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煤矿通风系统分析
***煤矿通风系统分析
河南理工大学
安全科学与工程学院
指导老师:
***
***煤矿通风系统分析
摘要：
合理地进行矿井通风系统分析，对矿井灾害的预测预报及其控制，对矿井的安全生产及通风系统的科学管理，降低煤矿安全事故发生率具有重要的意义。
本文对***煤矿通风系统进行分析，从进行矿井通风阻力测定所得数据的基础上，分析了通风阻力分布状况、网络复杂程度、有效风量率、内部漏风率、外部漏风率和对各用风地点的风量、风速、温度进行验证和分析。
从而为后绪的矿井通风系统优化提供原始的基础数据和资料。
关键词：
通风系统阻力测定分析
在我国的能源结构中,煤炭做为基础性能源占有特别重要的地位,占总能源消耗的73.4%,是我国工业可持续发展的重要保障。
矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。
随着对煤炭需求的增加,煤炭工业的不断发展，矿井生产能力越来越大，开采深度和广度不断加大，开采的地质条件也更加复杂，矿井通风对矿井的生产与安全起着越来越大的影响。
煤矿生产的安全事故发生率也居高不下。
大型、特大型灾难不断发生，不但给国家带来巨大的损失，同时对煤矿职工的生命安全也带来了巨大的损失与威胁。
剖析国内近几年来煤矿重大灾害事故发生和扩大的原因，无不与矿井通风系统有着密切的关系。
建立一个能满足矿井日常需风要求，保证风向稳定、风质合格、经济合理，并且有较强抗灾能力的矿井通风系统是至关重要的。
因此，合理地进行矿井通风系统分析，对矿井灾害的预测预报及其控制，对矿井的安全生产及通风系统的科学管理，降低煤矿安全事故发生率，搞好矿井通风系统分析工作是一项具有非常重要的意义而又急待解决的工作。
良好的矿井通风系统的标志是各矿井主要通风机装置运行状态良好；通风井巷联结形式合理；通风网络内部实际最优化调节。
许多矿井的通风系统由于在安全、技术、经济方面存在着不合理现象，从而导致煤矿经济效益的严重滑坡，有的甚至难以维持矿井的正常生产。
产生这些不合理现象的原因可能是由设计不当引起，或是因通风技术管理不当、生产布局的发展变化、设备老化或是主要通风机通风能力与井巷通过能力不匹配等造成。
而实践证明：
无论是哪方面原因引起的矿井通风系统不合理，只要及时的对矿井通风系统进行合理分析从而进行改造、优化调整，相应的通风系统就会大大改善，从而有利于安全生产。
第一章基本概况
1.1矿井位置与交通
新登煤矿是***企业（集团）有限公司的骨干企业，位于登封市东南15公里处的阳城经济工业区，许洛公路从井田北部穿过，地理位置优越，交通十分便利，其井田东西宽2.5-3.0km，南北长3.1km，井田面积约8km2。
1.2矿井概况
井田以低山丘陵地貌为主，冲沟发育，南高北低，地表有两条季节性河流，对井田开采无影响。
矿井地质构造简单，基本为单斜构造，地层走向北东10o～20o，倾向280o～290o，倾角6o～15o。
33全矿井涌水量为240m3/h。
近年来测出的瓦斯涌出量为7.27m3/min，属低沼矿井。
煤尘有爆炸危险性，自然发火期为12个月。
根据钻孔测温资料，本井田地温梯度0.35—1.67℃/100m，平均1.04℃/100m，属地温正常区。
矿井通风方式为中央边界式，副（主）斜井、六井进风，新风井回风。
采区内采用付巷进风，机巷回风，工作面采用“U”型通风，付巷进风，机巷回风，掘进工作面采用压入式通风。
目前井下布置有两个回采工作面，分别是：
31051综采工作面、21051炮采工作面，共布置有7个掘进工作面。
新风井装备BDK60-6-№18轴流式风机（Ⅰ#、Ⅱ#）两台，风机配用电机功率均为160kw。
第二章矿井通风阻力测定
2．1阻力测定的目的
1．了解通风系统中阻力分布情况，以便降阻增风；2．提供实际的井巷摩擦阻力系数和风值，为通风设计、网络解算、通风系统改造提供可靠的基础资料；
3．为调节风压法控制火灾提供必须的基础资料，使这一方法的应用更合理、有效；
