第5章局部通风文档格式.docx
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新风沿巷道流入，污风通过风筒由局部通风机抽出。
风机工作时风筒吸口吸入空气的作用范围，称其为有效吸程Le。
在巷道边界条件下，其一般计算式为：
Le=1.5
，m（5-1-2）
图5-1-5抽出式通风布置图5-1-6抽出式通风排污风过程
抽出式通风排除污风过程，如图5—l—6所示，当工作面掘进爆破煤（岩）后，形成一个污染物分布集中带，在抽出式通风的有效吸程范围内，借紊流扩散作用使污染物与新风掺混并被吸出。
实践证明，只有当吸风口离工作面距离小于有效吸程Le时，才有良好的吸出炮烟效果。
在有效吸程以外的独头巷道中会出现循环涡流区，如图5—1—7，理论和实践都证明，抽出式通风的有效吸程比压入式通风的有效射程要小得多。
（三）压入式和抽出式通风的比较
1、压入式通风时，局部通风机及其附属电气设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；
而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机防爆性能出现问题，则非常危险。
2、压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。
而抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。
与压人式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢。
3、压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时，巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差。
4、抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进人工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；
而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，当掘进巷道越长，排污风速越慢，受污染时间越久。
这种情况在大断面长距离巷道掘进中尤为突出。
5、压人式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。
基于上述分析，当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风，而当以排除粉尘为主的井筒掘进时，宜采用抽出式通风。
（四）混合式通风
混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，兼有压入式和抽出式两者优点，其中压入式向工作面供新风，抽出式从工作面排出污风。
其布置方式取决于掘进工作面空气中污染物的空间分布和掘进、装载机械的位置。
按局部通风机和风筒的布设位置，分为长压短抽、长抽短压和长抽长压三种；
按抽压风筒口的位置关系，每种方式又可分为前抽后压和前压后抽两种布置形式。
1、长抽短压（前压后抽）。
其布置如图5—l—8（a）所示。
工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出。
抽出式风筒吸风口与工作面的距离应不小于污染物分布集中带长度，与压人式风机的吸风口距离应大于10m以上；
抽出式风机的风量应大于压入式风机的风量；
压入式风筒的出口与工作面间的距离应在有效射程之内。
采用长抽短压式通风时，其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒，若采用柔性风筒，则可将抽出式局部通风机移至风筒人风口，改为压出式向外排出污风，如图5—1—8（b）所示。
图5-1-18长抽短压通风方式
2、长压短抽（前抽后压）。
其布置如图6—l—9。
新鲜风流经压入式长风筒送入工作面，工作面污风经抽出式通风除尘系统净化，被净化后的风流沿巷道排出。
抽出式风筒吸风口与工作面的距离应小于有效吸程，对于综合机械化掘进，应尽可能靠近最大产尘点。
压入式风筒出风口应超前抽出式出风口10m以上，它与工作面的距离应不超过有效射程。
压入式风机的风量应大于抽出式风机的风量。
图5-1-9
