《矿井通风系统设计》课件

《矿井通风系统设计》矿井通风系统设计专业课程保障矿工安全与生产效率的关键技术课程概述课程目标掌握矿井通风系统设计基本理论适用对象采矿工程专业学生及从业人员学时安排理论48学时，实践24学时考核方式课程设计60%，期末考试40%第一章：矿井通风系统概述1基本概念通风系统定义与基础术语2系统组成主要部件与功能分析3分类方法不同类型通风系统比较4发展历史技术进步与重要里程碑1.1矿井通风系统的定义和作用定义用于控制矿井空气流动的工程系统主要作用稀释有害气体控制粉尘浓度调节井下温度安全意义防止瓦斯积聚和爆炸事故生产效益提高工作环境质量和生产效率1.2矿井通风系统的组成部分主通风机提供主要动力源通风网络风流通道系统通风构筑物风门、风桥、密闭等监测系统气体、风速等监测装置辅助通风设备局部通风机和风筒1.3矿井通风系统的分类按通风方式分类抽出式通风压入式通风混合式通风按通风机位置分类中央式通风分区式通风联合式通风按通风动力分类机械通风自然通风复合通风1.4矿井通风系统的发展历史1早期阶段利用自然通风和简易风门2机械通风阶段蒸汽动力风机的应用3电气化阶段电力通风机广泛应用4现代化阶段计算机控制与智能化管理第二章：矿井通风系统设计基础设计目标安全、可靠、经济、灵活法规标准国家安全规程和行业标准设计流程从需求分析到详细设计数据分析地质、瓦斯等数据收集与处理2.1矿井通风设计的目标和原则安全可靠确保安全工作环境经济合理降低能耗和运行成本系统稳定抵抗外部干扰能力强便于管理操作简便，维护方便2.2矿井通风设计的法规和标准国家法规《煤矿安全规程》严格执行行业标准《煤矿通风技术规范》作为指导企业规范结合矿井特点制定具体标准国际参考借鉴国际先进经验和标准2.3矿井通风设计的基本流程数据收集地质、生产、环境等基础数据方案制定多方案比较与优化计算与分析风量、阻力等技术参数确定设备选型通风机及附属设备选择图纸绘制形成完整设计文件2.4矿井通风设计的数据收集和分析数据类型主要内容收集方法地质数据煤层瓦斯含量、岩层性质钻探取样、实验室分析生产数据采掘工作面布置、产量计划生产规划文件环境数据温度、湿度、气压条件现场测量、气象资料历史数据既有通风系统性能参数运行记录、测风记录第三章：矿井风量计算总风量概念矿井所需风量总和各点风量计算工作面、掘进面等用风量漏风量估算系统各部分漏风情况总风量确定综合确定最终设计风量3.1矿井总风量的概念矿井总风量定义单位时间内进出矿井的空气总量计量单位立方米/秒（m³/s）影响因素瓦斯涌出量人员数量设备发热量计算原则以最不利条件为基准3.2矿井各用风地点风量计算方法3.3矿井漏风量的估算漏风源识别定位主要漏风点漏风量测定测量各点漏风情况漏风率计算计算系统总漏风率漏风治理采取措施减少漏风3.4矿井总风量的确定1.2倍安全系数考虑各种不确定因素15%漏风率新建矿井典型漏风率30%备用量为扩产预留的风量第四章：矿井通风网络设计基本概念系统组成和运行原理网络图绘制拓扑结构和表示方法网络简化等效替代和归并技术计算方法风量分配和压力平衡4.1矿井通风网络的基本概念通风网络定义由节点和边组成的拓扑结构节点类型分支节点汇合节点源汇节点边的特性阻力特性风量容量方向性网络规律基于基尔霍夫定律4.2矿井通风网络图的绘制收集巷道资料巷道长度、断面、支护形式确定节点位置巷道交叉点、分支点等绘制拓扑结构节点连接成网络标注参数信息标注阻力、风量等数据4.3矿井通风网络的简化方法串联简化合并同一通路上的巷道并联简化合并连接相同节点的多条支路星-三角变换复杂结构的等效替代次要支路删除忽略影响小的通路4.4矿井通风网络的计算方法哈代-克洛斯法经典迭代计算方法按网孔调整收敛性好节点法基于节点方程组适合复杂网络计算量大线性规划法优化求解思路可设置约束条件找最优解第五章：矿井通风阻力计算阻力概念气流运动的阻碍因素1阻力分类沿程阻力和局部阻力2巷道阻力各类巷道具体计算3总阻力系统整体阻力确定45.1矿井通风阻力的概念和分类通风阻力定义空气流动时所受到的阻碍阻力单位帕斯卡（Pa）或毫米水柱沿程阻力气流与巷道壁面摩擦产生局部阻力气流流经断面变化处产生5.2局部阻力系数的确定方法5.3矿井各类巷道阻力的计算巷道类型摩擦系数λ计算公式光滑巷道0.015-0.020R=λ·L·P/3S普通巷道0.020-0.025R=λ·L·P/3S粗糙巷道0.025-0.035R=λ·L·P/3S支架巷道0.035-0.050R=λ·L·P/3S5.4矿井总阻力的计算60%沿程阻力占总阻力主要部分30%局部阻力各种构筑物产生10%其他阻力设备、物料等额外阻力第六章：主要通风机的选择与安装通风机类型轴流式、离心式等选择原则效率、可靠性、适应性性能曲线风量、风压关系图安装位置地面、井下最佳