第七章 通风系统与通风设计
第一节 矿井通风系统、第二节 采区通风系统
1.上次所讲课的内容回顾（5～10min）
1.1上次课所讲的主要内容
局部通风设备及附属装置、掘进通风机设计及掘进安全技术装置系列化。
1.2能解决的实际问题
（1）掘进通风设备选型
（2）解决长距离掘进通风的问题
（3）解决大风量掘进通风问题
2.本节内容的引入（5min）
2.1与上次内容的关联
2.2讨论的主要内容
矿井通风系统及采区通风系统
2.3思考题
（1）
（2）
（3）
3.课堂讲述于内容讨论（60～70min）
第一节 矿井通风系统
矿井通风系统是向矿井各作业地点传给新鲜空气，排出污浊空气的进、回风井的布置方式通风动力，通风网络和风流控制设施的总称。
一、 矿井通风系统的类型及其适用条件
按进风井在井田内的位置不同分类
A、 中央式：a、中央并列式 b、中央分列式（中央边界式）
B、 对角式：a、两翼对角式 b、分区对角式
C、 区域式
D、 混合式
二、 各类型矿井通风系统的优缺点及适用条件
见表P134 表7－1－1
三、 主要
> 通风机的工作方式与安装地点
工作方式：a、抽出式 b、压入式 c、压抽混合式
四、 矿井通风系统的选择
矿井通风系统应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量。煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全。兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
中央式通风系统具有井巷工程工量少，初期投资少，宜在初期适用。
煤与瓦斯突出矿井，高瓦斯矿井，易自燃矿井有热害的矿井宜采用对角式通风系统。
当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐渐过渡到对角式。
矿井通风方法一般采用抽出式。
在地面有漏风的且有自燃发火危险性的矿井宜采用压入式通风。
压入式与抽出式比较
1压入时通风的矿井，主要通风机停止运转后，井下瓦斯不会大量涌出；
2从煤壁和采空区涌出的瓦斯，与矿井通风的相对压力变化无明显的关系；
3“抽”与“压”两种通风方法在停风后的同一地点，瓦斯绝对涌出量几乎相等。
第二节 采区通风系统
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施。
采区通风系统的合理与否，影响到采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，也影响到全矿的通风质量和
> 安全状况。
一、 采区通风系统的基本要求
采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采掘工作面。其要求：
1每个采区，都必须在构成全风压通风系统后，方可开掘其他巷道。
联合布置时要设置专用的风巷。
严禁将一条上、下山或盘区的风巷分为两段，一段进风，一段回风。
2采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
3煤层倾角大于12°的采煤工作面，采用下行通风时，报矿总工程师批准。并须遵守如下规定：
a、 采煤工作面的风速，不得低于1m/s；
b、 机电设备设在回风巷中，其风流瓦斯浓度不得超过1％，并应安装瓦斯自动监测报警断电装置；
c、 进、回风巷中，都必须设置消防供水管路。
4采煤工作面于掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。
二、 采区进风上山与回风上山的选择
对于薄及中厚的缓倾斜煤层，我国广泛采用走向长臂采煤法；厚煤层则多采用倾斜分层走向长臂采煤法或放顶煤开采，开掘采区上、下山巷道与回风大巷及运输大巷相连。
上（下）山巷道至少有两条，对于高瓦斯矿井现在要求必须有一条专用回风巷。现在有的有三条、四条的都有。
当只有两条时，一条进风，一条回风。
1、 轨道上山进风，运输上山回风。
2、 轨道上山回风，运输上山进风。
3、 两种通风方式的比较：
轨道上山进风：新鲜风流不受煤岩释放的瓦斯、煤尘污染及煤尘影响，轨道上山的绞车易于通风。变电所设在两上山之间，其间要设置调节风窗，利用两上山间风压差通风。
