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1、1,矿井通风与空气调节基础知识,2,现代化的局部通风机,3,现代化的主要通风机,4,第1章 矿内空气,矿井通风的任务和目的: 连续供给井下新鲜空气, 供人呼吸, 并排除井下有毒有害气体与矿尘, 创造良好的生产作业环境, 确保井下人员健康与安全. 矿井通风系统：通常被称为矿井的心脏与动脉。矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一。,5,6,矿内空气的主要成分,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（新风）；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）。 矿内空气主要成分除氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、水蒸汽

2、（H2O）以外， 有时还混入一些有害气体，如瓦斯（CH4）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氨气（NH3）、氢气（H2）和矿尘等。,7,当空气中氧浓度降低时，人体就可能产生不良生理反应，出现种种不适症状，严重时可能导致缺氧死亡。,人体缺氧症状与空气中氧浓度的关系,8,研究表明： 当氧气浓度低于12%时，可燃物失爆； 当氧气浓度低于3%时，可燃物失燃。,9,（1） 氧气（O2）,矿内空气中氧浓度降低的主要原因 人员呼吸 煤岩和其他有机物的缓慢氧化 煤炭自燃 瓦斯、煤尘爆炸 煤岩和生产过程中产生的各种有害气体 在井下通风不良的地点，如果不经检查而贸然进入

3、，就可能引起人员的缺氧窒息。,10,煤矿安全规程规定，采掘工作面的进风流中氧气浓度（按体积百分比计算）不得低于20%。 为此，必须对矿井进行不断的通风，将适量的新鲜空气源源不断地送到井下。这是矿井通风最基本的任务之一。,11,矿内空气的主要成分,（2）氮气（N2） 氮气是无色、无味、无臭的惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，对空气的相对密度为0.97，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。 但空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。 矿井空气中氮气主要来源是：地面大气、井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩

4、层中也有氮气涌出。,12,矿内空气的主要成分,（3）二氧化碳（CO2） 二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，比重为1.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼、鼻、喉粘膜有刺激作用。 在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的，但如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。,13,二氧化碳对人呼吸的影响 在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机能。 当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻

5、则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。,（3）二氧化碳（CO2）,14,二氧化碳中毒症状与浓度的关系,15,矿井空气中二氧化碳的主要来源 煤和有机物的氧化；人员呼吸； 碳酸性岩石分解；炸药爆破； 煤炭自然；瓦斯、煤尘爆炸等。 此外，有的煤层和岩层中也能长期过续地放出二氧化碳，有的甚至能与煤岩粉一起突然大量喷出，给矿井带来极大的危害。,（3）二氧化碳（CO2）,16,规程规定 采掘工作面的进风流中， CO2不超过0.5 %。 采区回风巷和采掘工作面回风巷回风流中二氧化碳浓度达到1.5 %时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。 总回风巷或一翼回风巷中，二氧

6、化碳超过0.75 %时，必须查明原因，进行处理。,（3）二氧化碳（CO2）,17,矿内空气中常见的有害气体,（1）一氧化碳（CO） CO是一种无色、无味、无臭的气体，相对对密度为0.97,微溶于水,能与空气均匀地混合。 CO能燃烧，浓度在1375%时有爆炸的危险； CO与人体血液中血红素的亲合力比氧大150300倍（血红素是人体血液中携带氧气和排出二氧化碳的细胞）。 一旦CO进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。,18,一氧化碳中毒症状与浓度的关系,19,（1）一氧化碳（CO）,矿内CO的来源与允许浓度 空气

7、中一氧化碳的主要来源有：矿内爆破作业、煤炭自燃及发生火灾或煤尘、瓦斯爆炸时都能产生一氧化碳 规程规定:矿内空气中CO浓度不得超过0.0024% 。,20,矿内空气中常见的有害气体,（2）硫化氢（H2S） 硫化氢无色、微甜、有浓烈的臭鸡蛋味，当空气中浓度达到0.0001%即可嗅到，但当浓度较高时，因嗅觉神经中毒麻痹，反而嗅不到。硫化氢对空气的相对密度为1.19，易溶于水，在常温、常压下一个体积的水可溶解2.5个体积的硫化氢，所以它可能积存于旧巷的积水中。硫化氢能燃烧，空气中硫化氢浓度为4.3 %45.5 %时有爆炸危险。 硫化氢有剧毒，有强烈的刺激作用，不但能引起鼻炎、气管炎和肺水肿；而且还能阻