4．为拟定发生事故时的风流控制方法提供必要的基础参数；5．为矿井通风自动化及矿井通风系统优化提供原始数据等等。
2．2测定前的组织与准备工作
2．2．1测定前的计划与组织
1.测试日期,时间及详细的日程安排;
2.测试方法选择及技术图件与仪表的准备;
3.测试路线及范围;
4.数据测试及整理方法;
5.组织领导,参加人员的职责与分工;
6.相关部门的配合工作
2．2．2技术图件的准备
1.矿井开拓,开采工程平面图.图纸必须清晰,准备地反映矿井生产的现实情况;
2.通风系统图.通风系统图是在矿井开拓,开采工程平面图的基础上绘制的.要确切地标明进,回风路线及风流方向,新风与乏风要明确地分开;用风地点,火灾位置和主要漏风通道要标明;井上下各种通风设施和设备的位置要用专门符号标出.实用的通风系统图通常用单线条来代替开拓,开采工程平面图上的实际巷道;
3.通风网路图.通风网路图是在通风系统图的基础上适当简化绘制而成,以单线条清楚地反映各分支巷道之间的联接关系和结构形式,它是风网计算与网路分析的基础.图中要标明风流方向,用风地点及主要漏风通道.在绘制网路图时要力求简明,尽量减少风路（线条）交叉和跨越;图面上进风井要放在整体图件的下方,回风井放置于上方,回采工作面居中并用符号标明.在通风系统图和网路图上巷道的相交点均应以相对应的数字标明.
4.在有条件情况下,可绘制通风系统立体示意图;
5.在用气压计法测试时,还需绘制巷道顶（底）板标高点分布图.
2．3测定路线选择
矿井通风系统的通风阻力测试,应选择风量最大,路线最长,可以包括较多测试内容、且人员和仪器易于通过的干线,作为主测路线。
然后再选择1～2个地段或分支路线，作为辅助性测量和校核测试结果用。
根据测试任务，结合全矿井的特点，先在通风系统图上大致确定测量地段、路线和测点。
确定路线和测点时，应考虑有可能在一个作业班的时间内测试完毕。
测试路线选定后，应进行实地考察，考察的主要内容有：
通风系统有无变化重要漏风地段是否遗漏测定路线上有无局部通风机调节风门风桥和其它障碍物测试位置是否满足要求等。
然后，根据考察的结果，对原定的测试路线和测定进行补充和修改，并标注在通风系统图和网路图上。
2．4测点布置及测点布置原则
1.全部测定连接后能够完全控制所需测试的范围或风路；
2.较长的巷道两端应布置测点；
3.根据具体情况两测点间可跨越一组或部分并联风网；
4.测点应尽可能避免靠近井筒和主要风门，以减小井筒提升和风门开启的影响；
5.对于巷道长度较短，连接比较复杂的局部地点为了减少测点数目及保证测试精度，应细致考虑该局部风网的阻力分布状况，宜在阻力分布中心布置测点；
6.主要漏风地点应布置测点；
7.测试内容包括通风阻力系数时,在风流分支,汇合,转弯,扩大或缩小等局部阻力物前应布置测点,且与局部阻力物的距离不得小于巷道宽度的3倍;在局部阻力物后方布置的测点,不得小于巷宽的8—12倍；
8.测点间的压差应为10—20pa以上为宜;
9.用气压计测定通风阻力时,测点位置应有准确的标高；
10.对于巷道长度较短,连接比较复杂的局部地点为了减少测点数目及保证测试精度,应细致考虑该局部风网的阻力分布状况,宜在阻力分布中心布置测
11.两测点间跨越并联巷道时，应分别测取各并联巷道的风量，以便计算风阻值和校核风量；
12.测点确定后，应沿风流方向依次编号，并在井下测点位置标写醒目的编号，编号应与有关图纸上的相应编号一致。
根据新登矿通风系统的具体情况，选择了两条测定路线为主测
路线Ⅰ：
副斜井→暗副斜井→+90南翼轨道巷→三水平下山副巷→31051付巷→31051工作面→31051机巷→三水平下山机巷→+90南翼机巷→+90总回风石门→新回风井。
主测路线Ⅱ：
副斜井→暗副斜井→+90南翼轨道巷→南翼索车巷→南付巷→第十三联巷→南翼机巷→+90七部头→总回风石门→新回风井。
具体测点见附图一：
新登煤矿通风系统图。
2．4仪器仪表与测定方法
2.4.1仪器仪表
1精密气压计：
测量范围83．6～114kPa，最小分度值25Pa；
2通风干湿温度计：
测量范围-25～+50℃，最小分度值0．2℃；