混合式通风的主要缺点是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，当掘进巷道断面大时，风速就更小，则此段巷道顶板附近易形成瓦斯层状积聚。
因此，两台风机之间的风量要合理匹配，以免发生循环风，并使风筒重叠段内的风速大于最低风速。
基于上述分析，混合式通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式。
机掘工作面多采用与除尘风机配套的长压短抽混合式，如图5—1—10所示。
目前应用的AM-50型综掘机即采用了此种方式。
图5-1-10机掘工作面长压短抽通风方式
1—压入式风筒；
2—除尘风机；
3—转载机；
4—掘进机；
5—除尘器；
S—巷道断面
（五）可控循环通风
当局部通风机的吸入风量大于全风压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。
循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。
前者即为可控循环通风，也称为开路循环通风；
后者称为闭路循环通风。
如图5—1—11所示，除尘器出口送出的新鲜风流清洗工作面粉尘之后，风机1又把含尘的污浊风流吸入到除尘器中，经除尘器净化后，再送到掘进工作面重复使用，使工作面粉尘浓度达到卫生标准。
放炮后，同时开动风机1和3，用很短的时间把炮烟排走，这种平时只开一台风机，排炮烟时才开两台风机的闭路循环通风方式，能节约电能。
它仅适用于需要除尘和排炮烟的掘进巷道通风，故在冶金矿山中应用较多。
在煤矿掘进通风中，工作面连续不断地涌出瓦斯等有害气体，而使用闭路循环系统无法除去这些气体，在封闭的循环区域中的有害气体浓度必然会越来越大，因此，《规程》严禁采用循环通风。
如果循环通风是在一个敞开的区域内，并且连续不断地有适量的新鲜风流掺入到重新返回的循环风流中，经理论与实践证明，这部分有控制的循环风流中的污染物浓度仅仅取决于该地区内污染物的产生率及流过该地区的新鲜风量的大小，故循环区域中任何地点的污染物浓度，都不会无限制地增大，而是经循环一定次数后趋于某一限值。
在某些情况下，用常规的局部通风方法要达到掘进通风的基本要求会有困难。
例如前进式采煤工作面的超前平巷掘进头，如图5—1—12（a）所示，若要采用常规的压入式通风，它虽能有效地解决瓦斯和气候条件问题，但无法控制掘进巷道内的矿尘浓度，并且对采煤工作面进风流的矿尘浓度也会产生影响；
若要采用常规的抽出式通风，由于采煤工作面内无法安设局部通风机，故只能安装在工作面外部，当工作面平巷很长时，这样做是很困难的。
在回风巷一侧如图5—l—12（b）所示，情况正好相反，采用抽出式通风采煤工作面含尘风流直接进入掘进头，采用压入式通风则需把局部通风机置于采场通风系统之外。
另一种方法是混合式，但因超前掘进巷道长度一般很短，难以布置两台局部通风机，另外掘进巷道内的风速也会很低，因此都非最佳方案。
如果采用可控循环通风，进风侧采用抽出式通风，局部通风机安在进风巷内，如图5—1—12（a）所示，经风机前置除尘器过滤后，流出局部通风机与外部新风混合，其中一部分会再次进入掘进头循环使用。
由于污风在与新风混合前经过了过滤，因而可以减轻或消除掘进头产生的矿尘对采、掘工作面进风流的污染。
在回风侧采用压入式通风，局部通风机安在回风巷内，如图5—1—12（b）所示，风流过滤后再经局部通风机压入掘进头，清洗掘进头后与采煤工作面回风流混合，其中一部分流人回风道，另一部分再次进入掘进头循环使用。
用这种方法可减轻或消除采煤工作面产生的矿尘对掘进头进风的污染。
图5-1-12可控循环通风布置示意图
可控循环通风除了在压入式和抽出式通风中应用外，在长距离巷道掘进的混合式通风中也有采用。
在长抽短压式通风中，如图5—1—12（c）所示，先启动抽出式风机后启动压入式风机，外部进入的新风先清洗掘进头，其中一部分污风经风筒，由抽出式风机排出；
另一部分污风在压入式局部通风机的作用下，流过两列风筒重叠段巷道，再次与外部新风混合经风机前置除尘器过滤后，由局部通风机压入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。
在长压短抽式通风中，如图5—1—12（d）所示，当抽出式风机风量大于压入式风机风量时也能产生循环风。
