通風系統(tǒng)與通風設計教案
第七章 通風系統(tǒng)與通風設計
第一節(jié) 礦井通風系統(tǒng)、第二節(jié) 采區(qū)通風系統(tǒng)
1.上次所講課的內(nèi)容回顧（5～10min）
1.1上次課所講的主要內(nèi)容
局部通風設備及附屬裝置、掘進通風機設計及掘進安全技術(shù)裝置系列化。
1.2能解決的實際問題
（1）掘進通風設備選型
（2）解決長距離掘進通風的問題
（3）解決大風量掘進通風問題
2.本節(jié)內(nèi)容的引入（5min）
2.1與上次內(nèi)容的關(guān)聯(lián)
2.2討論的主要內(nèi)容
礦井通風系統(tǒng)及采區(qū)通風系統(tǒng)
2.3思考題
（1）
（2）
（3）
3.課堂講述于內(nèi)容討論（60～70min）
第一節(jié) 礦井通風系統(tǒng)
礦井通風系統(tǒng)是向礦井各作業(yè)地點傳給新鮮空氣，排出污濁空氣的進、回風井的布置方式通風動力，通風網(wǎng)絡和風流控制設施的總稱。
一、 礦井通風系統(tǒng)的類型及其適用條件
按進風井在井田內(nèi)的位置不同分類
A、 中央式：a、中央并列式 b、中央分列式（中央邊界式）
B、 對角式：a、兩翼對角式 b、分區(qū)對角式
C、 區(qū)域式
D、 混合式
二、 各類型礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)缺點及適用條件
見表P134 表7－1－1
三、 主要通風機的工作方式與安裝地點
工作方式：a、抽出式 b、壓入式 c、壓抽混合式
四、 礦井通風系統(tǒng)的選擇
礦井通風系統(tǒng)應根據(jù)礦井設計生產(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，通過對多個可行的礦井通風系統(tǒng)方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。
中央式通風系統(tǒng)具有井巷工程工量少，初期投資少，宜在初期適用。
煤與瓦斯突出礦井，高瓦斯礦井，易自燃礦井有熱害的礦井宜采用對角式通風系統(tǒng)。
當井田面積較大時，初期可采用中央式通風，逐漸過渡到對角式。
礦井通風方法一般采用抽出式。
在地面有漏風的且有自燃發(fā)火危險性的礦井宜采用壓入式通風。
壓入式與抽出式比較
1壓入時通風的礦井，主要通風機停止運轉(zhuǎn)后，井下瓦斯不會大量涌出；
2從煤壁和采空區(qū)涌出的瓦斯，與礦井通風的相對壓力變化無明顯的關(guān)系；
3“抽”與“壓”兩種通風方法在停風后的同一地點，瓦斯絕對涌出量幾乎相等。
第二節(jié) 采區(qū)通風系統(tǒng)
采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的主要組成單元，是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進風、回風和工作面進、回風巷道組成的風路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風流控制設施。
采區(qū)通風系統(tǒng)的合理與否，影響到采區(qū)內(nèi)的風量分配，發(fā)生事故時的風流控制，生產(chǎn)的順利完成，也影響到全礦的通風質(zhì)量和安全狀況。
一、 采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求
采區(qū)應該有足夠的供風量，并按需分配到各個采掘工作面。其要求：
1每個采區(qū)，都必須在構(gòu)成全風壓通風系統(tǒng)后，方可開掘其他巷道。
聯(lián)合布置時要設置專用的風巷。
嚴禁將一條上、下山或盤區(qū)的風巷分為兩段，一段進風，一段回風。
