中国矿业大学(王德学）矿井通风与安全5_掘进通风.ppt

矿井通风与安全,中国矿业大学,第五章掘进通风,5.1掘进通风方法5.2掘进工作面所需风量的计算5.3掘进通风设备的选择5.4掘进通风技术管理和安全措施,掘进通风的概念,矿井新建、扩建或生产时，都要掘进巷道，在掘进过程中，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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5.1掘进通风方法,矿井风压通风方法,局部动力设备通风,,掘进通风,5.1.1总风压通风方法,这种方法不需增设其它动力设备，直接利用矿井主扇造成的风压对掘进巷道和工作面进行通风．为了将新鲜风流引入工作面并排出污风，必须采用挡风墙、风幛和风筒等导风设施。优点是安全可靠，管理方便，但要有足够的总风压。,1.利用纵向风墙导风,风墙的构筑可用砖、石风墙，木板墙及帆布，塑料等柔性风幛。后两种漏风大，只适用于短距离的导风。砖、石风墙漏风小，导风距离可超过500m；墙需有一砖至一砖半厚，并用砂浆勾缝。在图中1为纵向风墙，2为带有调节风窗的调节风门，以便行人和调节导入掘进工作面的风量。,2.利用风筒导风,采用风筒导风需设置挡风墙2，墙上开有风窗的调节风门3。,,封闭火区的独头巷道,3.利用平行巷道通风,在掘进主巷的同时，距主巷10～20m另掘一条平行的配风巷，主、配巷之间按一定距离开掘联络眼，前一个联络眼掘通后，后一个联络眼便密封。主巷进风，配巷回风。两条平行的独头巷道可用风幛或风筒导风。,适于长距离的巷道掘进通风,5.1.2使用局部动力设施的通风法,当总风压不能满足掘进通风的要求时，借助专门的动力设备对掘进巷道进行局部通风。局部动力设施主要有引射器和局部通风机。,1．引射器通风,引射器的通风原理是利用压力水或压缩空气经喷嘴高速射出产生射流。周围的空气被卷吸到射流中，为了减少射流与卷吸空气间冲击损失，空气和射流在混合管内掺混，整流后共同向前运动，使风筒内有风流不断流过。,优点与缺点,引射器通风具有设备简单、安全、水引射器有利于除尘和降温水温低时的优点。但产生的风压低，送风量小（20～200m3/min，效率低，费用高，只有在用水砂充填采煤法的矿井中，才可顺便使用水风扇引射器。为满足掘进通风的风压与风量要求，可用多喷咀进行串联通风。,2.局部通风机通风,局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，按其工作方式分为压入式、抽出式和混合式三种。1压入式通风局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。,工作面爆破后，烟尘充满迎头形成炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动。风流从风筒出口到转向点的距离叫有效射程lj，风筒出口与工作面的距离不能超过有效射程，否则会在工作面附近出现烟流停滞区。压入式风筒出口到工作面的距离lp约为lp≤lj＝4～5S，m（S掘进巷道净断面积，m2,2抽出式通风这种通风方式是把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过铁风筒由局部通风机排出。,这种通风方式在风筒吸口附近形成一股流入风筒的风流，离风筒越远风速越小，只能在一定距离以内有吸入炮烟的作用，这段距离称为有效吸程ls。在有效吸程以外的炮烟处于停滞状态。因此，抽出式风筒口离工作面的距离le应小于有效吸程le≤ls＝1.5S，m,压入式通风与抽出式通风优缺点比较,1抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局通风机的为新鲜风流，故安全性高，2抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。,压入式通风与抽出式通风优缺点比较,3抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好。压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。4抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒，压入式通风可以使用柔性风筒。从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，故在煤矿中得到广泛应用。,3混合式通风,混合式通风的布置如图所示。