采区通风设计
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第一章二采区通风系统的选择 ............... - 2 - 第二章二采区风量计算 ..................... - 2 -第三章摩擦阻力计算 ....................... - 9 -第四章矿井监控系统 ...................... - 12 -第五章通风安全措施 ...................... - 15 -
第一章二采区通风系统的选择
根据二采区生产布局，二采区布置1个采煤工作面，2个掘进工作面。利用集中辅运巷进风，二采区回风巷回风，两条大巷均布置在煤层中，两条大巷都可以行人。新鲜风流从集中辅运巷供给采、掘进工作面，污风流入二采区回风巷中。采煤工作面考虑采用U形通风方式，掘进工作面采用局部通风机接风筒压入式通风。
第二章二采区风量计算
根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局2010年颁发的《煤矿安全规程》第103条规定和《煤矿通风能力核定标准》(AQ1056-2008),采区需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中最大值：
（一）按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。
Q ra=4NK aq
式中:
N——井下同时工作的最多人数,人；
4——井下每人每分钟供风标准,m3/min；
K aq——矿井通风系数,取1.2 。
则：
Q ra=4×93×1.2 =446.4m3/min
（二）按用风地点实际需要风量的总和计算
Q ra=(ΣQ cf+ΣQ hf+ΣQ ur+ΣQ dl+ΣQ rl)Kaq
式中:
Q ra——采区需要风量的总和；
ΣQ cf——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；
ΣQ hf——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；
ΣQ ur——硐室实际需要风量的总和，m3/min；
ΣQ dl——稀释无轨胶轮车排放废气需风量总和，m3/min；
ΣQ rl——其它井巷需要进行通风的风量总和，m3/min；
Kaq——采区通风系数，取1.2 。
1.回采工作面实际需要风量
每个采煤工作面实际需要风量，按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算，取其中最大值。
（1）按气象条件计算
Qcf＝60×70%×vcf×Scf·kch·kcl
式中：vcf——采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度取1.2m/s；
Scf——采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，14.0m2；
kch——采煤工作面采高调整系数，放顶煤取1.2；
kcl——采煤工作面长度调整系数，取1.1；
70%——有效通风断面系数；
60——为单位换算产生的系数。
Qcf＝60×70%×1.2×14.0×1.2×1.1＝931.4m3/min
（2）按瓦斯涌出量计算
Qcf＝100·qcg·kcg
式中： qcg——采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，根据本矿瓦斯鉴定资料测算回采工作面的绝对CH4涌出量为矿井绝对CH4涌出量的65%，为0.97m3/min；
kcg——采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，1.4；
100——按采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数；
Qcf＝100×0.97×1.4＝135.8m3/min
（3）按二氧化碳涌出量计算
Qcf＝100·qcg·kcg/1.5
式中：qcg——采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，根据本矿瓦斯鉴定资料测算回采工作面的绝对CO2涌出量为矿井绝对CO2涌出量的65%，为1.35m3/min；
