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礦井通風系統設計

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第八章  礦井通風系統設計
礦井通風系統設計是礦井總體設計的一個重要組成部分，是保證礦井安全生產的重要環節。因此，必須密切配合其它生產環節來周密考慮、精心設計以達到最佳效果。礦井通風設計的基本任務是結合礦井開拓與開采設計，建立一個安全可靠，技術先進、經濟合理和便于管理的通風系統，并在此基礎上計算各用風地點所需風量、總風量與總風壓，選擇礦井通風設備。對于新建礦井的通風設計，既要考慮當前的需要，又要考慮長遠發展的要求。而對于改建或擴建礦井的通風設計，必須對礦井原有的生產與通風情況做出詳細的調查，分析通風存在的問題，考慮礦井生產的特點和發展規劃，充分利用原有的井巷與通風設備，在原有的基礎上提出更完善、更切合實際的通風設計。
第一節  礦井通風系統的擬定
風流由入風井口進入礦井后，經過井下各用風場所，然后進入回風井，由回風井排出礦井，風流所經過的整個路線稱為礦井通風系統。礦井通風系統是由通風機和通風網路兩部分組成。
礦井通風系統的擬定主要是擬定礦井通風系統的類型、通風方法和通風網絡。
第一節  礦井通風系統的擬定
一、礦井通風系統類型
礦井通風系統是礦井生產系統的主要組成部分，包含礦井通風方式（The types of mine ventilation system）、通風方法（Ventilation mode）和通風網絡（Ventilation network）。礦井通風方式是指進風井(或平硐)和回風井(或平硐)的布置方式，可分為中央式、對角式和混合式等；礦井通風方法是指產生通風動力的方法，有自然通風法和機械通風法(壓入式、抽出式)；礦井通風網絡是指井下各風路按各種形式聯接而成的網絡。通風方式按進風井與回風井之間的相互位置關系將礦井通風系統分述如下4種類型。
第一節  礦井通風系統的擬定
1）中央式通風系統（Central ventilation system）按井筒沿井田傾斜位置的不同分為兩種類型：（1）中央并列式——進風井與回風井沿井田走向及傾斜均大致并列于井田的中央，兩井底可以開掘到第一水平(如圖9-1-1 (1))，也可將回風井只掘至回風水平(如圖9-1-1 (2))。后者一般適用于較小型礦井。     這種通風系統—般適用于煤層瓦斯和自然發火問題都不嚴重，埋藏深、傾角大，但走向不大(一般不大于4 km)的礦井。
第一節  礦井通風系統的擬定
第一節  礦井通風系統的擬定
（2）中央邊界式——進風井大致位于井田走向中央，回風井大致位于井田淺部邊界沿走向的中央，向上兩井相隔一段距離，回風井的井底高于進風井的井底。
這種通風系統適用于瓦斯和自然發火比較嚴重的緩傾斜煤層，埋藏較淺，走向不大的礦井。
第一節  礦井通風系統的擬定
第一節  礦井通風系統的擬定
2）對角式通風系統 
按進、回風井走向和位置可將礦井通風系統分為如下2種類型：（1）兩翼對角式——進風井大致位于井田走向的中央，出風井位于沿淺部走向的兩翼附近（沿傾斜方向的淺部），如圖所示；如果只有—個回風井，且進、回風分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式。這種通風系統適用于走向長度較大(一般超過4 km)，井型較大，煤層上部距地表較淺，瓦斯和自然發火較嚴重的礦井。
第一節  礦井通風系統的擬定
兩翼對角式通風系統 
第一節  礦井通風系統的擬定
（2）分區對角式——進風井大致位于井田走向的中央，每個采區各有一個出風井，無總回風巷。如圖所示：這種通風系統適用于煤層距地表淺，地表起伏(高低)較大，無法開掘淺部總回風道的礦井。
第一節  礦井通風系統的擬定
3）分區式通風系統 
在井田的每一個生產區域開鑿進、回風井，分別構成獨立的通風系統即分區式通風系統。如圖所示：
4）混合式通風系統  
混合式通風系統的進風井與回風井有3個以上井筒，由中央式和對角式混合、中央式和中央邊界式混合等。這種通風系統主要適用于井田范圍較大，多煤層、多水平開采的礦井。大多用于老礦井的改造和擴建。
第一節  礦井通風系統的擬定
5）礦井通風系統類型的擬定
礦井通風系統的擬定是礦井通風設計的基礎部分，主要是擬定礦井風流路線，進風與出風井的布置方式，礦井主要通風機的工作方法。
一般來說，中央式通風系統具有井巷工程量少，初期投資省的優點，宜礦井建設初期采用。
有煤與瓦斯突出危險的礦井、高瓦斯礦井、煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井，宜采用對角式或分區式通風；
當井田面積較大時，初期采用中央式通風，逐步過渡為對角式或分區式通風。
第一節  礦井通風系統的擬定
二、礦井通風方法按通風方法獲得的動力來源可將礦井通風系統分為自然通風(Natural ventilation)和機械通風(Mechanical ventilation)兩種。1）自然通風利用自然因素產生的通風動力使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做自然通風。    2）機械通風利用通風機運轉產生的通風動力，致使空氣在井下巷道流動的通風方法叫做機械通風。按通風機（通風機）的工作方式將礦井通風系統分為抽出式、壓入式兩種。 
