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矿井通风系统设计

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上一篇：工业厂房通风设计

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第八章  矿井通风系统设计
矿井通风系统设计是矿井总体设计的一个重要组成部分，是保证矿井安全生产的重要环节。因此，必须密切配合其它生产环节来周密考虑、精心设计以达到最佳效果。矿井通风设计的基本任务是结合矿井开拓与开采设计，建立一个安全可靠，技术先进、经济合理和便于管理的通风系统，并在此基础上计算各用风地点所需风量、总风量与总风压，选择矿井通风设备。对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的要求。而对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有的基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。
第一节  矿井通风系统的拟定
风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统。矿井通风系统是由通风机和通风网路两部分组成。
矿井通风系统的拟定主要是拟定矿井通风系统的类型、通风方法和通风网络。
第一节  矿井通风系统的拟定
一、矿井通风系统类型
矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部分，包含矿井通风方式（The types of mine ventilation system）、通风方法（Ventilation mode）和通风网络（Ventilation network）。矿井通风方式是指进风井(或平硐)和回风井(或平硐)的布置方式，可分为中央式、对角式和混合式等；矿井通风方法是指产生通风动力的方法，有自然通风法和机械通风法(压入式、抽出式)；矿井通风网络是指井下各风路按各种形式联接而成的网络。通风方式按进风井与回风井之间的相互位置关系将矿井通风系统分述如下4种类型。
第一节  矿井通风系统的拟定
1）中央式通风系统（Central ventilation system）按井筒沿井田倾斜位置的不同分为两种类型：（1）中央并列式——进风井与回风井沿井田走向及倾斜均大致并列于井田的中央，两井底可以开掘到第一水平(如图9-1-1 (1))，也可将回风井只掘至回风水平(如图9-1-1 (2))。后者一般适用于较小型矿井。     这种通风系统—般适用于煤层瓦斯和自然发火问题都不严重，埋藏深、倾角大，但走向不大(一般不大于4 km)的矿井。
第一节  矿井通风系统的拟定
第一节  矿井通风系统的拟定
（2）中央边界式——进风井大致位于井田走向中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。
这种通风系统适用于瓦斯和自然发火比较严重的缓倾斜煤层，埋藏较浅，走向不大的矿井。
第一节  矿井通风系统的拟定
第一节  矿井通风系统的拟定
2）对角式通风系统 
按进、回风井走向和位置可将矿井通风系统分为如下2种类型：（1）两翼对角式——进风井大致位于井田走向的中央，出风井位于沿浅部走向的两翼附近（沿倾斜方向的浅部），如图所示；如果只有—个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。这种通风系统适用于走向长度较大(一般超过4 km)，井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火较严重的矿井。
第一节  矿井通风系统的拟定
两翼对角式通风系统 
第一节  矿井通风系统的拟定
（2）分区对角式——进风井大致位于井田走向的中央，每个采区各有一个出风井，无总回风巷。如图所示：这种通风系统适用于煤层距地表浅，地表起伏(高低)较大，无法开掘浅部总回风道的矿井。
第一节  矿井通风系统的拟定
3）分区式通风系统 
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即分区式通风系统。如图所示：
4）混合式通风系统  
混合式通风系统的进风井与回风井有3个以上井筒，由中央式和对角式混合、中央式和中央边界式混合等。这种通风系统主要适用于井田范围较大，多煤层、多水平开采的矿井。大多用于老矿井的改造和扩建。
第一节  矿井通风系统的拟定
5）矿井通风系统类型的拟定
矿井通风系统的拟定是矿井通风设计的基础部分，主要是拟定矿井风流路线，进风与出风井的布置方式，矿井主要通风机的工作方法。
一般来说，中央式通风系统具有井巷工程量少，初期投资省的优点，宜矿井建设初期采用。
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，宜采用对角式或分区式通风；
当井田面积较大时，初期采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区式通风。
第一节  矿井通风系统的拟定
二、矿井通风方法按通风方法获得的动力来源可将矿井通风系统分为自然通风(Natural ventilation)和机械通风(Mechanical ventilation)两种。1）自然通风利用自然因素产生的通风动力使空气在井下巷道流动的通风方法叫做自然通风。    2）机械通风利用通风机运转产生的通风动力，致使空气在井下巷道流动的通风方法叫做机械通风。按通风机（通风机）的工作方式将矿井通风系统分为抽出式、压入式两种。 
