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第八章 掘进通风


第八章 掘进通风
在新建、扩建或生产矿井中,都需要开掘大量的井巷工程,以便准备开拓系统、新的 采区及新的工作面。在掘进巷道时,为了稀释并排出掘进工作面涌出的有害气体及爆破后 产生的炮烟和矿尘,创造良好的气候条件,保证人员的健康和安全,必须不断地对掘进工 作面进行通风,这种通风称为掘进通风或局部通风。

第一节

掘进通风方法

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掘进通风方法按通风动力形式不同分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通 风三种。其中,局部通风机通风是最为常用的掘进通风方法。 一、局部通风机通风 局部通风机是井下局部地点通风所用的通风设备。局部通风机通风是利用局部通风机 作动力,用风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面。局部通风机通风按其工作方式不同分为 压入式、抽出式和混合式三种。 ⒈压入式通风 压入式通风如图 8-1 所示。 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 通风机把新鲜风流经风筒送入掘进工作面,污风沿掘 进巷道排出。风流从风筒出口形成的射流属末端封闭 的有限贴壁射流,如图 8-2 所示。气流贴着巷道壁射 出风筒后,由于吸卷作用,射流断面逐渐扩大,直至 射流的断面达到最大值,此段称作扩张段,用 L 扩表 示;然后,射流断面逐渐缩小,直至为零,此段称收 缩段,用 L 收表示。风筒出口至射流反向的最远 图 8-1 压入式通风 距离称为射流的有效射程,用 L 射表示。一般有: L 射=(4~5) S ,m 式中 S——巷道断面,m2。 在有效射程以外的独头巷道会出现循环涡流 区,为了有效地排出炮烟,风筒出口与工作面的 距离应小于有效射程 L 射。 压入式通风的优点是局部通风机和启动装置 都位于新鲜风流中,不易引起瓦斯和煤尘爆炸, 安全性好;风筒出口风流的有效射程长,排烟能 力强,工作面通风时间短;既可用硬质风筒,又 可用柔性风筒,适应性强。缺点是污风沿巷道排 (8-1)

出,污染范围大;炮烟从掘进巷道排出的速度慢, 图 8-2 有效贴壁射流 需要的通风时间长。适用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风。 ⒉抽出式通风 抽出式通风如图 8-3 所示。局部通风机 安装在离掘进巷道口 10m 以外的回风侧巷 道中,新鲜风流沿掘进巷道流入工作面,污 风经风筒由局部通风机抽出。 抽出式通风,在风筒吸入口附近形成一 股流入风筒的风流, 离风筒口越远风速越小, 所以,只在距风筒口一定距离以内有吸入炮 烟的作用,此段距离称为有效吸程,用 L 吸 表示,一般情况下: 图 8-3 抽出式通风 L 吸=1.5 S ,m (8-2)

式中 S――巷道断面积,m2。 在有效吸程以外的独头巷道循环涡流区,炮烟处于停滞状态。因此,抽出式通风风筒 吸入口距工作面的距离应小于有效吸程,才能取得好的通风效果。 抽出式通风的优点是污风经风筒排出,掘进巷道中为新鲜风流,劳动卫生条件好;放 炮时人员只需撤到安全距离即可,往返时间短;而且所需排烟的巷道长度为工作面至风筒 吸入口的长度,故排烟时间短,有利于提高掘进速度。其缺点是风筒吸入口的有效吸程短, 风筒吸风口距工作面距离过远则通风效果不好,过近则放炮时易崩坏风筒;因污风由局部 通风机抽出,一旦局部通风机产生火花,将有引起瓦斯、煤尘爆炸的危险,安全性差。在 瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。 ⒊混合式通风 混合式通风是一个掘进工作面同时采用压入式和抽出式联合工作。其中压入式向工作 面供新风, 抽出式从工作面排出污风。 按局部通风机和风筒的布设位置不同分为长抽短压、 长压短抽和长压长抽三种方式。 1)长抽短压。 其布置方式如图 8-4(a)所示。工作面污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀

