矿井通风与防尘4.doc

矿井通风与防尘内容提要：本章主要介绍矿井通风和矿山防尘的基本知识，要求了解、熟悉矿井空气成分和矿内气候条件，矿井通风压力、通风动力、通风阻力，风流流动的基本规律，矿尘的产生及其危害性的内容；重点掌握矿井通风系统，矿井硐室、采场以及掘进通风方法和矿尘防治方法。 概 述为了保证矿井的安全生产，必须进行矿井通风。矿井通风就是指地面空气在扇风机（或自然风压）的作用下，沿着进风井巷流入井下，经各采掘工作面和其它用风地点，然后沿回风巷道及出风井再排除地面的整个过程。矿井通风的基本任务是：供给井下各作业点足够数量的新鲜空气；稀释和排除有毒有害气体及粉尘，调节矿内气候条件，创造一个良好的工作环境，防止灾害和处理事故等。因此，矿井通风就是保证安全生产，不断提高劳动生产率的必要前提。对于危害职工身体健康的粉尘，单靠通风往往难以使工作面空气含尘量达到规定的标准，还应采取综合性防尘措施，如减少粉尘的产生，防止粉尘混入空气中，喷雾洒水、净化降尘和个体防护等, 才能确保安全生产，因此，搞好矿井的通风防尘工作对生产具有十分重要的意义。 第一节 矿内空气成分 地面空气进入矿井后，由于自然和生产因素的影响，会发生一些物理变化和化学变化，使空气成分种类增多，浓度改变，以至空气的质量和数量都发生较大变化，主要是：含氧量减少，混入各种有毒有害气体和矿尘，空气的温度、湿度、压力发生变化。故矿内的主要空气成分除氧、氮、二氧化碳、水蒸气以外，还混入了沼气、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨、氢等各种有毒有害气体和矿尘。由于各种具体条件不同，各矿的矿内空气成分的种类与浓度也都不相同。虽然矿内空气中有害气体和矿尘对空气的热工性质没有什么影响，仍属湿空气，但它们对人体有害。现就矿内的主要空气成分分叙如下：一、氧、二氧化碳及其与人体的关系1、氧(O)氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，对空气的相对密度为1.105。氧是人赖以生存的必需物质。矿内空气中的氧来源于进入矿井的地面大气所固有的含量，但矿内空气中氧的浓度是要不断减少的,这是因为矿内各种有机物（木材、支架）和无机物（矿物、岩石）的氧化，矿物自燃，矿井火灾，爆破作业，柴油设备的使用，人员呼吸，以及瓦斯、煤尘爆炸等，都要直接消耗氧。此外，井巷内不断产生的各种有害气体，也相对地降低了氧的浓度。氧又是很活跃的元素，易使其他物质氧化，并能助燃产生CO2和CO，故须阻止空气进入采空区和火区，以防止煤炭被氧化而自燃。氧对人体的影响：人体只有摄取并消耗氧，营养物质才能在体内进行一系列生物氧化反应，产生能量，补充人体活动中所消耗的能量。若空气中氧的体积浓度降到15%，灯焰就会熄灭，人呼吸急促，脉搏加快；当降到10%时，就可能使人因缺氧而休克。这表明人对氧有一定的需要量。一般人在静止状态下耗氧量是0.25L/min,工作时的耗氧量为13 L/min。根据医学测试进行计算，并结合矿井通风中个人耗氧量占该区域总耗氧量的比例，可得出以人为计算单位的供风量为: q4m3/minman应该说明：矿井的机械化程度越高，产量越大，在井下同时工作的人数越少，个人耗氧量占该区域总耗氧量的比例越小，q值就越大，个人所需供风量就会加大。 为了保证矿内的空气中有足够数量的氧，必须不断地供给井下足够的风量。2、二氧化碳（CO2）CO2是无色略带酸臭味的气体，对空气的相对密度为1.52，常积于巷道的底部、井筒和下山的掘进迎头。CO2不助燃也不能供人呼吸，略有毒性，易溶于水。CO2的主要来源有：有机物的氧化，人员呼吸，煤和岩石的缓慢氧化以及矿井水与碳酸性岩石的分解作用，爆破作业，矿内火灾，煤炭自燃以及瓦斯、煤尘爆炸。此外，有的煤岩和岩层能长期连续放出CO2，甚至有的煤层在短时间内大量喷出或与大量煤粉同时喷出CO2，发生这种现象时，往往会造成严重性破坏事故。CO2对人的呼吸有刺激作用。当肺泡中CO2增多时，能刺激人的呼吸神经中枢，引起呼吸频繁，呼吸量增加。所以在急救受有害气体伤害的患者时，常常首先让其吸入含有5% CO2的O2以加强呼吸。但空气中CO2浓度过高时，又会相对地减少氧的浓度，并使人中毒或窒息。CO2对人体的影响与其浓度有关，浓度为1%时，呼吸感到急促；浓度增加到5%时，呼吸感到困难，同时，有耳鸣和血液流动很快的感觉；浓度达1020%时，呼吸将处于停顿状态和失去知觉；当浓度高达2025%时，人将中毒死亡（见表11）。