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高等通风工程,戴广龙教授博士安徽理工大学能源与安全学院副院长国家安全监察局煤矿安全生产专家组成员安徽省煤矿安全专家组成员省煤炭学会会员全国煤炭学会通风专业委员会委员国家安全工程专业教学指导委员会学科建设委员会委员联系电话0554-6668760（办）13956421380安徽理工大学,矿井通风管理技术,在“一通三防”众多的管理中通风是基础瓦斯抽放是措施安全监测监控是保证“十二字”方针先抽后采监测监控以风定产,矿井通风管理技术主要内容,1、矿井通风系统的含义和重要性2、矿井通风存在的问题3、对矿井通风系统的基本要求4、通风系统现状分析5、矿井通风系统稳定性分析6、通风系统可靠性及其评价指标体系研究应用7、以风定产,1、矿井通风系统的含义和重要性,1含义包括矿井通风方式（进出风井的数量及其相互位置）通风方法（主扇的工作方法抽出式、压入式）通风网路（串、并、复杂联接）也有人把通风动力、通风网络和通风构筑物的总称叫矿井通风系统,1、矿井通风系统的含义和重要性,2、矿井通风系统的重要性矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。其合理与否，与矿井的稳产、高产，防灾、抗灾能力，经济效益有重大关系，并产生长期影响。,1、矿井通风系统的含义和重要性,2、矿井通风系统的重要性提高矿井通风技术和管理水平是保证矿井正常生产和安全状况的基本任务之一。没有抽采系统，表现在用通风方法排除全矿井瓦斯量的80-90（无抽采）用通风方法排除采面瓦斯量的70-80（无抽采）用通风方法排除采面粉尘量的20-30（装有抑尘装置）用通风方法排除深井采面热量的60-70供给矿井新鲜空气的质量约是矿井产煤量的5-18倍。,2、矿井通风存在的问题,1问题之一就国有矿井而言，矿井通风系统存在的问题有全矿总风量不足96年底，重点矿中有48处（黑龙江、湖南、淮南）通风阻力大淮南7个高突矿井中有11处风井，阻力大于3000Pa，其中个别矿达4892Pa。造成主扇耗电多，总风量不足。通风线路长蒲白局马村矿东风井，L58km。现在大型矿井通风路线达10km之多。,2、矿井通风存在的问题,2、问题之二通风系统复杂，通风设施多抚顺老虎台矿有10个水平通风，6个水平生产。全矿通风构筑物495处（风门187处、风窗125处、密闭180处、风桥3处），交叉通风多，用风过于集中，巷道失修率高。通风系统不稳定风机在驼峰区附近工作，角联多，自然风压影响大（进风井变为出风井，进风线路变为出风段）。其他耗电多，大马拉小车、漏风多，风机陈旧、调风方法不妥，扩散器和风硐不合理等。,2、矿井通风存在的问题,2005年，全国煤矿共发生死亡事故3341起，死亡5986人，同比减少300起，少死亡41人，分别下降8.2和0.7。其中，在27起特大瓦斯爆炸事故中，停风引起的瓦斯积聚12起，占44.4；风量不足引起的5起，占18.5；通风系统混乱引起的8起，占29.6；其他因素引起的2起，占7.5。,3、对矿井通风系统的基本要求,1以最小的阻力、最低的电耗，把足够的新鲜风量送达用风地点，并具有较高的防灾抗灾能力。,矿井通风系统指标,技术可行,经济合理,稳定可靠,矿井风量,矿井风压,矿井风量供需比,吨煤风量,矿井等级孔,矿井通风方式,主要通风机功率,主要通风机效率,吨煤主要通风机电耗,吨煤通风电耗,风机运转稳定性,矿井抗灾能力,用风地点风流稳定性,矿井通风系统评判指标层次图,,,,,,,,,,,吨煤通风电耗,,,,,,,,,,,,,,,2符合煤矿安全生产基本条件规定,第五条矿井应有至少两个独立的能够行人并直达地面的安全出口，出口之间距离不得小于30米。井下每一个水平、每一个采区至少有两个便于通行的安全出口，并与直达地面的安全出口相连接。第六条矿井在用巷道净断面应能满足行人、运输、通风和设置安全生产设施的需要。矿井主要运输巷、主要风巷的净高不得低于2米，采区上、下山和平巷的净高不得低于1.8米，回采工作面出口20米内巷道的净高不得低于1.6米。