必须严格隔开。 47 7) 要充分注意降低通风费用， 为此，主要风道的断面不宜过小，并做到壁面光滑，以 降低摩擦阻力，主要风道的拐弯要缓慢，断面的变化要 均匀，以降低局部阻力；要尽可能使每个采区的产量均 衡，阻力接近，使自然分配的风量基本上和按需要分配 的风量一致；尽可能少用通风构筑物，同时也要重视降 低基建费用。为此，要充分利用一切可用的直通地面的 旧井巷，或利用上水平可用的旧巷道帮助下水平回风。 8) 要符合采区通风和掘进通风的若干要求，要满足防 治瓦斯、火、尘、水和高温对矿井通风系统的要求，还 要有利于深水平或后期通风系统的发展变化。 48 2. 选择矿井主要通风机的工作方法 煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压 入式两种： 1) 抽出式主要通风机使井下风流处于负压状态。一 旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高， 有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全； 压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要 通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯 涌出量增加。 2) 采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若 干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。用 抽出式通风，就没有这种缺点。 49 用平峒开拓时，往往需要 在材料、人行道上设置自动风 门1，人员、车辆来往频繁，风 门漏风较大，有时风门被撞坏 ，还会造成风流短路。在出煤 路线的翻笼下面煤仓2中须经常 存留一定煤量，以防漏风。但 往往因煤炭被放空或放出较多 ，使大量风流自煤仓经过皮带 斜井3漏到地面。 对于立井提升的压入式通风的矿 井，在副井钢丝绳通过处1和箕斗井 底煤仓2有时都有较大的漏风。 50 3) 在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条 件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下 ，同时使通过主要通风机的一部分风流短路，总进风量和 工作面有效风量都会减少。 用压入式通风，则能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害 气体带到地面。另外，如果能够严防总进风路线上的漏风 ，则压入式主要通风机的规格尺寸和通风电力费用都较抽 出式为小。 51 4) 在由压入式通风过渡到深水 平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡 时期是新旧水平同时产生，战线较长，如 果某环节因故出现问题，就不能按照既定 的采掘程序和起止期限进行生产，使过渡 时期通风系统和风量都发生较大的变化。 想把压入式主要通风机直接变为 抽出式主要通风机，比较困难，有时还须 额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得 过长。用抽出式通风，就没有这些缺点。 52 一般地说，在地面小窑塌陷区漏风严重、开采第一水 平和低沼气矿井等条件下，采用压入式通风是比较合适的 ，否则，就不宜采用压入式通风。所以，抽出式通风仍是 当前主要通风机基本的工作方法。 3. 选择矿井的通风方式 新建矿井多数是在中央并列式，中央分列式、两翼对 角式和分区对角式等方式中进行选择。混合式是前几种方 式的发展，多在老矿井的改建、扩建时使用。 选择矿井通风方式一般是针对服务范围来确定的。如 果矿井的服务年限不长(1020a)，则服务范围为整个矿井 ；如果矿井范围较大，服务年限较长(3050a)，则只考虑 头1525a的开采范围作为服务范围；这时服务范围往往 是第一水平；或者包括第一、第二水平在内。对于服务范 围之外的后期通风系统，设计中只作粗略的考虑。 53 1) 中央并列式的使用条件：煤层倾角大、埋藏深，但走 向长度不大(4km)，瓦斯、自然发火都不严重，在此条件 下，采用中央并列式是比较合理的。 尽管存在着风路较长，阻力较大，采空区的漏风较大的缺 点，但对于瓦斯、自然发火不严重的矿井来说，这并不很 重要。同时，由于产生的阻力较大，通风电力费较大，进 风与出风两井筒之间的漏风较大，箕斗井回风时外部漏风 较大等，这些缺点对走向不大的矿井来说也不是一个很大 的问题。 