第十四章 矿井通风.doc

第五篇 矿井通风与安全
第十四章 矿井通风

第一节 矿井通风的任务与矿井空气

一、井通风的基本任务
煤矿生产是地下作业，自然条件比较复杂，只有少数井巷与地面相通，因此，矿井通风是保证矿井安全的最主要的技术手段之一，在矿井建设和生产过程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个用风地点，其主要任务是：
1）提供井下足够的新鲜空气，以供人员呼吸；
2）把井下的及稀释和排除井下有毒、有害气体和矿尘；
3）创造良好的矿井工作环境，保证井下有适合的气候条件（及适宜的温度、湿度与风速），以利于工人劳动和机器运转。
这种利用机械或自然通风为动力，使地面新鲜空气定量的进入井下，并在井巷中沿既定的通风线路流动，最后将污浊空气排除矿井的全过程称为矿井通风。
二、矿井空气
1. 矿井空气中的主要成分
地面空气进入矿井以后即称为矿井空气。但地面空气进入井下后受到井下各种自然因素和生产过程的影响，与地面空气在成分和质量上有着程度不同的区别。
一般地说，地面空气的成分是固定的，它主要由氧、氮、二氧化碳三种气体组成，按体积的百分比数计为：氧—20.96%；氮—79%；二氧化碳—0.04%。此外，还有少量水蒸气和灰尘等。
地面空气进入井下后，由于受到污染，氧浓度降低，二氧化碳浓度增加；混入各种有毒有害气体和矿尘；空气的温度、湿度、压力等状态发生改变。一般将井巷中经过用风地点以前受污染程度较轻的（如进风侧的井底车场、进风石门等）进风巷道内的风流，称为新鲜风流；而经过采掘工作面等用风地点后受污染程度较重的回风巷道内的风流，称为污浊风流。尽管矿井空气受到不同程度的污染，但在新鲜风流中的主要成分仍然是氧、氮和二氧化碳。
为了保证煤矿安全生产和职工健康，对矿井空气有一定的要求。
氧（O2）
氧气是维持人员呼吸不可缺少的气体。人的正常需养量，在休息是平均每分钟为0.25L；在进行工作或进行行走时平均每分钟为1~3L。空气中氧的含量减少对人的健康是有害的。氧含量低到17%时，人在工作时能引起喘息，呼吸困难和心跳加快。若降低到10~12%时，人将失去理智，时间稍长便有死亡危险。因此《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%。
氮气（N2）
氮气是一种惰性气体，是新鲜空气的主要成分，它本身不助燃、无毒，也不供呼吸。但矿井空气中氮的含量增加，相对的减少了氧的含量，从而也可能导致人员的窒息性伤害，所以对人是有害的。矿井空气中氮气的来源主要是井下有机物质腐朽、爆破、煤岩层中的氮气涌出。但氮气作为一种惰性气体常用于井下灭火等。
二氧化碳（CO2）
二氧化碳无色、无味、无臭，不助燃，也不能供人呼吸，它约比空气重一半，所以，它往往聚集在巷道的下部及下山掘进工作面；巷道中风速较大时，能与空气均匀混合，在巷道空间内均匀分布。新鲜空气中的二氧化碳对人体无害，但二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，若空气中的二氧化碳浓度过高，将使空气中的氧气浓度降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，重则可能造成人员中毒或窒息。《规程》）规定：采掘工作面的进风流中，二氧化碳浓度不得超过0.5%，总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%。当采掘工作面风流中二氧化碳浓度超过1.5%，或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停工处理。
矿井空气中二氧化碳的来源主要是煤和有机物的氧化；人员呼吸碳酸性岩石的分解，爆破，煤炭自然，瓦斯及煤尘爆炸，煤岩层中放出二氧化碳，有的甚至二氧化碳突然大量喷出等。

