礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)課件

山東科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院安全工程系

礦井通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)

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礦井通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)11礦井通風(fēng)系統(tǒng)類別與要求1.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其適用條件按進、回井在井田內(nèi)的位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。1.1.1中央式

進、回風(fēng)井均位于井田走向中央。根據(jù)進、回風(fēng)井的相對位置，又分為中央并列式和中央邊界式（中央分列式）。21礦井通風(fēng)系統(tǒng)類別與要求1.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其1.1.2對角式1）兩翼對角式進風(fēng)井大致位于井田走向的中央，兩個回風(fēng)井位于井田邊界的兩翼（沿傾斜方向的淺部），稱為兩翼對角式，如果只有一個回風(fēng)井，且進、回風(fēng)分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。31.1.2對角式32）分區(qū)對角式進風(fēng)井位于井田走向的中央，在各采區(qū)開掘一個不深的小回風(fēng)井，無總回風(fēng)巷。42）分區(qū)對角式41.1.3區(qū)域式在井田的每一個生產(chǎn)區(qū)域開鑿進、回風(fēng)井，分別構(gòu)成獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。如圖。1.1.4混合式

由上述諸種方式混合組成。例如，中央分列與兩翼對角混合式，中央并列與兩翼對角混合式等等。51.1.3區(qū)域式51.2主要通風(fēng)機的工作方式與安裝地點主要通風(fēng)機的工作方式有三種：抽出式、壓入式、壓抽混合式。1.2.1抽出式

主要通風(fēng)機安裝在回風(fēng)井口，在抽出式主要通風(fēng)機的作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ呢?fù)壓狀態(tài)。當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力提高，比較安全。61.2主要通風(fēng)機的工作方式與安裝地點61.2.2壓入式

主要通風(fēng)機安設(shè)在入風(fēng)井口，在壓入式主要通風(fēng)機作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在高于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài)。在冒落裂隙通達地面時，壓入式通風(fēng)礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力降低。71.2.2壓入式71.2.3壓抽混合式

在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作壓入式工作，回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作抽出式工作。通風(fēng)系統(tǒng)的進風(fēng)部分處于正壓，回風(fēng)部分處于負(fù)壓，工作面大致處于中間，其正壓或負(fù)壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小。其缺點是使用的通風(fēng)機設(shè)備多，管理復(fù)雜。81.2.3壓抽混合式81.3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、礦井瓦斯涌出量、煤層自燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、后期生產(chǎn)需要的前提下，通過對多種個可行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。91.3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇9中央式通風(fēng)系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井初期宜優(yōu)先采用。有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，應(yīng)采用對角式或分區(qū)對角式通風(fēng)；當(dāng)井田面積較大時，初期可采用中央通風(fēng)，逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式。礦井通風(fēng)方法一般采用抽出式。當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜、露頭發(fā)育老窯多、采用多風(fēng)井通風(fēng)有利時，可采用壓入式通風(fēng)。10中央式通風(fēng)系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井2采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的類別與要求采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要組成單元,包括：采區(qū)進風(fēng)、回風(fēng)和工作面進、回風(fēng)巷道組成的風(fēng)路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風(fēng)流控制設(shè)施。112采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的類別與要求采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主2.1采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求（1）每一個采區(qū)，都必須布置回風(fēng)道，實行分區(qū)通風(fēng)。（2）采煤和掘進工作面應(yīng)獨立通風(fēng)系統(tǒng)。有特殊困難必須串聯(lián)通風(fēng)時應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。（3）煤層傾角大于12°的采煤工作面采用下行通風(fēng)時，報礦總工程師批準(zhǔn)，（4）采煤和掘進工作面的進風(fēng)和回風(fēng)，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。122.1采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求122.2采區(qū)進風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇上（下）山至少要有兩條；對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有3條或4條上山。1、軌道上山進風(fēng)，運輸機上山回風(fēng)2、運輸機上山進風(fēng)、軌道上山回風(fēng)比較：軌道上山進風(fēng)，新鮮風(fēng)流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，輸送機上山進風(fēng)，運輸過程中所釋放的瓦斯，可使進風(fēng)流的瓦斯和煤塵濃度增大，影響工作面的安全衛(wèi)生條件。132.2采區(qū)進風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇132.3采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)上行風(fēng)與下行風(fēng)是指進風(fēng)流方向與采煤工作面的關(guān)系而言。當(dāng)采煤工作面進風(fēng)巷道水平低于回風(fēng)巷時，采煤工作面的風(fēng)流沿傾斜向上流動，稱上行通風(fēng)，否則是下行通風(fēng)。上行通風(fēng)運煤方向新風(fēng)污風(fēng)下行通風(fēng)運煤方向新風(fēng)污風(fēng)142.3采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)上行通風(fēng)下行通風(fēng)14上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點：（1）下行風(fēng)的方向與瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象。（2）上行風(fēng)比下行風(fēng)工作面的氣溫要高。（3）下行風(fēng)比上行風(fēng)所需要的機械風(fēng)壓要大；（4）下行風(fēng)在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風(fēng)要大。15上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點：152.4工作面通風(fēng)系統(tǒng)1）U型與Z型通風(fēng)系統(tǒng)162.4工作面通風(fēng)系統(tǒng)162）Y型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)