第一节  矿井通风系统的拟定
（1）抽出式(Exhaust)——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。
抽出式通风的优点是：当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，可能使采空区瓦斯涌出量减少，有利于瓦斯管理，比较安全；外部漏风量少，通风管理比较简单；与压入式通风相比，不存在向下水平过渡时期改变通风方法的困难。缺点是当地面存在小窑塌陷区并和开采裂隙沟通时，抽出式通风会把小窑中积存的有害气体抽到井下，并使工作面的有效风量减少。
第一节  矿井通风系统的拟定
（2）压入式(Forced)——主要通风机安设在进风井口，作压入式工作，井下风流处于正压状态。
压入式通风的优点是：节省风井场地，施工方便，主要通风机台数少，曾理方便；开采浅部煤层时采区淮备较容易，工程量少，工期短，出煤快。能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压到地面。缺点是：井口房、并底煤仓及装载硐室漏风大，管理困难；风阻大，风量调节困难；由第一水平的压入式过渡到第二水平的抽出式，改造工程量大，过渡期长，通风管理困难；当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，可能在短时间内引起采空区或封闭区的瓦斯大量涌出。
一般来说，矿井主要通风机工作方法多采用抽出式。当矿井地面地形复杂、高差起伏，无法在高山上安装主要通风机，总回风巷维护困难时，可以考虑采用压入式通风。
第一节  矿井通风系统的拟定
三、通风网路
一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式称为通风网路。由于矿井开拓方式和采区巷道布置不同，通风网路连接方式也就不一致，大体可分为串联、并联、角联和复杂联结4种类型。其基本形式及通风参数的计算详见第六章。
第二节  矿井风量的计算和分配
矿井总风量即井下各个工作地点的有效风量(Effective air quantity)与各条风路上的漏风量(Leakage air quantity)之总和。
按《煤矿安全规程》要求，设计矿井的风量应由省（区）煤炭局确定，且需依照矿井整个服务年限内各个时期的通风要求分水平进行计算，以保证合理通风。
第二节  矿井风量的计算和分配
一、矿井总风量计算方法生产矿井总进风量按下列要求分别计算，并取其中最大值。1、按井下同时工作的最多人数计算：                        m3/min            (8-1)式中：N—井下同时工作的最多人数，人；Km——矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，一般可取＝1.2～1.25。
第二节  矿井风量的计算和分配
2、按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算：                                                                          (9-2-2) 式中： —采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；——硐室实际需要风量的总和，m3/min；——备用工作面实际需要风量的总和，m3/min；——矿井除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和，m3/min；——矿井通风系数 (抽出式K矿通取1.15~1.2，压入式K矿通取1.25~1.3)。
第二节  矿井风量的计算和分配
1）每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。采煤工作面有串联通风时，应按其中一个采煤工作面实际需要的最大风量计算。备用工作面亦应满足瓦斯、二氧化碳、气温和风速等规定计算风量，且不得低于其采煤时的实际需要风量的50％。
（1）按瓦斯涌出量计算：低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为：                                                   ，m3/min                     (9-2-4)式中: 式中：Qwi——第i个采煤工作面需要风量，m3/min       Qgwi——第  i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min       kgwi——第i个采煤工作面因瓦斯涌出量不均匀系数。它是最大涌出量与平均涌出量之比，通常机采工作面取kgwi=1.3~1.45； 炮采工作面取kgwi=1.35~1.5。
第二节  矿井风量的计算和分配
（2）按炸药量计算：

式中 25——每使用1kg炸药的供风量，m3/min；      ——第i个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。
第二节  矿井风量的计算和分配
（3）按同时作业人数计算：按每人供风≮4m3/min：                                    ，m3/min  （8-6）式中：——第i个采煤工作面同时工作的最多人数，人；