先启动压入式风机后启动抽出式风机，新风由压入式风机和风筒送入掘进头，污风全部通过抽出风筒，经前置除尘器过滤后，由抽出式风机排出，其中一部分风流（其量约等于压入式风机风量）沿掘进巷道排入外部贯穿风流中，另一部分风流（其数量等于两风机风量差）在抽出式风机的作用下通过两列风筒重叠段巷道，再次与压入风筒流出的新风混合进入掘进头循环使用，从而形成可控循环通风。
可控循环局部通风具有下列优点：
1、采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内（即从后置风筒口至掘进工作面）的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。
2、当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。
3、在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。
可控循环局部通风的缺点是：
1、由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机。
2、循环风流经过运转风机的反复加热，会使掘进工作面风流温度上升。
3、当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱，灾变时有循环风流通过的风机应立即进行控制，停止循环通风，恢复常规通风。
因此，对使用可控循环通风提出下列要求：
1、在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘自动监测装置及可靠的报警装置，同时还必须进行常规环境检测分析。
2、对循环风机实现自动开关和风量控制。
对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台风机间须设闭锁装置，保证主要的局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流。
同时必须适当地控制抽出式与压入式两台局部通风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。
二、矿井全风压通风
全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。
其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。
按其导风设施不同可分为：
1、风障导风
如图5—1—13所示，在巷道内设置纵向风障，把风障上游一侧的新风引入掘进工作面，清洗后的污风从风障下游一侧排出。
在短巷掘进时。
可用木板、竹、帆布等制作风障；
长巷掘进时，可用砖、石、混凝土等材料构筑风障。
这种导风方法，构筑和拆除风障的工程量大。
适用于短距离或无其他好方法可用时采用。
在主要通风机正常运转，并有足够的全风压克服导风设施的阻力时，全风压通风能连续供给掘进工作面所需风量，而无需附加通风动力，管理方便，但其工程量大，使用风障有碍运输。
因此在瓦斯涌出量大，使用通风设备不安全或技术不可行的局部地点，可以使用全风压通风。
但是，如果全风压通风在技术上不可行或经济上不合理，则必须借助专门的通风动力设备，对掘进工作面进行局部通风。
2、风筒导风
如图5—1—14所示，在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，污浊空气从独头掘进巷道中排出。
此种方法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中。
3、平行巷道导风
如图5—1—15所示（此图？
），在掘进主巷的同时，在附近与其平行掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风流，当新的联络巷沟通后，旧联络巷即封闭。
两条平行巷道的独头部分可用风障或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。
此方法常用于煤巷掘进，尤其是厚煤层的采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时。
此法也常用于解决长巷掘进独头通风的困难。
图5-1-14风筒导风图5-1-15平行巷道导风
1—密闭槽；
2—风窗；
3—风筒
4、钻孔导风
如图5—l—16所示，离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。
为克服钻孔阻力，增大风量，
