《矿井通风与安全》精品学习教案第6章局部通风.docx

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《矿井通风与安全》精品学习教案第6章局部通风

矿井通风与安全

第六章局部通风

本章主要内容

1、局部通风方法----压入式、抽出式、混合式、可控循环风，全风通风，

2、掘进工作面需风量计算----压入式、抽出式、混合式、按瓦斯、粉尘、炸药等

3、局部通风装备----风筒----种类、阻力、漏风、安装；局部通风机----性能、联合运行

4、局部通风系统设计----原则、步骤

5、掘进安全技术装备系列化

利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风（又称掘进通风）。

第一节局部通风方法

一、局部通风机通风

利用局部通风机作动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。

常用通风方式：

压入、抽出和混合式。

1.压入式

布置方式：

Le－－气流贴着巷壁射出风筒后,由于卷吸作用,射流断面逐渐扩张，直至射流的断面达到最大值，此段称为扩张段；

La－－射流断面逐渐减少，直到为零，此段称收缩段。

Ls－－从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程。

在巷道条件下，一般有：

式中S——巷道断面,m2。

特点：

（１）局扇及电器设备布置在新鲜风流中；

（２）有效射程远，工作面风速大，排烟效果好；

（３）可使用柔性风筒，使用方便；

（４）由于Ｐ内＞Ｐ外，风筒漏风对巷道排污有一定作用。

要求：

（１）Ｑ局＜Ｑ巷，避免产生循环风；

（２）局扇入口与掘进巷道距离大于10m；

（３）风筒出口至工作面距离小于Ls。

2.抽出式

布置方式：

有效吸程Le:

风筒吸口吸入空气的作用范围。

在巷道边界条件下，其一般计算式为：

式中S——巷道断面，m2。

特点：

（１）新鲜风流沿巷道进入工作面，劳动条件好；

（２）污风通过风机；

（３）有效吸程小，延长通风时间，排烟效果不好；

（４）不通使用柔性风筒。

3.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，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的。

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。

然而，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。

与压入式通风相比，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向工作面，安全性较差。

4）抽出式通风时,新鲜风流沿巷道进向工作面，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，排污风速度越慢，受污染时间越久。

5）压入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。

4.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,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。

1）长抽短压（前压后抽）

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。

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入风口，改为压出式，由里向外排出污风（如图b）。

2）长压短抽（前抽后压）

工作方式：

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。

混合式通风的主要特点：

a、通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式；

b、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。

5.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。

循环通风方式：

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。

前者即为可控制循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。

在煤矿掘进通风中当使用闭路循环系统时，因既无任何出口，也无法除去这些气体，在封闭的循环区域中的污染物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，且连续不断地有适量的新鲜风流掺入到循环风流中,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，而是趋于某一限值。

可控循环局部通风优点:

（1）采用混合式可控循环通风时,掘进巷道风流循环区内侧的风速较高，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。

缺点：

（1）由于流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯与粉尘，因此，必须研制新型防爆除尘风机。

（２）循环风流通过运转风机的加热,再返回掘进工作面，使风温上升。

（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。

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.风筒导风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。

。

特点：

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。

２.平行巷道导风在掘进主巷的同时，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幛或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。

特点：

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。

3.钻孔导风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。

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。

4.风幛导风在巷道内设置纵向风幛，把风幛上游一侧的新风引入掘进工作面，清洗后的污风从风幛下游一侧排出。

这种导风方法，构筑和拆除风幛的工程量大。

适用于短距离或无其它好方法可用时采用。

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。

引射器通风一般都采用压入式。

优点：

无电气设备，无噪音;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。

缺点：

风压低、风量小、效率低，并存在巷道积水问题。

第二节掘进工作面需风量计算

一、排除炮烟所需风量

1.压入式通风

前苏联В.Н.沃洛宁公式，当风筒出口到工作面的距离Lop≤Ls＝（4～5）时，工作面所需风量或风筒出口的风量应为：

2.抽出式通风

前苏联В.Н.沃洛宁公式,当风筒末端至工作面的距离时,工作面所需风量或风筒入口风量应为：

3.混合式通风

在长抽短压混合式布置时，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道内具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒的吸风量应大于压入式风筒出口风量,即

式中Ｑpc按压入式风量计算。

二、排除瓦斯所需风量

在有瓦斯涌出的巷道掘进工作面内，其所需风量应保证巷道内任何地点瓦斯浓度不超限，其值可按下式计算：

三、排除矿尘所需风量

风流的排尘风量可按下式计算：

四、按风速验算风量

岩巷按最低风速0.15m/s或风量Q9S（m3/min）;

