比较详细的矿井通风设计.docx
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比较详细的矿井通风设计
矿井通风系统及系统管理
1、矿井通风系统是矿井通风方式（矿井进风井和回风井布置方式）、通风方法（矿井主风机工作方法）、通风网络和风流控制设施的总称。
2、矿井通风方式的分类：
每个矿井通风系统至少有可靠的一个进风井和一个回风井。
按矿井进风井和回风井的相对位置，矿井通风方式可分为中央式、对角式和混合式3种基本类型。
（1）中央式：
进风井和回风井大致位于井田中央，风流在井下主要进、回风巷中的流动方向是折返式。
根据回风井沿矿体倾斜方向位置，又可分为和中央分列（边界）式。
①中央并列式。
沿井田走向和倾斜方向，进、回风井均大致位于井田中央，进、回风井都开凿到同一深度（如图）。
②中央分列（边界）式。
沿井田走向和倾斜方向，进、回风井均大致位于井田中央，进风井井底位于水平（中段）进风巷，而回风井井底位于水平（中段）回风巷（如图）。
（2）对角式：
矿井进、回风井分别位于井田两翼，称为单翼对角式；矿井的进风井大致位于井田中央，两翼各设回风井，称为两翼对角式（如图）。
3、矿井通风方法的分类：
矿井主要风机必须安设在地面。
主要风机工作方法有抽出式、压入式、抽出与压入混合等。
（1）抽出式。
主风机安设在与回风井相联接的风硐口，在抽出式主风机作用下，矿井通风网络内的风流处于负压状态。
（2）压入式。
主风机安设在与回风井相联接的风硐口，在压入式主风机作用下，矿井通风网络内的风流处于正压状态。
4、采区通风系统：
即采区进、回风，工作面进、回风的布置及其控风设施。
（1）基本要求：
①采区必须实行并联通风。
高瓦斯、突出矿井的每个采区，开采容易自燃的采区，必须设置至少一条专用回风巷；低瓦斯矿井开采煤层群的分层采用联合布置的采区，必须设置一条专用回风巷。
采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。
②采掘面实行独立通风，有特殊困难而实行串联通风的必须符合规定。
③突出危险的采煤工作面不得采用下行风，回风侧不应设置风窗。
④采掘工作面进、回风不得经过采空区或冒顶区。
无煤柱开采沿空送巷或沿空留巷时，应采取防止从巷道两帮和顶部向采空区漏风的措施。
（2）采区进、回风上山：
一般认为，瓦斯、煤尘威胁大的采区，用轨道上山进风；否则，用运煤上山进风。
（3）煤矿回采工作面通风系统：
回采工作面进风巷与回风巷的布置有U、Z、Y、双Z和W等形式，这些都是U形的变形，是为了加大工作面长度、增加工作面供风量、改善工作面气候条件，预防采空区漏风和减少瓦斯涌出等目的而设计出来的。
我国多采用U形，分为后退式与前进式两种（如图）。
5、局部通风：
为了稀释和排出自煤（岩）体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘，以及创造良好的气候条件，必须对独头掘进工作面进行通风，这种通风称为掘进通风或局部通风。
局部通风主要靠局部通风机通风，分为局部通风机压入式通风和局部通风机抽出式通风（如图），局部通风机压入式通风具有有效射程长，排除炮烟、瓦斯效果好等特点，所以我们一般采用局部通风机压入式通风。
其有效射程分别为：
（压入式）
（抽出式）
《煤矿安全规程规定》对局部通风的规定：
第一百二十七条掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风。
煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压入式，不得采用抽出式（压气、水力引射器不受此限）；如果采用混合式，必须制定安全措施。
瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。
第一百二十八条安装和使用局部通风机和风筒应遵守下列规定：
（一）局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转。
（二）压入式局部通风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距掘进巷道回风口不得小于10m；全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量，局部通风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速必须符合本规程第一百零一条的有关规定。
（三）必须采用抗静电、阻燃风筒。
风筒口到掘进工作面的距离以及混合式通风的局部通风机和风筒的安设，应在作业规程中明确规定。
（四）低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或与采煤工作面分开供电。
（五）瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电；也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，但每天应有专人检查１次，保证局部通风机可靠运转。
（六）严禁使用3台以上（含3台）的局部通风机同时向1个掘进工作面供风。
不得使用１台局部通风机同时向２个作业的掘进工作面供风。
第一百二十九条使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风；因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。
恢复通风前，必须检查瓦斯。
只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机。
第一百三十条井下爆炸材料库必须有独立的通风系统，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。
新建矿井采用对角式通风系统时，投产初期可利用采区岩石上山或用不燃性材料支护和不燃性背板背严的煤层上山作爆炸材料库的回风巷。
必须保证爆炸材料库每小时能有其总容积4倍的风量。
第一百三十一条井下充电室必须有独立的通风系统，回风风流应引入回风巷。
井下充电室，在同一时间内，5t及其以下的电机车充电电池的数量不超过3组、5t以上的电机车充电电池的数量不超过1组时，可不采用独立的风流通风，但必须在新鲜风流中。
井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度，不得超过0.5%。
第一百三十二条井下机电设备硐室应设在进风风流中。
如果硐室深度不超过6m、入口宽度不小于1.5m而无瓦斯涌出，可采用扩散通风。
井下个别机电设备硐室，可设在回风流中，但此回风流中的瓦斯浓度不得超过0.5%，并必须安装甲烷断电仪。
矿井风量计算及分配
一、风量计算的标准及原则
1、风量计算的标准
供给煤矿井下任何工作用风地点的新鲜风量，必须依照下述各种条件进行计算，并取其最大值，作为该工作用风地点的供风量。
1）该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3.