输送机上山通风：风流方向于运煤方向相反时，易引起煤尘飞扬，运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件；输送机散发的热量，使进风流温度升高，轨道上山与上、下山车场间设置风门，因车辆频繁，要防止风流短路。
区段运输巷不宜直接和运输机相连；
轨道上山的上部车场和区段回风巷不能直接相同，需要风门；有可能引起漏风。
当运输机采用多台串联运输时，其上部运输机的动力设备不能在新鲜风流中，这是《规程》不允许的。
由此可见，当在运输上山布置多部运输机，为保证动力设备在新鲜风流中，宜采用运输机上山进风。
当运矸和运料任务重且运输上山巷道内只有一部皮带机时，可采用轨道上山进风。
三、 采煤工作面上行通风和下行通风
上行通风与下行通风是指进风流方向与采煤工
> 作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷道时，采煤工作面的风流沿倾斜方向相上流动，称上行通风。否则称下行通风。
同向通风与逆向通风是风流方向与煤流方向间的关系。
上行下行通风的优缺点比较：
1瓦斯方向：上行通风时瓦斯轻，其自然流动方向与风流方向一致。当风速过小时，有可能出现风流分层流动和局部瓦斯积存。正常风流（＞0.5～0.8m/s）时其可能性较小。下行风与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存现象。
2风温方向：上行通风时，运煤巷道内运输设备的发热量也加入到风流中，上行风比下行风的风温要高。
3自然风压方面：采区用上行风，其进风流与回风流产生的自然风压与机械风压相同，而下行风，其作用方向相反，故下行风比上行风所需要的机械风压大；而且，主要通风机一旦因故停止运转，工作面下行风流有可能停止或反风。
4火灾方向：工作面一旦起火，所产生的火风压与机械风压作用方向相反，使工作面的风量减小，瓦斯浓度增加，故下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。
但是，下行风在降温，防止瓦斯积存和煤尘浓度等方面有上行风不可比拟的有点。国内外从60年代以来使用逐渐增多，如前苏联顿巴斯矿区，开滦、淮北、平顶山、淄博等矿区都有使用。虽然如此，但在我国使用还非常谨慎。
四、 工作面通风系统
采煤工作面的通风系统有采煤工作面进回风巷道的布置方式和类型，可将工作面通风系统分以下几类。
1、 U型与Z型通风系统
U型后退式通风系统在我国使用比较普遍，其有点结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏风量小，风流稳定，易于管理。
缺点是上隅角瓦斯超限，工作面进、回风巷要提前掘进，维护工作量大。
U型前进式通风系统的维护工作量小，采空区瓦斯不会漏出工作面，当漏风不大时，有一定的优越性。其缺点是采空区支护较困难。
采用Z型后退式通风系统的工作面，采空区瓦斯不会漏入工作面，而是漏向回风巷，前进式则漏向工作面。需要沿空支护巷道，其难度较大。
2、 Y型、W型及双Z型
?
这三种均为两
> 进一回或一进两回的采煤工作面，Y型会使回风巷道风量增大，但上隅角及回风道的瓦斯不易超限，并可在上部进风道内抽放瓦斯。
后退式W型通风系统：用于高瓦斯矿井的长工作面或双工作面。
下中进风，上回风时均为上行通风容易造成上段风速高，对防尘不利，上隅角瓦斯容易超限。
所以在瓦斯涌出量很大时，常采用上下进，中间回或者采用中间进，上下回，但存在着上、下行通风，中间回风时，可以进行瓦斯抽放。
W型前进式通风系统维护在采空区内，维护困难，漏风大。
双Z型通风系统，其中间巷分别在由工作面的两侧，
前进式时，上下进风巷在采空气内，采空区的瓦斯漏向工作面，是巷道不易维护。
后退式时，回风巷在采空区内，瓦斯不涌向工作面，但巷道依然维护困难。
在双Z型通风系统中有一段是下行通风。
H型通风系统
H型通风系统有两进两回，三进一回的布置形式
特点：工作面风量大，采空区瓦斯不漏向工作面，气象条件好，增加了工作面的安全出口，工作面机电设备却在新鲜风流中，通风阻力小，在采空区巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯，但沿空留巷困难，由于有附加巷道影响风流稳定管理复杂。
在工作面和采空区瓦斯涌出量都在比较大时，在入风侧和回风侧都需要增加风量以稀释整个工作面的瓦斯时，可考虑用H型通风系统。
4.课堂小结
4.1本节课的主要内容
矿井通风系统分类：
A、 中央式：a、中央并列式 b、中央分列式（中央边界式）