2. 矿井空气中的有害气体
矿井空气中所含有的对人体健康及生命安全有威胁的—切气体，均称为有害气体。除瓦斯（CH4）外主要有一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氢（H2S）、氢气（H2）、氨（N2）等。这些有毒有害气体对煤矿井下作业人员人身健康和安全有极大危害。上述有毒有害气体的性质、来源、危害及安全浓度等如表14-1所示。
(1)一氧化碳(CO)。一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体，它对空气的相对密度为0．97，能微溶于水，化学性质不活泼，但浓度在13％一75％时遇火能引起爆炸。它主要来源于爆破工作、火灾、煤尘和瓦斯燃烧、爆炸，煤炭自燃等。一氧化碳极毒，人呼吸它以后会呕吐、昏迷。当空气中一氧化碳的浓度达到0. 4％时，人在短时间内便可中毒致命。《规程》规定，井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0．0024％。
(2)二氧化硫(SO2)。二氧化硫是一种无色、具有强烈硫磺及酸味的气体，它对空气的相对密度为2.2，易溶于水。它对人的眼睛和呼吸器官有强烈的刺激作用。在煤矿中它属于少见的有害气体，主要来源于含硫矿物氧化和含硫矿物中爆破工作。二氧化硫危害比较突出．可使人眼睛红肿、流泪、咳嗽、头痛、喉咙痛；当空气中二氧化硫浓度达到0.005％时、可引起肺水肿，短时间内中毒死亡。《规程》规定，井下空气中二氧化硫浓度不得超过0．0005％。
表14-1 矿井主要有害气体的性质、来源及危害

第二节 矿井通风压力和通风阻力
一、空气压力
图15—1表示一条水平巷道，在巷道内风流（空气）能从A点向B点流动，是因为A点的压力大于B点的压力，由此可以引出两个概念，一是A点或B点的压力，称为点压力；二是A点与B点之间存在着压力差。

图14—1 巷道内的风流流动

1. 点压力
空气的点压力可以用绝对压力和相对压力来表示。
1) 绝对压力：某点的绝对压力是以真空为基准，以“0”压为起算点所计量的压力，所以，绝对压力总是正值，其单位通常用帕（Pa）表示。通常说的大气压力就是指绝对压力。一个标准大气压力值为101.325Pa。
2) 相对压力：某点的相对压力是以当地的大气压力为基准所计算的压力。若大于当地的大气压力的为正压，小于当地的大气压力的为负压。故相对压力有正值和负值之分。相对压力的单位通常是帕（Pa）表示。
2. 两点压力差
由于A、B两点压力大小不相等，因而在A、B两点之间就存在压力差，由于这种压力差是由矿井通风机或自然因素造成的，故压力差又叫通风压力。它是用来克服巷道通风阻力并使风流按照规定的风速流动的动力，其数值可以通过计算或仪器测定得到。
二、井巷通风阻力
当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性、惯性以及井巷周边对风流的阻滞、扰动作用而形成的通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。
上面已经提到，通风机或自然因素所形成的通风压力是用来克服矿井通风阻力的，所以通风压力和通风阻力是作用力与反作用力的关系，即数值相等，作用方向相反，故通风阻力值就是矿井通风需要的风压值。
矿井通风阻力分为摩擦阻力和局部阻力两类。
1. 摩擦阻力
空气沿井巷流动时，由于流层之间的摩擦和流体与井巷周边壁面之间的相互摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力（也称沿程阻力），它与巷道断面的大小、形状、支架型式、巷道壁的粗糙程度有关。在矿井通风中，常用风流的压能损失h摩来表示摩擦阻力，其值的大小按下式计算，