2采煤工作面和掘進工作面都應采用獨立通風。
3煤層傾角大于12°的采煤工作面，采用下行通風時，報礦總工程師批準。并須遵守如下規(guī)定：
a、 采煤工作面的風速，不得低于1m/s；
b、 機電設備設在回風巷中，其風流瓦斯?jié)舛炔坏贸^1％，并應安裝瓦斯自動監(jiān)測報警斷電裝置；
c、 進、回風巷中，都必須設置消防供水管路。
4采煤工作面于掘進工作面的進風和回風，都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū)。
二、 采區(qū)進風上山與回風上山的選擇
對于薄及中厚的緩傾斜煤層，我國廣泛采用走向長臂采煤法；厚煤層則多采用傾斜分層走向長臂采煤法或放頂煤開采，開掘采區(qū)上、下山巷道與回風大巷及運輸大巷相連。
上（下）山巷道至少有兩條，對于高瓦斯礦井現(xiàn)在要求必須有一條專用回風巷?，F(xiàn)在有的有三條、四條的都有。
當只有兩條時，一條進風，一條回風。
1、 軌道上山進風，運輸上山回風。
2、 軌道上山回風，運輸上山進風。
3、 兩種通風方式的比較：
軌道上山進風：新鮮風流不受煤巖釋放的瓦斯、煤塵污染及煤塵影響，軌道上山的絞車易于通風。變電所設在兩上山之間，其間要設置調(diào)節(jié)風窗，利用兩上山間風壓差通風。
輸送機上山通風：風流方向于運煤方向相反時，易引起煤塵飛揚，運輸過程中所釋放的瓦斯，可使進風流的瓦斯和煤塵濃度增大，影響工作面的安全衛(wèi)生條件；輸送機散發(fā)的熱量，使進風流溫度升高，軌道上山與上、下山車場間設置風門，因車輛頻繁，要防止風流短路。
區(qū)段運輸巷不宜直接和運輸機相連；
軌道上山的上部車場和區(qū)段回風巷不能直接相同，需要風門；有可能引起漏風。
當運輸機采用多臺串聯(lián)運輸時，其上部運輸機的動力設備不能在新鮮風流中，這是《規(guī)程》不允許的。
由此可見，當在運輸上山布置多部運輸機，為保證動力設備在新鮮風流中，宜采用運輸機上山進風。
當運矸和運料任務重且運輸上山巷道內(nèi)只有一部皮帶機時，可采用軌道上山進風。
三、 采煤工作面上行通風和下行通風
上行通風與下行通風是指進風流方向與采煤工作面的關(guān)系而言。當采煤工作面進風巷道水平低于回風巷道時，采煤工作面的風流沿傾斜方向相上流動，稱上行通風。否則稱下行通風。
同向通風與逆向通風是風流方向與煤流方向間的關(guān)系。
上行下行通風的優(yōu)缺點比較：
1瓦斯方向：上行通風時瓦斯輕，其自然流動方向與風流方向一致。當風速過小時，有可能出現(xiàn)風流分層流動和局部瓦斯積存。正常風流（＞0.5～0.8m/s）時其可能性較小。下行風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現(xiàn)象。
2風溫方向：上行通風時，運煤巷道內(nèi)運輸設備的發(fā)熱量也加入到風流中，上行風比下行風的風溫要高。
3自然風壓方面：采區(qū)用上行風，其進風流與回風流產(chǎn)生的自然風壓與機械風壓相同，而下行風，其作用方向相反，故下行風比上行風所需要的機械風壓大；而且，主要通風機一旦因故停止運轉(zhuǎn)，工作面下行風流有可能停止或反風。
4火災方向：工作面一旦起火，所產(chǎn)生的火風壓與機械風壓作用方向相反，使工作面的風量減小，瓦斯?jié)舛仍黾?，故下行風在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風要大。
但是，下行風在降溫，防止瓦斯積存和煤塵濃度等方面有上行風不可比擬的有點。國內(nèi)外從60年代以來使用逐漸增多，如前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)，開灤、淮北、平頂山、淄博等礦區(qū)都有使用。雖然如此，但在我國使用還非常謹慎。