第一節  礦井通風系統的擬定
（1）抽出式(Exhaust)——主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風系統處在低于當地大氣壓力的負壓狀態。
抽出式通風的優點是：當主要通風機因故停止運轉時，井下風流的壓力提高，可能使采空區瓦斯涌出量減少，有利于瓦斯管理，比較安全；外部漏風量少，通風管理比較簡單；與壓入式通風相比，不存在向下水平過渡時期改變通風方法的困難。缺點是當地面存在小窯塌陷區并和開采裂隙溝通時，抽出式通風會把小窯中積存的有害氣體抽到井下，并使工作面的有效風量減少。
第一節  礦井通風系統的擬定
（2）壓入式(Forced)——主要通風機安設在進風井口，作壓入式工作，井下風流處于正壓狀態。
壓入式通風的優點是：節省風井場地，施工方便，主要通風機臺數少，曾理方便；開采淺部煤層時采區淮備較容易，工程量少，工期短，出煤快。能用一部分回風把小窯塌陷區的有害氣體壓到地面。缺點是：井口房、并底煤倉及裝載硐室漏風大，管理困難；風阻大，風量調節困難；由第一水平的壓入式過渡到第二水平的抽出式，改造工程量大，過渡期長，通風管理困難；當主要通風機因故停止運轉時，井下風流壓力降低，可能在短時間內引起采空區或封閉區的瓦斯大量涌出。
一般來說，礦井主要通風機工作方法多采用抽出式。當礦井地面地形復雜、高差起伏，無法在高山上安裝主要通風機，總回風巷維護困難時，可以考慮采用壓入式通風。
第一節  礦井通風系統的擬定
三、通風網路
一般把礦井或采區通風系統中風流分流、匯合的線路結構形式稱為通風網路。由于礦井開拓方式和采區巷道布置不同，通風網路連接方式也就不一致，大體可分為串聯、并聯、角聯和復雜聯結4種類型。其基本形式及通風參數的計算詳見第六章。
第二節  礦井風量的計算和分配
礦井總風量即井下各個工作地點的有效風量(Effective air quantity)與各條風路上的漏風量(Leakage air quantity)之總和。
按《煤礦安全規程》要求，設計礦井的風量應由?。▍^）煤炭局確定，且需依照礦井整個服務年限內各個時期的通風要求分水平進行計算，以保證合理通風。
第二節  礦井風量的計算和分配
一、礦井總風量計算方法生產礦井總進風量按下列要求分別計算，并取其中最大值。1、按井下同時工作的最多人數計算：                        m3/min            (8-1)式中：N—井下同時工作的最多人數，人；Km——礦井通風系數，包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素，一般可?。?.2～1.25。
第二節  礦井風量的計算和分配
2、按采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風量的總和計算：                                                                          (9-2-2) 式中： —采煤工作面實際需要風量的總和，m3/min；——掘進工作面實際需要風量的總和，m3/min；——硐室實際需要風量的總和，m3/min；——備用工作面實際需要風量的總和，m3/min；——礦井除了采、掘、硐室地點以外的其它巷道需風量的總和，m3/min；——礦井通風系數 (抽出式K礦通取1.15~1.2，壓入式K礦通取1.25~1.3)。
第二節  礦井風量的計算和分配
1）每個回采工作面實際需要風量，應按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害氣體產生量以及工作面氣溫、風速和人數等規定分別進行計算，然后取其中最大值。采煤工作面有串聯通風時，應按其中一個采煤工作面實際需要的最大風量計算。備用工作面亦應滿足瓦斯、二氧化碳、氣溫和風速等規定計算風量，且不得低于其采煤時的實際需要風量的50％。
（1）按瓦斯涌出量計算：低瓦斯礦井的采煤工作面按氣象條件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量計算，采用高瓦斯計算公式）確定需要風量，其計算公式為：                                                   ，m3/min                     (9-2-4)式中: 式中：Qwi——第i個采煤工作面需要風量，m3/min       Qgwi——第  i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m3/min       kgwi——第i個采煤工作面因瓦斯涌出量不均勻系數。它是最大涌出量與平均涌出量之比，通常機采工作面取kgwi=1.3~1.45； 炮采工作面取kgwi=1.35~1.5。
第二節  礦井風量的計算和分配
（2）按炸藥量計算：

式中 25——每使用1kg炸藥的供風量，m3/min；      ——第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量，kg。
