6第六章 局部阻力.docx

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6第六章局部阻力

第六章局部通风

（2个学时）

1.上次课内容回顾（5～10min）

1.1上次课时讲的主要内容

矿井风量调节、局部风量调节法、增阻调节法减阻调节法、增能调节法。

矿井总风量调节：

（改变主要通风机工作特性、改变矿井总风阻），及应用计算机解算复杂通风网络。

1.2解决实际问题

（1）针对一个矿井的实际情况提出合理的调节方法。

（2）利用网络解算程序来解算复杂通风网络。

2.本节课内容的引入（5min）

2.1与上次内容的关联。

无论新建、扩建或生产矿井中，都需要开展大量的井巷工程，以便准备的新的采区和采煤工作面。

这些井巷在掘进时只有一个出口（独头巷道）。

不能形成贯穿风流，故必须采取导风设施，使新鲜风流与污浊风流隔开。

利用局部通风机或主要通风机产生的风压对井下独头巷道进行通风的方法称为局部通风（掘进通风）。

2.2讨论的主要内容

局部通风方法，局部通风量的计算，局部通风设备及其选型，局部通风技术管理及其安全技术装备系列化。

2.3思考题

3.内容讨论与课堂讲述（60～70min）

第一节局部通风方法

通常局部通风方法有：

自然通风、局部通风式通风、矿井全风压通风、引射器通风，其中局部通风机通风最常用。

一、自然通风

由于各种自然因素（其中主要是温差）促成空气流动称为自然通风。

在竖井开凿初期常采用这种方法，如下图示：

图

在冬季岩温高于气温，空气与岩壁进行热交换，使靠近井壁的空气温度高于井筒中心气温，因而形成了靠近中壁气流上升和井筒中心气流下降的自然通风现象。

在夏季相反。

《规程》规定：

井下巷道不得采用扩散通风。

扩散通风就是利用空气的自然扩散运动来对掘进地点通风。

二、局部通风机通风

利用局部通风机作为动力，通过风筒导风的通风方法称为局部通风机通风。

常用的通风方法：

压入式、抽出式、混合式

（一）压入式通风

如图示：

局部通风机及其附属装置安装在离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流输入大到工作面，污浊空气沿巷道排出。