第二节  矿井风量的计算和分配
（4）按工作面气温计算：采煤工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合下表的要求：
回采工作面空气温度（℃）	采煤工作面风速（m/s）	
<18	0.3～0.8	0.90
18～20	0.8～1.0	1.00
20～23	1.0～1.5	1.00～1.10
23～26	1.5～1.8	1.10～1.25
26～28	1.8～2.5	1.25～1.4
28～30	2.5～3.0	1.4～1.6
第二节  矿井风量的计算和分配
长壁工作面实际需要风量，按下式计算：                                     ，m3/min                
式中：式中  vwi—第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；m/s,        Swi—第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2 ；        kwi——第i 个工作面的长度系数。
回采工作面长度(m)	80～150	150～200	>200
长度调整系数(K长)	1.0	1.0～1.3	1.3～1.5
第二节  矿井风量的计算和分配
（5）按低瓦斯矿井综采工作面所需风量计算：
第二节  矿井风量的计算和分配
（6）按工作面风速进行验算：按最低风速验算，各个采煤工作面的最低风量（）;                     ，m3/min                       式中：—第i个采煤工作面的平均断面积，m2，按最高风速验算，各个采煤工作面的最高风量()：                           ，m3/min                      
（7）备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量，且最少不得低于采煤工作面实际需风量的50%。                                          ，m3/min
第二节  矿井风量的计算和分配
2）掘进工作面实际需要风量 
每个独立通风的掘进工作面实际需要风量，应按瓦斯或二氧化碳涌出量、炸药用量、局部通风机实际吸风量、风速和人数等规定要求分别进行计算，并必须采取其中最大值。
（1）按瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算： 
                                              ，m3/min 
式中：——第i个掘进工作面回风流中的瓦斯（或二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；
——第i个掘进工作面瓦斯涌出不均衡的风量系数，（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值），一般取＝1.5～2。
第二节  矿井风量的计算和分配
（2）按炸药量计算掘进工作面实际需要的风量：
每千克炸药供风≮25 m3/min：
                                   ，m3/min
式中：       —— 第i个掘进工作面一次爆破的最大炸药用量，kg。
第二节  矿井风量的计算和分配
（3）按局部通风机实际吸风量计算需要风量计算掘进工作面实际需要的风量：
 岩巷掘进：　
                              ，m3/min
煤巷掘进：
                              ，m3/min            
式中：
——局部通风机实际吸风量， m3/min。安设局部通风机的巷道中的风量，除了满足局部通风机的吸风量而外，还应保证局部通风机吸入口至掘进工作面回风流之间的　　　　　　　　风速岩巷不小于0.15m/s、煤巷和半煤巷不小于0.25m/s,以防止局部通风机吸入循环风和这段距离内风流停滞，造成瓦斯积聚。
——掘进工作面同时通风的局部通风机台数。
第二节  矿井风量的计算和分配
（4）按人数计算掘进工作面实际需要的风量：
 每人供风≮4m3/min：  
                            ，m3/min              
式中：—第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。
第二节  矿井风量的计算和分配
（5）按风速进行验算 
① 按最低风速验算：
各个岩巷掘进工作面的最低风量： 
                      ， m3/min
式中：——第i个岩巷掘进工作面的断面积，m2。
各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最低风量：
                       ，m3/min
第二节  矿井风量的计算和分配
       ——第i个煤巷掘进工作面的断面积。
② 按最高风速验算：
各个岩巷、煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最高风量
                                      m3/min