图 8-4 长抽短压通风方式

释,由抽出式风筒排出。具体要求是:抽出式风筒吸风口与工作面的距离应小于污染物分 布集中带长度,与压入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。若采用长抽短 压通风时,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入口,改作压入式,如图 8-4(b)所示。 (2)长压短抽。其布置方式如图 8-5 所示。新鲜风流经压入式风筒送入工作面, 工作面污风经抽出式通风除尘系统净化, 被净化的风流沿巷道排出。抽出式风筒吸 风口与工作面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风筒 出风口 10m 以上, 它与工作面的距离应不 超过有效射程。压入式通风机的风量应大 于抽出式通风机的风量。 混合式通风兼有抽出式与压入式通风 的优点,通风效果好。主要缺点是增加了 一套通风设备,电能消耗大,管理也比较复杂; 图 8-5 长压短抽通风方式 降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量。混合式通风适用于大断面、长距离 岩巷掘进巷道中。 煤巷综掘工作面多采用与除尘风机配套的长压短抽混合式。 《规程》 规定, 煤巷、半煤岩巷的掘进如采用混合式通风时,必须制订安全措施。但在瓦斯喷出区域或煤 (岩)与瓦斯突出煤层、岩层中,掘进通风方式不得采用混合式。 二、矿井全风压通风 矿井全风压通风,是直接利用矿井主通风机所造成的风压,借助风幛和风筒等导风设 施将新风引入工作面,并将污风排出掘进巷道。矿井全风压通风的形式有: ⒈利用纵向风幛导风 如图 8-6 所示,在掘进巷道中安设纵向风幛,将巷道分隔成两部分,一侧进风,

图 8-6 风幛导风
1-风幛;2-调节风门

图 8-7 风筒导风
1-风筒;2-风墙;3-调节风门

一侧回风。选择风幛材料的原则应是漏风小、经久耐用、便于取材。短巷道掘进时可用木 板、帆布等材料,长巷道掘进时用砖、石和混凝土等材料。纵向风幛在矿山压力作用下将 变形破坏,容易产生漏风。当矿井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,全风压能连续供给掘进工作面风量,无需附加局部通风机,管理方便,但其工 程量大,有碍于运输。所以,只适用地质构造稳定、矿山压力较小、长度较短,或使用通 风设备不安全或技术上不可行的局部地点巷道掘进中。 ⒉利用风筒导风 如图 8-7 所示,利用风筒将新鲜风流导入工作面,工作面污风由掘进巷道排出。为了 使新鲜风流进入导风筒,应在风筒入口处的贯穿风流巷道中设置挡风墙和调节风门。利用 风筒导风法辅助工程量小,风筒安装、拆卸比较方便。通常适用于需风量不大的短巷掘进 通风中。 ⒊利用平行巷道通风 如图 8-8 所示。当掘进巷道较长,利用纵向风幛和风筒导风有困难时,可采用两 条平行巷道通风。采用双巷掘进,在掘进主巷 的同时,距主巷 10~20m 平行掘一条副巷(或 配风巷)主副巷之间每隔一定距离开掘一个联 , 络眼,前一个联络眼贯通后,后一个联络眼便 封闭上。利用主巷进风,副巷回风,两条巷道 的独头部分,可利用风筒或风幛导风。 利用平行巷道通风,可以缩短独头巷道的 长度,不用局部通风机就可保证较长巷道的通 风,连续可靠,安全性好。因此,平行巷道通 图 8-8 平行巷道导风 风适用于有瓦斯、冒顶和透水危险的长巷掘进,特 别适用于在开拓布置上为满足运输、通风和行人需 要而必须掘进两条并列的斜巷、平巷或上下山的掘 进中。 ⒋钻孔导风 如图 8-9 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, 可利用大直径钻孔或在钻孔口安装风机。 图 8-9 钻孔导风
1-上山;2-钻孔

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为引射器通风。引射器通风 一般采用压入式,其布置方式如图 8-10 所示。利用引射器通风的主要优点是无电器设备、 无噪音。水力引射器通风还能起降温、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,比较安全。缺点是供风量小,需要水源或压气。适用 于需风量不大的短巷道掘进通风,也可在含尘量大、气温高的采掘机械附近,采取水力引 射器与其它通风方法的混合式通风。

图 8-10 引射器通风
1-风筒;2-引射器;3-水管(或风管)

第二节

局部通风设备

局部通风设备由局部通风动力设备、风筒及附属装置组成。 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通风机体积小、 风压高、效率高、噪声低、性能可调、坚固防爆。 ⒈局部通风机的种类和性能 1)JBT 系列局部通风机 JBT 系列局部通风机是目前煤矿中普遍使用的局部通风机, 研制于上世纪六十年代, 其 全风压效率只有 60%~70%,风量、风压偏低,噪声高达 103~118dB(A), 已逐渐被淘汰。 2)BKJ66-11 系列局部通风机