相反，由于煤层倾角大，总回风石门长度小，开掘费小， 两个井筒集中，便于开掘，开掘费也较少，便于贯通，建 井期限较短，采用中央并列式通风方式，具有初期投资较 少、出煤较快的优点。同时它的护井煤柱较小，且便于延 深井简，为深部通风的准备工作提供有利条件。 54 2) 中央分列式的适用条件：一般地说，这种通风方式 适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大 (4km) ，而且瓦斯，自然发火比较严重的新建矿井。 与中央并列式相比，这种通风方式的安全性要好，建 井期限略长，有时初期投资稍大(多打一个出风井，少 掘一条总回风石门)，但相差不悬殊。 如果中央有两个井筒，以后在延深井筒、做深部通风 的准备工作时，也就不会困难，这种方式由于多打一 个直通地面的回风井，所以矿井的通风阻力较小，内 部漏风小，这对于瓦斯，自然发火的管理工作是比较 有利的，增加了一个安全出口，工业广场没有主要通 风机的噪音影响，从回风系统铺设防尘洒水管路系统 都比较方便。 55 3) 两翼对角式的适用条件：一般认为，这种布置方式( 指对角风井位于浅部边界附近者)适用于煤层走向较大( 超过4km)、井型较大、煤层上部距地面较浅、瓦斯和 自然发火严重的新建矿井。 它的优缺点，完全和中央并列式相反，比中央分列式 的安全性更好，但初期投资更大。如果能够进行相向 掘进，就能适当减轻建井期限长，投产较晚的缺点。 有些瓦斯等级不高，但煤层走向较长、产量较大的新 矿井，也可采用这种通风方式。 56 4) 分区对角式的适用条件：煤层距地表浅，或因地表高 低起伏较大，无法开掘浅部的总回风道(因会穿出地面)， 在此条件下，开采第一水平时，只能采用这种小风井(立 井、斜井或平峒)分区通风的布置方式。每个采区各有独 立通风路线，互不影响，是主要优点。 对于一个实际条件下的矿井，并不唯一只适用某种 通风系统，往往是有几种通风系统都可考虑，很难肯定 哪种最好，这时就得进行方案比较，即除了作技术分析 外，还要进行经济比较，然后选定。 57 矿井通风系统确定后，还要 确定服务范围内的通风容易和通 风困难两个时期的位置； 确定采区内的通风系统，即确定 采用轨道上山还是运输上山进风； 确定采煤工作面采用u型、z型 、y型还是w型通风系统，这些都要经过技术 经济比较才能确定； 根据采掘比确定掘进头的数目和 位置； 绘制两个时期的通风系统图、立 体图和网络图。 58 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 ，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要 的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统 方案进行技术经济比较后确定。 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。 59 9.2 矿井总风量的计算和分配 矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条 风路上的漏风量的总和。 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。 60 一、生产矿井所需风量 1生产矿井所需风量的计算 原则： “由里往外” 配风 抽出式通风： 抽出式主要通风机的总风 量矿井总风量因体积膨胀风量 抽出式通风机井口和附属装置的允许 漏风量 压入式通风： 压入式主要通风机的总风 量矿井总风量抽出式通风机井口 和附属装置的允许漏风量 61 矿井的总回风量或总进风量计算： qwz(qai+qbi+qci+qdi)kwz，m3/min 式中 qai各回采工作面和备用工作面所需风量之和 ，m3/min qbi各掘进工作面所需风量之和； qci各峒室所需风量之和； qdi除上述各用风地点外，其它巷道所需风量 之和； kwz矿井风量备用系数，包括矿井内部漏风和配 风不均匀等因素影响，与矿井通风方式有关，一般可取 1.151.25。对于中央并列式，1.25；中央分列式和混合 式，1.2；对角式，1.15。 62 2生产矿井风量的分配 在各个用风地点，将各用风点计算的风量值乘以备 用系数kwz，就是配给用风地点所在巷道的风量。如各 个掘进巷道和峒室的风量就是这样确定的。但是采煤工 作面的风量只配给各自计算的风量，由备用系数确定的 风量考虑从采空区走。因此在u型通风的上顺槽和下顺 槽的风量是采煤工作面的计算风量乘以备用系数。 63 从各个用风地点开始，逆风流方向而下，遇 分风点则加上其它风路的分风量一起分配给未分 风前那一条风路，作为该风路的风量。