矿井通风与除尘(蒋仲安版)-6-采区通风.ppt

第六章采区通风,6.采区通风,通常每个矿井都有几个采区同时生产。每个采区内有回采工作面、备用工作面、掘进工作面和硐室等用风地点，是矿井通风的主要对象。搞好采区通风是保证矿井安全生产的基础。本章将对采区通风系统、采区供风量、通风设施和减少漏风等基本内容的设计和日常管理工作进行阐述。,主要内容:,6.1煤矿采区通风6.2金属矿山采场通风6.3采区风量计算6.4采区通风构筑物,要求:,（1）了解煤矿采区通风的基本要求，熟悉煤矿采区通风的基本形式。（2）了解金属矿山采场通风网络结构，熟悉金属矿山采场通风网路及通风方法。（3）掌握采区风量计算（4）熟悉采区通风构筑物,采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进、回风道的布置方式，采区通风线路的连接形式，以及采区内的通风设备和实施等基本内容。,6.1煤矿采区通风系统,6.1煤矿采区通风系统,采区通风系统主要决定于采区巷道布置和采煤方法，同时要满足通风的特殊要求，如瓦斯大或地温高。在确定采区通风系统时，应遵守安全、经济、技术先进合理的原则，满足下列基本要求：（1）单独的回风道，实行分区通风，回采工作面和掘进工作面都要采用独立通风。（2）对于必须设置的通风设施（风门、风桥、风墙和风筒等）和通风设备（局部通风机、辅助通风机等）要选择适当的位置，严守规格质量，严格管理制度，保证安全运转。（3）要保证通风阻力小，通过能力大，风流畅通，风量按需分配。（4）要设置防尘管路，避灾路线，避难硐室和灾变时的风流控制措施，必要时还需建立抽放瓦斯，防火灌浆和降温设置,6.1.1采区通风系统的基本要求,6.1.2采区进、回风上（下）山的布置,（1）单一煤层开采时的布置运输上山进风、轨道上山回风,风流与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，使进风流中的煤尘浓度增大；煤炭在运输过程中所涌出的瓦斯，可使尽风流中的瓦斯浓度增高，影响工作面的安全卫生条件；输送机所散发的热量，使进风流温度升高。,6.1.2采区进、回风上（下）山的布置,（1）单一煤层开采时的布置轨道上山进风、运输上山回风,采用轨道上山进风、输送机上山回风的通风系统如图所示，虽能避免上述缺点，但由于输送机处于回风流中，轨道上山的上部和中部甩车场都要安装风流，风门数目较多。,6.1.2、采区进、回风上（下）山的布置,（1）单一煤层开采时的布置三条上（下）山,6.1.2采区进、回风上（下）山的布置,（2）多煤层开采时的布置,6.1.3采煤工作面上行通风与下行通风的分析,上行通风与下行通风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当风流沿采煤工作面由下向上流动的通风方式，称为上行通风。当风流沿采煤工作面由上向下流动的通风方式，称为下行通风。风流方向与煤炭运输方向一致时称为同向通风，否则为逆向通风。,（1）上行通风）上行通风的主要优点：瓦斯自然流动的方向和通风方向一致，有利于较快地降低工作面的瓦斯浓度，防止在低风速地点造成瓦斯局部积聚。）上行通风的主要缺点：容易引起煤尘飞扬，增加了采煤工作面风流中的煤尘浓度；增加了采煤工作面的瓦斯浓度；使工作面气温升高。,（2）下行通风）下行通风的主要的优点：采煤工作面进风流中煤尘浓度较小；采煤工作面的气温可以降低；不易出现瓦斯局部积聚。）下行通风的主要缺点：工作面发生火灾时控制火势比较困难；当发生煤与瓦斯突出事故时，下行通风极易引起大量的瓦斯逆流而进入上部进风水平，扩大突出的涉及范围。规程规定，有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。,6.1.3采煤工作面上行通风与下行通风的分析,6.1.4回采工作面进风巷和回风巷的布置,长壁式回采工作面的进巷道和回风巷的布置形式有U、Z、Y、双Z和W等，这些形式都是U形的变形，是为加大工作面长度、增加工作面风量、改善工作面条件、预防采用区漏风和瓦斯涌出等目的而设计出来的。目前我国多采用U形，分为后退式和前进式两种。,6.1.4回采工作面进风巷和回风巷的布置,图6-6U型及Z型通风系统（a）U型后退式通风系统；（b）U型前进式通风系统；（c）Z型后退式通风系统；（d）Z型前进式通风系统,工作面通风系统只有一条进风巷道和一条回风巷道。U型后退式通风系统在我国使用比较普遍。