其中压入式风筒出风口与工作面的距离仍应小于有效射程长度，抽出式风筒吸风口与工作面的距离和压入式局部通风机所在位置有关。压入式局部通风机可随工作面的推进及时向前移动，与工作面距离保持在40～50米左右。,抽出式风筒吸风口应超压入式局部通风机10米以上，同时其风筒吸风口距工作面的距离应大于炮烟抛掷长度，一般为30米左右。,4可控循环通风,当局部通风机的吸入风量大于全压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部用风地点排出的污浊风流，会再次经局部通风机送往用风地点，故称其为循环风。循环通风分为掺有适量外界新风的循环通风和不掺有外界新风的循环通风。前者即为可控循环通风，也称为开路循环通风；后者称为闭路循环通风。煤矿掘进工作面连续不断地涌出瓦斯等有害气体，当使用闭路循环系统时，因无任何出口除去有害气体，封闭循环区域中污染物浓度必然会越来越大。因此，规程严禁采用循环通风。,放炮后，同时开动风机1和3，用很短的时间把炮烟排走。这种平时只开一台风机，排炮烟时才开两台风机的闭路循环通风方式，能节约电能。它仅适用于需要除尘和排炮烟的掘进巷道通风，故在冶金矿山中应用较多。,闭路循环通风方式1－压入式风机；2－除尘器；3－抽出式风机,可控循环通风布置示意图,可控循环局部通风的优点,1采用混合式可控循环通风时，掘进巷道风流循环区内即从后置风筒口至掘进工作面的风速较高，避免了瓦斯层状积聚，同时也降低了等效温度，改善了掘进巷道中的气候条件。2当在局部通风机前配置除尘器时，可降低矿尘浓度。3在供给掘进工作面相同风量条件下，可降低通风能耗。,可控循环局部通风的缺点,1循环风流通过运转风机的加热，再返回掘进工作面，使风温上升；2流经局部通风机的风流中含有一定浓度的瓦斯和粉尘，因此必须研制新型防爆除尘风机。3当工作面附近发生火灾时，烟流会返回掘进工作面，故安全性差，抗灾能力弱。灾变时，有应立即控制有循环风流通过的风机，停止循环通风，恢复常规通风。,因此，对使用可控循环通风提出下列要求1在可控循环通风系统中，必须装有瓦斯、风量、粉尘自动监测装置及报警装置，必须进行常规环境检测分析；2对循环风机实现自动开关和风量控制。对使用可控循环风的混合式通风，抽出式与压入式的两台风机间须设闭锁装置，保证主要局部通风机启动后，有循环风通过的风机再启动，以免形成闭路循环风流；适当控制抽出式与压入式两台局部通风机的风量比，以获得可控循环通风的最佳除尘和降温效果。,5.2掘进工作面所需风量的计算,对于新设计矿井工作面按爆破排烟的需要确定风量。1、压入式通风方式所需风量计算2、抽出式通风方式所需风量计算3、混合式通风方式所需风量计算,5.2.1压入式通风量计算,式中，Qbp风筒口的出风量，m3/min；t通风时间，min；A一次爆破的炸药消耗量，kg；S掘进巷道的净断面积，m2；ld工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按ld＝400A/Sm计算。当掘进巷道的长度小于ld时，用巷道长度置换ld。,5.2.2抽出式通风量计算,式中，Qbe风筒入口的风量，m3/min；lt炮烟抛掷的长度，m。它取决于起爆方式和炸药消耗量，即电雷管起爆时，lt＝15A/5，m；火雷管起爆时，lt＝15＋A，m,5.2.3混合式通风量计算,在长抽短压的通风方式中，应满足抽出式风筒入口的风量Qbe大于压入式风筒出口的风量Qbp，以防止循环风和维持风筒重叠段内的巷道中具有排尘或稀释瓦斯的最低速度。因此，须先计算Qbp，然后用下式计算QbeQbe＝Qbp＋60VS式中，V排尘的最低风速0.15～0.25m/s；或稀释瓦斯的最低风速0.5m/s；S风筒重叠段的巷道面积，m2。,最后，根据最低风速验算岩巷按最低排尘风速0.15m/s计算，最低风量Qb≥9S，m3/min；半煤岩和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.5m/s计算，最低风量Qb≥30S，m3/min。根据最高风速验算，岩巷、半煤岩和煤巷皆以最高风速4m/s计算，这时Qb≤240S，m3/min。,5.3掘进通风设备的选择,1、风筒的选择2、确定局部通风机工作参数3、选择局部通风,5.3.1风筒选择,1．风筒的种类掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，目前有用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。常用的风筒直径有300、400、500、600和800mm等。,2．