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第五章 矿井和采区通风系统

第一节 矿井通风系统
1．矿井通风方式（矿井进风井筒与回风井筒的数量及相对位置）进、回风井在井田内的位置不同,通风系统可分为中央式、对角式、区域式和混合式。
1）中央式:进、回风井均位于井田走向中央。
（1)中央并列式 :进风井和回风井并列在井田走向中央，两井底可以开掘到第一水平,也可以将回风井只掘至回风水平。

（2)中央边界式：进风井大致位于井田走向中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向中央、在倾斜方向上两井相隔一段距离。

2）对角式：
(1)两翼对角式 ：进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼。

（2)分区对角式：进风井位于井田边界的中央，在各采区开掘一个回风井，无总回风巷。

3)区域式：在井田的每个生产区域开凿进、回风井，分别构成独立的通风系统。

4）混合式：
它上述各种通风方式的结合.
混合式可有以下几种：
(1）中央并列与两翼对角混合式；
（2)中央边界与两翼对角混合式；
(3)中央并列与中央边界混合式等。
混合式一般是老矿井进行深部开采时所采用的通风方式.

2．通风方法
1）自然通风.利用自然因素产生的通风动力，使空气在井下流动的方法称为自然通风。自然风压的大小及其作用方向，要受地面空气温度变化等因素的影响。采用机械通风的矿井，自然风压也是始终存在的，并在各个时期影响矿井通风工作。
2）机械通风。利用矿井通风机械运转产生的通风动力，使空气在井下巷道流动的通风方法，称为机械通风。
(1) 抽出式通风

(2) 压人式通风

(3）抽压混合式通风（现场使用教少）

3）矿井反风
(1)全矿性反风
《煤矿安全规程》规定:生产矿井主要通风机必须有反风设施，必须能在10 min内改变巷道中的风流方向。当风流方向改变后，主要通风机供给风量，不小于正常风量的40％。对于反风设施，每季度至少检查一次；每年应进行一次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行一次反风演习，北方地区矿井应在冬季结冰期进行反风演习.反风演习持续时间不应小于矿井最远地点撤人到地面所需的时间,且不得少于2h。
（2)局部反风
利用预先安设的局部反风设施使局部区域(采区等）内的风流方向发生改变,而矿井主要通风机正常运转.
3．通风网络
矿井通风系统中的井巷连接关系一般比较复杂，为了便于分析通风系统中各井巷间的连接关系及特点，把矿井或采区中风流分岔、汇合线路的结构形式和控制风流的通风构筑物统称为通风网络，通常用不按比例、不反映空间关系的单线条来表示通风系统的示意图叫通风网络图。通风网络的连接形式有串联网络、并联网络和角联网络3种。
4.主要通风设施
1）风桥（引导风流的设施）

2)密闭(隔断风流的设施)

