矿井智能通风技术 · 项目九 矿井通风系统及其设计

项目九

矿井通风系统及其设计【项目描述】矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，通风系统是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用，同时也直接影响着矿井的经济效益。因此，建立一个既能满足日常生产所需风量，保证风向稳定、风质合格，又能在突变时期保持通风设备运行可靠、稳定，能快速实现风流控制的通风系统是至关重要的。课时分配：任务一矿井通风系统2课时

|任务二采区通风系统2课时

|任务三矿井通风设计内容4课时【知识目标】1.能陈述抽出式、压入式、混合式通风的特点及适用条件。2.能陈述中央式、对角式、区域式、混合式通风的布置特点及适用条件。【技能目标】1.能够根据矿井瓦斯地质条件，选择合适的矿井通风方法和通风方式2.能够对矿井通风系统进行合理性评价【思政目标】培养认真分析和思考的工作能力，一丝不苟的工作作风，刻苦钻研的工匠精神。任务一

矿井通风系统【任务分析】矿井通风系统对整个矿井的生产安全有着极其重要的作用，是矿井安全生产的保障。无论对于新建矿井还是正在进行生产矿井，都必须保证矿井通风系统的合理性、安全性、科学性和经济性。矿井通风系统选择正确与否，对矿井安全生产具有一定的影响作用。一

、矿井通风方法主要通风机的工作方式有抽出式、压入式、压抽混合式。《煤矿安全规程》规定：每一个生产水平和每一个采区，都必须布置回风道，实行分区通风。回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。对于煤层倾角大的回采工作面应采用上行通风。采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区和冒落区。优点：是当前常用的通风方式，适应性强，有利于瓦斯管理，井下风流处于负压状态，漏风量小，管理简单。缺点：当有塌陷区或与别的采区沟通时，会把有害气体带到井下，使矿井有效风量减少。适用条件：适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。1—进风井；2—出风井；3—主要通风机抽出式通风优点：当有塌陷区或与别的采区沟通时，会把有害气体带到井外。缺点：进风路线漏风大。管理困难，风阻大，风量调节困难。井下风流处于正压状态，通风机停止运转时，采空区瓦斯会涌向工作面。适用条件：低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形复杂，高差起伏，无法在高山上设置通风机。总回风巷无法连通或维护困难的条件下。1—进风井；2—出风井；3—主要通风机压入式通风优点：压入式主要通风机和抽出式主要通风机串联运转产生较大的通风压力以适应大阻力矿井的需，产生的风压大。缺点：混合式通风能要，且使矿井内部漏风减小，但所需通风设备多，动力消耗大，通风费用高，特别是通风管理工作比较复杂。适用条件：适应大阻力矿井。1—进风井；2—出风井；3—压入式通风机；4—压入式通风机压抽混合式通风通过以上三种通风方法的比较，抽出式通风主要通风机安设在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。该通风方法尤其适用于高瓦斯矿井。二、矿井通风方怯矿井通风方式是指进风井筒与回风井筒的布置方式。按照布置形式不同主要有中央并列式、中央分列式、两翼对角式和分区式四种。采区采区中央并列式通风优点：进、回风井均布置在中央工业广场内，地面建筑和供电集中，建井时间短，初期投资少，便于管理。缺点：井下风流流动路线为折返式，通风网路长，阻力大，进、回风井相距近，漏风大，工业广场受主要通风机噪声和回风流污染。适用条件：井田走向长度短，试投产阶段。中央边界式通风优点：通风阻力较小，内部漏风较小。工业广场不受主要通风机噪声的影响及回风风流的污染。缺点：风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力较大。适用条件：适用于煤层倾角较小、埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井。采区采区两翼对角式通风优点：风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小。内部漏风少中。安全出口多，抗灾能力强。便于风量调节，矿井风压比较稳定。工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害。缺点：井筒安全煤柱压煤多，初期投资大，投产较晚。适用条件：煤层走向大于4km，井型较大，瓦斯与发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。采区采区分区式通风优点：每个采区有独立通风线，互不影响，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，建井工期短，初期投资少，出煤快。缺点：占用设备多，管理分散，矿井反风困难。适用条件：煤层埋藏浅，或因地表高低起伏大，无法开掘总回风巷。混合式通风：在我国有许多老矿井需要进行技术改造，通风系统比较复杂，这样在原有通风系统的基础上，出现了许多不规则的通风方式。优点：适应性强，能够根据不同地质状况灵活布置。缺点：通风设备多，压煤多，管理困难。适用条件：混合式一般是老矿井进行深部开采时所采用的通风方式。三

、通风系统的选择矿井通风系统应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复正常生产。中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。因此，矿井初期宜优先采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通风，当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。根据主要通风机停风后观测井下瓦斯涌出规律的试验，研究分析结论为：1.压入式通风的矿井，主要通风机停止运转后，井下瓦斯不会大量涌出；2.从煤壁和采空区涌出的瓦斯，都与矿井通风的相对压力变化无明显关系；3.“抽”与“压”两种通风方法在停风后的同一地点，瓦斯绝对涌出量几乎相等。压入式通风能否用于第二水平，取决于矿井管理上是否方便以及开拓系统的变异情况。鉴于压入式通风在生产矿井中实际应用情况及试验结论，故对压入式通风是否适用于高瓦斯矿井不予考虑。所以设计选择通风方法时，可根据矿井的具体条件通过技术经济比较后确定。【知识目标】1.

