章礦井通風設計

1、礦井通風 Mine Ventilation采礦工程系第九章 礦井通風設計一、教學內容：1、擬定礦井通風系統(tǒng)的原則和方法；2、礦井總風量的計算和分配方法；3、礦井通風總阻力的計算原則和方法；4、選擇礦井通風設備的原則和方法；5、概算礦井通風費用；6、介紹生產礦井通風設計相關知識；二、重點難點：1、礦井總風量的計算和分配方法；2、礦井通風總阻力的計算方法；3、選擇礦井通風設備的方法。三、教學要求：1、了解礦井通風系統(tǒng)設計的原則、步驟和方法；2、了解礦井通風費用計算方法；3、了解生產礦井通風設計的相關知識；4、掌握礦井風量計算與分配、總阻力計算、通風設備選型計算的知識。 礦井通風設計分為新建礦井通風

2、設計與生產礦井通風設計兩種。 新建礦井通風設計一般分為基建和生產兩個時期，并分別進行設計。 礦井生產時期通風設計，根據礦井生產年限的長短而采用不同的方法。礦井服務年限不長時（約15至20年），只做一次通風設計。礦井服務年限較長時，考慮到通風機設備選型、礦井所需風量、風壓的變化等因素，分為兩期進行通風設計，第一期為礦井生產初期（如第一水平 ），對該時期內通風容易和通風困難兩種情況做詳細的設計；第二期為礦井生產后期（如第二水平），該時期的通風設計只做一般原則規(guī)劃，但對礦井通風系統(tǒng)，應根據礦井整個生產時期的技術經濟因素，做出全面考慮，使確定的通風系統(tǒng)既可適應現(xiàn)時生產要求，又能照顧長遠的生產發(fā)展與變化

3、。 礦井通風設計的內容包括：確定礦井通風系統(tǒng)；礦井總風量的計算和分配；礦井通風阻力計算；選擇通風設備；概算礦井通風費用。 礦井通風設計的主要依據是：礦區(qū)氣象資料；井田地質地形；煤層瓦斯風化帶垂深、各煤層瓦斯含量、瓦斯壓力及梯度等；煤層自然發(fā)火傾向，發(fā)火周期；煤塵爆炸危險性及爆炸指數；礦井設計生產能力及服務年限；礦井開拓方式及采區(qū)巷道布置，回采順序、開采方法；礦井巷道斷面圖冊；礦區(qū)電費等。 礦井通風設計應滿足以下要求：1、將足夠的新鮮空氣有效的送到井下工作場所，保證生產和創(chuàng)造良好的工作條件；2、通風系統(tǒng)簡單、風流穩(wěn)定、易于管理，具有抗災能力；3、發(fā)生事故時，風流易于控制，人員便于撤出；4、有符合

4、規(guī)定的井下安全與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施；5、系統(tǒng)的基建投資省、營運費用低、綜合經濟效益好。第一節(jié) 擬定礦井通風系統(tǒng) 擬定礦井通風系統(tǒng)主要是擬定進風井與回風井的布置方式，礦井風流路線，礦井主要通風機的工作方法，這是礦井通風設計的基礎。 礦井通風系統(tǒng)應和礦井的開拓、開采設計一起考慮，并通過技術、經濟比較之后確定。確定的通風系統(tǒng)，應符合投產快、出煤多、安全可靠、技術經濟指標合理等原則。一、擬定礦井通風系統(tǒng)的基本要求1、每個礦井必須至少要有2個能行人的通達地面的安全出口，各個出口之間的距離不得少于30米。新建和改擴建礦井，如果采用中央式通風時，還要在井田邊界附近設置安全出口；當井田一翼走向較長，礦井發(fā)

5、生災害不能保證人員安全撤出時，必須掘出井田邊界附近的安全出口。井下每一個水平到上一個水平和每個采區(qū)至少都必須有2個便于行人的安全出口，并與通達地面的安全出口相連通。通到地面的2個安全出口和2個水平間的安全出口，都必須有便于行人的設施（臺階和梯子間等）。2、風井位置要在洪水位標高以上（大中型礦井考慮百年一遇、小型礦井50年一遇），進風井口須避免污染空氣進入，距有害氣體源的地點不得小于500米。井口工程地質及井筒施工地質條件簡單，占地少、壓煤少、交通方便、便于施工。 3、箕斗提升井一般不應兼作進風井或出風井。如果井上、下裝卸載裝置和井塔有完善的封閉措施，其漏風不超過15%，并有可靠的防塵措施，箕斗