为此，规程规定：采掘工作面进风流中的CO2浓度不得超过0.5%，总回风流中的CO2浓度不得超过0.75%。工作面风流中CO2浓度达到1%时，须查明原因，采取措施处理。当采区或工作面回风道的风流中CO2浓度超过1%时必须停止生产进行处理。 表11 CO2浓度对人体的影响CO2体积浓度（%）对人体的影响12持续作用会破坏人体电解质平衡2作用数小时后，会感到轻度头痛和呼吸困难3头剧痛，出汗，呼吸困难5精神沮丧6视力下降，动作颤抖10昏迷，失去知觉二、矿井内有毒有害气体的性质： 1、臭、味和色方面有臭的气体，NH3(剧臭)；SO2(强烈硫磺臭)；H2S(臭鸡蛋味，0.0001%时即可嗅出)；CO2(微酸臭)。有味的气体，SO2(酸味)；H2S（微甜）；CO2(微酸)。有色的气体，NO2（浅红褐色）。 2、比重方面空气的比重为1；比空气重的气体有SO2(2.264)，NO2(1.57)，CO2(1.529)，H2S(1.19)；比空气轻的气体有H2(0.069),CH4(0.555)，NH3(0.596)，N2(0.967)，CO(0.967)。 3、溶水性方面能溶于水的气体有五种，按溶水性大小依次为：SO2（易溶于水，相当于CO2的46.5倍）H2SCO2(体积浓度为20%，t15C,P1atm时，1升水能溶203.5cm3的CO2) NO2NH3。 4、爆炸性方面能燃且能爆的气体，CH4（516%），H2S（446%），CO（1375%）,H2(474%)。 5、有毒有害方面CH4，CO2，H2，N2无毒性，但它们的浓度较大，使氧的浓度降到12%以下时，人会窒息而亡；H2S，CO属于化学性窒息气体。 三、其它有害物质矿内空气除了上述有害气体外，还含有其他一些有害物质，如在采掘生产过程中所产生的矿岩的细微颗粒（统称为矿尘）对矿内空气有很大的污染，矿尘对矿井生产和人体都有严重危害，引起尘肺病等。规程规定：粉尘中含游离SiO2在10%以上时，空气中的粉尘浓度要降低到2mg/m3以下。此外，矿井内使用柴油设备的大量尾气，它们的主要成分为氮的氧化物，CO，醛类和油烟，它们也会对矿内部空气造成极大的污染，而且，各种有机物和油烟对人体的危害也很大，所以，它是目前非煤矿山矿井通风需要解决的主要污染源之一；还有就是井下小型空压机排出的废气亦对井下空气造成污染。第二节 矿内气候条件矿内空气的温度、湿度及风速（空气流动速度）三者的综合状态称为矿内气候条件。单独用某一个因素不能完全说明矿内气候条件的好坏。无论在工作或在休息时，人体都在不断地产生热量和散失热量并保持平衡，以使体温维持在36.537C。如果不能保持热平衡就会引起身体不舒适。当人体产生的热量不能散出时，就会感到闷热，甚至感冒。因此，矿内气候条件的好坏，对保护职工身体健康和提高劳动生产率有着重要的影响。一、矿内空气的温度矿内空气的温度是矿内气候条件的重要因素。最适宜的矿内空气温度是1520C。化学矿山安全规程中规定：矿井内采掘工作面的干球温度不得超过27C,高硫矿井的空气湿球温度不得高于27.5C，如超过此温度则必须采取降温措施。使矿内空气温度升高的因素，主要是空气和岩石的热交换，其次是矿岩、木材的氧化；对于硫化矿床，以氧化放热为主；对于我国南方浅井矿井，夏季的地表高温也使井下温度升高。矿内空气温度用手摇式温度计测定。二、矿内空气的湿度空气的湿度即空气中水蒸汽的含量，一般用相对湿度表示。相对湿度是指每m3空气中含有水蒸汽的重量与同温度下所含饱和水蒸汽量之比的百分数。空气中的饱和水蒸汽含量随温度变化而变化。空气温度增高，饱和水蒸汽含量增大。如果空气的含湿量不变，则相对湿度随温度升高而降低。冬季地表空气温度低，井下温度高，空气进入井下后，因升温使水分饱和能力加大，所以沿进风路线不断吸收井壁水分，因而使进风段的井巷变得干燥。在夏季，地表空气进入井下后，因气温逐渐降低而使水分饱和能力变小，空气中一部分水分就会凝聚下来，使沿途井巷变得潮湿。这就是人们见到的进风巷冬干夏潮的现象。当然，进风巷若有滴水时，即使冬天也仍是潮湿的。矿内空气湿度以4060%为宜。但矿内空气湿度一般较大，可达8090%，回风巷可达100%。三、风速风速表示矿井风流在单位时间内流过的路程。它和进入矿井的风量和井巷及采掘工作面的断面积有关。矿井风流在适当的速度，可以降低矿井空气的温度和湿度，使矿井气候条件得到改善。但井巷风速过高，人体散热快，易得感冒和风湿性关节炎，而且会引起粉尘飞扬，增加人体中毒机会。风速过低则人体散热慢，易使人疲劳，也不利于稀释有毒有害气体。