第二節  礦井風量的計算和分配
（3）按同時作業人數計算：按每人供風≮4m3/min：                                    ，m3/min  （8-6）式中：——第i個采煤工作面同時工作的最多人數，人；
第二節  礦井風量的計算和分配
（4）按工作面氣溫計算：采煤工作面應有良好的勞動氣象條件，其溫度和風速應符合下表的要求：
回采工作面空氣溫度（℃）	采煤工作面風速（m/s）	
<18	0.3～0.8	0.90
18～20	0.8～1.0	1.00
20～23	1.0～1.5	1.00～1.10
23～26	1.5～1.8	1.10～1.25
26～28	1.8～2.5	1.25～1.4
28～30	2.5～3.0	1.4～1.6
第二節  礦井風量的計算和分配
長壁工作面實際需要風量，按下式計算：                                     ，m3/min                
式中：式中  vwi—第i個采煤工作面的風速，按其進風流溫度從表中取；m/s,        Swi—第i個采煤工作面有效通風斷面，取最大和最小控頂時有效斷面的平均值，m2 ；        kwi——第i 個工作面的長度系數。
回采工作面長度(m)	80～150	150～200	>200
長度調整系數(K長)	1.0	1.0～1.3	1.3～1.5
第二節  礦井風量的計算和分配
（5）按低瓦斯礦井綜采工作面所需風量計算：
第二節  礦井風量的計算和分配
（6）按工作面風速進行驗算：按最低風速驗算，各個采煤工作面的最低風量（）;                     ，m3/min                       式中：—第i個采煤工作面的平均斷面積，m2，按最高風速驗算，各個采煤工作面的最高風量()：                           ，m3/min                      
（7）備用工作面亦應滿足按瓦斯、二氧化碳、氣溫等規定計算的風量，且最少不得低于采煤工作面實際需風量的50%。                                          ，m3/min
第二節  礦井風量的計算和分配
2）掘進工作面實際需要風量 
每個獨立通風的掘進工作面實際需要風量，應按瓦斯或二氧化碳涌出量、炸藥用量、局部通風機實際吸風量、風速和人數等規定要求分別進行計算，并必須采取其中最大值。
（1）按瓦斯（或二氧化碳）涌出量計算： 
                                              ，m3/min 
式中：——第i個掘進工作面回風流中的瓦斯（或二氧化碳）絕對涌出量，m3/min；
——第i個掘進工作面瓦斯涌出不均衡的風量系數，（正常生產條件下，連續觀測1個月，日最大絕對瓦斯涌出量與月平均日瓦斯絕對涌出量的比值），一般?。?.5～2。
第二節  礦井風量的計算和分配
（2）按炸藥量計算掘進工作面實際需要的風量：
每千克炸藥供風≮25 m3/min：
                                   ，m3/min
式中：       —— 第i個掘進工作面一次爆破的最大炸藥用量，kg。
第二節  礦井風量的計算和分配
（3）按局部通風機實際吸風量計算需要風量計算掘進工作面實際需要的風量：
 巖巷掘進：　
                              ，m3/min
煤巷掘進：
                              ，m3/min            
式中：
——局部通風機實際吸風量， m3/min。安設局部通風機的巷道中的風量，除了滿足局部通風機的吸風量而外，還應保證局部通風機吸入口至掘進工作面回風流之間的　　　　　　　　風速巖巷不小于0.15m/s、煤巷和半煤巷不小于0.25m/s,以防止局部通風機吸入循環風和這段距離內風流停滯，造成瓦斯積聚。
——掘進工作面同時通風的局部通風機臺數。
第二節  礦井風量的計算和分配
（4）按人數計算掘進工作面實際需要的風量：
 每人供風≮4m3/min：  
                            ，m3/min              
式中：—第i個掘進工作面同時工作的最多人數，人。
第二節  礦井風量的計算和分配
（5）按風速進行驗算 
① 按最低風速驗算：
各個巖巷掘進工作面的最低風量： 
                      ， m3/min
式中：——第i個巖巷掘進工作面的斷面積，m2。
各個煤巷或半煤巖巷掘進工作面的最低風量：
                       ，m3/min
第二節  礦井風量的計算和分配
       ——第i個煤巷掘進工作面的斷面積。
② 按最高風速驗算：
各個巖巷、煤巷或半煤巖巷掘進工作面的最高風量
                                      m3/min
式中：——第i個掘進巷道的斷面積，m2。
第二節  礦井風量的計算和分配
3）井下硐室實際需要風量，應按礦井各個獨立通風硐室實際需要風量的總和計算：
