第六章-矿井通风.ppt

山东科技大学资源与环境工程学院 1 第一节矿井空气与通风设备 一 矿井通风的任务当地面空气进入井下以后 其空气成分逐渐发生变化 这是因为煤和其它物质的氧化 人的呼吸使氧气减少和二氧化碳增加 井下煤和岩层中不断地放出沼气 二氧化碳等有害气体 在生产过程中产生岩尘 煤尘 炮烟等 在这些气体和矿尘中 有的毒性很强 能使人中毒 有的虽无毒性 但当其在空气中浓度增加到一定程度后能使人窒息 有的则具有爆炸性或能导致矿工患职业病 此外 井下空气由于地热作用 人体和机械散热 水分蒸发等原因 温度和湿度都会发生变化 以上因素造成了井下不良的气候条件 矿井通风工作对于保证矿井安全生产 创造良好的气候条件 提高劳动生产率 具有十分重要的意义 矿井通风的主要作用有三项 一是供给井下人员足够的新鲜空气 二是把井下的有害气体及矿尘稀释到安全浓度以下 并排出矿井 三是保证井下有适宜的气候条件 即适宜的温度 湿度与风速 以利于工人劳动和机器运转 山东科技大学资源与环境工程学院 2 第一节矿井空气与通风设备 二 矿井空气地面空气进入矿井以后即称为矿井空气 矿井空气由于受到井下各种自然因素和生产过程的影响 其与地面空气在成分和质量上有不同的特点 1 地面空气的主要成分一般情况下 地面的空气是由20 96 的氧 79 的氮 0 04 的二氧化碳等所组成 除上述气体外 在大城市和工业区的地面空气中还含有数量不定的水蒸气 微生物 灰尘等 2 井下空气的主要成分地面空气进入矿井以后 由于受到污染 其成分和性质要发生一系列的变化 如氧浓度降低 二氧化碳浓度增加 混入各种有毒 有害气体和矿尘 空气的状态参数 温度 湿度 压力等 发生改变等 一般来说 将井巷中经过用风地点以前 受污染程度较轻的进风巷道内的空气称为新鲜空气 经过用风地点以后 受污染程度较重的回风巷道内的空气称为污浊空气 乏风 尽管矿井空气与地面空气相比 在性质上存在许多差异 但在新鲜空气中其主要成分仍然是氧 氮和二氧化碳 山东科技大学资源与环境工程学院 3 第一节矿井空气与通风设备 1 氧气 O2 氧气是一种无色 无味 无臭 化学性质很活泼的气体 它对空气的相对密度为1 11 氧气是人和动物呼吸及物质燃烧不可缺少的气体 空气中氧气含量的降低可使人感到呼吸困难 心跳加速 当氧气含量降到9 以下时 人在短时间内窒息死亡 因此 煤矿安全规程 规定 采掘工作面的进风流中 氧气浓度不低于20 体积的百分比 2 氮气 N2 氮气是一种无色 无味 无臭的惰性气体 它对空气的相对密度为0 97 不助燃 不能维持呼吸 井下氮气的增加主要是有机物质的腐朽 爆破工作和从煤与岩体的裂缝中涌出等 空气中氮气的增加 相对减少了氧气 所以对人体是有害的 3 二氧化碳 CO2 二氧化碳是无色 无臭 略带有酸味的气体 它对空气的相对密度为1 52 易溶于水 不助燃 不能维持呼吸 常积聚于巷道的底部或下山掘进工作面 井下空气中二氧化碳的增加 主要原因是煤或岩体中涌出 可燃物质氧化 人员的呼吸和爆破等工作 空气中二氧化碳增加 人会感到呼吸困难 易发生疲劳现象 当增加到20 25 时人会中毒死亡 煤矿安全规程 规定 采掘工作面的进风流中 二氧化碳浓度不超过0 5 山东科技大学资源与环境工程学院 4 第一节矿井空气与通风设备 3 矿井空气中的有害气体矿井中常见的有害气体主要有一氧化碳 CO 硫化氢 H2S 二氧化氮 NO2 二氧化硫SO2 氨气 NH3 氢气 H2 等 这些有害气体对井下作业人员的生命安全和身体健康危害极大 必须引起高度的重视 矿井空气中常见有害气体性质 来源等见下表6 1 表6 1矿井空气中主要有害气体的性质 来源 危害性及安全浓度 山东科技大学资源与环境工程学院 5 第一节矿井空气与通风设备 三 矿井通风动力1 矿井空气流动的自然压力井下巷道内自然风压的产生主要由地面空气温度和井下空气温度的差异而引起的 如图6 1所示 在冬季 井下空气温度高于地面空气温度 空气柱0 1的质量比空气柱2 3大 所以井口1点压力大于2点压力 形成空气压力差 空气必然要从井口1点向2点流动 最后从井口3点排出而形成风流 夏季则与之相反 