适当的风速对调节矿内气候条件，稀释和排除有毒有害气体有一定作用。矿内气候条件对人体的热交换有重要影响。人体内的热量通过辐射、对流和汗液蒸发三种方式散发。矿内空气的温度、湿度及风速对人体散发体热的影响是综合性的。空气温度影响热量辐射和对流，相对湿度影响汗液蒸发，风速影响对流和蒸发。由于在一般矿井内，控制相对湿度比较困难，故井下气候的调节多从温度和风速来考虑。 第三节 空气状态方程 空气的重率和压力P是矿井通风中最常用的两个参数。为了掌握它们的变化规律，需要了解空气的状态方程，即空气的三个物理参数压力P、体积V、温度t之间的关系。 物理学中的气体分子理论把气体看作是理想气体，分子的体积可忽略不计，并认为：(1)分子间相距很远（与分子大小相比），分子间的引力可不考虑；(2)气体分子始终在作无秩序的直线运动（热运动）；(3)气体分子有完全的弹性，在不断运动的过程中，互相碰撞而回弹，但不失去能量，也不降低速度。 气体分子运动理论可以解释有关气体的各种现象，气体有很大的可压缩性，是因为分子间相距很大；气体有膨胀性，是因为气体分子在迅速运动，温度愈高，运动速度愈快；气体有压力，是由于气体分子连续不断地碰撞容器璧的结果。一、空气的状态方程 干 0.465P/T , g/l 或 k/m3 (31) P 62.4/ T, mmH (31a) P 848/ T, mmH2O (31b)式中干 干空气重率，g/l 或 k/m3 ； P 空气压力，mmH， mmH2O； 克分子量 ； T 绝对温度，等于273+tC，K。二、空气的压能静压 根据分子运动理论，可以得到下列结论： (1)静止空气所以有压力，是由于空气分子撞击器璧，空气分子无秩序热运动的一部分转化为能对外作功的机械能，压力的大小即反映空气所具有的机械能的大小。这部分呈现压力的能量，我们称之为压能或静压能。它所呈现的压力称为空气的静压，用P静（或P）表示。空气压力为P静（或P）k/m2时，表明它具有P静km/m3的机械能量。(2)分子作无秩序运动所呈现的静压，必然在各个不同方向呈现相同的压力。悬浮在空气中的肥皂泡所以呈球形，即说明其中气体的 压力各向同值。(3)在温度一定时，P与成正比。愈大，表示单位体积内空气分子数愈多，分子运动的总能愈大，压力也愈大；(4)在非密闭空间，空气状态参数变化时，重率、压力和温度有如下关系： P1/1T1 P2/2T2 (32)(5)在密闭空间，一定时，空气压力P与绝对温度T成正比，即 P1/P2 T1 /T2 (33)这是因为温度愈高，分子热运动速度愈大，动能愈大，压力愈高。当压力=760mmH , t15C时，干空气的重率为： 干 0.465 （760/ 273+15) 1.227k/m3 当空气中含有水蒸汽时，其重率为： 湿 = 0.465P/T(10.378P饱 /P) , k/m3 (34)在矿井通风中，采用下列简化式进行计算： 湿 (0.4610.463) P/T, k/m3 (35) 在上式中，一般在相对湿度大、气温高及压力低处取小值。 第四节 空气流动过程中的机械能量损失和能量方程 一、风流的流动状态和雷诺数 风流的流动状态有三种：层流、紊流和过渡流。 风速极小时，风流中出现分层现象，层与层间互不干涉，这种流态叫层流。风速较大时，风流在前进途中发生强烈的横向脉动，这种流态叫紊流。在层流和紊流之间的流态称为过渡流态或中间流态。严格说来，过渡流态属于紊流范围，是还没有达到完全稳定的紊流状态。风流的流态可用雷诺数（或称为雷诺准则）的大小来判别。 Re 4S/u v/ (41) 式中 v 风速，m/s； 空气的运动粘性，1510-6m2/s； S 巷道断面，m2； U 巷道周长，m。当Re2320时，属于层流；Re$0.51.0105时，达完全紊流；其间为过渡流。二、空气流动时的能量方程 h动 K(v均2 /2),k/m2,mmH2O (42) 式中 v均指巷道断面上的平均风速， 巷道断面上的空气重率， K 断面的动能系数，其变化值在11.48之间。在矿井通风中，为应用方便计，一般取K为值为1。空气在从断面1向断面2的流动过程中，由于存在通风阻力，空气的机械能量逐渐减少，因此，断面2的能量必小于断面1的能量，即W2W1，而且 W1 W2 h阻12 (43) 故 h阻12 (P1E1位h1动 )(P2E2位h2动 ) (P1P2）E位12(h1动 h2动 ) (P1P2）12均(K1 v12 1/2- K2 v22 2/2) (44) 此即空气流动时的机械能量转化方程，亦即流体力学中的伯努利方程在矿井通风中应用的一种形式。 