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中国矿业大学2011级本科生《矿井通风与安全》课程设计
表4-2 井巷掘进费用
方案项目 工程项目 回风大巷 回风井 合计 2)井巷维护费用比较
表4-3 井巷维护费用比较 方案项目 工程项目 回风大巷 回风井 合计 3)通风设备购置费用
矿井主通风机、配套电机设备购置费按100万元计算，主要通风机房必须安装两套主要通风机及配套电机。一套工作，一套备用，则共需要设备费用100×200万元。风机房、风硐、扩散器、防爆门、反风设施等通风设施的土建费按50万元计算，则建一风机房需要250万元。两方案的经济比较见表4-4。
表4-4 通风设备购置费用 方案项目 通风设备费 4)通风总费用比较 通风总费用见表4-5。
表4-5 通风总费用比较 方案项目 井巷掘进费 井巷维护费 通风设备费 总费用 相对百分数 中央边界式（万元） 1194.2 25.35 250 1469.55 118.4% 两翼对角式（万元） 726.8 14.36 500 1241.16 100% 中央边界式 250万元 两翼对角式 250×2万元 [2]
中央边界式 工程量(m) 2623 145 单价(元/m) 4000 10000 1194.2万元 费用(万元) 1049.2 145 两翼对角式 工程量(m) 1342 190 单价(元/m) 4000 10000 726.8万元 费用(万元) 536.8 190 中央边界式 工程量(m) 2623 145 单价(元/m) 90 120 25.35 费用(万元) 23.61 1.74 工程量(m) 1342 190 两翼对角式 单价(元/m) 90 120 14.36 费用(万元) 12.08 2.28 通过经济比较，两方案相差不到18.4%，费用差距比较明显，因此可考虑采用两翼对角式作为通风方式，而且：
①范各庄矿煤层平均走向长10.48km，走向长度较大，井型较大，煤层自燃发火较为严
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重，适应于两翼对角式通风方式；
②两翼对角式通风，风流线路短，阻力小。内部漏风少。安全出口多，抗灾能力强，便于风量调节，矿井风压比较稳定。
所以综合考虑，本设计采用两翼对角式通风。
4.1.3矿井通风机工作方法的确定
矿井通风机的工作方法有抽出式和压入式两种： 1)抽出式的风流运动过程
在服务范围内的风井安设抽出式主通风机。主通风机开始工作后，矿井内的风流处于负压状态，新鲜风流顺着副井进入井下。然后风流沿轨道大巷经采区车场进入煤层。风流流经采煤工作面后，乏风经采区回风巷回到回风大巷，再经风井排到地面。
2)压入式的风流运动过程
在副井井口安设压入式主通风机，进风副井井口要密闭，主井井底和总进风分开。主通风机开始工作后，矿井内的风流处于正压状态，新鲜风流顺着副井进入井下。然后，风流沿轨道大巷经采区车场进入煤层。风流流经采煤工作面后，乏风经采区回风巷回到回风大巷，再经风井排到地面。
表4-6抽出式和压入式的优缺点 工作方式 优 点 整个通风系统处于负压状态，缺 点 在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主要通风机的一部分风流短路。总进风量和工作面通风量都会减少。 采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较难，漏风较大。在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡时期是新旧水平同时产生，战线较长。压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。 抽 当主要通风机因故停止运转时，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。 用压入式通风，能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面，在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下使用比较安全。如果能够严防总风路上的漏风，则压入式主要通风机的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式小。 出式①抽出式主要通风机使井下风流处于负压状态，当一旦主要通风机因故停上运转时，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；
②压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加，比较危险。
③采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困
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难，漏风较大。
④在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主要通风机的一部分风流短路，总进风量和工作面有效风量都会减少。用压入式通风，则能用一部分回风风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面。
