教学模块Ⅳ矿井通风系统及设计4.1 矿井通风系统矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计合理与否对全矿井的安全生产及经济效益具有长期而重要的影响。
4.1.1 拟定矿井通风系统矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回井的布置方式(分为抽出式，压入式和压抽联合式等三种)，主要通风机的工作方式，通风网路(参看前述有关章节)和风流控制构筑物的总称。
4.1.1.1矿井通风系统的类型及其适用条件按进、回风井在井田内的位置不同，通风系统可分为中央工、对角式、区域式及混合式。
(一)中央式进、回风井均位于井田走向中央。
根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式(中央分列式)。
1.中央并列式进风井和回风井大致并列在井田走向的中央，两井底可以开掘到第一水平，也可将回风井只掘至回风水平。
2.中央边界式(中央分列式)进风井大致位于井田走向的中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向中央。
在倾斜方向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。
(二)对角式1.两翼对角式在地形条件许可时，进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼(沿倾斜方向的浅部)，称为两翼对角式。
如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。
2.分区对角式进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个回风井，无总回风巷。
如图8—2—1(d)所示。
（三）区域式在井田的每一个生产区域开凿进、回风井分别构成独立的通风系统。
如图8—2—1(e)所示。
（四）混合式。
由上述诸种方式混合组成。
例如，中央并列式与两翼对角式，中央并列与两翼对角混合式等等。
4.1.1.2 各类型矿井通风系统的特点及其适用条件各类型矿井通风系统的特点及其适用条件见表8—2—1。
表8—2—1 各类型矿井通风系统的特点及其适用条件4.1.1.3 主要通风机的工作方式与安装地点主要通风机的工作方式有抽出式、压入式、压抽混合式三种。
1.抽出式主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。
当一旦主扇因故停止运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全，压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。
2.压入式主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。
在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。
当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。
采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理困难，且漏风较大，用抽出式通风，就没有这种缺点。
3.压抽混合式在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。
通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。
其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。
综上所述，一般地说，在地面小窑塌陷区漏风严重、开采第一水平和低沼气矿井等条件下，采用压入式通风是比较合适的，否则，就不宜采用压入式通风。
所以，抽出式通风仍然是当前基本的工作方法。
4.1.1.4 矿井通风系统的选择矿井通风系统应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复正常生产。
中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。
因此，矿井初期宜优先采用。
有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通风，当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。
矿井通风方法一般采用抽出式。
当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。
国内曾经或现在仍在采用压入式通风的局矿有攀枝花、平顶山、鹤岗、兴安台等。
其中平顶山一矿、五矿、七矿、鹤岗新一矿等为高瓦斯矿井，平顶山五矿、七矿已转入第二水平生产。
科研部门曾对攀枝花花山矿(低瓦斯矿井)、鹤岗新一矿、平顶山一矿等做过主要通风机停风后观测井下瓦斯涌出规律的试验，将取得的上万个数据进行了研究分析，结论为：1.压入式通风的矿井，主要通风机停止运转后，井下瓦斯不会大量涌出；2.从煤壁和采空区涌出的瓦斯，都与矿井通风的相对压力变化无明显关系；3.“抽”与“压”两种通风方法在停风后的同一地点，瓦斯绝对涌出量几乎相等。
压入式通风能否用于第二水平，取决于矿井管理上是否方便以及开拓系统的变异情况。
鉴于压入式通风在生产矿井中实际应用情况及试验结论，故对压入式通风是否适用于高瓦斯矿井不予明确规定，设计选择通风方法时，可根据矿井的具体条件通过技术经济比较后确定。
4.1.2 矿井总风量计算与分配煤井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条风路上的漏风量的总和。
4.1.2.1 矿井风量计算原则矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。
