第六章-礦井通風

會計學1第六章-礦井通風山東科技大學資源與環(huán)境工程學院2第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備二、礦井空氣地面空氣進入礦井以后即稱為礦井空氣。礦井空氣由于受到井下各種自然因素和生產(chǎn)過程的影響，其與地面空氣在成分和質(zhì)量上有不同的特點。1、地面空氣的主要成分一般情況下，地面的空氣是由20.96％的氧、79％的氮、0.04％的二氧化碳等所組成。除上述氣體外，在大城市和工業(yè)區(qū)的地面空氣中還含有數(shù)量不定的水蒸氣、微生物、灰塵等。2、井下空氣的主要成分地面空氣進入礦井以后，由于受到污染，其成分和性質(zhì)要發(fā)生一系列的變化。如氧濃度降低，二氧化碳濃度增加；混入各種有毒、有害氣體和礦塵；空氣的狀態(tài)參數(shù)(溫度、濕度、壓力等)發(fā)生改變等。一般來說，將井巷中經(jīng)過用風地點以前、受污染程度較輕的進風巷道內(nèi)的空氣稱為新鮮空氣；經(jīng)過用風地點以后、受污染程度較重的回風巷道內(nèi)的空氣稱為污濁空氣（乏風）。盡管礦井空氣與地面空氣相比，在性質(zhì)上存在許多差異，但在新鮮空氣中其主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。第1頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院3第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備(1)氧氣(O2)氧氣是一種無色、無味、無臭，化學性質(zhì)很活潑的氣體。它對空氣的相對密度為1.11。氧氣是人和動物呼吸及物質(zhì)燃燒不可缺少的氣體。空氣中氧氣含量的降低可使人感到呼吸困難、心跳加速。當氧氣含量降到9％以下時，人在短時間內(nèi)窒息死亡。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不低于20％(體積的百分比)。(2)氮氣(N2)氮氣是一種無色、無味、無臭的惰性氣體。它對空氣的相對密度為0.97，不助燃，不能維持呼吸。井下氮氣的增加主要是有機物質(zhì)的腐朽、爆破工作和從煤與巖體的裂縫中涌出等?？諝庵械獨獾脑黾樱鄬p少了氧氣，所以對人體是有害的。(3)二氧化碳(CO2)二氧化碳是無色、無臭、略帶有酸味的氣體。它對空氣的相對密度為1.52，易溶于水，不助燃，不能維持呼吸，常積聚于巷道的底部或下山掘進工作面。井下空氣中二氧化碳的增加，主要原因是煤或巖體中涌出、可燃物質(zhì)氧化、人員的呼吸和爆破等工作。空氣中二氧化碳增加，人會感到呼吸困難，易發(fā)生疲勞現(xiàn)象，當增加到20％～25％時人會中毒死亡?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，采掘工作面的進風流中，二氧化碳濃度不超過0.5％。第2頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院4第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備3、礦井空氣中的有害氣體礦井中常見的有害氣體主要有一氧化碳(CO)、硫化氫(H2S)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫SO2)、氨氣(NH3)、氫氣(H2)等。這些有害氣體對井下作業(yè)人員的生命安全和身體健康危害極大，必須引起高度的重視。礦井空氣中常見有害氣體性質(zhì)、來源等見下表6－1。氣體名稱基本性質(zhì)主要來源危害性最高允許濃度（％）比重色味臭溶水性一氧化碳CO0.97無色、無味、無臭微溶