                                  ，m3/min
式中：——各個獨立通風硐室實際需要的風量，m3/min。
各個硐室的實際需要風量，應根據不同類型的硐室分別進行計算，遵循井下不同硐室的配風原則。
第二節  礦井風量的計算和分配
井下爆炸材料庫配風必須保證每小時4次換氣量：
      =4V/60=0.07V  （m3/min）
式中：
     —— 井下爆炸材料庫需要風量，m3/min；
V——井下爆炸材料庫的體積，m3。
井下充電室，應按其回風流中氫氣濃度小于0.5%計算風量。
機電硐室需要風量應根據不同硐室內設備的降溫要求進行配風。
選取硐室風量，須保證機電硐室溫度不超過30℃，其它硐室溫度不超過26℃。
第二節  礦井風量的計算和分配
其它硐室所需風量：采區絞車房60～80m3/min,采區變電所60～80m3/min，充電硐室100～200m3/min。
4）其它巷道的需要風量應按礦井各個其它巷道需要風量的總和()計算：
                  ，m3/min
式中:       ——第i個其它巷道的實際用風量，m3/min，
各個其它巷道的需要風量,應根據瓦斯涌出量和風速分別進行計算，采用其中最大值。
第二節  礦井風量的計算和分配
二、生產礦井風量的分配
1、配風的原則和方法
根據實際需要由里向外進行配風，先定井下采掘工作面、火藥庫、充電硐室等各用風地點所需的有效風量，再加上逆風流方向和各風路上允許的漏風量，得到礦井總風量；若再加上因體積膨脹的風量（總進風量的5％），得出礦井的總回風量；最后加上抽出式主要通風機井口和附屬裝置的允許外部漏風量，得出通過主要通風機的總風量。對于壓入式通風的礦井，通過壓入式主要通風機總風量即礦井總風量與外部漏風量之和。
第二節  礦井風量的計算和分配
配風量必須符合《煤礦安全規程》中下列有關規定：
關于氧氣、瓦斯、二氧化碳和其它有毒有害氣體安全濃度的規定；關于最高風速和最低風速的規定；關于采掘工作面和機電硐室最高溫度的規定；關于冷空氣預熱的規定；以及關于空氣中粉塵安全濃度的規定等。
沿途漏風，尤其是風流短路，較大的影響了通風的安全性和經濟性，因此應盡量減少沿途漏風和風流短路。沿途允許漏風率參考下表。如果實際漏風率超過表中數據時，應該采取有效的防漏措施，并加強管理。
通風設施允許漏風率 
漏風地點	允許的漏風率（％）
無提升設備的抽出風井	5
有提升設備的抽出風井	10
無提升設備的壓入風井	10
有提升設備的壓入風井	15
風門	2
風橋	1
風墻	基本不漏
采空區	5～10
第二節  礦井風量的計算和分配
在裝有局部通風機的巷道內，巷道的風量應按不小于局部通風機風量的1.43倍計算。
在串聯摻新的風量中，應使其中的瓦斯、二氧化碳的濃度不超過0.5％，且使其它有害氣體的濃度不超過安全濃度。
總之，由于生產礦井的配風依據都是可以通過實測確定，故只要細致進行生產礦井的配風工作，就可以比較準確的進行風量的分配。 
第二節  礦井風量的計算和分配
3、生產礦井風量的分配
在各個用風地點，將各用風點計算的風量值乘以備用系數Kwz，就是配給用風地點所在巷道的風量。如圖所示掘進巷道配風量的確定。但是采煤工作面的風量只配給各自計算的風量，由備用系數確定的風量考慮從采空區漏走的風量。因此在U型通風的上順槽和下順槽的風量是采煤工作面的計算風量乘以備用系數，如圖所示。

第二節  礦井風量的計算和分配
從各個用風地點開始，逆風流方向而上，遇分風點則加上其它風路的分風量，得到未分風前那一條風路的風量，作為該風路的風量。直至確定進風井筒的總進風量。這一風量應該等于剛才計算的礦井總風量，如圖所示。如果是壓入式通風，則要加上礦井外部漏風量，才能得出通過壓入式主要通風機的總風量。 
第二節  礦井風量的計算和分配
然后又從各個用風地點開始，順風流方向而上，遇匯合點則加上其它風路的風量一起分配給匯合后那一條風路，作為該風路的風量。直至確定回風井筒的總回風量。這一風量也應等于剛才計算的礦井總風量，如上圖所示。如果是抽出式通風，則加上抽出式主要通風機井口和附屬裝置的允許漏風量(即礦井外部漏風量)，得出通過抽出式主要通風機的總風量。
第二節  礦井風量的計算和分配
三、新建礦井和延深礦井所需風量
對于新建礦井和延深礦井所需風量，有條件時，可參照鄰近生產礦井的通風資料，按生產礦井的風量計算方法細致進行，否則只好采用“由外往里”的計算方法，即先計算礦井的總風量，然后大致分配到各個用風地點。
第二節  礦井風量的計算和分配
對于低瓦斯礦井：以工作面能夠有良好的氣候條件作為供風的依據，用下式計算礦井總風量：
                  Q＝TqK，m3/min
式中：T——礦井平均日產量，t/d；
  q——是從工作面能夠有良好的氣候條件為出發點，而得出的對于日產量中每一噸煤
的供風標準，通過實際調查統計得出：q＝1 ；
K——風量備用系數，即K＝K1K4K5K6，這些系數的乘積介于l.5～1.9之間，可以根據新建礦井的條件，查下表得出具體的數值。 
風量備用系數 
各系數的名稱	數值	選用條件	選用條件	選用條件	選用條件
產量不均衡系數K1	1.15	低瓦斯礦井選用	低瓦斯礦井選用	低瓦斯礦井選用	低瓦斯礦井選用
