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矿井通风讲义

一、矿井通风

●矿井通风的目的

一是供给井下工作场所足够新鲜空气。

二是冲淡并排出井下作业场所有害气体和矿尘至地面。

三是保证井下有适宜的气候条件，创造良好的生产环境。

●井下空气与地面的区别

1、井下空气：

充满井下巷道中的所有气体和杂质的混合气体称为井下空气。

2、地面空气：

主要氧、氮、二氧化碳三种气体组成，按比例（体积百分比）计算分别占：

O220.95%；N279.0%；CO20.04%。

此外还有数量不等的水蒸汽，微生物和矿尘等。

3、二者的区别：

①下空气中氧气含量减少。

②井下空气中混有各种有毒有害气体和爆炸性气体。

③井下空气中混入有煤尘和岩尘。

④井下空气的温度、湿度和压力与地面空气相比也发生变化。

●我们煤矿常讲的新鲜风流与乏风流如何界定？

新鲜风流——空气质量与地面空气差别不大或近似时的风流。

如进风井底车场、进风大巷、上下山、进风石门、采煤工作面进风巷等处的风流。

乏风流——途经生产地点，如采掘工作面各种峒室回出的风流。

●空气中氧含量对人体的影响（见表）

O2含量

人体反应

21%

最适宜人的呼吸浓度

17%

静坐无影响，工作时喘气、呼吸困难、心跳快。

15%

失去劳动能力。

10～12%

失去知觉，时间稍长有生命危险。

6～9%

人在短时间内死亡。

●规程中对井下空气中氧气、二氧化碳浓度及有害气体的规定：

如下表所示：

名称

单位

充许浓度

氧气

大于等于20%进风流中

二氧化碳

小于等于0.5%进风流中

一氧化碳

≤0.0024%

氧化氮（NO2）

≤0.00025%

二氧化硫

≤0.0005%

硫化氢

≤0.00066%

氨

≤0.004%

氢气

井下充电峒室风流中及局部积聚处的氢气

浓度必须小于等于≤0.5%

●井下空气中的主要有害气体

井下主要的有害气体有:

CO、H2S、SO2、NO2、CO2、CH4、H2等。

常见有害气体有：

沼气（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮气（N2），其它有害气体是井下发生灾变时伴生的有害气。

●矿井通风动力

矿井通风动力可由机械通风造成，也可以由自然因素产生，前者为机械通风、后者为自然通风。

1、矿井通风动力的分类：

自然通风——由于自然因素作用产生风压形成风流流动的通风。

正压通风——压入式

机械通风

负压通风——抽出式

2、自然通风、机械通风各有何优点、缺点：

自然通风——经济实惠。

但风量、风向易受温度变化而变化，通风系统不稳定，安全性差。

机械通风——通风系统稳定，安全性好但不经济。

3、正压通风、负压通风的适用范围：

负压通风——由于在主要进风巷道，无需要安装风门，便于运输、行人，易于通风管理。

同时在瓦斯矿井如立扇停止运转、井下空气中压力增高，短时间内可以仰制采空区及煤壁中CH4涌了，安全性能较好。

故用于各种矿井。

正压通风——适用于开采煤田瓦斯不严重、地面由采动影响塌陷区分布较广的矿井，采用正压通风可使井下有害气体通过塌陷区裂隙排至地面，形成短路风流，并可以减轻通风机负荷，节约用电。