爆破工作；火災(zāi)；煤塵和瓦斯爆炸；煤炭自燃極毒。一氧化碳與血色素的親和力比氧和血色素的親和力大250～300倍，使血液中毒，阻礙氧與血色素的結(jié)合而使人體缺氧，引起窒息和死亡0.0024硫化氫H2S1.19無色、稍甜、臭雞蛋味易溶有機物腐爛；硫化礦物水解；煤巖中放出有強烈毒性，能使血液中毒，對眼睛粘膜及呼吸系統(tǒng)有強烈刺激作用0.00066二氧化硫SO22.2無色、有強烈的硫磺氣味及酸味易溶含硫礦物氧化；含硫礦物中爆破與眼、呼吸道的濕表面接觸后能形成硫酸，因而對眼、呼吸器官有強烈腐蝕作用，嚴重時會引起肺水腫0.0005二氧化氮NO21.57褐紅色、有強烈的刺激氣味極易溶爆破工作有強烈毒性。能和水結(jié)合成硝酸，對肺組織起破壞作用，造成肺浮腫；對眼、鼻腔、呼吸道等有強烈刺激作用0.00025氫氣H20.07無色、無味、無臭蓄電池充電時放出；變質(zhì)煤層中涌出濃度達4％～74％時有爆炸性0.5氨氣NH30.59無色、有氨水的辛臭味易溶硝銨炸藥遇水分解；有機物腐爛有毒性和爆炸性。能引起人咳嗽、聲帶水腫、昏迷、以致死亡0.004表6－1礦井空氣中主要有害氣體的性質(zhì)、來源、危害性及安全濃度第3頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院5第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備三、礦井通風動力1、礦井空氣流動的自然壓力井下巷道內(nèi)自然風壓的產(chǎn)生主要由地面空氣溫度和井下空氣溫度的差異而引起的。如圖6—1所示，在冬季，井下空氣溫度高于地面空氣溫度，空氣柱0－1的質(zhì)量比空氣柱2—3大。所以井口1點壓力大于2點壓力，形成空氣壓力差，空氣必然要從井口1點向2點流動，最后從井口3點排出而形成風流。夏季則與之相反。在春秋兩季，由于礦井內(nèi)外氣溫大致一樣，所以自然風壓很弱甚至無風壓，不能形成風流。為此礦井必需用機械通風，確保井下有足夠的風量。圖6—1礦井空氣壓力示意圖第4頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院6第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備2、礦井空氣流動的機械壓力井下巷道中空氣流動的壓力差是由通風機械形成的稱為機械風壓，靠機械壓力進行通風的稱為機械通風。通風機械按其服務(wù)范圍可分為主要通風機(為全礦井通風的通風機，簡稱主扇)、輔助扇風機(輔扇)與局部通風機(為某一局部地區(qū)加強通風的通風機，簡稱局扇)。按其結(jié)構(gòu)不同又可分為離心式通風機和軸流式通風機兩種類型。（1）離心式通風機離心式通風機主要由螺旋形外殼、動輪、進風道和擴散器等主要部件組成，如圖6—2所示。

當通風機的動輪轉(zhuǎn)動時，動輪葉片之間的空氣隨著旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心作用，空氣被動輪葉片甩到螺形外殼，并從擴散器排出通風機。當動輪葉片間的空氣被甩出時，輪心部分便形成低壓區(qū)。這時，外界的空氣在大氣壓的作用下，由通風機的進風口進入動輪。由于動輪不停地旋轉(zhuǎn)，井下的空氣在大氣壓的作用下就不斷地進入通風機，而被排出到地面。圖6—2離心式通風機工作原理圖1－動輪；2－螺形外殼；3－擴散器；4－通風機軸；5－止推軸承；6－徑向軸承；7－前導器；8－軸承架；9－齒輪聯(lián)軸器；10－制動器；11－機座；12－吸風口13－通風機房；14－電動機；15－風硐第5頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院7第一節(jié)礦井空氣與通風設(shè)備圖6—3軸流式通風機圖1－集風口；2－流線罩；3－前導器；4－第一級動輪；5－中間整流器；6－第二級動輪；7－后整流器；8－擴散器；9－通風機架；10－電動機；11－通風機房；12－風硐；13－流線形導風板（2）軸流式通風機軸流式通風機主要由外殼、流線罩、動輪、前導器、集風口、整流器、擴散器、軸等主要部件所組成，如圖6—3所示。

軸流式通風機運轉(zhuǎn)時，空氣沿著通風機軸的方向進入集風口，由于動輪的旋轉(zhuǎn)把空氣向前推動，并造成壓力，然后經(jīng)擴散器排出。離心式通風機和軸流式通風機相比較，離心式通風機的風壓高，運轉(zhuǎn)特性曲線平穩(wěn)，堅固耐用、噪音小，但體積大。而軸流式通風機便于風量和風壓的調(diào)節(jié)，機體小，但結(jié)構(gòu)復雜，噪音大，維護困難。第6頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院8第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力