2）该用风地点的风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体浓度，风速以及温度等都符合《煤矿安全规程》的有关各项规定要求分别计算，取其最大值。
2、风量计算原则
无论矿井或采区的供风量，均按该地区各个实际用风点，按照风量计算标准，分别计算出各个用风地点的实际最大需风量，从而求出该地区的风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，作为该地区的供风量。
即“由里到往外”的计算原则，由采掘工作面、硐室和其它用风地点计算出各采区风量，最后求出全矿井的总风量。
3、矿井风量计算的基础资料
1）新井设计、生产矿井的扩、改建和水平延深时的采、掘工作面，硐室和其它用风地点的配置数量、工程设计、平面布置图和地质说明书。
2）矿井和采、掘工作面瓦斯涌出量预测资料，根据煤层瓦斯含量预测瓦斯涌出量，或按矿井实际瓦斯涌出量和瓦斯梯度推算。
新井设计当瓦斯资料不足时，也可参照邻近生产矿井的瓦斯资料进行计算。
3）采、掘工作面和通风巷道风流温度预测资料。
按矿井当地气温、地温、井下机械设备等热源，其他热源和岩石的热物理性能，计算井下各通风巷道和采、掘工作面的风流温度。
4）每个机械硐室的装机容量和运转的电动机总功率，爆破材料库的空间总容积和充电硐室中蓄电池机车同时充电的台数和吨数。
二、矿井风量计算
按下列要求分别计算，并且必须取其最大值。
（一）、按井下同时工作的最多人数计算
Q=4NK
式中Q----矿井总风量，m3/min;
N-----井下同时工作的最多人数，人；
4-----每人每分钟供风标准，m3/min；
K-----矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均匀等因素。
采用压入式或中央并列式通风时，可取1.20~1.25；采用中央分列式和混合式通风时，可取1.15~1.20；采用对角式和分区式通风时.可取1.10~1.15.上述备用系数在矿井产量T≥90×104t/a时取小值；T＜90×104t/a时取大值。
（二）按采煤、掘进、硐室等处实际风量计算。
Q=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其它）×K
式中∑Q采-------采煤工作面实际需风量总和，m3/min；
∑Q掘-------掘进工作面实际需风量总和，m3/min；
∑Q硐-------独立通风硐室实际需风量总和，m3/min；
∑Q其它------除采掘硐室外其它需风量总和，m3/min；
其他符合意义同前。
1、采煤工作面需风量计算
采煤工作面应按瓦斯（或二氧化碳）涌出量、工作面温度、炸药用量、同时工作的最多人数分别计算，取其中最大值，并用风速验算。
1）按瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算：
Q采=100×q采×Ke
式中
Q采-------采煤工作面需风量，m3/min；
q采-------采煤工作面绝对瓦斯涌出量；m3/min；
Ke---------工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，即该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
通常，机采工作面可取1.2~1.6；炮采工作面可取1.4~2.0；水采工作面可取2.0~3.0
2）按照工作面温度计算
采煤工作面应该有良好的气候条件，其进风流气温和风速应符合表8-3-1
采煤工作面需风量可按下式计算
Q采=60×VC×SC×Ki
式中VC--------回采工作面适应风速，m/s;
SC--------回采工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m；
Ki---------工作面长度系数，按表8-3-2选取。
表8-3-1采煤工作面空气温度与风速对应表
采煤工作面进风流气温（C0）
采煤工作风速（m/s）
＜15
0.3～0.5
15～18
0.5～0.8
18～20
0.8～1.0
20～23
1.0～1.5
23～26
1.5～1.8
表8-3-2采煤工作面长度风量系数表
采煤工作面长度/℃
采煤工作面风量系数
<50
0.8
50～80
0.9
80～120
1.0
120～150
1.1
150～180
1.2
>180