8、碍生物的氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主；浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡，腐蚀刺激作用往往不明显。硫化氢中毒症状与浓度的关系如表1-1-5所示。,21,H2S中毒症状与浓度的关系,22,井下H2S的来源与允许浓度 井下空气中H2S的主要来源：有机物腐烂；含硫矿物的水解；矿物氧化和燃烧；从老空区和废旧巷道积水中放出；我国有些矿区煤层中也有硫化氢涌出。 规程规定：井下空气中H2S含量不得超过0.00066 %。,23,（3）二氧化氮（NO2） 二氧化氮是一种褐红色的气体,有强烈的刺激气味,相对密度为1.59,易溶于水. 二氧化氮溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸,

9、对眼睛、呼吸道粘膜和肺部组织有强烈的刺激及腐蚀作用，严重时可引起肺水肿。 二氧化氮中毒有潜伏期，有的在严重中毒时尚无明显感觉，还可坚持工作。但经过624小时后发作，中毒者指头出现黄色斑点，并出现严重的咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。 二氧化氮中毒症状与浓度的关系如下表所示。,24,二氧化氮中毒症状与浓度的关系,25,（3）二氧化氮（NO2）,二氧化氮的来源与允许浓度 矿内空气中二氧化氮的主要来源：井下爆破工作。 规程规定，氮氧化合物不得超过0.00025%。,26,矿内空气中常见的有害气体,（4）二氧化硫（SO2） 二氧化硫为无色气体，具有强烈的硫磺气味及酸味，对空气的相对密度为1.4337，易积聚

10、在巷道底部，易溶于水。 二氧化硫与水后生成硫酸,对呼吸器官有腐蚀作用,使用喉咙和支气管发炎,呼吸麻痹,严重时引起肺病水肿, 当空气中含二氧化硫为0.0005%时,嗅觉器官能闻到刺激味。0.002%时,有强烈的刺激,可引起头痛和喉痛。0.05%时，引起急性支气管炎和肺水肿，短期间内即死亡。,27,（4）二氧化硫（SO2）,二氧化硫的来源与允许浓度 矿内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中爆破都会产生二氧化硫，有时含硫矿层也涌出二氧化硫。 规程规定矿内空气中二氧化硫最高容许浓度为0.0005 %。,28,矿内空气中常见的有害气体,（5）氨气（NH3） 氨气为无色、有剧毒的气体，对空气的相对密度为0.5

11、9，易溶于水，对人体有毒害作用 规程规定，矿内最大容许浓度为0.004 %(3mg/m3)。但当其浓度达到0.01%时就可嗅到其特殊臭味。氨气主要在矿内发生火灾或爆炸事故时产生。,29,矿内空气中常见的有害气体,（6）瓦斯（CH4） 瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.55，难溶于水，扩散性较空气高1.6倍。 虽然无毒，但当浓度较高时，会引起窒息。不助燃，但在空气中具有一定浓度（516 %）并遇到高温（650750 ）时能引起爆炸。 规程规定，工作面进风流中CH4的浓度不能大于0.5 %，采掘工作面和采区的回风流中CH4的浓度不能大于1.0

12、%，矿井和一翼的总回风流中，CH4最高容许浓度为0.75 %。,30,第2章 矿井通风阻力,风流必须具有一定的能量，用以克服井巷对风流所呈现的通风阻力。通常矿井通风阻力分为摩擦阻力与局部阻力两类，它们与风流的流动状态有关。一般情况下，摩擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。,31,摩擦阻力,3.2.1 摩擦阻力的意义和理论基础 风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态不同的风流，摩擦阻力hf r的产生情况和大小也不同。,32,摩擦阻力,前人实验得出水流在圆管中的沿程阻

13、力公式是： 式中为实验比例系数，无因次； 为水流的密度， L为圆管的长度，m； d为圆管的直径，m； V为圆管内水流的平均速度，m/s。 上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流态的风流都能应用，只是流态不同时，式中的实验表达式不同。,33,摩擦阻力计算公式的推导,由达西公式： 又因为 式中：r管道水力半径，m S与流动方向相垂直的截面积， U被流体所浸润的周边长度，m,34,摩擦阻力计算公式的推导,将 代入达西公式得 令 则 又因为若通过井巷的风量为 ，则 代入上式得 此式即为摩擦阻力的计算公式,35,摩擦阻力的计算方法,完全紊流状态下井巷的摩擦阻力的计算是新矿井通风设计的重要依据。