kcg——采煤工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，1.4；
100——按采煤工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1％的换算系数；
Qcf＝100×1.35×1.4/1.5＝126m3/min
（4）按工作人员数量验算
Qcf≥4Ncf
式中：Ncf——采煤工作面同时工作的最多人数，人；
4——每人需风量，m3/min。
Qcf≥4×35≥140m3/min
（5）按风速进行验算
验算最小风量：Qcf≥60×0.25Scb
式中：Scb——采煤工作面最大控顶有效断面积，m2，Scb ＝lcb×hcf×70%＝10.5m2；
lcb——采煤工作面最大控顶距，m；
hcf——采煤工作面实际采高，m；
0.25——采煤工作面允许的最小风速，m/s；
Qcf≥60×0.25×10.5＝157.5m3/min
验算最大风量：Qcf≤60×4.0Scs
式中：Scs——采煤工作面最小控顶有效断面积，m2，Scs ＝lcs×hcf×70%＝9.10m2；
lcs——采煤工作面最小控顶距，m；
70%——有效通风断面系数；
4.0——采煤工作面允许的最大风速，m/s；
Qcf≤60×4.0×9.10＝2184m3/min
满足风速要求。
按以上计算结果取最大值，即Qcf＝931.4m3/min。
2.掘进工作面实际需要风量的计算
每个掘进工作面实际需要风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员、爆破后的有害气体产生量以及局部通风机的实际吸风量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。
（1）按照瓦斯涌出量计算
Qcf＝100·qhg·khg
式中：qhg——掘进工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，根据本矿瓦斯鉴定资料测算掘进工作面的绝对CH4涌出量为矿井绝对CH4涌出量的15%，为0.22m3/min；
khg——掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，1.6；
100——按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数；
Qcf＝100×0.22×1.6＝35.2m3/min
（2）按照CO2涌出量计算
Qcf＝100·qhg·khg/1.5
式中：qhg——掘进工作面回风巷风流中平均绝对CO2涌出量，根据本矿瓦斯鉴定资料测算掘进工作面的绝对CO2涌出量为矿井绝对CH4涌出量的15%，为0.31m3/min；
khg——掘进工作面CO2涌出不均匀的备用风量系数，1.6；
100——按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数；
Qcf＝100×0.31×1.6÷1.5＝33m3/min
（3）按局部通风机实际吸风量计算
Qhf＝Qaf·I +60×0.25Shd
式中：Qaf——局部通风机实际吸风量，FBD№6.3/2×30型局部通风机吸风量为360～550m3/min；
I——掘进工作面同时通风的局部通风机台数；
0.25——有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷允许的最低风速；
Shd——局部通风机安装地点到回风口间的巷道最大断面积，13.5m2。
Qhf＝510×1＋60×0.25×13.5＝712.5m3/min
（4）按风速进行验算
a）验算最小风量：Qaf≤60×0.25Shf＝60×0.25×13.5＝202.5m3/min
b）验算最大风量：Qaf≤60×4.0Shf＝60×4.0×13.5＝3240m3/min
式中：Shf——掘进工作面巷道的净断面积，13.5m2。
满足风速要求。
本次设计掘进工作面2个，每个工作面配风量702.5m3/min。
则：∑Qhf＝712.5×2＝1425m3/min。
3.硐室需风量计算
独立通风硐室配风如下：二采区配电点120m3/min。
∑Qur＝120m3/min。