1.30～1.40
3）、按照炸药使用量计算
Q采=Ac×b/t×c
式中Ac---------采煤工作面一次使用最大炸药量，Kg；
b-----每公斤炸药爆破后生成的当量CO的量，根据炸药爆破后的有毒气体国家标准b=0.1m3/kg;
t-----通风时间，一般取20～30min;
c-----爆破经通风后，允许工人进入工作面的CO浓度，一般取c=0.02%
将各参数取值代入上式后，简化为：
Q采=25Ac
4）按工作人数量计算
Q采=4nc
式中4----每人每分钟最低供风量，m3/min;
nc-------采煤工作面同时工作最多人数；
5）按风速验算
根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面最低风速为0.25m/s,最高风速为4m/s的要求进行验算。
即回采工作面风量应满足：
15×Sc≤Q采≤240Sc
式中Sc-----回采工作面平均有效断面，m2
采煤工作面若有串联通风时，按其中一个最大风量计算。
备用工作面按上述要求，满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算需风量，且不得低于其回采时需风量的50%
2、掘进工作面风量计算
煤巷、半煤岩巷和岩巷独头通风掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。
1）按工作面瓦斯（二氧化碳）涌出量计算
Q掘=100×q掘×kd
式中：
Q掘—掘进工作面实际需风量，m3/min；
q掘-----掘进工作面平均绝对涌出量，m3/min
kd-------掘进工作面因瓦斯涌出不均匀的备用系数，即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。
通常，机掘工作面取1.5～2.0；炮掘工作面取1.8～2.0；
2）按炸药使用量计算
Q掘=Aj×b/t×c
式中Q掘--------掘进工作面实际需风量，m3/min；
Aj---------掘进工作面一次爆破使用最大炸药量，Kg；
b-----每公斤炸药爆破后生成的当量CO的量，根据炸药爆破后的有毒气体国家标准b=0.1m3/kg;
t-----通风时间，一般取20min;
c-----爆破经通风后，允许工人进入工作面的CO浓度，一般取c=0.02%
将局部通风机吸风量计算
Q掘=Af×I×kf
式中Q掘-------掘进面局部通风机额定风量，m3/min；
I-----掘进面同时运转的局部通风台数，台；
kf-----为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2～1.3，进风巷中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出取1.3；
局部通风机的额定风量表8-4-3
表8-3-3局部通风机额定风量8-3-3
风机型号
额定风量（m/s）
风机型号
额定风量（m/s）
JBT-51（5.5KW）
150
JBT-61（14KW）
250
JBT-52（11KW）
200
JBT-62（28KW）
300
4）按工作人数计算
Q掘=4ni
式中4----每人每分钟最低供风量，m3/min;
ni------掘进工作面同时工作最多人数，人；
5）按风速进行验算
根据《煤矿安全规程》规定，岩巷掘进工作面的风量应满足：
9×Si≤Q掘≤240×Si
煤巷、半煤巷掘进工作面的风量应满足；
15×Si≤Q掘≤240×Si
式中Si-----掘进工作面巷道过风断面，m2
3、硐室需风量计算
1）《煤矿安全规程》有关规定
（1）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风流必须直接引入矿井的总回风巷道或主要回风中，在新建矿井采用对角式通风系统时，投产初期可利用采区岩石上山作爆破材料库回风巷。
必须保证爆破材料库每小时能有其总容积4倍的风量。
（2）在多水平生产的矿井内，在井下爆破材料库距放炮地点超过2.5Km的矿井内或在井下无爆破材料的矿井内，都可设爆破材料发放硐室。
发放硐室必须设在有独立风流的专用巷道内。
管理制度必须同井下爆破材料库相同。
（3）井下充电硐室必须有单独的新鲜风流，回风流必须直接引入回风巷。
井下充电硐室在同一时间内5t及其以下的电机车充电电池的数量不超过三组或5t以上的电机车充电电池数量不超过一组，可不采用独立的风流通风。