6、井可以兼作出風井；若井筒中風速不超過6m/s，有可靠的降塵措施，保證粉塵濃度符合工業(yè)衛(wèi)生標準，箕斗井可以兼作進風井。膠帶輸送機斜井一般不得兼作風井。如果膠帶輸送機斜井中的風速不超過4m/s，并有可靠的防塵措施和防火措施，可以兼作進風井；如果膠帶輸送機斜井中的風速不超過6m/s，并裝有甲烷斷電儀，可以兼做回風井。 4、所有礦井都要采用機械通風，主要通風機必須安裝在地面。新建礦井不宜在同一井口選用幾臺主要通風機聯(lián)合運轉。 5、不宜把兩個可以獨通風的礦井合并為一個通風系統(tǒng)；若有幾個出風井，則自采區(qū)到各個出風井的風流需保持獨立；各工作面的回風在進入采區(qū)回風道之前、各采區(qū)的回風在進入回風水平之前都不能任

7、意貫通；下水平的回風流和上水平的進風流必須嚴格隔開；在條件允許時，要盡量使總進風早分開，總回風晚匯合。 6、采用分區(qū)式（多臺主要通風機）通風時，為了保證聯(lián)合運轉的穩(wěn)定性，總進風道的斷面不宜過小，盡可能減少公共風路的風阻；各分區(qū)主要通風機的回風流、（中央主要通風機）每一翼的回風流都必須嚴格隔開。7、盡可能降低通風阻力。盡量采用并聯(lián)通風，并使主要并聯(lián)風路的風壓接近相等，以避免過多的風量調節(jié)。盡可能利用舊巷道通風。8、盡可能避免設置大量風橋和風門或采用容易引起大量漏風的通風系統(tǒng)。9、井下爆炸材料庫必須有單獨的進風流，回風必須引進礦井主要回風道。井下充電硐室必須獨立通風，回風風流應引入回風巷。二、確定

8、礦井通風系統(tǒng)的方法依據礦井通風設計的條件，提出多個技術上可行的方案。首先根據礦井生產實際，選定23個技術上可行，且符合安全要求的方案進行經濟比較，將最優(yōu)方案確定為設計方案。礦井通風系統(tǒng)應具有較強的抗災能力，當井下一旦發(fā)生災害性事故后，所確定的通風系統(tǒng)能將災害控制在最小范圍，并能迅速恢復生產。 第二節(jié) 計算和分配礦井總風量一、礦井需風量的計算原則 礦井需風量應按照“由里往外”的計算原則，由采、掘工作面、硐室和其它用風地點的實際最大需風量總和，再考慮一定的備用風量系數后，計算出礦井總風量。1、按該用風地點同時工作的最多人數計算，每人每分鐘供給風量不得少于4m3。2、按該用風地點風流中的瓦斯、二氧化

9、碳和其它有害氣體濃度、風速以及溫度等都符合煤礦安全規(guī)程的有關規(guī)定分別計算，取其最大值。二、礦井需風量的計算方法（一）按井下同時工作的最多人數計算Q礦=4NK （二）按采煤、掘進、硐室等處實際需風量計算 （1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量計算 （2）按工作面進風流溫度計算表9-1 采煤工作面空氣溫度與風速對應表采煤工作面進風流氣溫（）采煤工作面風速（m/s）1515181820202323260.30.50.50.80.81.01.01.51.51.8采煤工作面需風量的計算采煤工作面的需風量 表9-2 采煤工作面長度風量系數表采煤工作面長度（m）工作面長度風量系數505080801201201501

10、501801800.80.91.01.11.21.301.40（3）按炸藥使用量計算 （4）按工作人員數量計算（5）按風速驗算按最低風速驗算各個采煤工作面的最小風量：按最高風速驗算各個采煤工作面的最大風量： 采煤工作面有串聯(lián)通風時，按其中一個最大需風量計算。備用工作面亦按上述要求，并滿足瓦斯（二氧化碳）、風流溫度和風速等規(guī)定計算需風量，且不得低于其回采時需風量的50%。 2、掘進工作面需風量計算 煤巷、半煤巖巷和巖巷掘進工作面的風量，應按下列因素分別計算，取其最大值。1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量計算2）按炸藥使用量計算3）按局部通風機吸風量計算表9-3 局部通風機額定風量風機型號額定風量m3/

11、minJBT51（5.5kW）JBT52（11 kW）JBT61（14 kW）JBT62（28 kW）1502002503004)按工作人員數量計算5）按風速進行驗算巖巷掘進工作面的風量應滿足：煤巷、半煤巖巷掘進工作面的風量應滿足：3、硐室需風量各個獨立通風的硐室供風量，應根據不同的硐室分別計算。1）井下爆炸材料庫2）充電硐室3）機電硐室表9-4 機電硐室發(fā)熱系數（）表機電硐室名稱發(fā)熱系數（）空氣壓縮機房水泵房變電所、絞車房0.150.230.010.040.020.04采區(qū)小型機電硐室，可按經驗值確定風量。一般為6080 m3/min。4、其它巷道需風量計算 井下其它巷道的需風量，應根據巷道