四、 工作面通風系統(tǒng)
采煤工作面的通風系統(tǒng)有采煤工作面進回風巷道的布置方式和類型，可將工作面通風系統(tǒng)分以下幾類。
1、 U型與Z型通風系統(tǒng)
U型后退式通風系統(tǒng)在我國使用比較普遍，其有點結(jié)構(gòu)簡單，巷道施工維修量小，工作面漏風量小，風流穩(wěn)定，易于管理。
缺點是上隅角瓦斯超限，工作面進、回風巷要提前掘進，維護工作量大。
U型前進式通風系統(tǒng)的維護工作量小，采空區(qū)瓦斯不會漏出工作面，當漏風不大時，有一定的優(yōu)越性。其缺點是采空區(qū)支護較困難。
采用Z型后退式通風系統(tǒng)的工作面，采空區(qū)瓦斯不會漏入工作面，而是漏向回風巷，前進式則漏向工作面。需要沿空支護巷道，其難度較大。
2、 Y型、W型及雙Z型
這三種均為兩進一回或一進兩回的采煤工作面，Y型會使回風巷道風量增大，但上隅角及回風道的瓦斯不易超限，并可在上部進風道內(nèi)抽放瓦斯。
后退式W型通風系統(tǒng)：用于高瓦斯礦井的長工作面或雙工作面。
下中進風，上回風時均為上行通風容易造成上段風速高，對防塵不利，上隅角瓦斯容易超限。
所以在瓦斯涌出量很大時，常采用上下進，中間回或者采用中間進，上下回，但存在著上、下行通風，中間回風時，可以進行瓦斯抽放。
W型前進式通風系統(tǒng)維護在采空區(qū)內(nèi)，維護困難，漏風大。
雙Z型通風系統(tǒng)，其中間巷分別在由工作面的兩側(cè)，
前進式時，上下進風巷在采空氣內(nèi)，采空區(qū)的瓦斯漏向工作面，是巷道不易維護。
后退式時，回風巷在采空區(qū)內(nèi)，瓦斯不涌向工作面，但巷道依然維護困難。
在雙Z型通風系統(tǒng)中有一段是下行通風。
H型通風系統(tǒng)
H型通風系統(tǒng)有兩進兩回，三進一回的布置形式
特點：工作面風量大，采空區(qū)瓦斯不漏向工作面，氣象條件好，增加了工作面的安全出口，工作面機電設備卻在新鮮風流中，通風阻力小，在采空區(qū)巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯，但沿空留巷困難，由于有附加巷道影響風流穩(wěn)定管理復雜。
在工作面和采空區(qū)瓦斯涌出量都在比較大時，在入風側(cè)和回風側(cè)都需要增加風量以稀釋整個工作面的瓦斯時，可考慮用H型通風系統(tǒng)。
4.課堂小結(jié)
4.1本節(jié)課的主要內(nèi)容
礦井通風系統(tǒng)分類：
A、 中央式：a、中央并列式 b、中央分列式（中央邊界式）
B、 對角式：a、兩翼對角式 b、分區(qū)對角式
C、 區(qū)域式
D、 混合式
采區(qū)通風系統(tǒng)：采區(qū)進風上山與回風上山的選擇
采煤工作面上行通風與下行通風
工作面通風系統(tǒng)：V、Z型
Y、W、雙Z型
H型
4.2重點
礦井通風系統(tǒng)，采區(qū)通風系統(tǒng)
4.3難點
工作面的上行、下行通風
4.4下次課所要講的內(nèi)容
礦井構(gòu)筑物，通風設計與可控循環(huán)風
5.作業(yè)
7-1、7-3
第七章 通風系統(tǒng)與通風設計
（3學時）
第三節(jié) 通風構(gòu)筑物、 第四節(jié) 礦井通風設計、 第五節(jié) 可控循環(huán)風概述
1. 上次課所講內(nèi)容回顧（5～10min）
1.1上次課所講的主要內(nèi)容
礦井通風系統(tǒng)：中央式、對角式、區(qū)域式、混合式；采區(qū)通風系統(tǒng)、上下巷進回風巷的選擇，上行風下行風的比較及工作面通風系統(tǒng)。
1.2能解決的實際問題
（1）進行礦井通風系統(tǒng)比較
（2）采區(qū)進、回風上、下山的選擇
（3）工作面上、下行風的選擇
（4）工作面通風系統(tǒng)的選擇