14、 即按照所设计的井巷长度、周界、净断面积、支护方式和要求通过的风量，以及其中有无提升运输设备等，用查表法选定该井巷的摩擦阻力系数值，然后计算该井巷的摩擦阻力。,36,局部阻力,局部阻力的概念 风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地带产生一种附加的阻力，称为局部阻力。 井下产生局部阻力的地点较多，例如巷道拐弯、分叉和汇合处，巷道断面变化处，进风井口和回风井口等。,37,局部阻力,局部阻力的计算方法 在一般情况下，由于矿井内风流的速压较小，所产生的局部风阻也较小，井下各处的局部阻力之和只占矿井总阻力的1020%左右。 故在通

15、风设计工作中，不逐一计算井下各处的局部阻力，只在这个百分数范围内估计一个总数。但对掘进通风用的风筒和风量较大的井巷，由于其中风流的速压较大，就要逐一计算局部阻力。 计算局部阻力时，用下式比较简便。先要根据井巷局部地点的特征，对照前人实验所得表中查出局部阻力系数的近似值，然后用图表中所指定的相应风速进行计算。,38,几种局部阻力的值,39,第3章 通风动力,欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。,40,通风动力的基本概念,机械风压 空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差

16、，由通风机造成的能量差，为机械风压 自然风压 由矿井自然条件产生的能量差，则为自然风压 机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。,41,矿用通风机类型及构造,通风用的机械称为通风机（或通风机）， 按服务范围分为： 主要通风机 辅助通风机 局部通风机。,42,（1）主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。 主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。 主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑。,43,

17、（2）辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用。 （3）局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。 本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造和工作原理不同，可分为离心式通风机和轴流式通风机两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋式两种。,44,一、离心式通风机 离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等

18、部件构成。,45,46,当叶轮转动时，靠离心力作用，空气由吸风口12进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转90沿径向离开叶轮而流入机壳2中，再经扩散器3排出. 空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。,47,我国矿井使用的离心式风机主要有G4-73、K4-73 、Y4-73和4-72等系列，该类风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动功率较小等特点。 运行时调节门（前导器）可在070范围内调节，用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或电机调速来改变其运行工况，适应性较好。 其中4

19、-72系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用380 V或660 V电压的电机，适用于低压供电的矿井。,48,轴流式通风机:由动轮l，圆筒形机壳3、集风器4、整流器5、流线体6和环形扩散器7所组成。集风器是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。,轴流式通风机,动轮由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片2组成。,49,叶片的安装角可以根据需要来调整，国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为15、25、30、35、40和45七种

20、，使用时可以每隔2.5调一次。 叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。,50,一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段。整流器用来整理动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提高通风机的风压，有些轴流式通风机安装两段动轮。 环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使静压逐渐增加。 (构造图),51,52,目前我国生产的轴流式主要通风机有2BY、2K系列、G

21、AF、BD(K)、KZS系列等。叶轮直径从1.2 m4.2 m，可满足不同大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭曲叶片，叶片角度可在较大范围内进行有级（2K58）或无级（2K56、2K60）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用量较大的一类风机。 GAF系列风机是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用于需要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片角度调整方便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要反风道，也不需要风机反转控制装置。,53,对旋式通风机,对旋式通风机在构造上属

22、于轴流式。近年来，BD（K）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机。 由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点，其结构如图。,54,对旋压抽式轴流通风机结构示意图 1-集流器 2-前消声器 3-前机壳 4-进气翼 5-电机 6-级叶轮 7-级叶轮 8-出气翼 9-后机壳 10-后消声器,55,对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品，国内已有多家风机厂投入生产，结构性能也不断改进和提高. 如:湖南湘

23、潭平安电气、山西运城安瑞节能风机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术，使风机的静压效率、噪声等性能指标均得到较大提高。,九龙川通风设备选型方案比较表,56,57,矿井主要通风机附属装置,通风机的附属装置包括 反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。,58,1.反风装置 反风就是使正常风流反向。当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避免灾害扩大，就得利用主要通风机s的反风装置迅速将风流方向反转过来。 规程规定：要求在10min内能把矿井风流方向反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风量的40%。,矿井主要通风机