3）H型通風(fēng)系統(tǒng)172）Y型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)173礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化3.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要求

3.1.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)；礦井風(fēng)量計算和風(fēng)量分配；礦井通風(fēng)阻力計算；選擇通風(fēng)設(shè)備；概算礦井通風(fēng)費用。183礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化3.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要3.1.2礦井通風(fēng)設(shè)計的要求將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產(chǎn)和良好的勞動條件；通風(fēng)系統(tǒng)簡單，風(fēng)流穩(wěn)定，易于管理，具有抗災(zāi)能力；發(fā)生事故時，風(fēng)流易于控制，人員便于撤出；有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施；通風(fēng)系統(tǒng)的基建投資省，營運費用低、綜合經(jīng)濟效益好。193.1.2礦井通風(fēng)設(shè)計的要求193.2優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)

3.2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇原則與要求每一礦井必須有完整的獨立通風(fēng)系統(tǒng)。進風(fēng)井囗應(yīng)按全年風(fēng)向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高溫氣體侵入的地方?；诽嵘蜓b有膠帶輸送機的井筒不應(yīng)兼作進風(fēng)井，如果兼作回風(fēng)井使用，必須采取措施，滿足安全的要求。203.2優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)201）礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇要求多風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)，在滿足風(fēng)量按需分配的前提下，各主要通風(fēng)機的工作風(fēng)壓應(yīng)接近。每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，必須布置回風(fēng)巷，實行分區(qū)通風(fēng)。井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風(fēng)流，回風(fēng)風(fēng)流必須直接引入礦井的總回風(fēng)巷或主要回風(fēng)巷中。井下充電室必須單獨的新鮮風(fēng)流通風(fēng)，回風(fēng)風(fēng)流應(yīng)引入回風(fēng)巷。211）礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇要求21２）確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)礦井瓦斯涌出量、礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、煤層自燃傾向性及兼顧中后期生產(chǎn)需要等條件，提出多個技術(shù)上可行的方案，通過優(yōu)化或技術(shù)經(jīng)濟比較后確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)。22２）確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)223.3礦井風(fēng)量計算3.3.1礦井風(fēng)量計算原則

礦井需風(fēng)量，按下列要求分別計算，并必須采取其中最大值。（１）按井下同時工作最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風(fēng)量不得少于4m3；（２）按采煤、掘進、硐室及其他實際需要風(fēng)量的總和進行計算。233.3礦井風(fēng)量計算233.3.2礦井需風(fēng)量的計算（一）采煤工作面需風(fēng)量的計算

采煤工作面的風(fēng)量應(yīng)該按下列因素分別計算，取其最大值。

(1)按瓦斯涌出量計算：式中：Qwi——第i個采煤工作面需要風(fēng)量，m3/min；

Qgwi——第i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m3/min；

kgwi——第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，通常，機采工作面取kgwi=1.2~1.6，炮采工作面取kgwi=1.4~2.0，水采工作面取kgwi=2.0~3.0。243.3.2礦井需風(fēng)量的計算24（2）按工作面進風(fēng)流溫度計算：采煤工作面應(yīng)有良好的氣候條件。其進風(fēng)流溫度可根據(jù)風(fēng)流溫度預(yù)測方法進行計算。其氣溫與風(fēng)速應(yīng)符合表中的要求：采煤工作面進風(fēng)流溫度/℃采煤工作面風(fēng)速/m/s<150.3~0.515~180.5~0.818~200.8~1.020~231.0~1.523~261.5~1.825（2）按工作面進風(fēng)流溫度計算：采煤工作面進風(fēng)流溫度/℃采煤工采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算：式中vwi—第i個采煤工作面的風(fēng)速，按其進風(fēng)流溫度從表中取，m/s；