3)风门（调节控制风量的设施)
(二)矿井通风系统的基本要求
1、矿井必须有完整的通风系统，应至少有一个进风井和回风井，井下有足够的进、回风巷道及通风设施，使风流稳定可靠。
2、矿井进风井口必须布置在粉尘、灰、烟和高温、有害气体不能侵人的地方。进、回风井口均应在当地最高洪水位标高以上。
3、矿井通风系统应力求通风路线短、网络结构合理、通风阻力小和漏风少。
4、矿井各生产水平和采区必须实行分区通风；矿井通风系统应满足采区通风和掘进通风，以及防治瓦斯、火、粉尘和水等灾害的要求。
5、矿井各用风地点的风速、风量、空气温度，应符合《煤矿安全规程》的规定。
6、箕斗提升井或装有带式输送机的井筒，一般不应兼作风井使用。否则，应遵守《煤矿安全规程》第一百一十条的规定.
7、矿井必须采用机械通风，严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用.
8、矿井主要通风机必须设有双回路电源、反风装置,其出风井口应安装防爆门。
9、矿井必须安装两套同等能力的主要通风机,其中一套作为备用。多台主要通风机联合运转时，各通风机之间影响要小，保持各通风机工况点的稳定.
10、尽可能使各采区产量均衡，阻力接近，避免过多地风量调节,尽量减少通风构筑物，以免引起大量漏风和风流不稳定.
11、具有较强的防灾抗灾能力，当发生某种灾害事故时，风流易于控制，使受灾范围缩小，各水平、采区直至地面都有安全出口和明确的避灾路线,便于人员逃生。
四、采区通风及基本要求
1、采区通风系统
(1）《煤矿安全规程》规定，采掘工作面都应独立通风,即各用风地点的回风直接进入回风巷中。独立通风对保证煤矿井下安全生产和改善作业场所条件相当重要.在无瓦斯或二氧化碳突出危险的煤层，在同一采区内，同一煤层上、下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连接的掘进工作面,相邻的两个掘进工作面布置独立通风有困难时，在制定措施后，可采用串联通风。即井下用风地点的回风再次进入其他用风地点的通风方式。但串联通风的次数不得超过1次。
采区内为构成新区段通风系统而掘进的巷道或采煤工作面遇地质构造而重新掘进的巷道，布置独立通风确有困难时，其回风可以串入采煤工作面,但必须制定安全措施，而且串联通风次数不得超过1次；构成独立通风系统后必须立即改为独立通风。在串联通风中,必须在进入被串联工作面的风流中装设甲烷断电仪，且瓦斯和二氧化碳浓度不得超过0．5%，其他有害气体浓度都应符合《煤矿安全规程》规定.
（2）采煤工作面通风。下行风与上行风相比有利于控制工作面的粉尘浓度，有利于人但不利于工作面降温，且易与瓦斯充分混合。而在某些方面上行风的安全性能却优于下行风。
下行风与上行风比较，下行风流中煤尘浓度较小，有利于高温工作面降温，但风流与瓦斯自然流动方向相反，在风速低时会造成局部瓦斯积聚,同时不利于对外因火灾的控制。因此，从总体安全性考虑上行风还是优于下行风的.《煤矿安全规程》规定，有煤(岩)与瓦斯（二氧化碳)突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。
2.采区通风系统的基本要求
（1)采区通风系统必须有独立的风巷，实行分区通风。采区进、回风巷必须贯穿整个采区的长度或高度。严禁将一条上山、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段为进风巷，另一段为回风巷。
（2)采掘工作面、硐室都应采用独立通风.采用串联通风时，必须遵守《煤矿安全规程》第一百一十四条的有关规定.
（3)按瓦斯、二氧化碳、气候条件和工业卫生的要求,合理配风.要尽量减少采区漏风,并避免新风到达工作面之前被污染和加热。要保证通风阻力小，通风能力大，风流通畅。
(4）通风网络简单，以便在发生事故时易于控制风流和撤离人员,为此应尽量减少通风构筑物的数量,要尽量避免采用对角风路，无法避免时，要有保证风流稳定的措施。
（5）要有较强的抗灾和防灾能力,要设置防尘管路、避灾路线、避难硐室和灾变时的风流控制设施，必要时还要建立抽放瓦斯、防尘和降温设施。
（6)采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。采空区必须及时封闭。
(7)采区内布置的机电硐室、绞车房要配足风量。如果它们设在回风区时，在排放瓦斯时，必须切断这些地点的电源，防止高浓度的瓦斯流经这些地点时引起瓦斯爆炸。
3。局部通风
1)局部通风或掘进通风
在掘进巷道时，为了供给人员呼吸的新鲜空气,排除冲淡有害气体和矿尘，并创造良好的气候条件,必须对掘进工作面进行通风，这种通风叫局部通风或掘进通风。
2)局部通风方式
（1)压入式
压入式通风的局部通风机和启动装置安装在离掘进巷道口10 m以外的进风流中，局部通风机把新鲜空气经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。压入式通风一般适用于各类型的巷道。《煤矿安全规程》规定：在瓦斯喷出和突出区域的巷道掘进只能采用压人式通风.

2）抽出式
（2）抽出式
抽出式通风的局部通风机安装在离巷道口10 nl以外的回风流中，新鲜风流沿巷道流入。污风通过硬质风筒由局部通风机排出.抽出式通风一般适用于无瓦斯巷道，《煤矿安全规程》规定：煤巷，半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷不得采用抽出式通风。