第七条采煤工作面至少保持2个畅通的安全出口，一个通到回风巷，另一个通到进风巷。因煤层赋存条件限制确实不能保持2个安全出口的，必须制定经县级以上主管部门批准的专项安全技术措施。,2符合煤矿安全生产基本条件规定,第九条矿井应当具备完整的独立通风系统。矿井、采区和采掘工作面的风量必须满足安全生产要求。矿井使用安装在地面的矿用主要通风机进行通风，并有满足能力的备用主要通风机。生产水平和采区应当实行分区通风，矿井、采区和采掘工作面通风设施应当齐全可靠，掘进工作面使用专用局部通风机进行通风。煤矿安全规程中有关规定（第100条-132条）,4、通风系统现状分析,1通风现状分析内容1分析主扇装置性能的优劣及核定主扇能力2从阻力测定结果中分析阻力分布的合理性，找出高阻力和高风阻区段，分析产生高阻力的原因及采取减阻措施的途径。3分析通风网路结构的合理性（有害角联少，总阻力和总风阻小，风机运行稳定的网路，只需极少通风构筑物）4矿井内部漏风率，供需比，等级孔,4、通风系统现状分析,2通风现状分析1主通风机运行分析A.主扇运行效率低30个矿务局100个风井老型号轴流风机调查结果,4、通风系统现状分析,2通风现状分析主要通风机分析1986年统计统配矿运转主扇运转情况,4、通风系统现状分析,2通风现状分析主通风机分析B.驱动风机的电机负荷率低、导致效率低。34个矿务局的311台主扇电机调查结果新集一矿西风井1600kW电机，投入运行初期，只有几个掘进面回风，效率低是可想而知的。,4、通风系统现状分析,,,2通风现状分析主要通风机分析C主要通风机能力不一致。,4、通风系统现状分析,2通风系统现状分析2.通风阻力分析通风阻力大，阻力分布不合理据统计，我国低瓦斯大型矿井总阻力最大为1962Pa，中型矿井最大阻力为1177.2Pa，小型矿井最大阻力为735.75Pa。高瓦斯矿井最大阻力大型矿井2452.5Pa，中型矿井1962Pa，小型矿井1569.6Pa。少数高阻力矿井，通风电耗占原煤电耗的一半以上。,某矿南东翼阻力分布图,,,某矿西翼阻力分布图,4、通风系统现状分析,4、通风系统现状分析,2通风现状分析2.通风阻力分析大多数矿井回风段的阻力占总阻力的60％-80％少数矿井采区的通风阻力为总阻力的40％-50％存在局部高阻力区段和地点。如失修回风道、风窗、风硐、拐弯、未拆除的风门墙垛等；压入式通风矿井的主扇进风道。降低高阻力区段的通风阻力是改善通风，提高合理性和增加安全性的重要途径,某矿通风阻力分布表,4、通风系统现状分析,,4、通风系统现状分析,2通风现状分析3通风风量分析A.用风地点风量不足B.风量调节方法不妥矿井投产初期放下闸门减少进风量用风窗调风盲目换装大能力风机，或调大叶片安装角C.漏风多鸡西局62台主扇测定表明地面漏风率大于5％的矿井有50,有的矿达15％-25％。山西省5个统配局64台主扇总漏风量达18219m3/min，其中漏风最多的一台主扇，地面漏风达1472m3/min。淮南新庄孜矿一处风门的漏风达29-309m3/min，主要进回风间的漏风达1000m3/min。,4、通风系统现状分析,2通风现状分析4.风流不稳定分析角联网路多采面处于对角巷道，且无防止风流反向的措施主扇在驼峰区附近工作，有的矿甚至出现风机“飞动”风门数量多，位置不当，且经常风流短路反向风门数量少自然风压影响大多风机相互干扰，相互“抢风”,5、矿井通风系统稳定性分析,风流不稳定的表现风流方向发生变化；风量大小变化幅度超过允许范围。风流不稳定是煤矿事故的导因之一可导致瓦斯超限或风温升高，甚至引起瓦斯煤尘爆炸。,5、矿井通风系统稳定性分析,1影响矿井通风系统稳定性的因素1主扇的台数、类型及其相对位置（同一井或不同井口）2主扇的性能及两台主扇之性能差大小3自然风压的大小及其作用方向4通风网路的结构形式（有无角联网路）矿内风流稳定与否，反映了矿井通风动力和网路结构的合理程度及它们之间的协调状况。用网络结构合理系数判定。,5、矿井通风系统稳定性分析,2网络结构合理系数网络合理性系数K可用下式表示式中K－网络结构合理性系数;HN自然分风时系统的压力；H－按需分风时系统的压力；自然分风压力是指采煤工作面按自然分风解算，其余所有的用风地点都按实际需风量进行网络解算，所得到风机压力。