矿井通风第六章

第六章掘进通风在新建 扩建或生产矿井中 都要掘进巷道 在掘进过程中 为了稀释和排出自煤 岩 体涌出的有害气体 爆破产生的炮烟和矿尘 以及创造良好的气候条件 必须对独头掘进工作面进行通风 这种通风称为掘进通风或局部通风 第一节掘进通风方法1 1总风压通风方法这种方法不需增设其它动力设备 直接利用矿井主扇造成的风压对掘进巷道和工作面进行通风 为了将新鲜风流引入工作面并排出污风 必须采用挡风墙 风幛和风筒等导风设施 优点是安全可靠 管理方便 但要有足够的总风压 1 1 1利用纵向风墙导风风墙的构筑可用砖 石风墙 木板墙及帆布 塑料等柔性风幛 后两种导风设施漏风大 只适用于短距离的导风 砖 石风墙漏风小 导风距离可超过500m 墙需有一砖至一砖半厚 并用砂浆勾缝 在下图中1为纵向风墙 2为带有调节风窗的调节风门 以便行人和调节导入掘进工作面的风量 1 1 2利用风筒导风如图6 2所示 采用风筒导风需设置挡风墙2 墙上开有风窗的调节风门3 1 1 3利用平行巷道通风在掘进主巷的同时 距主巷10 20m另掘一条平行的配风巷 主 配巷之间按一定距离开掘联络眼 前一个联络眼掘通后 后一个联络眼便密封 主巷进风 配巷回风 两条平行的独头巷道可用风幛或风筒导风 1 2使用局部动力设施的通风法当总风压不能满足掘进通风的要求时 必须借助专门的动力设备对掘进巷道进行局部通风 局部动力设施主要有引射器和局扇 这两种通风都涉及到射流紊动原理 当射流从喷咀喷出时 与周围静止的空气之间形成一个速度不连续的交界面 由于速度不等 该面不稳定 偶有扰动 交界面就出现波动 凸起的地方使上部流体受挤 断面缩小 速度增大 压力减小 与此相应的下方气流的压力增大 在交界面上产生横向压力 使凸处越凸 凹处越凹 最后使交界面破裂成一个个小旋涡 产生强烈紊动 将邻近静止的空气卷吸到射流中 两者掺混在一起 共同向前流动 使射流边界不断向外扩展 断面和流量不断增加 使整个射流成为紊动射流 1 2 1引射器通风引射器的通风原理是利用压力水或压缩空气经喷咀高速射出产生射流 周围的空气被卷吸到射流中 为了减少射流与卷吸空气间冲击损失 空气和射流在混合管内掺混 整流后共同向前运动 使风筒内有风流不断流过 引射器通风具有设备简单 安全 水引射器有利于除尘和降温 水温低时 的优点 但产生的风压低 送风量小 20 200m3 min 效率低 费用高 只有在用水砂充填采煤法的矿井中 才可顺便使用水风扇引射器 为满足掘进通风的风压与风量要求 可用多喷咀进行串联通风 环隙式压气引射器 图中1为环隙 2为集风器 3为环形室 4为凸缘 5为喷头 6为卡箍 7为扩散器 1 2 2局扇通风局扇通风是矿井广泛采用的掘进通风方法 按其工作方式分为压入式 抽出式和混合式三种 1 压入式通风局扇和启动装置安装在离掘进巷道口10m以外的进风侧 局扇把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面 污风沿巷道排出 工作面爆破后 烟 尘充满迎头 形成一个炮烟抛掷区 风流由风筒射出后 按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中 二者掺混共同向前移动 风流从风筒出口到转向点的距离叫有效射程lj 风筒出口与工作面的距离不能超过有效射程 否则会在工作附近出现烟流停滞区 根据理论分析和实践经验 压入式通风风筒出口到工作面的距离lp约为 式中S 掘进巷道净断面积 m2 2 抽出式通风这种通风方式是把局扇安装在离巷道口10m以外的回风侧 新鲜风流沿巷道流入 污风通过铁风筒由局扇排出 这种通风方式在风筒吸口附近形成一股流入风筒的风流 离风筒越远风速越小 