24、附属装置,59,利用反风道反风是一种常用的可靠方法，能满足反风的时间和风量要求。下图为轴流式主要通风机抽出式通风时的反风示意图，图A为正常通风时反风门1和2的位置，通风机由井下吸风，然后排至大气，若将反风门1、2改变为图B中的位置，风流从大气吸入通风机内，再经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。,60,离心式通风机的反风情况如图4-12所示，正常通风时，反风门1和2为实线位置，反风时，反风门1提起，而将反风门2放下，风流自反风门2进入通风机，再从反风门1进入反风道3，经风井压入井下。,61,2.防爆门 规程规定：装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门。 防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对

25、出风口的风流方向。 当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主要通风机的作用。,62,3风硐 风硐是主要通风机和出风井之间的一段联络巷道。由于通过风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别注意降低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足： 1)风硐的断面不宜太小，其风速以10ms为宜，最大不应超过15m/s; 2) 风硐的阻力不大于100200Pa。因此，风硐不宜过长，与井筒的夹角为6090之间，转弯部分要呈圆弧形，内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。 3) 风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。,63,4.扩散器 在通风机出风口外，联接一段断面逐渐扩大的风道

26、称为扩散器。其作用是减少出风口的速压损失，以提高通风机的静压。轴流式通风机的扩散器由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散器。其出口还要与由混凝土砌筑成的外接扩散器相连。外扩散器是一段向上弯曲的风道，出风口为长方形断面。离心式通风机的扩散器是长方形，其敞角取810，出风口断面(S3)与入风口断面(S2)之比约为34。,64,5消音装置 通风机在运转时产生噪音，特别是大直径轴流式通风机的噪音更大，以致影响工业场地和居民区的工作和休息，为了保护环境，需要采取有效措施，把噪音降低到人们感觉正常的程度。我国规定通风机的噪音不得超过90dB。 速度较大的风流在通风机内和高速旋转的动轮叶片迅猛冲击，产生空气动力噪

27、音，同时机件振动产生机械噪音。当通风机的圆周速度大于20m/s时，空气动力噪音占主要地位。正对通风机出口方向的噪音最大，侧向逐渐减少。,65,消音装置分为主动式与反射式，前者的作用是吸收声音的能量，后者是把声能反射回声源。通风机多采用主动式消音装置，风流通过多孔性材料装成的通道时，其噪音被吸收。对不同频率的噪音消音器，消音效果不同。为了更有效地降低高频率的噪音，消音板要有足够的厚度。也可制成空心消音板，以节省材料。,66,一、离心式通风机 国产离心式通风机类型较多，其中4-72-11型的全压效率最高达91，较为常用。其符号的意义举例如下： 4-72-1 1 No.10 C 表示通风机的转动方式

28、 表示通风机的机号，即为叶轮直径D2(m)10 表示通风机的设计顺序为第一次 表示通风机进口为单吸口 表示通风机在最高效率点时的比转数 表示通风机在最高效率点时的全压系数乘10倍的化整数,通风机设备选型,67,传动方式分为A、B、C、D四段，其中： A一表示无轴承箱装置，与电动机直接传动； B表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮在通风机轴承中间； C表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮在通风机轴承外侧； D表示悬臂支承装置，用联轴节联结传动。 比转数是表示同类型通风机在效率最高时风压系数与风量系数的关系的一个常数。比转数越大，风量越高。,68,62 A 1411 No.24 表示通风机的机号，即动

29、轮直径(m)的10倍 表示该型通风机第次设计结构 表示该型通风机为一级动轮 表示该型通风机之叶形第14次设计应用 表示该型通风机的轮叶为扭曲机翼形 表示该型通风机的毂轮比的100倍取整数,这种通风机动轮的叶片是扭曲形，共16片。在不同转数、不同轮叶数以及11.76Nm3时，个体特性曲线分别如图4-32至图4-39所示。这些图的左下角是动轮反转时特性曲线。从这些曲线看出，这种通风机反转后的风量较小，较难满足反风要求。,二、轴流式通风机,69,另一种新型轴流式通风机是2K604型，共有N0.18、24、28、30等几个机号。其符号意义举例如下： 2K 601 No.18 通风机的机号即为动轮直径的

