《矿井通风系统》PPT课件.ppt

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1、2020/9/8,矿井通风监测,矿井通风监控(Mine Ventilation supervision),1.背景 2.现状 3.应用及发展前景,1 背景,通风监测是矿井安全检测一个非常重要的组成部分，矿井通风不顺畅很可能导致矿井的危险，包括瓦斯泄露、爆炸等重大安全事故，而经常报道的频繁的矿井安全事故也应证了这一点。目前井工煤矿用通风方法排放的瓦斯约占全矿井瓦斯量的80%90%，采煤工作面涌出的瓦斯量的70%80%也是靠通风方法排除。,同时，通风方法可排除装有抑尘装置采煤工作面粉尘量的20%30%；排除深井采煤工作面热量的60%70%。供给矿井的新鲜空气的质量约是矿井采煤量的518倍，由此可见

2、矿井通风在煤矿生产过程中的地位，是矿井中不可缺少的重要环节。合理的通风是抑制煤炭自然和火灾发展的重要手段，但如果通风系统布置不合理或管理不当，将恰恰是导致瓦斯积聚和自然发火以及造成瓦斯、火灾事故进一步扩大的主要原因。因此提高矿井的通风技术与管理水平是保证矿井正常生产和安全状况的基本任务之一。,2 现状,传统的风机房通风监控设备是模拟指针式仪表，在风道测量的通风参数通过模拟指针式仪表来显示。特点就是读数常方便，误差大，出错概率高，寿命短。 实际上矿井通风监测已经经历了三个阶段：模拟式监测仪表 数字式监测仪表 智能监测仪表,通过对国内十个大型国有煤矿的研究发现我国大部分矿井通风监测过程还完全处于模

3、拟式仪表阶段，所有的监测设备完全是分立的，温度计、湿度计测温度湿度，风表测风速，气压计测大气压力等，而实际上这些量之间都是存在一定关系的。风机房的监控和井下检测都存在同样的问题。如此不但监测过程复杂而且效率低下，准确度低，存在一定的安全隐患。,3 发展前景,随着矿井生产的发展和科学技术的进步，矿井的通风技术和装备也将相应的发展。在通风装备方面，将向大型化、高效率和自动化方面发展。一些新型、高效、大功率的通风机将逐渐替代老旧产品；一些新型的、功能齐全的和智能化的通风参数测量仪表将应用于日常的通风检测工作；环境监测与监控系统将大范围广泛地应用于矿井的各个通风环节。这些新技术和新产品的应用，将进一步

4、提高矿井通风的可靠性和运营的经济性。,在通风理论方面，现代的空气动力学、热力学和传质理论将广泛应用于井下风流非稳态流动方面的研究，为研究深矿井的风流特性、灾变时空气动力学和风流的实时控制提供理论依据采空区内渗流理论的研究也将深入开展，为有效地控制采空区漏风，防止自然发火和提高瓦斯抽放效果提供依据；微机的科学化管理和自动化控制技术将进一步得到推广应用。这些通风理论的突破及新技术、新工艺和新装备的应用，必将彻底改善煤矿井下环境，使矿井通风更加安全可靠，更有效地保证矿井安全生产。,2020/9/8,矿井通风监测,矿井通风系统是向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的矿井通风网路、通风动力和风流控

5、制设施的总称。 矿井通风系统按服务范围分为统一通风和分区通风，按进风井与回风井在井田范围内的布局分为中央式、对角式和中央对角混合式；按主扇的工作方式分为压入式、抽出式和压抽混合式。 阶段通风网路、采区通风网路和通风构筑物，也是迹风系统的重要构成要素。防止漏风，提高有效风量率是矿井通风系统管理的重要内容。,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,统一通风和分区通风,一个矿井构成一个整体的通风系统称为统一通风，划分成若干个独立的通风系统，风流互不干扰，称为分区通风。,2020/9/8,矿井通风监测,1 按矿体分区,2020/9/8,矿井通风监测,2按阶段分区,2020/9/