式中：——第i个掘进巷道的断面积，m2。
第二节  矿井风量的计算和分配
3）井下硐室实际需要风量，应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和计算：
                                  ，m3/min
式中：——各个独立通风硐室实际需要的风量，m3/min。
各个硐室的实际需要风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算，遵循井下不同硐室的配风原则。
第二节  矿井风量的计算和分配
井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量：
      =4V/60=0.07V  （m3/min）
式中：
     —— 井下爆炸材料库需要风量，m3/min；
V——井下爆炸材料库的体积，m3。
井下充电室，应按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算风量。
机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风。
选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30℃，其它硐室温度不超过26℃。
第二节  矿井风量的计算和分配
其它硐室所需风量：采区绞车房60～80m3/min,采区变电所60～80m3/min，充电硐室100～200m3/min。
4）其它巷道的需要风量应按矿井各个其它巷道需要风量的总和()计算：
                  ，m3/min
式中:       ——第i个其它巷道的实际用风量，m3/min，
各个其它巷道的需要风量,应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采用其中最大值。
第二节  矿井风量的计算和分配
二、生产矿井风量的分配
1、配风的原则和方法
根据实际需要由里向外进行配风，先定井下采掘工作面、火药库、充电硐室等各用风地点所需的有效风量，再加上逆风流方向和各风路上允许的漏风量，得到矿井总风量；若再加上因体积膨胀的风量（总进风量的5％），得出矿井的总回风量；最后加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许外部漏风量，得出通过主要通风机的总风量。对于压入式通风的矿井，通过压入式主要通风机总风量即矿井总风量与外部漏风量之和。
第二节  矿井风量的计算和分配
配风量必须符合《煤矿安全规程》中下列有关规定：
关于氧气、瓦斯、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；关于采掘工作面和机电硐室最高温度的规定；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。
沿途漏风，尤其是风流短路，较大的影响了通风的安全性和经济性，因此应尽量减少沿途漏风和风流短路。沿途允许漏风率参考下表。如果实际漏风率超过表中数据时，应该采取有效的防漏措施，并加强管理。
通风设施允许漏风率 
漏风地点	允许的漏风率（％）
无提升设备的抽出风井	5
有提升设备的抽出风井	10
无提升设备的压入风井	10
有提升设备的压入风井	15
风门	2
风桥	1
风墙	基本不漏
采空区	5～10
第二节  矿井风量的计算和分配
在装有局部通风机的巷道内，巷道的风量应按不小于局部通风机风量的1.43倍计算。
在串联掺新的风量中，应使其中的瓦斯、二氧化碳的浓度不超过0.5％，且使其它有害气体的浓度不超过安全浓度。
总之，由于生产矿井的配风依据都是可以通过实测确定，故只要细致进行生产矿井的配风工作，就可以比较准确的进行风量的分配。 
第二节  矿井风量的计算和分配
3、生产矿井风量的分配
在各个用风地点，将各用风点计算的风量值乘以备用系数Kwz，就是配给用风地点所在巷道的风量。如图所示掘进巷道配风量的确定。但是采煤工作面的风量只配给各自计算的风量，由备用系数确定的风量考虑从采空区漏走的风量。因此在U型通风的上顺槽和下顺槽的风量是采煤工作面的计算风量乘以备用系数，如图所示。

第二节  矿井风量的计算和分配
从各个用风地点开始，逆风流方向而上，遇分风点则加上其它风路的分风量，得到未分风前那一条风路的风量，作为该风路的风量。直至确定进风井筒的总进风量。这一风量应该等于刚才计算的矿井总风量，如图所示。如果是压入式通风，则要加上矿井外部漏风量，才能得出通过压入式主要通风机的总风量。 
第二节  矿井风量的计算和分配
然后又从各个用风地点开始，顺风流方向而上，遇汇合点则加上其它风路的风量一起分配给汇合后那一条风路，作为该风路的风量。直至确定回风井筒的总回风量。这一风量也应等于刚才计算的矿井总风量，如上图所示。如果是抽出式通风，则加上抽出式主要通风机井口和附属装置的允许漏风量(即矿井外部漏风量)，得出通过抽出式主要通风机的总风量。
第二节  矿井风量的计算和分配
三、新建矿井和延深矿井所需风量
对于新建矿井和延深矿井所需风量，有条件时，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细致进行，否则只好采用“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。
第二节  矿井风量的计算和分配
对于低瓦斯矿井：以工作面能够有良好的气候条件作为供风的依据，用下式计算矿井总风量：