其优点是结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏风小，风流稳定，易于管理等；缺点是上隅角瓦斯易超限，工作面进、回风巷要提前掘进，维护工作量大。,（1）U型与Z型通风系统,6.1.4回采工作面进风巷和回风巷的布置,图6-7Y型及W型通风系统1-主进风道；2-副进风道；3-沿空巷；4-下部平巷；5-上部平巷；6-中间平巷,（2）Y型、W型及双Z型通风系统这三种采煤工作面通风系统均为两进一回或一进两回的采煤工作面通风系统。,图6-8双Z型通风系统,6.1.4回采工作面进风巷和回风巷的布置,（a）（b）图6-9H型通风系统,（3）H型通风系统在H型通风系统中，是两进两回的通风系统。,其特点是：工作面风量大，采空区瓦斯不涌向工作面，气象条件好，增加了工作面的安全出口，工作面机电设备都在新鲜风流巷道中，通风阻力小，在采空区的回风巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯。但沿空护巷困难；由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复杂。,6.2金属矿山采场通风,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,阶段通风网络是联结进风井和回风井的通风干线，它由阶段进风道、阶段回风道、矿井总回风道和集中回风天井等巷道联结而成。阶段进风道。通常是阶段运输道，必要时也可开凿专用进风道。阶段回风道。通常是利用上阶段已结束作业的运输道，必要时也可设专用回风道。总回风道和集中回风道天井。总回风道汇集各阶段回风道过来的污风；而各阶段的污风又是通过贯穿各阶段的集中回风天井输送的。,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,良好的通风网络应使工作面污风不串联，并力求风阻小，漏风少，风量稳定易于调节，为实现上述要求，人们在实践中创造了下列几种通风网络：（1）阶梯式；（2）平行双巷式；（3）棋盘式；（4）上、下间隔式；（5）梳式通风网络,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,（1）阶梯式通风网路,其特点是利用上中段已结束生产的部分运输巷道作本阶段回风道，可适应上阶段超前回采的情况。由以上特点知道，该网络最大的局限性就是必须严格遵守开采顺序，即上阶段一定要保证超前下阶段。,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,其特点是两个阶段共设立一条回风道，上阶段下行回风，下阶段上行回风。能解决上、下阶段污风串联问题，但部分工作面采用下向风流，风流较难管理。,（2）上、下间隔式通风网路,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,其特点是每个阶段开掘双巷，一条作本阶段的进风道，另一条作下阶段（或本阶段）的回风道。主要缺点是巷道工程量大，适用于厚矿体。,（3）平行双巷式通风网路,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,其特点是利用上部已结束的生产阶段运输平巷作总回风道，下部各生产阶段每隔一定距离布置通风天井，并用风桥跨过各运输阶段与总回风道联通。（只有一个总回风平巷，各阶段的污风均通过贯穿各阶段的回风天井送入总回风道。）专用天井多，通风构筑物多。,（4）棋盘式通风网路,6.2.1金属矿山阶段通风网络结构,其特点是每个中段水平开掘双巷，一条进风，一条回风。新风由穿脉进入采场，污风由穿脉送到回风巷。具体做法是将穿脉巷道断面扩大，把穿脉巷道顶板内挑高做一假顶。假顶上面的假巷回污风，假顶下面的巷道运输、行人、进新风。各采场均由本阶段的穿脉运输格进风，其污风则由本阶段或上阶段的回风格排入沿脉集阶回风平巷。工程量大，入、回风相距很近，密闭不严，容易漏风。,5,1,1,1,5,（5）梳式通风网路,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,合理的采场通风网络和通风方法，是保证整个通风系统发挥有效通风作用的最终环节，是整个通风系统的重要组成部分。按照各种采矿方法的结构特点，回采作业面的通风可归纳为：（1）无出矿水平的巷道型或硐室型采场的通风；（2）有出矿水平的采场的通风；（3）无底柱分段崩落采矿法的通风。