可用大直径钻孔（300~400mm）或在钻孔口安装风机。
这种通风方法曾被应用于煤层上山的掘进通风，取得了良好的排瓦斯效果。
三、引射器通风
利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法称引射器通风。
引射器通风—般都采用压入式，其布置如图5—l—17所示。
水力引射器在某些用水砂充填管理顶板的矿区如抚顺、鹤岗等应用较广。
引射通风的优点是无电气设备，无噪声；
还具有降温、降尘作用。
在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，安全性较高。
其缺点是风压低、风量小、效率低，并存在巷道积水问题。
故这种方法适用于需风量不大的短距离巷道掘进通风；
在含尘大、气温高的采掘机械附近，采取水力引射器与其他通风方法（全风压或局部通风机）联合使用形成混合式通风。
使用的前提条件是有高压水源或气源。
图5-1-17引射器通风
1—风筒；
2—引射器；
3—水管（风管）
第二节局部通风装备
局部通风装备是由局部通风动力设备、风筒及其附属装置组成。
一、局部通风机
井下局部地点通风所用的通风机称为局部通风机。
掘进工作面通风要求局部通风机体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可靠、坚固防爆。
（一）局部通风机的种类和性能
目前我国煤矿掘进工作面使用的局部通风机，大部分仍延用60年代研制的JBT系列轴流式局部通风机。
其全风压效率只有60％~70％，风量、风压偏低，尤其噪声高达103—118dB（A），已属淘汰产品．故需更新换代。
图5-2-1BKJ系列局部通风机结构图
1—前风筒；
2—主风筒；
3—叶轮；
4—后风筒，5—滑架；
6—电动机
近年来，我国已研制开发了—些新产品，如沈阳鼓风机厂研制的BKJ66-11，其结构如图5-2-1所示。
该系列风机有No3.6、4.0、4.5、5.6、6.0、6.3等六种规格，其性能如表5-2-1所列，其性能曲线如图5-2-2所示。
图5-2-2BKJ66-11型局部通风机性能曲线图
BKJ66-11型通风机具有效率高，最高效率达90%，与JBT型相比，提高效率15％～30％；
如用BKJ66—1No4.5型代JBT52—2型，电动机可由1lKW降至8kW；
常用工作区的噪声为98~99dB（A），比JBT型局部通风机降低6～8dB（A）。
表5-2-1BKJ66-11型局部通风机性能参数表
另外，我国还研制生产出对旋轴流式局部通风机，如图5-2-3所示。
其特点是：
噪声较低，效率较高，且高效区宽；
可采用单级运转或双级运转。
近年来开发研制了用于通风除尘和抽排瓦斯的局部通风机。
如SCF—6型湿式除尘风机，该机最大的特点是将电动机独立于风筒风流之外，以防电气火花引燃风筒风流中的瓦斯，并装备了湿式除尘器，但局部通风机内部通风能耗较大，风筒积水积尘清理较难，故适用于瓦斯涌出量较小、掘进距离600m以内的机掘巷道。
唐山煤科分院研制的SBF66—1型水力局部通风机，采用XPB250/55喷雾泵与水力局部通风机闭路循环形式运行，其主要技术参数为：
风量200~350m3/min，工作水压3MPa，全风压981~392Pa，耗水量13.2m3／h，功率2kW，全压效率25%～45％，转速2300r/min，外形尺寸670nm×
1000mm，质量120kg。
重庆煤科分院研制的压风局部通风机，采用风动马达、高强度塑料叶片，其主要技术参数：
压缩空气压力0.2~0.5MPa，耗气量4.0m3/min，工作风压1500Pa，风量200m3/min，适用于掘进工作面抽出式通风，排放局部积存瓦斯和采煤工作面上、下隅角瓦斯。
图5-2-3低噪声对旋轴流式局部通风机结构图
1—吸风口；
2—吸风侧吸声罩；
3—出风侧吸声罩；
4—1号电机罩；
5—2号电机罩；
6—一级叶轮；
7—二级叶轮；
8—电动机；
9—一级叶轮旋转方向；
10—二级叶轮旋转方向
（二）局部通风机联合工作
1、局部通风机串联
当在通风距离长、风筒风阻大，一台局部通风机风压不能保证掘进需风量时，可采用两台或多台局部通风机串联。
串联的方式有集中串联和间隔串联。
若两台或多台局部通风机之间仅用较短（1~2m）的铁风筒连接称为集中串联，如图5-2-4（a）所示；
若局部通风机分别布置在风筒的端部和中部，则称为间隔串联，如图5-2-4（b）所示。
图5-2-4局部通风机串联布置
（a）集中串联（b）间隔串联（c）风机间距过远