只能在一定距离以内有吸入炮烟的作用 这段距离称为有效吸程ls 在有效吸程以外的炮烟处于停滞状态 因此 抽出式风筒口离工作面的距离le应小于有效吸程 压入式通风与抽出式通风优缺点比较 1 抽出式通风时 污浊风流必须通过局扇 极不安全 而压入式通风时 局扇安设在新鲜风流中 通过局扇的为新鲜风流 故安全性高 2 压入式通风风筒出口射流的有效射程大 排出工作面炮烟和瓦斯的能力强 而抽出式通风有效吸程小 排出工作面炮烟的能力较差 3 压入式通风时炮烟沿巷道流动 劳动卫生条件较差 而且排出炮烟的时间较长 而抽出式通风由于炮烟从风筒中排出 不污染巷道中的空气 故劳动卫生条件好 4 压入式通风可以使用柔性风筒 抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒 从以上比较可以看出 两种通风方式各有利弊 但压入式通风安全可靠性较好 故在煤矿中得到广泛应用 1 2 3混合式通风混合式通风的布置如图所示 其中压入式风筒出风口与工作面的距离仍应小于有效射程长度 抽出式风筒吸风口与工作面的距离和压入式局扇所在位置有关 压入式局 扇可随工作面的推进及时向前移动 与工作面距离保持在40 50m左右 抽出式风筒吸风口应超前压入式局扇10米以上 同时其风筒吸风口距工作面的距离还应大于炮烟抛掷长度 一般为30m左右 第二节掘进工作面所需风量的计算对于新设计矿井工作面按爆破排烟的需要确定风量 2 1压入式通风工作面所需风量或风筒出口的风量应为 式中t 通风时间 min A 一次爆破的炸药消耗量 kg S 掘进巷道的净断面积 m2 ld 从工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离 可按下式计算 当掘进巷道的长度小于ld时 用巷道长度置换ld 2 2抽出式通风式中lt 炮烟抛掷的长度 m 它取决于起爆方式和炸药消耗量 即 电雷管起爆时 火雷管起爆时 2 3混合式通风在长抽短压的通风方式中 应满足抽出式风筒入口的风量Qbe大于压入式风筒出口的风量Qbp 以防止循环风和维持风筒重叠段内的巷道中具有排尘或稀释沼气的最低速度 因此 须先计算Qbp 然后用下式计算Qbe 式中V 排尘的最低风速0 15 0 25m s 或稀释沼气的最低风速0 5m s S 风筒重叠段的巷道面积 m2 一般应使Qbe Qbp 3 1 5 1 在长压短抽的混合布置方式中 为防止产生循环风和风筒重叠段具有最低风速 要求Qbp大于Qbe 因此 须先计算Qbe 然后用下式计算Qbp 用上述各式算出的风量都应进行风速验算 其中包括 根据最低风速验算 也可作为机掘工作面的计算方法 岩巷 按最低排尘风速0 15m s计算 最低风量 半煤岩和煤巷 按不能形成瓦斯层的最低风速0 5m s计算 最低风量 根据最高风速验算 岩巷 半煤岩和煤巷皆以最高风速4m s计算 掘进工作面风量 第三节掘进通风设备的选择3 1风筒选择3 1 1风筒的种类掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布 胶布 人造革等柔性风筒 柔性风筒重量轻易于贮存和搬运 连接和悬吊也简便 胶布和人造革风筒防水性能好 但柔性风筒只适用于压入式通风 为了满足抽出式通风的要求 目前有用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒 常用的风筒直径有300 400 500 600和800mm等 3 1 2风筒的风阻风筒风阻包括风筒的摩擦风阻Rfr和局部风阻Rer 包括接头风阻Rjo 弯头风阻Rbe和风筒的出口风阻Rou 压入式 或是入口风阻Rin 