瓦斯涌出不均衡系數K2	1.20～1.25	高瓦斯礦井選用。單一煤層、本煤層，取大值；煤層群、采區外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯礦井選用。單一煤層、本煤層，取大值；煤層群、采區外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯礦井選用。單一煤層、本煤層，取大值；煤層群、采區外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯礦井選用。單一煤層、本煤層，取大值；煤層群、采區外瓦斯占50%以上，取小值。
瓦斯內部漏風系數K3	1.15～1.25	大型礦井、對角式通風方式的礦井取小值；小型礦井、中央式通風方式的礦井取大值；	大型礦井、對角式通風方式的礦井取小值；小型礦井、中央式通風方式的礦井取大值；	大型礦井、對角式通風方式的礦井取小值；小型礦井、中央式通風方式的礦井取大值；	大型礦井、對角式通風方式的礦井取小值；小型礦井、中央式通風方式的礦井取大值；
備用工作面風量系數K4	1.10～1.25	一般礦井均取1.10；備用工作面較多的礦井取大值；	一般礦井均取1.10；備用工作面較多的礦井取大值；	一般礦井均取1.10；備用工作面較多的礦井取大值；	一般礦井均取1.10；備用工作面較多的礦井取大值；
采區外用風備用系數K5	1.00～1.20	包括掘進、大型硐室、多水平的其它獨立回風的風量系數，一般取1.10；薄煤層、煤層群并有基建任務時，取1.15；有大型硐室及多水平同時生產取大值。	包括掘進、大型硐室、多水平的其它獨立回風的風量系數，一般取1.10；薄煤層、煤層群并有基建任務時，取1.15；有大型硐室及多水平同時生產取大值。	包括掘進、大型硐室、多水平的其它獨立回風的風量系數，一般取1.10；薄煤層、煤層群并有基建任務時，取1.15；有大型硐室及多水平同時生產取大值。	包括掘進、大型硐室、多水平的其它獨立回風的風量系數，一般取1.10；薄煤層、煤層群并有基建任務時，取1.15；有大型硐室及多水平同時生產取大值。
工作面溫度調整系數K6	0.95～1.15	低瓦斯礦井選用，按下列工作面平均溫度選取。	低瓦斯礦井選用，按下列工作面平均溫度選取。	低瓦斯礦井選用，按下列工作面平均溫度選取。	低瓦斯礦井選用，按下列工作面平均溫度選取。
工作面溫度調整系數K6	0.95～1.15	＜20℃	20～23℃	23～26℃	＞26℃
工作面溫度調整系數K6	0.95～1.15	0.95	1.00	1.10	1.15
第二節  礦井風量的計算和分配
對于高瓦斯礦井：按總回風流中的瓦斯濃度不超過0.75%的要求來計算礦井總風量：
                                       ，m3/min
式中：      ——礦井瓦斯平均相對涌出量，m3/t；
  T——礦井平均日產量，t/d；
  K——風量備用系數，即K＝K2K3K4K5，這些系數的乘積介于1.7～2.1之間，具體數值從表中查得。
第二節  礦井風量的計算和分配
無論是高瓦斯礦井，還是低瓦斯礦井都要按井下同時工作的最多人數來驗算礦井總風量Q，取大值作為礦井的總風量：
                          ，m3/min
式中：N——井下同時工作的最多人數，人；
  4——以人數為計算單位的供風標準，m3/min；
  K——風量備用系數，它是產量不均衡系數、備用工作面的風量系數和礦井內部漏風系數的總概括。采用中央并列式的通風系統時，K＝1.45；采用中央分列式或對角式通風系統時，K＝1.35。
第二節  礦井風量的計算和分配
新建礦井的風量分配是在算得的礦井總風量Q中，減去獨立回風的掘進風量和硐室風量，再按以下原則對剩余的風量進行大致的分配；各個回采工作面的風量，按照與產量成正比的原則進行分配；各個備用工作面的風量，按照它在生產時所需風量的一半進行分配。即：
                           ，m3/min
式中：  ——所有獨立回風的各個掘進工作面風量之和，m3/min；
           ——所有獨立回風的各個硐室風量之和，m3/min。
第二節  礦井風量的計算和分配
剩余風量的分配方法是：先用下式計算回采工作面日產一噸煤所需配給的風量q，即：  
                            
式中：Ta——各個回采工作面的日產量之和，即：           ，t/d；
 ta ——各個回采工作面的日產量，t/d；
 T`a——各個備用工作面的計劃日產量之和，即：                ，t/d；
  t`a——各個備用工作面計劃日產量，t/d。
第二節  礦井風量的計算和分配
分配給各個回采工作面的風量為：
                                  ，   m3/min
分配給各個備用工作面的風量為：
                                  ， m3/min
各條風路上的風量最后確定后，必須進行各條風路的風速校核，使各條風路的風速符合《規程》的規定。