3低速风速表：
测量范围0．2～5m／s，启动风速≤0．2m／s；
4中速风速表：
测量范围0．4～10m／s，启动风速≤0．4m／s；
5高速风速表：
叶轮：
测量范围0．8～25m／s，启动风速≤0．5m／s；
杯式：
测量范围1．0～30m／s，启动风速≤0．8m／s；
6秒表：
最小分度值1s；
7钢卷尺：
2m钢卷尺：
测量范围0～2m，最小分度值1．0mm；
30m钢卷尺：
测量范围0～30m，最小分度值1．0mm；⑧普通型空盒气压计：
测量范围80～107kPa（相当于600～800mmHg），最小分度值50Pa；⑨倾斜压差计：
测量范围0～3000Pa，最小分度值10Pa；⑩橡胶管（或塑胶管）：
内径4～5mm；橡胶管接头：
内径3～4mm，外径5～6mm，长度50～80mm。
本次测定采用气压计法中的两点同时测定法。
所用的仪器仪表
有：
BJ-1型精密气压计
3台
DHM-2型通风干湿球温度计
2台
风表（高、中、低速）
3块
秒表
2块
皮尺
2个
2．4．2测定方法
2．4．2．1压差计法
1风压测量：
从测点1开始，在测点1、2两处各设置一个皮托管，一般在测点2的下风侧6～8m处安设压差计。
皮托管应设置在风流稳定的地点，正对风流。
压差计应靠近巷道壁安设平稳，调零或记下初读数。
橡胶管要防止折叠和被水、污物等堵塞，待橡胶管内的空气温度等于巷道内的空气温度后，将两个橡胶管安在压差计上，待压差计液面稳定后读数。
测点1、2测完后，压差计可以不动，进行测点2、3间的测量。
依次按测点的顺序进行测量，直至全路线测完为止。
2风速测量用风速表测量风速，需测量三次，取其平均风速值。
3大气物理参数测量用空盒气压计测量大气压力；用通风干湿温度计测量空气的干球温度和湿
球温度。
4巷道断面积和周长参数测量按测点的巷道断面形状，用钢卷尺进行测量。
5测点间距测量用钢卷尺测量两测点间的距离。
2．4．2．2气压法法
①风压测量
逐点测量法：
在井口或井底车场调好两台精密气压计（Ⅰ、Ⅱ），并记录初读数。
仪器Ⅰ留在原地监视大气压力变化，每隔10～15min记录一次读数，仪器Ⅱ按测点顺序分别测出各测点风流的绝对静压。
双测点同时测定法：
在测点Ⅰ处，调好两台精密气压计（Ⅰ、Ⅱ），并记录初读数。
然后仪器Ⅰ留在原处不动，仪器Ⅱ放置在测点2，在约定时间内两台仪器同时读数。
再把仪器Ⅰ移到测点2，同时读数，仪器Ⅰ不动，将仪器Ⅱ移到测点3，再在约定时间内两台仪器同时读数。
如此前进直至测完。
②风速测量、大气物理参数测量、巷道断面积和周长参数测量、测点间距测量同压差计测量法。
本次测定采用气压计法中的两点同时测定法。
2．5测定数据的整理与计算
2．5．1基本参数计算
2．5．1．1空气密度计算空气密度按下式计算：
3.484103P00.3779Psh
273.15t式中：
ρ——空气密度，kg／m3；
Po——测点的大气压力，Pa；
ψ——空气相对湿度，％；
Psh——测点温度为t℃时，空气的绝对饱和水蒸汽压力，Pa；t——空气温度℃。
计算结果见表2-1空气密度测算表
表2-1空气密度测算表
测点
原始记录
Δt（℃）
Ф（%）
Psat（Pa）
ρ
3
（kg/m3）
td（℃）
tw（℃）
P（Pa）
1
1.0
0.0
99060
1.0
83.0
657
1.2563
2
6.4
5.7
100253
0.7
90.5
935
1.2455
3
12.2
9.6
100853
2.6
71.8
1420
1.2267
4
12.8
11.0
100846
1.8
81.0
1479
1.2232
5
12.8
11.8
100769
1.0
89.0
1479
1.2217
6
13.3
13.0
101208
0.3
97.0
1528
1.2241
7
16.2
15.2
101235
1.0
90.0
1838
1.2114
8
23
22.6
101349
0.4
96.0
2196
1.1991
9
19.4
19.2
101430
0.2
98.1
2252
1.1980
10