30、10倍 结构设计的顺序号 轮毂比的100倍 矿井通风用 两级动轮,这种通风机有两级动轮，14片扭曲形的动轮叶片，中间和后面整流器的叶片也是扭曲形，并有改变整流器叶片角度的装置，及时改变这种叶片角度，可使动轮反转后的风量较大，能基本符合反风要求。,70,三、离心式和轴流式通风机的比较 结构方面：轴流式通风机的优点是比较紧凑，体积小，转速高。其缺点是结构比较复杂，噪音大，故障较多。离心式通风机则结构简单，造价低，维修方便，噪音小。但它的体积大。 性能方面：轴流式通风机在工作范围内，当矿井总风阻变化时，风量变化较小。离心式通风机则相反。 轴流式通风机的风量调节比较方便，反风方法较多。离心式通风机则麻

31、烦一些，反风时必须有反风道。 轴流式通风机的起动负荷小，风量增加时功率的变化不大，不致过载。离心式通风机则相反。 轴流式通风机并联工作的稳定性较差，而离心式通风机并联工作的稳定性较好。,71,第4章 局部通风,72,局部通风的概念,矿井新建、扩建或生产时，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。,CH4,炮烟,粉尘,怎么工作嘛？,73,矿井风压通风方法,局部动力设备通风,局部通风,局部通风的方法,74,当总风压不能满足掘进通风的要求时，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

32、主要有局部通风机和引射器。,一、局部通风机通风,75,局部通风机通风,76,局部通风机通风是矿井广泛采用的局部通风方法，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 局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。,77,扒斗装载机,78,掘进机,重车,车场,空车,压入式风筒,压入式风机,79,2)抽出式通风 这种通风方式是把局部通风机安装在离巷道口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部通风机排出。,80,SCF-6湿式除尘风机,可伸缩风筒,胶带输送机,水管,转载机,掘进机,81,这种通风方

33、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： le ls 1.5 S0.5，m,82,压入式通风与抽出式通风优缺点比较： (1)压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机防爆性能出现问题，则非常危险。 (2)压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。而抽出式通风有效吸程小，掘进施工

34、中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢。 (3)压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时，巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差。,83,(4)抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，掘进巷道越长，排污风速越慢，受污染时间越久。这种情况在大断面长距离巷道掘进中尤为突出。 (5)压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不

35、便。 基于上述分析，当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风，而当以排除粉尘为主的井巷掘进时，宜采用抽出式通风。,84,3）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部通风机所在位置有关。,压入式局部通风机可随工作面的推进及时向前移动。 抽出式风筒吸风口应超前压入式局部通风机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30米左右。,压抽结合,85,当局部通风机的吸入风量大于全压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用

36、风地点，故称其为循环风。 循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。 掘进工作面连续不断涌出瓦斯等有害气体，当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，无法除去这些气体，封闭循环区域中污染物浓度必然会越来越大。规程严禁采用循环通风。,4）可控循环通风,86,如图所示，若要采用常规的压入式通风，它虽能有效地解决瓦斯和气候条件问题，但无法控制掘进巷道内的矿尘浓度，并且对采煤工作面进风流的矿尘浓度也会产生影响；若要采用常规的抽出式通风，由于采煤工作面内无法安设局部通风机，故只能安装在工作面外部，当工作面平巷很长时，这样

37、做是很困难的。,87,在回风巷一侧如下图所示，情况正好相反，采用抽出式通风采煤工作面含尘风流直接进入掘进头，采用压入式通风则需把局部通风机置于采场通风系统之外。 另一种方法是混合式，但因超前掘进巷道长度一般很短，难以布置两台局部通风机，另外掘进巷道内的风速也会很低,因此都非最佳方案。,88,如果采用可控循环通风，进风侧采用抽出式通风，局部通风机安在进风巷内，如图所示，经风机前置除尘器过滤后，流出局部通风机与外部新风混合，其中一部分会再次进入掘进头循环使用。由于污风在与新风混合前经过了过滤，因而可以减轻或消除掘进头产生的矿尘对采、掘工作面进风流的污染。,89,在回风侧采用压入式通风，局部通风机安