在春秋两季 由于矿井内外气温大致一样 所以自然风压很弱甚至无风压 不能形成风流 为此矿井必需用机械通风 确保井下有足够的风量 图6 1矿井空气压力示意图 山东科技大学资源与环境工程学院 6 第一节矿井空气与通风设备 2 矿井空气流动的机械压力井下巷道中空气流动的压力差是由通风机械形成的称为机械风压 靠机械压力进行通风的称为机械通风 通风机械按其服务范围可分为主要通风机 为全矿井通风的通风机 简称主扇 辅助扇风机 辅扇 与局部通风机 为某一局部地区加强通风的通风机 简称局扇 按其结构不同又可分为离心式通风机和轴流式通风机两种类型 1 离心式通风机离心式通风机主要由螺旋形外壳 动轮 进风道和扩散器等主要部件组成 如图6 2所示 当通风机的动轮转动时 动轮叶片之间的空气随着旋转而产生的离心作用 空气被动轮叶片甩到螺形外壳 并从扩散器排出通风机 当动轮叶片间的空气被甩出时 轮心部分便形成低压区 这时 外界的空气在大气压的作用下 由通风机的进风口进入动轮 由于动轮不停地旋转 井下的空气在大气压的作用下就不断地进入通风机 而被排出到地面 图6 2离心式通风机工作原理图1 动轮 2 螺形外壳 3 扩散器 4 通风机轴 5 止推轴承 6 径向轴承 7 前导器 8 轴承架 9 齿轮联轴器 10 制动器 11 机座 12 吸风口13 通风机房 14 电动机 15 风硐 山东科技大学资源与环境工程学院 7 第一节矿井空气与通风设备 图6 3轴流式通风机图1 集风口 2 流线罩 3 前导器 4 第一级动轮 5 中间整流器 6 第二级动轮 7 后整流器 8 扩散器 9 通风机架 10 电动机 11 通风机房 12 风硐 13 流线形导风板 2 轴流式通风机轴流式通风机主要由外壳 流线罩 动轮 前导器 集风口 整流器 扩散器 轴等主要部件所组成 如图6 3所示 轴流式通风机运转时 空气沿着通风机轴的方向进入集风口 由于动轮的旋转把空气向前推动 并造成压力 然后经扩散器排出 离心式通风机和轴流式通风机相比较 离心式通风机的风压高 运转特性曲线平稳 坚固耐用 噪音小 但体积大 而轴流式通风机便于风量和风压的调节 机体小 但结构复杂 噪音大 维护困难 山东科技大学资源与环境工程学院 8 第二节矿井通风压力与通风阻力 一 空气压力图6 4所示为一条水平巷道 空气所以能从A点向B点流动 是因为A点的压力大于B点的压力 图6 4巷道内的风流流动图 1 点压力图6 4中的A点或B点 或巷道中的任一点 的空气压力称为点压力 点压力可以用绝对压力和相对压力来表示 以绝对真空为基准进行计量的压力 称为绝对压力 它的值永为正值 以当地当时的大气压力为基准进行计量的压力 称为相对压力 大于此大气压力的为正值 小于此大气压力的为负值 山东科技大学资源与环境工程学院 9 第二节矿井通风压力与通风阻力 2 压力差任何两点 图6 4中A点和B点 之间的空气压力之差 称为压力差 在矿井通风中 进风井与出风井存在着压力差 它是由主要通风机形成的 这个压力差是用来克服巷道空气流动的阻力 习惯上称之为矿井通风压力 二 井巷通风阻力空气在井下流动时 巷道四周与空气分子因摩擦而产生摩擦阻力 阻碍空气流动 这种摩擦阻力统称矿井通风阻力 在巷道拐弯和断面突然变化 变大或变小以及有堆积物等 都会使风流方向和速度发生突然变化而产生附加的阻力 这种阻力称为局部阻力 山东科技大学资源与环境工程学院 10 第二节矿井通风压力与通风阻力 1 井巷的摩擦阻力的计算hm LUQ2 S3 Pa 6 1 式中 hm一巷道的摩擦阻力 Pa 一摩擦阻力系数 N s2 m4 L 巷道长度 m U 巷道周边长度 m Q 巷道中的风量 m3 s S 巷道的净断面积 m2 当巷道和支护方式确定后 L U S等项数值是不变的常数 因此可令通风阻力 R摩 LU S3 N s2 m3 6 2 则式 6 1 又可写成 h摩 R摩 Q2 Pa 6 3 由式 6 1 中可以看出 当巷道壁光滑 值小 巷道长度短 L值小 巷道周边长度小 U值小 风量小 Q2值小 巷道断面大 S3值大 时 巷道的摩擦阻力就小 反之则大 山东科技大学资源与环境工程学院 11 