直至确定 进风井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才计 算的矿井总风量。如果是压入式通风，则要加上 矿井外部漏风量，才能得出通过压入式主要通风 机的总风量。 64 然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇汇 合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条风 路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风量 。 这一风量也应该等于刚才计算的矿井总风量。如果是抽 出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装置的 允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过抽出式主要 通风机的总风量。 65 二、新建矿井和延深矿井所需风量 有条件时，要参照邻近生产矿井的通风资料，按生产 矿井的风量计算方法细致进行，否则只好采用“由外 往里”的计算方法，即先计算矿井的总风量，然后大 致分配到各个用风地点。 抚顺煤炭研究所在十二个矿井的协助下，通过调查研 究总结出新的计算方法，经过在阳泉、抚顺、淮南、 焦作、徐州，枣庄等矿区的验算，证明其计算结果比 较接近生产实际情况，值得新建矿井和延深矿井通风 设计工作上试用。 66 对于低沼气矿井 以工作面能够有良好的气候条 件作为供风的依据，用下式计算矿井总风量。 qtqk，m3/min 式中 t矿井平均日产量，t/d； q是从工作面能够有良好的气候条件为出发 点，而得出的对于日产量中每一吨煤的供风标准，通 过实际调查统计得出：q1 ； k一风量备用系数，即kk1k4k5k6，这些系 数的乘积介于l.51.9之间，可以根据新建矿井的条 件，查表94得出具体的数值。 67 returnreturn 68 对于高沼气矿井 按总回风流中的沼气浓度不超 过0.75%的要求来计算矿井总风量： q0.0926qgtk，m3/min(1/(24600.75%) 式中 qg矿井沼气平均相对涌出量，m3/t； t矿井平均日产量，t/d； k风量备用系数，即kk2k3k4k5，这些 系数的乘积介于1.72.1之间，具体数值从表94中 查得。 69 无论是高沼气矿井，还是低沼气矿井都要按井下 同时工作的最多人数来验算矿井总风量q，取大值作 为矿井的总风量： q4nk，m3/min 式中 n井下同时工作的最多人数，人， 4以人数为计算单位的供风标准，m3/min； k风量备用系数，它是产量不均衡系数、备用 工作面的风量系数和矿井内部漏风系数的总概括。采 用中央并列式的通风系统时，k1.45；采用中央分 列式或对角式通风系统时，k1.35。 70 新建矿井的风量分配是在算得的矿井总风量q中 ，减去独立回风的掘进风量qb和峒室风量qc，再按 以下原则对剩余的风量qre进行大致的分配；各个回 采工作面的风量，按照与产量成正比的原则进行分配 ；各个备用工作面的风量，按照它在生产时所需风量 的一半进行分配。即： qreq(qbqc)，m3/min 式中 qb所有独立回风的各个掘进工作面风量之 和，m3/min； qc所有独立回风的各个峒室风量之和， m3/min。 71 剩余风量qre的分配方法是：先用下式计算回采工 作面日产一吨煤所需配给的风量q，即： 式中 ta各个回采工作面的日产量之和，即 ta=ta，t/d ta各个回采工作面的日产量，t/d； ta各个备用工作面的计划日产量之和，即 tata，t/d ta各个备用工作面计划日产量，t/d。 72 分配给各个回采工作面的风量为： qaqta，m3/min 分配给各个备用工作面的风量为： qaqta /2，m3/min 2新建矿井风量的分配 在各个用风地点，将计算的风量直接配给用风 地点所在巷道，如掘进巷道和峒室等。但这时在u 型采煤工作面，不考虑从采空区漏走的风量。因此 在上顺槽和下顺槽的风量与采煤工作面的风量相同 。 73 同样，又从各个用风地点开始，逆风流方向而下 ，遇分风点则加上其它风路的分风量一起分配给未分 风前那一条风路，作为该风路的风量。直至确定进风 井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才计算的矿井 总风量。如果是压入式通风，则要加上矿井外部漏风 量，才能得出通过压入式主要通风机的总风量。 74 然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇 汇合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条 风路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风 量。