矿井通风系统与通风设计

第七章 矿井通风系统与通风设计

本章主要内容

1、矿井通风系统----类型、适应条件、主要通风机工作方式 、安装地点、通风系统的选择

2、采区通风----基本要求、进回风上山选择、采煤工作面通风系统

3、通风构筑物及漏风----风门、风桥、密闭、导风板；矿井漏风、漏风率、有效风量率、减少漏风措施

4、矿井通风设计----内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、通风设备选择

5、可控循环通风

第一节 矿井通风系统

矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。

一、矿井通风系统的类型及其适用条件

按进、回井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。 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（中央分列式）。 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（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果

只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。 2）分区对角式

进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。

在井田的每一个生产区域开凿进、回风井，

分别构成独立的通风系统。如图。

4、混合式

由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。

二、主要通风机的工作方式与安装地点

主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽混合式。

1、抽出式

主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。

2、压入式

主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。

3、压抽混合式

在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。

三、矿井通风系统的选择

根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。

中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。因此，矿井初期宜优先采

用。

有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应

采用对角式或分区对角式通风；

当井田面积较大时，初期可采用中央通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。

矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利

时，可采用压入式通风。

第二节采区通风系统

采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元, 包括：采区进风、回风和工作面

进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。

一、采区通风系统的基本要求

1、每一个采区，都必须布置回风道，实行分区通风。

2、采煤和掘进工作面应独立通风系统。有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。

3、煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，

4、采煤和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。

二、采区进风上山与回风上山的选择

上（下）山至少要有两条；对生产能力大的采区可有3条或4条上山。

1、轨道上山进风，运输机上山回风

2、运输机上山进风、轨道上山回风

比较：轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，输送

机上山进风，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影

响工作面的安全卫生条件。

三、采煤工作面上行风与下行风

上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道

水平低于回风巷时，采煤工作面Array的风流沿倾斜向上流动，称上行

通风，否则是下行通风。

优缺点：

１、下行风的方向与瓦斯自然流

向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。

２、上行风比下行风工作面的气温要高。

３、下行风比上行风所需要的机械风压要大；

４、下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。

四、工作面通风系统

1、U型与Z型通风系统

2、Y型、W型及双Z型通风系统

3、H

型通风系统

第三节通风构筑物及漏风

矿井通风系统网路中适当位置安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以保证风流按生产需要流动。这些设施和装置，统称为通风构筑物。

一、通风构筑物

分为两大类：一类是通过风流的通风构筑物，如主要通风机风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗；另一类是隔断风流的通风构筑物，如井口密闭、挡风墙、风帘和风门等。

1、风门

按设地点：在通风系统中既要隔断

风流又要行人或通车的地方应设立

－

风门表示方式

－

调节风门表示方式

风门。在行人或通车不多的地方，可构筑普通风门。而在行人通车比较频繁的主要运输道上，则应构筑自动风门。 设置风门的要求：

（1）每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5m 。入排风巷道之间要需设风门处同时设反向风门，其数量不少于两道； （2）风门能自动关闭；通车风门实现自动化，矿井总回风和采区回风系统的风门要装有闭锁装置；风门不能同时敞开（包括反风门）；

（3）门框要包边沿口，有垫衬，四周接触严密，门扇平整不漏风，门扇与门框不歪扭。门轴与门框要向关门方向倾斜80°至85°；

（4）风门墙垛要用不燃材料建筑，厚度不小于0.5m ，严密不漏风；

墙垛周边要掏槽，见硬顶、硬帮与煤岩接实。墙垛平整，无裂缝、重缝和空缝； （5）风门水沟要设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严；风门前后各5m 内巷道支护良好，无杂物、积水、淤泥。 2、风桥