18.9
18.8
101541
0.1
99.0
2182
1.2016
11
20.2
18.9
100492
1.3
88.6
2366
1.1841
12
19.8
18.5
100288
1.3
88.6
2309
1.1835
13
19.6
18.6
100208
1.0
91.0
2281
1.1832
15
18.8
18.7
99302
0.1
99.0
2169
1.1753
16
18.7
18.6
98811
0.1
99.0
2156
1.1699
17
18.6
18.6
98627
0.0
100.0
2142
1.1681
18
19.2
19.2
98133
0.0
100.0
2224
1.1595
19
19.2
19.2
97997
0.0
100.0
2224
1.1578
20
15.1
14.6
101488
0.5
95.0
1714
1.2192
21
15.4
14.1
101714
1.3
87.0
1748
1.2212
22
16.8
15.8
101971
1.0
90.0
1913
1.2174
23
18.0
17.5
101972
0.5
95.0
2062
1.2114
24
8.6
8.0
100835
0.6
92.8
1117
1.2420
25
6.3
5.1
97814
1.2
83.7
955
1.2157
26
17.6
17.2
100599
0.4
96.0
2012
1.1967
27
17.3
17.0
100498
0.3
97.0
1974
1.1968
28
13.0
11.0
100676
2.0
79.0
1497
1.2203
30
13.7
13.0
100344
0.7
93.0
1568
1.2121
31
14.2
13.8
100223
0.4
96.0
1619
1.2080
32
14.8
14.4
100198
0.4
96.0
1682
1.2049
33
15.4
15.0
100676
0.4
96.0
1748
1.2079
34
15.2
14.8
100281
0.4
96
1726
1.2041
36
16.2
15.9
100555
0.3
97
1838
1.2026
37
16.8
16.4
100194
0.4
96
1913
1.1956
39
17.0
16.6
100188
0.4
96
1937
1.1946
40
16.0
15.8
100339
0.2
98
1814
1.2009
42
18.4
18.2
100165
0.2
98
2116
1.1876
43
18.8
18.6
99996
0.2
98
2169
1.1837
44
19.2
18.8
99939
0.4
96
2224
1.1814
45
18.8
18.8
100082
0.0
100
2169
1.1845
47
20.1
20.1
100538
0.0
100
2352
1.1839
48
19.4
19.2
99045
0.2
98.1
2252
1.1696
49
19.3
19.0
98583
0.3
97
2238
1.1647
2．5．1．2巷道断面积和周长计算梯形：
半圆拱：
S=H×B
U=4.16S
SB（h0.39B）B（H0.11B）
U2H1.57B3.84S
三心拱：
式中：
SB（h0.26B）B（H0.07B）
U2H1.57B4.10S
S——井巷断面积，m2；
B——巷道宽度（梯形为平均宽，即上底加下底除以2），m；
H——巷道高度，m；
U——巷道周长，m。
计算结果见表2-2测点断面尺寸测算表
附表2-2测点断面尺寸测算表
测点
断面
支护
宽度
高度
面积（m2）
周长
形状
形式
B（m）
H（m）
计断
实断
U（m）
1
半圆拱
砌碹
3.50
3.00
9.15
8.70
11.62
2″
三心拱
砌碹
3.35
2.90
8.48
8.00
12.11
2″′
半圆拱
砌碹
3.50
2.90
8.80
7.60
11.39
2″″
