矿井与采区通风系统.ppt
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1、第五章 矿井与采区通风系统,矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式和通风网络的总称。它是用机械动力将地面新鲜空气经一定线路输送到井下各个用风地点,然后将污浊空气排出地面的系统。矿井通风方法是指矿井主要通风机对矿井供风的方式,分为抽出式、压入式和混合式。矿井通风方式是指矿井进风井筒与回风井筒的布置方式,分为中央式、对角式和混合式。矿井通风网络是指风流流经路线的连接形式,分为串联、并联、角联和复杂联接形式。 矿井通风系统对整个矿井的通风和生产安全有着极其重要的作用,是矿井生产中极其重要的内容。无论对于新建矿井还是生产矿井,都必须保证矿井通风系统的合理性。,第一节 矿井通风方法,中央并列式,中央分列式
2、,两翼对角式,分区对角式,中央并列式与中央分列混合,分区对角与中央分列混合,中央并列式与两翼对角混合,第一节 矿井通风方法,矿井通风方法主要有抽出式、压入式和压抽混合式。 一、抽出式通风 如图5-1所示,抽出式通风是将矿井主要通风机安设在回风井一侧的地面上,作抽出式通风。动画演示 目前,我国大部分矿井采用抽出式通风,抽出式通风在矿井主要通风机的作用下,矿内空气的压力低于同标高大气压力,处于负压状态。抽出式通风的主要优点是矿井主要进风巷道无需安设风门,便于运输、行人,矿井通风管理工作容易;另外在瓦斯矿井采用抽出式通风,由于矿井风流处于负压状态,一般认为,当主要通风机因故停风时,井下风流压力提高,
3、在短时间内可抑制采空区内瓦斯等有害气体的涌出,相对压入式通风比较安全。,图5-1 抽出式通风,二、压入式通风 如图5-2所示,压入式通风为将矿井主要通风机安设在进风井一侧的地面上,作压入式通风。动画演示 压入式通风在矿井主要通风机的作用下,矿内空气的压力高于同标高大气压力,处于正压状态。压入式通风的缺点是在矿井进风路线上需要设置控制风流的设施(如风门、风窗等),从而漏风较大,使通风管理工作比较困难;而且,压入式通风使井下风流处于正压状态,当主要通风机因故停风时,井下风流压力降低,在短时间内采空区内瓦斯等有害气体的涌出量会增加,造成瓦斯积聚,对安全不利。 当开采煤田上部第一水平,瓦斯不太严重,而
4、且地面塌陷区分布较广时,宜采用压入式通风。因为在这种情况下,可用一部分回风把塌陷区的有害气体压到地面,形成短路风流,避免了塌陷区有害气体的危害。此外,当矿井火区比较严重,若采用抽出式通风,易将火区中的有毒有害气体抽到井巷中,威胁安全,在这种情况下,可采用压入式通风。,图5-2 压入式通风,三、混合式通风 混合式通风是指在矿井进风侧和回风侧都安设矿井主要通风机,地面新鲜空气由压入式主要通风机压入井下,污浊空气由抽出式主通风机排出井外。这种通风方法虽然产生较大的风压,但需要通风设备多,增大了矿井通风管理的难度,所以一般很少采用。,混合式通风,第二节 矿井通风方式,根据矿井进风井与出风井的布置形式不
5、同,矿井通风方式分为中央式、对角式和混合式。 一、中央式 中央式是进风井与出风井大致位于井田走向的中央。根据出风井沿井田倾斜方向位置不同,中央式又分为中央并列式和中央分列式(又叫中央边界式)。 1.中央并列式 无论沿井田走向或倾斜方向,进风井与出风井均位于井田的中央,布置在同一工业广场内。如图5-3所示,是立井中央并列式通风方式。动画演示,2.中央分列式 如图5-4所示,进风井在井田的中央,出风井位于井田上部边界沿走向的中央,出风井的井底标高一般高于进风井井底标高。动画演示,二、对角式 进风井在井田的中央,出风井分别位于井田上部边界沿走向的两翼,根据出风井沿走向位置的不同,又分为两翼对角式和分