(3）混合式三种。
混合式通风是抽出式局部通风机和压人式局部通风机联合工作，一般适用于大断面、长距离的无瓦斯巷道.在有瓦斯巷道使用必须制定安全措施。

3)《煤矿安全规程》对掘进通风规定
(1)掘进巷道必须采用矿井全压通风或局部通风机通风.局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转，全风压供给该处的风量必须大于局部通风机吸入风量，局部通风机安装地点到回风口问巷道中最低风速必须符合《煤矿安全规程》规定。
必须采用抗静电、阻燃风筒；风筒口到掘进工作面的距离以及混合式通风的局部通风机和风筒的安设,应在作业规程中明确规定。
(2）如果硐室深度不超过6 m，入口宽度不少于1．5 m,而无瓦斯涌出，可采用扩散通风。
（3)瓦斯喷出区域,高瓦斯矿井、突出矿井中掘进工作面局部通风机应采用三专供电；严禁使用三台及以上的局部通风机向一个掘进工作面供风，不得使用一台局部通风机同时向两个作业的掘进工作面供风。
(4）使用局部通风机的掘进工作面，不得停风;因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员,切断电源.
矿井风量计算办法
按照《煤矿安全规程》第一百零三条：“煤矿企业应根据具体条件制定风量计算方法，至少每5年修订1次”,要求，根据《煤矿井工开采通风技术条件》（AQ1028—2006）、《煤矿通风能力核定标准》（AQ1056—2008),结合本矿开采的实际情况，制定本办法。
一、全矿井需要风量的计算
全矿井总进风量按以下两种方式分别计算，并且必须取其最大值：
1、按井下同时工作的最多人数计算矿井风量：
Q矿进=4×N×K矿通 （m3/min）
式中：Q矿进——矿井总进风量，m3/min;
4——每人每分钟供给风量，m3/min。人；
N——井下同时工作的最多人数，人；
K矿通-—矿井通风需风系数（抽出式取K矿通=1。15～1。20）。
2、按各个用风地点总和计算矿井风量：
按采煤、掘进、硐室及其他巷道等用风地点需风量的总和计算：
Q矿进=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其他）×K矿通 （m3/min）
式中：∑Q采——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；
∑Q掘——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；
∑Q硐——硐室实际需要风量的总和,m3/min；
∑Q其他——矿井除了采、掘、硐室地点以外的其他巷道需风量的总和,m3/min。
K矿通——矿井通风需风系数（抽出式K矿通取1。15～1.20）。
二、采煤工作面需要风量
按矿井各个采煤工作面实际需要风量的总和计算：
∑Q采=∑Q采i+∑Q采备i （m3/min)
式中：∑Q采--各个采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；
Q采i-—第i个采煤工作面实际需要的风量,m3/min；
Q采备i——第i个备用采煤工作面实际需要的风量，m3/min。
每个采煤工作面实际需要风量,按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。有符合规定的串联通风时，按其中一个采煤工作面实际需要的最大风量计算。
1、按气象条件计算：
Q采=Q基本×K采高×K采面长×K温 (m3/min）
式中： Q采——采煤工作面需要风量，m3/min；
Q基本—-不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min；
Q基本=60×工作面控顶距×工作面实际采高×70％×适宜风速（不小于1.0m/s)；
K采高——采煤工作面采高调整系数，从表1中选取；
K采面长——采煤工作面长度调整系数，从表2中选取；
K温-—采煤工作面温度与对应风速调整系数，从表3中选取.
表1 K采高——采煤工作面采高调整系数
采 高
〈2。0
2.0～2。5
2。5及放顶煤面
系数(K采高）
1。0
1。1
1.2
表2 K采面长——采煤工作面长度调整系数
采煤工作面长度（m）
＜15
15～80
80~150
150～200
＞200
长度调整系数，K长
0.8
0。9
1。0
1。0～1.3
1。3～1。5
表3 K温——采煤工作面空气温度与对应风速调整系数
回采工作面空气温度，℃
采煤工作面风速V采,m/s
系数，K温
〈20
1。0
1.00
20~23
1.0～1.5
1.00～1。10
23～26
1.5～1。8
1.10～1。25
26～28
1。8～2。5
1。25~1.40
28～30
2。5～3。0
1。40～1。60
2、按照瓦斯涌出量计算：
Q采=100×q采×KCH4 （m3/min）
式中：q采——采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；
K CH4—-采煤工作面瓦斯涌出不均衡备用风量系数,正常生产时连续观测1个月,日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值；