新鲜风流出风筒形成的射流属于末端封闭的有限贴壁射流。

气流出风筒后，自流断面逐渐扩张，直至达到最大值，此段称为扩张段用Le表示；然后，射流断面逐渐减小，直到为零，此段称为收缩段，用La表示。

从风筒出口至射流反向的最远距离（即扩张段和收缩段总长）称射流有效射程，用Ls表示，Ls的大小一般有：

，m

式中：

S—巷道断面，m2。

在有效射程（Ls）之间的独头巷道中会出现循环漏流区，如图示：

从图中可看出，要排除炮烟及有毒有害气体，风筒出口与工作面的距离应不超过有效射程。

其炮烟排出过程分为：

工作面迎头区、巷道排烟过程。

工作面头区的排烟过程。

如图2示，工作面迎头区（自风筒出口到掘进工作面的空间），在迎头区内，风筒出口射流与炮烟发生掺混合后沿着风流向外推移。

巷道排烟过程。

炮烟在巷道向外推移过程中，形成沿风流方向的炮烟波。

对一巷道中任一断面，炮烟波到达后，炮烟浓度逐渐增大，达到最大值后，又逐渐降低。

（二）抽出式通风

如图示：

局部通风机安装在离掘进头巷道10m以外的回风侧，新鲜风流经过，污浊空气由风筒排出。

风机工作时风筒吸入空气的作用范围称为有效吸程。

Le,

，m；

式中：

S—巷道断面，m2。

抽出式通风机排污过程：

如图示，在有效吸程内，污染物与新鲜空气掺混并被吸出。

只有当吸风口离工作面距离小于有效吸程Le时，才有良好的排烟效果。

在有效吸程以外的巷独头巷道中，令出现循环涡流区。

（三）压入式与抽出式比较

安全性：

压入式：

局部风机及电气设备在新鲜风流中，污风不经过风机。

抽出式：

污风经过风机。

有效射程及吸程：

压入式：

出口风速及有效射程大，比较容易确保在有效射程内，且井口风速高，利于散热。

抽出式：

其抽出风量小，工作面排污时间长，有效吸程小，施工时难以保证。

掘进巷道涌出的瓦斯：

压入式：

巷道涌出的瓦斯向远离工作排走。

抽出式：

涌出的瓦斯流向工作面，于安全不利。

井巷空气清新程度：

压入式：

污风沿巷道排出。

抽出式：

新风沿巷道进入，巷道内空气新鲜，劳动环境好。

风筒运送方式及成本：

压入式：

柔性风筒、成本低、重量轻、便于运输

抽出式：

必须用钢性或带钢性骨架的可伸缩风筒，成本高运输不便。

基于上述分析：

以排除瓦斯为主的煤巷，半煤岩巷掘进时，采用压入式通风。

以排除粉尘为主的井筒掘进时，宜采用抽出式。

（四）混合式

混合式是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，兼有压、抽两种方式的优点。

按局部通风机和风筒的布置位置分：

a.长压短抽b.长抽短压c.长抽长压

按抽压风筒口的位置分：

a.前抽后牙b.前压后抽

（1）长抽短压（前压后抽）

如图示

工作面的污风由压入式风筒压入新风用以稀释，由抽出式主风筒排出。

抽出式风筒吸风口与工作面的距离不小于污染物分布集中带的长度，压入式风筒的出口与工作面的距离应在有效射程范围内。

图a抽出式为刚性风筒，若换为柔性风筒，其布置形式为图b示抽出式通风机的风量应大于压入式通风机的风量。

（2）长压短抽（前抽后压）

如图式

新风经压入式风筒送入工作面污风经抽出式风筒排出。

抽出式风筒吸风口与工作面的距离应小于有效吸程；压入式风筒的出口应与工作面的距离应小于有效射程。

（3）长抽长压

混合式的主要缺点是：

降低了压入和抽出式两列风筒重合时的巷道内的风量，当掘进巷道断面大时，易形成瓦斯积聚。

因此，两台风机要合理配量，避免发生循环风，并两风筒重叠端面风速大于最低风速。

适用条件：

一般用于大断面长距离岩巷掘进。

（五）可控循环风

当局部通风机的吸入风量大于全风压供给设置通风机巷道的风量时，则部分由局部通风机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，故又称为循环风。

分类：

a可控循环风（开路循环风）：

掺有适量外界新风的循环通风，也称开路循环风。

B闭路循环风：

不掺有外界新风的循环通风。

如图示：

图

当1＃风机停止，2＃风机运转时，为闭路循环风，一般用于需要除尘和排出炮烟的掘进巷道，在冶金矿山应用较多。

闭路循环风是在煤矿规程中长抽短压是严禁使用的。

1＃、2＃风机同时开时为开路循环风（可控循环风），经理论和实践证明循环区域的污染物的浓度不会无限制增大，而是经循环一定次数后趋于某一定值。

可控循环风的优点、缺点和要求详见教材。

三、矿井全压通风

全风压通风就是利用矿井主要通风机的风压借助导风设施把新鲜空气引入掘进工作面。

其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。

1、风筒导风

图

1.密封墙2.风窗3.风筒

在巷道中设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜空气引入掘进工作面，排出污浊风。

2、平行巷导风

如图示：

图

此种方法常用于煤巷掘进，尤其中厚煤层采区巷道掘进中，当运输、通风等需要开掘双巷时，也常用于解决长巷掘进独头通风的困难。

3、钻孔导风

4、风障导风

如图示：

在巷道内设置纵向风障，把风障上游一侧的新风引入掘进工作面，污风从风障的下侧排出。

四、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。

其实质：

高压射流将自身的部分能量传递给被引射的流体。

低压区卷吸周围的气体，在引射管区形成一个低压区。

其优点：

无电气设备、无噪音、降压、降尘作用，安全性好；

缺点：

风压低、风量小，效率低，水力引射时井巷有积水。

第二节掘进工作面需风量计算

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、排除炮烟所需风量

（一）压入式通风

风筒出口风量：

时，

，（m3/min）

（二）抽出式通风

时，风筒入口风量

，（m3/min）

（三）混合式

长抽短压时：

抽出式风筒的吸风量Qec,＞压入式风筒出口风量Qpc，

即：

或

，（m3/min）

上式L取Loe，

二、排除瓦斯所需风量

按保证巷道任何地点瓦斯浓度应不超限，

，（m3/min）

式中：

--排除瓦斯所需风量；（m3/min）；

--巷道中瓦斯绝对涌出量；（m3/min）；

--最高允许瓦斯浓度；﹪；

--进风流中的瓦斯浓度；﹪；

--瓦斯涌出不均匀系数，取1.5～2.0。

三、排除矿尘所需风量

，（m3/min）

式中：

--排除矿尘所需风量；（m3/min）；

--掘进巷的产尘量，（mg/min）

--最高允许含尘量；

--风流中基底含尘量，一般要求不超过0.5mg/m3。

四、按风速验算风量

岩巷最低风速为0.15m/s，（Q≥9sm3/min）；半煤岩和煤巷按不能形成瓦斯瓦斯层的最低风速0.25m/s，（Q≥15sm3/min）来验算。

其计算原则是：

排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其中最大值，然后按风速进行验算。

而在实际工作中，一般按通风的主要任务来计算风量；如大量瓦斯涌出的巷道，则只能瓦斯因素来计算，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。