h摩=αLUQ2/S2 （14—1）

式中 h摩——井巷摩擦阻力，Pa；
α——井巷摩擦阻力系数，N·S2/m4（牛·秒2/米2）；
L——井巷长度，m；
U——井巷周边长度，m；
Q——井巷中流过的风量，m3/s。
通常令（14—1）式中 αLU/S3=R摩
式中 R摩——摩擦风阻，N·S2/m8。
则（14—1）式可写成：
h摩= R摩Q2 （14—2）
2. 局部阻力
空气流经井巷的某些局部地点（如井巷突然扩大、突然缩小，急转弯以及分岔或汇合等），造成风流速度和方向的突然变化，导致均匀风流产生紊乱的涡流与撞击，因而在局部地点产生的附加阻力称为局部阻力。其值可按下式计算：
h局=R局Q2 （14—3）
式中 h局——井巷局部阻力：Pa ；
R局——产生局部阻力地点的局部风阻，Ns2/m8。
综合以上所述，井巷的通风总阻力h阻= h摩+ h局
=（R摩+R局）Q2
= R总Q2 （14-4）
、式中 h阻——井巷通风总阻力，Pa ；
R总——井巷通风总风阻，N·S2/m4 ；
Q——井巷中流过的风量，m3/S 。
三、降低通风阻力的措施
井巷通风阻力越大，需要的通风压力也就越大，从而使矿井通风机的电能消耗加大。为了保证矿井安全生产和提高经济，在矿井生产过程中要尽量降低通风阻力。根据式（14-4）可知，降低通风阻力应从降低摩擦阻力和局部阻力两个方面着手，具体措施主要有：
1）减小井巷摩擦阻力系数。对于服务年限长的主要井巷，应尽量采用巷道周壁表面光滑的支护方式，对于棚式支护，应尽量架设整齐，必要时背好帮顶等，。
2）保证有足够大的井巷断面。特别是主要进、回风流巷道断面扩大对降低风阻效果明显。
3）尽量缩短通风路线长度。因为巷道的摩擦阻力与巷道长度呈正比，因此应尽量缩短风路的长度。例如在通风系统设计或改造时，若采用中央并列式通风系统阻力过大，可以改为对角式通风或分区通风系统，因为后者的通风线路短。
4）避免巷道内风量过于集中。巷道摩擦阻力与风量的平方成正比，若巷道内风量过于集中，摩擦阻力会大大增加。因此，应尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。
5）降低局部阻力。应尽量避免巷道急拐弯，避免巷道断面突然扩大、突然缩小，尽量避免在主要巷道内任意停放车辆、堆积木材、器材等，巷内堆积物要及时清除或摆放整齐，尽量少堵塞井巷断面，加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水要及时处理。
第三节 矿井通风动力
空气能在井巷中源源不断的流动，是由于进风侧与回风侧之间存在的压力差。这种压力差，若是由通风机造成的则为机械风压，这种通风方式称为机械通风。若这种压力差是由自然力产生的则为自然风压，而这种通风方式称为自然通风。机械风压和自然风压是矿井通风的动力，用以克服各种通风阻力，促使空气流动。
一、自然通风
使空气获得能量，产生自然风压，使其沿井巷流动，这种自然力主要是由地面温度的变化，使矿井风侧和回风侧空气温度发生差异而引起的。
如图14-2所示，冬季矿井外部温度低于井内温度，矿井内的空气柱3-2比井外同样高度的空气柱1-1‘要轻，由于空气柱重量不同，井口1点的空气压力大于2点的空气压力，空气必然要从井口1进入矿井内并向2点流动，最后从井口3排出，从而形成自然风流。到了夏季，矿井内温度低于矿井外温度，这时空气柱3-2的重量比矿井外空气柱1-1的重量要重，2点空气压力比井口1点空气压力大，空气必然就从井口3进入矿井内，从井口1排除。因此，夏季矿井自然风流向与冬季自然风流向相反。在春秋季节，矿井内外的气温大致一样，这时，矿井内的自然风流很弱，且不稳定，甚至无风。

图14-2 自然通风

自然风压一般较小。但在山区回风井和入风井井口标高差异较大，或在地形较平坦地区，在回风井口加适当加高风筒或风塔高度，以增加两井口的高差，仍能形成一定的自然风压。《规程》规定，矿井必须采用机械通风，自然通风只能在特定条件下使用。
二、机械通风
机械通风是矿井通风的主要动力。机械通风所用的机械称为通风机，按其服务范围可以分为三种：
1）主要通风机（简称主扇），主要用于全矿井或矿井的一翼（部分）；
2）辅助通风机（简称辅扇），主要服务于矿井网络的某一分支（如采区或工作面），以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量；
3）局部通风机（简称局扇），主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风。
矿用通风机按其构造又可分为离心式通风机和轴流式通风机两类。
1）离心式通风机
离心式通风机主要有螺旋形外壳、进风道和扩散器等部件组成，如图14-3所示。
图14-3

当通风机的动轮运转时，动轮叶片之间的空气随着旋转产生的离心作用，从动轮甩到螺形外客，并从扩散器排出。当动轮叶片间一部分空气被甩出去时，轮心部分便形成低压区，这时，外界的空气在大气压的作用下，由通风机的进风口进入动轮。由于动轮不停地运转，就可把井下的空气不断地抽出。
2）轴流式通风机
轴流式通风机主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散器、和传动部件等部分组成，如图14-4所示。
图14-4

轴流示通风机运转时，空气沿着通风机轴的方向进入进风口，由于叶轮的旋转把空气向前推动，并造成压力，然后经扩散器排出。
离心式通风机和轴流式通风机相比，离心式通风机的风压高，运转特性曲线平稳，结构简单，坚固耐用，噪音小，但体积较大。而轴流式通风机便于进行风量和风压的调节，机体较小，但结构复杂，噪音大，维护困难。过去认为离心式通风机效率比轴流式风通风机低，曾有以轴流式通风机代替离心式通风机的趋势，近年来，我国已经制造出机翼形叶片的高效率离心式通风机，故目前离心式通风机的使用范围已有所扩大。

