掘进通风设计解析.docx
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掘进通风设计解析
编号：
BLMYTFK[2016}TFSJ
矿井掘进通风系统设计
矿井名称：
山西朔州平鲁区茂华白芦煤业有限公司
编制：
编制时间：
4308回风顺槽、4308运输顺槽
掘进工作面通风系统设计
根据矿井生产开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机，为全矿井通风系统优化提供依据，特编制本掘进通风系统设计。
一、设计原则：
局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，设计原则归纳如下：
1、在矿井和采区通风系统设计中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音、高效型局部通风机；
4、压入式通风宜用柔性风筒，抽出式宜采用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒；
二、掘进通风方法：
我矿现采用压入式局部通风机掘进通风，局部通风机和启动装置安设在离掘进巷道口10m以外的进风侧巷道中，局部通风机将新鲜风流经风筒送入工作面，污风沿掘进巷道排除。
风流从风筒出口形成的射流属末端封闭的有限贴壁射流，风筒出口至射流反向的最远距离称为射流的有效射程（即风筒出口至工作面距离），用L射表示，一般有：
L射=（4～5）
，m
式中：
S—巷道断面积，m2。
我矿现主要掘进工作面巷道断面积见下表1：
掘进工作面巷道断面积。
表1：
掘进工作面巷道断面积表
序号
掘进巷道名称
巷道设计长度L
m
巷道净断面积
（m2）
巷道掘进断面积
（m2）
1
4308回风顺槽
1000
2
4308运输顺槽
风筒出口与工作面的距离应小于有效射程L射。
三、局部通风设备：
我矿现采用局部通风设备见下表2：
矿井局部通风设备表。
表2：
矿井局部通风设备表
序号
掘进巷道名称
局部通风机型号
功率Kw
风机吸风量
m3/min
风压Pa
柔性风筒直径
mm
备注
1
4308回风顺槽
FBDNO6.3
2×30
800
2
4308运输顺槽
FBDNO6.3
2×30
800
四、掘进工作面风量计算：
掘进工作面需风量，应满足《规程》对作业地点空气的成分、含尘量、气温、风速等规定要求，每个掘进工作面需要风量，应按瓦斯、二氧化碳绝对涌出量和爆破后有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其最大值。
（1）掘进工作面的最低需要风量：
Q掘＝60×V掘×S掘max×K温 m3/min
式中：
V掘——局部通风机供风巷道内最低允许风速，m/s；岩道V掘≥0.15m/s；煤巷和半煤岩巷V掘≥0.25m/s；
S掘max——局部通风机供风巷道的最大净断面积，m2；
K温——局部通风机供风巷道温度调整系数（见表3）；
表3：
K温——掘进工作面温度调整系数
掘进工作面空气温度（℃）
配风调整系数K温
18～20
1.00
20～23
1.00～1.10
23～26
1.10～1.25
26～28
1.25～1.4
28～30
1.4～1.6
表4：
按照风速、温度计算掘进工作面需要风量表
序号
掘进巷道名称
V掘
m/s
S掘max
m2
K温
Q掘
m3/min
备注
1
4308回风顺槽
0.15
1.00
2
4308运输顺槽
0.15
1.00
（2）排出瓦斯所需风量计算：
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，按下式计算：
Q需=
式中：
Qw—巷道瓦斯绝对涌出量，m3/min；
Cw—最高允许瓦斯浓度，%；
Cjw—进风流中瓦斯浓度，%；
K—瓦斯涌出不均匀系数，取1.5—2.0；
（5）排出矿尘所需风量计算：