Swi—第i個采煤工作面有效通風(fēng)斷面，取最大和最小控頂時有效斷面的平均值，m2；kwi—第i個工作面的長度系數(shù)。26采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算：26(3)按使用炸藥量計算：式中，25——每使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min；

Awi——第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量，kg。(4)按工作人員數(shù)量計算：

式中，4——每人每分鐘應(yīng)供給的最低風(fēng)量，m3/min

nwi——第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù),個。27(3)按使用炸藥量計算：27(5)按風(fēng)速進行驗算按最低風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最小風(fēng)量：按最高風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最大風(fēng)量：28(5)按風(fēng)速進行驗算28（二）掘進工作面需風(fēng)量的計算：

煤巷、半煤巖和巖巷掘進工作面的風(fēng)量，應(yīng)按下列因素分別計算，取其最大值。（１）按瓦斯涌出量計算：

式中Qhi——第i個掘進工作面的需風(fēng)量，m3/min

Qghi——第i個掘進工作面的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

kghi——第i個掘進工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風(fēng)量系數(shù)。一般可取1.5~2.0。29（二）掘進工作面需風(fēng)量的計算：29（2）按炸藥量計算

式中25——使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min;

Ahi——第i個掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。30（2）按炸藥量計算30（3）按局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算式中——第i個掘進工件面同時運轉(zhuǎn)的局部通風(fēng)機額定風(fēng)量的和。khfi——為防止局部通風(fēng)機吸循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量備用系數(shù)，一般取1.2~1.3；進風(fēng)巷道中無瓦斯涌出時取1.2，有瓦斯涌出時取1.3（４）按工作人員數(shù)量計算式中nhi——第i個掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，人。31（3）按局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算31（５）按風(fēng)速進行驗算按最小風(fēng)速驗算，巖巷掘進面最小風(fēng)量：

各個煤巷或半煤巖巷掘進面的最小風(fēng)量；

按最高風(fēng)速驗算，掘進面的最大風(fēng)量：

式中，shi——第i個掘進工作面巷道的凈斷面積，m232（５）按風(fēng)速進行驗算32（三）硐室需風(fēng)量計算獨立通風(fēng)硐室的供風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進行計算：（１）機電硐室發(fā)熱量大的機電硐室，按硐室中運行的機電設(shè)備發(fā)熱量進行計算：33（三）硐室需風(fēng)量計算33式中Qri——第個機電硐室的需風(fēng)量，m3/min——機電硐室中運轉(zhuǎn)的電動機（變壓器）總功率，KWθ——機電硐室的發(fā)熱系數(shù)，ρ——空氣密度，一般取1.25kg/m3cp——空氣的定壓比熱，一般可取1KJ/kgkΔt——機電硐室進、回風(fēng)流的溫度差，℃采區(qū)變電所及變電硐室，可按經(jīng)驗值確定需風(fēng)量m3/min34式中Qri——第個機電硐室的需風(fēng)量，m3/min34（2）爆破材料庫

式中v——庫房空積，m3（3）充電硐室按其回風(fēng)流中氫氣濃度小于0.5%計算

式中qrhi——第個充電硐室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3/min。35（2）爆破材料庫35（四）礦井總風(fēng)量計算礦井的總進風(fēng)量，應(yīng)按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風(fēng)量的總和:

式中∑Qwl——采煤工作面和備用工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；

∑Qhl——掘進工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；∑Qrl——硐室所需風(fēng)量之和，m3/min；km——礦井通風(fēng)系統(tǒng)（包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素）備用系數(shù)，宜取1.15~1.25。36（四）礦井總風(fēng)量計算363.4礦井通風(fēng)總阻力計算3.4.1礦井通風(fēng)總阻力計算原則礦井通風(fēng)設(shè)的總阻力，不應(yīng)超過2940Pa。礦井井巷的局部阻力，新建礦井按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。373.4礦井通風(fēng)總阻力計算373.4.2礦井通風(fēng)總阻力計算礦井通風(fēng)總阻力：風(fēng)流由進風(fēng)井口起，到回風(fēng)井口止，沿一條通路（風(fēng)流路線）各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和，簡稱礦井總阻力，用hm表示。對于礦井有兩臺或多臺風(fēng)主要通風(fēng)機工作，礦井通風(fēng)阻力按每臺主要通風(fēng)機所服務(wù)的系統(tǒng)分別計算。383.4.2礦井通風(fēng)總阻力計算38礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期。通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風(fēng)困難時期。對于通風(fēng)困難和容易時期，要分別畫出通風(fēng)系統(tǒng)圖。按照采掘工作面及硐室的需要分配風(fēng)量，再由各段風(fēng)路的阻力計算礦井總阻力。39礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期。通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時計算方法：

沿著風(fēng)流總阻力最大路線，依次計算各段摩擦阻力hf，然后分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力hf1和hf2。

通風(fēng)容易時期總阻力：

通風(fēng)困難時期總阻力：40計算方法：40hf按下式計算：

式中41hf按下式計算：414礦井通風(fēng)設(shè)備選型礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機。4.1礦井通風(fēng)設(shè)備的要求：礦井必須裝設(shè)兩套同等能力的主通風(fēng)設(shè)備，其中一套作備用。選擇通風(fēng)設(shè)備應(yīng)滿足第一開采水平各個時期工況變化，并使通風(fēng)設(shè)備長期高效率運行。風(fēng)機能力應(yīng)留有一定的余量。進、出風(fēng)井井口的高差在150m以上，或進、出風(fēng)井井口標(biāo)高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風(fēng)壓。424礦井通風(fēng)設(shè)備選型礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機4.2主要通風(fēng)機的選擇（1）計算通風(fēng)機風(fēng)量Qf式中Qf—主要通風(fēng)機的工作風(fēng)量，m3/s;Qm—礦井需風(fēng)量，m3/s；

k—漏風(fēng)損失系數(shù)，風(fēng)井不提升用時取1.1；箕斗井兼作回硯用時取1.15；回風(fēng)回升降人員時取1.2。434.2主要通風(fēng)機的選擇43（2）計算通風(fēng)機風(fēng)壓

離心式通風(fēng)機（提供的大多是全壓曲線）：容易時期

困難時期44（2）計算通風(fēng)機風(fēng)壓44軸流式通風(fēng)機（提供的大多是靜壓曲線）：容易時期

困難時期

hm－通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力；hd－通風(fēng)機附屬裝置（風(fēng)硐和擴散器）的阻力；hvd－擴散器出口動能損失；ＨN－自然風(fēng)壓，當(dāng)自然風(fēng)壓與通風(fēng)機風(fēng)壓作用相同時取“+”；自然風(fēng)壓與通風(fēng)機負(fù)壓作用反向時取“-”。45軸流式通風(fēng)機（提供的大多是靜壓曲線）：45（3）初選通風(fēng)機根據(jù)計算的礦井通風(fēng)容易時期通風(fēng)機的Qf、Hsdmin(或Htdmin)和礦井通風(fēng)困難通風(fēng)機的Qf、Hsdmax(或Htdmax)在通風(fēng)機特性曲線上，選出滿足礦井通風(fēng)要求的通風(fēng)機。（4）求通風(fēng)機的實際工況點因為根據(jù)Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)確定的工況點，但設(shè)計工況點不一定恰好在所選擇通風(fēng)機的特性曲線上，必須根據(jù)通風(fēng)機的工作阻力，確定其實際工況點。46（3）初選通風(fēng)機46步驟：

1）計算通風(fēng)機的工作風(fēng)阻

用靜壓特性曲線時：

用全壓特性曲線時：47步驟：472）確定通風(fēng)機的實際工況點在通風(fēng)機特性曲線上作通風(fēng)機工作風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓曲線的交點即為實際工況點。Q(m3/s)H(Pa)(Hmin,Qfmin)(Hmax,Qfmax)RmaxRminMmaxMmin482）確定通風(fēng)機的實際工況點Q(m3/s)H(Pa)(Hmi（5）確定通風(fēng)的型號和轉(zhuǎn)速根據(jù)通風(fēng)機的工況參數(shù)（Qf、Hsd、η、N）對初選的通風(fēng)機進行技術(shù)、經(jīng)濟和安全性比較，最后確定通風(fēng)機的型號和轉(zhuǎn)速。49（5）確定通風(fēng)的型號和轉(zhuǎn)速49（6）電動機選擇