按需分风压力是指除通风最困难的工作面外，其余的用风地点都按实际需风量进行网络解算，得到的风机压力。单一风机通风系统K值应在1以下。K值越大，说明调节量越小，网络结构较合理，反之亦然。一般要求K＞0.85。如果K＜0.6，则在采掘布局上加以注意和改进。对于多风井系统，有可能比值大于1。,2网络结构合理系数某矿网络结构合理系数,5、矿井通风系统稳定性分析,5、矿井通风系统稳定性分析,3风流不稳定现象的分类1风流不稳定性分为正常生产时期的风流不稳定灾变时期的风流不稳定2正常生产时期的风流不稳定又可分为由于通风动力引起的风流不稳定由于通风网路引起的风流不稳定,5、矿井通风系统稳定性分析,1灾变时期风流不稳定的表现A、因爆炸摧毁了通风构筑物（含回风井口防爆盖）、甚至破坏了主扇，造成风流紊乱和爆炸产物（CO2、CO、烟雾）的漫延，导致人员伤亡和生产停顿。B、因火灾烧毁风门造成风流短路；支架倒塌产生冒顶；火风压直接影响主扇的工况点；火风压造成风流逆转或停滞。C、因煤与瓦斯突出破坏通风系统（包括堵塞巷道，摧毁通风构筑物），瓦斯沿进回风巷漫延，导致人员伤亡，甚至引发瓦斯燃烧或爆炸。,5、矿井通风系统稳定性分析,2通风动力引起的风流不稳定A、主扇工作不稳定引起的包括风机的喘振；多风机相互干扰B、井下辅助通风机对风流稳定性的影响包括辅扇对主扇的影响；辅扇能力太大引起并联分支风量不足、反向或停滞；辅扇附近进风主巷中风门的启闭；主扇、辅扇停电停转C、自然风压引起的,5、矿井通风系统稳定性分析,3通风网路引起的风流不稳定1风流短路造成的风流剧烈波动包括风门的开闭；防爆门的开闭对风流影响。2对角分支风流不稳定应加强对角联网路的管理，有计划地设置或利用有益角联，避免和严格控制有害角联。,3通风网路引起的风流不稳定----通风网络动态特性分析一、井巷风阻变化引起风流变化的规律1.变阻分支本身的风量与风压变化规律当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小时，该分支的风量增大、风压降低。2.变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律1）当某分支风阻增大时，包含该分支的所有通路上的其它分支的风量减小，风压亦减小；与该分支并联的通路上的分支的风量增大，风压亦增大；当风阻减小时与此相反。2）对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入（流出）风量变化，其内部各分支的风量变化趋势相同。3）风网内，某分支风阻变化时，各分支风量、风压的变化幅度，以本分支为最大，邻近分支次之，离该分支越远的分支变化越小。,,,4,9,4）风网内，不同类型的分支风阻变化引起的风量变化幅度和影响范围是不同的。一般地说，主干巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围大，末支巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围小。5）风网内某分支增阻时，增阻分支风量减小值比其并联分支风量增加值大；某分支减阻时，减阻分支风量增加值比其并联分支风量减小值大。二．巷道密闭与贯通对风流的影响巷道密闭相当于该分支的风阻增大至∞，故本分支风量减少到趋近于0；对其它分支的影响规律与分支增阻相同。巷道贯通时要修改网络图，即在网络图中增加贯通后的分支。风流方向取决于巷道两端点间压能差；对其它分支的影响规律与分支减阻相同。,5、矿井通风系统稳定性分析,3通风网路引起的风流不稳定三、角联分支分析应用分析软件对某矿角联进行分析全矿井共有27条分支处在角联上，网络复杂度25.7，其中，跨不同系统角联有21条，网络复杂度20.0；东风井系统角联分支18条，网络复杂度17.1，西风井系统角联分支5条，网络复杂度4.8，其角联分支如表所示。从表5可看出，除用风分支外，一般分支有13条处在角联位置。因此，分析结果表明，某网络结构复杂，角联分支多，通风管理困难。建议加强角联周边巷道的维护，防止角联巷道无风或风流反向。