但是不适用于高瓦斯矿井，原因与负压相反不再详述。

●通风方式：

1、通风方式的分类：

根据进、回风井的布置形式不同可分为：

中央并列式

中央式通风

中央分列式

两翼对角式

对角式通风

分区对角式

混合式：

进回风井有三个以上井筒，按上述方式混合而成。

中区式通风——是进回风井位置大致位于井田走向中央。

根据回风井沿煤层倾斜方向位置不同又分为中央并列与分列两种。

如下图所示：

回风井

进风井

中央并列式通风方式

分列式通风方式

对角式通风是进风井大致大致位于井田中部，而风进位于进田两翼式采区浅部边界处。

如图：

两翼对角式通风

分区对角式通风：

2、各种通风方式的优缺点及适用范围：

优点

缺点

适用范围

中央式

初期投资少，生产比较

集中，建井工期短，只

有一台主扇，易管理

通风路长，进回风

间漏风大，工业广

声噪音大

井田范围小，煤层自

燃发火不严重

分区式

通风路线短，系统稳定，

安全系数大

初期投资大，建井

工期长，主扇间易

相互影响

井田范围大，煤层

自燃严重的井田，有

煤与CH4突出的煤层

混合式

老井改造

●矿井通风系统

㈠概念：

矿井通风系统先是通风方法、通风方式和通风网路的总称。

通风方法——是指通风机的工作方法。

分有抽出式、压入式和压抽联合式通风。

通风方式——是指进风与回风井筒的布置方式。

有中央并列、中央边界式；两并对角，分区对角式；混合式等方式。

通风网路——是指风流流经井巷的联接形式。

有串联，并联，角网联接方式。

㈡对采区通风系统的要求：

采区通风系统是矿井通风系统的基本组合部分。

采区是矿井生产人员集中作业的场所，所以确定采区通风系统时，必须满足以下要求：

1、采、掘工作面，硐室应采取独立通风，并按照瓦斯、CO2气体条件等实际需要配风。

2、通风网路力求简单，便于风流控制。

3、系统稳定性好，消除或减少角联通风。

4、为采掘地点创造良好的气体条件。

5、有利用采空区瓦斯的合理排放和防止煤炭自燃。

6、采空区漏风少。

㈢常见的通风设施：

矿井常见的通风设施有风门、密闭、风桥、测风站等四种。

1、风门

按用途分有：

永久风门ID

临时风门D

调节风门D

2、密闭：

是在不允许通车、行人，不允许通风的巷道构筑的截断风流的通风设施。

有永久密闭、临时密闭。

3、风桥

是避免进风巷与回风巷在同一标高相通的使进、回风立体相交分开通过的一种通风设施。

4、测风站：

是指固定的测风地点。

要求断面规整，前后10m范围内无分岔巷道，又能测量矿井或采区、工作面风量的地点。

㈣通风系统图：

1、通风系统图的分类：

有通风系统平面图、通风系统示意图、通风系统立体示意图。

2、通风系统图标注内容：

应标注的内容是：

风流方向，风量，通风设施，防火、防尘设施，火区位置范围。

㈤通风网路图

1、通风网路图：

用不按比例、不反映空间关系的单线条来表示矿井通风网路状况的图纸。

2、通风网路图的用途：

把各通风巷道（包括漏风风路）之间的关系和风流流动情况更加清晰地表示出来，便于分析、研究通风系统的合理性，进行网路解算，加强和改善通风管理。

3、绘制通风网路的原则：

①在矿井或采区通风系统图上，沿风流流动方向（路线）将风流分岔点、汇合点依次编号。

②按照风流分、合点绘出主要风流路线，并标上分、合点的编号。

③然后在各主要风流路线上连接各相应的分风点和合风点。

④最后绘出主要漏风风路。

⑤在各线段上标明风流方向，巷道风阻，通风风量及风阻等数据。

⑥在绘制矿井通风网路图时，几个相距很近的分合点，在压力相近或精度许可时，可以简化为一点。

㈥通风网路的形式

1、常见的通风网路有并联通风网路、串联通风网路和角联通风网路三种。

①并联通风

就是两条或两条以上的风路在同一点分开，又在同一点汇合，分合点之间无分支风路存在。