风筒的风阻风筒风阻包括风筒的摩擦风阻Rfr和局部风阻Rer[包括接头风阻Rjo、弯头风阻Rbe和风筒的出口风阻Rou压入式或是入口风阻Rin抽出式。压入式风筒的总风阻为,,式中,L风筒全长，m；d风筒直径，m；s风筒断面积，m2；α风筒摩擦阻力系数，Ns2／m4。金属风筒内壁粗糙度大致相同，所以α值只与直径有关表5-2）如下图。柔性风筒和带刚性圈的柔性风筒的摩擦阻力系数都与风压有关。,抽出式风筒的总风阻为,ξjo风筒接头的局部阻力系数，无因次。当风筒全长共有n个接头时，则接头总的局部阻力系数按nξjo计算。ξbs风筒拐弯局部阻力系数，无因次，按拐弯角度β查表；ξou风筒出口局部阻力系数，取ξou＝1；ξin风筒入口局部阻力系数，当入口处完全修圆时ξin＝0.1，不修圆的直角入口ξin＝0.5～0.6。,表5-2,在实际应用中，一般将实测百米风筒平均风阻包括局部风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。根据风筒的百米风阻值R100可以直接计算长度为L的风筒实际风阻,,,表5-3是开滦等矿和重庆研究所实测的风筒百米风阻值的结果。,3．风筒漏风金属和透气性极小的塑料风筒的漏风主要发生在接头处；胶布风筒全长及接头都有漏风，属连续均匀漏风。漏风使风筒的始端风量Qf与风筒末端风量Q不等。故用始末两端风量的几何平均值作为通过风筒的平均风量Qα，即显然，Qf与Q的差值就是风筒的漏风量Ql。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1风筒漏风率风筒漏风量占局扇工作风量的百分数，即Le虽然反映某一风筒的漏风情况，但不能作为比较的指标，故常用百米漏风率Le100，即式中L风筒长度，m。,柔性风筒的漏风率应符合下表2风筒的有效风量率Ef掘进工作面风量风筒末端风量占局部通风机工作风量的百分数，即3风筒漏风备用系数ψ该值是指Qf与Q之比，即,4风筒的直径风筒直径的选择主要取决于送风量、送风距离以及巷道断面的大小等因素。生产中，一般是根据经验选取标准直径。下表是鸡西、开滦等矿区局部通风机和风筒配套的经验。,表5-5,5.3.2确定局部通风机的工作参数,1局部通风机工作风量Qf根据掘进工作面所需风量Q、距离L和风筒百米漏风率Le100，确定风筒的漏风率Le,然后确定风筒的漏风备用系数ψ,,,再用下式计算风机的风量Qf＝ψQ，m3/s2局部通风机工作风压hf无论是压入式风筒还是抽出式风筒的风阻，均可根据工作面最长的通风距离选择风筒种类和直径，再查表7-3得到的百米风阻，由此计算出总风阻局部通风机风压用于克服风筒的通风阻力。应满足,由于风筒漏风，计算风筒通风阻力时，应按通过风筒的平均风量Qα值计算。其中对于压入式局部通风机的工作风压，要用局部通风机的全风压hft，即hft＝Rp.Qα2＝RpQfQ，Pa式中，Rp压入式风筒的总风阻，实际上就是上面计算出来的R值，Ns2/m8对于抽出式局部通风机的工作风压，宜用局部通风机的静风压hfs，即hfs＝ReQα2＝ReQfQ，Pa式中，Re抽出式风筒的总风阻，Ns2/m8。,5.3.3选择局部通风机,局部通风机有轴流式和离心式两种。煤矿多使用我国生产的防爆型JBT系列轴流式局部通风机。其性能曲线和型号、规格分别如图5-16和表5-6所示。根据上面算出的hf和Qf值，在图5-16中选择合适的局部通风机，再参照表5-5和表5-6选择配套的风筒。,表5-6,,图5-161－JBT-41型2－JBT-42型3－JBT-51型4－JBT-52型5－JBT-61型6－JBT-62型,如果选用的局部通风机工作风压不能满足要求，可选用二台或二台以上局部通风机进行串联作业。其串联作业方式分为集中串联和间隔串联。皆可达到增加风压的目的。但从两种串联方式的风压分布图可以看出，在相同条件下集中串联时，风筒中最大的风压大于间隔串联，所以集中串联风筒漏风将大于间隔串联。,间隔串联时，如果两台局部通风机相隔较远，便会在第二台局部通风机后面一段风筒内产生负压，因而在这个区段内会有部分污风漏入风筒，造成循环风。为避免这种现象，两台局部通风机的间距一般不得大于风筒全长的三分之一，使风压分布情况如图B所示。,,掘进长距离瓦斯巷道，一台局部通风机的风压不够用时，间隔串联不安全，可用局部通风机集中串联的方式；局部通风机之间须用一段风筒隔开，使第一台局部通风机出口的紊乱风流不影响第二台局部通风机的运转效率。,5.4掘进通风的技术管理和安全措施,1、保证工作面有足够的新鲜风量2、保证局部通风机安全运转3、煤巷机械掘进的通风安全措施,一、保证工作面有足够的新鲜风量,1采用局部通风机和引射器通风，无论工作面是在工作、休息或交班，都不准随意停风和减少风量。