第四节 矿井通风系统

矿井通风系统是矿井主要通风机的工作方式、通风方式和通风网路的总称。它是矿井生产系统的重要组成部分。
一、矿井主要通风机的工作方式
矿井主要通风机的工作方式主要有抽出式通风和压入式通风两种。
1）抽出式
抽出式通风是把通风机安设在回风井口附近，并用风硐把通风机和回风井筒相连，同时把回风井口封闭，如图14-5a所示，当风机运转时，在主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于大气压力的负压状态，迫使空气从进风口进入井下，再由回风井排出。
在抽出式通风的矿井中，井下任何一点的空气压力，都小于井口的大气压力，因此，把这种通风机的工作方式叫负压通风。
2）压入式通风
压入式通风是把通风机安设在进风口附近，并用风硐把它和进风筒相连，如图14-b所示，当主要通风机运转时，在主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于大气压力的正压状态，迫使空气从进风井进入，回风井排除。进风口密闭一般采用密闭式井口房，把井口与地面大气隔开。
在压入式通风的矿井中，井下任何一点的空气压力都大于井口的大气压力，因此，把这种通风机的工作方式叫正压通风。
抽出式通风的矿井中，井下风流处于负压状态，一旦主扇因故停止运转，井下空气的压力将会提高，空气压力提高可抑制采空区和巷道顶部冒落处聚集的有害气体向巷道涌出，这对保证矿井安全有重要意义。压入式通风和抽出式通风相反，如果主扇一旦停转，井下空气的压力会降低，这时采空区有害气体将大量涌出，使安全受到威胁。因此，矿井一般都采用抽出式通风。只有在瓦斯少，地面小窑塌陷区分布较广的矿井，为了避免采用抽出式通风把上部小窑积存的有害气体抽入井内，影响安全，才在开采第一水平时采用压入式通风。
3．抽出和压入混合式通风
抽出和压入混合式通风方法是上述两种方法的综合，如图15—5c所示。其主要应用于矿井通风距离远、通风阻力大的矿井。该通风方式在管理上比较复杂 ，所以应用较少。

图14-5

二、矿井通风方式
按照矿井进风井和回风井相互位置关系，可把矿井通风方式分为三种基本类型：
1）中央式
中央式又可分为中央并列式和中央分列式两种。
图14-6
中央并列式是进风井和回风井大致并列布置在井田的中央，而且相距很近。如图14-6所示。一般是利用主、副井兼作进、回风井。
中央分列式(也称中央边界式)。如图15—7所示，进风井大致位于井田的中央，出风井大致位于井田沿煤层倾斜上部边界的中央，风流由井田中央的进风井进入矿井，最后由上部中央边界的出风井排出井外。
图14-7

2）对角式
对角式又可分为两翼对角式和分区对角式两种。
两翼对角式是进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田沿走向边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），如图14-8所示
分区对角式是进风井大致位于井田走向的中央，开采第一水平时在每个采区的上部边界开掘一个回风井，无需总回风巷道。

图14-8

3）混合式
混合式是中央式和对角式或中央并列式和中央分列式所组成的一种综合形式，它是老矿井进行深部开采时常采用的通风方式。
中央式和对角式布置中央式与对角式的比较
优点：
（1）矿井总回风巷可以随采区接替逐步开掘，因而建井工期短，总回风巷的维护费用低；
（2）回风井筒数目少，同时运转的风机台数少，容易管理；
（3）当进风井口及井底车场附近发生火灾需要反风时，容易实现。
缺点：
（1）随着向边界采区开采，总回风巷不断延长，通风线路随之加长，因而通风阻力不断增加；
（2）矿井生产期间，由于井下巷道阻力不断增加，阻力变动范围大，难以保证通风机在高效率状态下运转；
（3）矿井总进风和总回风风流反向平行流动，容易发生漏风；
（4）在矿井生产的中后期，多采区同时生产时矿井通风系统关联性太强，系统独立性差，系统防灾抗灾能力差。
通常在矿井瓦斯和煤层自燃发火不严重，煤层埋藏深，倾角大，但井田走向不长的矿井，可考虑采用中央并列式布置方式。而井田走向较长（超过4km），井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自燃发火严重的矿井，一般采用对角式布置方式。
三、矿井反风
矿井进风口、井筒、井底车场附近一量发生火灾，为缩小灾情、出，有时需要反风，即改变风流方向。《规程》规定，矿井：矿井主要通风机必须有反风装置，必须能在10min内改变巷道中的风流方向；风流方向改变后，供风量应小于正常风量的40％。
1．离心式通风机的反风
离心式通风机只能利用反风门与旁侧反风道的方法反风，如图14-9所示．通风机正常工作时。反风门1和2处于实线位置；反风时将反风门1提起、把反风门2放下。地表空气自后门2进入通风机，再从活门l进入旁测反风道3，进入风井流入井下，达到反风目的。