1.按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3；2.按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
4.1.2.2 矿井总需风量的计算1．矿井总风量的计算矿井总需风量的计算按第六章第二节进行计算。
2. 配风的原则和方法根据实际需要由里往外配风。
即先定井下各个工作地点(如采掘工作面、火药库、充电峒室、……等)所需的有效风量(详见第六章第二节)，逆风流方向加上各风路上允许的漏风量，确定各风路上的风量和矿井的总进风量，再适当加上因体积膨胀的风量（这项风量约为总进风量的5％)，得出矿井的总回风量，最后加上抽出式主扇井口和附属装置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过主扇的总风量。
对于压入式通风的矿井，则在所确定的矿井总进风量中加上矿井外部漏风量，得出通过压入式主扇的总风量。
3．配风的依据所配给的风量必须符合《规程》中下列有关规定：关于氧气、沼气、二氧化碳和其它有毒有害气体安全浓度的规定，关于最高风速和最低风速的规定(详见表8—3－1)，关于采掘工作面和机电峒室最高温度的规定，关于冷空气预热的规定，以及关于空气中粉尘安全浓度的规定等。
表8—3－1沿途漏风，特别是风流短路，对通风的安全性和经济性有较大影响，应该尽量减少。
在估计沿途漏风量时，可以参考表8—3－2所列的数值。
实际的漏风率超过表列数值时，应该采取有效的防止漏风措施，并加强管理。
在装有局扇的巷道内，巷道内的风量应不小于局扇风量的1．43倍计算。
表8—3－2在串联掺新的风量中，应使其中的沼气浓度不超过0.5％，二氧化碳的浓度不超过0.5％，而且其它有害气体不超过安全浓度。
(详见第一章的表1-1-3)。
总之，由于生产矿井的配风依据都是可以通过实测确定的，故生产矿井的配风工作，有条件时，要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细致进行；否则只能采用由外往里的计算方法，即先计算矿井的总风量，然后大致分配到各个用风地点。
4.1.2.3 风量分配须在算得的矿井总风量中，减去独立回风的掘进风量和峒室风量，再按以下原则对剩余的风量，进行大致的分配：各个回采工作面的风量，按照与产量成正比的原则进行分配，各个备用工作面的风量，按照它在生产时所需风量的一半进行分配。
通过以上风量分配的计算，把分配给井下各个用风地点与它们的进风和回风路线上的各个风量(包括必要时用第五章所述方法算出局部地区的自然分配风量)初步确定，然后按照风速极限进行验算，即用各处的断面积分别去除分配该处的风量，所得出的风速，须符合《规程》的规定(见8—3－1)。
经过验算后，如能符合风速的要求，就最后确定矿井总风量(不包括矿井的外部漏风量)和井下各处的风量。
否则，就要进行个别调整。
4.1.3 计算矿井通风总阻力矿井通风总阻力是指风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路(风流路线)各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用Am表示。
在矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期，通风系统总阻力最大时称为通风困难时期。
矿井通风总阻力是选择矿井主扇的重要因素之一所以，在选择矿井主扇之前，必须首先计算井巷通风总阻力。
4.1.3.1 计算的原则1．矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。
2．如果矿井的服务年限不长(10～20a)，选择达到设计产量后通风容易和通风困难两个时期通风阻力最大的风路，沿着这两条风路，按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，便得出这两个时期的井巷通风总阻力据此，所选用的主扇既能满足通风困难时的要求，又能做到在通风容易时使用合理，其它时期就无须计算，如矿井服务年限较长(30～50a)，则只计算头15～25a 左右通风容易和通风困难两个时期。
对于通风容易和困难时期，首先要分别画出通风系统图。
对于小矿，则只计算服务年限内的通风困难时期通风总阻力，不必分两个时期。
3．为便于计算和查验，可用表8—4－1的格式，沿着通风容易和困难时期的风流路线，依次计算各段摩擦阻力h fi，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力h fe和h fd，再乘以l.1(扩建矿井乘以1.15)后，得两个时期的矿井总阻力。
通风容易时期总阻力 h me＝(1.1～1.15) h fe (8—4－1)通风困难时期总阻力 h md＝(1.1～1.15) h fd (8—4－2)式(8—4－1)和式(8—4－2)中h f按下式计算：(8—4－3)(8—4－4)表8—4－14)要先分析整个通风网路中，自然分配风量和按需分配风量的区段，分别按这两种分配风量的方法(详见第五章与第八章)计算各区段的通风阻力。
4.1.4 选择矿井通风设备矿井通风设备是指主扇和电动机。
须先选择主扇，然后选择电动机。
4.1.4.1 对矿井主要通风设备的要求根据矿井的瓦斯等级，规定主要通风设备应符合以下要求：(1)矿井必须装设两套同等能力的主扇，其中一套做备用，备用的要求在10min内能启动。
(2)矿井的主扇房应有两个直接由变电所馈出的供电路线，线路上不应分接任何负荷。
(3)通风机能力应留有一定的余量，主扇和电动机的机座必须坚固耐用，要设置在不受采动影响的稳定地层上。
(4)进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。
4.1.4.2 选择主扇通风用通风机的个体特性曲线来选择，要先确定通风容易和通风困难两个时期主扇运转时的工况点，就要用以下方法分别算出两个时期主扇的风压。