4.稀释无轨胶轮车排放废气需风量计算
Qdl=5.44×Ndl×Pdl×Kdl
式中：
Qdl——该地点矿用防爆柴油机车尾气排放稀释需要的风量，m3/min；
Ndl——该地点矿用防爆柴油机车的数量，台；
Pdl——该地点矿用防爆柴油机车的功率，kW；
Kdl——配风系数，该地点使用1台矿用防爆柴油机车运输时，k为1.0。该地点使用2台矿用防爆柴油机车运输时，k为0.75。该地点使用3台及以上矿用防爆柴油机车运输时，k为0.50；
5.44——每千瓦每分钟应供给的最低风量，m3/min；
井下正常回采时，按1台材料胶轮车(75kW)、2台运人车(2×75 kW)同时工作计算：
∑Qur=75×5.44×3×0.5=612m3/min
5.其他用风巷道实际需风量计算
(1)按CH4涌出量计算
Q rl4=133q rg k rg
=133×0.07×1.3= 12m3/min
q rg—其它用风巷道平均绝对瓦斯涌出量，掘进工作面回风巷风流中平均绝对CH4涌出量，根据本矿瓦斯鉴定资料测算其他用风巷道的绝对CH4涌出量为矿井绝对CH4涌出量的5%，为0.07m3/min；
k rg--其它用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，取1.3；
133—其他用风巷道中风流瓦斯浓度不超过0.75%所换算的常数。
(2)按实际用风地点计算
Q rl=360m3/min
取ΣQ rl=360m3/min
采区总风量计算:
Q=(931.4+1425+120+612+360)×1.2=4138m3/min=69
m3/s
取整为70m3/s。
6、采区总风量的分配
采区总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足《规程》的各项要求。
第三章摩擦阻力计算
1、摩擦阻力系数计算原则
（1）矿井通风的总阻力，不应超过1169.2Pa。
（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井宜按井巷摩擦阻
力的10%计算，扩建矿井则宜按井巷摩擦阻力的15%计算。
（3）矿井通风网路中若有较多的并联系统，计算总阻力时，应以其中阻力最大的路线作为依据。
（4）应计算出通风困难时期的最大阻力和通风容易时期的最小阻力，使所选用的主要通风机即满足困难时期的通风需要，又能在通风容易时工况合理。
2、采区通风总阻力的计算
采区通风阻力是新采区并入矿井通风系统后，对矿井主要通风机工况点进行调整的重要参数之一，也是采区通风系统设计的主要内容之一。采区通风阻力，可以根据采区通风系统的网路结构，选择其中一条通风量最大、路线最长的串联风路进行计算。
1）计算摩擦阻力 23
Q S LU α=摩h ，Pa 式中 h 摩——计算风路中某断巷道的摩擦阻力，Pa ； α——巷道摩擦阻力系数，㎏／m 3或N ·s 2／m 4
； L ——巷道的长度，m ；
U ——巷道的周长，m ；
S ——巷道的断面积，m 2；
Q ——巷道中的风量，m 3／s 。
计算时，应将计算的参数的计算结果填入表3中，将整个通风路线中各段巷道的摩擦阻力加起来即得采区的摩擦
总阻力∑h摩。
表3 摩擦阻力计算表
2）采区总阻力
h=16.25+1.31+141.9+158.6+21.2+4.8+18.2=362.26 Pa
H总阻力= + =362.26+362.26×15%=416.6 Pa（增加15%的局部阻力）
R总风阻= =0.133Ns2／m8
第四章矿井监控系统
我矿属瓦斯矿井，具有煤尘爆炸危险性，属容易自燃煤层。现配备一套矿用安全生产监控系统，对井下生产环境以及各主要生产设备运行状态进行实时数据监测，使有关人员能够及时，准确，全面了解井下环境状况，达到对各类灾害的早期预测。
1、甲烷传感器的设置
甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，安装维护方便。
甲烷传感器布置点及断电范围：
（1）在回采工作面上隅角及回风顺槽距工作面不超过10m处设甲烷传感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。
≥0.8%CH4 报警≥1.2%CH4 断电＜0.8%CH4 复电
断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。