图14-9
图14-10

2．轴流式通风机的反风
利用反风门与旁侧反风道反风．如图14-10所示。它是利用将反风风门1提起来．同时把反风风门2放下去(图中虚线所示的位置)，而使风流自地面经过百叶窗4．由下放的反风门2处进入通风机．再由提起的反风门1处进入反风绕道3，进入风井到井下。
对于轴流式通风机也可以采用使通风机反转的方法来进行反风。

第五节 矿井总风量的计算
在煤矿生产中为了保证井下工作场所有足够的新鲜空气，把井下有毒有害气体稀释至安全浓度，并为之创造良好气候条件，必须向井下连续不断地输送新鲜空气。
一、矿井配风原则、方法和依据
1）配风原则和方法
—般生产矿井的实际做法是按照《规程》的规定，根据实际需要，“由里向外”配风，即首先确定井下各用风地点(如采掘工作面、硐室、火药库等)所需的风量，然后逆风流方向加上各风路中允许的漏风量，求得各风路上的风量和矿井的总进风量；根据求得的矿井总进风量再加上空气体积膨胀的风量(这项风量约为总进风量的5％)即得矿井总回风量。
2）配风的依据
矿井各处所配给的风量，必须符合《煤矿安全规种》相关条文的规定。
(1)氧气含量的规定；
(2)瓦斯、—氧化碳等有害气体安全浓度的规定；
(3)风流速度的规定；
(4)空气温度的规定，
(5)空气中悬浮粉尘安全浓度的规定。
二、生产矿井总进风量的计算
生产矿井总进风量是指井下各工作地点的需风量和各条风路中损失风量的总和。根据《规程》规定，矿井需要的风量(Q)应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值。
1）按井下同时工作的最多人数计算矿井总需风量：
Q矿进=4×N×K矿通 　m3/min
式中：N——井下同时工作的最多人数
K矿通——矿井通风系数；一般取1.20～1.25
2）按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算：
Q矿进=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其它）×K矿通　　m3/min
式中：∑Q采——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；
∑Q掘——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；
∑Q硐——硐室实际需要风量的总和，m3/min；
∑Q其它——矿井除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和，m3/min。
（1）采煤工作面风量可按以下方法计算
①按瓦斯涌出量计算：
Q采=100×q瓦采×K采通，m3/min
式中：Q采——采煤工作面实际需要的风量，m3/min；
q瓦采——采煤工作面的瓦斯绝对涌出量， m3/min；
K采通——采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.0～1.2。
②按工作面气温计算：
Q采=60×V采×S采×K，m3/min
式中：V采——采煤工作面风速， m/s；
S采——采煤工作面的平均断面积， m2
K——工作面长度系数，取1.0
③按工作面人数计算实际需风量：
Q采=4×N，m3/min
式中：N——工作面同时工作的最多人数
④按风速进行验算：采煤工作面风速范围0.25～4m/s。
15×S采≤Q采≤240×S采
式中：S采——采煤工作面的平均断面积，m2
根据以上计算，取其最大者即为工作面所需风量。
（2）掘进工作面所需风量
①按瓦斯(二氧化碳)涌出量计算：
Q掘=100×q瓦斯掘×K掘通，m3/min
式中：Q掘—掘进工作面实际需要的风量，m3/min；
q瓦斯掘—掘进工作面的瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量， m3/min；
K掘通—掘进工作面瓦斯涌出不均衡的风量系数，一般取K=1.2～2.1。
②按人数计算掘进工作面实际需要的风量：
Q 掘=4×N，m3/min
式中：N—掘进工作面同时工作的最多人数
③按炸药量计算掘进工作面实际需要的风量：
Q掘=25×A，m3/min
式中：25－每公斤炸药爆炸后所需要供给的风量，m3/(kg.min)
A——掘进工作面一次爆破的最大炸药用量，kg
④按局部通风机的实际吸风量计算
Q掘= Q扇×I×c
式中Q扇－局部通风机的实际吸风量　m3/min
I－同时工作的局部通风机台数
C－防止局部通风机吸循环风的系数，1.1~1.2