当通风系统中进风道与回风道需水平交叉时，为使进风与回风互相隔开需要构筑风桥。按其结构不同可分为三种。

1）绕道式风桥 开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风少。

2）混凝土风桥 结构紧凑，比较坚固。 3）铁筒风桥 可在次要风路中使用。 3、密闭

密闭是隔断风流的构筑物。设置在需隔断风流、也不需要通车行人的巷道中。密闭的结构随服务年限的不同而分为两类：

1）临时密闭，常用木板、木段等修筑，并用黄泥、石灰抹面。

2）永久密闭，常用料石、砖、水泥等不燃性材料修筑。

4、导风板

在矿井中应用以下

几种导风板。

1）引风导风板；

2）降阻导风板；

3）汇流导风板

二、漏风及有效风量

1、矿井漏风及其危害性

有效风量：矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量。

漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。

漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。

2、漏风的分类及原因

1）漏风的分类

矿井漏风按其地点可分为：

（1）外部漏风（或称井口漏风）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。

（2）内部漏风（或称井下漏风）是指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。

2）漏风的原因

当有漏风通路存在，并在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。

3、矿井漏风率及有效风量率

1）矿井有效风量Qe是指风流通过井下各工作地点实际风量总和。

与各台主要通风机风量总 2）矿井有效风量率：矿井有效风量率是矿井有效风量Q

e

和之比。矿井有效风量率应不低于85%。

3）矿井外部漏风量

－－指直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。（可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回（或进）风量）

4）矿井外部漏风率

与各台主要通风机风量总和之比。

－－指矿井外部漏风量Q

L

矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5％，有提升设备时不得超过15％。

4、减少漏风、提高有效风量

漏风风量与漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。

第四节矿井通风设计

一、矿井通风设计的内容与要求

１、矿井通风设计的内容

?确定矿井通风系统；

?矿井风量计算和风量分配；

?矿井通风阻力计算；

?选择通风设备；

?概算矿井通风费用。

２、矿井通风设计的要求

?将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件；

?通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；

?发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；

?有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；

?通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。

二、优选矿井通风系统

1、矿井通风系统的要求

1) 每一矿井必须有完整的独立通风系统。

2）进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和

高温气体侵入的地方。

3）箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。

4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。

5）每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。

6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。

7）井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。 ２、确定矿井通风系统

根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。 三、矿井风量计算 （一）、矿井风量计算原则

矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。

（１）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m 3； （２）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。 （二）矿井需风量的计算 1、采煤工作面需风量的计算

采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。 （１） 按瓦斯涌出量计算：

式中：Q wi ——第i 个采煤工作面需要风量，m 3/min Q gwi ——第 i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m 3/min

k gwi ——第i 个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取k gwi =1.2~1.6 炮采工作面取k gwi =1.4~2.0,水采工作面取k gwi =2.0~3.0 （2）按工作面进风流温度计算：

采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计

k

Q Q gwi wi ??=100

算。其气温与风速应符合表中的要求：

采煤工作面的需要风量按下式计算：

式中 v wi —第i 个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；m/s,

S wi —第i 个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m 2 ；

k wi ——第i 个工作面的长度系数。 3）按使用炸药量计算：

式中 25——每使用1kg 炸药的供风量，m 3/min ；

——第i 个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg 。 4） 按工作人员数量计算：

式中 4——每人每分钟应供给的最低风量，m 3/min n wi ——第i 个采煤工作面同时工作的最多人数,个。 5) 按风速进行验算

按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：

按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量： ２、掘进工作面需风量的计算：

煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。

wli

wi wi wi k S V Q ??=60wi

wi A Q ?=25wi

wi n Q ?=4wi

wi S Q ??≥25.060wi

wi S Q ??≤460

（１）按瓦斯涌出量计算：

式中 Q hi ——第i 个掘进工作面的需风量，m 3/min Q ghi ——第i 个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量；m 3/min

k ghi ——第i 个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数。一般可取1.5~2.0。

（2）按炸药量计算

式中 25——使用1kg 炸药的供风量，m 3/min;

A hi ——第i 个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg （3）按局部通风机吸风量计算

式中 ——第i 个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和。

k hfi ——为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2~1.3；进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。 （４）按工作人员数量计算

式中 n hi ——第i 个掘进工作面同时工作的最多人数，人。 （５）按风速进行验算

按最小风速验算，各个岩巷掘进工作面最小风量：

各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量；

ghi

ghi hi k Q Q ??=100hi

hi A Q ?=25∑?=hfi

hfi hi k Q Q hi

hi n Q ?=4hi

hi S Q ??≥15.060

按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风量：

式中 s hi ——第i 个掘进工作面巷道的净断面积，m 2 ３、硐室需风量计算

独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算： （１）机电硐室

发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算： 式中 Q ri ——第个机电硐室的需风量，m 3