                  Q＝TqK，m3/min
式中：T——矿井平均日产量，t/d；
  q——是从工作面能够有良好的气候条件为出发点，而得出的对于日产量中每一吨煤
的供风标准，通过实际调查统计得出：q＝1 ；
K——风量备用系数，即K＝K1K4K5K6，这些系数的乘积介于l.5～1.9之间，可以根据新建矿井的条件，查下表得出具体的数值。 
风量备用系数 
各系数的名称	数值	选用条件	选用条件	选用条件	选用条件
产量不均衡系数K1	1.15	低瓦斯矿井选用	低瓦斯矿井选用	低瓦斯矿井选用	低瓦斯矿井选用
瓦斯涌出不均衡系数K2	1.20～1.25	高瓦斯矿井选用。单一煤层、本煤层，取大值；煤层群、采区外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯矿井选用。单一煤层、本煤层，取大值；煤层群、采区外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯矿井选用。单一煤层、本煤层，取大值；煤层群、采区外瓦斯占50%以上，取小值。	高瓦斯矿井选用。单一煤层、本煤层，取大值；煤层群、采区外瓦斯占50%以上，取小值。
瓦斯内部漏风系数K3	1.15～1.25	大型矿井、对角式通风方式的矿井取小值；小型矿井、中央式通风方式的矿井取大值；	大型矿井、对角式通风方式的矿井取小值；小型矿井、中央式通风方式的矿井取大值；	大型矿井、对角式通风方式的矿井取小值；小型矿井、中央式通风方式的矿井取大值；	大型矿井、对角式通风方式的矿井取小值；小型矿井、中央式通风方式的矿井取大值；
备用工作面风量系数K4	1.10～1.25	一般矿井均取1.10；备用工作面较多的矿井取大值；	一般矿井均取1.10；备用工作面较多的矿井取大值；	一般矿井均取1.10；备用工作面较多的矿井取大值；	一般矿井均取1.10；备用工作面较多的矿井取大值；
采区外用风备用系数K5	1.00～1.20	包括掘进、大型硐室、多水平的其它独立回风的风量系数，一般取1.10；薄煤层、煤层群并有基建任务时，取1.15；有大型硐室及多水平同时生产取大值。	包括掘进、大型硐室、多水平的其它独立回风的风量系数，一般取1.10；薄煤层、煤层群并有基建任务时，取1.15；有大型硐室及多水平同时生产取大值。	包括掘进、大型硐室、多水平的其它独立回风的风量系数，一般取1.10；薄煤层、煤层群并有基建任务时，取1.15；有大型硐室及多水平同时生产取大值。	包括掘进、大型硐室、多水平的其它独立回风的风量系数，一般取1.10；薄煤层、煤层群并有基建任务时，取1.15；有大型硐室及多水平同时生产取大值。
工作面温度调整系数K6	0.95～1.15	低瓦斯矿井选用，按下列工作面平均温度选取。	低瓦斯矿井选用，按下列工作面平均温度选取。	低瓦斯矿井选用，按下列工作面平均温度选取。	低瓦斯矿井选用，按下列工作面平均温度选取。
工作面温度调整系数K6	0.95～1.15	＜20℃	20～23℃	23～26℃	＞26℃
工作面温度调整系数K6	0.95～1.15	0.95	1.00	1.10	1.15
第二节  矿井风量的计算和分配
对于高瓦斯矿井：按总回风流中的瓦斯浓度不超过0.75%的要求来计算矿井总风量：
                                       ，m3/min
式中：      ——矿井瓦斯平均相对涌出量，m3/t；
  T——矿井平均日产量，t/d；
  K——风量备用系数，即K＝K2K3K4K5，这些系数的乘积介于1.7～2.1之间，具体数值从表中查得。
第二节  矿井风量的计算和分配
无论是高瓦斯矿井，还是低瓦斯矿井都要按井下同时工作的最多人数来验算矿井总风量Q，取大值作为矿井的总风量：
                          ，m3/min
式中：N——井下同时工作的最多人数，人；
  4——以人数为计算单位的供风标准，m3/min；
  K——风量备用系数，它是产量不均衡系数、备用工作面的风量系数和矿井内部漏风系数的总概括。采用中央并列式的通风系统时，K＝1.45；采用中央分列式或对角式通风系统时，K＝1.35。
第二节  矿井风量的计算和分配
新建矿井的风量分配是在算得的矿井总风量Q中，减去独立回风的掘进风量和硐室风量，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。即：
                           ，m3/min
式中：  ——所有独立回风的各个掘进工作面风量之和，m3/min；
           ——所有独立回风的各个硐室风量之和，m3/min。
第二节  矿井风量的计算和分配
剩余风量的分配方法是：先用下式计算回采工作面日产一吨煤所需配给的风量q，即：  
                            
式中：Ta——各个回采工作面的日产量之和，即：           ，t/d；
 ta ——各个回采工作面的日产量，t/d；
 T`a——各个备用工作面的计划日产量之和，即：                ，t/d；
  t`a——各个备用工作面计划日产量，t/d。
第二节  矿井风量的计算和分配
分配给各个回采工作面的风量为：
                                  ，   m3/min
分配给各个备用工作面的风量为：
                                  ， m3/min
各条风路上的风量最后确定后，必须进行各条风路的风速校核，使各条风路的风速符合《规程》的规定。