各條風路的風量經過驗算后，如能符合風速的要求，則各條風路的風量可以確定；如低于規定的風速，則該條風路的風量要相應增加。如超過規定的風速，則需要擴大該風路的斷面或調整該風路的風量，使之風速降到規定值以下。最后，確定礦井總風量。
第三節  礦井通風阻力計算
礦井通風總阻力即風流由進風井口到出風井口，沿一條通路（風流路線）各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和，用   表示。礦井通風總阻力是選擇礦井主要通風機的重要依據之一，為了合理的選用礦井主要通風機，必須正確計算出礦井通風總阻力。 
第三節  礦井通風阻力計算
一、礦井通風總阻力計算原則 
（1）礦井通風的總阻力，不應超過2940 Pa；
（2）礦井井巷的局部阻力，新建礦井（包括擴建礦井獨立通風的擴建區）宜按井巷摩擦阻力的10％計算，擴建礦井則宜按井巷摩擦阻力的15％計算；
（3）礦井通風網路中有較多的并聯系統，計算總阻力時，應以其中阻力最大的路線作為依據；
（4）應計算出困難時期的最大阻力和容易時期的最小阻力，使所選用的主要通風機既滿足困難時期的通風需要，又能在通風容易時工況合理。
第三節  礦井通風阻力計算
二、礦井通風總阻力的計算
對于有兩臺或多臺主要通風機工作的礦井，礦井通風阻力應按每臺主要通風機所服務的系統分別計算。
在主要通風機的服務年限內。隨著采煤工作面及采區接替的變化，通風系統的總阻力也將隨之變化。為了使主要通風機在整個服務期限都能滿足需要且有較高的運轉效率，需要按照開拓開采布局和采掘工作面接替安排，對主要通風機服務期內不同時期的系統總阻力的變化進行分析，當可根據風量和巷道參數（斷面、長度等)直接判定出最大總阻力路線時，可按該路線的阻力計算礦井總阻力；當不能直接判定時，應選幾條可能最大的路線進行計算比較，然后確定該時期的礦井總阻力。
第三節  礦井通風阻力計算
在礦井通風系統總阻力最小時稱通風容易時期，通風系統總阻力最大時稱為通風困難時期。對于通風容易和困難時期，要分別畫出通風系統圖。按照采掘工作面及硐室的需要分配風量，再由各段風路的阻力計算礦井總阻力。
沿著通風容易和困難時期的風流路線，依次計算各段摩擦阻力     ，然后分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力   和   ，再加上局部阻力，因局部阻力取總摩擦阻力的10％或15％，總摩擦阻力再乘以（擴建礦井乘以1.15）后，得  兩個時期的礦井總阻力  和    。
第三節  礦井通風阻力計算
通風容易時期總阻力：
                                                  （8-27）
通風困難時期總阻力：
                                               （8-28）
式中   和   按下式計算：
                                                  （8-29)
第三節  礦井通風阻力計算
式中：  ——礦井通風總阻力，Pa；
a——井巷摩擦阻力系數，N·s2/m4，可在第三章的摩擦系數表中查得；
l——井巷長度，m；
U——井巷凈斷面周邊長，m，用第三章有關公式計算；
S——井巷凈斷面積，m2，用第三章的有關公式計算；
Q——分配給各井巷的風量，m3/s;
對于小型礦井，一般只計算困難時期的通風總阻力。
第四節  礦井通風設備選型
礦井通風設備包括主要通風機和它的電動機，所以選擇礦井通風設備須先選好主要通風機，然后再選擇恰當的電動機。
一、礦井通風設備的要求
（1）礦井必須裝設兩套同等能力的主通風設備，其中一套備用；    
（2）選擇通風設備應滿足第一開采水平各個時期工況變化，并照顧下一水平的通風需要且使通風設備長期高效率運行。當工況變化較大時，根據礦井分期時間及節能情況，應分期選擇電動機，但初裝電動機的使用年限不宜少于10年；
（3）通風機能力應留有一定的余量，軸流式通風機在最大設計負壓和風量時，輪葉運轉角度比允許范圍小5o；離心式通風機的選型設計轉速不宜大于允許最高轉速的90％；   
第四節  礦井通風設備選型
（4）進、出風井井口的高差在150m以上，或進、出風井井口標高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風壓； 
（5）礦井主要通風機房，應有兩回直接由變(配)電所輸出的供電線路，線路上不應分接任何負荷；
（6）所選電動機應滿足通風機在整個起動過程及穩定運行中的力矩要求，如用同步電動機拖動軸流式通風機時，還應校驗其牽入轉矩；
（7）為簡化供電系統，避免中間變壓，當電動機功率較大可以選用高壓電動機時，應盡量優先選用高壓電動機；
（8）在通風機的服務年限內，其在礦井最大和最小阻力時期的工況點，均應在合理的工作范圍之內，使通風機穩定、經濟地運轉；
第四節  礦井通風設備選型
（9）一個井筒盡量采用單一通風機的工作制度；
（10）主要通風機必須裝有反風設備，必須能在10分鐘內改變巷道中的風流方向；
（11）裝有主要通風機的回風井口，應安裝保護通風機的防爆門。防爆門應設計成因事故打開后易于復原，并在通風機反風時不被風流頂開。
第四節  礦井通風設備選型
二、主要通風機的選擇  
1、計算通風機風量 