图 8-11 BKJ 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

BKJ66-11 型矿用局部通风机是沈阳鼓风机厂生产的新型局部通风机, 其结构如图 8-11 所示。该系列通风机机号有№3.6、4.0、4.5、5.6、6.0、6.3 等 6 个规格。其性能特性曲线 如图 8-12 所示,性能曲线参数表如表 8-1 所示。

图 8-12 BKJ66-11 型局部通风机性能曲线图 - 表 8-1 BKJ66-11 型局部通风机性能参数表 -
型 号 风量/m3?min 80~150 120~210 170~300 240~420 330~570 470~800
-1 -1

全风压/Pa 600~1200 800~1500 1000~1900 1200~2300 1500~2900 2000~3700

功率/kw 2.5 5.0 8.0 15 22 42

转速/r?min 2950 2950 2950 2950 2950 2950

动轮直径/m 0.36 0.40 0.45 0.50 0.56 0.63

BKJ66-11No3.6 BKJ66-11No4.0 BKJ66-11No4.5 BKJ66-11No5.0 BKJ66-11No5.6 BKJ66-11No6.3

BKJ66-11 系列通风机的优点是:效率高,最高效率达 90%,且高效区宽,比 JBT 系 列提高效率 15~30%,耗电少;如用 BKJ66-11№o4.5 代替 JBT52-2 型,电动机功率可 由 11KW 降至 8KW;噪音低,比 JBT 系列局部通风机降低 6~8dB(A) 。

图 8-13

FDII 系列低噪声对旋轴流局部通风机结构

1-集流器;2-电机;3-机壳;4-I 级叶轮;5-II 级叶轮;6-扩散器;7-消音层

3)对旋式局部通风机 我国生产的对旋式局部通风机,其特点是噪音低、结构紧凑、风压高、流量大、效率 高,部件通用化,使用安全,维修方便,根据不同通风要求,既可整机使用,又可分级使 用,从而减少能耗。图 8-13 是我国研制生产的 FDII 系列对旋轴流式通风机结构。 ⒉局部通风机联合工作 1)局部通风机的串联 当在通风距离长、风筒阻力大,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工作。串联方式有集中串联和间隔串联。若两台局部通风机之 间仅用较短(1~2m)的铁质风筒连接称为集 中串联, 如图 8-14 (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 8-14(b) 所示。 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 8-14(c),使柔性风筒抽瘪而不 能正常通风。 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 ⒈风筒的类型 掘进通风使用的风筒分硬质风筒和柔性 图 8-14 局部通风机串联布置

风筒两类。 (a)集中串联;(b)间隔串联;(c)风机间距过远 1)硬质风筒 一般由厚 2~3mm 的铁板卷制而成,常见的铁风筒规格如表 8-2。铁风筒的优点是坚固 耐用,使用时间长,各种通风方式均可使用。缺点是成本高,易腐蚀,笨重,拆、装、运 不方便,在弯曲巷道中使用困难。铁风筒在煤矿中使用日渐减少。近年来生产了玻璃钢风 筒,其优点是比铁风筒轻便(重量仅为钢材的 1/4) ,抗酸、碱腐蚀性强,摩擦阻力系数小, 但成本比铁风筒高。 表 8-2 铁风筒规格参数表
-1

风筒直径/mm 400 500 600 700 800 900 1000

风筒节长/m 2,2.5 2.5,3 2.5,3 2.5,3 3 3 3

风筒壁厚/mm 2 2 2 2.5 2.5 2.5 2.5

垫圈厚/mm 8 8 8 8 8 8 8

风筒质量/kg?m 23.4 28.3 34.8 46.1 54.5 60.8 60.8

2)柔性风筒 主要有帆布风筒、胶布风筒和人造革风筒等。常见的胶布风筒规格如表 8-3 所示。柔 性风筒的优点是轻便,拆装搬运容易,接头少。缺点是强度低,易损坏,使用时间短,且 只能用于压入式通风。目前煤矿中采用压入式通风时均采用柔性风筒。 表 8-3 胶布风筒规格参数表
-1

风筒直径/mm 300 400 500 600 800 1000

风筒节长/m 10 10 10 10 10 10

风筒壁厚/mm 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

垫圈厚/mm 1.3 1.6 1.9 2.3 3.2 4.0

风筒质量/kg?m 0.071 0.126 0.196 0.283 0.503 0.785

随着综掘工作面的增多,混合式通风除尘技术得到了广泛应用,为了满足抽出式通风 的要求,也为了充分利 用柔性风筒的优点,带 刚性骨架的可伸缩风筒 得到了开发和应用,即 在柔性风筒内每隔一定 距离加一个钢丝圈或螺 旋形钢丝圈。此种风筒