4.课堂小结

4.1本节课主要内容

局部通风方法和掘进工作面需风量计算。

a自然通风

b局部通风机法

c全风压通风

d引射器通风

其中局部通风机法又分为：

a压入式

b抽出式

c混合式

全风压通风分为：

a风筒导风

b平巷导风

c钻孔导风

d风障导风

掘进工作面需风量计算依据：

炮烟、瓦斯、矿尘、风速验证。

4.2重点

局部通风机法和全压通风方法，及掘进工作面需风量计算。

4.3难点

掘进工作面需风量计算。

4.4下次课所讲内容：

局部通风设备、局部通风设计、掘进安全技术装备系列化。

5.作业

6-5、6-4、6-5

第六章局部通风

（3学时）

第三节局部通风设备；

第四节局部通风系统设计；

第五节掘进安全技术装备系列化。

1.上次课所讲内容回顾（5～10min）

1.1上次所讲主要内容

局部通风方法：

自然通风、局部通风机法（压入式、抽出式、混合式）、全风压通风（风筒导风、平行巷导风、钻孔导风、风障导风）、引射器通风、几掘进需风量计算。

1.2能解决的实际问题

（1）指导实际采用合理的局部通风方法；

（2）掘进工作面需风量计算。

2.本节课内容的引入（5min）

2.1本次课与上次内容的关联

2.2讨论的主要内容

局部通风设备、局部通风设计、掘进安全装备系列化。

2.3思考题

3.内容讨论与课堂讲述（100～110min）

第三节局部通风设备

局部通风设备是由局部通风动力设备，风筒及其附属装置组成。

一、风筒

风筒是最常见的导风装置，对风筒的基本要求的漏风小、风阻小、质量轻、拆装简便。

（一）风筒种类：

a刚性：

金属板或玻璃钢材组成；

b柔性：

橡胶、塑料制成。

随着大断面巷道机械化掘进的增多，混合式通风除尘技术得到了广泛应用，为了满足其中抽出式通风，采用金属光体螺旋弹簧钢圈为骨架的可伸缩风筒。

矿山用风筒的直径为300mm、400mm、500mm、600mm、800mm等。

（二）风筒接头

刚性风筒采用法兰连接，

柔性风筒的接头方式有插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。

插接方式：

简单、漏风大；

反边接头漏风小，不易胀开，但局部风阻大。

活三环多反边接头和螺圈接头：

漏风小，风阻小、但易胀开。

拆装比较麻烦。

通常在长距离掘进通风时采用。

（三）风筒的阻力

其阻力计算方法同巷道阻力计算方法

同直径的刚性风筒的

值可视为常数。

柔性风筒和刚性风筒的摩擦阻力系数均与其壁面承受风压关系。

柔性风筒随压入式通风风压的提高而膨胀，其值减小。

带刚性骨架的塑料风筒的

值，随抽出式通风负压的增大而略有增大。

金属风筒用法兰盘连接时，内壁较光滑时，风筒接头局部阻力系数可以忽略不计。

柔性风筒的接头套圈向内凸出，风压大，风筒壁膨胀，则套圈向内凸出越多，其接头阻力系数也越大。

风筒拐弯局部阻力系数，可按拐弯角度

来计算。

压入式，风筒出口局部阻力系数为1，抽出式通风时，完全修圆的风筒入口的局部阻力系数为0.1，不加修圆的直角入口为0.5～0.6

在实际中，整列、风筒的风阻除与长度和接头有关，而与风筒的吊挂管理质量密切相关，一般采用实测风筒百米风阻作为衡量风量管理质量和设计数据的依据。

（四）风筒漏风

实际上，金属和玻璃钢风筒的漏风，主要发生在接头处。

胶布风筒的漏风不仅发生在接头处，而且在整个壁面都有漏风，所以风筒漏风属于连续的均匀漏风。

漏风使得局部通风机的风量Q与风筒出口风量Qn。

常采用几何平均值作为风筒的风量。

，（m3/min）；

漏风量

，（m3/min）；

其漏风量大小与：

风筒种类，接头数目、方法和质量、风筒直径、风压等有关，也与风筒的维护和管理有关系。

反映风筒漏风程度的指数如下：

1、漏风率

风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数。

能反映出风筒漏风的情况，但不能作为对比指标，常采用百米漏风率，

表示：

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

3、漏风系数

风筒的有效风量率的倒数，

金属风筒：

柔性风筒：

（五）风筒的安装与管理

适当增大风筒节长，减少风筒数目，降低风筒的局部风阻和漏风；

改进接头方式，减少局部风阻和漏风；

风筒吊挂要平、直、稳、紧，逢环必吊，缺环必补，防止急拐弯和突变；

采用有接缝的风筒时应粘补或灌胶堵所有的针眼防止漏风；

每隔一段距离风筒上安装放水嘴，随时放出风筒中的凝结水；

实行定期巡回检查制，加强维护，发现破漏，及时修补，悬吊不平直及时调整；

局部通风机启动时，要开停几次，防止因突然升压而使风筒胀裂或脱节。

二、引射器通风

其实质是高压射流将自身的能量传递给被引射的流体。

三、局部通风机

要求：

体积小，风压高，效率高，噪声低，性能可调，坚固防爆。

（一）局部通风机的种类和性能

老型号，JBT系列轴流式局部通风机效率60%～70%，噪声达130～118dB（A）

沈阳鼓风机J.BKJ66-11，效率最高达90%，噪声为98～99dB（A）降低6～8dB（A）