由于井口防爆門及主要通風機反風門等處的外部漏風，風機風量應大于礦井風量      ，并由下式求出：
                                （8-30）
式中：    ——主要通風機通風量，m3/s；
        ——礦井需風量，m3/s；
k——漏風損失系數，風井不做提升用時取1.1；箕斗井兼作回風用時取1.15；回風井兼做升降人員時取1.2。
第四節  礦井通風設備選型
2、計算通風機風壓    
通風機全壓     和礦井自然風壓     共同作用克服礦井通風系統的總阻力     、通風機附屬裝置(風硐和擴散器)的阻力  及擴散器出口動能損失     。當自然風壓與通風機風壓作用相同時取“－”；自然風壓與通風機風壓作用反向時取“＋”。
根據提供的通風機性能曲線，由下式求通風機風壓：
                                              
進一步講，離心式通風機大多提供全壓曲線，而軸流式通風機大多提供靜壓曲線。通風容易時期自然風壓與通風機風壓作用相同，通風機有較高功率，故從通風系統阻力中減去自然風壓    ；通風困難時期自然風壓與通風機風壓作用反向，故通風系統阻力需加上自然風壓    。所以，對于抽出式通風礦井：
第四節  礦井通風設備選型
離心式通風機：
    容易時期：                                     （8-32）
    困難時期：                                     （8-33） 
軸流式通風機：
   容易時期：                                      （8-34）
   困難時期：                                      （8-35）
對于壓入式通風系統，式（8-32）、（8-33）中的                                                      表示出風井的出口風壓，    表示風硐的阻力。
第四節  礦井通風設備選型
3、初選通風機
根據計算的礦井通風容易時期通風機的       、  （或       ）和礦井通風困難時期通風機的       、（或       ），在通風機特性曲線上選出滿足礦井通風要求的通風機。
4、求通風機的實際工況點
要求主要通風機在兩個時期的工況點都在特性曲線的合理工作范圍內。因為根據      、   （或     ）和         、   （或      ）確定的工況點，即設計工況點不一定恰好在所選擇通風機的其實際工況點。特性曲線上，必須根據通風機的工作阻力，確定其實際工況點。
第四節  礦井通風設備選型
1）計算通風機的工作風阻
用靜壓特性曲線時：
                                              （8-36）
                                                （8-37）
用全壓特性曲線時：
                                                  （8-38）
                                                 （8-39）
2)確定通風機的實際工況點
在通風機特性曲線圖中做通風機工作風阻曲線，該工作風阻曲線與風壓曲線的交點即為實際工況點。
第四節  礦井通風設備選型
5、確定通風機的型號和轉速
根據各臺通風機的工況參數(      、    、  、  )對初選的通風機進行技術、經濟和安全性比較，最后確定滿足礦井通風要求，技術先進、效率高和運轉費用低的通風機的型號和轉速。
第四節  礦井通風設備選型
三、主要通風機的電動機的選擇
1、電動機功率的計算
通風機輸入功率按通風容易及困難時期，分別計算通風機所需輸入功率      、    ：
                                          （9-4-11）   
                                          （9-4-12）  
或
                                           （9-4-13）   
                                           （9-4-14）
式中：    、    ——分別表示通風機全壓效率和靜壓效率；
     、      ——分別表示礦井通風容易時期和通風困難時期通風機的輸入功率，kW。
第四節  礦井通風設備選型
2、電動機臺數及種類的確定
當                     時，可選一臺電動機，電動機功率為：
                                               （9-4-15）
當                      時，選兩臺電動機，電動機功率為：
  初期：                                     （9-4-16）
  后期：                                       （9-4-17）