能承受一定的负压,可 图 8-15 可伸缩风筒结构
1-圈头;2-螺旋弹簧;3-吊钩;4-塑料压条; 5-风筒布; 6-快速弹簧接头

用于抽出式通风,而且具有可伸缩的持点,比铁风筒使用方便。图 8-15(a)是用金属整体螺 旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。图 8-15(b)为快速接头软带。风筒直径有 300、 400、500、600 和 800mm 等规格。 ⒉风筒的阻力 计算公式依据第三章摩擦阻力计算公式得:

h摩 = α

LU 2 64αL 2 Q = 2 5 Q ,pa S3 π D

式中 D——风筒直径,m。 同直径的风筒的摩擦阻力系数 α 值可视为常数,金属风筒的 α 值可按表 8-4 选取,玻 璃钢风筒的 α 值可按表 8-5 选取。 表 8-4
风筒直径/mm α╳10 /N·s ·m
4 2 -4

金属风筒摩擦阻力系数 金属风筒摩擦阻力系数
400 39.2 500 34.3 600 29.4 800 24.5

200 49

300 44.1

表 8-5
风筒型号 α╳10 /N·s ·m
4 2 -4

JZK 系列玻璃钢风筒摩擦阻力系数
JZK-800-50 19.6~21.6 JZK-700-36 19.6~21.6

JZK-800-42 19.6~21.6

8-6 胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值
风简直径/mm α╳10 /N·s ·m
4 2 2 -4

300 53 412

400 49 314

500 45 94

600 41 34

700 38 14.7

800 32 6.5

900 30 3.3

1000 29 2.0

-8

R100 /N·s ·m

柔性风筒和带刚性骨架的柔性风筒的摩擦阻力系数与其壁面承受的风压有关。在实际 应用中,整列风筒风阻除与长度和接头等有关外,还与风筒的吊挂维护等管理质量密切相 关, 一般根据实测风筒百米风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。 在缺少实测资料时, 胶布风筒的摩擦阻力系数 α 值与百米风阻 R100 可参用表 8-6 所列数据。 ⒊风筒的漏风 正常情况下,金属和玻璃钢风筒的漏风,主要发生在接头处,胶布风筒不仅接头而且

全长的壁面和缝合针眼都有漏风,所以风筒漏风属于连续的均匀漏风。漏风使局部通风机 风量 Q 通与风筒出口风量 Q 出不等。因此,应该用始、末端风量的几何平均值作为风筒的风 量 Q,即:

Q = Q通 ? Q出 ,m3/min

(8-3)

显然 Q 通与 Q 出之差就是风筒的漏风量 Q 漏,它与风筒种类,接头的数目、方法和质量 以及风筒直径、风压等有关,但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关。反映风筒漏风 程度的指标参数如下: 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η漏。

η漏 =

Q漏 Q ? Q出 × 100% = 通 × 100% Q通 Q通

(8-4)

η漏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η漏 100 表示:

η漏100 = η漏 L ×100
式中 L——风筒全长,m。 一般要求柔性风筒的百米漏风率达到表 8-7 的数值。 表 8-7 柔性风筒的百米漏风率
通风距离/m < 200 < 15 200~500 < 10 500~1000 < 3 1000~2000 < 2 >2000 < 1.5

(8-5)

η

漏 100

/%

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 p 有效。

p有 效 =

Q出 Q ? Q漏 × 100% = 通 × 100% = (1 ? η 漏 ) × 100% Q通 Q通

(8-6)

3)漏风系数 风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数 p 漏。金属风筒的 p 漏值可按下式计算:

? 1 ? p漏 = ?1 + KDn R0 L ? ? 3 ?
K=0.002~0.0026 m3/s ? pa
12

2

(8-7)

式中 K——相当于直径为 1m 的金属风筒每个接头的漏风率。法兰盘加草绳垫圈连接时, ;加胶质垫圈连接时,K=0.003~0.0016

m3/s ? pa

12



D——风筒直径,m; n——风筒接头数,个; R0——每米风筒的风阻,Ns2/m8; L——风筒全长,m。 柔性风筒的 p 漏值可用下式计算:

p漏 =

1 1 ? nη 接

(8-8)

式中 n——风筒接头数,个; η 接——每个接头的漏风率,插接时 η 接=0.01~0.02;螺圈反边接头时 η 接=0.005。

第三节

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,按下列因素计算。 一、排出炮烟所需风量 ⒈压入式通风 当风筒出口到工作面的距离 L 压 ≤ L 射=(4~5) S 时,工作面所需风量或风筒出口的风 量 Q 需应为:

0.465 ? AbS 2 L2 ? ? 2 ? Q 需= t ? P漏 C 碳 ? ? ?