井下充电硐室风流中以及局部积累处的氢气浓度，都不得超过0.5%
（4）井下机电硐室必须设在进风中，如果硐室不超过6m，入口宽度不小于1.5m而无瓦斯涌出时，可采用扩散通风。
2）硐室风量计算
各个独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算，
（1）井下爆破材料库：
按库风空气每小时更换4次计算
Q硐=4V/60
式中Q硐-----爆破材料库硐室供风量，m/min；
4-----爆破材料库总容积的倍数；
V-----爆破材料库总容积，m2；
60----每小时分钟数；
但一般大型爆破材料库供风为100～150m3/min;中小型爆破材料库供风为60～100m3/min
（2）机电硐室：
按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：
Q硐=3600×∑W×θ/p×Cp×60×△t
式中Q硐-----机电硐室供风量，m3/min；
∑W----机电硐室里运行的电机（或变电器）总功率（按全年中最大值计算），KW；
θ----机电硐室发热系数，可根据实际考察由机电硐室内机械设备运转时的实际发热量转换为相当于电器设备容量做无用功的系数确定，也可按表8-3-6选取。
p----空气密度，一般取1.2kg/m3
Cp-----空气的定压气热，一般取1.000kJ/kg·K；
△t----机电硐室进回风流的温度差，℃；
3600---热功当量，1KW·h=3600KJ。
表8-3-6机电硐室发热系数（θ）表
机电硐室名称
发热系数（θ）
空气压缩机房
0.15～0.23
水泵房
0.01～0.04
变电所，绞车房
0.02～0.04
采区小型机电硐室，设计建议采用应验值60～80m3/min
（3）充电硐室
按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算：
Q硐=200qd
式中
qd——充电硐室在充电时产生的氢气量m3/min；
通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min；
（4）柴油机硐室
柴油机设备工作时排放出大量的废气。
废气的成分很复杂，所包含的有害成分有一氧化碳、氮氧化合物、氮氢化合物、二氧化碳、甲醛、乙醛、油烟等，其中以一氧化碳和氮氧化合物居多。
采用柴油设备时需要的风量计算方法比较多，主要是以下几种：
A．按单位功率的需风量指标计算：
Q硐=q0·N
式中q0----单位功率的供风指标，可取3.8～4.0m3/min；
N-----各种柴油设备按使用的时间比例的总功率，KW；
即；N=N1k1﹢N2k2………….﹢Nnkn=∑Niki
Ni-----各种柴油设备的额定功率，KW；
ki-----时间系数，即各种柴油机设备每小时作业时间的百分比，%
B．按柴油设备说明书计算风量。
第一台柴油机设备风量按5.4m3/min·KW；如果有多台设备运行时通风为：
第二台加单台的75%；第三台及以上各台分别加50%的风量。
C．按柴油设备废气排放量计算；
柴油机车排出的主要有害气体是CO和NOX，当矿井中CO2涌出较大时，CO2也可能成为确定风量条件，所以柴油机硐室风量按稀释以上三种有害气体的要求计算。
计算式如下：
QCO=（qCO·Q1·k2·k2·N＋106·q′CO）·KCO/CCO－C′CO）
Qnox=（qNox·Q1·k2·k2·N＋106·q′Nox）·KNox/（CNox－C′NOX）
QCO=（qCO2·Q1·k2·k2·N＋106·q′CO2）·KCO2/（CCO2－C′CO2）
式中QCO、QNOX、QCO2——稀释CO、NOX、CO2的浓度，PPm；
CCO、CNOX、CCO2——《煤矿安全规程》规定的井下空气CO、NOX、CO2允许浓度，PPm；
C′CO、C′NOX、C′CO2——入风侧CO、NOX、CO2的浓度，PPm；
qCO、qNOX、qCO2——柴油机废气中CO、NOX、CO2的浓度，PPm
N——柴油机设备台数，台；
Q1——单台设备排气量，m3/min；
k1——柴油机设备同时运转系数，一般为0.5～1.0；
k2——柴油机设备满负荷系数，一般为0.6～1.0；
KCO、KNOX、KCO2———稀释CO、NOX、CO2的风量备用系数，一般取1.2～1.8；
q′CO、q′NOX、q′CO2——井下柴油机使用地点CO、NOX、CO2的涌出量，m3/min；
供风量按上述三式分别计算，取其中最大值作为柴油机硐室的供风量。