2提高有效风量，包括1、减少导风设施的漏风对于风墙应合理选择建筑材料，提高构筑质量；对于柔性风筒应适当加大每节风筒长度，减少接头数，并注意不断改进柔性风筒的接头方法。目前井下广泛采用接头严密、漏风小的反边接头法。反边接头又分单反边、双反边和多反边等。,,双反边接头的连接顺序如图所示，先在风筒两端套上铁环l、2，并各留200～300mm的反边图A顺风流方向把有铁环1的风筒插入有铁环2的风筒内，拉紧风筒使两环靠拢，要防止风筒歪斜出褶皱图B，然后把风筒1的反边翻套过来，再把风筒2的反边翻套过来图C。,,多反边接头如图示，是在双反边的基础上多一个活环3。活环3先套在有铁环2的风筒上图A，当风筒1反边翻套在风筒2上时，再把活环3套在风筒2的反边和风筒1的翻边上图B，然后把风筒2的反边和风筒l的翻边都翻套在活环3和铁环1上图C。此外，及时修补风筒和堵补风筒的针眼也是常用的减少漏风的手段。,2、降低导风设施的风阻提高有效风量适当选用大直径风筒；提高设备的安装质量，风筒力求吊挂平直；局部通风机应垫高或悬吊保持与风筒成一直线。在淋水大的巷道中，风筒应安装放水咀及时放掉积水，减少附加阻力。这些都是降低风筒风阻的办法。,二、保证局部通风机安全运转,采用局部通风机通风时，应做到1局部通风机有专人负责管理。局部通风机启动装置必须装在进风巷道中，距回风口不小于10m。局部通风机吸风量必须小于全风压供给该处的风量，以免发生循环风。2防止局部通风机电动机烧坏，除加强对局部通风机和启动装置的检查与维修外，若采用磁力启动器时，可在控制电路上装有电磁式接头，当启动器内一相电流断路时，两个互感器之一无电流，控制线路中的两个接点就会断开。造成磁力启动器跳闸。切断电源保护局部通风机的电动机。,3局部通风机和掘进工作面中的电气设备必须装有延时的风电闭锁装置，一旦局部通风机停止运转便能立即自动切断局部通风机供风的巷道中的一切电源。4在高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井的煤巷掘进中，在工作面安设瓦斯自动检测报警断电装置。局部通风机应用双回路供电，以保证局部通风机连续运转。目前普遍采用“三专两闭锁”系统，即专用变压器，专用开关，专用电缆，风电闭锁，瓦斯电闭锁。,5建立局部通风机停止制度，当因检修、停电等原因停风时，必须撒出人员，切断电源。在恢复通风之前，先要检查瓦斯，在局部通风机和开关附近10m内的风流中，沼气浓度小于0.5％时，方可开动局部通风机。6安全排放积聚的瓦斯,,,三.煤巷机械掘进的通风安全措施,综合机械化掘进煤巷时，常采用长压短抽的方法1保证工作面的风速大于最低排尘风速0.15m/s。2压入式风筒出口应在机组转载点后面一定距离，以减少二次煤尘飞扬机组全长约13m。,3加强瓦斯管理，两条风筒重叠段的巷道风速很小，在顶板附近易形成瓦斯层。建议采用康达风筒，即在风筒壁上开一细长切口或多个小孔，顺着切口装上罩套，使喷口与风筒周边切线方向一致。,当用闸门关闭风筒出口时，风流被迫从喷口喷出，射流在康达效应作用下沿风筒外壁流动，并以一定的速度吹向巷道周壁和整个断面。此外，还应配备一套检测沼气浓度的监测装置和闭锁装置。,四、局部通风机消声,局部通风机运转时，噪音很大，工人长期在这样噪音下工作，易于烦燥疲劳，降低劳动生产率，并能引起听力减退。因此应对局部通风机采取消声措施。消声器是一种能使声能衰减的装置，用来控制和降低空气动力性噪音。消声器按工作原理分为阻性消声器和抗性消声器。阻性消声器具有阻力小、消声颇率宽、体积小等优点，被广泛采用。当风流通过具有多孔的吸声材料时，声波也沿其通道传播，激起多孔材料中空气分子振运，由于摩擦阻力和粘滞阻力使声能变为热能而达到消声目的。,局部通风机使用的阻性消声器有两种形式一种是圆筒式的。圆筒式消声器的通风阻力较小，但消声效果较差。另一种是中心带圆锥柱体的柱式消声器，可把局部通风机噪声的总响度降低72，且对局部通风机的风压和风量影响不大。,复习思考题,5-1全风压通风有哪些布置方式试简述其优缺点及适用条件。5-2简述引射器通风的原理、优缺点及适用条件。5-3简述压入式通风的排烟过程及其技术要求。5-4试述压入式、抽出式通风的优缺点及其适用条件。5-5试述混合式通风的特点与要求5-6有效射程、有效吸程、炮烟抛掷长度及稀释安全长度的含义是什么,5-7可控循环通风的含义及其优缺点、适用条件是什么5-8长距离独头巷道通风在技术上有何困难，应如何克服5-9试述局部通风机串联、并联的目的、方式和使用条件。5-10试述风筒有效风量率、漏风率、漏风系数的含义及其相互关系。5-11试述局部通风设计步骤。5-12局部通风装备选型的一般原则是什么5-13掘进通风安全装备系列化包括哪些内容并有什么安全作用,复习思考题,