第五节 通风压力、动力、阻力在一条风道中，要使空气流动，必须在风流起点和终点的巷道断面上具有压力差。通风压力常由通风动力所造成，实现这种压力差的方法即机械通风和自然通风。一、空气压力及其测定空气受地球的吸引而具有重量。矿井空气的重率是指单位体积空气的重量，通常用“”表示。由于空气具有一定的重率，所以一定高度的空气柱在其底部单位面积上就会产生压力。空气压力的大小可用k/m2表示，也可用某种液柱（水或水银）的高度来表示。空气压力的测定，根据所用的基准不同有几种方法，即分为绝对压力和相对压力。绝对压力的测定：绝对压力是以真空状态的零点压力为计算基准的空气压力，因此绝对压力总是正值，其单位常用mmH表示。大气 压力就是绝对压力，测量绝对压力常用的仪器是空盒气压计。相对压力的测定：相对压力是以当地大气压力为计算基准的空气压力。矿井通风压力常用相对压力表示，它表明矿井中压力高于或低于当地大气压力的数值，因此有正压、负压之分。当矿井中的压力高于当地大气压力时为正压；低于当地大气压力时为负压。矿井中任意两点间的全压差称为压降。相对压力和压降的测定常用压差计和皮托管（如图5 1所示），图中，相对压力hsiPsiP0图5 1 相对压力的测定二、通风动力 促使风流在井巷中流动的动力有两种：即自然通风和机械通风。1.自然通风：在非机械通风的矿井里常常观测到：风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。这主要是由于风流流过井巷时与岩石热量交换，使得进、回风井里的气温出现差异，回风井里的空气重率比进风井里的空气重率较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是所谓自然风压Ha,在自然风压的作用下风流不断流过矿井就形成了自然通风的过程。自然风压的大小及风流方向极不稳定，随季节而变化。夏天时，地面气温比井下高，是下行风；冬天时，地面气温比井下低，是上行风。若是地面气温和井下相当，则风流停滞。故而完全依靠自然通风不能满足通风的要求，要进行机械通风才能满足。2.机械通风：即采用扇风机作为动力进行的通风。机械通风所用的机械称为扇风机，矿用扇风机按其作用和服务范围的不同，分为主扇风机（简称主扇）、辅助扇风机（简称辅扇）与局部扇风机（简称局扇）。矿井通风设备所消耗的电量约占全矿总电量的2030%，故要合理选用扇风机。矿用扇风机按结构可分为离心式和轴流式两种，化学矿山多采用后者。目前生产的2K-60系列、KFT系列及FBCDZ系列対旋式轴流式风机具有噪音小、效率高、耗电少等优点。三、通风阻力空气在井巷中流动时，必然受到由井巷周壁与风流互相摩擦以及空气分子间的扰动和摩擦而产生的阻力，这种阻力称为摩擦阻力。此外，由于井巷断面的变化或转弯必然引起风速大小或方向的变化所产生的冲击或涡流，引起风流能量的损失，这种能量损失称为局部阻力损失，又称局部阻力。在矿井通风阻力中，摩擦阻力占80%左右，局部阻力仅占20%左右。因此，要使空气沿井巷流动，就是要提高起点的能量，造成压差用以克服通风阻力，故压差的大小就是通风阻力的大小。所以通风压力与通风阻力的数值相等，单位相同，方向相反。四、降低摩檫阻力与降低局部阻力的措施1.降低摩擦阻力的措施：降低摩擦系数，在矿井设计时要选择值较小的支护方式，注意施工质量和维修质量，尽可能使井巷壁面平整光滑，是降低摩擦阻力不可忽视的措施。因此，对于主要的井巷，要尽可能采用发碹的支护方式；对于无支护的巷道，要尽可能使壁面平整；对于用架棚支护的采区巷道，也要尽可能使支架整齐、背好帮顶。扩大巷道断面，因巷道周长与断面的1/2次方成正比，摩擦阻力和断面的5/2次方成反比,即断面的扩大，会使摩擦阻力显著地减少，因此，扩大巷道断面是降低摩擦阻力的主要措施。在改造通风困难的矿井时，几乎都采用这种措施，例如把某些总回风道的断面扩大；必要时，甚至开掘两条或更多条的并联巷道。选用周长较小的井巷，由于摩擦阻力与井巷断面的周长成正比，而在面积相等的各种井巷中，圆形巷道的周长最小，拱形巷道次之，梯形巷道最大，故应尽量采用圆形或拱形巷道断面的井巷，以降低井巷的摩擦阻力。减少巷道长度，由于摩擦阻力与井巷长度成正比，故在进行通风系统设计时，在满足开采要求的条件下，应尽量缩短风路的长度，以减小摩擦阻力。有条件时采用分区通风效果更好。