一、空氣壓力圖6—4所示為一條水平巷道，空氣所以能從A點向B點流動，是因為A點的壓力大于B點的壓力。圖6—4巷道內(nèi)的風流流動圖1、點壓力圖6—4中的A點或B點(或巷道中的任一點)的空氣壓力稱為點壓力。點壓力可以用絕對壓力和相對壓力來表示。以絕對真空為基準進行計量的壓力，稱為絕對壓力，它的值永為正值；以當?shù)禺敃r的大氣壓力為基準進行計量的壓力，稱為相對壓力。大于此大氣壓力的為正值，小于此大氣壓力的為負值。第7頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院9第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力

2、壓力差任何兩點(圖6—4中A點和B點)之間的空氣壓力之差，稱為壓力差。在礦井通風中，進風井與出風井存在著壓力差，它是由主要通風機形成的。這個壓力差是用來克服巷道空氣流動的阻力，習慣上稱之為礦井通風壓力。

二、井巷通風阻力

空氣在井下流動時，巷道四周與空氣分子因摩擦而產(chǎn)生摩擦阻力，阻礙空氣流動。這種摩擦阻力統(tǒng)稱礦井通風阻力。在巷道拐彎和斷面突然變化(變大或變小以及有堆積物等)都會使風流方向和速度發(fā)生突然變化而產(chǎn)生附加的阻力，這種阻力稱為局部阻力。第8頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院10第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力1、井巷的摩擦阻力的計算hm＝αLUQ2/S3

（Pa）（6－1）式中：hm一巷道的摩擦阻力，Pa；

α一摩擦阻力系數(shù)，N·s2／m4；

L—巷道長度，m；

U—巷道周邊長度，m；

Q—巷道中的風量，m3／s；

S—巷道的凈斷面積，m2。當巷道和支護方式確定后，α、L、U、S等項數(shù)值是不變的常數(shù)，因此可令通風阻力：R摩＝αLU/S3

（N·s2／m3）（6－2）則式(6—1)又可寫成：h摩＝R摩·Q2（Pa）（6－3）由式(6－1)中可以看出，當巷道壁光滑(α值小)、巷道長度短(L值小)、巷道周邊長度小(U值小)、風量小(Q2值小)、巷道斷面大(S3值大)時，巷道的摩擦阻力就小，反之則大。第9頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院11第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力

2、局部通風阻力的計算h局＝R局·Q2（Pa）（6－4）式中：R局—局部風阻，N·s2／m3。由于摩擦阻力在礦井總阻力中占的比重最大，而且局部阻力很難逐項、逐點的計算，因此在通風設(shè)計中，一般按經(jīng)驗估算局部阻力為摩擦阻力的10％－15％。

3、礦井總通風阻力的計算h阻＝h摩＋h局＝（R摩＋R局）·Q2（Pa）（6－5）或估算為：h阻＝（1.1－1.15）h摩根據(jù)計算的礦井通風總阻力，即可得到礦井通風所需要的通風壓力，以便作為選擇通風設(shè)備的依據(jù)。

第10頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院12第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力

三、礦井總風量的計算礦井所需要的風量必須根據(jù)下列要求分別計算，并選用其中最大數(shù)值。

1、按井下同時工作的最多人數(shù)計算Q=4NK(6－6)

式中：Q—礦井總風量，m3／min；

N—井下同時工作的最多人數(shù)，人；

K—風量備用系數(shù)，對角式或中央分列式通風系統(tǒng)取1.35；中央并列式或壓入式通風系統(tǒng)取1.45。第11頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院13第二節(jié)礦井通風壓力與通風阻力

2、按礦井沼氣或二氧化碳的涌出量計算低沼氣礦井：Q=TqK（6－7）式中：Q—礦井總風量，m3／min；

T—礦井設(shè)計最大日產(chǎn)量，t／d；

q—每晝夜日產(chǎn)—噸煤應(yīng)供給的風量，m3／min；

K—漏風系數(shù)。高沼氣礦井：Q=0.926q沼TK（6－8）式中：Q—礦井總風量，m3／min；

q—礦井沼氣或—氧化碳的平均相對涌出量，m3／t。算出礦井總風量后，必須對井下各用風地點進行風量分配，并對各風路進行風速驗算，必須使各類巷道內(nèi)的風速符合《煤礦安全規(guī)程》要求。第12頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院14第三節(jié)礦井通風方法