第二节矿井通风压力与通风阻力 2 局部通风阻力的计算h局 R局 Q2 Pa 6 4 式中 R局 局部风阻 N s2 m3 由于摩擦阻力在矿井总阻力中占的比重最大 而且局部阻力很难逐项 逐点的计算 因此在通风设计中 一般按经验估算局部阻力为摩擦阻力的10 15 3 矿井总通风阻力的计算h阻 h摩 h局 R摩 R局 Q2 Pa 6 5 或估算为 h阻 1 1 1 15 h摩根据计算的矿井通风总阻力 即可得到矿井通风所需要的通风压力 以便作为选择通风设备的依据 山东科技大学资源与环境工程学院 12 第二节矿井通风压力与通风阻力 三 矿井总风量的计算矿井所需要的风量必须根据下列要求分别计算 并选用其中最大数值 1 按井下同时工作的最多人数计算Q 4NK 6 6 式中 Q 矿井总风量 m3 min N 井下同时工作的最多人数 人 K 风量备用系数 对角式或中央分列式通风系统取1 35 中央并列式或压入式通风系统取1 45 山东科技大学资源与环境工程学院 13 第二节矿井通风压力与通风阻力 2 按矿井沼气或二氧化碳的涌出量计算低沼气矿井 Q TqK 6 7 式中 Q 矿井总风量 m3 min T 矿井设计最大日产量 t d q 每昼夜日产 吨煤应供给的风量 m3 min K 漏风系数 高沼气矿井 Q 0 926q沼TK 6 8 式中 Q 矿井总风量 m3 min q 矿井沼气或 氧化碳的平均相对涌出量 m3 t 算出矿井总风量后 必须对井下各用风地点进行风量分配 并对各风路进行风速验算 必须使各类巷道内的风速符合 煤矿安全规程 要求 山东科技大学资源与环境工程学院 14 第三节矿井通风方法 一 矿井主要通风机的工作方法矿井主要通风机的工作方法主要有抽出式通风 压入式通风和抽出压入混合式通风三种类型 矿井主要通风机的工作方法 通风方式与通风网络称为矿井通风系统 1 抽出式通风抽出式通风是将通风机安设在回风井井口附近 并用风硐使它和回风井筒连接 同时要将回风井井口封闭 如图6 5 a 所示 当通风机运转时 造成风硐中空气压力低于大气压力 迫使空气从进风井口进入井下 再由回风井排出 在抽出式通风的矿井中 井下任何地点的空气压力 都小于当时同标高的大气压力 因此 这种通风机的工作方法称为负压通风 负压通风在通风机停止运转时 因井下空气较正常通风时的风压有所提高 对瓦斯的涌出起到一定的抑制作用 山东科技大学资源与环境工程学院 15 第三节矿井通风方法 2 压入式通风压入式通风是将通风机安设在进风井井口附近 并用风硐使它和进风井筒连接 如图6 5 b 所示 当通风机运转时 将地面空气压入井下 井下任何地点的空气压力 都大于当时同标高的空气压力 因此 将这种通风机的工作方法称为正压通风 正压通风在通风机停止运转时 因井下空气较正常通风时压力有所下降 瓦斯易于涌出 当开采深度小 地表塌陷区严重 瓦斯涌出量不大的矿井 采用这种方法较为合适 3 抽出和压入混合式通风抽出和压入混合式通风方法是上述两种方法的综合 如图6 5 c 所示 其主要应用于矿井通风距离大 通风阻力大的矿井 在管理上比较复杂 所以应用较少 图6 5矿井主要通风机的工作原理图a 抽出式通风 b 压入式通风 c 抽出压入混合式通风 山东科技大学资源与环境工程学院 16 第三节矿井通风方法 二 矿井通风方式矿井进 回风井相互位置关系称为矿井通风方式 矿井通风方式分为以下几种类型 1 中央并列式进风井和回风井大致并列布置在井田的中央 风流由中央的进风井进人井底车场 经运输大巷至两翼采区工作面 最后返回到井田中央的回风井排出井外 如图6 6所示 图6 6中央并列式通风方式图1 进风井 2 回风井 3 总进风巷 4 总回风巷 5 总回风石门 山东科技大学资源与环境工程学院 17 第三节矿井通风方法 2 中央分列式 中央边界式 如图6 7所示 进风井大致位于井田的中央 回风井大致位于井田沿煤层倾斜的上部边界中央 风流由井田中央的进风井进入矿井 最后由上部中央边界的回风井排出井外 3 对角式对角式通风方式是进风井位于井田走向的中央 回风井 两个 位于井田沿倾斜的浅部 沿走向的两翼边界附近 如图6 8所示 图6 7中央分列式通风方式图1 