避免巷道内风量过于集中，当井巷参数（L、U、S、）一定时，摩擦阻力与风流的平均风速成正比，所以，主要通风井巷内的风速不宜过大，尽可能使矿井的总进风早分开，总回风晚汇合；需要大风量时可采用多井巷并联通风。2.降低局部阻力的措施：尽量避免断面的突然扩大或突然缩小，将大小断面连接处做成逐渐扩大或逐渐缩小的形状。 尽量避免直角拐弯，并在拐弯处内外侧尽量做成斜面或圆弧形，拐弯的弯曲半径尽可能加大；或在拐弯处设置导风板。定期清除井巷内的堆积物，将井巷内某些正对风流的永久性物体做成流线形等。 第六节 矿井通风系统 矿井通风系统是指在通风动力的作用和通风设施的控制下，新鲜空气由进风巷进入矿井，流经有关井巷供各需风地点使用后，污浊空气经回风道最终由回风井排至地表的整个系统。所以，矿井通风系统是指矿井通风动力、通风控制设施和通风网络的总称。一、矿井常用的通风系统化学矿山常用的通风系统有全矿统一通风系统和分区通风系统。1、全矿统一通风系统：一个矿井构成一个整体的通风系统称为统一通风系统，如图6 1所示。即在一个开拓系统内，只有一个系统，进风和回风比较集中，使用设备也较少，便于集中管理。对于开采范围不太大的矿井，特别是深矿井，采用全矿统一的通风系统比较合理。图6 1 集中通风示意图 2、分区通风系统：一个矿井划分为若干个独立的、风流互不干扰的通风系统称为分区通风系统。它的特点是每个分区不仅既有各自的通风动力，而且还各有一套完整的进风和回风井巷，如图6 2所示。 图6 2 分区通风示意图二、主扇的工作方式主扇的工作方式是指主扇与进、出风井的关系。主扇的工作方式有抽出式、压入式和压抽混合式三种。1、抽出式通风把扇风机安装在出风井口附近，通过风峒与出风井筒连通。扇风机运转后，使井内的空气压力低于地面空气压力，地表的新鲜空气自然地从进风井流入井内，经出风井排出。抽出式通风时，进风井口的压力是当地大气压力，而井下任一点的风流压力都低于当地同标高的大气压力，因此抽出式通风也称为负压通风，如图6 3所示。2、压入式通风把扇风机安装在进风井口附近，经风峒与进风井井筒连通，借助扇风机的机械能量，把新鲜空气压入井内，迫使井内空气由出风井排出。压入式通风时，出风井口的压力与当地大气压力相同，而井下任一点风流的压力都大于当地同标高的大气压力，因此压入式通风又称正压通风，如图6 4所示。图6 3 抽出式通风示意图 图6 4 抽出式通风示意图3、 压抽混合式通风 进风井安装压入式主扇，回风井安装抽出式主扇，联合对矿井通风，如图6 5所示。 图6 5 压、抽混合式通风示意图我国矿山大部分使用的是抽出式通风，化学矿山使用抽出式通风的约占72%。它的显著优点是整个井下处于负压状态，即使在回风道漏风，也是新鲜风漏入，不至于使粉尘、炮烟串入运输巷道。同时，抽出式通风无须在主要入风井设控制风流的通风构筑物，便于运输和行人行走以及通风的管理工作。而压入式通风的主要缺点是要在高风压区及运输频繁的中段平巷或井口设在密闭或安设风门，由于要经常更换，且启闭困难，容易损坏，因而漏风较大（特别是风门维护管理 不善时漏风更严重）。当开采高硫化矿床和有自燃现象的硫化矿床，及当地表有崩落且崩落带靠近出风口一侧，通过崩落的裂隙和采空区可能有大量漏风时，矿床处于浅部开采，可考虑采用压入式通风；当上部中段回采后采空区进行了处理，开采深度较深时，为了减少漏风可采用压抽混合式通风。含氡和瓦斯的矿井中，在矿岩微密、裂隙不发育、矿岩渗透性差，氡及瓦斯析出较少时宜用抽出式通风；但在岩石裂隙发育，氡及瓦斯析出受气压影响较大时，宜采用压入式通风。4.多极机站通风 近年来，国内一些矿山采用“多级机站通风”，即将多台功率较小的主扇串并联，进行联合接力通风。该方式具有降低通风电耗，节约能源，便于风量调节，减少漏风等优点，但设备较多，管理较复杂。三、主扇的安装地点主扇一般安装在地表，其优点是输电线路短，检修维护方便；地面环境对维护电机有利，特别是由瓦斯和矿尘爆炸危险的矿山，主扇安在地表不容易损坏。在下列情况下，主扇可安在井下。1、小型矿山或分区通风量较小时，可以将小主扇安在巷道中。在某些情况下，建筑井下主扇峒室较建地表主扇峒室要经济些。2、矿尘危害小，且爆破工作量不大的矿山，用风井作辅助提升时，不需在井口安装密闭，漏风也不大。3、矿井地形不便搬运设备，特别是在山崩、滚石、滑坡危险地区布置风井，地表无适当位置或地基不适合建筑主扇机房时。4、当回风道的漏风是外部漏风，主扇安在井下能减少漏风和减低阻力。主扇安装在井下的主要缺点是：发生瓦斯或矿尘爆炸时，破坏风机的可能性大，井下发生火灾时也难于抢救，另外，由于炮烟及粉尘可能侵入主扇机房，如有人经常值班，尚需开凿供风道。