12、的瓦斯（二氧化碳）涌出量和風速分別計算，并取其中的最大值。1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量計算2）按最低風速驗算新建礦井，其它用風巷總需風量難以計算時，也可按采煤、掘進、硐室的需風量總和的3%5%估算。5、礦井總風量計算 礦井總進風量應按采煤、掘進、獨立通風硐室及其它地點實際需風量的總和計算。三、礦井總風量的分配1、分配原則 礦井總風量確定后，分配到各用風地點的風量，應不得低于其計算的需風量；所有巷道都應分配一定的風量；分配后的風量，應保證井下各處瓦斯及有害氣體濃度、風速等滿足煤礦安全規(guī)程的各項要求。2、分配的方法 首先按照采區(qū)布置圖，對各采煤、掘進工作面、獨立回風硐室按其需風量配給風量，余下的風

13、量按采區(qū)產量、采掘工作面數目、硐室數目等分配到各采區(qū)，再按一定比例分配到其它用風地點，用以維護巷道和保證行人安全。風量分配后，應對井下各通風巷道的風速進行驗算，使其符合煤礦安全規(guī)程對風速的要求。 第三節(jié) 計算礦井通風總阻力一、礦井通風總阻力的計算原則1、如果礦井服務年限不長（1020年），選擇達到設計產量后通風容易和困難兩個時期分別計算其通風阻力；若礦井服務年限較長（3050年），只計算頭1525年左右通風容易和困難兩個時期的通風阻力。為此，必須先繪出這兩個時期的通風網路圖。2、通風容易和通風困難兩個時期總阻力的計算，應沿著這兩個時期的最大通風阻力風路，分別計算各段井巷的通風阻力，然后累加起來

14、，作為這兩個時期的礦井通風總阻力。最大通風阻力風路可根據風量和巷道參數（斷面積、長度等）直接判斷確定，不能直接確定時，應選幾條可能最大的路線進行計算比較。3、礦井通風總阻力不應超過2940 Pa。4、礦井井巷的局部阻力，新建礦井（包括擴建礦井獨立通風的擴建區(qū)）宜按井巷摩擦阻力的10%計算；擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。 二、礦井通風總阻力的計算方法 沿礦井通風容易和通風困難兩個時期通風阻力最大的風路（入風井口到風硐之前），分別用下式計算各段井巷的摩擦阻力：將各段井巷的摩擦阻力累加后并乘以考慮局部阻力的系數即為兩個時期的井巷通風總阻力。即：兩個時期的摩擦阻力可按表9-5進行計算。表9-5

15、 礦井通風容易（困難）時期井巷摩擦阻力計算表節(jié)點序號巷道名稱支護形式(Ns2/m4)L（m）U(m)S(m2)S3(m6)R(Ns2/m8)Q(m3/s)Q2(m6/s2)h摩（Pa）v(m/s)有時用下式計算兩個時期的礦井總風阻和總等積孔。第四節(jié) 選擇礦井通風設備一、選擇礦井通風設備的基本要求1、礦井每個裝備主要通風機的風井，均要在地面裝設兩套同等能力的通風設備，其中一套工作，一套備用，交替工作。2、選擇的通風設備應能滿足第一開采水平各個時期的工況變化，并使通風設備長期高效運行。當工況變化較大時，應根據礦井分期時間及節(jié)能情況，分期選擇電動機。3、通風機能力應留有一定的余量。軸流式、對旋式通風

16、機在最大設計負壓和風量時，葉輪葉片的運轉角度應比允許范圍小5；離心式通風機的選型設計轉速不宜大于允許最高轉速的90%。4、進、出風井井口的高差在150m以上，或進、出風井口標高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風壓。 二、主要通風機的選擇1、計算通風機的風量Q通2、計算通風機的風壓H全（或H靜）離心式通風機：容易時期 困難時期 軸流式（或對旋式）通風機： 容易時期 困難時期 3、選擇通風機根據計算的礦井通風容易時期通風機的 Q通、 H靜?。ɑ?H全?。┖屠щy時期通風機的Q通、H靜大（或H全大），在通風機的個體特性圖表上選擇合適的主要通風機。選定以后，即可得出兩個時期主要通風機的型號、