一、礦井主要通風機的工作方法礦井主要通風機的工作方法主要有抽出式通風、壓入式通風和抽出壓入混合式通風三種類型。礦井主要通風機的工作方法、通風方式與通風網(wǎng)絡(luò)稱為礦井通風系統(tǒng)。

1、抽出式通風抽出式通風是將通風機安設(shè)在回風井井口附近，并用風硐使它和回風井筒連接。同時要將回風井井口封閉，如圖6—5（a）所示。當通風機運轉(zhuǎn)時，造成風硐中空氣壓力低于大氣壓力，迫使空氣從進風井口進入井下，再由回風井排出。在抽出式通風的礦井中，井下任何地點的空氣壓力，都小于當時同標高的大氣壓力。因此，這種通風機的工作方法稱為負壓通風。負壓通風在通風機停止運轉(zhuǎn)時，因井下空氣較正常通風時的風壓有所提高，對瓦斯的涌出起到一定的抑制作用。第13頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院15第三節(jié)礦井通風方法

2、壓入式通風

壓入式通風是將通風機安設(shè)在進風井井口附近，并用風硐使它和進風井筒連接，如圖6—5（b）所示。當通風機運轉(zhuǎn)時，將地面空氣壓入井下。井下任何地點的空氣壓力，都大于當時同標高的空氣壓力。因此，將這種通風機的工作方法稱為正壓通風。正壓通風在通風機停止運轉(zhuǎn)時，因井下空氣較正常通風時壓力有所下降，瓦斯易于涌出。當開采深度小、地表塌陷區(qū)嚴重，瓦斯涌出量不大的礦井，采用這種方法較為合適。

3、抽出和壓入混合式通風

抽出和壓入混合式通風方法是上述兩種方法的綜合，如圖6—5（c）所示。其主要應(yīng)用于礦井通風距離大、通風阻力大的礦井。在管理上比較復雜，所以應(yīng)用較少。圖6—5礦井主要通風機的工作原理圖a－抽出式通風；b－壓入式通風；c－抽出壓入混合式通風第14頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院16第三節(jié)礦井通風方法

二、礦井通風方式礦井進、回風井相互位置關(guān)系稱為礦井通風方式。礦井通風方式分為以下幾種類型。

1、中央并列式進風井和回風井大致并列布置在井田的中央，風流由中央的進風井進人井底車場，經(jīng)運輸大巷至兩翼采區(qū)工作面，最后返回到井田中央的回風井排出井外，如圖6—6所示。圖6—6中央并列式通風方式圖1－進風井；2－回風井；3－總進風巷；4－總回風巷；5－總回風石門

第15頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院17第三節(jié)礦井通風方法

2、中央分列式(中央邊界式)如圖6—7所示，進風井大致位于井田的中央，回風井大致位于井田沿煤層傾斜的上部邊界中央。風流由井田中央的進風井進入礦井，最后由上部中央邊界的回風井排出井外。

3、對角式對角式通風方式是進風井位于井田走向的中央?；仫L井(兩個)位于井田沿傾斜的淺部、沿走向的兩翼邊界附近，如圖6—8所示。圖6—7中央分列式通風方式圖1－進風井；2－回風井；3－總進風巷；4－總回風巷圖6—8對角式通風方式圖1－進風井；2－回風井；3－總進風巷；4－總回風巷

第16頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院18第三節(jié)礦井通風方法

4、混合式混合式通風方式為上述任意兩種通風方式的結(jié)合，如中央分列與對角混合式、中央并列與對角混合式，中央并列與中央分列混合等。這種通風方式多為老礦井進行深部開采時所采用的通風方式。三、礦井通風網(wǎng)路礦井通風系統(tǒng)是由縱橫交錯的巷道與通風線路構(gòu)成的，它是一個復雜系統(tǒng)。用圖論的方法對通風系統(tǒng)進行抽象描述，把通風系統(tǒng)變成一個由線、點及其屬性組成的系統(tǒng)，稱為通風網(wǎng)路。通風系統(tǒng)中各巷道分配的風量大小及其方向道循一定規(guī)律。如果—條巷道緊接著一條巷道，中間沒有分支巷道，這種井巷聯(lián)接方式稱為串聯(lián)。串聯(lián)網(wǎng)路中所流過的總風量等于每條巷道中所流過的風量，而其總風壓等于各條巷道的風壓之和，串聯(lián)網(wǎng)路的總風阻等于各條巷道風阻之和。第17頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院19第三節(jié)礦井通風方法