四、通风构筑物矿井通风构筑物是为了引导、隔断或控制风流而建筑的通风设施。在生产矿井中，通风状态的好坏，与矿井通风构筑物的质量、数量以及安设位置有着密切的关系，因此，合理地安设通风构筑物并保证其建造质量，是矿井通风管理的重要工作之一。通风构筑物按其用途不同，可分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，包括扇风机风峒、反风装置、风桥、调节风窗等，对此类通风构筑物的要求是结构简单，风阻小、漏风少；另一类是隔断风流的通风构筑物，包括井口的密闭、密闭墙，风门等，对这类通风构筑物的要求是结构简单、坚固耐用、漏风少。1、 风桥风桥是将两股交叉着的风流新鲜风流和污浊风流隔开的一种通风构筑物，它可分为新鲜风流和污浊风流平行和交叉两种情况。一般是“桥下”作运输、行人、进风道，“桥上”专作污风的回风道，如图6 6所示。常见的风桥有砼风桥、砖风桥及铁风筒风桥等。图6 6 绕道式风桥 2、密闭（风墙）在不通过风流也不行人的巷道及采空区，设置风墙（见图6 7所示）。它可分为永久密闭和临时密闭两种。3、风门 在不通过风流但需行人和运输的巷道，设置风门。风门是处于常 闭状态的，应迎风向打开，以保证风门关闭后承受风压而关闭严实。风门的质量不好或管理不善，会引起大量漏风，并造成通风系统的混乱，所以，在压差大和主要的运输巷道中应设至少两道以上的风门。两道风门之间的距离不小于一列车的长度。在运输频繁的巷道中应设自动风门。目前使用的有碰撞式自动风门，气动或水动风门，电动风门。如图6 8所示为普通风门。 图6 7 密闭风墙图6 8 普通风门示意图 4、主扇风峒及反风装置主扇风峒是连接主扇和通风井筒的一段巷道。因为矿井的风量全部或绝大部分通过风峒，所以在结构上要求其断面积足够大，并且最好是圆形，长度尽量小，墙壁要光滑，与井筒连接处的拐弯要平缓。在主扇机房应设置反风装置，以便在发生意外事故或必要时进行及时反风。反风装置必须在10min之内能够启动，且反风量不得低于正常风流的60%，轴流式主扇风硐和反风如图6 9所示。 图6 9 轴流式主扇风硐和反风示意图第七节 通风网络中风流的基本规律和风量自然分配若干风路按照其中的风流方向，顺序相连而成的网状线路，叫做通风网络，它是实际矿井通风系统的一种数学表示，是矿井风流分支与其有关数据的集合。通风网络又称风网。矿井通风网络按其用途可分为三部分，即进风段，用风段和回风段。在矿井通风网络中，有两种分配方法，一是按需分配，即根据井下各个用风地点的实际需要进行分配，为了保证这种分配，必须采取一定的措施，井下用风段风路中的风量就是用这种方法分配的；另一种是自然分配，是取决于风网中各风路风阻的比例关系、不加控制、任风量自然地进行分配的方法，这种分配方法多出现在进风段和回风段。 一、风网的形式和绘制 1.风网的形式1）串联风路：由2条或两2以上的风路彼此首尾相联而成的总风路叫做串联风路，如图71所示的串联风路是由6条风路串联而成的。图71 串联风路 图72 并联风网2）并联风网：2条或2条以上的风路自相同能量点分开到相同能量点汇合，形成一个或几个网孔的总风路叫做并联风网。简单并联风网只有一个网孔；复杂并联风网则有2个或2个以上网孔。图72所示的复杂并联风网有4个网孔。如图73（A）中，因两进风井口的标高相同，两井口的大气压力相等，故可把这两井口看成是一个分风点，即如图73（B）所示，从1到2构成简单并联风网；但在图74（A）中，因进风平硐口1和进风平硐口2的标高不同，大气压力不相等，1 和2就不能视为一点，风路13和23构成敞开并联（图B）。若把敞开并联中产生的自然风压加入计算，便可用虚线把1和2点连起来（图C）当作一个网孔来分析。3）角联风网：在简单并联风网的分风和合风点之间有一条或几条贯通的风网叫做角联风网。贯通的风路习惯叫做对角风路。单角联风网只有一条对角风路（图75A）；多角联风网则有二条或二条以上的对角风路（图75B）。4）复杂风网：由多个串联或并联风路构成的风网称为复杂风网。 图73 简单并联风网 图74 敞开并联风网 图75 角联风网2.风网图的绘制风网图是点与线的组合图，它只表示风网中所有风流的方向和连接形式，用不按比例、不表示空间关系的单线条绘制。为画好风网图，首先应熟悉开拓开采巷道布置，有时还需下井了解主要漏风通路和某些巷道之间的关系。风网图的绘制方法如下：1）以开拓开采工程平面图或通风系统图为依据，沿风流方向在分支与汇合点顺序编号；2）按风流方向，一般由下而上或从左到右按编号的顺序和巷道的联接形式来绘制风网图；3）按风流系统，先主干或支路。