如图a所示。

图a

②串联通风：

两条或两条以上风路首尾相接，中间没有分支风路的通风形式。

12345

图b

③角联通风：

图c

是在简单并联风路分合点之间共穿一条或几长对角风路的通风形式。

2、各种风路的优缺点：

并联——抗灾能力好、阻力小、系统稳定。

串联——通力大，抗灾能力差，事故易扩大。

角联——系统不稳定，抗灾能力差，事故易扩大。

●什么是并、串、角联通风网路，各有何优缺点？

1、概念：

·并联通风——并联通风网路就是两条或两条以上风路在同一点分开，又在同另一点汇合，分合之间无分支风路存在。

如右图：

·串联通风——两条或两条以上（风路）巷道首尾相连，中间没有分支风路的，叫做串联通风（风路）。

1234

如右图：

·角联网路——是在简单并联分、合点之间共穿一条或几条对角风路的通风网路。

优缺点：

并联网路：

抗灾能力好阻力小系统稳定

串联网路：

通风阻力大抗灾能力差事故易扩大

角联网路：

系统不稳定抗灾能力差事故易扩大

●通风网路中风流动的规律

在各种通风网路中，风流动的客观规律，既有普通性又有特殊性。

既要遵循普遍规律，又必须用特殊规律进行具体解算。

㈠普遍规律：

定义：

就是任何通风网路，无论风量自然分配或按需分配，都要遵循的规律，它是由风流在井巷流动的特性所决定的。

1、风量平衡定律：

流进汇点的风量等于流出汇总的风量或者说流进与流出汇点的风量平衡。

即：

Q进=Q出或Q进－Q出=03

Q1+Q4=Q2+Q3+Q554

Q1+Q2－Q2－Q3－Q5=0

也就是说：

∑Qi=0m3/s

一般规定流进汇点的风量为正，流出汇点的风量为负。

Q1=Q2-8＋Q2-4Q5=Q3＋Q2-4……等。

2、风压平衡定律：

定义：

在闭合风路中，不同方向的风流（指顺时针风流和逆时针风流），受着相等风压支配，或者说不同方向的风流，它们的风压必须平衡。

即：

∑hi=0，pa

上式说明，在任何闭合风路中，不同方向的风流，它们的风压（阻力）的代数和等于零。

一般取顺时方向的风流的风压为正；逆时方向的风流的风压为负。

如图：

在风路1-2-3-1中，它们的风压关系是：

h1-2=h1-3＋h3-2pa

对于闭合风路3-2-4-3，它们的风压关系是：

h3-2＋h2-4－h34=0pa

对于闭合风路1-2-4-3-1它们风压关系是：

h1-2＋h2-4=h1-3＋h3-4pa

或h1-2＋h2-4－h1-3－h3-4=0pa

3、通风阻力定律：

前面第十四款已解，通风网路中的风流，绝大多数属于完成紊流的流动状态，各条风路的风压，风阻和风量的关系是：

hi=RiQi2；pa

式是R=alu/s2；N·S2/m8

Q—风路中的风量m3/s

㈡串联风路与并联网路中风流动的特殊规律

串联风路和并联网路是通风网路中的基本形式。

它们的共同点是都遵循上述所讲的普遍规律，但又各其特点和特殊规律。

1、串联风路

·总风量和分风量的关系：

Q总=Q1=Q2=……=Qnm3/s

·总风压和分风压关系：

h总=h1＋h2＋……＋hn；pa

·总风阻与分风阻的关系：

R总=R1+R2+……+Rn；N·S2/m8

2、并联网路

●风量之间关系：

根据风量平衡定律：

有几条风路组成并联网路时，则：

Q总=Q1＋Q2＋……＋Qnm3/s

●总风压和分压之间关系：

根据风压平衡定律，得

h总=h1=h2=……=hn；pa

●总风阻与分风阻的关系：

3、并联网路中风量自然分配的计算：

Q2总=h总/R总

Q21=h1/R1

…………………………

Q2n=hn/Rn

则：

如果并联网路只有二条风路时，则

㈢对角风路中风流方向的变化规律，如图对角风路3-6的风流方向有以下三种情况：

1、对角几路3-6中无风流通过：

Q3-6=0h3-6=06