了解采区通风系统的组成结构2.具备采区进风上山与回风上山的选择分析的能力3.掌握采煤面通风系统的类型及适用范围的分析方法任务二

采区通风系统【技能目标】1.能够根据采区地质条件选择合适的采区通风系统2.能够根据采煤工作面瓦斯粉尘状况，选择合理的工作面通风系统。【思政目标】培养严谨细致的工作态度，一丝不苟的工作作风，刻苦钻研的工匠精神。【任务分析】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（采区变电所和绞车房）等用风地点，是矿井通风的主要对象。采区通风系统包括通风网络（采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式）、通风设备和通风构筑物（采区内的风流控制设施）、以及通风参数的检查和自控装置等。采区通风系统的合理与否不仅影响采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。因此，搞好采区通风是保证矿井安全生产的基础。一

、采区通风系统的基本内容采区通风系统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；采区通风路线的连接形式，以及采区内的通风设备和设施等基本内容。采区通风系统的合理与否不仅影响采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。二、采区通风系统的基本要求采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采、掘工作面。为此，采区通风系统应满足以下基本要求：1.采区必须有单独的回风道，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。除有沼气（或二氧化碳）喷出和煤与沼气（或二氧化碳）突出的矿井之外，对于其它矿井的回采工之间，掘进工作面之间，以及回采与掘进工作面之间，独立通风有困难时可以采用串联通风，但必须保证串联风流中的氧、沼气、二氧化碳和其它有害气体的浓度以及浮尘浓度、气温、风速等都符合安全规程的要求，并须有经过审批的安全措施。2.对于必须设置的通风设施（风门、风桥、挡风墙和风筒等）和通风设备（局扇、辅扇等）要选择适当位置，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，避难室和灾变时的风流控制设施，立抽放瓦斯，防火灌浆和降温设施。5.煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，并须遵守下列规定：（1）采煤工作面的风速，不得低于1m/s；（2）机电设备设在回风巷时，其风流中瓦斯浓度不得超过1%，并应装有瓦斯自动检测报警断电装置；（3）进、回风巷中，都必须设置消防供水管路。有煤与瓦斯（二氧化碳）突出的采煤工作面严禁采用下行通风。6.采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。三

、采区进风上山与回风上山的选择对于薄及中厚的缓倾斜煤层，我国广泛采用走向长壁采煤法。厚煤层则多采用大采高开采或放顶煤开采，开掘采区上（下）山联系回风大巷及运输大巷。一个采区布置两条上（下）山，即运输机上山及轨道上山。当采区生产能力大、产量集中、瓦斯涌出量大时，可增设专用的通风上山，可能有三条或四条上山。1.采用运输机上山进风，轨道上山回风的通风系统如图9-1所示，由于风流方向与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，使进风流的煤尘浓度增大。图9-1轨道上山进风、运输机上山回风(1—运输大巷；2—下部车场；3—行人斜巷；4—轨道上山；5—运输上山；6—进风斜巷；7—上部车场；8—绞车房；9—回风大巷)

2.采用轨道上山进风、运输机上山回风的通风系统如图9-2所示，虽能避免上述的缺点，但运输机设备处于回风流中，轨道上山的上部和中部甩车场都要安装风门，风门数目较多。

图9-2轨道上山进风、运输机上山回风(1—运输大巷；2—下部车场；3—行人斜巷；4—轨道上山；5—运输上山；6—进风斜巷；7—上部车场；8—绞车房；9—回风大巷)3.两种通风方怯的比较轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，轨道上山的绞车房易于通风；变电所设在两上山之间，其回风口设调节风窗，利用两上山间风压差通风。运输机上山进风，由于风流方向与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，煤炭在运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件；运输机设备所散发的热量，使进风流温度升高。此外，须在轨道上山的下部车场内安设风门，此处运输矿车来往频繁，需要加强管理，防止风流短路。进、回风上山的选择应根据煤层赋存条件、开采方法以及瓦斯、煤尘及温度等具体条件通过技术经济比较后确定。一般认为，在瓦斯煤尘危险性大的采区，采用轨道上山进风，运输机上山回风的采区通风系统较为合理。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。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动如图9-3（a）所示，称上行通风；否则是下行通风如图9-3（b）所示。

图9-3采煤工作面上行通风与下行通风

(a)上行通风

(b)下行通风四

、采煤工作面上行通风与下行通风风

向优点缺点上瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相同，在正上行风将煤炭运输过程中所逸散的瓦斯和行常风速情况下，瓦斯不易积聚和分层流动，工作面发生火灾时所产生火风压与通风压力作用方向煤尘带入工作面，增大了瓦斯和煤尘的浓同向与逆向通风指风流方向与煤流方向之间的关系而言。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。这两种方式各有优缺点见表9-3。表9-3上行通风与下行通风优缺点五