阻力很小的某些部分，如井底车场可视为一点。一些对网络分析不起影响的风路可适当合并；4）尽量减少风路的交叉，某些主要漏风也应用虚线标出；5）完成风网图的初型后，还应适当简化和美化加工。一般较为复杂的通风系统，至少要画三、四次，甚至更多次才能得出满意的结果；6）最后，在图上标注有关参数，通风设备和设施以及工作面的位置，并有图例说明。二、风网中风流的基本规律1.风量平衡定律 流入节点或回路的风量与流出节点或回路的风量的代数和等于零。一般取流入的风量为正，流出的风量为负，即流入节点或回路的风量等于流出节点或回路的风量。即 Qi0 （71）2.风压平衡定律回路中，不同方向的风流的风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风流的风压为正，逆时针方向的风流的风压为负。即 hi0 （72）3.通风阻力定律风网中的风流，绝大多数属于完全紊流的状态，故其阻力定律遵守平方关系，即hiRiQ2i （73）三、简单风网中风流参数的关系简单风网指的是简单的串联风网和并联风网，它们都遵循上述基本定律。 1.串联风路 (1)风量关系式：Q总Q1Q2Qn ， m3/s （74） (2)风压关系式：h总h1h2hn 或h总hi ，pa（75） (3)风阻关系式：R总R1R2Rn或R总Ri ， Ns2/m8 （76） 2.并联风网(1)风量关系式：Q总Qi ， m3/s （77）(2)风压关系式：h总h1h2hn ， pa （78）(3)风阻关系式：（1/R总) 1/2（1/R1)1/2(1/ R2)1/2(1/ Rn)1/2或 R总1/(1/Ri )1/2 2 ， Ns2/m8 （79）(4)自然分配风量的计算 QmQ总/(1/Ri )1/2 2 ， m3/s （710）在简单并联风网中（2条风路），Q1Q总/1（R1/R2）1/2 Q2Q总/1（R2/R1）1/2 或 Q2Q总- Q1 第八节 矿井硐室及采场通风一、矿井硐室通风矿井硐室，如水泵硐室、空压机硐室、主扇硐室、机电硐室、变电硐室、充电硐室、卷扬机硐室、破碎机硐室、炸药硐室等，均需供给新鲜风流，不允许其它作业点的污风混入。除充电硐室、机电硐室、破碎机硐室、炸药硐室外，其它硐室均不产生矿尘和有害气体，多数矿山是利用矿井主扇风压供给新鲜风流，其排出的污风尚可利用送入其它工作地点，但炸药硐室除供给新鲜风流外，尚需单独的回风风路。当充电硐室与变电硐室在一起时，应使风流先经过变电硐室，再到充电硐室。充电硐室排出的污风只有在有害气体浓度合乎工业卫生标准时，才允许送入其它硐室。 井下破碎硐室是矿井中产生粉尘较多的地点。实践证明，如果不采取有效的通风防尘措施，硐室内的粉尘浓度可达几十甚至数百毫克/米3，且粉尘的分散度也比较高，这不仅严重恶化劳动卫生条件，危害工人身体健康，影响生产操作，并会严重污染整个作业区的风流。 矿井破碎硐室通风的方式有自然通风和机械通风两种。 1.自然通风：就是利用自然风压进行通风的方式称为自然通风。在山区开采水平高于当地平均海拔标高时可以采用这种方式，这种通风方式简单、设备投资少、成本费用低，但因风流受地表气候变化的影响大，风流经常随着地表季节和气温的变化而反向，有时一天之内都可能出现几次反向，故风向不稳定，除尘效果较差，必须设置辅扇，以确保硐室风流的稳定。 2.机械通风 (1)利用矿井主扇风压通风：从矿井主风流中分给硐室相应的风流，这种通风方式适用于主风流强、通风网路简单、分风方便的矿井。 (2)主扇和辅扇联合通风：破碎硐室除利用矿井主扇通风外，并设置辅助扇风机与主扇联合通风，这种通风方式可提高破碎硐室风流的稳定性。 (3)独立通风：破碎硐室设有单独的进、回风线路，不与矿井的通风系统相连。一般来说，破碎硐室采用机械通风时，为获得良好的通风效果，宜采用抽出式通风。二、采场通风化学矿山采用的采矿方法类型多、采场内作业点多，使各工作面不产生污风串联，不产生烟尘滞留，是采场通风的主要任务。而最有效的采场通风方式是使采场形成贯通风流，利用矿井总风压通风。因此，应使各采场的进风与矿井通风系统进风道的新鲜风流连通，采场的回风直接与矿井通风系统回风道的污风连通；采场尽量形成上行风流以利于炮烟排出，使用电耙出矿时，风流方向应与耙矿方向相反，以保证电耙司机在新鲜风流中操作。在没有条件形成贯通风流、利用矿井总风压通风的采场，必须进行有效的局部通风。