1 3

,m3/min

(8-9)

式中 t──通风时间,一般取 20~30min; A──同时爆破炸药量,kg; b──每 kg 炸药产生的 CO 当量,煤巷爆破取 100L/kg,岩巷爆破取 40L/kg; S──巷道断面积,m2; L──巷道通风长度,m; P 漏──风筒始、末风量之比,即漏风系数; C 碳──氧化碳浓度的允许值,%,C 碳=0.02%。 ⒉抽出式通风 当风筒末端至工作面的距离 L 抽≤L 吸=1.5 S 时,工作面所需风量或风筒入口风量 Q 应为:


Q 需=

0.254 t

AbSL抛 ,m3/min C碳

(8-10)

式中 L 抛──炮烟抛掷长度,m。电雷管起动时,L 抛=15+A/5。 ⒊混合式通风 采用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具有最低的排尘或 稀释瓦斯风速,则抽出式风筒的吸风量 Q 入应大于压入式风筒出口风量 Q 出,即: Q 入=(1.2~1.25) Q 出 或 Q 入 =Q 出+60vS,m3/min (8-11) 式中 v──最低排尘风速 0.15~0.25m/s,瓦斯释放最低 0.5 m/s 风速; S──风筒重叠段的巷道断面积,m2。 上式中压入式风筒出口风量 Q 出可按(8-9)式计算。式中 L 改为抽出式风筒吸风口到工 作面的距离 L 距,并且因压入式风筒较短,式中 P 漏≈1,故

0.465 ? AbS 2 L距 ? Q 出= t ? C碳 ?

2

? ? ? ?

1 3

,m3/min

(8-12)

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: Q 瓦=

100 K CH 4 QCH 4 ,m3/min C CH 4 ? C 进CH 4

(8-13)

式中

Q 瓦──排出瓦斯所需风量,m3/min; QCH4──巷道瓦斯绝对涌出总量,m3/min; CCH4──最高允许瓦斯浓度, %; C 进 CH4──进风流中的瓦斯浓度,%; KCH4──瓦斯涌出不均匀系数,取 1.5~2.0。 三、排出矿尘所需风量 风流的排尘风量可按下式计算: Q 尘=

G ,m3/min G高 ? G基

(8-14)

式中 Q 尘──排尘所需风量,m3/min; G──掘进巷道的产尘量,mg/min; G 高──最高允许含尘量,当矿尘中含游离 SiO2 大于 10%时,为 2 mg/m3;小于 10% 时,为 10 mg/m3;对含游离 SiO2 大于 10%的水泥粉尘,为 6 mg/m3; G 基──进风流中基底含尘量,一般要求不超过 0.5 mg/m3。 四、按风速验算风量 岩巷按最低风速 0.15m/s 或 Q≥9S(m3/min)验算。半煤岩和煤巷按不能形成瓦斯层的最

低风速 0.25 m/s 或 Q≥15S(m3/min) 验算。 掘进巷道需风量,原则上应按排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算,取其中最大值, 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;无瓦斯涌出的岩巷,则按炮烟和矿尘因素计算;综掘煤巷按矿 尘和瓦斯因素计算。

掘进通风系统设计 第四节 掘进通风系统设计

根据开拓、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。 一、局部通风系统的设计原则 局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分,其新风取自矿井主风流,其污风又排 入矿井主风流。其设计原则可归纳如下: (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,如对旋式局部通风机; (4)压入式通风宜用柔性风筒,抽出式通风宜采用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚 性的风筒。 (5)当一台局部通风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台局部通风机联合运 行。 二、局部通风设计步骤和选型 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,选择风筒类型与风筒直径; (3)计算风机风量和风筒出口或入口风量; (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。 ⒈风筒的选择 选用风筒要与局部通风机选型一并考虑,其原则是: 1)风筒直径能保证最大通风长度时,局部通风机供风量能满足工作面通风的要求; 2)在巷道断面允许的条件下,尽可能选择直径较大的风筒,以降低风阻,减少漏风, 节约通风电耗;一般来说,立井凿井时,选用 600~1000mm 的铁风筒或玻璃钢风筒;通 风长度在 200m 以内,宜选用直径为 400mm 的风筒;通风长度 200~500m,宜选用直径 500mm 的风筒;通风长度 500~1000m,宜选用直径 800~1000mm 的风筒。 ⒉局部通风机的选型 已知井巷掘进所需风量和所选用的风筒,即可计算风筒的通风阻力。根据风量和风筒