2.本節(jié)內(nèi)容的引入（5min）
2.1本次與上次課內(nèi)容的關(guān)聯(lián)
2.2討論的主要內(nèi)容
通風構(gòu)筑物及其漏風，通風設計，可控循環(huán)風概述
2.3思考題
3.內(nèi)容討論與課堂講述（100～110min）
第二節(jié) 通風構(gòu)筑物及漏風
礦井通風系統(tǒng)，除了有構(gòu)筑物合理的通風網(wǎng)絡和能力適當?shù)耐L機外，還安在網(wǎng)絡中的適當位置安設隔斷，引導和控制風流的設施和設置，以保證風流按需流動。這些設施和設置統(tǒng)稱為通風構(gòu)筑物。
一、 通風構(gòu)筑物
兩類：A通過風流的通風構(gòu)筑物：風硐、反風裝置、風橋、導風板和調(diào)節(jié)風窗。
B隔斷風流的通風構(gòu)筑物：井口密閉、擋風板、風簾和風門等。
（一） 風門
在通風系統(tǒng)中既要隔斷風流又要行人或通車的地方應安設風門。
在行人或通車不多的地方可構(gòu)筑普通風門，而在行人通車比較頻繁的運輸巷道上，則應構(gòu)筑自動風門。
普通風門可用木板或鐵板制成，要求門扇與門框之間呈斜面接觸，嚴嚴密。結(jié)構(gòu)堅固。
自動風門分類：碰撞式自動風門
氣動或水動風門
電動風門
永久風門的質(zhì)量標準：
1每組風門不少于兩道，通車風門間距不小于一列車長度，行人風門間不小于5m；
2風門能自動關(guān)閉，通車風門的自動化。礦井總回風和采區(qū)回風系統(tǒng)的風門安裝有閉鎖裝置，風門不能同時敞開；
3門框要包邊沿口有襯墊，四周接觸嚴密。門扇平整不漏風，風窗與門框不歪扭，門軸與門框要向關(guān)門方向傾斜80～85°；
4風門墻垛要用不燃性材料建筑，厚度不小于0.5m，嚴密不漏風；
5風門水溝要安設反水池或擋風簾，通車風門要設底坎，電管路孔要堵嚴。風門前后各5m內(nèi)巷道支護良好，無雜物，積水，淤泥。
（二） 風橋
當通風系統(tǒng)中進風道與回風道水平交叉時，為使進風與回風互相隔開需要構(gòu)筑風橋。
按其結(jié)構(gòu)可分為三種：
A繞道式風橋：開鑿在巖石中，最堅固耐用，漏風少，能通過大于20 m3／s的風量。用于主要風路中。
B凝土風矯:結(jié)構(gòu)緊湊，堅固；可通過風量10—20 m3／s。
C鐵筒風橋:鐵筒可制成圓形成矩形，風筒直徑不小于.0.8～1m。鐵板厚不小于5mm?？赏ㄟ^≤10m3/s的風，用于次要風路中。
風橋的質(zhì)量標準：
（1） 不燃的材料建筑
（2） 橋面平整不漏風
（3） 風橋前后5m范圍內(nèi)支護良好，無異物，積水淤泥
（4） 風橋斷面不小于其巷道斷面的4/5，成流線型，坡度小于30°
（5） 兩端嚴密，四周實幫，實底要填實
（6） 上下不準設風門
（三） 密閉
是隔斷風流也不通車行人的巷道中設置服務年限分：A臨時密閉：常用木板、木段等修筑，并用黃泥，石灰摸面；
B：永久密閉：常用料石，水泥等不燃材料修筑。
永久密閉的質(zhì)量標準：
（1） 用不燃材料建筑，不漏風，墻體厚度不小于0.5m
（2） 密閉前無瓦斯積聚，5m內(nèi)支護良好
（3） 密閉周邊要掏槽，間硬底，硬幫與煤巖接實
（4） 其中有水的要設置反水池與反水管，有發(fā)火的要設置觀測孔，灌漿孔
（5） 要設置柵欄警標、說明和檢查箱
（6） 墻面平整、無裂縫、重縫和空縫
（四） 漏風及有效風量
按其作用分類：
A：引風導風板
B：降阻導風板
C：匯流導風板
二、 漏風及有效風量
（一） 定義：
礦井中流至各用風地點，起到通風作用的風量稱為有效風量。未經(jīng)過用風地點而經(jīng)過其他空隙通道直接流入回風巷或排出地表的風量稱為漏風。
（二） 漏風的原因：
漏風通路在且有壓力差時就可以產(chǎn)生漏風。
（三） 礦井有效風量率及漏風率
1. 礦井有效風量：Qe