各条风路的风量经过验算后，如能符合风速的要求，则各条风路的风量可以确定；如低于规定的风速，则该条风路的风量要相应增加。如超过规定的风速，则需要扩大该风路的断面或调整该风路的风量，使之风速降到规定值以下。最后，确定矿井总风量。
第三节  矿井通风阻力计算
矿井通风总阻力即风流由进风井口到出风井口，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，用   表示。矿井通风总阻力是选择矿井主要通风机的重要依据之一，为了合理的选用矿井主要通风机，必须正确计算出矿井通风总阻力。 
第三节  矿井通风阻力计算
一、矿井通风总阻力计算原则 
（1）矿井通风的总阻力，不应超过2940 Pa；
（2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井（包括扩建矿井独立通风的扩建区）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）应计算出困难时期的最大阻力和容易时期的最小阻力，使所选用的主要通风机既满足困难时期的通风需要，又能在通风容易时工况合理。
第三节  矿井通风阻力计算
二、矿井通风总阻力的计算
对于有两台或多台主要通风机工作的矿井，矿井通风阻力应按每台主要通风机所服务的系统分别计算。
在主要通风机的服务年限内。随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将随之变化。为了使主要通风机在整个服务期限都能满足需要且有较高的运转效率，需要按照开拓开采布局和采掘工作面接替安排，对主要通风机服务期内不同时期的系统总阻力的变化进行分析，当可根据风量和巷道参数（断面、长度等)直接判定出最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较，然后确定该时期的矿井总阻力。
第三节  矿井通风阻力计算
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。对于通风容易和困难时期，要分别画出通风系统图。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计算矿井总阻力。
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     ，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力   和   ，再加上局部阻力，因局部阻力取总摩擦阻力的10％或15％，总摩擦阻力再乘以（扩建矿井乘以1.15）后，得  两个时期的矿井总阻力  和    。
第三节  矿井通风阻力计算
通风容易时期总阻力：
                                                  （8-27）
通风困难时期总阻力：
                                               （8-28）
式中   和   按下式计算：
                                                  （8-29)
第三节  矿井通风阻力计算
式中：  ——矿井通风总阻力，Pa；
a——井巷摩擦阻力系数，N·s2/m4，可在第三章的摩擦系数表中查得；
l——井巷长度，m；
U——井巷净断面周边长，m，用第三章有关公式计算；
S——井巷净断面积，m2，用第三章的有关公式计算；
Q——分配给各井巷的风量，m3/s;
对于小型矿井，一般只计算困难时期的通风总阻力。
第四节  矿井通风设备选型
矿井通风设备包括主要通风机和它的电动机，所以选择矿井通风设备须先选好主要通风机，然后再选择恰当的电动机。
一、矿井通风设备的要求
（1）矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套备用；    
（2）选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并照顾下一水平的通风需要且使通风设备长期高效率运行。当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机，但初装电动机的使用年限不宜少于10年；
（3）通风机能力应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时，轮叶运转角度比允许范围小5o；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90％；   
第四节  矿井通风设备选型
（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； 
（5）矿井主要通风机房，应有两回直接由变(配)电所输出的供电线路，线路上不应分接任何负荷；
（6）所选电动机应满足通风机在整个起动过程及稳定运行中的力矩要求，如用同步电动机拖动轴流式通风机时，还应校验其牵入转矩；
（7）为简化供电系统，避免中间变压，当电动机功率较大可以选用高压电动机时，应尽量优先选用高压电动机；
（8）在通风机的服务年限内，其在矿井最大和最小阻力时期的工况点，均应在合理的工作范围之内，使通风机稳定、经济地运转；
第四节  矿井通风设备选型
（9）一个井筒尽量采用单一通风机的工作制度；
（10）主要通风机必须装有反风设备，必须能在10分钟内改变巷道中的风流方向；