的通风阻力,在可选择的各种通风动力设备中选用合适的设备。 1)确定局部通风机的工作参数 根据掘进工作面所需风量 Q 需和风筒的漏风情况,用下式计算通风机的工作风量 Q 通:

Q通 = p 漏 Q需
式中 Q 通──局部通风机的工作风量,m3/min; Q 需──掘进工作面需风量,m3/min; P 漏──风筒的漏风系数。 压入式通风时,设风筒出口动压损失为 h 动,则局部通风机全风压 H 全(Pa):

(8-15)

H全

2 Q需 = R风 Q需 Q通 + h动 = R风 Q需 Q通 +0.811ρ 4 D

(8-16)

式中 R 风──压入式风筒的总风阻,Ns2/m8; h 动──风筒出口动压损失,Pa; ρ──空气密度,Kg/m3; D──局部通风机叶轮直径,其余符号含义同式(8-15)。 抽出式通风时,设风筒入口局部阻力系数 ξ 风 =0.5,则局部通风机静风压 H 静(Pa):

H 静 = R 风 Q 通 Q需 +0.406ρ
式中 H 静──局部通风机静风压,Pa;

2 Q需

D4

(8-17)

ξ 风 ──风筒入口局部阻力系数;其余符号含义同式(8-16)。
2)选择局部通风机 根据需要的局部通风机的工作风量 Q 通、局部通风机全压 H 通的值,在各类局部通风机 特性曲线上,确定局部通风机的合理工作范围,选择长期运行效率较高的局部通风机。 现场通常根据经验选取局部通风机。表 8-8 为开滦、鸡西、淮南等矿区炮掘工作面局 部通风机与风筒配套使用的经验数据。 表 8-8 局部通风机和风筒配套经验数据

选用局部通风机 掘进工作面有效 通风距离/m 风量/m3·min 60~70 60~70 120 60~70 120 300~500 120 60~70 60~70 500~1000 120 >1000 1500 2000 60~70 250 500 600 600 800 1000 2BKJ56—№5 2BKJ56—№5 2BKJ56—№6 2BKJ56—№6 JBT—62 JBT—51 11 11 28 28 1 1 节长 1 50 m 2 600 460~485 600 BKJ56—№5 2BKJ56—№5 BKJ56—№5 JBT—51 JBT—51 JBT—52 5.5 11 5.5 1 1 1
-1

选用风筒 功率 /mm 385 385 460~485 460~485 460~485 BKJ 型 BKJ60—№4 2BKJ60—№4 BKJ56—№5 BKJ56—№5 2BKJ56—№5 JBT 型 /KW JBT—4l JBT—42 JBT—51 JBT—5l JBT—52 2 4 5.5 5.5 11 1 1 1 1 1 台数 备注

<200 300 <300

第五节 掘进通风管理

多年来,我国煤矿工人与工程技术人员,为提高局部通风机通风效果,创造总结出了 很多行之有效的局部通风的技术管理经验,有效的提高了单巷掘进的送风距离。如靖远煤 业公司大水头煤矿在复杂地质构造、高瓦斯、松软煤层中单巷掘进距离达 1631m,淮北跃 进八矿曾实现单巷掘进有效送风距离长达 3033m。枣庄煤矿在单巷掘进中曾创造利用一台 JBT—52 型局部通风机和直径 580mm 的胶布风筒,送风距离达 3795m,掘进工作面有效 风量达 85.5m3/min,有效风量率达 96%。 掘进通风管理技术措施主要有加强风筒管理的措施、 保证局部通风机安全运转的措施、 掘进通风安全技术装备系列化、局部通风机的消声措施等。 一、加强风筒管理的措施 ⒈减少风筒漏风 1)改进风筒接头方法和减少接头数 风筒接头的好坏直接影响风筒的漏风和风筒阻力。改进风筒接头方法和减少风筒接头 数,是减少风筒漏风的重要措施之一。 (1)改进接头方法 风筒接头方法,一般是采用插接法,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。这种接头方法操作简单,但漏风大。为减少漏风,普遍采用 的是反边接头法。 反 边 接 头 法分 单 反边 、双 反 边 (图 8-16 ) 和 多反 边 (图 8-17 ) 三 种 形式 。 单