１）通風(fēng)機的輸入功率按通風(fēng)容易和困難時期，分別計算風(fēng)所需的輸入功率Nmin

，Ｎmax

。或50（6）電動機選擇50

２）電動機的臺數(shù)及種類當(dāng)Nmin≥0.6Nmax時，可選一臺電動機，電動機功率為：當(dāng)Nmin＜0.6Nmax時，選二臺電動機，其功率分別為：初期：后期按選一臺電機公式計算。ηe：電機效率，ηtr：傳動效率。51２）電動機的臺數(shù)及種類515礦井通風(fēng)設(shè)計費用概算與經(jīng)濟評價噸煤通風(fēng)成本是通風(fēng)設(shè)計和管理的重要經(jīng)濟指標(biāo)。噸煤通風(fēng)成本主要包括下列費用：1）電費（W1）噸煤的通風(fēng)電費為主要通風(fēng)機年耗電費及井下輔助通風(fēng)機、局部通風(fēng)機電費之和除以年產(chǎn)量，可用如下公式計算：525礦井通風(fēng)設(shè)計費用概算與經(jīng)濟評價噸煤通風(fēng)成本是通式中，E——主要通風(fēng)機年耗電量；D——電價，元/KWh；T——礦井年產(chǎn)量，噸；ηv——變壓器效率，可取0.95；EA——局部通風(fēng)機和輔助通風(fēng)機的年耗電量；ηw——電纜輸電效率53式中，532）設(shè)備折舊費3）材料消耗費用4）通風(fēng)工作人員工資費用5）專為通風(fēng)服務(wù)的井巷工程折舊費和維護費折算至噸煤的費用。6）采每噸煤的通風(fēng)儀表的購置費和維修費用。542）設(shè)備折舊費54謝謝55謝謝55山東科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院安全工程系

礦井通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)

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礦井通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)11礦井通風(fēng)系統(tǒng)類別與要求1.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其適用條件按進、回井在井田內(nèi)的位置不同，通風(fēng)系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。1.1.1中央式

進、回風(fēng)井均位于井田走向中央。根據(jù)進、回風(fēng)井的相對位置，又分為中央并列式和中央邊界式（中央分列式）。571礦井通風(fēng)系統(tǒng)類別與要求1.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其1.1.2對角式1）兩翼對角式進風(fēng)井大致位于井田走向的中央，兩個回風(fēng)井位于井田邊界的兩翼（沿傾斜方向的淺部），稱為兩翼對角式，如果只有一個回風(fēng)井，且進、回風(fēng)分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。581.1.2對角式32）分區(qū)對角式進風(fēng)井位于井田走向的中央，在各采區(qū)開掘一個不深的小回風(fēng)井，無總回風(fēng)巷。592）分區(qū)對角式41.1.3區(qū)域式在井田的每一個生產(chǎn)區(qū)域開鑿進、回風(fēng)井，分別構(gòu)成獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。如圖。1.1.4混合式

由上述諸種方式混合組成。例如，中央分列與兩翼對角混合式，中央并列與兩翼對角混合式等等。601.1.3區(qū)域式51.2主要通風(fēng)機的工作方式與安裝地點主要通風(fēng)機的工作方式有三種：抽出式、壓入式、壓抽混合式。1.2.1抽出式

主要通風(fēng)機安裝在回風(fēng)井口，在抽出式主要通風(fēng)機的作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ呢?fù)壓狀態(tài)。當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力提高，比較安全。611.2主要通風(fēng)機的工作方式與安裝地點61.2.2壓入式

主要通風(fēng)機安設(shè)在入風(fēng)井口，在壓入式主要通風(fēng)機作用下，整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在高于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài)。在冒落裂隙通達地面時，壓入式通風(fēng)礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風(fēng)流的壓力降低。621.2.2壓入式71.2.3壓抽混合式