根据风压平衡定律得：

h2-3=h2-6，h3-4=h6-43

又根据阻力定律得：

R2-3Q22-3=R2-6Q22-6；R3-4Q23-4=R6-4Q26-42

两式相比得：

R2-4/R3-4=R2-6/R6-41

即：

R2-3R6-4/R3-4R2-6=1……

（1）

也就是说对角风路的风阻比例关系符合上式时，对角风路3-6中没有风流流过。

R1/R3=R2/R4或R1R4/R2R3=1b3

2、风流从a流b时：

假如风路2堵塞，风阻R2无限大，则：

即R1R4/R3R2＜1时风流从a流向b……

（2）

3、风流从b流向a时：

即R1R4/R3R2＞1时风流从b流向a……（3）

㈣局阻量的调节：

井下各用风地点的风量必须保质保量，按需配风，不能任其自流，否则，安全生产就没有保证，这就必须采取控制或调节风量的措施。

●调节方法：

增阻法、降阻法、增压法

●优缺点：

方法优点缺点

增阻法简便易行风阻电耗效益

降阻法风阻电耗效益工程大，初期投资大，时间长

增压法比降阻法可行电耗管理复杂，安全性能差

●如何实现调节风量哪？

1、采用增阻法调节风量就是在风阻较小的风路上设置调节风窗R，从而增大另一风路上风量。

2、降阻法就是扩大需增风风巷的断面R，因通常是局部风阻较小而磨擦风阻是影响风量的主要因素，所以采用降阻法时，必须降风阻扩大断面。

3、增阻法在风阻段安装风机与主扇串联，共同克服该采区阻力。

●掘进通风

1、什么是掘进通风？

煤矿在生产过程中，为了准备新采区或二回采工作面，以建设新矿井，都需要掘进大量的井巷，而这种井巷的特点是只有一个出口，故必须采取导风设施，利用局部通风机或主要扇风机的能量，将新风送入掘进工作面，现时排出乏风，这种掘进巷道的通风，称为掘进通风或局随风。

2、掘进通风的方法

有矿井总风压通风、局部扇风机通风、引射器通风三种。

·总风压通风——就是用矿井主要通风机产生的风压及自然风压借助采风设备对掘进巷道或用风地点进行通风的一种方法。

如图a—c。

1445

10m

1——全风压风流方向2——调节风墙3——风筒

4——风障（档风墙）5——局扇

上图所示的方法只有a常用，即在采区风门上方开一直径与风筒一样的孔，利用全负压（风压）进行通风。

·局部通风机通风压入式通风——常用

抽出式通风——采用

混合式通风——很少采用

·引射器通风

就是利用压气或压力水通风喷咀产生射流，在射流范围造成负压而吸入新鲜空气，因此种通风法风量小又需水源和压气故很少采用。

●采掘工作面配风量的计算

1、按瓦斯绝对涌出量计算：

Q＝kq/c

式中：

Q—风量m3/分

q—瓦斯绝对涌出量m3/分

C—规程中允许的最高CH4浓度1.0%

K—瓦斯涌出的不均衡系数取1.5

2、按一次起爆炸药量计算：

Q=25A

式中：

25——每公斤炸药爆炸后，需要供给的风量m3/minkg

A——一次炸药起爆量kg

3、按同时工作的人数计算：

Q=4KN

同时工作的最多人数

风量不均衡系数取1.1～1.2

每人每分钟供风量≮4m3/min

●井巷风量测定

空气在井巷中流动时，由于受到内外磨擦力的影响，风速中巷道断面上分布是不均匀的，在巷道轴线方向上风速最大，离巷壁越近风速越小。

我们

通常讲的风速。

因此，测量风速时，风表不能停留在巷道断面的某一位置上，而应在整个断面均匀移动，其移动路线如图a、b、c。

V大

V小

常用a

1、风速测量的方法：

测风员测量站在巷道面内，伸出右右臂，让从左手侧流经风表，风表垂直于风流流动方向，按照上图所示开始匀速移动风表，用拇指打开风表开关，并起表计时，测风到1分钟时止表，同时按下风表停止开关，读出表头上指针指示数据，并做好记录，然后按照上述方法测量二次并读记录，测定完毕后，取三次风表读数计算平均值，然后根据风表校验曲线加上（减去）或乘上校正系数。

