8)井下充电室必须有独立的通风系统,回风风流应引入回风巷。井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气体积分数,不得超过0.5%。
9)井下机电设备硐室应当设在进风风流中;该硐室采用扩散通风的,其深度不得超过6m,入口宽度不得小于1.5m,并且无瓦斯涌出。采区变电所必须有独立的通风系统。
10)主要通风机、提升人员的立井绞车、瓦斯抽采泵站等主要设备房,应各有两回路直接由变(配)电所馈出的供电线路。
对矿井通风系统的其他要求如下:
1)禁止把两个独立通风的矿井合并为一个通风系统。若矿井有几个风井,则各通风子系统需保持独立,各水平、各采区风流保持独立,进、回风流严格分开。
2)多台通风机联合运转应稳定可靠,总进风和总回风巷断面积不宜过小,尽量减少公共风路的风阻,防止多台通风机相互影响。
3)尽可能采用并联通风系统,并使各个并联风路的阻力接近相等。避免在通风系统中设置过多的风桥、风门、调节风窗等通风构筑物。
4)矿井主要通风机的噪声不得造成公害。
二、矿井通风方式
矿井通风方式是指矿井进、出风井在井田范围内的布置方式,包括进、出风井的数目、位置等。
1.中央并列式
中央并列式通风方式如图7-5所示,其进、出风井并列布置在井田走向中央(大致位于井田走向中央,本课题中出现的“中央”含义均与此同)。
图7-5 中央并列式通风方式
1—进风井 2—回风井 3—总进风巷 4—总回风巷 5—总回风石门
2.中央边界式(也称中央分列式)
中央边界式通风方式如图7-6所示,其进风井位于井田走向中央,回风井位于井田走向中央和倾斜方向的上部边界。
图7-6 中央边界式通风方式
1—进风井 2—回风井 3—总进风巷 4—总回风巷
3.两翼对角式(也称对角式)
两翼对角式通风方式如图7-7所示,其进风井位于井田走向中央,两个回风井分别位于井田两翼边界和上部边界附近或分别位于两翼边界采区走向中央的上部边界。
4.分区对角式(也称分区式)
分区对角式通风方式如图7-8所示,其进风井大致位于井田走向中央或井田走向边界一侧,在每一采区的上部边界布置一个回风井。这种通风方式适用于矿井开采第一水平,高瓦斯且井田走向较长的新建或改、扩建矿井。
图7-7 两翼对角式通风方式
1—进风井 2—回风井 3—总进风巷 4—总回风巷
图7-8 分区对角式通风方式
5.混合式
将以上四种最基本的通风方式中的两种或两种以上方式结合应用,即为混合式。图7-9所示为中央边界两翼对角混合式通风方式。
图7-9 中央边界两翼对角混合式通风方式
三、矿井通风方法
矿井通风方法是指矿井主要通风机对矿井供风的工作方法。
据主要通风机的安装位置不同,矿井通风方法分为抽出式、压入式和压入—抽出混合式三种。
1.抽出式通风
抽出式通风是将矿井主要通风机安设在回风井一侧的地面上,利用主要通风机对矿井进行抽出式通风,将井下的空气向地面抽出,使矿井通风系统处于低于当地大气压力的负压状态的通风方法。
将主要通风机安装在回风井井口附近,通过风硐与回风井连接,并采取措施将回风井井口封闭,如图7-10a所示。通风机工作时将井下的空气向地面抽出,使井下形成一定的真空度,迫使空气由进风井向井下流动,从回风井被抽出。
在采用抽出式通风的矿井中,井下任何地点的空气压力都小于其同标高的大气压力,因此被称为负压通风。
2.压入式通风
压入式通风是将矿井主要通风机安设在进风井一侧地面上,利用主要通风机对矿井进行压入式通风,将地面空气向井下压入,使矿井通风系统处于高于当地大气压力的正压状态的通风方法。
图7-10 主要通风机的工作方法
a)抽出式 b)压入式 c)混合式
将主要通风机安装在进风井井口附近,通过风硐与进风井连接,并采取措施将进风井井口封闭,如图7-10b所示。通风机工作时将地面的空气向井下压入,使井下空气压力升高,迫使空气由进风井向井下流动,从出风井流出。
在采用压入式通风的矿井中,井下任何地点的空气压力都大于其同标高的大气压力,因此被称为正压通风。
3.压入—抽出混合式通风
矿井压入—抽出混合式通风方法如图7-10c所示,在矿井的进风井井口附近和出风井井口附近都安装通风机,进风井井口附近的通风机将地面的新鲜空气向井下压入,而出风井井口附近的通风机将井下污浊空气向地面抽出。压入—抽出混合式通风能产生较大的通风压力,以适应大阻力矿井的需要,且能减少矿井的内部漏风,但因所需通风设备多,通风管理较复杂,很少采用。