38、在回风巷内，如图 所示，风流过滤后再经局部通风机压入掘进头，清洗掘进头后与采煤工作面回风流混合，其中一部分流入回风道，另一部分再次进入掘进头循环使用。用这种方法可减轻或消除采煤工作面产生的矿尘对掘进头进风的污染。,90,可控循环通风除了在压入式和抽出式通风中应用外，在长距离巷道掘进的混合式通风中也有采用。在长抽短压式通风中，如图所示，先启动抽出式风机后启动压入式风机，外部进入的新风先清洗掘进头，其中一部分污风经风筒，由抽出式风机排出；另一部分污风在压入式局部通风机的作用下，流过两列风筒重叠段巷道，再次与外部新风混合经风机前置除尘器过滤后，由局部通风机压入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。,

39、91,在长压短抽式通风中，如图所示，当抽出式风机风量大于压入式风机风量时也能产生循环风。先启动压入式风机后启动抽出式风机，新风由压入式风机和风筒送入掘进头，污风全部通过抽出风筒，经前置除尘器过滤后，由抽出式风机排出，其中一部分风流(其量约等于压入式风机风量)沿掘进巷道排入外部贯穿风流中，另一部分风流(其数量等于两风机风量差)在抽出式风机的作用下通过两列风筒重叠段巷道，再次与压入风筒流出的新风混合进入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风,92,可控循环局部通风具有下列优点： (1)采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内(即从后置风筒口至掘进工作面)的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，同时也降

40、低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。 (2)当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。 (3)在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗 。,93,可控循环局部通风的缺点是： (1)循环风流通过运转风机的加热，再返回掘进工作面，使风温上升。 (2)由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机 (3)当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制，停止循环通风，恢复常规通风。,94,对使用可控循环通风提出下列要求： (1)在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘自动监测装置及

41、可靠的报警装置，同时还必须进行常规环境检测分析 (2)对循环风机实现自动开关和风量控制。 对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台风机间须设闭锁装置，保证主要的局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流同时必须适当地控制抽出式与压入式两台局部通风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。,95,二、矿井全风压通风,这种方法不需增设其它动力设备，直接利用矿井主要通风机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。,96,风墙的构筑可用砖、石风墙，

42、木板墙及帆布，塑料等柔性风幛。后两种漏风大，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。,1. 利用纵向风墙导风,97,2. 利用风筒导风 采用风筒导风需设置挡风墙，墙上开有风窗的调节风门。,98,火 区,封闭火区的独头巷道,99,3.利用平行巷道通风 在掘进主巷的同时，距主巷1020m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。,适于长距离的巷道掘进通风,100,4、钻孔导风 如图所示，离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形

43、成贯穿风流。为克服钻孔阻力，增大风量，可用大直径钻孔(300400 mm)或在钻孔口安装风机。这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好的排瓦斯效果。,101,三、引射器通风,参考书：余常昭，环境流体力学,102,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嘴高速射出产生射流。 周围的空气被卷吸到射流中，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。,引射作用的实质:高压射流将自身的部分能量传递给被引射的流体。,103,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（20200 m3/min)，效

44、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。,优点与缺点,104,局部通风装备是由局部通风动力设备、风筒及其附属装置组成。 一、局部通风机 井下局部地点通风所用的通风机称为局部通风机。掘进工作面通风要求局部通风机体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可靠、坚固防爆。 上世纪60年代研制的JBT系列轴流式局部通风机，仍在许多矿山使用。其全风压效率只有60 70 ，风量、风压偏低，尤其噪声高达103118 dB(A)，已属淘汰产品 近年来研制的新产品如沈阳鼓风机厂的BKJ66-11系列,具有效率高，最高效率达90%。

45、,局部通风装备,105,我国还研制生产出对旋轴流式局部通风机。其特点是：噪声较低，效率较高，且高效区宽；可采用单级运转或双级运转。 近年来开发研制了用于通风除尘和抽排瓦斯的局部通风机。如SCF-6型湿式除尘风机，该机最大的特点是将电动机独立于风筒风流之外，以防电气火花引燃风筒风流中的瓦斯，并装备了湿式除尘器。 但局部通风机内部通风能耗较大，风筒积水积尘清理较难，故适用于瓦斯涌出量较小、掘进距离600 m以内的机掘巷道。,106,2、局部通风机联合工作,1）局部通风机串联 当在通风距离长、风筒风阻大，一台局部通风机风压不能保证掘进需风量时，可采用两台或多台局部通风机串联。串联的方式有集中串联和间