100——采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不能超过1%的换算系数.
3、按照二氧化碳涌出量计算：
Q采=67×q采×KCO2 （m3/min）
式中:q采——采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m3/min;
K CO2——采煤工作面二氧化碳涌出不均衡备用风量系数,正常生产时连续观测1个月，日最大绝对二氧化碳涌出量和月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值；
67-—采煤工作面回风流中二氧化碳的浓度不能超过1.5%的换算系数.
4、按工作面人员数量验算：
Q采 ≥4×N （m3/min)
式中：N——采煤工作面同时工作的最多人数，人；
4——每人需风量，m3/min·人。
5、按风速进行验算：
60×0.25×S采 ≤Q采≤60×4×S采 （m3/min）
式中：0。25/4—-采煤工作面允许最低/最高风速，m/s；
S采——采煤工作面的平均有效断面积m2.
应结合回采速度、煤层自燃发火期综合考虑，综放工作面的需风量不小于800m3/min。
6、备用采煤工作面按满足瓦斯、二氧化碳、空气温度和风速等规定计算风量，且不得低于采煤工作面实际需要风量的50％。
三、掘进工作面需要风量
掘进工作面需要风量按各个独立通风掘进工作面实际需要风量的总和计算：
∑Q掘=∑Q掘i (m3/min）
式中:Q掘i-—第i个掘进工作面需要风量，m3/min。
每个掘进工作面实际需要风量，按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速、人数以及局部通风机的实际吸风量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。
1、按照瓦斯涌出量计算：
Q掘=100×q掘×KCH4 （m3/min）
式中：q掘--掘进工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；
K CH4——掘进工作面瓦斯涌出不均衡备用风量系数，正常生产条件下，连续观测1个月,日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值；
100——掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不能超过1％的换算系数。
2、按照二氧化碳涌出量计算：
Q掘=67×q掘×KCO2 （m3/min)
式中：q掘——掘进工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量,m3/min；
K CO2——掘进工作面二氧化碳涌出不均衡备用风量系数,正常生产条件下，连续观测1个月,日最大绝对二氧化碳涌出量和月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值;
67——掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不能超过1.5%的换算系数。
3、按炸药量计算(炮掘工作面采用硝酸氨炸药时计算，其它炸药不予计算）：
Q掘≥25×A (m3/min）
式中：A——掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg。
25-—每千克一级煤矿许用炸药需风量,m3/min·kg；
4、按工作面人员数量验算:
Q掘≥4×A （m3/min）
式中：N—-掘进工作面同时工作的最多人数，人;
4——每人需风量，m3/min·人。
5、按风速进行验算：
岩巷掘进工作面： Q岩掘≥9×S掘 （m3/min)
煤巷和半煤岩巷掘进工作面： Q煤掘≥15×S掘 (m3/min)
掘进工作面： Q掘≤240×S掘 （m3/min）
式中:Q岩掘——岩巷掘进工作面的最低风量，m3/min；
Q煤掘—-煤巷和半煤岩巷掘进工作面的最低风量，m3/min；
S掘—-掘进工作面的净断面积，m2。
按上述条件计算的最大値，确定局部通风机的吸风量，根据通风距离选择风筒、局部通风机。
6、按局部通风机实际吸风量计算需要风量：　
Q掘=Q局机×I (m3/min）
式中:Q局机——局部通风机实际吸风量，m3/min.首次安装的局部通风机实际吸风量取吸风量范围的最大值，从表4中选取；
　　　　　I—- 掘进工作面同时通风的局部通风机台数.
表4 常用局部通风机参数
型号或名称
风机功率（Kw）
吸风量（m3/min）
计划配风量(m3/min）
对旋风机
2×5.5
160～240
240
对旋风机
2×7.5
180～300
300
对旋风机
2×11
200～400
400
对旋风机
2×15
260~440
440
对旋风机
2×30
260～630
630
7、局部通风机安装地点的需要风量
Q局机=Q掘+Q机巷=Q掘+Vmin×S机巷 （m3/min)