17、動輪直徑、動輪葉片安裝角（指軸流式或對旋式風機）、轉速、風壓、風量、效率和輸入功率等技術系數，并列表整理。 4、選擇電動機計算通風機輸入功率 按容易和困難時期，分別計算風機輸入功率N電小、N電大：或 選擇電動機 時，時，可選一臺電動機，其功率為： 初期 時，可選兩臺電動機，其功率為： 初期 （9-35） 后期按式（9-35）計算。第五節(jié) 概算礦井通風費用 礦井通風費用是通風設計和管理的重要經濟指標，一般用噸煤通風成本，即礦井每采一噸煤的通風總費用表示。它包括噸煤通風電費和通風設備折舊費、材料消耗費、工作人員工資、專用通風巷道折舊與維護費、儀表購置與維修費等其它通風費用。一、噸煤通風電費E主要通

18、風機年耗電量， kWh/a； 通風容易時期和困難時期共選一臺電動機時選兩臺電動機時二、其它噸煤通風費用1、設備折舊費2、材料消耗費3、通風工作人員工資費4、專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費 折算至噸煤的費用為W4(元/t)。5、通風儀表購置費和維修費 噸煤通風儀表購置費和維修費為W5(元/t)。 噸煤通風成本（W）按下式計算： 第六節(jié) 生產礦井通風設計一、生產礦井通風設計的特點生產礦井的通風設計，是指礦井新增開拓水平、采區(qū)等因素，導致原礦井通風系統(tǒng)不能滿足生產需求而進行的通風設計。與新建礦井通風設計相比，它在設計內容、程序和方法等方面基本類似，但涉及范圍較廣，設計更復雜一些。生產礦井通風設

19、計要有全局思想。既要緊密聯(lián)系礦井當前的生產與發(fā)展情況，又要保證新增區(qū)域施工和投產過程中的安全生產；既要挖掘現(xiàn)有通風系統(tǒng)的潛力，充分利用現(xiàn)有的通風井巷，又要使其和新建的通風井巷和新選的通風設備協(xié)調運轉。二、生產礦井通風設計的內容和步驟1、確定礦井通風系統(tǒng)生產礦井通風設計，由于設計條件各異，其通風系統(tǒng)的變化幅度也很不相同。例如，需要增加新采區(qū)，但瓦斯變化不大，增產任務不大時，礦井通風系統(tǒng)不會有太大的變化，也不致增開新風井。但如果新增的采區(qū)在邊遠地區(qū)或在較深的水平，而產量和瓦斯涌出量有較大的增加，現(xiàn)有通風能力不能滿足時，或者因為井田重新劃分、井型變化時，礦井通風系統(tǒng)往往發(fā)生較大的變化，可由原來的中央

20、并列式變?yōu)橹醒脒吔缡交驅鞘降鹊?。因此，在確定通風系統(tǒng)時，要對原有通風系統(tǒng)和生產狀況進行深入、細致的分析，合理調整，以便在原有條件下確定合理的通風系統(tǒng)。 2、計算和分配礦井總風量要充分利用原礦井風量計算和分配的成功經驗，先計算各個用風地點的實際需風量（參見本章第二節(jié)），然后由里向外，推算進風路線上的風量和回風路線上的風量。3、計算礦井通風總阻力在通風設計的服務年限內，選擇礦井通風容易和通風困難兩個時期的最大阻力路線，分別計算其通風阻力。對正在生產的區(qū)域，各風路的風阻值應采用實測數據，設計中的新區(qū)風路，可參考與老區(qū)相同風路的數據，也可按本章第三節(jié)所述的方法進行計算，新區(qū)每條風路作成后要實測其風阻

21、值，為修改設計使用。 4、局部風量調節(jié)為保證新區(qū)從施工到投產過程中，新區(qū)和老區(qū)各用風地點風量的按需供給，新區(qū)和老區(qū)之間以及新、老區(qū)域內各風路之間，都要采取風量按需調節(jié)的措施（參見第六章），設計中至少要制定出通風困難時期的調節(jié)措施。5、主要通風機的調節(jié)和選擇原礦井主要通風機，如果能夠適應設計要求，就只需要調整其工況點，并驗算其電動機的能力。如果不能適應要求，就需新選通風機單獨運轉或與原有通風機聯(lián)合運轉。各臺主要通風機在通風容易和通風困難兩個時期的工況點，都要落在各主要通風機特性曲線的合理工作范圍內。6、概算礦井通風費用概算方法與本章第五節(jié)基本相同。 四、本章小結：本章介紹了新建礦井和生產礦井通風系統(tǒng)設計的相關知識，重點講述了礦井總風量的計算和分配、總阻力的計算、礦井通風設備的選型計算等內容，簡單介紹了礦井通風費用的計算方法。本章是對全書講述的知識的全面總結和應用，非常主要。 五、復習思考題思考題9-1礦井通風設計的依據和要求是什么？9-2 如何正確礦井通風系統(tǒng)？9-3 礦井需風量的計算原則和方法是什么？9-4 如何計算礦井通風總阻力？9-5 選擇礦井主要通風機的要求有哪些？9-6 如何計算噸焊通風成本？9-7 生產