,某矿角联分支分析表,通风系统分析决策支持软件,1、系统分析与决策支持软件2、网络图自动生产软件,6、通风系统可靠性及其评价指标体系研究应用,1）通风系统可靠性物理模型根据通风系统的功能和影响通风系统可靠性的因素，将通风系统划分为10单元通风系统（风流的组织形式）、通风动力、网络与压力分布、规划设计、通风设施、局部通风、风质风量、监测监控、通风检查、通风管理。在进行矿井通风系统的故障模式和影响因素分析的基础上，提出通风系统可靠性物理模型逻辑框图如图4－3－1所示。,,6、通风系统可靠性及其评价指标体系研究应用,2）通风系统可靠性评价指标体系评价指标体系应具有以下特性政策性、科学性、公正性、针对性、超前性和可操作性。根据系统科学的理论，系统一般都由硬系统和软系统组成。通风系统也不例外，由硬系统和软系统两部分组成。硬系统可分为通风系统、通风动力及其装置、通风网络、风流控制设施、局部通风系统、安全监控、瓦斯控制等子系统。软系统包括组织、管理、决策和分析等的子系统。,2）通风系统可靠性评价指标体系,1通风系统14,,2通风动力10,,2）通风系统可靠性评价指标体系,3通风网络7,,4规划设计10,,2）通风系统可靠性评价指标体系,5通风设施9,,6局部通风10,,2）通风系统可靠性评价指标体系,7风量风质9,,8安全监控7,,2）通风系统可靠性评价指标体系,9瓦斯控制12,,10通风管理12,,3）智能化、可视化的通风系统可靠性评价和决策支持系统,,,智能化、可视化的通风系统可靠性评价和决策支持系统,7、以风定产,“以风定产”的风量应是在给定的网络条件下主要通风机的实际最大供风量。近年来，我国部分高瓦斯煤矿因超通风能力生产而导致重大事故发生。因此，在2001年11月份颁布的煤矿安全规程中新增了“必须按实际供风量核定矿井产量”的规定，即根据实际最大的通风能力确定矿井的生产能力。做到科学准确地“以风定产”是实现矿井安全生产的重要保证和前提之一。因此，有必要研究根据矿井通风能力正确核定矿井生产能力的模型、方法和程序。要实现“以风定产”，需要解决两个关键问题一是，如何较为准确地确定矿井的实际最大供风量；二是，已知矿井的实际供风量后，要确定用什么方法、以及如何核定矿井日生产能力。1“以风定产”的依据和原则2矿井需风量的计算方法3“以风定产”的模型与方法4“以风定产”的主要步骤,7、以风定产,1“以风定产”的依据和原则“以风定产”的依据最新版本煤矿安全规程、〈煤矿设计规范〉和上级主管部门有关风量计算方法的规定；以实际的网络结构和合理的生产布局为基础；保证现有通风机安全有效运转；瓦斯涌出量和涌出不均匀系数的参数符合实际。“以风定产生”的原则是模型和方法科学，依据参数准确、符合实际、结果可靠。,7、以风定产,2矿井需风量的计算方法以风定产实质是矿井需风量的反演。因此，正确选择矿井需风量的计算方法对现实“以风定产至关重要。关于矿井风量计算，在文献煤矿安全规程”中103条规定了两种方法（1）按提井下同时工作的最多人数计算；（2）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总和计算；然后取其大者。也可采用煤矿企业制定风量计算方法进行计算。煤矿安全规程读本中，提出了低瓦斯矿井和高瓦斯矿井核定矿井通风能力的风量计算方法。这种方法要求相关系数选择合理、符合实际。,7、以风定产,3“以风定产”的方法有矿井或系统总风阻法和通风系统模拟（网络解算）核定法两种。后者较前者精确点。1矿井或系统总风阻法。当核定时期的生产采煤方法、工艺和煤层的瓦斯涌出等与当前基本相同时可采用此法。可根据矿井近期的矿井或系统的吨煤供风量和核定时期的总风阻进行矿井系统的生产能力核定（见图1）2网络解算法（系统模拟）法。在明确核定时期、准备好风机特性和网络基础数据基础上，通过通风系统模拟方法，将风量分配到工作面和其他用风地点；根据工作面瓦斯涌出量和不均匀系数，用反演的方法计算各工作面产量，最后再求矿井产量。见图2,,图1总风阻法“以风定产”模型和程序图,,确定核产时期及其采掘布局,矿井或系统实际最大供风量,矿井或系统吨煤供风量,,图2网络解算法“以风定产”模型和程序,7、以风定产,4“以风定产”的主要步骤“以风定产”的风量应是在给定的网络条件下主要通风机的实际最大供风量。