,（1）无出矿水平的巷道型或硐室型采场的通风,图6-15巷道型或硐室型采场的通风路线,图(a)：在采场的一端的人行天井用作入风井，另一端有一贯穿上中段回风道的回风天井。新风由进风平巷进来，由行人天井进入采场，冲洗工作面后，由回风天井排至上中段的回风平巷。图(b)：在采场中央开凿回风天井，两侧行人天井。新风从进风平巷进入两侧的行人天井，进入采场，冲洗工作面后，由中央回风天井排入上中段的回风平巷。,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,（2）有出矿底部结构的采矿方法,有出矿底部结构的采场，将采场作业分为两部分：一是出矿巷道作业面；一是凿岩作业面。它们均可利用贯穿风流来解决通风问题。图示是有出矿巷道的留矿采矿法的风流路线图。新风由进风平巷进。通过进风天井进入电耙作业面和凿岩作业面，冲洗工作面后由回风天井排入上中段的回风平巷。,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,（3）无底柱分段崩落采矿法的通风,无底柱分段崩落法采掘作业都在独头巷道内进行。同时作业进路数量多，提升井、通风行人井及溜井较多，各分段互相联通；通风网络复杂，漏风大，风量分配调节比较困难，容易产生污风串联。无底柱分段崩落法可分为局部通风和贯穿风流两种通风方法。,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,（3）无底柱分段崩落采矿法的通风,局部通风无底柱分段崩落法由于采掘作业均在独头巷道中，依靠局部通风机和风筒将进路联络道中的风流引入回采进路，为此，必须保证进路联络道中有较强的主风流。,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,（3）无底柱分段崩落采矿法的通风,回采进路的通风不依靠局部通风机，而是利用主通风机或辅助通风机的风压，将回采工作面的烟尘引向回采进路矿岩的爆堆，污风通过崩落覆岩排出地表。当地表不崩落时，利用抽出式主通风机在爆堆中形成负压，使污风通过爆堆排入矿井主回风井巷。这种通风方法亦称为爆堆通风。该方法适用于矿岩坚硬，不含泥沙，遇水不泥化，无粘结性。矿岩块度适中，且较均匀，透气性好。,贯穿风流通风,6.2.2金属矿山采场通风网络结构及通风方法,6.3采区风量计算,根据生产采区实际需要，安全可靠和经济合理的保质保量供风，是搞好采区通风的核心问题。因计算风量的影响因素较多，各个采区的情况又不尽一致，至今仍不得不分别用各种因素进行近似计算，然后选用其中最大值。对于新设计的采区，要参照条件相同的生产采区进行计算，投产后进行修正；对于生产采区，也要根据情况的不断变化随时进行调整。,（1）按井下同时工作的最多人数计算：,6.3采区风量计算,m3/min,N井下同时工作的最多人数，人；4供风标准，每人每分钟4m3;K风量备用系数，包括备用工作面风量系数、沿程漏风系数及瓦斯涌出不平衡系数。一般取K=1.201.25,（2）按实际需要，分别计算出采区内各用风地点所需风量之和，并乘以适当的系数,m3/min,k采区风量备用系数，包括采区漏风和配风不均匀等因素，该值应从实测和统计中求得，一般可取121.25。,取最大值,6.3.1煤矿采区需风量计算,（1）回采工作面需风量计算,采煤工作面实际需要风量，应按下列方法分别进行计算后，取其中最大值；,1）按瓦斯涌出且计算,m3/min,采煤工作面瓦斯相对涌出量,采煤工作面瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，通常机采工作面取1.21.6；炮采工作面取1.42.0；水采工作面取2.03.0,C采煤工作面回风流中允许的最大瓦斯含量取1（%）,6.3.1煤矿采区需风量计算,（1）回采工作面需风量计算,2）按CO2涌出量计算(瓦斯相同),m3/min,采煤工作面瓦斯相对涌出量,采煤工作面瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，通常机采工作面取1.21.6；炮采工作面取1.42.0；水采工作面取2.03.0,C采煤工作面回风流中允许的最大瓦斯含量取1.5（%）,6.3.1煤矿采区需风量计算,（1）回采工作面需风量计算,3）按工作面温度计算,表6-1采煤工作面空气温度与风速对应表,采煤工作面的需风量按下式计算,表6-2采煤工作面长度风量系数表,6.3.1煤矿采区需风量计算,（1）回采工作面需风量计算,4）按使用炸药量计算,m3/min,该工作面一次爆破炸药的最大用量，kg,每公斤炸药爆破后，所需风量,5）按工作人数计算,m3/min,每人每分钟应供给的最低风量,采煤工作面同时工作的最多人数,6.3.1煤矿采区需风量计算,（1）回采工作面需风量计算,6）按风速验算,取最大值,以回采工作面最低风速0.25m/s；最高风速4m/s的规定进行验算。