6、区对角式。动画演示 1.两翼对角式 进风井位于井田中央,而在井田浅部沿走向的两翼边界附近或边界采区的中央各开掘一个出风井,如图5-5所示。,2.分区对角式 进风井位于井田中央,在每个采区的上部边界各开掘一个出风井,如图5-6所示。动画演示,三、混合式 混合式即中央式和对角式的混合布置,混合式通风方式可以有以下几种形式:中央并列与中央分列混合式,中央并列与两翼对角混合式,中央分列与两翼对角混合式等。混合式通风方式一般是老矿井深部开采时进行的通风系统改造形成的通风方式。如图5-7为中央分列与两翼对角混合式通风。,四、通风方式的比较 通过对各种通风方式的分析,可以看出,中央并列式通风的优点是:初期开
7、拓工程量少,投资少,投产快;地面建筑比较集中,便于生产管理;两个井筒集中,便于井筒开掘和延伸,井筒安全煤柱少;通风系统简单,易于实现矿井反风。其缺点是:矿井通风路线是折返的,通风路线较长,通风阻力较大;进出风井距离近,容易造成漏风使风流短路,特别是井底漏风较大;这种方式安全出口少。 中央分列式和两翼对角式的布置方式与中央并列式的特点相反。 矿井通风方式选取,应根据煤层赋存条件、地形条件、井田面积、走向长度以及矿井瓦斯和煤层自然发火等条件,从技术上,经济上和安全上加以分析,通过方案比较来确定。 煤层倾角大、埋藏深,但井田走向不大(小于4km),而瓦斯和煤层自然发火都不严重,地表又无煤层露头的新建
8、矿井,采用中央并列式通风比较合理。,煤层倾角小、埋藏较浅,但井田走向不大(小于4km),而瓦斯和煤层自然发火比较严重的新建矿井,适宜采用中央分列式通风。 煤层埋藏较浅,井田走向较大(大于4km),井型比较大,而瓦斯和煤层自然发火比较严重的新建矿井,或者瓦斯等级较低,但矿井煤层走向较长,井型较大的新建矿井,适宜采用两翼对角式通风。 煤层埋藏距地表较浅,瓦斯和煤层自然发火都不严重,但地表山峦起伏,无法开掘总回风道,或者地面小窑塌陷区严重,煤层露头多的新建矿井;适宜采用分区对角式通风。瓦斯等级较高,或有煤与瓦斯突出危险,煤层自然发火危险性和煤尘爆炸性均较强,也适宜采用分区对角式通风。 混合式通风不适
9、用于新建矿井,是老矿井通风系统改造的通风方式。,第三节 矿井通风网络的基本形式及特性,矿井风流按照生产要求流经路线的结构形式,叫做矿井通风网络,简称通风网。矿井通风网络中井巷风流的基本连接形式有串联、并联和角联三种形式。仅有串联和并联组成的通风网称为简单通风网或串并联通风网;有角联通风网络时,则称为角联通风网或复杂通风网。为了搞好通风工作,必须掌握通风网络的基本连接形式的特性。,一、串联通风及特性 串联通风为两条或两条以上的巷道循序地首尾相接,风流依次流经各巷道并且在中间无分支风路的通风,称为串联通风,俗称“一条龙”通风,如图5-8所示。串联风路有以下特性。,1.总风量和分风量的关系 串联风路
10、的总风量等于各分支的风量,即: (5-1) 2.总风压和分风压的关系 串联风路的总风压等于各分支风路上分风压之和,即: (5-2) 3.总风阻和分风阻的关系 将h=RQ2代入式5-2化简得 (5-3) 上式表明,串联风路的总风阻等于各分支风路上分风阻之和。,4.总等积孔和分等积孔的关系 因为: ,则 ; 所以,式5-3可以写成: (5-4) 上式表明:串联风路的总等积孔平方的倒数,等于各分支风路的等积孔平方的倒数之和。式5-4可以简化成: (5-5),二、并联通风及特性 并联通风为两条或两条以上的巷道,在某一点分开,又在某一点汇合,其中间无分支风路的通风,称为并联通风,并联通风分为简单并联和复