兩條或兩條以上的巷道在同一地點分開，然后又在另一地點匯合，中間沒有交叉巷道，這種巷道聯(lián)接方式稱為并聯(lián)網(wǎng)路。并聯(lián)網(wǎng)路的總風量等于各條巷道風量之和，而其總風壓等于各條巷道的風壓，即并聯(lián)分支巷道的風壓均相等、總風阻比任何一條單獨分支巷道的風阻都要小。所以，采用并聯(lián)網(wǎng)路通風，可以降低礦井的總風阻。并聯(lián)網(wǎng)路通風還可以避免巷道串聯(lián)通風中污風串聯(lián)的現(xiàn)象，能保證回采工作面新鮮風流，以及當發(fā)生事故時，易于隔絕，防止事故擴大。所以在礦井中應(yīng)盡量采用并聯(lián)網(wǎng)路通風。四、掘進通風方法掘進工作面的通風方法主要采用局部通風機來完成。它是利用局部通風機和風筒把新鮮風流送到掘進工作面，然后把工作面使用后的污風排出。

第18頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院20第三節(jié)礦井通風方法

1、掘進通風設(shè)備目前我國煤礦掘進工作面使用的通風設(shè)備為局部通風機。如BKJ66-11系列局部通風機結(jié)構(gòu)如圖6－9所示。對旋軸流式局部通風機如圖6－10所示。其特點是噪聲較低，效率較高。

圖6－9BKJ系列局部通風機圖

1—前風筒；2—主風筒；3—葉輪；4—后風筒；5—滑架；6—電動機圖6－10低噪聲對旋軸流式局部通風機圖1—吸風口；2—吸風側(cè)吸聲罩；3—出風側(cè)吸聲罩；

4—1號電機罩；5—2號電機罩；6—一級葉輪；7—二級葉輪；8—電動機；9—一級葉輪旋轉(zhuǎn)方向；10—二級葉輪旋轉(zhuǎn)方向第19頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院21第三節(jié)礦井通風方法

2、掘進通風方式（1）壓入式通風壓入式通風是利用局部通風機將新鮮風流壓入風筒送到工作面，污風由巷道排出。如圖6－11（a）所示。壓入式通風的風流從風筒末端以自由射流狀態(tài)射向工作面，其風流的有效射程較長，一般可達到6～8m。易于排出工作面的污風和礦塵，通風效果好。局部通風機安設(shè)在新鮮風流中，污風不經(jīng)過局部通風機，局部通風機一旦發(fā)生火花，也不易引起瓦斯、煤塵爆炸，故安全性好。壓入式通風所應(yīng)用的風筒可以是硬質(zhì)的，也可以是柔性的。但壓入式通風的工作面，污風沿巷道向外排出，不利于巷道中作業(yè)人員的呼吸。為避免放炮產(chǎn)生的煙塵，放炮時人員撤離的距離較遠，往返時間較長。同時，放炮后的炮煙由巷道排出的速度慢、時間長，這就使掘進中放炮的輔助時間加長，影響掘進速度的提高。

第20頁/共25頁山東科技大學資源與環(huán)境工程學院22第三節(jié)礦井通風方法

（2）抽出式通風

抽出式通風如圖6－11（b）所示。它與壓入式通風相反，新鮮風流由巷道進入工作面，污風經(jīng)風筒由局部通風機排出。但是由于風筒末端的有效吸程比較短，一般只在3～4m左右。如風筒末端距工作面的距離較遠，有效吸程以外的風流將形成渦流停滯區(qū)，通風效果不良。如風筒末端靠近工作面，放炮時又易崩壞風筒。另外污風經(jīng)局部通風機排出，安全性較差而且不能使用柔性風筒。

（3）混合式通風

混合式通風就是把上述兩種通風方式同時混合使用，如圖6－11（c）所式。它具有壓入式和抽出式通風的優(yōu)點。但它要有兩套通風設(shè)備，同時污風也要通過局部通風機，而且在管理上比較復雜。6－11掘進通風方法圖（a）－壓入式通風；(b)－抽出式通風；(c)－混合式通風（a）(b)(c)

綜上所述。壓人式通風設(shè)備簡單、效果好、