图 8-16 双反边接头 图 8-17 多反边接头 反边接头法,是在一个接头上留反边,只将缝有铁环的接头 1 留 200~300mm 的反边,而 接头 2 不留反边,将留有反边的接头插入(顺风流)另一个接头中,然后将两风筒拉紧使 两铁环紧靠,再将接头 1 的反边翻压到两个铁环之上即可。双反边接头法,是在两个接头 上均留有 200~300mm 的反边,如图 8-16(a),且比单反边多翻压一层(图 8-16(c)) 。多反边 接头法,比双反边增加一个活铁环 3,将活铁环 3 套在风筒 2 上,如图 8-17(a),将 1 端顺 风流插入 2 端,并将 1 端的反边翻压到 2 端上,将活铁环 3 套在 1、2 端的反边上,如图 8-17(b);最后将 1、2 反边再同时翻压在铁环 3、1 上,如图 8-17(c)。反边接头法的翻压层 数越多,漏风越少。 (2)减少接头数 不论采用那种接头方法,均不能杜绝漏风,因此,应尽量减少接头数,即尽量选用长 节风筒。目前普遍使用的柔性风筒,每节长 10m,可采用胶粘接头法,将 5~10 节风筒顺 序粘接起来,使每节风筒的长度增到 50~100m,从而减少大量接头数以减少漏风。 2)减少针眼漏风 胶布风筒是用线缝制成的,在风筒吊环鼻和缝合处,都有很多针眼,据现场观测,在 1kPa 压力下,针眼普遍漏风。因此,对风筒的针眼处应用胶布粘补,以减少漏风。 3)防止风筒破口漏风 风筒靠近工作面的前端,应设置 3~4m 长的一段铁风筒,随工作面推进向前移动,以 防放炮崩坏胶布风筒。掘进巷道要加强支护,以防冒顶片帮砸坏风筒。风筒要吊挂在上帮 的顶角处,防止被矿车刮破。对于风筒的破口、裂缝要及时粘补,损坏严重的风筒应及时 更换。 ⒉降低风筒的风阻 为了减少风筒的风阻以增加供风量,风筒吊挂应逢环必挂,缺环必补;吊挂平直,拉 紧吊稳。局部通风机要用托架抬高,尽量和风筒成一直线。风筒拐弯应圆缓,勿使风筒褶 皱。在一条巷道内,应尽量使用同规格的风筒,如使用不同直径的风筒时,应该使用异径 风筒连接。风筒中有积水时,要及时放掉,以防止风筒变形破裂和增大风阻值。放水方法,

可在积水处安设自行车气门嘴,放水时拧开,放完水再拧紧。 二、保证局部通风机安全可靠运转 在掘进通风管理工作中,应加强对局部通风机检查和维修,严格执行局部通风机的安 装、停开等管理制度,以保证局部通风机正常运转。 《规程》规定,局部通风机的安装和使用,必须符合下列要求: (1)局部通风机必须由指定人员负责管理,保证经常运转。 (2)压入式局部通风机和启动装置,必须安装在进风巷道中,距回风口距离不得小于 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《规程》的规定。 (3)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。 (4)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。 (5)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。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。 (6)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。 三、掘进通风安全技术装备系列化 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,是预防和治理相结合的防止掘进工作面瓦斯、煤尘爆炸、火灾等灾害的行之有 效的综合性安全措施。主要内容如下: ⒈保证局部通风机稳定运转的装置 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。由于双风机共用一道主风筒,风机要实现自动倒换时,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 8-18( 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

(b) (a)短节倒风装置; )切换片倒风装置 )短节倒风装置; ( 图 8-18 倒风装置
1-常用风筒;2-备用风筒;3-共用风筒;4-吊环;5-倒风切换片; 6-风筒粘接处;7-缝合线