（11）装有主要通风机的回风井口，应安装保护通风机的防爆门。防爆门应设计成因事故打开后易于复原，并在通风机反风时不被风流顶开。
第四节  矿井通风设备选型
二、主要通风机的选择  
1、计算通风机风量 
由于井口防爆门及主要通风机反风门等处的外部漏风，风机风量应大于矿井风量      ，并由下式求出：
                                （8-30）
式中：    ——主要通风机通风量，m3/s；
        ——矿井需风量，m3/s；
k——漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1；箕斗井兼作回风用时取1.15；回风井兼做升降人员时取1.2。
第四节  矿井通风设备选型
2、计算通风机风压    
通风机全压     和矿井自然风压     共同作用克服矿井通风系统的总阻力     、通风机附属装置(风硐和扩散器)的阻力  及扩散器出口动能损失     。当自然风压与通风机风压作用相同时取“－”；自然风压与通风机风压作用反向时取“＋”。
根据提供的通风机性能曲线，由下式求通风机风压：
                                              
进一步讲，离心式通风机大多提供全压曲线，而轴流式通风机大多提供静压曲线。通风容易时期自然风压与通风机风压作用相同，通风机有较高功率，故从通风系统阻力中减去自然风压    ；通风困难时期自然风压与通风机风压作用反向，故通风系统阻力需加上自然风压    。所以，对于抽出式通风矿井：
第四节  矿井通风设备选型
离心式通风机：
    容易时期：                                     （8-32）
    困难时期：                                     （8-33） 
轴流式通风机：
   容易时期：                                      （8-34）
   困难时期：                                      （8-35）
对于压入式通风系统，式（8-32）、（8-33）中的                                                      表示出风井的出口风压，    表示风硐的阻力。
第四节  矿井通风设备选型
3、初选通风机
根据计算的矿井通风容易时期通风机的       、  （或       ）和矿井通风困难时期通风机的       、（或       ），在通风机特性曲线上选出满足矿井通风要求的通风机。
4、求通风机的实际工况点
要求主要通风机在两个时期的工况点都在特性曲线的合理工作范围内。因为根据      、   （或     ）和         、   （或      ）确定的工况点，即设计工况点不一定恰好在所选择通风机的其实际工况点。特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。
第四节  矿井通风设备选型
1）计算通风机的工作风阻
用静压特性曲线时：
                                              （8-36）
                                                （8-37）
用全压特性曲线时：
                                                  （8-38）
                                                 （8-39）
2)确定通风机的实际工况点
在通风机特性曲线图中做通风机工作风阻曲线，该工作风阻曲线与风压曲线的交点即为实际工况点。
第四节  矿井通风设备选型
5、确定通风机的型号和转速
根据各台通风机的工况参数(      、    、  、  )对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定满足矿井通风要求，技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。
第四节  矿井通风设备选型
三、主要通风机的电动机的选择
1、电动机功率的计算
通风机输入功率按通风容易及困难时期，分别计算通风机所需输入功率      、    ：
                                          （9-4-11）   
                                          （9-4-12）  
或
                                           （9-4-13）   
                                           （9-4-14）
式中：    、    ——分别表示通风机全压效率和静压效率；
     、      ——分别表示矿井通风容易时期和通风困难时期通风机的输入功率，kW。
第四节  矿井通风设备选型
2、电动机台数及种类的确定
当                     时，可选一台电动机，电动机功率为：
                                               （9-4-15）
当                      时，选两台电动机，电动机功率为：