四、采区通风系统
采区通风系统主要由采区上山(或下山)、采区车场、区段运输平巷、区段回风平巷、回采工作面的布置形式、采煤工作面的通风方式、掘进工作面通风及采区内控制风流的通风构筑物等组成。
每一个采区都是矿井通风系统中一个独立的通风区域,该区域与主要进风巷和回风巷相连。采区通风系统的好坏直接影响到矿井的安全生产。
1.采区上(下)山及采区通风系统
采区上山(或下山)是构成采区通风系统的主干风路,一般布置在采区走向方向的中央。根据采区内的煤层倾角、煤层厚度、煤层间距、煤层稳定性等煤层赋存条件、采区地质构造复杂程度、矿井瓦斯等级、煤层瓦斯含量、矿井水文地质条件类型、煤尘爆炸危险性和煤层自燃发火倾向性等煤层开采技术条件及采区生产能力等因素不同,瓦斯矿井采区通风系统可采用两条上山(或下山)的采区通风系统;高瓦斯矿井、有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区,必须设置至少一条专用回风巷的三条以上采区上山(或下山)的采区通风系统;瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区,必须设置一条专用回风巷的三条采区上山(或下山)的采区通风系统。图7-11所示为采区单一煤层走向长壁采煤法采区通风系统示意图。
图7-11 单一煤层走向长壁采煤法采区通风系统示意图(www.xing528.com)
1—采区运输石门 2—采区回风石门 3—采区下部车场 4—轨道上山 5—运输上山 6—上部车场 7、7′—中部车场 8、8′、10—区段回风平巷 9、9′—区段运输平巷 11、11′—联络巷 12—采区煤仓 13—采区变电所 14—绞车房
2.采煤工作面通风方式
采煤工作面通风方式受工作面的瓦斯涌出量、温度和煤层自燃发火期等因素的影响,工作面的进风巷与回风巷布置方式有U、Z、Y、双Z和W等方式。这些方式都是由U形方式改进而成的,其目的是防止瓦斯积聚,增加工作面长度,提高工作面供风量,改善工作面的气候条件。
(1)U形(反向)通风方式 U形通风方式是我国普遍采用的一种工作面通风方式,它由一条进风巷和一条回风巷组成,如图7-12a所示。该系统简单,采空区漏风小,但在工作面上隅角易积聚瓦斯,影响工作面安全生产。
图7-12 采煤工作面通风方式示意图
a)U形 b)Z形 c)Y形 d)双Z形 e)t形
(2)Z形(顺向)通风方式 如图7-12b所示,该通风方式仍由一条进风巷和一条回风巷构成,与U形通风方式不同的是回风平巷需沿空支护和控制流经采空区的漏风,其管理难度较大,但可有效消除工作面上隅角积聚的瓦斯。
(3)Y形(顺向掺新)通风方式 如图7-12c所示,该通风方式由两条进风巷和一条回风巷组成。这种通风方式可以有多种变化,在生产实际中应用较普遍的是由上、下平巷进风,将工作面和回风流中的瓦斯稀释,从回风巷排出。其优点是能有效降低回风流中的瓦斯浓度,消除工作面上隅角积聚的瓦斯;缺点是回风平巷需沿空支护,且维护工程量较大。
(4)双Z形和t形通风方式 双Z形通风方式如图7-12d所示,W形通风方式如图7-12e所示。两种通风方式均为两进一回或两回一进形式。这两种通风方式不仅可加大工作面风量,且安全出口多,适用于长工作面通风;但系统较为复杂,巷道掘进和维护工程量大。
3.采煤工作面上行通风和下行通风
采煤工作面上行通风和下行通风是相对于工作面进风流方向与工作面煤壁倾向方向之间的关系而言的。
(1)上行通风 当采煤工作面进风巷水平低于回风巷水平时,工作面进风流从进风巷沿工作面煤壁倾向方向的反方向由下向上流至工作面回风巷,这种通风方式称为上行通风,如图7-13a所示。
图7-13 采煤工作面上行通风和下行通风示意图
a)上行通风 b)下行通风
(2)下行通风 当采煤工作面进风巷水平高于回风巷水平时,工作面进风流从进风巷沿工作面煤壁倾向方向由上向下流至工作面回风巷,这种通风方式称为下行通风,如图7-13b所示。
上行通风与下行通风各有优缺点,但普遍认为上行通风稍优于下行通风。因而《规程》规定:有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。