（2）在回风顺槽靠近回风巷以里10-15m处安装甲烷传
感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。
≥0.8%CH4报警≥0.8%CH4 断电＜0.8%CH4 复电
断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备
（3）回采工作面顺槽长度超过1000m时，在工作面回风顺槽中部距离顺槽口500m处安装甲烷传感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。
≥0.8%CH4报警≥0.8%CH4断电＜0.8%CH4复电
断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。
（4）在掘进工作面设置甲烷传感器，尽量在靠近工作面设置(≤5m)甲烷传感器；当甲烷传感器达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。
≥ 0.8%CH4报警≥ 1.2%CH4断电＜0.8%CH4复电
断电范围：掘进巷道内全部非本质安全型电气设备。
（5）在掘进工作面的回风流与进风留混合处10-15m处设有甲烷传感器，当甲烷传感器达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。
≥ 0.8%CH4报警≥ 0.8%CH4断电＜0.8%CH4复电
断电范围：掘进巷道内全部非本质安全型电气设备
（6）在采区煤仓上口安装瓦斯传感器，当瓦斯浓度达到以下值时,分别进行报警、断电、复电。
≥1.2%CH4 报警≥1.2%CH4 断电＜1.2%CH4 复电
断电范围：储煤仓运煤的各类运输设备及其他非本质安全型电源。
2、其它传感器的设置
（1）在采区主要带式输送机滚筒下风侧10-15m处设一氧化碳和烟雾传感器，并且通过分站与矿井安全监控系统联网。一氧化碳传感器的报警浓度为0.0024%CO。
（2）在采煤工作面、胶带机头硐室设置温度传感器，采掘工作面温度传感器的报警值为26℃，机电设备硐室的温度传感器的报警值为30℃。采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。
（3）在采煤机上必须设置便携式甲烷检测报警仪，当瓦斯浓度≥0.8%CH4时报警。
（4）在掘进机上设置便携式甲烷检测报警仪，当瓦斯浓度≥0.8%CH4时报警。
（5）各主要风门设风门传感器，当两道风门同时打开
时发出声光报警信号。
第五章通风安全措施
二采区主要安全隐患为瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃，针对这些问题制定了以下措施
1、防止瓦斯积聚的技术措施
1）加强通风管理，严格通风管理制度：加强采、掘进工作面的通风管理。
2）加强局部通风管理，确保供电系统稳定可靠。每台局部通风机都必须实行专人挂牌管理，其他人员严禁随意停开风机。确需停风时，必须先制定专门安全技术措施，经矿技术负责人审批后，按措施执行。
3）加强瓦斯检测与检查管理。
4）采煤工作面上隅角处瓦斯积聚的处理方法：⑴引导风流法。⑵沿流空巷法。⑶瓦斯抽放法。⑷充填置换法。⑸风压调节法。⑹调整通风方式法。(7)风机吹排法。
5）巷道冒落空洞内瓦斯聚集的处理的方法
⑴导风板引风法。在巷道冒顶空间下的支架顶梁上钉挡风板，把一部分风流引导高冒处，吹散聚集瓦斯。
⑵充填置换法。在棚梁上铺设一定厚度的木板或荆笆，再在上面冒落的空洞内填满黄土或砂子，从而将聚集的瓦斯置换排除。
⑶风筒分支排放法。巷道内若有风筒，可在冒顶处附近的风筒上加三通或安设一段小直径的分支风筒，向冒顶空洞内送风，排除聚集的瓦斯。
⑷压风排除法。在有压风管通过的巷道，可在管路上接出分支，并在支管上设若干个喷嘴，利用压风将聚集的瓦斯排除。
6）采煤机附近瓦斯聚集的方法
根据瓦斯聚集形成的不同原因，应采取相应的处理方法：
⑴加大风量。在采取煤层注水湿润煤体和采煤机喷雾降尘措施后，经矿总工程师批准，可适当加大风速，但不得超过4m/s。
⑵降低瓦斯涌出量和减少瓦斯涌出量的不均衡性。可延长采煤机在生产班中的工作时间或每昼夜增加一个生产班次，使采煤机以较小的速度和截深采煤。
2、预防瓦斯爆炸的安全技术措施
1）防止明火