风流的排尘风量可按下式计算：
Q需=
式中：
G—掘进巷道的产尘量，mg/min；
G1—最高允许含尘量，当矿尘中含sio2大于10%时，为2mg/m3；小于10%时，为10mg/m3；
G2—进风流中基底含尘量，一般要求不超过0.5mg/m3；
（6）按风速进行验算:
岩巷掘进最低风量，Q岩掘>9S掘max（m3/min）
煤巷掘进最低风量，Q煤掘>15S掘max（m3/min）
岩煤巷道最高风量，Q掘<240S掘min（m3/min）
式中：
S掘max——局部通风机供风巷道的最大净断面积，m2；
S掘min——局部通风机供风巷道的最小净断面积，m2。
掘进巷道需风量，原则上应按排除炮眼、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其最大值，然后按风速验算，而在实际工作中一般按通风的主要任务计算风量。
如有大量瓦斯涌出的巷道，则按瓦斯因素计算；如无瓦斯涌出的岩巷，则按炮烟和矿尘因素计算；综掘巷道按矿尘和瓦斯因素计算。
五、局部通风机选型
（1）局部通风机工作风量计算：
Q扇=Q掘×P，m3/min
式中：
Q扇——局部通风机工作风量，m3/min；
P——局部通风机供风巷道风筒漏风系数，即风筒有效风量率的倒数。
表7：
局部通风机工作风量表
序号
掘进巷道名称
Q掘
m3/min
n
个
L接
m
P
Q扇
m3/min
1
2
（2）局部通风机的吸风量
按下式计算：
Q吸max=Q掘min/（1-P百）m
式中：
Q吸max——局部通风机最大吸风量，m3/min；
Q掘min——掘进工作面最低需风量，m3/min；
P百——柔性风筒百米漏风率，参照下表8：
表8：
柔性风筒的百米漏风率
通风距离/m
＜200
200-500
500-1000
1000-2000
＞2000
P百/%
＜15
＜10
＜3
＜2
＜1.5
m——独头通风百米长度指数，即通风长度为100m,200m,300m,500m，------1000m时，m=1,2,3,5，------10。
表9：
局部通风机吸风量表
序号
掘进巷道名称
Q吸maxm3/min
Q掘min
m3/min
m
P百
%
备注
1
271
200.25
20
1.5
2
248
203.6
10
2
（3）局部通风机工作风压计算：
根据掘进工作面设计长度、局部通风机需要工作风量、掘进工作面需要风量、风筒风阻，计算掘进工作面局部通风机工作风压值：
hft=Rp*Q扇*Q掘 Pa
式中：
Rp——压入式风筒的总风阻，N.S2/m8；
hft——压入式局部通风机全风压，Pa；
Rp＝6.5α×L/（d5）+（n×ζj0+∑ζbei＋ζin）×［ρ/（2s2）］
α——风筒摩擦阻力系数（表10），N.S2/m4；
L——风筒总长度，m；
d——风筒直径，m；
ρ——空气密度，kg/m3；
s——风筒断面积，m2；
n——风筒接头个数，随巷道通风距离变化；
ζj0——风筒接头局部阻力系数（表10）；
ζbei——风筒拐弯局部阻力系数（表11）；
ζin——风筒入口局部阻力系数，
当入口处完全修圆时，取ζin＝0.1；不加修圆的直角入口时，取ζin＝0.5～0.6。
表10：
胶质风筒α、ζj0选用范围参考表
风筒直径
（mm）
摩擦阻力系数α（N.S2/m4）
接头局部阻力系数ζj0
备 注
≤400
0.00294
0.15
接头为插接、反边接头
400～600
0.00294～0.00245
0.15～0.13
600～1000
0.00245～0.00196
0.13～0.09
表11：
胶质风筒拐弯局部阻力系数参考表
拐弯角度
20°
40°
60°
80°
90°
100°
ζbei
0.18
0.4
0.62
1.0
1.25
1.55
表12：
风筒的总风阻Rp
序号
掘进巷道名称
α
N.S2/m4
d
m
ρ
kg/m3
S
m2
n
ζj0
Σζbei
ζin
L
1
0.00196
1
1.0825