局部通风机串联的布置方式不同，沿风筒的压力分布也不同。
集中串联的风筒全长均应处于正压状态，以防柔性风筒抽瘪。
但靠近风机侧的风筒承压较高，柔性风筒容易胀裂，且漏风较大。
间隔串联的风筒承压较低，漏风较少。
但当两台局部通风机相距过远时，其连接风筒可能出现负压段，如图5-2-4（c）所示，使柔性风筒抽瘪而不能正常通风。
据实验两台JBT-52型局部通风机间隔串联间距不应超过风筒全长的三分之一。
2、局部通风机并联
当风筒风阻不大，用一台局部通风机供风不足时，可采用两台或多台局部通风机集中并联工作。
二、风筒
风筒是最常见的导风装置。
对风筒的基本要求是漏风小、风阻小、质量轻、拆装方便。
（一）风筒的种类
风筒按其材料力学性质可分为刚性和柔性两种。
刚性风筒是用金属板或玻璃钢材料制成。
常用的铁风筒规格如表5-2-2所示。
玻璃钢风筒比金属风筒轻便、抗酸、碱腐蚀性强、摩擦阻力系数小。
柔性风筒是应用更广泛的一种风筒，通常用胶布、橡胶、塑料制成。
常用的胶布风筒规格如表5-2-3所示。
其最大优点是轻便、可伸缩、拆装运搬方便。
表5-2-2铁风筒规格参数表
风筒直径/mm
风筒节长/m
壁厚/mm
垫圈厚/mm
风筒质量/kg·
m-1
400
2，2.5
2
8
23.4
500
2.5，3
28.3
600
34.8
700
2.5
46.1
800
3
54.5
900
60.8
1000
68.0
表5-2-3胶布风筒规格参数表
直径/mm
节长/m
风筒断面/m2
300
10
1.2
1.3
0.071
1.6
0.126
1.9
0.196
2.3
0.283
3.2
0.503
4.0
0.785
随着大断面巷道机械化掘进的增多，混合式通风除尘技术得到了广泛应用，为了满足其抽出式通风的要求，采用金属整体螺旋弹簧钢圈为骨架的可伸缩风筒，如图5-2-5所示。
它既可承受一定的负压，又具有可伸缩的特点，比铁风筒质量轻，使用方便。
矿山常用的风筒直径有300mm、400mm、500mm、600mm和800mm等规格。
图5-2-4可伸缩风筒结构
（a）可伸缩风筒（b）快速接头软带
1—圈头；
2—螺旋弹簧；
3—钓钩；
4—塑料压条；
6—快速弹簧接头
（二）风筒接头
刚性风筒一般采用法兰盘连接方式。
柔性风筒的接头方式有插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。
图5-2-5表示几种接头的结构形式。
插接方式最筒单，但漏风大；
反边接头漏风较小，不易胀开，但局部风阻较大；
后两种接头漏风小、风阻小，但易胀开，拆装比较麻烦，通常在长距离掘进通风时采用。
图5-2-5风筒接头连接方式示意图
（a）两固定环单反边；
（b）大活环单反边；
（c）双反边；
（d）活三环多反边；
（e）螺圈接头（1-螺圈；
2-风筒；
3-铁丝箍）
（三）风筒的阻力
风筒风阻可按下式计算：
R=R1+R2+R3
N·
s2/m85-2-1
式中R——风筒的总风阻，N·
s2/m8；
R1——风筒的摩擦风阻，N·
R2——风筒接头处的局部风阻，N·
R3——风筒拐弯处的局部风阻，N·
α——风筒的摩擦阻力系数，N·
s2/m4；
l——风筒长度，m；
d——风筒直径m；
n——风筒的接头数目；
ξj——风筒接头的局部阻力系数，无因次；
ξb——风筒拐弯的局部阻力系数，无因次；
ρ——空气密度，kg/m3。
上式中摩擦阻力系数α的选取很重要，同直径的刚性风筒的α值可视为常数，金属风筒的α值可按表5-2-4选取，玻璃钢风筒的α值可按表5-2-5选取。
表5-2-4金属风筒摩擦阻力系数
风筒直径
200
α×
104/N·
s2·
m-4
49
44.1
39.2
34.3
29.4
24.5
表5-2-5JZK系列玻璃钢风筒摩擦阻力系数
风筒型号
JZK-800-42
JZK-800-50
JZK-700-36
19.6~21.6
柔性风筒和带刚性骨架的柔性风筒的摩擦因数皆与其壁面承受风压有关。
柔性风筒随压入式通风风压的提高而鼓胀，其α值逐渐减少，如图5-2-6所示曲线I所示；
KSS600—X型带刚性骨架的塑料风筒的α值，随抽出式通风负压的增大而略有增大，如图5-2-6中曲线Ⅱ所示。
当金属风筒用法兰盘连接，内壁较光滑时，风筒接头局部阻力系数ξj可以忽略不计。
而柔性风筒的接头套圈向内凸出，风压大，风筒壁鼓胀
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