注意：

风表是否正转、风叶是否与风流垂直、三次测误差≤5%

2、风量的计算：

公式：

Q=VSm3/分

式中：

Q——所测巷道风量m3/分

V——所测巷道平均风速m/分

S——没风巷道断面——0.4㎡

3、常用测量工具：

有翼式机械风表、电子风表、热效风表三类。

又分高速（710m/分）、中速（0.5-10m/分）、低速（0.3-0.5m/分）。

常用巷道断面积计算

巷道名称

几何形状

面积计算公式㎡

正方形

S=a2

长方形

S=a.b

圆形

S=3.1416*r2

梯形

S=（a+b）*h/2

三心拱

S=a（b+0.26b）

高拱形

S=ab＋3.1416r2Q/360－a（r－e）/2

通风压力部分补充资料：

一、基本知识：

一）、基本定义：

采用法定单位，即国际单位制（米、千克、秒）。

空气流动的体积用m3;其流量为m3/s

空气流动的质量用kg；质量为流量为kg/s

力的单位是牛顿（N），1牛顿使1kg的质量获得1每秒每秒米（rm/s2）的加速度的力。

1N=1kg·m/s2

·压力的单位为帕（pa）,1pa=1N/m21mpa=106pa

常见的单位换算：

·1mmHg=13.6mmH2O=133.416pa

·1mmH2O=9.81pa=10pa

·1个大气压=76cmHg=760mmHg=10336mmH2O

=103360pa=0.1mpa

·1kg/cm2=105pa=0.1mpa=1个大气压

1mpa=10kg/cm2

气体的密度：

单位体积气体的质量，kg/m3公式P=m/v

气体的比重：

相同温度和压力下，一定体积的气体与相同体积的空气（或重量）之比。

气体的经密（相对密度），相同温度和压力下，一定体积的气体与相同体积的空气质量之比。

在压力恒定情况下，密度与温度成反比：

P1/T1=P2/T2

二）大气压力：

·指某点空气柱的重量（单位面积）。

它是空气的静压。

各地点的标高不同，大气压也不同。

地势P（大气压）地势高气压相对低

地势P地势低气压相对高

TP温度高气压相对低

TP温度低气压相对高

三）温度：

1、摄氏温度t单位℃、海平面水的结冰点为0℃，沸点为100℃，低于0℃为负值，即零下。

2、绝对温度（热力学温度）T（k）

热力学认为宇宙最低温度为-273℃，则-273℃为0k。

绝对温度没有负值，其换算关系如下：

T=t+273，k

四）气体定律：

所谓气体定律就是气体的体积、压力、温度三者变化所遵循的规律。

1、波义耳定律：

在温度恒定的情况下，气体的压力与体积成反比。

P1v1=P2v2……=Pnvn

公式应用：

例：

某矿井下有一废弃的巷道，断面为6㎡，长度为200m，巷内充满有害气体。

试计算当巷道内气压由106000Pa降至100000Pa时，巷道内排出了多少有害气体？

可以充满断面为6㎡的巷道多少米？

已知：

巷道体积为：

V1=6×200=1200m3

P1=106000paP2=100000pa

求：

V2=？

ΔV=？

L=？

解：

根据波义耳定律，在在温度不变的情况下，气体压力与体积成反比。

即：

P1V1=P2V2

则：

V2=P1V1/P2=1200000×106000/100000=1272（m3）

ΔV=V2－V1=1272－1200=72（m3）

L=72/6=12（m）

答：

当气压由106000Pa下降至100000Pa时，巷道内涌出有害气体72m3，可充满6㎡断面巷道12m。

2、查理定律：

·在压力不变的情况下，气体的体积与绝对温度成反比。

V1/T1=V2/T2=V3/T3或V/T=常数

例如：