,m3/min,m3/min,6.3.1煤矿采区需风量计算,（2）掘进工作面需风量计算,掘进工作面需风量的计算原则和方法与回采工作面基本相同。采区内掘进工作面风量可按照第5章局部通风的风量计算方法进行计算，再考虑局部漏风通风装置的漏风。,（1）煤矿掘进工作面通风量计算（2）金属矿山掘进工作面通风量计算,（3）硐室需风量,6.3.1煤矿采区需风量计算,各独立通风的硐室需风量之和，为矿井硐室总需风量,1）机电硐室的需风量,2）火药库,m3/min,m3/min,3）其它硐室需风量,采区绞车房取6080m3/min；采区变电所取6080m3/min；充电硐室取100200m3/min,机电硐室中设备运转的总功率，kW,设备运转的发热系数,该硐室回风与进风的温差，。,6.3.1煤矿采区需风量计算,（4）其他需风巷道的需风量计算,1）按瓦斯涌出量计算,其他用风巷道的瓦斯绝对涌出量，m3/min；,其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般取1.21.3,2）按最低风速验算,其他通风行人巷道按最低风速0.15ms进行验算,m3/min,m3/min,其它需风井巷净断面积，m2,6.3.2金属矿山采区需风量计算,根据不同的采矿方法，按爆破后排烟和凿岩出矿时排尘分别计算，然后取其较大值作为该回采工作的风量。在回采过程中爆破工作又根据一次爆破用的炸药量的多少分为浅眼爆破和大爆破两种。回采工作面所需风量也要按照这两种情况分别计算。,（1）回采工作面的需风量计算,（1）回采工作面的需风量计算,1）浅眼爆破回采工作面所需风及计算,按爆破后排烟计算,图6-19巷道型回采工作面1-运输平巷；2-采场；3-回风天井；4-回风平巷；5-回风井,a）巷道型,V0采场通风空间体积，V0=LS，m3；L采场长度，m；S采场横断面积，m2；A一次爆破用药量，kg；t通风时间，s，一般12002300；V1全巷道空间体积，包括V0及下风侧排风井巷，m3。,属于这类采场的采矿方法有开采簿矿脉的充填法、浅孔留矿法、长壁法以及有贯穿风流通风的分层崩落法等,1）浅眼爆破回采工作面所需风及计算,按爆破后排烟计算,b）硐室型,图6-20硐室型回采工作面1-进风巷；2-硐室采场；3-回风巷,属于这类型式的采矿方法有中厚以上矿体的房柱法、全面法，分段崩落法和充填法等,m3/s,V回采工作面空间，m3Kt紊流扩散系数，它决定于硐室与进风巷的形状及位置关系，其值可以查表得到。当硐室有多个进、回风口时，可取Kt=0.81。,（1）按作业地点产尘量大小计算风量（由于各种作业条件下产尘量的大小受多种因素影响，较难准确掌握，至今未得到广泛使用）。（2）按排尘风速计算风量,1）浅眼爆破回采工作面所需风及计算,按排尘风速计算风量,a）巷道型回采工作面按排尘风速计算风量,按排尘风速计算风量,1）浅眼爆破回采工作面所需风及计算,m3/s,S巷道型采场作业地点的过风断面，m2V巷道型回采工作面要求的排尘风速，ms；一般取v=0.150.5m/s（断面小且凿岩机多取大值，反之取小值，但必须保证一个工作面的风量不能1m3/s)，耙矿巷道可取v=0.5m/s；对于无底柱崩落法的进路通风，可取v=0.30.44m/s；其它巷道，可取v=0.25m/s。,按排尘风速计算风量,1）浅眼爆破回采工作面所需风及计算,b）硐室型采场按照排尘风速计算风量,根据排尘通风要求，射流区受限扩张段末端的断面平均风速应达到排尘所需风速，取平均风速为0.25m/s，则硐室入风口的风速为：,S0硐室入风口断面积，m2；n射流的受限系数；扁平型硐室的n=bB,其中B为硐室侧壁距轴线的距离，b为硐室入风口宽度一半；完全发展的固形射流的n=S0S。其中S0为硐室入风口断面积，S为硐室横断面积。,（1）回采工作面的需风量计算,2）大爆破采场的通风及风量计算,大爆破采场是指采用深孔，中深孔或药室爆破的大量落矿采场。大爆破采场多成封闭形（即矿房由矿柱包围；若为崩落法，则顶部及侧壁有崩落矿岩），仅在下部有漏斗与耙矿巷道相通。