46、隔串联。 若两台或多台局部通风机之间仅用较短(12 m)的铁风筒连接称为集中串联；若局部通风机分别布置在风筒的端部和中部，则称为间隔串联。,107,局部通风机串联的布置方式不同，沿风筒的压力分布也不同。 集中串联的风筒全长均应处于正压状态，以防柔性风筒抽瘪。但靠近风机侧的风筒承压较高，柔性风筒易胀裂，且漏风较大。 间隔串联的风筒承压较低，漏风较少。但当两台局部通风机相距过远时，其连接风筒可能出现负压段，如图(c)所示，使柔性风筒抽瘪而不能正常通风。 据实验两台JBT-52型局部通风机间隔串联间距不应超过风筒全长的三分之一。,2）局部通风机并联 当风筒风阻不大，用一台局部通风机供风不足时，可采用

47、两台或多台局部通风机集中并联工作。,108,二、风筒,风筒是最常见的导风装置。对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、质量轻、拆装方便。 1、风筒的种类 风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种。 刚性风筒是用金属板或玻璃钢材料制成。玻璃钢风筒比金属风筒轻便、抗酸、碱腐蚀性强、摩擦阻力系数小。 柔性风筒是应用更广泛的一种风筒，通常用胶布、橡胶、塑料制成。其最大优点是轻便、可伸缩、拆装运搬方便。,109,铁风筒规格参数表,胶布风筒规格参数表,110,随着大断面巷道机械化掘进的增多，混合式通风除尘技术得到了广泛应用，为了满足其抽出式通风的要求，采用金属整体螺旋弹簧钢圈为骨架的可伸缩风筒。 它既可承受一定

48、的负压，又具有可伸缩的特点，比铁风筒质量轻，使用方便。矿山常用的风筒直径有300 mm、400 mm、500 mm、600 mm、800 mm和1000mm等规格。,111,2、风筒接头,刚性风筒一般采用法兰盘连接方式。柔性风筒的接头方式有插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。 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。,112,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

49、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)。,113,多反边接头如图示，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。,114,表5-2-6 柔性风筒百米漏风率p,115,5、风筒的安装与要求,我国煤矿在长距离独头巷道掘进通风技术管理和风筒安装方面，积累了丰富的经验。可归纳如下： （1）适当增加风筒节长，减少接头数目，降低风筒的局部风阻和漏风。 （

50、2）改进接头连接方式，淮北沈庄煤矿用铁圈压板接头代替插接方式，送风距离达3033 m，工作面风量为63.2 m3/min，风筒百米漏风率减少了75。枣庄矿使用的螺圈接头，内壁光滑，接头局部风阻小，漏风也小，送风距离达3795 m。 （3）风筒悬吊要平、直、稳、紧，逢环必吊，缺环必补，防止急拐弯。风机安装、悬吊也要与风筒保持平直。风机与风筒直径不同时，要用异径缓变接头连接。 （4）在每隔一定距离风筒上安装放水嘴，随时放出风筒中凝结的积水。,116,第5章 通风系统,117,9.1 矿井通风系统的拟定 矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，包含矿井通风方式（The types of mine

51、ventilation system）、通风方法（Ventilation mode）和通风网络（Ventilation network）。矿井通风方式是指进风井(或平硐)和回风井(或平硐)的布置方式，可分为中央式、对角式和混合式等； 矿井通风方法是指产生通风动力的方法，有自然通风法和机械通风法(压入式、抽出式)； 矿井通风网络是指井下各风路按各种形式联接而成的网络。,118,矿井通风系统 一、矿井通风系统的类型 按进回风井在井田内的位置不同，通风系统可以分为 中央式、对角式、区域式及混合式。,119,1中央式 进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式

52、（中央分列式）。 1)中央并列式。其中又分为： 中央并列抽出式 在地形条件许可时，进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，二井底都开掘到第一水平，主要通风机设在出风井的井口附近，将污风抽到地表，出风井的井底必须和总进风流隔开，出风井的井口一般用防爆门紧闭；还要在岩石中做条回风石门mn，煤层倾角越大、总回风石门越短，反之越长。,120,中央并列压入式 把压入式主要通风机设置在进风井的井口附近，将新风自地表压入井下，进风井的井口房须密闭，其它与抽出式相同。,121,2)中央分列式(又名中央边界式)。其中又分为： 中央分列抽出式 进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，