抽出式 压入式风筒的总风阻为 抽出式风筒的总风阻为 式中L 风筒全长 m d 风筒直径 m s 风筒断面积 m2 风筒摩擦阻力系数 N s2 m4 金属风筒内壁粗糙度大致相同 所以 值只与直径有关 表7 2 柔性风筒和带刚性圈的柔性风筒的摩擦阻力系数都与风压有关 柔性压入式风筒的 值随风压增大而减少 而带刚性骨架的柔性风筒的 值随风压增大而略增大 jo 风筒接头的局部阻力系数 无因次 金属风筒用法兰盘连接 内壁较光滑 不计算接头风阻 柔性风筒的接头套圈是向内凸出 风压大 风筒壁绷的紧 套圈凸起越高 接头的局部阻力系数随压力增大而增大 带刚性骨架的柔性风筒 其接头的局部阻力系数随压力增大而略有减少 当风筒全长共有n个接头时 则接头总的局部阻力系数按n jo计算 be 风筒拐弯局部阻力系数 无因次 按拐弯角度 查表 ou 风筒出口局部阻力系数 取 ou 1 in 风筒入口局部阻力系数 当入口处完全修圆时 in 0 1 不修圆的直角入口 in 0 5 0 6 在实际应用中 风筒风阻除与长度和接头方法等有关外 还与风筒的吊挂 维护等管理质量密切相关 很难用上面给出的两个计算式进行精确计算 一般都是根据实测百米风筒平均风阻 包括局部风阻 作为衡量风筒管理质量和设计的数据 表7 3是开滦等矿和重庆研究所实测的风筒百米风阻值的结果 根据风筒的百米风阻值R100可以直接计算长度为L的风筒实际风阻 3 1 3风筒漏风金属和透气性极小的塑料风筒的漏气主要是发生在接头处 胶布风筒不仅接头而且全长都有漏风 所以胶布风筒漏风属连续均匀漏风 漏风使风筒的始端风量 即局扇工作风量Qf 与风筒末端风量 即工作面风量Q 不等 故用始末两端风量的几何平均值作为通过风筒的平均风量Q 即 显然 Qf与Q的差值就是风筒的漏风量Ql 它与风筒种类 接头的数目 方法和质量以及风筒直径 风压等有关 但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关 反映风筒漏风程度的指标有三个 1 风筒漏风率风筒漏风量占局扇工作风量的百分数 即Le虽然反映某一风筒的漏风情况 但不能作为比较的指标 故常用百米漏风率Le100 即 式中L 风筒长度 m 柔性风筒的百米漏风率应符合下表 2 风筒的有效风量率Ef掘进工作面风量 风筒末端风量 占局扇工作风量的百分数 即 3 风筒漏风备用系数 该值是指Qf与Q之比 即 3 1 4风筒的直径风筒直径的选择主要取决于送风量 送风距离以及巷道断面的大小等因素 生产中 一般是根据经验选取标准直径 表7 5是鸡西 开滦等矿区局扇和风筒配套的经验 3 2局扇的选择3 2 1确定局扇的工作参数1 局扇工作风量Qf根据掘进工作面所需风量Q 距离L和风筒百米漏风率Le100 确定风筒的漏风率Le 然后确定风筒的漏风备用系数 再用下式计算风机的风量 2 局扇工作风压hf无论是压入式风筒还是抽出式风筒的风阻 均可根据工作面最长的通风距离选择风筒种类和直径 再查表7 3得到的百米风阻 由此计算出总风阻 局扇风压用于克服风筒的通风阻力 应满足 由于风筒漏风 计算风筒通风阻力时 应按通过风筒的平均风量Qa值计算 其中 压入式局扇的工作风压 要用局扇的全风压hft 即 式中Rp 压入式风筒的总风阻 实际上就是上面计算出来的R值 N s2 m8 抽出式局扇的工作风压 宜用局扇的静风压hfs 即 式中Re 抽出式风筒的总风阻 N s2 m8 3 2 2选择局扇局扇有轴流式和离心式两种 煤矿多使用我国生产的防爆型JBT系列轴流式局扇 其性能曲线和型号 规格分别如图7 16和表7 6所示 根据上面算出的hf和Qf值 在图7 16中选择合适的局扇 再参照表7 5和表7 6选择配套的风筒 