这一风量也应该等于刚才计算的矿井总风量。如果 是抽出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装 置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过抽出式 主要通风机的总风量。 75 四、确定矿井总风量和各个分风量 通过以上的风量分配，初步确定了井下各个用风 地点与它们的进风和回风路线上的各个风量(必要时要 算出局部地区各分支的自然分配风量)。但是，各条风 路上的风量还未最后确定，必须进行各条风路的风速 校核，即用各处的断面积分别去除分配到该处的风量 ，所得出的风速，须符合规程的规定(见表9-1) 。 各条风路的风量经过验算后，如能符合风速的要 求，则各条风路的风量可以确定；如低于规定的风速 ，则该条风路的风量要相应增加。如超过规定的风速 ，则需要扩大该风路的断面或调整该风路的风量，使 之风速降到规定值以下。最后，确定矿井总风量。 76 return 77 9.3 计算井巷通风阻力 在选择矿井主要通风机之前，必须计算井巷通风总阻 力。 （二）矿井通风总阻力计算 78 一、计算的原则 矿井通风设的总阻力，不应超过 2940pa。 矿井井巷的局部阻力，新建矿井 按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按 井巷摩擦阻力的15%计算。 1) 在矿井通风系统服务的 范围内，分别在容易时期和困难时期确定 一条最大阻力路线。沿着这两条路线，分 别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起 来，便得出这两个时期的井巷通风总阻力 hrmin和hrmax。这样能够保证所选用的主 要通风机满足通风困难(hrmax)时期的要求 ，并且在以后的通风管理中均可采用增阻 法进行风量调节。这些工作均可在这两个 时期的通风网路图上进行。但是遇有的分 支中有不同的巷道断面，则该分支要分段 计算。对于小矿，则只计算服务年限内的 最大阻力路线的总阻力hrmax，不必分两个 时期。 79 2) 因有外部漏风(指在防爆门和主要通风机周围的漏 风)，通过主要通风机的风量qf1(qf2)必大于通过总出风 井的矿井总风量q。为了计算风峒的阻力，须先算出 qf1(qf2)。对于抽出式主要通风机，用下式计算： qf1(qf2) (1.051.10)q，m3/s 对于压入式主要通风机，用下式计算： qf1 (qf2) (1.101.15)q，m3/s 式中 1.10、1.15压入式通风矿井的外部漏风系数。 压入式进风井巷无提升运输任务时，取1.10，有提升运 输任务时，取1.15。 式中 1.05、1.10抽出式通风矿井的外 部漏风系数，抽出式出风井无提升运输任 务时，取1.05，有提升运输任务时，取1.10 。 80 3) 为了经济合理(减少矿井外部漏风和主要通风 机运转费用)，不致因主要通风机的风压过大造成 瓦斯和自然发火难于管理，以及避免主要通风机选 型太大，使购置、运输，安装，维修等费用加大， 须控制hrmax不能太大(一般不超过3000pa，特大型 的矿井除外)；必要时需对某些局部巷道采取降低 风阻的措施。 4) 要先分析整个通风网路，对于自然分配风量和 按需分配风量的区段，要分别按这两种分配风量的 方法计算风量，然后计算出各区段的通风阻力。 81 二、计算方法 矿井通风总阻力：风流由进 风井口起，到回风井口止，沿一条通 路（风流路线）各个分支的摩擦阻力 和局部阻力的总和，简称矿井总阻力 ，用hm表示。 对于矿井有两台或多台风 主要通风机工作，矿井通风阻力按每 台主要通风机所服务的系统分别计算 。 矿井通风系统总阻力最小 时称通风容易时期。通风系统总阻力 最大时亦称为通风困难时期。 对于通风困难和容易时期 ，要分别画出通风系统图。按照采掘 工作面及硐室的需要分配风量，再由 各段风路的阻力计算矿井总阻力。 82 沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算 出各区段井巷的摩擦阻力： 式中 l、u、s分别是各井巷的长度(m)，周边长(m) ，净断面积(m2)； q分配给各井巷的风量，m3/s； 根据各井巷的支架形式和断面在第三章值表中 查得的摩擦阻力系数。对于高原矿井，空气密度小于 1.2kg/m3，其值为： 83 将以上计算出来的各数值与有关数值填入表95中 。从表中可以看出总回风或总进风量与计算数据相 同。 