在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作壓入式工作，回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作抽出式工作。通風(fēng)系統(tǒng)的進風(fēng)部分處于正壓，回風(fēng)部分處于負(fù)壓，工作面大致處于中間，其正壓或負(fù)壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小。其缺點是使用的通風(fēng)機設(shè)備多，管理復(fù)雜。631.2.3壓抽混合式81.3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、礦井瓦斯涌出量、煤層自燃傾向性等條件，在確保礦井安全、兼顧中、后期生產(chǎn)需要的前提下，通過對多種個可行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。641.3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇9中央式通風(fēng)系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井初期宜優(yōu)先采用。有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，應(yīng)采用對角式或分區(qū)對角式通風(fēng)；當(dāng)井田面積較大時，初期可采用中央通風(fēng)，逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式。礦井通風(fēng)方法一般采用抽出式。當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜、露頭發(fā)育老窯多、采用多風(fēng)井通風(fēng)有利時，可采用壓入式通風(fēng)。65中央式通風(fēng)系統(tǒng)具有井巷工程量少、初期投資省的優(yōu)點。因此，礦井2采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的類別與要求采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要組成單元,包括：采區(qū)進風(fēng)、回風(fēng)和工作面進、回風(fēng)巷道組成的風(fēng)路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風(fēng)流控制設(shè)施。662采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的類別與要求采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主2.1采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求（1）每一個采區(qū)，都必須布置回風(fēng)道，實行分區(qū)通風(fēng)。（2）采煤和掘進工作面應(yīng)獨立通風(fēng)系統(tǒng)。有特殊困難必須串聯(lián)通風(fēng)時應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。（3）煤層傾角大于12°的采煤工作面采用下行通風(fēng)時，報礦總工程師批準(zhǔn)，（4）采煤和掘進工作面的進風(fēng)和回風(fēng)，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。672.1采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求122.2采區(qū)進風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇上（下）山至少要有兩條；對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有3條或4條上山。1、軌道上山進風(fēng)，運輸機上山回風(fēng)2、運輸機上山進風(fēng)、軌道上山回風(fēng)比較：軌道上山進風(fēng)，新鮮風(fēng)流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，輸送機上山進風(fēng)，運輸過程中所釋放的瓦斯，可使進風(fēng)流的瓦斯和煤塵濃度增大，影響工作面的安全衛(wèi)生條件。682.2采區(qū)進風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇132.3采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)上行風(fēng)與下行風(fēng)是指進風(fēng)流方向與采煤工作面的關(guān)系而言。當(dāng)采煤工作面進風(fēng)巷道水平低于回風(fēng)巷時，采煤工作面的風(fēng)流沿傾斜向上流動，稱上行通風(fēng)，否則是下行通風(fēng)。上行通風(fēng)運煤方向新風(fēng)污風(fēng)下行通風(fēng)運煤方向新風(fēng)污風(fēng)692.3采煤工作面上行風(fēng)與下行風(fēng)上行通風(fēng)下行通風(fēng)14上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點：（1）下行風(fēng)的方向與瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象。（2）上行風(fēng)比下行風(fēng)工作面的氣溫要高。（3）下行風(fēng)比上行風(fēng)所需要的機械風(fēng)壓要大；（4）下行風(fēng)在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風(fēng)要大。70上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點：152.4工作面通風(fēng)系統(tǒng)1）U型與Z型通風(fēng)系統(tǒng)712.4工作面通風(fēng)系統(tǒng)162）Y型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)

3）H型通風(fēng)系統(tǒng)722）Y型、W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)173礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化3.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要求

3.1.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)；礦井風(fēng)量計算和風(fēng)量分配；礦井通風(fēng)阻力計算；選擇通風(fēng)設(shè)備；概算礦井通風(fēng)費用。733礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化3.1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要3.1.2礦井通風(fēng)設(shè)計的要求將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產(chǎn)和良好的勞動條件；通風(fēng)系統(tǒng)簡單，風(fēng)流穩(wěn)定，易于管理，具有抗災(zāi)能力；發(fā)生事故時，風(fēng)流易于控制，人員便于撤出；有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施；通風(fēng)系統(tǒng)的基建投資省，營運費用低、綜合經(jīng)濟效益好。743.1.2礦井通風(fēng)設(shè)計的要求193.2優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)