在压力恒定的条件下，某一气体15℃时的体积为10m3，问当温度上升到30℃时气体的体积？

已知：

V1=10m3T1=15＋273=288kT2=20＋273=303k

求：

V2=？

解：

根据查理定律得：

V2=V1T2/T1=10.303/288=10.53m3

例2：

为什么你的氧气瓶在充填室充气后的压力高，等装到呼吸器上以后进行检查时发现压力变低了呢？

答：

这是因为温度的降低导致了氧气瓶内的压力降低缘故。

根据气体定律：

在体积不变的情况下，压力与温度成正比。

即：

P1/T1=P2/T2

如氧气瓶充氧后温度为50℃，压力为22mpa，检查时温度为25℃，压力如何变化呢？

已知：

P1=22MpaT1=273+50=323kT2=273+25=298k

求：

P2=？

解：

根据气体定律得：

P2=P1T2/T1=22×298/323=20.3（Mpa）

3、混合气体定律：

压力与体积的乘积与温度成正比。

PV/T=常数

P1V1/T1=P2V2/T2=P3V3/T3

例：

某气体气压为100Kpa，温度15℃，体积为10m3，问当气压增为120Kpa，温度升为50℃时，气体的体积是多少立方米？

已知：

P1=100KpaT1=273+15=288kV1=10m3

P2=120KpaT2=273+50=323k

求：

V2=？

解：

V2=V1P1T2/P2T1=10×100×323/120×288=9.346m3

矿井通风中的能量方程：

风流在同一巷道中稳定流动时，从1点流到2点，其单位体积空气流动时的能量方程为：

断面1静压+位压+速压等于断面2静压+位压+速压+压力损失

即：

P1+z1rg+1/2v21r=P2+z2rg+1/2v22r+h1-212

式中：

P——静压Pa

z——测点到基准面高度，m

r——空气的密度，kg/m3

g——重力加速度，m/s2,g=9.81m/s2

v——断面平均风速，m/s

h1-2——风流从1点到2点的压力损失或通风阻力

zrg——位压，Pa

1/2v2r——速压，Pa

能量方程说明了风流流动的过程中的哪些基本规律？

1、风流总是由总能量大的断面向总能量小的断面流动。

2、风流动过程中，压能静压、动能速压和位能位压可以相互转换。

3、通风阻力等于两断面的静压差、位压差与速压差之和。

●火风压

1、什么是火风压：

在发火的最初阶段，井下风流以及火烟都是沿着发火前的原有方向流动产。

此后，由于温度的增高以及矿井大气成份的改变，往往形成一种附加的巨大的自然风压，这种火灾时附加的自然风压就叫做火风压。

2、火风压有哪些特点？

火风压是矿井火灾时的一种伴生现象，它可以用下式近似计算：

h火=z（p0－p）g=11.77z（Δt/T）

式中：

h火——火风压，Pa1kg0m/s2=1N/m2=1Pa

z——高温火烟经过的巷道始末两点的标高差，m

p0——发为前巷道内平均空气重量，kg/m31.2kg/m3

p——发火后巷道内平均空气重量，kg/m3

Δt——发火后巷道道平均增值，

T——发火后巷道空气中平均温度，0k

g——9.81m/s2

火风压的特点：

①zh火二者成正比

②h火Δt二者也是正比

③h火的变化与通过火区的风量Q有关

QO2火势愈大h火

④火风压不仅产生在火灾的巷道中，凡高温气体（火烟）侵入的倾斜巷道中，都要产生火风压。

⑤减少火风压，主要是降低Δt，唯一办法就是截断流向火源的风流，一是可O2，二是可减弱火势，三是可使T

⑥火风压的作用方向始终是向上（竖直）。

3、火风压的危害

①破坏通风系

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