11、杂并联。简单并联如图5-9的a-b区段,复杂并联如图5-10的a-b区段,他们共同的特点是:风流在 a点分开,又在b点汇合,这类并联称为闭合式并联。如图5-11所示的风路称为敞开式并联,这类并联的特点是:风流在B点分开后,在井下不再汇合,而是直接与大气连通。,并联风路有以下特性。 1.总风压和分风压的关系 并联风路的总风压等于并联风路任一分支的风压,即: (5-6) 2.总风量和分风量的关系 并联风路的总风量等于各分支风路的风量之和,即: (5-7) 3.总风阻和分风阻的关系,上式表明:并联风路的总风阻平方根的倒数,等于各分支风路风阻平方根的倒数之和。把式5-8化成如下形式:,(1)当并联风路
12、为只有两条分支的简单并联风路时,并联风路的风阻关系为:,(2)当并联风路各分支风阻相等时,并联风路的风阻关系为: 4.总等积孔和分等积孔的关系 所以,式5-10可以写成:,A并=A1+A2+An ,m2 (5-13),5.并联风路的风量自然分配 分析图5-8所示的简单并联风路,存在h并=h1=h2,即:,即得下式:,上式5-14说明:并联巷道中各分支风流风量与各分支巷道风阻的平方根成反比。风阻较大的巷道,自然分配的风量较小;风阻较小的巷道,自然分配的风量较大。这种按照并联巷道风阻大小分配风量称为风量自然分配。这是并联风路的一种特性。 若有n条并联风路时,则:,综上所述,在计算并联风路的风量自然
13、分配时,应根据已知条件,选择不同公式计算,实际工作中公式5-16和公式5-17比较常用。 通过对串联风路和并联风路的特性分析,可以发现串联风路和并联风路优缺点如下: 并联风路的分风路较多,总等积孔较大,通风风阻较小,通风容易;并联风路各分支都有独立的新鲜风流;并联风路中若某一分支发生事故,易于隔绝,不致影响其它风路,安全条件好;并联风路还有利于风流的控制和风量的调节,容易做到风量的按需分配。在实际生产中,并联风路比串联风路的开拓工程量大。 串联风路的通风风阻较大,总等积孔较小,通风困难;前段巷道的污浊风流必然流经后段巷道,后段巷道难以获得新鲜风流;串联风路中若某一分支发生事故,容易波及整个风路
14、,安全条件差;串联风路中各工作地点不能进行风量的调节,不能有效利用风量。 由此可见,并联风路通风经济、安全、可靠。所以规程规定:生产水平和采区必须实行分区通风;采、掘工作面应实行独立通风。,三、角联通风及特性 并联风路的两条风路之间,还有一条或数条风路连通的通风连接形式叫做角联通风。如图5-12所示为角联通风,BC为对角巷道。 角联通风的特性是,对角巷道的风流是不稳定的。对角巷道的风流方向变化取决于相邻巷道的风阻值的比例。 对角巷道BC中无风流通过时,B、C两点的压力相等,即:,公式5-17为角联风路中,对角巷道BC无风流通过时的判别式。 对角巷道BC中风流方向假定为由B流向C时,B点的压力大
15、于C点的压力,即:,公式5-18为角联风路中,对角巷道BC风流由B流向C时的判别式。 对角巷道BC中风流方向假定为由C流向B时,B点的压力小于C点的压力,即:,公式5-19为角联风路中,对角巷道BC风流由C流向B时的判别式。 在实际通风管理工作中,注意尽量不要出现角联巷道,使通风系统简单化,尤其不能使工作面地点处于角联巷道中。若出现角联巷道时,应加强通风管理,严格控制各巷道风阻的比例关系,以防对角巷道无风或风流反向,形成瓦斯积聚而发生事故。,第四节、矿井采区通风,矿井是分采区回采的,每个采区都包括回采工作面、掘进工作面、硐室(采区变电所和绞车房等)及其它用风地点,采区是矿井生产的中心,是人员比