3.2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇原則與要求每一礦井必須有完整的獨立通風(fēng)系統(tǒng)。進風(fēng)井囗應(yīng)按全年風(fēng)向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高溫氣體侵入的地方?；诽嵘蜓b有膠帶輸送機的井筒不應(yīng)兼作進風(fēng)井，如果兼作回風(fēng)井使用，必須采取措施，滿足安全的要求。753.2優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)201）礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇要求多風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)，在滿足風(fēng)量按需分配的前提下，各主要通風(fēng)機的工作風(fēng)壓應(yīng)接近。每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，必須布置回風(fēng)巷，實行分區(qū)通風(fēng)。井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風(fēng)流，回風(fēng)風(fēng)流必須直接引入礦井的總回風(fēng)巷或主要回風(fēng)巷中。井下充電室必須單獨的新鮮風(fēng)流通風(fēng)，回風(fēng)風(fēng)流應(yīng)引入回風(fēng)巷。761）礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇要求21２）確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)礦井瓦斯涌出量、礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、煤層自燃傾向性及兼顧中后期生產(chǎn)需要等條件，提出多個技術(shù)上可行的方案，通過優(yōu)化或技術(shù)經(jīng)濟比較后確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)。77２）確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)223.3礦井風(fēng)量計算3.3.1礦井風(fēng)量計算原則

礦井需風(fēng)量，按下列要求分別計算，并必須采取其中最大值。（１）按井下同時工作最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風(fēng)量不得少于4m3；（２）按采煤、掘進、硐室及其他實際需要風(fēng)量的總和進行計算。783.3礦井風(fēng)量計算233.3.2礦井需風(fēng)量的計算（一）采煤工作面需風(fēng)量的計算

采煤工作面的風(fēng)量應(yīng)該按下列因素分別計算，取其最大值。

(1)按瓦斯涌出量計算：式中：Qwi——第i個采煤工作面需要風(fēng)量，m3/min；

Qgwi——第i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m3/min；

kgwi——第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，通常，機采工作面取kgwi=1.2~1.6，炮采工作面取kgwi=1.4~2.0，水采工作面取kgwi=2.0~3.0。793.3.2礦井需風(fēng)量的計算24（2）按工作面進風(fēng)流溫度計算：采煤工作面應(yīng)有良好的氣候條件。其進風(fēng)流溫度可根據(jù)風(fēng)流溫度預(yù)測方法進行計算。其氣溫與風(fēng)速應(yīng)符合表中的要求：采煤工作面進風(fēng)流溫度/℃采煤工作面風(fēng)速/m/s<150.3~0.515~180.5~0.818~200.8~1.020~231.0~1.523~261.5~1.880（2）按工作面進風(fēng)流溫度計算：采煤工作面進風(fēng)流溫度/℃采煤工采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算：式中vwi—第i個采煤工作面的風(fēng)速，按其進風(fēng)流溫度從表中取，m/s；

Swi—第i個采煤工作面有效通風(fēng)斷面，取最大和最小控頂時有效斷面的平均值，m2；kwi—第i個工作面的長度系數(shù)。81采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算：26(3)按使用炸藥量計算：式中，25——每使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min；

Awi——第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量，kg。(4)按工作人員數(shù)量計算：

式中，4——每人每分鐘應(yīng)供給的最低風(fēng)量，m3/min

nwi——第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù),個。82(3)按使用炸藥量計算：27(5)按風(fēng)速進行驗算按最低風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最小風(fēng)量：按最高風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最大風(fēng)量：83(5)按風(fēng)速進行驗算28（二）掘進工作面需風(fēng)量的計算：

煤巷、半煤巖和巖巷掘進工作面的風(fēng)量，應(yīng)按下列因素分別計算，取其最大值。（１）按瓦斯涌出量計算：

式中Qhi——第i個掘進工作面的需風(fēng)量，m3/min

Qghi——第i個掘進工作面的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

kghi——第i個掘進工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風(fēng)量系數(shù)。一般可取1.5~2.0。84（二）掘進工作面需風(fēng)量的計算：29（2）按炸藥量計算

式中25——使用1kg炸藥的供風(fēng)量，m3/min;

Ahi——第i個掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。85（2）按炸藥量計算30（3）按局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算式中——第i個掘進工件面同時運轉(zhuǎn)的局部通風(fēng)機額定風(fēng)量的和。khfi——為防止局部通風(fēng)機吸循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量備用系數(shù)，一般取1.2~1.3；進風(fēng)巷道中無瓦斯涌出時取1.2，有瓦斯涌出時取1.3（４）按工作人員數(shù)量計算式中nhi——第i個掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，人。86（3）按局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算31（５）按風(fēng)速進行驗算按最小風(fēng)速驗算，巖巷掘進面最小風(fēng)量：