84 沿着上述两条风路，将各区段的摩擦阻力累加起 来，并考虑适当的局部阻力系数(一般不细算局部阻力) ，即可算出通风容易和通风困难两个时期的井巷通风 总阻力分别为： hrmin1.2hfrmin，pa hrmax1.15hfrmax，pa 式中 1.15 困难时期的局部阻力系数； 1.2容易时期的局部阻力系数。 85 计算了整个矿井的通风阻力后，需要对整个矿 井的通风难易程度进行评价。评价的指标是两个时 期矿井总风阻和总等积孔： 如果a1m2,表示矿井通风困难；如果a在1和 2m2之间，表示通风难易为中等程度，如果a2m2 ，表示通风容易。 86 9.4 选择矿井通风设备 矿井通风设备是指主要通风机和电动 机。 （一）矿井通风设备的要求： 1、矿井必须装设两套同等能力的主 通风设备，一套作备用。 2、选择通风设备应满足第一开采水 平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率 运行。 3、风机能力应留有一定的余量。 4、进、出风井井口的高差在150m以 上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以 上时，宜计算矿井的自然风压。 87 一、选择主要通风机 通常用通风机的个体特性曲线来选择，先确定通风容易和通风困 难两个时期主要通风机运转时的工况点(风压最低点和风压最高点) ，在选择时要使得这两个工况点同时处于合理范围。用以下方法 分别算出两个时期主要通风机的风压。 为了使所选的主要通风机在通风容易时期(风压最低点)的工作效率 不致太低，需要考虑矿井自然风压帮助主要通风机风压的作用。 对于抽出式主要通风机，在通风容易时期的静风压应为： hfsminhrminhna，pa 式中 hrmin容易时期最大阻力路线的阻力，pa； hna容易时期帮助主要通风机通风的矿井自然风压，pa； 88 为了使所选用的主要通风机在通风困难时的风压够用 ，还需要考虑矿井自然风压反对主要通风机风压的作 用，即对于抽出式主要通风机，在通风困难时期的静 风压应为： hfsmaxhrmaxhao，pa 式中 hrmax困难时期最大阻力路线的阻力，pa； hno通风困难时期反对主要通风机风压的矿井 自然风压，pa。根据当地气象资料或邻矿资料来估计( 注意正负)。 同理，对于压入式的主要通风机，在通风容易和 通风困难两个时期的全风压分别为： hftminhrminhna，pa hftmaxhrmaxhno，pa 89 算出容易和困难主要通风机的风量qf1和(qf2) (m3/s)。 根据确定的hfmax、qf1和hfmin、qf2两组数据(也叫设 计工况点)，在通风机的个体特性曲线图表上选择合适的 主要通风机。判别是否合适，要看上面两组数据所构成 的两个时期的工况点，是否都落在通风机个体特性曲线 上的合理工作范围内。一是看风压高的点是否超过最高 风压的.倍，二是看风压低的点处效率是否在0.7以上 。(注意坐标) 根据hfmax、qf1和hfmin、qf2两组数据计算出两个时期的 风阻rmin和rmax: 在选定的风机个体特性曲线图上画出风阻曲线rmin和 rmax，将这两条曲线从设计工况点向上延伸，与最近的 个体特性曲线相交，得到的两个点就是实际工况点。 90 return 91 实际工况点确定以后，列表整理出两个时期的主 要通风机的型号、动轮直径、动轮叶片安装角度(专指 轴流式主要通风机而言)、转数、风压、风量(实际工 况点)、效率和输入功率等数值。 二、选择电动机 根据通风容易、困难两个时期主要通风机的输入 功率(nfimin和nfimax)计算出电动机的输出功率neo(kw) ： 如果选用异步电动机，且当nfimin0.6nfimax时，则 在两个时期都用一种较大功率的电动机，这种电动机 的输出功率neo和输入功率nei，分别用下式计算： neonfimax/t ，kw 式中 t传动效率，直接传动，t1。间接传动 时取0.95。 92 电动机的输入功率，即为电路输入的电流功率： nei(1.101.15)neo/e，kw 式中 1.10、1.15电动机的容量系数。离心式主要通 风机，取1.15；轴流式主要通风机，取1.10) 。 e电动机的效率。 当nfimin0.6nfimax时，则通风容易时期用功率较小的 电动机，在适当的时候再换用功率较大的电动机。通风 容易时期电动机的输出功率习惯用比例中项式计算(即平 均值计算)，即： 93 对于功率在400500kw以上的主要通风机，宜选用 同步电动机。选择这种电动机的输出功率与输入功率 ： neonfimax/t，kw； nei(1.101.15)neo/e，kw 用同步电动机的优点是，低负载运转时，可以利 用它来改善矿井变电所母线上的功率因数，使矿井经 济用电，缺点是这种电动机的购置和安装费较大。 