6、8,矿井通风监测,3按采区分区,2020/9/8,矿井通风监测,4 按通风方法分区,2020/9/8,矿井通风监测,进风井与回风井的布局 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、中央对角混合式。 1、中央式 进、回风井均位于矿体走向中央。,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,2、对角式 1）两翼对角式 进风井大致位于矿体走向的中央，两个回风井位于矿体边界的两翼（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、回风分别位于矿体的两翼称为单翼对角式。,2020/9/8,矿井通风监测,3、混合式 由上述

7、诸种方式混合组成。例如中央并列与两翼对角混合式等等。,2020/9/8,矿井通风监测,4 影响进回风井布置的因素 （1）矿体埋藏浅且较分散 （2）投产初期 （3）矿体长或分散 （4）主要进、回井位置的地质条件,2020/9/8,矿井通风监测,主扇工作方式与安装地点 一、主扇工作方式 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、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。,2020/9/8,矿井通风监

8、测,压入式,2020/9/8,矿井通风监测,2、 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。,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,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。,2020/9/8,矿井通风监测,4 多级机站通风,2020/9/8,矿井通风监测,

9、二、矿井通风系统的选择 根据矿井设计生产能力，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。 当矿区面积较大时，初期可采用中央通风，逐步过渡为对角式或两翼对角式。 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。,2020/9/8,矿井通风监测,三、主扇安装地点,主扇可安装在地表，也可安在井下，一般多安装任地表。 安装在地表的主要优点；安装、检修、维护管理比较方便，井下发生灾变事故时，扇风机不易受到损害，便了采取

10、停风、反风或控制风员等应急措施。其缺点：井口密闭、反风装置和风硕的漏风较大；当矿井较深，工作面距主屈较远时，沿途漏风大；在地形条件复条的情况下，安装、建筑费用较高。 主扇安装在地下的优点：主扇装置漏风少；扇风机靠近作业区，沿途漏风也少：可利用较多井巷进风或回风，降低通风阻力，密闭工程量较少。其缺点；安装、抢修和管理不力便；易因井下灾害而遭到破坏。,2020/9/8,矿井通风监测,阶段通风网路结构,阶段通风网路由阶段进风巷、阶段回风巷、矿井总回风巷和集中回风天井等井巷联结而成。 一、主要术语 (1)阶段进风巷，通常以阶段运输巷兼作阶段进风进。 (2)阶段回风巷，通常利用上阶段已结束作业的运输巷作

11、为下阶段的回风巷。,2020/9/8,矿井通风监测,(3)总回风巷。在各开采阶段的最上部，维护或开凿一条专用回风巷，用以汇集下部各阶段作面所排出的污风，并将其送到回风井，此回风巷称为总回风巷。建立总回风巷可省掉各阶段的回风巷，但需建立集中回风天井。 （4）集中回风天井，集中回风天井是沿走向布置的贯通各阶段的回风小井，它可将各阶段作业面排出的污风送至上部总回风巷。,2020/9/8,矿井通风监测,1 阶梯式,2020/9/8,矿井通风监测,2平行双巷式,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,3 棋盘式,2020/9/8,矿井通风监测,3、棋盘式通风 在作业区域内，每隔一

12、定水平距离，保留一条 联通上下各中段并且通达总回风巷巷的回风天 井。回风天井用风桥跨过每个运输巷巷。平巷 进风，天井回风其典型布置见上图所示。各作 业地点的废风都设法引入回风天井里去，从而 克服了工作面的废风串联，但是增加了通风工 程量。,2020/9/8,矿井通风监测,4 上下间隔式,2020/9/8,矿井通风监测,5梳式,2020/9/8,矿井通风监测,采场通风网路及通风方法,合理的采场通风网路和通风方法，是保证整个通过系统发挥有效通风作用的最终环节，是整个通风系统的至资组成都分。按各种采矿方法的结构特点，回采作业面的通风可归纳为； (1)无出矿水平的巷巷型或硐室型采场的通风； (2)有出