0.785
199
0.09
0.1
2000
2
0.00245
0.8
1.0729
0.5024
99
0.09
2.8
0.1
1000
表13：
压入式局部风机全风压hft
序号
掘进巷道名称
hft
Pa
Q掘min
m3/s
Q扇min
m3/s
Q掘
m3/s
Q扇
m3/s
Rp
N.S2/m8
1
2
六、局部通风机安装处巷道全负压供风量计算：
Q掘全=∑Q扇+60×V安×S （m3/min）
式中：
Q掘全——局部通风机安装处巷道的全风压供风量，m3/min；
∑Q扇——安装在同一地点并联通风的各局部通风机实际工作风量之和，m3/min。
V安——局部通风机吸入口至局部通风机供风井巷回风口之间的风速，m/s。
（安装局部通风机的巷道中的风量，除了满足局部通风机的吸风量而外，还应保证局部通风机吸入口至局部通风机供风井巷回风口之间的风速，以防止局部通风机吸入循环风和这段距离内风流停滞，造成瓦斯积聚。
）岩巷取≥0.15m/s、煤巷和半煤巷取≥0.25m/s；
S——局部通风机吸入口至局部通风机供风井巷回风口之间的巷道断面，m2。
表14：
局部通风机安装处巷道全负压供风量
序号
掘进巷道名称
Q扇
m3/min
V安
m/s
S
m2
Q掘全
m3/min
Q掘实
m3/min
备注
1
2
七、验算结论及建议：
（1）根据局部通风机工作风压、巷道设计供风距离验算可知：
表15：
序号
掘进巷道名称
hft
Pa
Q掘min
m3/s
Q扇min
m3/s
Q掘
m3/s
Q扇
m3/s
Rp
N.S2/m8
1
1100—7800
3.3
5.5
8.3
13.8
68.1
2
900—5600
3.4
4.2
7.1
8.9
88.6
①4308回风顺槽掘进：
n×10+1=L
可得：
n=374，L=3750米，L掘=1500米，L剩=2250米；
②4308运输顺槽掘进：
n×10+1=L
可得：
n=103，L=1031米，L掘=800米，L剩=200米；
式中，L掘进尺为《采掘工程平面图》测算得，如与现场不符应按照现场实际测量为准。
（2）风筒百米漏风率。
我矿各掘进工作面风筒百米漏风率实际值如下
（3）表16：
序号
掘进巷道名称
P百规
%
P百实
%
备注
1
4308回风顺槽
2
6.1
2
4308运输顺槽
3
9.5
可见，我矿各工作面风筒漏风较严重，需减少风筒百米漏风率，具体方法有：
①选用直径较大的风筒，改进风筒材质，降低风筒风阻；
②改进风筒接头方法和减少接头数。
接头好坏直接影响风筒漏风和风筒阻力。
我矿现接头方法不符合标准，插接法（即把风筒的一端顺风流方向插到另一节风筒中，并拉紧风筒使两个铁环靠紧）操作简单，但漏风大，为减少漏风，应采用双反边接头法（在两个接头上均留有200mm-300mm的反边）；
③减少接头数，选用长节风筒，可将5-10节风筒顺序粘接起来，使每节风筒长度增到50-100m；
④减少针眼漏风，针眼应用胶布粘补；
⑤防止风筒破口漏风，风筒靠近工作面的前端，应设置3-4m长的铁风筒，随工作面推进前移，以防放炮崩坏风筒。
风筒吊挂上帮顶角处，吊挂平直，拉紧吊稳。
（3）我矿风机安装处供给的全负压风量不能满足局部通风机的吸风量，应从全矿井通风系统中调整，满足风机群处风量，保证风机的吸风量。
（4）选择合适局部通风机，根据工作风压、风量和局部通风机的性能曲线，选择合适的局部通风机。
局部通风机的工作风量范围应以该局部通风机出厂说明书中提供的有效风量范围为准，各矿必须保存好局部通风机出厂说明书，以此为矿井配风计算和局部通风机选型的凭证。
八、资料来源及依据
1、本设计参考依据：
全国煤炭高等职业教育采矿工程类规划教材《矿井通风学》、《华电集团有限公司矿井风量计算细则》、各工作面《作业规程》、《采掘工程平面图》。
2、本设计参考数据截止日期至2016年10月17日。
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