  初期：                                     （9-4-16）
  后期：                                       （9-4-17）
式中：      ——电动机容量备用系数，取1.1～1.2；
        —电动机效率，取0.9～0.94(大型电机取较高值)；
        —传动效率，电动机与通风机直联时取1；皮带传动时取0.95。
第四节  矿井通风设备选型
根据周围的工作环境，通风机一般选用开启式或防护式电动机。选择电动机时还应全面综合考虑通风机调整及矿井功率因数补偿的要求。一般情况下，当电动机功率小于200 kW时，宜选用低压鼠笼式电动机；大于250 kW时，宜选用高压鼠笼式电动机；大于400 kW及以上时，宜选用同步电动机，其优点是在低负荷运转时用来改善电网功率因数，使矿井经济用电；缺点是这种电动机的购置和安装费较高。
当矿井风压变化较大时，可考虑分期选择电动机，但每台电动机的使用年限一般不少于10年。
第四节  矿井通风设备选型
3、电动机的起动方式
电动机的起动方式，可分为直接起动和降压起动。当起动电压降不超过15％，而又能自动起动时，则采用直接起动，鼠笼型电动机应优先考虑采用直接起动，只有不允许直接起动时才考虑降压起动。降压起动分自耦变压器降压起动、星－三角形降压起动、延边三角形降压起动，电抗器降压起动及频敏变阻起动等几种方式。

第五节  矿井通风系统安全性评价
煤矿井下煤炭自燃、瓦斯、粉尘、有害气体的中毒和窒息等灾害事故所占比例较高，危害较大，其主要致因是矿井通风系统不完善。所以，应努力提高矿井通风系统的安全性，以便增强对上述事故的防范和抗御能力。
矿井通风系统是由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施等组成。其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点提供优质量足的新鲜空气，以保证井下作业人员的生存、安全和改善劳动环境的需要；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并配合其它措施，防止灾害的扩大。完成上述任务的可靠程度通常以矿井通风系统的安全可靠性来衡量。评价矿井通风系统安全可靠性的目的在于：及时发现矿井通风系统中存在的问题和安全隐患，调整和改造系统；优化通风设计，准确编制事故预防与处理方案，同时，指导现场通风安全管理。
矿井通风系统是一个复杂、动态的系统，受到众多、复杂的内外因素影响，其安全可靠性评价属于多因素综合评价问题。
第五节  矿井通风系统安全性评价
一、矿井通风系统安全性定义
矿井通风系统安全性定义应包括两层意思：一是必须保证矿井正常生产；二是能够预防和控制灾害的发生、发展。具体来说，矿井通风系统的安全性应满足下列要求：
1） 矿井通风系统的结构合理、完备，整套系统稳定可靠；
2） 井下各用风地点的风量满足要求，且其可控性强；
3）有利于排除瓦斯、矿尘、热源和防止煤炭自燃；
4）具有控制各种自然灾害的能力，既能抑制事故的发生，又可在由其它原因引起事故时及时地控制和消除事故。
第五节  矿井通风系统安全性评价
二、 安全性评价指标
指标应能反映矿井通风系统各组成部分的安全质量。从安全角度出发对矿井通风系统进行全面分析，并参考《煤矿安全规程》与《生产矿井质量标准化标准》中有关规定、指标和现场科技人员的经验，再按照有关原则来确定，可考虑下列9个评价指标。
1）主通风机运转稳定性。主通风机的稳定运转与否决定着矿井通风系统的安全可靠程度。
2）各用风地点是否实行分区通风且风量足够。每一生产水平都必须布置回风巷，实行分区通风；采煤和掘进工作面都应采用独立通风；为了防止瓦斯、矿尘和热害事故，要求风量足够。
第五节  矿井通风系统安全性评价
3）矿井通风量供需比。矿井实际风量应大于或等于井下所需风量，它能保证各用风地点风量足够，也可改善井下劳动环境和保障安全生产。
4）通风设备的自动监控系统。主要通风机和局部通风机正常运转很重要：风门失控会造成风流短路和通风系统紊乱，危及井下生产的安全。所以，它们要安装自动监控系统。
5）调节设施的合理性。井下的风门、风窗等调节设施越多，矿井通风系统的稳定性就越低。因此需要时应选择适当位置且尽量少地安装这些设施。
6）是否有利于排除瓦斯和矿尘、防治煤炭自燃及降温。瓦斯、矿尘的积聚会引起爆炸事故；煤炭自燃则直接威胁着矿井安全生产，这些和高温矿井降温均与矿井通风系统及其设备密切相关。
第五节  矿井通风系统安全性评价
7）矿井通风压力。其值越高，井下风量越大，漏风率也越大，管理越困难，因而引起瓦斯积聚和煤炭自燃。 
8）反风系统的灵活程度。进行反风是井下发生火灾、爆炸事故时防止灾害扩大的重要措施。主要通风机必须安装反风设施，并能在10 min内改变巷道中风流方向且风量不小于正常值的40 ％。
9）隔爆装置完善程度。它是阻止瓦斯、煤尘爆炸传播的有效办法。当矿井开采煤尘具有爆炸危险和瓦斯含量高的煤层时，其两翼、相邻的采区、煤层和工作面，都要设置水棚或岩粉棚实行隔离。
复习思考题 
8-1  通风系统包括哪些部分？
8-2  简述拟定矿井通风系统的原则和要求。
8-3  从防止瓦斯积聚、防尘降温等角度分析采煤工作面上行风与下行风各自的优缺点。
8-4  简述矿井通风设计的步骤。
8-5  矿井通风系统主要有哪几种类型？说明其特点及适用条件。
8-6  试述矿井通风系统安全性评价的目的和作用。

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