⑤按风速进行验算：
15×S煤掘≤Q煤掘≤240×S煤掘
式中：S煤掘——煤巷掘进工作面的断面积， m2
根据以上计算，取其最大者即为工作面所需风量。
(3)硐室需风量：
硐室实际所需风量应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和计算．即：

①机电设备发热量大的机电硐室(如水泵房、空气压缩机房等)实际需要的风量可按机电设备运转的发热量计算，即；

②火药库实际需要的风量按每小时1次换气量计算，即：

式中　V－包括联络通道在内的火药库的空间总体积，m3
火药库实际需要的风量也可按经验值确定
大型火药库取 100～150 m3/min
中小型火药件取 60～100 m3/min
③其他硐室实际需要的风量，可按经验值确定，如；
采区绞车房或变电硐室可取60～100 m3/min；
充电硐室应按总回风流中氢气浓皮小于0.5％计算，但不得小于100 m3/min；或按经验值确定为100～200 m3/min。
④其他用风地点实际所需风量的计算。
其他用风地点实际所需风量，应按矿井各其他独立用风地点所需风量的总和计算。
三、新设计矿井风量的计算
设计矿井的风量，可参照邻近生产矿井的通风资料，按生产矿井的风量计算方法进行计算。对新矿区、无邻近生产矿井参照时，可参照省内气候、矿山地质、开采技术条件相类似的生产矿井的风量计算方法进行计算。

第六节　采区通风系统
一、采区通风
采区通风系统是矿井通风系统的核心单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和采煤工作面进回风巷道等组成的风路连接形式及采区的风流控制设施。
采区是生产人员较多和有害气体、粉尘生成集中的场所、采区通风状况的优劣，对保障工作人员的健康和安全起着决定性的作用。因此，要求流入采区的风量必须满足人员呼吸、稀释各种有害气体和粉尘的需要。风流必须稳定，各类巷道和采、掘工作面的风量要符合《规程》的有关规定。
为满足上述要求，必须拟定合理的采区通风系统。所谓采区通风系统是指风流进入采区，沿采区巷道清洗工作面后排出采区的整个风流流动路线。
在准备采区时，必须在采区内构成通风系统以后方可开掘其它巷道。采煤工作面必须在构成全风压通风以后，方可回采。采区进、回风巷必须贯穿整个采区长度或高度，严禁将一条上山、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段为进风巷，另一段为回风巷。
采区内一般布置三条上山，一条为运输上山，一条为轨道上山，一条专用回风上山。瓦斯涌出量小的小煤矿可布置两条上山。

1）运输上山进风、轨道上山回风的通风系统
图14-11a所示为运输上山进风、轨道上山回风的采区通风系统。由于煤流方向与风流方向相反，运输过程中产生的煤尘易污染采区的进风风流，使工作面的安全和环境恶化。对于煤尘燃烧爆炸危险性小的采区，可以选择使用。
2．轨道上山进风、运输上山回风的采区通风系统
图14-11b所示为轨道上山进风、运输上山回风的采区通风系统。该系统虽然可以减少煤尘对采区进风风流的污染，但由于轨道上山进风，在轨道上山的上部、中部车场都要安设风门，风门数量比前者多，运料、行人时容易造成风流短路，所以采区漏风量较大、通风管理复杂。该系统适用于煤尘燃烧、爆炸危险性大的采区。

图14-11

在选择采区通风系统时，对煤尘燃烧、爆炸危险性大的采区，应采用轨道上山进风、运输上山回风的采区通风系统；煤尘爆炸、燃烧危险性小的采区，为了简化通风系统，便于管理，减少漏风量，可以采用运输上山进风、轨道上山回风的采区通风系统，但应采取防尘措施。
二、采煤工作面通风
由采煤工作面及其进、回风巷道所构成的通风路线叫采煤工作面通风系统。按照采煤工作面进、回风巷的数目和风流的流动路线的不同，采煤工作面的通风系统可有多种形式，如“U”型、“Y”型、“W”型和“H”型等通风系统。现场比较常用的通风系统有：
1）“U”型通风系统（图14-12）：这种通风系统最为简单，采用最广泛。但它的缺点是，采煤工作面的采空区一侧的上隅角容易积聚瓦斯。
2）“Y”型通风系统（图14-13）：这种通风系统对解决回风流瓦斯浓度过高或上隅角积存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上顺槽沿采空区一翼全长预先掘出，且在回采期内要始终维护。