13、矿水平的采场的通风； (3)无底柱分段崩落采矿法的通风。,2020/9/8,矿井通风监测,一、无出矿水平的巷巷型或硐室型采场的通风,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,二、有出矿水平的采场的通风,浅孔留矿法,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,三、无底柱分段崩落采矿法的通风,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,通风构筑物 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。,2020/9/8,矿井通风监测,

14、一、通风构筑物 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 。,2020/9/8,矿井通风监测,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。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巷上，则应构筑自动风门。,2020/9/8,矿井通风监测,2020/9/8,矿井通风监测,设置风门的要求： （1）每组风门不少于两巷，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间距不小于5m。入排风巷巷之间要需设风门处同时设反向风门，其

15、数量不少于两巷； （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内巷巷支护良好，无杂物、积水、淤泥。,2020/9/8,矿井通风监测,2、风桥 当通风系统中进风巷与回风巷需水平交叉时，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。,2020/9/8,矿井通风监测,1）绕巷式风桥 开凿在岩石里，最坚固耐用，漏风

16、少。,2020/9/8,矿井通风监测,2）混凝土风桥 结构紧凑，比较坚固。,2020/9/8,矿井通风监测,3）铁筒风桥 可在次要风路中使用。,2020/9/8,矿井通风监测,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巷中。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。,2020/9/8,矿井通风监测,4、导风板 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,2020/9/8,矿井通风监测,通风系统的漏风及有效风量 1、矿井漏风及其危

17、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巷直接流（渗）入回风巷或排出地表的风量。 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。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。,2020/9/8,矿井通风监测,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、采空区以及碎裂的矿柱的漏

18、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。,2020/9/8,矿井通风监测,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。 2）矿井有效风量率： 矿井有效风量率是矿井有效风量Qe与各台主要通风机风量总和之比。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。,2020/9/8,矿井通风监测,4）矿井外部漏风率 指矿井外部漏风量QL与各台主要通风机风量总和之比。

19、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 漏风风量与漏风通巷两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风巷及附近的风门的气密性，以减少漏风。,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

20、然风压。,（二）主要通风机的选择,1、计算通风机风量Qf 式中 Qf主要通风机的工作风量，m3/s; Qm矿井需风量，m3/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,2、计算通风机风压 离心式通风机： 容易时期 困难时期,轴流式通风机 容易时期 困难时期 hm通风系统的总阻力； hd通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力； hvd 扩散器出口动能损失； N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Qf、Hsdmi

21、n(或Htdmin)和矿井通风困难通风机的Qf、Hsdmax(或Htdmax)在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。根据Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)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,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。下图所示：,5、确定通风的型号和转速 根据通风机的工况参数（Qf 、Hsd 、N）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比

22、较，最后确定通风机的型号和转速。,电动机选择,（）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Nmin max 。 或 （）、电动机的台数及种类 当Nmin0.6Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为： 当Nmin0.6Nmax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。e ：电机效率，tr：传动效率。,矿井通风设计,一、矿井通风设计的内容与要求 、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。 、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

23、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

24、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。,、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。,风量分配基本规律,(一）矿井通风网络 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 1. 分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线 段，线段的方向代表井巷中的风流方向。每条 分支可有一个编号，称为分支号。 2.

25、节点（结点、顶点）：是两条或两条以上分支 的交点 3.（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支 首尾相连而成的线路。如图中，125、 1246和136等均是通路。 4.回路：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。如图中，243、2563和1367。,5、树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。 （二）矿井通风网络图 特点：）通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意改变。 ）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且是进行

26、各种通风计算的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。,1.风量平衡定律 风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零，即 2.能量平衡定律 假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力取“”，逆时针时，其阻力取“”。 （一）无动力源（Hn Hf） 通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：,如图，对回路 -6中有： （二）有动力源 设风机风压Hf ，自然风压HN 。 如图，对回路 -2-3-4-5-1中有：,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。 （）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4m3； （）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：Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min Qgwi第 i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min kgwi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kgwi=1.21.6 炮采工作面取kgwi=1.42.0,水采工作面取kgwi=2.03.0,