16、较集中的区域,搞好采区的通风工作是保证矿井安全生产的基础。 一、采区通风系统的内容及基本要求 采区通风系统是采区生产系统的重要组成部分。它包括采区的进回风上山(下山)布置,工作面进回风巷道的布置方式,工作面的通风方式,采区通风路线的连接形式,以及采区内的通风设施设备等内容。 采区通风系统主要取决于采区巷道的布置和采煤方法。在确定采区通风系统时,应遵循安全、经济、技术合理的原则,满足下列基本要求:,(1)生产水平和采区必须实行分区通风;采、掘工作面应实行独立通风;同一采区内,同一煤层上下相连的2个同一风路中的采煤工作面、采煤工作面与其相连接的掘进工作面、相邻的2个掘进工作面,布置独立通风有困难时
17、,在制定措施后,可采用串联通风,但串联通风的次数不得超过1次;采区内为构成新区段通风系统的掘进巷道或采煤工作面遇地质构造而重新掘进的巷道,布置独立通风确有困难时,其回风可以串入采煤工作面,但必须制定安全措施,且串联通风的次数不得超过1次,构成独立通风系统后,必须立即改为独立通风。 开采有瓦斯喷出或有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的煤层时,严禁任何2个工作面之间串联通风。 (2)在采区通风系统中,要保证采区内风流的稳定性,尽可能避免对角风路和复杂通风网路。,(3)在采区通风系统中,力求通风系统简单,以便在发生事故时,易于控制风流和撤出人员。必须设置的通风设施(风门、风窗、风桥、密闭和风筒等)
18、和设备(局部通风机、辅助通风机等)要选择适当位置,严格规格质量,严格管理制度,保证安全运转。 (4)在采区通风系统中,要求通风系统阻力小,通风能力大,风流畅通,风量按需分配;为此,保证采区巷道断面足够,巷道要加强支护,巷道内无堆积物。 (5)在采区通风系统中,尽量减少采区漏风量,有利于瓦斯排放及防止采空区浮煤自燃。 二、采区进风与回风上(下)山的布置 采区进风与回风上(下)山,是采区通风系统的主要风路,是由采区巷道布置所决定的。在确定采区巷道布置时,要同时考虑采区通风的问题,做到采区通风合理,满足采区通风的要求。,1.单一煤层开采时的布置 单一煤层开采时,采区中央一般布置两条上山,一条为进风上
19、山,一条为回风上山。对于开采厚煤层产量较大的采区,考虑到生产和通风的要求,采区上山用皮带输送机运输时,一般布置三条上山,其中一条为皮带输送机上山,一条为轨道上山,一条为专用回风上山。如图5-13所示,为单一煤层开采的通风系统。采区布置两条上山时,一条为运输上山,一条为轨道上山,一般选择运输上山进风,轨道上山回风,其优点是运输机设备处于新鲜风流中运转比较安全,另外,轨道上山的上部车场不需安设风门,风门数目减少,便于通风管理;其缺点是运输上山产生的煤尘、释放的瓦斯、产生的热量被风流带入工作地点,影响进风流的质量,另外,轨道上山的下部车场内需安设风门,此处矿车来往频繁,给运输管理带来不便。在实际生产
20、中,应根据矿井具体开采条件和管理水平,也可以选择运输上山回风,轨道上山进风,做到采区通风系统合理,满足采区通风的要求。 采区布置三条上山时,皮带输送机和轨道巷作为进风,专用回风上山作为回风巷道;运输和绞车提升等机电设备处于新鲜风流中,运转安全,另外,采区通风系统比较简单,通风管理容易。,2.多煤层开采时的布置 图5-14所示,为多煤层开采的通风系统。采区巷道布置为:在下一煤层的底板岩石中,布置集中运输上山和集中轨道上山,在上煤层中布置集中回风上山,上、下煤层中的区段平巷与集中运输上山和集中轨道上山之间用区段石门及溜煤眼联系,区段回风平巷与集中回风上山直接联系。图5-14 多煤层开采的通风系统
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