式中:Q局机——局部通风机安装地点的需要风量，m3/min；
Q机巷—-保证局部通风机吸风口至掘进工作面回风道口之间最低风速的风量，m3/min；
Vmin—-保证局部通风机安装地点到回风口间最低风速,m/min，岩石巷道、其他人行巷道取9，煤巷、半煤岩巷取15；
S机巷 ——局部通风机安装地点到回风口间最大井巷断面积，m2.
注:若局部通风机吸风口至掘进工作面回风道口之间风量不走回风或有设施控制，保证局部通风机不发生循环风,Q机巷不考虑；几台通风机布置在同一段巷道内，按一次计算Q机巷。
8、配风要求
掘进工作面局部通风配风按7条计算或按实测的局部通风机吸风量、局部通风风筒出口风量按下式计算确定。
Q局=K筒漏×Q掘面 （m3/min）
式中：Q局——局部通风机实测吸风量，m3/min;
K筒漏-—风筒漏风系数，根据通风距离、风筒直径和管理状况等因素确定或测定，无实测数据时按MTT64-1995正压柔性风筒规定的百米漏风率不超过4％的最大值推算K筒漏=1。04n（n最大通风距离百米数)，并要求现场调整风量时验证。
注：编制矿井规划或水平延伸、采区设计时，计算掘进需要风量可按下式进行：
∑Q掘= Q掘·m m3/min
其中：
Q掘=Q局·Kf m3/min
式中:Q局——每个独立通风掘进工作面局部通风机的吸风量，普掘取300m3/min，综掘取350 m3/min；
Kf-—防止局部通风机吸循环风的风量备用系数,取1.34。
m-—规划掘进工作面个数，个。
四、硐室需要风量
按矿井各个独立通风硐室实际需风量的总和计算:
∑Q硐=∑Q硐i m3/min
式中：
Q硐i-—第i个独立通风硐室实际需要风量，m3/min。
各个硐室实际需要风量，根据不同类型的硐室分别计算。
1、机电设备发热量大的水泵房、空气压缩机房等机电硐室，需要风量
按机电设备运转的发热量计算
Q机电硐室=3600×∑W×θ/（ρ×1.0006×60×△t） (m3/min)
式中：Q机电硐室-机电硐室实际需要的风量，m3/min；
∑W——机电硐室中运转的电动机总功率，kw；
△t——机电硐室进、回风的气温差，℃;
θ——机电硐室发热系数，从表5中选取；
ρ——空气密度，一般取1.2Kg/m3；
1.0006-—空气定压比热容，kJ/（Kg．K）。
表5 机电硐室发热系数表
机电硐室名称
发热系数θ
空气压缩机房
0。20～0.23
水泵房
0.02～0.04
机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风,采区小型机电硐室，按经验值确定需要风量或取60～80m3／min;选取硐室风量，应保证机电硐室温度不超过30℃，其他硐室温度不超过26℃。
2、爆炸材料库需要风量
按每小时4次换气量计算:
Q库=0.07×V （m3/min）
式中：Q库——爆炸材料库需要风量，m3/min；
V——包括联络巷在内的爆炸材料库的空间总体积,m3。
或按经验给定风量：
大型爆破材料库为100~150m3/min；
小型爆破材料库为60~100m3/min。
3、充电硐室需风量计算：
Q电=200×q氢 （m3/min）
式中:Q电——充电硐室需要风量,m3/min;
q氢——充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min.
200—-按其回风流中氢气浓度不大于0.5%的换算系数。
或按经验值给定风量100～200m3/min。
4、其他
中央变电所、救护站等与主要进风巷道并联支路的硐室,其风量不在计入矿井总需要风量，但其过风量必须满足上述要求。
五、其它巷道需要风量
按矿井其它巷道需风量总和计算:
∑Q其它=∑Q其它i （m3/min）
式中：Q其它i ——第i条其它井巷需要风量，根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采用其中最大值，m3/min。
1、按瓦斯涌出量计算：
Q其它i=100×q其它i×k其它i （m3/min）
式中：q其它i——第i个其它巷道的瓦斯绝对涌出量，m3/min；
k其它i-—第i条其它巷道的瓦斯涌出不均匀的风量系数，一般可取=1。2～1.3。
2、按其风速验算:
Q其它i≥9×S其它i （m3/min)
架线电机车巷中的风速验算：
Q其它i≥60×S其它i （m3/min)
式中:S其它i——第i条巷道的断面积,m2.
总之，矿井需风量的计算方法按实际需要风量计算时，应避免风量过大或过小,各地点的配风量必须能够满足该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度、风速以及温度、每人供风量的需风量，若制订的风量计算方法达不到要求时,必须根据具体条件修订,保障生产安全。

思考题

1。为何大部分矿井的通风方法为抽出式？
2.《煤矿安全规程》规定:一台局部通风机不能同时向2个作业的掘进工作面供风，为什么？
3。掘进工作面的循环风有何危害?如何避免？
4.串联通风的缺点有哪些?

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