大爆破后，在采场内部形成较高的气压，在这个压力作用下，炮烟通过天井（凿岩硐室被崩掉时），漏斗和耙矿巷道向外涌出，一部分涌入进风巷道，另一部分流入回风巷道。如果采场两侧或一侧为已采完的崩落区，则炮烟也可能逸入崩落区中。剩下的炮烟则残存于采场的自由空间和矿石堆的空隙中。,大爆破后通风的首要任务就是将充满于巷道中的大量炮烟，在比较短的时间内，以较大的风量稀释并排出矿井。在放矿时，存留于崩落矿石之间的炮烟随矿石的放出而涌出来。因此，在正常通风时，除了正常作业(包括凿岩、出矿等)所需的风量外，还应考虑排出这部分炮烟而适当加大风量。,2）大爆破采场的通风及风量计算,2）大爆破采场的通风及风量计算,大爆破后排炮烟风量计算,t通风时间，s，通常取24h，炸药量大时还可延长；A大爆破的炸破的炸药量，kg，i炮烟涌出系致，可查表6-3得V充满炮烟的巷道容积，m3，V=V1+iABc，其中V1是排风侧巷道容积，m3；Bc是1kg炸药所产生的全部气体量。,表6-3炮烟漏出系数,2）大爆破采场的通风及风量计算,大爆破后排炮烟风量计算,2）大爆破采场的通风及风量计算,大爆破后放矿时期风量计算,在大爆破后放矿时期排出的炮烟有两个来源：一是从矿石堆渗出的炮烟；二是二次爆破生成的炮烟，而后者往往是主要的。故计算排除这些炮烟时，可按二次爆破炸药量，并稍许加大即可。风量计算可用下式,SB耙矿巷道的断面积，m2；LB耙矿巷道长度的一半，m；A二次破碎爆破的炸药量，kg；t二次破碎后的通风时间，一般去t=300s。,a）按排烟计算,2）大爆破采场的通风及风量计算,大爆破后放矿时期风量计算,b）按排尘计算风量,按排尘风速计算风量的方法同前。通常采用适当延长通风时间和临时风流，加大爆破区通风量的方法。为了加速大爆破后的通风过程，在爆破前对爆破区的通风线路要做适当的调整，尽量缩小炮烟的污染范围。,（2）掘进工作面所需风量计算,掘进工作面包括开拓、采准和切割工作面。各工作面的风量可按照第5章局部通风的风量计算方法进行计算，再考虑局部漏风通风装置的漏风，求其总和。,（1）煤矿掘进工作面通风量计算（2）金属矿山掘进工作面通风量计算,（3）硐室所需风量,井下要求独立风流通风的硐室如炸药库、破碎硐室和主溜井装卸硐室等，必须进行风量计算，并计入矿井总风量中。但有些硐室回风可重新使用，不计入矿井总风量之中。井下炸药库。一般要求独立的贯穿风流通风，风量可取12m3/s井下破碎硐室。井下破碎硐室所需风量可按换气量计算。根据硐室的温度、湿度和粉尘含量等因素考虑，硐室内每小时换气46次，通风效果良好。如果无除尘设施或除尘设备不完善，则每小时换气次数可以适当增多。若硐室内气候条件较好，除尘实施完善，则每小时换气次数可适当减少。另外，还应考虑所选用的除尘设备所需风量。装卸硐室的需风量，风量取1.52m3/s。,建立矿井通风系统，除了开凿通风巷道，构成通风网路，安装主扇外，还要在井上或井下必要的地点安设阻断风流，引导风流和控制风流的设施，以保证风流按生产需要和已设计的通风系统流动。用来引导风流、遮断风流和控制风量的装置，统称为通风构筑物。通风构筑物可分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，包括主扇风硐、反风装置、风桥、导风板、调节风窗和风幛；另一类是遮断风流的通风构筑物，包括挡风墙和风门等。,6.4通风构筑物,主扇风硐风硐是主扇与风井间的一段联络道（过渡段），风硐设计、施工最重要的一个问题就是要降低风硐阻力和减少风硐的漏风，因为通过风硐的风量大，而且风硐内外压差也很大。主扇扩散器和扩散塔扩散器:扇风机出风口外联接一段断面逐渐扩大的风筒。扩散塔：扩散器后面的方形风硐和排风弯管。这两种装置的作用都是为了降低风机的出口动压损失，提高扇风机的有效压力。,6.4通风构筑物,56,反风装置是用来使井下风流反向的一种设施，以防止井下进风系统发生火灾时产生的有害气体进入工作面；有时为了适应救护工作也需要进行反风。目前，反风的主要方法有两种，一种是设专用反风道反风；另一种是风机反转反风。轴流式风机反风装置的示意图如图示。反风时，新风由地表经反风门7进入风硐2和扇风机3，然后由扩散器4经排风风硐下部的反风门5进入反风绕道8，再反回到主风硐1送入井下。在正常通风时反风门7、5均恢复到水平位置，此时，井下的污浊风流经主风硐直接进入扇风机然后排入扩散塔排到大气中。,反风装置,6.4通风构筑物,1-主风硐；2-进风风硐弯道；3-扇风机；4-扩散器；5-反风门；6-排风弯