式中：      ——電動機容量備用系數，取1.1～1.2；
        —電動機效率，取0.9～0.94(大型電機取較高值)；
        —傳動效率，電動機與通風機直聯時取1；皮帶傳動時取0.95。
第四節  礦井通風設備選型
根據周圍的工作環境，通風機一般選用開啟式或防護式電動機。選擇電動機時還應全面綜合考慮通風機調整及礦井功率因數補償的要求。一般情況下，當電動機功率小于200 kW時，宜選用低壓鼠籠式電動機；大于250 kW時，宜選用高壓鼠籠式電動機；大于400 kW及以上時，宜選用同步電動機，其優點是在低負荷運轉時用來改善電網功率因數，使礦井經濟用電；缺點是這種電動機的購置和安裝費較高。
當礦井風壓變化較大時，可考慮分期選擇電動機，但每臺電動機的使用年限一般不少于10年。
第四節  礦井通風設備選型
3、電動機的起動方式
電動機的起動方式，可分為直接起動和降壓起動。當起動電壓降不超過15％，而又能自動起動時，則采用直接起動，鼠籠型電動機應優先考慮采用直接起動，只有不允許直接起動時才考慮降壓起動。降壓起動分自耦變壓器降壓起動、星－三角形降壓起動、延邊三角形降壓起動，電抗器降壓起動及頻敏變阻起動等幾種方式。

第五節  礦井通風系統安全性評價
煤礦井下煤炭自燃、瓦斯、粉塵、有害氣體的中毒和窒息等災害事故所占比例較高，危害較大，其主要致因是礦井通風系統不完善。所以，應努力提高礦井通風系統的安全性，以便增強對上述事故的防范和抗御能力。
礦井通風系統是由通風動力及其裝置、通風井巷網絡、風流監測與控制設施等組成。其任務是利用通風動力，以最經濟的方式，向井下各用風地點提供優質量足的新鮮空氣，以保證井下作業人員的生存、安全和改善勞動環境的需要；在發生災變時，能有效、及時地控制風向及風量，并配合其它措施，防止災害的擴大。完成上述任務的可靠程度通常以礦井通風系統的安全可靠性來衡量。評價礦井通風系統安全可靠性的目的在于：及時發現礦井通風系統中存在的問題和安全隱患，調整和改造系統；優化通風設計，準確編制事故預防與處理方案，同時，指導現場通風安全管理。
礦井通風系統是一個復雜、動態的系統，受到眾多、復雜的內外因素影響，其安全可靠性評價屬于多因素綜合評價問題。
第五節  礦井通風系統安全性評價
一、礦井通風系統安全性定義
礦井通風系統安全性定義應包括兩層意思：一是必須保證礦井正常生產；二是能夠預防和控制災害的發生、發展。具體來說，礦井通風系統的安全性應滿足下列要求：
1） 礦井通風系統的結構合理、完備，整套系統穩定可靠；
2） 井下各用風地點的風量滿足要求，且其可控性強；
3）有利于排除瓦斯、礦塵、熱源和防止煤炭自燃；
4）具有控制各種自然災害的能力，既能抑制事故的發生，又可在由其它原因引起事故時及時地控制和消除事故。
第五節  礦井通風系統安全性評價
二、 安全性評價指標
指標應能反映礦井通風系統各組成部分的安全質量。從安全角度出發對礦井通風系統進行全面分析，并參考《煤礦安全規程》與《生產礦井質量標準化標準》中有關規定、指標和現場科技人員的經驗，再按照有關原則來確定，可考慮下列9個評價指標。
1）主通風機運轉穩定性。主通風機的穩定運轉與否決定著礦井通風系統的安全可靠程度。
2）各用風地點是否實行分區通風且風量足夠。每一生產水平都必須布置回風巷，實行分區通風；采煤和掘進工作面都應采用獨立通風；為了防止瓦斯、礦塵和熱害事故，要求風量足夠。
第五節  礦井通風系統安全性評價
3）礦井通風量供需比。礦井實際風量應大于或等于井下所需風量，它能保證各用風地點風量足夠，也可改善井下勞動環境和保障安全生產。
4）通風設備的自動監控系統。主要通風機和局部通風機正常運轉很重要：風門失控會造成風流短路和通風系統紊亂，危及井下生產的安全。所以，它們要安裝自動監控系統。
5）調節設施的合理性。井下的風門、風窗等調節設施越多，礦井通風系統的穩定性就越低。因此需要時應選擇適當位置且盡量少地安裝這些設施。
6）是否有利于排除瓦斯和礦塵、防治煤炭自燃及降溫。瓦斯、礦塵的積聚會引起爆炸事故；煤炭自燃則直接威脅著礦井安全生產，這些和高溫礦井降溫均與礦井通風系統及其設備密切相關。
第五節  礦井通風系統安全性評價
7）礦井通風壓力。其值越高，井下風量越大，漏風率也越大，管理越困難，因而引起瓦斯積聚和煤炭自燃。 
8）反風系統的靈活程度。進行反風是井下發生火災、爆炸事故時防止災害擴大的重要措施。主要通風機必須安裝反風設施，并能在10 min內改變巷道中風流方向且風量不小于正常值的40 ％。
9）隔爆裝置完善程度。它是阻止瓦斯、煤塵爆炸傳播的有效辦法。當礦井開采煤塵具有爆炸危險和瓦斯含量高的煤層時，其兩翼、相鄰的采區、煤層和工作面，都要設置水棚或巖粉棚實行隔離。
復習思考題 
8-1  通風系統包括哪些部分？
8-2  簡述擬定礦井通風系統的原則和要求。
8-3  從防止瓦斯積聚、防塵降溫等角度分析采煤工作面上行風與下行風各自的優缺點。
8-4  簡述礦井通風設計的步驟。
8-5  礦井通風系統主要有哪幾種類型？說明其特點及適用條件。
8-6  試述礦井通風系統安全性評價的目的和作用。

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09-02