B、 对角式：a、两翼对角式 b、分区对角式
C、 区域式
D、 混合式
采区通风系统：采区进风上山与回风上山的选择
采煤工作面上行
> 通风与下行通风
工作面通风系统：V、Z型
Y、W、双Z型
H型
4.2重点
矿井通风系统，采区通风系统
4.3难点
工作面的上行、下行通风
4.4下次课所要讲的内容
矿井构筑物，通风设计与可控循环风
5.作业
7-1、7-3
第七章 通风系统与通风设计
（3学时）
第三节 通风构筑物、 第四节 矿井通风设计、 第五节 可控循环风概述
1. 上次课所讲内容回顾（5～10min）
1.1上次课所讲的主要内容
矿井通风系统：中央式、对角式、区域式、混合式；采区通风系统、上下巷进回风巷的选择，上行风下行风的比较及工作面通风系统。
1.2能解决的实际问题
（1）进行矿井通风系统比较
（2）采区进、回风上、下山的选择
（3）工作面上、下行风的选择
（4）工作面通风系统的选择
2.本节内容的引入（5min）
2.1本次与上次课内容的关联
2.2讨论的主要内容
通风构筑物及其漏风，通风设计，可控循环风概述
2.3思考题
3.内容讨论与课堂讲述（100～110min）
第二节 通风构筑物及漏风
矿井通风系统，除了有构筑物合理的通风网络和能力适当
> 的通风机外，还安在网络中的适当位置安设隔断，引导和控制风流的设施和设置，以保证风流按需流动。这些设施和设置统称为通风构筑物。
一、 通风构筑物
两类：A通过风流的通风构筑物：风硐、反风装置、风桥、导风板和调节风窗。
B隔断风流的通风构筑物：井口密闭、挡风板、风帘和风门等。
（一） 风门
在通风系统中既要隔断风流又要行人或通车的地方应安设风门。
在行人或通车不多的地方可构筑普通风门，而在行人通车比较频繁的运输巷道上，则应构筑自动风门。
普通风门可用木板或铁板制成，要求门扇与门框之间呈斜面接触，严严密。结构坚固。
自动风门分类：碰撞式自动风门
气动或水动风门
电动风门
永久风门的质量标准：
1每组风门不少于两道，通车风门间距不小于一列车长度，行人风门间不小于5m；
2风门能自动关闭，通车风门的自动化。矿井总回风和采区回风系统的风门安装有闭锁装置，风门不能同时敞开；
3门框要包边沿口有衬垫，四周接触严密。门扇平整不漏风，风窗与门框不歪扭，门轴与门框要向关门方向倾斜80～85°；
4风门墙垛要用不燃性材料建筑，厚度不小于0.5m，严密不漏风；
5风门水沟要安设反水池或挡风帘，通车风门要设底坎，电管路孔要堵严。风门前后各5m内巷道支护良好，无杂物，积水，淤泥。
（二） 风桥
当通风系统中进风道与回风道水平交叉时，为使进风与回风互相隔开需要构筑风桥。
按其结构可分为三种：
A绕道式风桥：开凿在岩石中，最坚固耐用，漏风少，能通过大于20 m3／s的风量。用于主要风路中。
B凝土风矫:结构紧凑，坚固；可通过风量10—20 m3／s。
C铁筒风桥:铁筒可制成圆形成矩形，风筒直径不小于.0.8～1m。铁板厚不小于5mm。可通过≤10m3/s的风，用于次要风路中。
风桥的质量标准：
（1） 不燃的材料建筑
（2） 桥面平整不漏风
（3） 风桥前后5m范围内支护良好，无异物，积水淤泥
（4） 风桥断面不小于其巷道断面的4/5，成流线型，坡度小于30°
（5） 两端严密，四周实帮，实底要填实
（6） 上下不准设风门
（三） 密闭
是隔断风流也不通车行人的巷道中设置服务年限分：A临时密闭：常用木板、木段等修筑，并用黄泥，石灰摸面；
B：永久密闭：常用料石，水泥等不燃材料修筑。
永久密闭的质量标准：
（1） 用不燃材料建筑，不漏风，墙体厚度不小于0.5m
（2） 密闭前无瓦斯积聚，5m内支护良好
（3） 密闭周边要掏槽，间硬底，硬帮与煤岩接实
（4） 其中有水的要设置反水池与反水管，有发火的要设置观测孔，灌浆孔
（5） 要设置栅栏警标、说明和检查箱
（6） 墙面
> 平整、无裂缝、重缝和空缝
（四） 漏风及有效风量
按其作用分类：
A：引风导风板
B：降阻导风板
C：汇流导风板
二、 漏风及有效风量
（一） 定义：
矿井中流至各用风地点，起到通风作用的风量称为有效风量。未经过用风地点而经过其他空隙通道直接流入回风巷或排出地表的风量称为漏风。
（二） 漏风的原因：
漏风通路在且有压力差时就可以产生漏风。
（三） 矿井有效风量率及漏风率
1. 矿井有效风量：Qe
指风流通过井下各工作地点（独头通风的采掘工作面，硐时和其他用风地点）的实际风量总和。
2. 矿井有效风量率
?