指風流通過井下各工作地點（獨頭通風的采掘工作面，硐時和其他用風地點）的實際風量總和。
2. 礦井有效風量率
（一） 減少漏風，提高有效風量
1. 采用中央并列式通風系統(tǒng)中時進、回風井保持一定距離防止井筒漏風；
2. 進回風巷間的巖柱和煤柱要保持足夠的尺寸，防止被壓裂而漏風；
3. 提高構(gòu)筑物的質(zhì)量，防止漏風；
4. 采空區(qū)要注漿、灑漿、灑水等，可提高壓實程度，減少漏風；
5. 利用箕斗中回風時，井底煤倉要有一定煤量，防止漏風；
6. 采空區(qū)和不用的風眼及時封閉。
第四節(jié) 礦井通風系統(tǒng)設計
一、 礦井通風設計的內(nèi)容與要求
其基本任務是建立一個安全可靠、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理的礦井通風系統(tǒng)。
（一） 基建時期的通風：
多采用局扇通風，當進、回井貫通后，主要通風機安裝完畢后，可采用全風壓通風。
（二） 礦井生產(chǎn)時期的通風
指礦井正常投產(chǎn)后，全礦井開拓、采煤、準備及其他井巷的通風。
1、 礦井服務年限不長時（15～20年）只做一次設計，初期為容易時期，后期為困難時期，根據(jù)這兩個時期選擇通風設備。
2、 礦井服務年限較長時，可分兩期或更多設計，一般為第一水平為第一期，對根據(jù)該時期的通風容易和困難時期來選擇通風設備。
第二期的通風設計一般只做原則上規(guī)劃。
（三） 礦井通風設計的內(nèi)容
1. 確定礦井通風系統(tǒng)；
2. 礦井風量計算和風量分配；
3. 礦井通風阻力計算；
4. 選擇通風設備；
5. 概算礦井通風費用
（四） 礦井通風設計的要求
1. 供給足夠的新鮮風流；
2. 系統(tǒng)簡單，風流穩(wěn)定，抗災能力強；
3. 事故發(fā)生時，風流易于控制，人員便于撤出；
4. 安全環(huán)境與安全監(jiān)測系統(tǒng)和檢測措施；
5. 基建投資省，營運費用低，綜合效益好。
二、 優(yōu)選礦井通風系統(tǒng)
（一） 礦井通風系統(tǒng)的要求
(1)每一礦井必須有完整的獨立通風系統(tǒng)。
(2)進風井口應按全年風向頻率，必須布置在不受粉塵、煤塵、灰塵、有害氣體和高濕氣體侵入的地方。
(3)箕斗提升井或裝有膠帶輸送機的井簡不應兼做進風井，如果兼做回風井使用，必須采取措施．滿足安全的要求。
(4)多風機通風系統(tǒng)，在滿足風量按需分配的前提下，各主要通風機的工作風壓應接近．當通風機之間的風壓相差較大時，應減小共用風路的風壓，使其不超過任何一個通風機風壓的30％。
(5)每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，都必須布置回風巷，實行分區(qū)通風。
(6)井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風流，回風風流必須直接引入礦井的總回風巷或主要回風巷中。
(7)井下充電室必須用單獨的新鮮風流通風，回風風流應引人回風巷。
（二） 確定礦井通風系統(tǒng)
三、 礦井風量計算
（一） 風量計算原則：
1、 按井下同時工作最多人數(shù)來計算，至少4m3/min·人。
2、 按采煤、掘進、硐室及其他實際需風量的總和計算。
（二） 礦井需風量的計算
1、 煤工作面的需風量計算
按下列因素計算并取其中最大值：
1瓦斯涌出量
1. 課堂小結(jié)
4.1本節(jié)課的主要內(nèi)容
通風構(gòu)筑物（風門、密閉、風橋、導風板等）漏風、漏風率及有效漏風率，礦井通風設計及可控循環(huán)風。
4.2重點
通風構(gòu)筑物，漏風，漏風率，有效風量率的計算，礦井通風設計主要通風機選型。
4.3難點
主要通風機選型
4.4下次課所要講的主要內(nèi)容
礦井空氣調(diào)節(jié)
5.作業(yè)