对旋性式轴流式局部通风机；噪声较小，效率较高，且高效区宽，可采用单级或双级运行。

（二）局部通风联合工作

1、当在通风距离长、风筒阻大，一台局部通风机风压不能保证掘进需风时，可采用两公式多台串联。

集中串联（两风机间仅用1～2m的铁风筒连接）

间接串联（分别在布置风筒的端部和中部）

间隔串联时，应避免出现负压段的风筒吸瘪，如上图示，

2、局部通风机关联

当风筒风阻不大，用一台局部通风机不能满足供风同时，而不能满足要采用两台或多台集中并联工作。

第四节局部通风设计

局部通风设计是要根据开拓、开采巷道布置，掘进区域煤层岩的自然条件及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及布置形式，选择风筒类型和直径，计算风筒入风口风量，计算风筒阻力，选择局部通风机。

一、局部通风系统的设计原则

（1）矿井和采区通风系统设计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、高效型局部通风机；

（4）压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。

风筒材质应选择阻燃、抗静电型；

（5）当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。

二、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，选择风筒类型与宣径；

（3）计算风机风量和风筒出口风量；

（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。

（一）风筒的选择

选用风简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）在巷道断面容许的条件下，尽可能选择直径较大的风简，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600一1000mm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的风简，通风长度200一500m，宜选用直径500mm的风筒；通风长度500—l000m，宣选用直径800一1000m的风筒。

（二）局部通风机的选型

以知，掘进面需要的风量Q和能量采用的风筒，求出风筒的通风能力，根据通风阻力和风量，选择风机。

1、确定局部通风机的工作参数

工作面需风量

，风机风量

式中：

--漏风系数。

压入式通风时，

为出口动能损失，局部通风机全风压

抽出式通风时，风筒入口局部阻力系数=0.5，则局部几的静压

2、选择局部通风机

第五节掘进安全技术装备系列化

据统计，掘进工作面是易发生瓦斯、煤尘爆炸和火灾事故作业地点，70年代，发生在掘进面的瓦斯煤尘事故占47%，80%占83%。

75%以上煤与瓦斯突出事故发生掘进面

其主要原因：

掘进面最先揭露煤层，破坏煤层中瓦斯静平衡状态，从而导致瓦斯从煤壁和顶板向巷道内涌入；

依靠局部通风机进行独头巷记通风，其可靠性差，局部风机出现故障，形成瓦斯积聚；

掘进巷道断面有限、打眼放炮、装运都有一个有限的空间内，会产生大量的煤尘，成为隐患；

掘进巷道可燃物集中，有风筒、电缆、机电设备等，引起火灾。

因此，要求掘进安全技术装备系列化，保证掘进工作面通风安全

一、保证局部通风机稳定可靠运转

其措施有：

1．双风机、双电源、自动换机和风商自动例风装置

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，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：

a短节倒风，b切换片倒风

2．“三专二闭镇”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。

当风流停止时，自动切断掘进面内所控机电设备的电源，当瓦斯浓度超过1.5时，系统会自动切断除风机以外的机电设备，使其停止工作，但自然送风。

3.局部通风机遥讯装置

监测开停状态。

4.积极推行使用局部通风机消声装置来降低局部通风机产生的噪音。

二、加强瓦斯检查和监测

安设瓦斯自动报警断电仪，实现瓦斯遥测。

坚持“一炮三检”在装药前、放炮前和放炮后都要认真检查。

实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。

三、综合防尘措施

作到湿式煤电钻打眼，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。

四、防火防爆安全措施

五、隔塌与自救措施

设置安全可靠的隔爆设施，所有人员必须携带自救器。

4.小结

4.1本节主要内容

掘进通风设备：

a、局部通风动力设备b、风筒c、附属装置d、引射器

局部通风的设计原则及步骤，及保证掘进工作面安全生产的各项技术措施。

4.2重点

掘进通风设备几掘进通风设计。

4.3难点

掘进通风设计。

4.4下次课所要讲的内容

通风系统几采区通风系统。

5.作业：

6-8、6-9、6-14、6-16、6-20