4、井下其它巷道需风量计算
井下其它巷道的需风量，应根据巷道的瓦斯涌出量和风速分别计算，并采用其最大值；
（1）按瓦斯涌出量计算
Q它=133×qt×kt
式中Q它——其它巷道需风量，m3/min
qt——用风巷道的绝对瓦斯涌出量，m3/min
kt——其它巷道因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，一般取1.2～1.8；
（2）按风速验算
Q它≤60×0.15×S
式中S——其它用风井巷净断面，m2；
若二氧化碳涌出量较大时，亦应按此原则计算。
若采用柴油机设备做辅助运输时，应按柴油机设备排放废气量计算各条巷道用风量。
新矿井设计、其它用风巷道所需风量难计算时，也可以采取按采煤，掘进、硐室的总和的3%～5%进行考虑。
5、矿井通风系数
矿井通风系数包括矿井内部漏风和风量分配不均匀等因素。
该系数是反映井下通风构筑物及通风管理水平的一个综合性指标，根据统计资料（见8-3-7），其Km值小于1.10的占17%，其值1.10≤Km＜1.15的占43.4%，其值1.5≤Km＜1.2的占39.6%；在新井设计时，根据矿井所选择的通风系统和通风方式不同，其Km值也不同，通过分析认为；
当采用压入式或中央并列式通风时Km＝1.20～1.25
当采用中央分列式或混合式通风时Km＝1.15～1.20
当采用对角式或分区式通风时Km＝1.10～1.15
Km值在矿井产量T≥90×104t/a时，取小值；在T＜90×104t/a时，取大值。
表8-3-7矿井通风系数统计表分析
Km
＜1.10
1.10～1.15
1.15～1.20
≥1.20
合计
矿井数目
9
23
21
0
53
百分率
17.0
43.4
39.6
0
100.0
第二节矿井总风量分配
一、风量分配方法及原则
（一）分配原则
矿井总风量确定后，应将其分配到各用风地点，其分配原则主要是：
分配到各用风地点（包括回采工作面、掘进面、硐室等）的风量，应不低于第一节所计算的风量。
为维护巷道，防止坑木腐烂，金属生锈、以及行人安全等，所以巷道应分配一定的风量。
风量分配后。
应保证井下各处瓦斯浓度，有害气体浓度，风速等满足《煤矿安全规程》的各项要求。
（二）分配方法
（1）当矿井总风量确定后，首先按照采区布置图给各回采面、掘进面、硐室分配用风量。
（2）从总风量中减去各回采面、掘进面、硐室用风量，余下的风量按采区产量，采掘面数目、硐室数目等分配到各采区。
再按一定的比例将这部分风量分配到其它用风地点。
用于维护巷道和保证行人安全。
二、风量分配后的风速校核
当风量分配到各用风地点，应结合运输条件选择经济断面，防止巷道内风速过大或过小。
尽量使各条巷道内风速处于适宜风速（见表8-3-9）范围内。
如确有困难，也必须满足《煤矿安全规程》对风速的要求（见表8-3-10）。
表8-3-9各巷道和采煤工作面适宜风速
序号
巷道名称
适宜风速（m/s）
1
运输大巷、主石门、井底车场
4.5～5.0
2
回风大道、回风石门、回风平硐
5.5～6.5
3
采区进风巷、进风上山
3.5～4.5
4
采区回风巷、回风上山
4.5～5.5
5
采区运输机巷、胶带输送机中巷
3.0～3.5
6
采煤工作面
1.5～2.5
表8-3-10井巷中风流风速
井巷名称
允许风速（m/s）
最底
最高
无提升设备的风井和风硐
——
15
专用提升材料的井筒
——
12
风桥
——
10
升降人员和物料的井筒
——
8
主要进回风巷
——
8
架线电机车巷道
1.0
8
运输机巷道、采区进回风巷
0.25
6
回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中中岩巷
0.15
4
其他人行巷道
0.15
——
例题：
1、通常计算回采工作面需风量时要①按瓦斯涌出量计算；②按同时工作最多人数计算；③按炸药量计算；④按确保采煤工作面良好的气候条件计算；⑤按风速进行验算。
假定我矿一综采工作面，工作面长112m，工作面平均采高为2.2m，最大控顶距4.1m，最小控顶距3.5m，瓦斯和二氧化碳分别为2.1m3/min和2.8m3/min，预计工作面温度范围在22℃～26℃，平均日产量为800吨，同时工作最多30人。
求工作面的需风量。
（写出各计算步骤）
2、通常计算掘进工作面需风量时要①按排出炮烟计算风量；②按瓦斯
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