根据以上所得出的neo(或neomin)或nei(或neimin)、 e以及主要通风机所要求的转数n，在有关电动机技术 特征手册上选用合适的电动机 94 三、对矿井主要通风设备的要求 在矿井设计中必须据根矿井的瓦斯等级，提出主 要通风设备应符合的要求： 1) 矿井主要通风机(包括分区主要通风机)必须装置 两部同等能力的通风机(包括电动机)，其中一套运转， 另一套做备用，备用的要求在10min内能够开动。 2) 矿井的主要通风机房应有两回直接由变(配)电所 馈出的供电路线，线路上不应分接任何负荷。 3) 主要通风机要有灵活可靠、合乎要求的反风装 置和防爆门，要有规格质量符合要求的风峒和扩散器 。分区主要通风机也应符合这个要求。 4) 主局和电动机的机座必须坚固耐用，要设置在 不受采动影响的稳定地层上。 95 9.5 概算矿井通风费用 一般是计算吨煤的通风费用，即吨煤通风成本。 一、每吨煤的通风电费 先用下式计算主要通风机运转的耗电量： imf(n1n2)36524/(2(ev t)，kwh/a 式中 n1、n2一年内最大和最小的主要通风机输入 功率，kw； e主要通风机电动机的效率，可在电动机的技术 特征表上查得，一般取0.90.95；v变压器的效率 ，一般取0.8；电线的输电效率，一般取0.95；t 传动功率，直接传动时，取1.0，间接传动时取0.95。 96 同时，统计一年内局部通风机、辅助通风机的耗电 量ief(kwh/a)。各类通风机在一年内的总耗电量为： isimfief，kwh/a 用下式计算每吨煤的耗电量： iis/t，kwh/t 式中 t一年内的矿井产煤量，ta 用下式计算每吨煤的通风电费： eid，元/t 式中 d每度电的费用，元/(kwh) 97 二、吨煤通风成本 除每吨煤的通风电力费用外，还要统计下列费用： 1) 通风设备的折旧费和维修费。折旧费一般用通风 设备的服务年限去除购置费，运输费和安装费的总和。 2) 专为通风服务的井巷工程折旧费和维修费。这项 折旧费是用这些井巷的服务年限去除建设费。 3) 通风器材(掘进通风和通风构筑物用的器材)的购 置费和维修费。 4) 通风仪表的购置费和维修费。 5) 通风区队全体人员的工资费。 以上五项的每年支出除以矿井产量得到的吨煤费用 再加上吨煤通风电力费就是吨煤通风成本。 98 9.6 生产矿井的通风改造 生产矿井的通风改造涉及范围较广，如增设新采区 、开拓新水平、改变主要通风机的工作方法、改变矿井 的通风系统、扩大矿井通风能力等都要通风设计。 一、生产矿井通风改造的特点和要求 和新建矿井的通风设计基本类似，但生产矿井的通风设 计比新建矿井的通风设计要复杂些。 这是因为；要在老区正常生产的基础上发展新区，新区 设计必须紧密联系老区生产的发展情况，不仅要保证新 区施工和投产过程中的安全生产，而且要保证老区在这 一过程中的安全生产，既要挖掘现有通风的潜力，充分 利用现有的通风井巷，又要使它们和新建通风井巷和新 选的通风设备协调起来。 99 二、生产矿井通风设计的基本内容和步骤 根据通风设计的服务范围，确定通风困难和通风容 易两个时期，分别按以下内容和步骤进行具体设计： 1) 拟定矿井通风系统 在生产矿井的通风设计中，通 风系统的变化幅度很不相同。例如需要增加新采区，但 瓦斯变化不大、增产任务不大时，矿井的通风系统不会 有太大的变化，也不致增开新风井。 但如果新开的采区在边远地区或在较深的水平，而且产 量和瓦斯量有较大的增加，现有的通风能力不能满足时 、或者因为井田重新划分、井型变化时，矿井通风系统 往往发生较大的变化，可由中央并列变为中央并列和中 央分列混合式，或由中央并列式变为中央并列和两翼对 角混合式，或由一个通风系统分成两个独立的通风系统 等。拟定通风系统时同样包括采区及工作面的通风系统 确定。 100 2) 计算与分配矿井总风量 由于正在生产的老区，计 算风量的依据(如沼气和二氧化碳等气体的浓度、井下空 气温度、风速、浮尘、各处漏风量等)都可实测出来，设 计中的新区可以参考条件相同的老区数据，所以，生产矿 井通风设计中风量计算与分配，可以先计算各个用风地点 的有效风量，然后由里往外推算进风路线上各分支的风量 和回风路线上各分支的风量，有时还要计算某些网路内的 自然分配风量。 3) 计算矿井通风总阻力 同样需要确定本系统中困难 时期和容易时期的最大阻力路线，分别计算各条路线的通 风阻力。当最大阻力路线通过正在生产的老区时，各风路 的风阻值应该用实测数据；设计中的新区风路，可参考与 老区相同风路的数据，或者用本章第三节所述的方法进行 计算。通过这项计算，要把通风困难和通风容易两个时期 的矿井通风总阻力和总风阻都定出来。 101 4) 局部风量调节 为了保证新区从施工到投产的过程 中