这里，介绍几种常用采矿方法的采场通风方式。1.无底柱分段崩落采矿法的采场通风无底柱分段崩落法的采准和回采工作面大多在独头巷道内进行，通风比较困难。无底柱分段崩落法可采用局部或通过崩落矿岩的空隙进行渗透式的通风，简称爆堆通风。图81为采区通风网路布置，新鲜风流由进风平巷进入，经进风天井进入各分段巷道，污风由回风天井进入回风平巷。 图81 无底柱分段崩落采矿法采区通风网路布置图各回采进路采用局扇通风时，为不污染分段巷道和其他作业面，宜采用抽出式，如图82所示。无底柱分段崩落法中应用爆堆通风是一个好方法。爆堆通风就是利用较高风压的扇风机使新鲜风流经各回采进路强行通过已崩落矿岩的空隙，由上部采空区排走，使各分段巷道和回采进路形成贯通风流，如图83所示。图82 各回采进路局部通风布置图 图83 爆堆通风示意图2.有耙道底部结构采矿法的采场通风 在崩落法、分段法、阶段矿房法及留矿法等采矿方法中，广泛采用耙道底部结构，如图84所示。新鲜风流由进风平巷经人行道天井及上部凿岩作业面，清洗作业面后的污风，由回风天井排至终端回风道。这种通风网路使凿岩作业面与电耙巷道之间的风流互不串联，通风效果好。图85是有电耙道的分段采矿法的风流路线图。分段采矿法的主要地点是分段巷道和电耙道。新鲜风流由两端人行道天井分别进入电耙道和分段凿岩巷道，清洗工作面后的污风通过矿房顶部的回风天井排到上中段回风道内。 图84 有耙道底部结构采场通风立体图 图85 有电耙道分段采矿法风流路线图利用凿岩天井或硐室进行中深孔凿岩工作的采矿方法，需要向凿岩天井和电耙道供给新鲜风流。如图86所示的通风网路，新鲜风流由运输巷道进入凿岩天井和电耙道，凿岩天井的污风由上部的回风联络巷道排入上中段回风道，电耙道的污风则由电耙道末端的回风联络巷及脉外回风天井排入上中段回风道。3.巷道型或硐室型采矿法的采场通风浅孔留矿法、充填法、房柱法和壁式陷落法等的采场为巷道、硐室型采场，这类采场的特点是凿岩、充填、耙矿作业都在采场内进行，风路简单，通风较为容易，通常采用贯通风流通风。对作业面较短的采场，可在一端维护一条人行天井作进风井，另一端有贯通上中段的回风天井（图87a），对于作业面较长或开采强度较大的采场，可在两端各维护一条人行天井作为进风井，在中央开凿贯通中段回风道的回风天井（图87b）。这类采场，在一般情况下，利用主扇的总风压通风，即可满足通风要求。只有在边远地区、总风压微弱、风量不足时，才利用辅扇加强通风。 图86 有电耙道和凿岩天井采场通风立体图 图87 上中段回风的采场通风路线图第九节 掘进巷道的通风掘进工作面通风的主要特点是独头，只有一条通路，既要作进风又要作出风之用，必须采取措施才能达到通风的目的，这种措施通常称为局部通风或掘进通风。局部通风方法有两种：即利用矿井总风压进行通风和利用局部通风设备进行通风。一、巷道掘进时的通风在矿井开拓、采准以及地质勘探、矿山建设中，必须开掘大量的井巷，这些巷道在开掘过程中一般采用局扇通风。局扇通风的特点是：局扇必须与风筒相连接，并将风筒末端引向工作面。根据安装在工作面的局扇的风流方向，其通风方式可分为压入式、抽出式和混合式（长抽短压、长压短抽）三种。1.压入式压入式局部通风是新鲜风流经过风筒压入掘进工作面，污风沿巷道排出，即风筒进风、巷道回风的通风方式，如图91所示。 图91 压入式通风2.抽出式抽出式局部通风是新鲜风流从巷道进入，污风经过风筒向外排出，即巷道进风、风筒回风的通风方式，如图92所示。 图92 抽出式通风3.混合式混合式通风是利用局扇将新鲜风流经过风筒压入作业面，污风经过风筒向外排出，即有抽有压的通风方式。这种通风方式既保证了作业面的排尘速度，又使巷道不被污染，除尘效果好。如图93a、b、c所示。图93a 混合式通风 图93b 混合式通风 图93c 混合式通风二、长距离独头巷道掘进时的通风在掘进长距离独头巷道时，一般多采用局扇通风。为了获得较好的通风效果，需要注意以下几方面的问题：1.通风方式要选择得当，一般采用混合式通风；2.条件许可时，尽量选用大直径的风筒，以降低风筒风阻，提高有效风量；3.保证风筒接头的质量，尽量增长每节风筒的长度，减少风筒接头处的漏风。柔性风筒多采用反边连接、罗圈连接、贴胶连接等方式；4.风筒悬挂力求“平、直、紧”，以减少风筒的局部阻力；5.要有专人负责，经常检查和维护。在矿山实际工作中，常采用以下几种方法来解决长距离独头巷道掘进时的通风问题。1.局扇串联通风在没有高风压局扇的情况下，可用多台局扇串联工作。按局扇布置的不同，分为集中串联和间隔串联，