图14-13
图14-12

3、“W”型通风系统（图14-15）：这种通风系统适用于瓦斯涌出量大、工作面较长的综采工作面，因为它的供风量较“U”、“Y”型增加一倍。当开采煤层的瓦斯涌出量特别大时，还可在中间平巷中布置钻孔抽放瓦斯，但这种通风系统中有半个工作面是下行通风．对有煤与瓦斯突出的采煤工作面严禁采用。

图14-14

除了上述几种采煤工作面通风系统外．还有“Z”型通风系统和“H”型通风系统等。以上多种通风系统实际上是“U”型通风系统的变形，总的目的是为了加大工作面长度，增加工作面风量和预防瓦斯积聚。

图14-15

第七节 掘进通风方法

在开掘井巷时，为了稀释和排除煤岩体涌出的有害气体，爆破产生的炮眼和矿尘以及保持良好的气候条件，必须进行不间断的通风。这种井巷只有一个出口的独头巷道，不能形成贯穿风流，必须采用机械和导风设施，使新鲜风流与污浊风流隔开，这种对井下独头巷道通风的方法称为掘进通风（又称局部通风）。
掘进通风方法有总风压通风、引射器通风和局部通风机通风三种。局部通风机通风是我国矿井广泛采用的一种掘进通风方法。它是利用局部通风机和风筒把新鲜风流送到掘进工作面的方法。
局部通风机通风的通风方式主要有压入式、抽出式和混合式通风三种，如图14-16。

图14-16

1）压入式通风（图14-16a）是用局扇把新鲜风流通过风筒压送到掘进工作面，回风由巷道直接排出。这种方法的优点是：从风筒吹出的风流清晰工作面的能力强；通过局扇压入的风流为新鲜风流，安全可靠，风筒可使用轻便的柔性风筒，即使风筒少量漏风，也可起到冲淡巷道内炮烟的作用。但其缺点是排除沿巷道流动的炮烟需要较长的时间，巷道越长，排出炮烟的时间越长。
2）抽出式通风（图14-16b）和压入式通风恰恰相反，依靠安装在离掘进巷道10m以外回风侧的局扇抽出时产生的负压，回风经风筒由局扇排出，迫使新鲜风流沿巷道流入掘进工作面。
受风机工作时风筒吸口吸入空气的作用范围的限制，抽出式通风只有在风筒吸风口距工作面很近时才有效，否则，由于风流短路，工作面得不到良好的通风。抽出式通风回风要通过局扇，故安全性低，且不能使用柔性风筒。
3）混合式通风（图14-16b）是上述两种通风方法的联合使用。所以它具有压入式和抽出式通风的优点，但它需要两套通风设备，同时回风也要经过局扇。
通过以上分析可以看出，压入式通风是最安全的通风方法。因此，当以排除瓦斯为主的煤巷或半煤岩巷道掘进时，采用压入式通风，目前压入式通风是矿井中最常用的掘进通风方式。而当以排除粉尘、炮烟为主的井筒掘进时，宜采用抽出式通风。混合式通风主要用于大断面、无瓦斯涌出的长距离掘进巷道中。

第八节 矿井通风构筑物
井下巷道纵横交错，彼此贯通。为了保证风流按拟定的路线流动，必须在某些巷道内设置相应的构筑物对风流路线进行控制，这类构筑物称为通风构筑物。
通风构筑物因其用途不同，种类繁多。本节仅介绍一些主要的通风构筑物。
一、风门
在人员和车辆需要通行，而不能让风流通过的巷道中，需要设置通风构筑物，这种既要切断风流又能保证行人通车的通风构筑物称为风门。
风门按制作材料可分为木制、铁制、木板包铁皮等几种；按开启方式又可分为人力开启风门和自动开启风门两种，自动开启风门又有光电自动风门、电动自动风门和压气自动风门等几类。
风门开启的方向应逆风流，保证风门受风压作用后与门框接触更严密。为了减少风门开启时漏风，每处风门至少要有两道，间距要大于运输工具的长度，即当运行矿车时不得少于一列车长度，行人时不少于5m，并禁止两道风门同时开启，以避免风流短路。在风压较大的矿井中，为防止漏风，可布置三道或四道风门。
二、风墙
风墙（又称密闭）是用来切断风流或封闭采空区，防止瓦斯向巷道扩散的一种构筑物。风墙按服务年限不同可分为临时性风墙和永久性风墙两类。临时性风墙由于服务年限短，可用木板、可塑性等材料修筑；永久性风墙要用不燃性材料（如砖、料石或水泥等）修筑，图14-17所示为砖结构风墙。为了便于检查密闭区内的气体成分及密闭区内发火时便于灌浆灭火，风墙上应设观测孔和注浆孔，密闭区内如有流水时应设置放水管，放水管要制成U型。