半周胶粘、缝合在一起(其长度为风筒直径的 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筒段内,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 8-18(b)所示, 在连接常用风机的风筒与连接备用风机的风筒之间平面夹粘一片长 度等于风筒直径 1.5~3.0、宽度大于 1/2 风筒周长的倒风切换片,将其嵌套在共用风筒内 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筒关闭,若常用风机停机,备用风机启动,用倒风切换片又 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)“三专两闭锁”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 可正常运转。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允许值以下时才能送 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。 ⒉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浓度。 3)实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。 ⒊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和堆积。 ⒋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;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,推广屏蔽电缆和 阻燃抗静电风筒。 ⒌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 避难硐室,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, 尤其是煤巷掘进工作面的安全性得到了根大提高。 四、局部通风机消音措施 局部通风机运转时噪音很大,常达 100~110dB,大大超过《规程》规定的允许标准。 《规程》规定:作业场所的噪声,不应超过 85dB(A)。大于 85dB(A)时,需配备个人防护 用品;大于或等于 90 dB(A)时,还应采取降低作业场所噪音的措施。高噪音严重影响井下 人员的健康和劳动效率,甚至可能成为导致人身事故的环境因素。降低噪音的措施,一是 研制、选用低噪音高效率局部通风机;二是在现有局部通风机上安设消音器。 局部通风机消音器是一种能使声能衰减并能通过风流的装置。对消音器的要求是通风 阻力小、消音效果好、轻便耐用。图 8-19 所示的局部通风机消音的方法是:在局部通风机 的进、出口各加一节 1m 长的消音器,消音器外壳直径与局部通风机相同,外壳内套以用 穿孔板(穿孔直径 9mm)制成的圆筒,直径比外壳小 50mm,在微孔圆与外壳间充填吸音 材料。消音器中间安设用穿孔板制的芯筒,其内也充填吸音材料。另外,在局部通风机壳 也设一吸音层。因吸音材料具有多孔 性,当风流通过消音器时,声波进入 吸音材料的孔隙而引起孔隙中的空气 和吸音材料细小纤维的振动,由于摩 擦和粘滞阻力,使相当一部分声能转

化为热能而达到消音目的。 这种消音器可使噪音降低 18dB。 图 8-19 局部通风机 还有一种用微孔板做的消音器。 1-芯筒;2-局部通风机;3-消音器; 它是利用气流经微孔板时,空气在微 4-圆筒;5、6-吸音材料;7-吸音层 孔(孔径 1mm)中来回摩擦而消耗能量的。微孔板消音器是在外壳内设两层微孔板风筒; 其直径分别比外壳小 50mm、80mm,内外层穿孔率分别为 2%和 1%。微孔板消音器的芯 筒也用微孔板制作。这种消音器可使局部通风机噪音降低 13dB。 上述两种消音器消音效果较好,但体积较大,潮湿粉尘粘在吸音材料上或堵塞微孔板 时会使消音功能降低。

复习思考题 复习思考题 8-1 8-2 8-3 8-4 8-5 8-6 8-7 8-8 8-9 8-10

全风压通风有哪些布置方式?试简述其优缺点和适用条件。 简述压入式通风的排烟过程及其技术要求。 试述局部通风机压入式、抽出式通风的优缺点及其适用条件。 试述混合式通风的特点与要求。 有效射程、有效吸程的含义是什么? 局部通风机串联、并联的目的、方式和使用条件是什么? 试述局部通风设计的步骤。 局部通风机选型设计的一般原则是什么? 掘进通风安全装备系列化包括哪些内容?有何安全作用? 风筒的选择与使用应注意哪些问题?

习 题 8-1 某岩巷掘进长度为 250m,断面为 8m2,风筒漏风系数为 1.18,一次爆破炸药量 为 10kg,采用压人式通风,通风时间为 20min,求该掘进工作面所需风量。(Q 需 = 3 89.96m /min) 8-2 某岩巷掘进长度为 300m,断面为 6m2,一次爆破最大炸药量 10kg,采用抽出式 3 通风,通风时间为 15min,求该掘进工作面所需风量。 需=24.14 m /min) (Q 8—3 某岩巷掘进长度 1200m,用混合式(长抽短压)通风,断面为 8m2,一次爆破炸药 量 10kg,抽出式风筒距工作面 40m,通风时间 20min。试计算工作面需风量和抽出式风筒 3 3 的吸风量。 出=29.59 m /min,Q 入=36.98 m /min) (Q 8-4 某风筒长 1100m,直径 800mm,接头风阻为 0.2Ns2/m8,节长 50m,风筒摩擦 2 8 阻力系数为 0.003Ns2/m4,试计算风筒的总风阻。 (5.87 Ns /m )


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