布置6.1主要通风机的类型和特点轴流式通风机大风量特性风压适中效率高噪声较大离心式通风机高风压特性风量较小稳定性好体积大混流式通风机综合性能好适应性强复杂程度高维护难度大6.2主要通风机的选择原则安全可靠防爆、耐用性节能高效高效率、低能耗适应性强适应工况变化经济合理投资与运行成本6.3主要通风机的性能曲线风量(m³/s)风压(Pa)效率(%)6.4主要通风机的安装位置和方式地面安装便于维护，远离爆炸危险井下安装分区通风，降低总阻力双机安装备用保障，维修不停风第七章：辅助通风系统设计1辅助通风概念掘进工作面专用通风系统2局部通风机选择根据风量需求和供风距离3风筒设计布置材质、规格和安装方式4监控系统设计确保安全稳定运行7.1辅助通风的概念和应用场景辅助通风定义不与主要通风系统直接相通的局部通风主要应用场景掘进工作面独立硐室临时采掘作业点通风方式分类压入式抽出式混合式设计关键点确保盲巷工作面充足新风供应7.2局部通风机的选择通风机型号风量(m³/s)全压(Pa)适用场景JK-585-81500-2500小断面掘进FBD-No.58-122000-3000中等掘进面FBD-No.812-203000-4000大断面掘进FBCD-No.1020-304000-5000超大断面或长距离7.3风筒的设计和布置风筒材质选择帆布风筒塑料风筒金属风筒复合材料风筒风筒直径确定根据风量和风速常用直径：400-1000mm风筒布置方式吊挂式支架式组合式7.4辅助通风系统的监控风速监测确保最低风速达标温度监测防止工作面过热气体浓度监测实时监控有害气体联锁控制超限自动断电第八章：通风构筑物设计风门设计控制气流方向的关键构筑物风桥设计解决通风线路交叉冲突密闭设计隔绝废弃区域的重要手段8.1风门的设计和布置风门类型单层风门双层风门自动风门防爆风门风门材料木质结构钢质结构复合材料风门布置原则最小气流干扰便于人员和设备通行安全可靠8.2风桥的设计和布置风桥定义解决两个独立气流交叉的构筑物风桥类型上下式风桥拱形风桥箱形风桥设计考虑因素断面尺寸强度要求密封性能施工要点确保结构稳固和气密性8.3密闭的设计和构造密闭分类临时密闭永久密闭防爆密闭防水密闭密闭材料砌块密闭浇筑密闭充填密闭复合密闭密闭构造要求气密性强度耐久性抗爆性8.4其他通风构筑物的设计风量调节器调节支路风量的可调节构筑物风流分配装置将主风流分配到各支路导流墙引导气流方向的墙体结构防火墙隔离火区与正常区域第九章：矿井通风系统的调节与控制调节目的保持稳定可靠的通风状态1风量调节满足各区域风量需求2风压调节维持正确的压力分布3自动控制智能化管理通风系统49.1矿井通风系统调节的目的和方法安全保障确保各区域安全浓度均衡分配合理分配风量资源适应变化应对生产布局调整节能降耗降低通风能耗9.2风量调节技术风量调节器法通过调节器改变通路阻力变频调速法改变通风机转速调整风量风门调节法调整风门开度控制风量9.3风压调节技术主风机调节变频调速叶片角度调节导叶调节局部风压调节辅助风机配置气垫调节局部构筑物调整季节性调整冬夏季转换自然通风利用气压差调整9.4自动化控制系统的应用传感检测风速、气体、压力等数据采集数据处理中央控制系统分析自动调节执行设备自动响应人机交互监控显示和远程控制第十章：特殊条件下的通风系统设计高瓦斯矿井瓦斯浓度高的特殊通风要求热害矿井高温环境下的通风降温冲击地压矿井地压活动频繁区域通风深部开采矿井深部高温高压环境通风10.1高瓦斯矿井的通风设计瓦斯等级标准按绝对瓦斯涌出量确定矿井瓦斯等级设计关键点增大风量合理分配控制风速瓦斯抽采结合通风与瓦斯抽采综合治理安全监控全面监测预警系统10.2热害矿井的通风设计岩石温度(°C)工作面温度(°C)10.3冲击地压矿井的通风设计危险区识别地质勘探确定冲击地压危险区通风系统布局避开应力集中区加强巷道支护确保通风巷道稳定性应急通风设计事故后快速恢复通风10.4深部开采矿井的通风设计深部开采特点高温高压瓦斯涌出大巷道稳定性差通风阻力大通风技术方案多级通风分区供风负压控制制冷降温设备选型要点高压大功率风机耐高温材料制冷系统第十一章：矿井通风系统的安全管理管理制度建立完善的通风安全制度监测系统实时监控通风参数事故预防识别风险并采取预防措施应急预案制定通风系统应急措施11.1通风安全管理制度1管理机构设置设立专职通风管理机构2人员职责划分明确各级人员通风管理职责3操作规程制定制定通风设备操作规程4检查考核制度定期检查评估通风状况11.2通风监测系统的设计与应用11.3通风事故的预防与处理风险识别定期排查隐患预警机制建立多级预警体系防范措施制定防范技术措施应急处置快速反应和处理机制11.4通风系统的应急预案事故类型分析瓦斯、火灾、供电中断等应急响应程序分级响应和处理流程人员职责分工明确应