进风井 2 回风井 3 总进风巷 4 总回风巷 图6 8对角式通风方式图1 进风井 2 回风井 3 总进风巷 4 总回风巷 山东科技大学资源与环境工程学院 18 第三节矿井通风方法 4 混合式混合式通风方式为上述任意两种通风方式的结合 如中央分列与对角混合式 中央并列与对角混合式 中央并列与中央分列混合等 这种通风方式多为老矿井进行深部开采时所采用的通风方式 三 矿井通风网路矿井通风系统是由纵横交错的巷道与通风线路构成的 它是一个复杂系统 用图论的方法对通风系统进行抽象描述 把通风系统变成一个由线 点及其属性组成的系统 称为通风网路 通风系统中各巷道分配的风量大小及其方向道循一定规律 如果 条巷道紧接着一条巷道 中间没有分支巷道 这种井巷联接方式称为串联 串联网路中所流过的总风量等于每条巷道中所流过的风量 而其总风压等于各条巷道的风压之和 串联网路的总风阻等于各条巷道风阻之和 山东科技大学资源与环境工程学院 19 第三节矿井通风方法 两条或两条以上的巷道在同一地点分开 然后又在另一地点汇合 中间没有交叉巷道 这种巷道联接方式称为并联网路 并联网路的总风量等于各条巷道风量之和 而其总风压等于各条巷道的风压 即并联分支巷道的风压均相等 总风阻比任何一条单独分支巷道的风阻都要小 所以 采用并联网路通风 可以降低矿井的总风阻 并联网路通风还可以避免巷道串联通风中污风串联的现象 能保证回采工作面新鲜风流 以及当发生事故时 易于隔绝 防止事故扩大 所以在矿井中应尽量采用并联网路通风 四 掘进通风方法掘进工作面的通风方法主要采用局部通风机来完成 它是利用局部通风机和风筒把新鲜风流送到掘进工作面 然后把工作面使用后的污风排出 山东科技大学资源与环境工程学院 20 第三节矿井通风方法 1 掘进通风设备目前我国煤矿掘进工作面使用的通风设备为局部通风机 如BKJ66 11系列局部通风机结构如图6 9所示 对旋轴流式局部通风机如图6 10所示 其特点是噪声较低 效率较高 图6 9BKJ系列局部通风机图1 前风筒 2 主风筒 3 叶轮 4 后风筒 5 滑架 6 电动机 图6 10低噪声对旋轴流式局部通风机图1 吸风口 2 吸风侧吸声罩 3 出风侧吸声罩 4 1号电机罩 5 2号电机罩 6 一级叶轮 7 二级叶轮 8 电动机 9 一级叶轮旋转方向 10 二级叶轮旋转方向 山东科技大学资源与环境工程学院 21 第三节矿井通风方法 2 掘进通风方式 1 压入式通风压入式通风是利用局部通风机将新鲜风流压入风筒送到工作面 污风由巷道排出 如图6 11 a 所示 压入式通风的风流从风筒末端以自由射流状态射向工作面 其风流的有效射程较长 一般可达到6 8m 易于排出工作面的污风和矿尘 通风效果好 局部通风机安设在新鲜风流中 污风不经过局部通风机 局部通风机一旦发生火花 也不易引起瓦斯 煤尘爆炸 故安全性好 压入式通风所应用的风筒可以是硬质的 也可以是柔性的 但压入式通风的工作面 污风沿巷道向外排出 不利于巷道中作业人员的呼吸 为避免放炮产生的烟尘 放炮时人员撤离的距离较远 往返时间较长 同时 放炮后的炮烟由巷道排出的速度慢 时间长 这就使掘进中放炮的辅助时间加长 影响掘进速度的提高 山东科技大学资源与环境工程学院 22 第三节矿井通风方法 2 抽出式通风抽出式通风如图6 11 b 所示 它与压入式通风相反 新鲜风流由巷道进入工作面 污风经风筒由局部通风机排出 但是由于风筒末端的有效吸程比较短 一般只在3 4m左右 如风筒末端距工作面的距离较远 有效吸程以外的风流将形成涡流停滞区 通风效果不良 如风筒末端靠近工作面 放炮时又易崩坏风筒 另外污风经局部通风机排出 安全性较差而且不能使用柔性风筒 3 混合式通风混合式通风就是把上述两种通风方式同时混合使用 如图6 11 c 所式 它具有压入式和抽出式通风的优点 但它要有两套通风设备 同时污风也要通过局部通风机 而且在管理上比较复杂 6 11掘进通风方法图 a 压入式通风 b 抽出式通风 c 混合式通风 a b c 综上所述 压人式通风设备简单 效果好 安全 它是我国煤矿应用最广泛的一种局部通风机通风方式 山东科技大学资源与