、采煤工作面通风系统采煤工作面的通风系统由采煤工作面的瓦斯、温度和煤层自然发火等所确定，根据采煤工作面进回风巷道的布置方式和数量，工作面通风系统分为：U型、Z型、Y型及双Z形通风系统。这几种通风类型的优缺点比较，见表9-4。表9-4回采工作面通风类型比较表表类型优缺点U形优点：采空区漏风少，有利于预防采空区遗煤自燃。缺点：采空区内瓦斯涌出均集中到上隅角，常引起瓦斯积聚超限。影响工作面的安全生产。Z形优通

风一致，瓦斯浓度不会增加，着火点瓦斯爆炸可能性小。度，风流受运输设备加热而使风流增温，倾角大于12°的工作面应采用上行通风。下行

通

风瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相反，瓦斯和空气混合能力强，正常风速不易局部瓦斯积聚

和分层流动，回风流方向与煤流方向相反，可降低煤尘，降低风流温度，可冲淡上隅角瓦斯。工作面若有火源，产生火风压与通风压力作用方向相反，会使工作面风量减少，甚至反风，导致瓦斯浓度上升引爆，适应倾角小于12°的，煤与瓦斯突出危险性小。五、采煤工作面通风系统点：在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。缺点：采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。Y形优点：增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。缺点：对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；要求工作面的上顺槽沿采区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；同时，还需要在采区边界开一条为相邻两个采区共用的回风上山，故采区巷道的掘进和维护费用较大。双Z形优点：对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制问题。缺点：中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用大。【知识目标】1.能计算矿井通风阻力任务三

矿井通风设计内容任务三矿井通风设计内容2.能根据用风地点计算需风量和矿井总风量3.能利用通风阻力和矿井总风量选择主要通风机【能力目标】1.能收集矿井通风设计所需要的资料2.能根据收集的资料进行通风系统设计【思政目标】培养勤学善思，能够深入现场一线，求真务实。培养珍爱他人的身体健康和劳动安全为己任。【任务分析】成功的矿井通风系统设计，不但能够排除井下有毒有害气体和矿尘，而且能够提高矿井有效风量和节约矿井通风费用。为煤矿高效生产提供安全舒适的劳动环境。（一）矿井通风设计的任务矿井通风设计是矿井设计的一个重要组成部分，其基本任务是结合矿井开拓、开采和运输等需要拟定安全可靠、经济合理的通风系统，计算不同时期的矿井总风量和系统总阻力，选择合适的通风设备。（二）基础资料1.矿井自然条件：地形地质图、煤层瓦斯含量、煤与瓦斯突出危险性、煤层自然发火期、煤尘的爆炸性、矿区地面气候及地温参数等；2.矿井生产条件：井型（年产量）、服务年限、开拓方式、采掘比例、井下同时工作人数、矿井和采区的巷道系统、地面及支护形式；3.邻近矿井可相比经验数据或统计资料；4.通风设备产品目录、价格及发展趋势。（三）矿井通风设计的内容1.优选矿井通风系统，画出矿井通风系统图和通风系统示意图；2.计算矿井需要风量；3.计算矿井容易和困难时期的通风系统总阻力；一、矿井通风设计的任务、基础资料和内容二

、优选矿井通风系统（一）优选矿井通风系统主要考虑：1.符合矿井总体设计要求（主要是工期和投资），安全可靠，经济效益好；2.矿井必须是完整、独立的通风系统，进风井口要避免受有害气体和粉尘的侵入；3.主要并联风流，要尽量保证风量按需分配；4.每一生产水平和每一采区都必须有独立的回风道，实行分区通风，煤与瓦斯突出矿井的采区要有专用回风道；5.采煤和掘进工作面都应独立通风；6.井下炸药库和充电房必须单独回风；7.必须遵守《安全生产法》《矿山安全法》《煤矿安全规程》等法律法规。4.选择主要通风设备（主扇）；5.概算通风费用。二、优选矿井通风系统（二）除上面主要内容外，还应综合考虑以下因素：1.风井位置要在洪水位标高以上（大中型矿井考虑百年一遇、小型矿井50年一遇），进风井口须避免污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500m。2.井口工程地质及井筒施工地质条件简单。3.占地少，压煤少，交通方便，便于施工。4.通风系统简单，风流稳定，易于管理。5.发生事故时，风流易于控制，井下每一水平到上一水平和每个采区至少要有两个通向地面的安全出口，以便于人员撤出。6.使专用通风巷道的数目最少，风路最短，贯通距离短，井巷工程量省。7.尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，避免过多的风量调节，尽量少设置通风构筑物，以免引起大量漏风。8.多风机抽出式通风时，为了保持风机联合运转的稳定性，应尽量降低总进风道公共