各個煤巷或半煤巖巷掘進面的最小風(fēng)量；

按最高風(fēng)速驗算，掘進面的最大風(fēng)量：

式中，shi——第i個掘進工作面巷道的凈斷面積，m287（５）按風(fēng)速進行驗算32（三）硐室需風(fēng)量計算獨立通風(fēng)硐室的供風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進行計算：（１）機電硐室發(fā)熱量大的機電硐室，按硐室中運行的機電設(shè)備發(fā)熱量進行計算：88（三）硐室需風(fēng)量計算33式中Qri——第個機電硐室的需風(fēng)量，m3/min——機電硐室中運轉(zhuǎn)的電動機（變壓器）總功率，KWθ——機電硐室的發(fā)熱系數(shù)，ρ——空氣密度，一般取1.25kg/m3cp——空氣的定壓比熱，一般可取1KJ/kgkΔt——機電硐室進、回風(fēng)流的溫度差，℃采區(qū)變電所及變電硐室，可按經(jīng)驗值確定需風(fēng)量m3/min89式中Qri——第個機電硐室的需風(fēng)量，m3/min34（2）爆破材料庫

式中v——庫房空積，m3（3）充電硐室按其回風(fēng)流中氫氣濃度小于0.5%計算

式中qrhi——第個充電硐室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3/min。90（2）爆破材料庫35（四）礦井總風(fēng)量計算礦井的總進風(fēng)量，應(yīng)按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風(fēng)量的總和:

式中∑Qwl——采煤工作面和備用工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；

∑Qhl——掘進工作面所需風(fēng)量之和，m3/min；∑Qrl——硐室所需風(fēng)量之和，m3/min；km——礦井通風(fēng)系統(tǒng)（包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素）備用系數(shù)，宜取1.15~1.25。91（四）礦井總風(fēng)量計算363.4礦井通風(fēng)總阻力計算3.4.1礦井通風(fēng)總阻力計算原則礦井通風(fēng)設(shè)的總阻力，不應(yīng)超過2940Pa。礦井井巷的局部阻力，新建礦井按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。923.4礦井通風(fēng)總阻力計算373.4.2礦井通風(fēng)總阻力計算礦井通風(fēng)總阻力：風(fēng)流由進風(fēng)井口起，到回風(fēng)井口止，沿一條通路（風(fēng)流路線）各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和，簡稱礦井總阻力，用hm表示。對于礦井有兩臺或多臺風(fēng)主要通風(fēng)機工作，礦井通風(fēng)阻力按每臺主要通風(fēng)機所服務(wù)的系統(tǒng)分別計算。933.4.2礦井通風(fēng)總阻力計算38礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期。通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風(fēng)困難時期。對于通風(fēng)困難和容易時期，要分別畫出通風(fēng)系統(tǒng)圖。按照采掘工作面及硐室的需要分配風(fēng)量，再由各段風(fēng)路的阻力計算礦井總阻力。94礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期。通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時計算方法：

沿著風(fēng)流總阻力最大路線，依次計算各段摩擦阻力hf，然后分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力hf1和hf2。

通風(fēng)容易時期總阻力：

通風(fēng)困難時期總阻力：95計算方法：40hf按下式計算：

式中96hf按下式計算：414礦井通風(fēng)設(shè)備選型礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機。4.1礦井通風(fēng)設(shè)備的要求：礦井必須裝設(shè)兩套同等能力的主通風(fēng)設(shè)備，其中一套作備用。選擇通風(fēng)設(shè)備應(yīng)滿足第一開采水平各個時期工況變化，并使通風(fēng)設(shè)備長期高效率運行。風(fēng)機能力應(yīng)留有一定的余量。進、出風(fēng)井井口的高差在150m以上，或進、出風(fēng)井井口標(biāo)高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風(fēng)壓。974礦井通風(fēng)設(shè)備選型礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機4.2主要通風(fēng)機的選擇（1）計算通風(fēng)機風(fēng)量Qf式中Qf—主要通風(fēng)機的工作風(fēng)量，m3/s;Qm