/min

——机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，KW

θ——机电硐室的发热系数，

ρ——空气密度，一般取1.25kg/m 3

c p ——空气的定压比热，一般可取1KJ/kgk Δt ——机电硐室进、回风流的温度差，℃ 采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量 Qri=60~80 m 3/min （2）爆破材料库

Qri=4*V/60 式中 v ——库房空积，m 3 （3）充电硐室

按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算 Qri=200*q rhi

式中 q rhi ——第个充电硐室在充电时产生的氢气量，m 3/min 。

5、矿井总风量计算

矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和

:

di

hi

S

Q

??<460

hi hi S Q ??≥25.060

式中∑Q wl——采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；

∑Q hl——掘进工作面所需风量之和，m3/min；

∑Q rl——硐室所需风量之和，m3/min；

k m——矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取1.15~1.25。

四、矿井通风总阻力计算

(一) 矿井通风总阻力计算原则

1、矿井通风设的总阻力，不应超过2940Pa。

2、矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井

巷摩擦阻力的15%计算。

（二）矿井通风总阻力计算

矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用h m表示。

对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。

在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。当根据风量和巷道参数直接判定最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判定时，应选几条可能是最大的路线进行计算比较，然后定出该时期的矿井总阻力。

矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。

对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。

计算方法：

沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力h f，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力h f1 和h f2。

通风容易时期总阻力：

通风困难时期总阻力：

h f 按下式计算： 式中

五、矿井通风设备的选择

矿井通风设备是指主要通风机和电动机。 （一）矿井通风设备的要求：

1、矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。

2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。

3、风机能力应留有一定的余量。

4、进、出风井井口的高差在150m 以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m 以上时，宜计算矿井的自然风压。 （二）主要通风机的选择 1、计算通风机风量Q f

式中 Q f ——主要通风机的工作风量，m 3/s ; Q m ——矿井需风量，m 3/s ；

k ——漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作 回砚用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。 2、计算通风机风压

离心式通风机（提供的大多是全压曲线）：

容易时期 困难时期

轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）：

容易时期 困难时期

h m －－通风系统的总阻力；

h d －－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力； h vd －－扩散器出口动能损失；

ＨN －－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。 3、初选通风机

根据计算的矿井通风容易时期通风机的Q f 、H sdmin (或H tdmin )和矿井通风困难通风机的Q f 、H sdmax (或H tdmax )在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。 4、求通风机的实际工况点

因为根据Q f 、H sdmin (或H tdmi n )和Q f 、H sdmax (或H tdmax )确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。步骤： 1）计算通风机的工作风阻 用静压特性曲线时：

用全压特性曲线时：

2）确定通风机的实际工况点

在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。

5、确定通风的型号和转速

根据通风机的工况参数（Q f 、H sd 、η、N ）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定通风机的型号和转速。 6、电动机选择

（１）通风机的输入功率按通风容易和困难时期，分别计算风所需的输入功率N min ，Ｎmax 。

（２）、电动机的台数及种类

当N min ≥0.6N max 时，可选一台电动机，电动机功率为： 当N min ＜0.6N max 时，选二台电动机，其功率分别为： 初期：

后期按选一台电机公式计算。ηe ：电机效率，ηtr ：传动效率。 六、概算矿井通风费用

吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。 吨煤通风成本主要包括下列费用： 1、电费（W 1）

吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算：

E ——主要通风机年耗电量， D ——电价，元/KWh ；

T ——矿井年产量，吨； ηv ——变压器效率，可取0.95； E A ——局部通风机和辅助通风机的年耗电量； ηw ——电缆输电效率 2、设备折旧费 3、材料消耗费用 4、通风工作人员工资费用

5、专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。

6、采每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用。

第五节 可控循环通风概述

可控循环通风是由英国学者S.J.LEACH 和A.SLACK 研究提出，七十年初在英国开始应用。之后，包括中国在内的许多国家也相继对可控循环通风进行了研究和应用。