53、在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔段距离，出风井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。,122,中央分列压入式 如图93所示，主要通风机安设在进风井口(副井口)附近，其井口房须密闭，主井底和总进风须隔开，其它都与图92相同。,123,2对角式 1)两翼对角式。其中又分为： 两翼对角抽出式 进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井和平峒开拓时，可把图94中的立井改为斜井和平峒。,124,两翼对角压入式 进风井和出

54、风井的位置与图94相同，只是在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口须密闭，主井底和总进风须隔开。,125,2) 分区对角式。其中又分为： 分区对角抽出式 进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各掘一个小回风井，并分别安设抽出式分区主要通风机，可不必做总回风道。在图95中也可以用斜井代替立井，或者进风用垂直于走向(或平行于走向)的平峒，出风用斜井；或者进风和出风都用平峒。,126,分区对角压入式 各出风井口不安设通风机，只在进风井口(副井口)附近安设压入式主要通风机，进风副井口要密闭，主井井底和总进风须隔开。,127,二、拟定矿井通风系统 1. 选择矿井通风系统的基本要求 选

55、择任何通风系统，都要符合投产较快，出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等总原则。具体要求有： 1) 每个矿井特别是地震区、多雷区的矿井，至少要有两个通到地面的安全出口，各个出口之间的距离不得小于30m，新建和改建的矿井，如果采用中央并列式通风时，还要在井田边界附近设置安全出口。 井下每一个水平到上一水平和每个采区至少都有两个出口，并与通到地面的安全出口相连通，通到地面的安全出口和两个水平之间的出口都必须有便于人行的设施(台阶和梯子间等)。,128,2) 进风井口要避免污风、尘土、炼焦气体，矸石燃烧气体等的侵入。 进风井口距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m；为防止进风井筒冬季结冰，需装

56、设暖风设备；矿井的总回风道不得作为主要人行道；地面主要通风机和回风流的噪音都不得造成公害；进风井与出风井的设置地点必须地层稳定，施工地质条件比较简单，占地少，压煤少，而且要在当地历年来洪水位的最高标高以上(大中型和小型矿井分别超过当地百年和50年内最高水位)。,129,3) 箕斗井一般不应兼作进风井或出风井。 如果井上、下装卸装置和井塔有完善的封闭措施，其漏风率不超过15，并有可靠的降尘设施，箕斗井可以兼作出风井；若井筒中风速不超过6m/s，有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准，箕斗井可以兼作进风井。胶带斜井不得兼作出风井。如果胶带斜井中风速不超过4m/s，有可靠的降尘措施，粉尘浓度

57、符合卫生标准，才可兼作进风井。,130,4) 所有矿井都要采用机械通风，主要通风机和分区主要通风机必须安装在地面。但有战备的特殊要求时，可以考虑装在井下。新设计矿井不宜在同一井口选用几台主要通风机联合运转。 5) 不宜把两个可以独立通风的矿井合并为一个通风系统。若有几个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前、各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通，下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开，在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。 6) 采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路

58、的风阻。各分区主要通风机的回风流、中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流都必须严格隔开。,131,7) 要充分注意降低通风费用， 为此，主要风道的断面不宜过小，并做到壁面光滑，以降低摩擦阻力，主要风道的拐弯要缓慢，断面的变化要均匀，以降低局部阻力；要尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，使自然分配的风量基本上和按需要分配的风量一致；尽可能少用通风构筑物，同时也要重视降低基建费用。为此，要充分利用一切可用的直通地面的旧井巷，或利用上水平可用的旧巷道帮助下水平回风。 8) 要符合采区通风和掘进通风的若干要求，要满足防治瓦斯、火、尘、水和高温对矿井通风系统的要求，还要有利于深水平或后期通风系统的发

59、展变化。,132,2. 选择矿井主要通风机的工作方法 煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种： 1) 抽出式主要通风机使井下风流处于负压状态。一旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全； 压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。 2) 采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。用抽出式通风，就没有这种缺点。,133,用平峒开拓时，往往需要在材料、人行道上设置自动风门1，人员、车辆来往频繁，风门漏风较大，有时风门被撞坏，还会造成风流短路。在出煤路线的翻笼下面煤仓2中须经常存留一定煤量，以防漏