14-17

三、风桥
在进风巷道与回风流平面交叉处，为防止风流短路，使进回风分离，需要设置通风构筑物，这种用于隔开两条互相交叉的进、回风流的构筑物称为风桥。
根据结构特点的不同，风桥可以分为：铁筒式风桥（图14-18a）、混凝土风桥（图14-18b）和绕道式风桥（图14-18c）。一般在服务年限短，通过风量为10m3/s以下时可采用铁筒式风桥；在服务年限较长，通过风量在10~20m3/s时可用混凝土风桥；在服务年限长，通过风量在20m3/s以上的巷道中可采用绕道式风桥。

图 14- 18

四、井口封闭装置
在安设扇风机的井筒内，空气压力与大气压力之间存在较大压力差，为防止井内风流和地面大气短路，其井口必须有封闭装置，以使井口和地面大气隔开。对于通风、提升共用的井筒，应将整个井楼密闭起来。
出风斜井井口一般都要安设风门，以便把地面与井下空气隔离，同时对扇风机起到防爆安全作用。
对于不做提升用的通风井筒，为了防止瓦斯、煤尘爆炸时损坏扇风机，一般用铁板制成的防爆井盖封闭井口，如图14-19所示。当井下一旦发生爆炸事故时，爆炸波冲开井盖，将爆炸压力释放后，井盖靠自重作用能重新回到原来的位置，恢复正常通风。
图 14-19 井口防爆门

五、风量调节
图 14-20
图 15-20

(2)降低风阻调节法 与增加风阻调节法相反，在需要增加风量但阻力较大的风路上设法降低风阻。一般采用扩大巷道断而、改变支架形式、另开并联巷道等方法。这种调节方法能减少矿井总风阻、增加矿井总风量，调节风量效果好，但工程量大、费用高、工期长。为此，这种方法适于服务年限长，巷道年久失修风阻较大而又不能使用通风机调节的采区。
(3)辅助通风机调节法 在阻力较大的风路上安设一台辅助通风机，利用辅助通风机产生的风压克服一部分阻力，从而达到风量调节的目的。这种调节方法不必提高主要通风机的风压就可增加风量．调节简便易行，但安全性差。《规程》规定；“必须供给辅助通风机房新鲜风流；在辅助通风机停止运转期间，必须打开绕道风门。”“严禁在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中安设辅动通风机。”
上述三种风量调节法各有优缺点，在运用中要根据具体情况使用一种方法，不能满足需要时，可以考虑上述方法的综合运用。
2)矿井总风量调节
(1)改变离心式通风机转速。或改变轴流式通风机工作轮叶片的安装角，使主要通风机的风压及风量发生变化，从而调节矿井的风量。
(2)改变通风机的工作风阻(利用闸门)也可以改变通风机的工作状况，从而达到调节风量的目的，一般离心式通风机多采用这种方法。

思 考 题
1．矿井通风的任务是什么？
2．矿井空气中的主要成分与地面空气的主要成分有什么不同？
3. 矿内空气为什么会在井巷中流动？降低矿井通风阻力的措施主要有哪些？
4. 自然通风的原理是什么？按其服务范围机械通风可分为哪三种？
5．什么叫矿井通风系统？
6．矿井主要通风机的工作方式有哪几种？
7．矿井通风方式有哪几种？各有什么有缺点？
8．矿井配风的原则、方法和依据是什么？
9. 生产矿井总进风量如何计算？
10.什么是采区通风系统，主要有哪几种方式？
11.采煤工作面的通风系统有哪几种形式？各有什么优缺点及适应条件？
12.掘进工作面局部通风机通风的通风方式主要有哪几种？各有什么优缺点？
13.矿井通风构筑物主要有哪些？各起什么作用？