4.采区通风的基本要求
1)采区必须有单独的回风道,实行分区通风。
①准备采区,必须在采区构成通风系统以后,方可开掘其他巷道。
②采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后,方可回采。
③高瓦斯矿井、有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区,必须设置至少一条专用回风巷。
④瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区,必须设置一条专用回风巷。
⑤采区的进、回风巷必须贯穿整个采区,严禁一段为进风巷,一段为回风巷。
2)采煤工作面和掘进工作面都要采用独立通风。除有瓦斯(或二氧化碳)喷出和煤与瓦斯(或二氧化碳)突出的矿井外,其他矿井的采煤工作面之间、掘进工作面之间,以及采煤与掘进工作面之间,独立通风有困难时,可以采用串联通风,但必须保证串联风流中的氧、瓦斯、二氧化碳和其他有害气体的浓度以及浮尘浓度、气温、风速等都符合《规程》的要求,并须有经过审批的安全措施。
3)在采区通风系统中,应力求通风系统简单,以便在发生事故时易于控制风流和撤退人员。
4)在采区通风系统中,要保证风流流动的稳定性,采掘工作面应尽量避免处于角联风路中。
5)对于必须设置的通风设施(风门、风桥、挡风墙和风筒等)和通风设备(局部通风机、辅扇等),要选择适当位置,严守规格质量,严格管理制度,保证安全运转。尽量将主要风门开关、局部通风机开停等状态参数和风流变化参数纳入矿井安全监控系统中,以便及时发现和处理问题。
6)在采区通风系统中,要保证通风阻力小、通风能力大、风流通畅、风量按需分配。因此,要特别注意加强巷道的维护,及时处理局部冒顶和堵塞,保证巷道支护良好,有足够的断面。
7)在采区通风系统中,应尽量减少采区漏风量,并有利于采区瓦斯排放及防止采空区浮煤自燃,使新鲜风流在其流动路线上被加热与污染的程度最小。
8)要设置防尘管路,避难硐室和灾变时的风流控制设施,采取抽放瓦斯、防火灌浆和降温设施;标明避灾路线和安全标志。
9)采区变电所必须有独立的通风系统。
10)采、掘进工作面的进风和回风,都不得经过采空区和冒落区。
11)煤层倾角大于12°的采煤工作面采用下行通风时,应报矿总工程师批准,并须遵守下列规定。
①采煤工作面的风速不得低于1m/s。
②机电设备设在回风巷时,其风流中瓦斯浓度不得超过1%,并应装有瓦斯自动报警断电装置。
③进、回风巷中,都必须设置消防供水管路。
五、扩散通风与循环风
1.扩散通风
扩散通风是指利用空气中分子的自然扩散运动对局部地点进行通风的方式。由于扩散通风没有动力装置,而空气分子的扩散运动范围是相当有限的,在正常情况下很难达到《规程》的要求,所以对扩散通风只允许有选择地使用。
《规程》第一百三十二条规定:如果硐室深度不超过6m,入口宽度不小于1.5m而无瓦斯涌出,可采用扩散通风。
2.循环风
某一用风地点局部通风机的回风部分或全部再进入同一局部通风机的进风风流中的现象称为循环风。循环风一般发生在局部通风过程中,由于局部地点的风流反复返回同一局部地点,有毒有害气体和粉尘浓度越来越大,不仅使作业环境越来越恶化,同时也会由于风流中瓦斯浓度不断增加,引起瓦斯事故。
为了防止出现循环风,《规程》第一百二十八条规定:压入式局部通风机和启动装置,必须安装在进风巷道中,距掘进巷道回风口不得小于10m;全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量,局部通风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速必须符合本规程第一百零一条的有关规定。
【任务考评】
本课题的考评表见表7-10。
表7-10 任务考评表
【思考与练习】
1.矿井通风方式有哪几种类型?各种通风方式的回风井分别位于什么位置?
2.主要通风机的工作方法有哪几种?
3.什么是上行通风和下行通风?
4.什么是扩散通风与循环风?为什么要尽量避免循环风出现?
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