（一） 减少漏风，提高有效风量
1. 采用中央并列式通风系统中时进、回风井保持一定距离防止井筒漏风；
2. 进回风巷间的岩柱和煤柱要保持足够的尺寸，防止被压裂而漏风；
3. 提高构筑物的质量，防止漏风；
4. 采空区要注浆、洒浆、洒水等，可提高压实程度，减少漏风；
5. 利用箕斗中回风时，井底煤仓要有一定煤量，防止漏风；
6. 采空区和不用的风眼及时封闭。
第四节 矿井通风系统设计
一、 矿井通风设计的内容与要求
其基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济合理的矿井通风系统。
（一） 基建时期的通风：
多采用局扇通风，当进、回井贯通后，主要通风机安装完毕后，可采用全风压通风。
（二） 矿井生产时期的通风
指矿井正常投产后，全矿井开拓、采煤、准备及其他井巷的通风。
1、 矿井服务年限不长时（15～20年）只做一次设计，初期为容易时期，后期为困难时期，根据这两个时期选择通风设备。
2、 矿井服务年限较长时，可分两期或更多设计，一般为第一水平为第一期，对根据该时期的通风容易和困难时期来选择通风设备。
第二期的
> 通风设计一般只做原则上规划。
（三） 矿井通风设计的内容
1. 确定矿井通风系统；
2. 矿井风量计算和风量分配；
3. 矿井通风阻力计算；
4. 选择通风设备；
5. 概算矿井通风费用
（四） 矿井通风设计的要求
1. 供给足够的新鲜风流；
2. 系统简单，风流稳定，抗灾能力强；
3. 事故发生时，风流易于控制，人员便于撤出；
4. 安全环境与安全监测系统和检测措施；
5. 基建投资省，营运费用低，综合效益好。
二、 优选矿井通风系统
（一） 矿井通风系统的要求
(1)每一矿井必须有完整的独立通风系统。
(2)进风井口应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高湿气体侵入的地方。
(3)箕斗提升井或装有胶带输送机的井简不应兼做进风井，如果兼做回风井使用，必须采取措施．满足安全的要求。
(4)多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近．当通风机之间的风压相差较大时，应减小共用风路的风压，使其不超过任何一个通风机风压的30％。
(5)每一个生产水平和每一采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。
(6)井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或
> 主要回风巷中。
(7)井下充电室必须用单独的新鲜风流通风，回风风流应引人回风巷。
（二） 确定矿井通风系统
三、 矿井风量计算
（一） 风量计算原则：
1、 按井下同时工作最多人数来计算，至少4m3/min·人。
2、 按采煤、掘进、硐室及其他实际需风量的总和计算。
（二） 矿井需风量的计算
1、 煤工作面的需风量计算
按下列因素计算并取其中最大值：
1瓦斯涌出量
?
1. 课堂小结
4.1本节课的主要内容
通风构筑物（风门、密闭、风桥、导风板等）漏风、漏风率及有效漏风率，矿井通风设计及可控循环风。
4.2重点
通风构筑物，漏风，漏风率，有效风量率的计算，矿井通风设计主要通风机选型。
4.3难点
主要通风机选型
4.4下次课所要讲的主要内容
矿井空气调节
5.作业
?