如果选择的风筒与前面确定的风筒不符 则要重新计算 如果选用的局扇工作风压不能满足要求 可选用二台或二台以上局扇进行串联作业 其串联作业方式分为集中串联和间隔串联 皆可达到增加风压的目的 但从两种串联方式的风压分布图可以看出 在相同条件下集中串联时 风筒中最大的风压大于间隔串联 所以集中串联风筒漏风将大于间隔串联 间隔串联时 如果两台局扇相隔较远 便会在第二台局扇后面一段风筒内产生负压 因而在这个区段内会有部分污风漏入风筒 造成循环风 为避免这种现象 两台局扇的间距一般不得大于风筒全长的三分之一 使风压分布情况如图B所示 掘进长距离瓦斯巷道 一台局扇的风压不够用时 间隔串联不安全 也可用局扇集中串联的方式 但须注意局扇之间要用一段风筒 长约10倍于风筒直径 隔开 使第一台局扇出口的紊乱风流不影响第二台局扇的运转效率 如上所述 两种串联方式都存在一定的缺点 所以 一般情况下 尽量不用局扇串联通风 应力求提高风筒的制造和安全质量 加强管理 减少风筒的通风阻力和漏风 充分发挥单台局扇的效能 第四节掘进通风的技术管理和安全措施4 1保证工作面有足够的新鲜风量1 采用局扇和引射器通风时 无论工作面是在工作 休息或交班 都不准随意停风和减少风量 2 提高有效风量 其中包括 1 减少导风设施的漏风对于风墙应合理选择建筑材料 提高构筑质量 对于柔性风筒应适当加大每节风筒长度 减少接头数 并注意不断改进柔性风筒的接头方法 目前井下广泛采用接头严密 漏风小的反边接头法 反边接头又分单反边 双反边和多反边等 双反边接头的连接顺序如图所示 先在风筒两端套上铁环l 2 并各留200 300mm的反边 图A 顺风流方向把有铁环1的风筒插入有铁环2的风筒内 拉紧风筒使两环靠拢 要防止风筒歪斜出褶皱 图B 然后把风筒1的反边翻套过来 再把风筒2的反边翻套过来 图C 多反边接头如图 是在双反边的基础上多一个活环3 活环3先套在有铁环2的风筒上 图A 当风筒1反边翻套在风筒2上时 再把活环3套在风筒2的反边和风筒1的翻边上 图B 然后把风筒2的反边和风筒l的翻边都翻套在活环3和铁环1上 图C 此外 及时修补风筒和堵补风筒的针眼也是常用的减少漏风的手段 2 降低导风设施的风阻 提高有效风量适当选用大直径风筒 提高设备的安装质量 风筒力求吊挂平直 局扇应垫高 或悬吊 保持与风筒成一直线 在淋水大的巷道中 风筒应安装放水咀及时放掉积水 减少附加阻力 这些都是降低风筒风阻的办法 4 2保证局扇安全运转采用局扇通风时 应作到 1 局扇有专人负责管理 局扇启动装置必须装在进风巷道中 距回风口不小于10m 局扇吸风量必须小于全风压供给该处的风量 以免发生循环风 2 防止局扇电动机烧坏 除加强对局扇和启动装置的检查与维修外 若采用磁力启动器时 可在控制电路上装有电磁式接头 当启动器内一相电流断路时 两个互感器之一无电流 控制线路中的两个接点就会断开 造成磁力启动器跳闸 切断电源保护局扇的电动机 3 局扇和掘进工作面中的电气设备必须装有延时的风电闭锁装置 一旦局扇停止运转便能立即自动切断局扇供风的巷道中的一切电源 4 在高瓦斯 或煤与瓦斯突出 矿井的煤巷掘进中 在工作面安设沼气自动检测报警断电装置 局扇应用双回路供电 以保证局扇连续运转 目前普遍采用 三专两闭锁 系统 即专用变压器 专用开关 专用电缆 风电闭锁 瓦斯电闭锁 5 建立局扇停止制度 当因检修 停电等原因停风时 必须撤出人员 切断电源 在恢复通风之前 先要检查瓦斯 在局扇和开关附近10m内的风流中 沼气浓度小于0 5 时 方可开动局扇 6 安全排放积聚的瓦斯 4 3煤巷机械掘进的通风安全措施综合机械化掘进煤巷时 常采用长压短抽的方法 这时应该 1 保证工作面的风速大于