半煤岩巷和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.25m/s或Q15S（m3/min）;验算

第三节局部通风装备

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、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、重量轻、拆装简便。

1.风筒种类

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制成。

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，通常用橡胶、塑料制成。

其最大优点是轻便，可伸缩、拆装运搬方便。

2.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、罗圈接头等多种形式。

3.风筒的阻力计算公式参见第三章。

摩擦阻力系数和局部阻力系数选取见书P122页

4.风筒漏风

刚性风筒风筒的漏风，主要发生在接头处，柔性风筒不仅接头而且全长的壁面和缝合针眼都有漏风，故风筒漏风属连续的均匀漏风。

因此，应用始末端风量的几何平均值作为风筒的风量Q,即：

式中局部通风机风量Qa与风筒出口风量Qh不等，Qa与Qh之差就是风筒的漏风量Ql，

1）漏风率

风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为风筒漏风率ηl。

ηl虽能反映风筒的漏风情况，但不能作为对比指标。

故常用百米漏风率ηl100表示：

ηl100＝ηl/L×100

式中L为风简长度。

2）有效风量率

掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率pe。

3）漏风系数

风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数pq。

金属风筒的pq值可按下式计算：

式中K——相当于直径为1m的金属风筒每个接头的漏风率。

D——风筒直径,m;n——风筒接头数,个;L——风筒全长,m。

R0——每米长风筒的风阻,N·s2/m8;

柔性风筒的pq值：

式中n——接头数；ηj——个接头的漏风率。

三、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。

要求：

体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可调、坚固防爆。

1.局部通风机的种类和性能

目前我国煤矿大部分仍延用六十年代研制的JBT系列轴流式局部通风机。

具有低效率、低风量风压、高噪声。

近年来，我国已研制开发了一些新产品，如沈阳鼓风机厂研制的BKJ66-11，对旋风机等。

2.局部通风机联合工作

（１）局部通风机串联

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。

第四节局部通风系统设计

一、局部通风系统的设计原则

（1）矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；

（2）局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进。

（3）尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机。

（4）压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。

风筒材质应选择阻燃、抗静电型。

（5）当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。

二、局部通风设计步骤

（1）确定局部通风系统，绘制掘进巷道局部通风系统布置图。

（2）按通风方法和最大通风距离，选择风筒类型与直径；

（3）计算风机风量和风筒出口风量；

（4）按掘进巷道通风长度变化，分阶段计算局部通风系统总阻力

（5）按计算所得局部通风机设计风量和风压，选择局部通风机；

（6）按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。

第五节掘进安全技术装备系列化

一、掘进工作面产生事故的原因：

（1）掘进工作面是最先揭露煤层，它破坏了煤层中的瓦斯静平衡状态，使大量瓦斯从煤壁和顶板向巷道内涌入。

当穿地质构造带时，瓦斯涌出也会增大，因此，在掘进工作面易形成瓦斯积聚超限。

（2）掘进工作面是依靠局部通风机进行独头巷道通风的，其可靠性差，容易发生无计划突然停电停风，形成瓦斯积聚。

（3）掘进巷道断面有限、空间狭窄，打眼放炮、机掘落煤、装煤运输等各生产环节均不断地产生大量煤尘，若防尘效果不良，就会潜伏煤尘爆炸危险。

（4）掘进巷道可燃物集中，有风筒、电缆等，另外，机电设备多，容易发生机电事故和违章放炮，从而形成多种火源，导致瓦斯煤尘爆炸，造成火灾。

因此，掘进安全技术装备系列化，对于保证掘进工作面通风安全可靠性具有重要意义。

掘进安全技术装备系列化是在治理瓦斯、煤尘、火灾等灾害的实践中不断发展起来的多种安全技术装备，是预防与治理相结合的防止掘进工作面瓦斯、煤尘爆炸与火灾等灾害的行之有效的综合性安全措施。

包括如下内容:

二、保证局部通风机稳定可靠运转

1·双风机、双电源、自动换机和风筒自动倒风装置

正常通风时由专用开关供电，使局部通风机运转通风;一旦常用局部通风机因故障停机时，电源开关自动切换，备用风机即刻启动，继续供风，从而保证了局部通风机的连续运转。

由于双风机共用一趟主风筒，风机要实现自动倒台，则连接两风机的风筒也必须能够自动倒风。

风筒自动倒风装置有以下两种结构:

1）短节倒风

如图6-5-1（a）所示，将连接常用风机风筒一端的半圆与连接备用风机风筒一端的半周胶粘、缝合在一起（其长度为风简直径的1~2倍），套入共用风筒，并对接头部进行粘联防漏风处理，即可投入使用。

常用风机运转时，由于风机风压作用，连接常用风机的风筒被吹开，将与此并联的备用风机风筒紧压在双层风筒段内，关闭了备用风机风筒。

若常用风机停转，备用风机启动，则连接常用风机的风筒被紧压在双层风简段内，关闭了常用风机风筒。

从而达到自动倒风换流的目的。

2）切换片倒风

如图6-5-1（b）所示，在连接常用风机的风筒与连接备用风机的风简之间平面夹粘一片长度等于风简直径1，5~3·0倍、宽度大于1/风筒周长的倒风切换片，将其嵌套在共用风简内并胶粘在一起，经防漏风处理后便可投入使用。

常用风机运行时，由于风机风压作用，倒风切换片将连接备用风机的风简关闭。

若常用风机停机，备用风机启动，则倒风切换片又将连接常用风机的风筒关闭，从而达到自动倒风换流的目的。

2·“三专二闭锁”装置

三专"是指专用变压器、专用开关、专用电缆，"两闭锁"则指风、电闭锁和瓦斯、电闭锁。

其功能是:

只有在局部通风机正常供风、掘进巷道内的瓦斯浓度不超过规定限值时，方能向巷道内机电设备供电;当局部通风机停转时，自动切断所控机电设备的电源;当瓦斯浓度超过规定限值时，系统能自动切断瓦斯传感器控制范围内的电源，而局部通风机仍可照常运转。

若局部通风机停转、停风区内瓦斯浓度超过规定限值时，局部通风机便自行闭锁，重新恢复通风时，要人工复电，先送风，当瓦斯浓度降到安全容许值以下时才能送电。

从而提高了局部通风机连续运转供风的安全可靠性。

3·局部通风机遥讯装置

其作用是监视局部通风机开停运行状态。

高瓦斯和突出矿井所用的局部通风机要安设载波遥迅器，以便实时监视其运转情况。

4·积极推行使用局部通风机消声装置

其作用是降低局部通风机机体内部气流冲击产生的噪声。

三、加强瓦斯检查和监测

（1）安设瓦斯自动报警断电装置，实现瓦斯遥测。

当掘进巷道中瓦斯浓度达到1%时，通过低浓度瓦斯传感器自动报警;瓦斯浓度达到1·5%时，通过瓦斯断电仪自动断电。

高瓦斯和突出矿井要装备瓦斯断电仪或瓦斯遥测仪，对炮掘工作面迎头5m内和巷道冒顶处瓦斯积聚地点要设置便携式瓦斯检测报警仪，班组长下井时也要随身携带这种仪表，以便随时检查可疑地点的瓦斯浓度。

（2）放炮员配备瓦斯检测器，坚持"一炮三检"在掘进作业的装药前、放炮前和放炮后都要认真检查放炮地点附近的瓦斯。

（3）实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。

四、综合防尘措施

掘进巷道的矿尘来源，当用钻眼爆破法掘进时，主要产生于钻眼、爆破、装岩工序，其中以凿岩产尘量最高;当用综掘机掘进时，切割和装载工序以及综掘机整个工作期间，矿尘产生量都很大。

因此，要做到湿式煤电钻打眼，爆破使用水炮泥，综掘机内外喷雾。

要有完善的洒水除尘和灭火两用的供水系统，实现放炮喷雾、装煤岩洒水和转载点喷雾，安设喷雾水幕净化风流，定期用预设软管冲刷清洁巷道。

从而达到减少矿尘的飞扬各堆积。

五、防火防爆安全措施

机电设备严格采用防爆型及安全火花型;局部通风机、装岩机和煤电钻都要采用综合保护装置1移动式和手持式电气设备必须使用专用的不延燃性橡胶电缆;照明、通讯、信号和控制专用导线必须用橡套电缆。

高瓦斯及突出矿井要使用乳化炸药，逐步推广屏蔽电缆和阻燃抗静电风简。

六、隔爆与自救措施

设置安全可靠的隔爆设施，所有人员必须携带自救器。

煤与瓦斯突出矿井的煤巷掘进，应安设防瓦斯逆流灾害设施，如防突反向风门、风筒和水沟防逆风装置以及压风急救袋和避难碉室，并安装直通地面调度室的电话。

实施掘进安全技术装备系列化的矿井，提高了矿井防灾和抗灾能力，降低了矿尘浓度与噪声，改善了掘进工作面的作业环境。