矿井或系统的实际供风量主要取决于通风机的特性和矿井阻力特性的匹配性（见图3）1确定并优化核产时期采掘布局和网络结构2确定矿井或系统实际最大供风量3矿井日产量确定,7、以风定产,1确定并优化核产时期采掘布局和网络结构矿井通风系统是一个动态的系统，随着采掘的布局、瓦斯涌出量、地质等自然因素的变化而变化的。在给定的风机特性条件下，矿井的实际供风能力与采掘工作面布局及其网络结构密切相关。因此，从通风的角度核定矿井的生产能力，首先要优化核定产量时期的生产布局以及由此而形成的通风系统，以确定矿井通风的网络结构和阻力特性（曲线）,7、以风定产,2确定矿井或系统实际最大供风量（A）核定主要通风机的实际最大供风量对轴流式通风机，由于其压力特性存在驼峰，为了保证风机的安全和稳定运行，要求风机的风压不应高于最高压力点（0.9Hmax），此点称为极限压力。将各条曲线的极限压力点连成一条线，称之为极限压力线，如图3图中AB。风机在实际运行过程中，其工作压力不能超过此线，否则，将发生喘振事故。同时，还要求风机运行叶片角比允许的最大安装角小3度。确定主要通风机最大实际供风量的方法有网络解算法和作图法。前者适用复杂通风系统网络。作图法的步骤是，在风机特性曲线上作出其工作风阻R。风阻曲线与极限风压线的交点的横坐标，即使矿井的实际最大供风量Qs。当然，这要求叶片的角度可分度调节。如果叶片角不可按度调节，则风阻曲线与较小的可调角度曲线的交点的横坐标，为矿井实际供风量。由此可见，当矿井阻力较大，只有部分风机的特性曲线可用。因此，确定风机的实际供风量时，不能使用风机最大角度的性能曲线。矿井的实际最大供风能力还应受电机的额定功率和井巷风速不超限的的条件制约。（B）核定主要井巷的通风能力以及风速不超限为原则。,7、以风定产,3矿井日产量确定A、吨煤供风量法当矿井的开采条件不变时，可根据前几个月的统计资料，计算出日产1T煤的供风量q时，按下式确定矿井日产量A1式中A为矿井日产量，t/d；Q为矿井实际最大供风量，m3/min；q为矿井日产吨煤供风量，m3/min；k为矿井风量备用（产量波动）系数，为最大日产量与平均产量之比，根据上一年度统计资料确定，无统计资料时参考文献＜煤矿安全规程＞读本确定。,,7、以风定产,当已知相对瓦斯涌出量时，按式（2）计算矿井日产吨煤需风量qm3/min（2）式中qCH4为矿井（日产吨煤）的相对瓦斯涌出量，m3/t；C为矿井总回风流中最高允许瓦斯浓度，C0.75，；K1为考虑瓦斯涌出不均匀的风量系数，K1.21.25，可根据实测资料确定。式（2）代入式1，则可由相对瓦斯涌出量计算矿井日产量，t/d。（3）,,,7、以风定产,B、网络解算法采用网络解算的方法步骤参见图2。在优化生产布局的基础上，根据瓦斯因素计算工作面的需风量→绘制网络图→建立网络解算所需要的基础数据表→确定风机时间安全运行的特性曲线（数据）→网络解算→确定工作面的供风量→工作面的产量→矿井日产量。这个过程有时要经过多次试算才能完成。按瓦斯因素计算工作面的风量Qm3/min公式如下Q＝100kq4式中q为瓦斯实际绝对涌出量，m3/min;k为瓦斯涌出不均匀系数，机采k1.41.6,炮采1.62.0。应指出的是，如果工作面的风量不是根据瓦斯因素计算的，则应正常生产时期统计和掌握的吨煤供风标准反算风量。C、矿井生产能力矿井的生产能力是各工作面生产能力之和。年产量350A煤矿安全规程读本。,7、以风定产,5注意事项1矿井或系统的实际供风量取决于主要通风机特性和矿井阻力特性的匹配性。2“以风定产”应对矿井的生产布局和网络结构进行优化，在此基础上确定主要通风机的实际最大供风能力；核定矿井的日产量。3采用网络解算法核定矿井生产能力较科学和准确。（4）核定生产能力时要核定井巷的通风能力，即主要井巷的风速不超限。（5）计算公式中系数选取符合实际。,谢谢,联系电话0554-6668380（家）13956421380邮政编码232001通信地址安徽理工大学资源开发与管理工程系电子信箱gldai,