⑴禁止在井口房、通风机房周围20 m以内使用明火、吸烟或用火炉取暖。
⑵严禁携带烟草、点火物品和穿化纤衣服入井；严禁携带易燃品入井，必须带入井的易燃品要经矿总工程师批准。
⑶井下禁止使用电炉或灯泡取暖。
⑷不得在井下和井口房内从事焊接作业，如必须在井下主要硐室、主要进风道和井口房内从事电焊、气焊和使用喷灯焊接时，每次都必须制定安全措施，报矿长批准，并遵守《规程》有关规定。回风巷不准进行焊接作业。
⑸严禁在井下存放汽油、煤油、变压器油等。井下使用的棉纱、布头、润滑油等，必须放在有盖的铁桶内，严禁乱扔乱放和抛洒在巷道、硐室或采空区内。
⑹防止煤炭氧化自燃，加强火区检查与管理，定期采样分析，防止复燃。
2）防止出现爆破火焰
⑴严格炸药、爆破管理，井下严禁使用生产火焰的爆破器材和爆破工艺。
⑵要使用安全炸药，不合格或变质的炸药不准使用。
⑶炮眼深度和装药量要符合作业规程规定；炮眼黄泥装填满、要实，防止爆破打筒，坚持使用水泡泥。
⑷禁止使用明接头或裸露的爆破母线；爆破母线与发爆器的连接要牢固，防止产生电火花；爆破工尽量在入风流中启动发爆器。
⑸禁止放明炮、糊炮。
⑹严格执行“一炮三检”和“三人连锁换牌放炮”制度。
3）防止出现电火花
⑴必须采用矿用安全型、防爆型和安全火花型的电气设
备。对电气设备的防爆性能定期、经常检查，不符合要求的要及时更换和修理；否则，不准使用。
⑵井口和井下电气设备必须有防雷和防短路保护装置；采取有效措施防治井下杂散电流。
⑶所有电缆接头不准有“鸡爪子”、“羊尾巴”和明接头。
⑷修理开关、接线盒等不准带电作业。
⑸局部通风机开关要设风电闭锁、瓦斯电闭锁装置、检漏装置等。
⑹发放的矿灯要符合要求，严禁在井下拆开、敲打和撞击灯头灯盒。
3、煤的自燃预防措施
1）预防煤层自燃发火措施
矿井开采时，对采面运输、回风巷采用金属支护，使之隔绝空气，防止氧化，随时观察，加强自燃征兆早期识别工作。回采工作中，采煤工作面凡可采的煤层尽量采空收净，保证工作面煤壁直、支架直、上下安全出口畅通，浮煤收净，不得丢顶底煤，加强顶板监控，早期预防和控制矿山压力，减少煤柱破裂，合理布置采区加快工作面推进度，尽量避免过份破碎煤体，使采空区自燃源难于形成，及时密闭采空区和废弃的旧巷，不使采区回风巷过份受压或长时间维护在煤柱里。
（1）所有煤层应一次性采全高，不实行分层开采，回
采时，浮煤必须清扫干净。
（2）封闭采空区时，其上下平巷的密闭必须设置永久密闭，中间充填不小于1500mm的砂浆，按质量标准化要求施工，密闭内必须留观测管、措施孔和反水管，每周测定一次密闭内的气体成份、空气温度，若密闭内一氧化碳浓度升高，氧气浓度减少，温度升高，就要查明原因，采取措施处理。
（3）工作面在回采生产过中，必须对回风巷上隅角加强瓦斯管理，上隅角挂风障控制新鲜风流进入采空区，不得漏风，防止新鲜风流进入采空区增加氧化或带出其它有害气体。掘进巷道或其它辅助巷道需报废的必须立即作永久性封闭。
（4）当煤层出现CO和其它标志性气体指标呈增长趋势时，采用移动灌浆站对采空区进行预注浆处理。
2）通风管理
（1）采区进、回风巷的风量，必须按作业规程规定配风，保证工作面的供风量，随时检查上、下两巷及采空区，煤柱和裂隙漏风，防止向这些地方供氧，促使煤的氧化自燃。工作面必须为独立通风的U形通风方式，后退式开采，使之有良好的通风系统控制自燃倾向性火灾的发生。
（2）布置通风系统要合理，对有火区的地方，要采取“均压”通风，防止火区内复燃。
3）其它措施
（1）完善矿井防灭火系统，一是在采煤工作面进风巷配备足够数量的黄泥和灭火器材，二是进、回风巷的水管必须保证24小时供水，定期冲洗巷道。随时检查水管管路闸阀是否灵活及管网的维护。
（2）向井下供电的变压器或发电机严禁直接接地，井下所有电气设备的金属外壳都进行接地，矿用防爆开关均设有“三大保护”，井下爆破必须严格按《煤矿安全规程》进行装填，减少放炮期间煤尘飞扬，人工攉煤，清除浮煤，降低粉末，采煤工作面回采结束后，必须在45天内进行永久性密闭。
（3）管理人员要经常深入井下现场，发现有自燃发火预兆，必须立即组织撤出所有人员,查明原因，采取措施处理。
4、综合防尘措施
（1）、防尘水源
矿井防尘水源地面水池不小于200m3以上的防尘用水。
（2）防尘管路
1、必须建立完善的防尘供水系统。
2、主要运输巷、带式输送机巷、采区进回风巷道、采煤工作面进回风巷道、掘进巷道、煤仓放煤口、卸载点等地点都必须敷设防尘供水管路，并安设支管和阀门。