半圆拱
砌碹
3.15
3.00
8.36
7.50
11.10
2″″′
半圆拱
砌碹
3.50
3.20
9.85
8.10
12.05
4″″
半圆拱
锚喷
3.10
2.65
7.16
6.16
10.27
5″′
半圆拱
砌碹
3.40
2.85
8.42
7.50
11.14
6′
梯形
工字钢
3.40
2.26
7.68
7.10
11.53
6″
梯形
工字钢
3.10
2.60
8.06
7.60
11.81
11′
半圆拱
砌碹
4.50
3.50
13.52
12.30
14.12
9″
梯形
工字钢
3.20
2.80
8.96
7.60
11.49
22′
半圆拱
砌碹
3.55
3.00
9.26
8.20
11.69
23′
半圆拱
砌碹
4.65
3.70
14.83
13.60
14.79
23″
半圆拱
锚喷
3.80
3.20
10.57
9.20
12.49
5′
半圆拱
砌碹
3.20
2.60
7.19
6.80
10.30
5″
半圆拱
砌碹
2.90
2.60
6.61
6.20
9.88
13″′
梯形
工字钢
3.20
2.30
7.36
6.90
11.29
24″′
半圆拱
砌碹
3.60
3.00
9.37
8.80
11.76
25″
梯形
工字钢
3.15
2.40
7.56
7.10
11.44
25′
梯形
工字钢
3.00
1.95
5.85
5.00
10.06
28″
梯形
工字钢
3.30
2.10
6.93
6.50
10.95
29″
梯形
工字钢
3.45
2.60
8.97
8.50
12.46
30′
梯形
工字钢
2.97
2.65
7.87
7.40
11.67
30″′
梯形
工字钢
2.65
2.15
5.70
5.29
9.93
30″″
梯形
工字钢
2.85
2.35
6.70
6.50
10.77
31′
梯形
工字钢
2.67
2.00
5.34
4.94
9.61
31″
梯形
工字钢
2.62
1.80
4.72
4.30
9.03
49″
梯形
工字钢
2.97
2.20
6.53
6.10
10.63
17′
梯形
工字钢
2.85
2.00
5.70
4.60
9.93
17″
梯形
工字钢
3.07
2.20
6.75
6.30
10.81
49′
梯形
工字钢
2.80
2.00
5.60
4.60
9.84
22″
梯形
工字钢
3.05
2.30
7.02
6.40
11.02
33″
梯形
工字钢
2.77
2.20
6.09
5.50
10.27
34′
梯形
工字钢
3.00
2.40
7.20
6.70
11.16
34″
梯形
工字钢
3.20
2.40
7.68
7.00
11.53
35″
梯形
工字钢
2.95
2.60
7.67
7.20
11.52
36′
梯形
工字钢
2.85
2.40
6.84
6.40
10.88
37′
梯形
工字钢
2.85
2.20
6.27
5.80
10.42
38
梯形
工字钢
2.90
2.50
7.25
6.30
11.20
38′
梯形
工字钢
2.85
2.35
6.70
5.90
10.77
38″
梯形
工字钢
2.75
2.40
6.60
5.20
10.69
39′
梯形
工字钢
2.65
2.00
5.30
4.90
9.58
39″
梯形
工字钢
2.80
2.00
5.60
5.20
9.84
39″′
梯形
工字钢
2.90
2.15
6.24
5.80
10.39
40′
梯形
工字钢
3.05
2.10
6.41
5.70
10.53
40″
梯形
工字钢
2.90
2.40
6.96
6.50
10.97
33′
半圆拱
砌碹
3.65
2.80
8.75
8.30
11.36
扩散器
方形
2.00
2.00
4.00
3.50
8.00
2．5．1．3平均风速计算每测点取三次实际风速值的算术平
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