⑤如果能够严防总进风路线上的漏风，则压入式主要通风机的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式为小。
⑥在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，过渡时期是新旧水平同时产生，路线较长，有时还须额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得过长。用抽出式通风，就没有这些缺点。
(2)抽出式和压入式的技术经济比较
范各庄矿煤层自燃发火严重，矿井沿通风线路漏风少，通风管理工作比较容易，并且新旧水平过渡容易。另外，主通风机布置在井田边界而不是副井井口，对工业广场不造成噪音污染。因此，综合以上因素，确定主通风机的工作方法为抽出式。
4.2采区通风
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它由采区进风、回风和工作面进风、回风巷道组成的风路连接形式，还包括采区内的风流控制及设施。
采区通风系统的合理与否不仅影响采区内的风量分配及发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全情况。
在通风系统中，要能保证采区风流的稳定性，尽量避免角联风路，尽量减少采区漏风量，新鲜风流在风路上被加热和污染的程度小，回采工作面和掘进工作面都应该独立通风。采区布置独立的回风道，实行分区通风。采区通风系统既要保证质量，安全可靠，又要经济合理。 (1)采区通风总体要求
1) 能够有效地控制采区内风流方向、风量大小和风质； 2) 漏风少； 3) 风流的稳定性高；
4) 有利于排放瓦斯，防止煤尘自燃和纷尘飞扬； 5) 有较好的气候条件； 6) 安全、经济、合理； (2)采区通风的基本要求
采区应该有足够的风量并按需分配到各采面。为此，采区通风设计应满足下列要求： 1) 每个采区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面和掘进面都应采用独立通风，不能串联；
2) 工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定； 3) 煤层倾角大于12°时，不能采用下行通风； 4) 回采工作面的风速不得低于0.25m/s；
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5) 工作面回风流中瓦斯浓度不得超过1%；
6) 必须保证通风设施(风门、风桥、风筒)规格、质量要求； 7) 要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小、风流畅通； 8) 机电硐室必须设在进风流中； 9) 采空区必须要及时封闭；
10) 要有压风自救管路、避灾路线、避灾硐室和局部反风系统。 (3)采区进回风上山的选择
根据《煤矿安全规程》要求：开采容易自燃煤层的采区，必须设置至少1条专用回风巷；低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1条专用回风巷。由于该矿井有自然发火倾向，采取必须设置专用回风巷。 (4)工作面上行风与下行风的确定
工作面通风方式有上行通风和下行通风两种方式。下面对这两种通风方式的优缺点比较如下：
1)上行风风速小时，可能会出现瓦斯分层流动和局部积聚，下行风时，沼气和空气混合能力大，不易出现分层和局部积聚；
2)上行风时，在运输途中瓦斯被带入工作面，工作面瓦斯浓度大，下行风运输途中瓦斯被带入回风巷，工作面瓦斯浓度小；
3)上行风须把风流引导到最低水平，然后上行，路线长，风流被地温加热，且运输设备发热量也加入，故工作面温度高；
4)上行风上隅角瓦斯浓度常超限，限制了生产能力； 5)下行风运输设备在回风巷运转安全性差；
6)下行风比上行风所需的机械风压大，因为要克服自然风压，且一但停风机，工作面风向逆转；
7)下行风工作面若有火源，产生火风压与机械风压相反，会使工作面风量减少，甚至反风，导致瓦斯浓度上升而引起爆炸，故下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风大。
下面的表4-7即为上行风和下行风的比较。通过对上行风和下行风的比较，工作面风流方向除遵照安全规程之规定外又考虑煤层实际起伏情况、回采巷道的布置，再结合本矿北采区12号煤层倾角为13°等条件，确定选择工作面通风方式为上行通风方式。
表4-7回采工作面上、下行通风适用条件及优缺点 通风系统 示意图 上 行 通 风 适用条件及优缺点 适用条件：在煤层倾角大于12度的回采工作面，应采用上行通风。 优点：瓦斯自然流动方向和风流方向一致，有利于较快地降低工作面瓦斯浓度。工作面平巷中的运输设备处于新鲜风流中，安全性好。 缺点：风流方向与运煤方向相反，引起煤尘飞扬，增加了回采工作面的进风流中煤尘浓度；
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同时，煤炭在运输中放出的瓦斯又随风流带到回采工作面，增加了工作面的瓦斯浓度。运输设备运转时所产生的热量随风流散发到回采工作面，使工作面气温升高。 下 行 通 风 适用条件：在没有煤（岩）与沼气（二氧化碳）突出危险的、倾角小于12度的煤层中，可考虑采用下行通风。 优点：工作面下行通风，除了可以降低瓦斯浓度和工作面温度外，不易出现瓦斯分层流动和瓦斯积聚，还可以减少煤尘含量，降低水砂充填工作面的空气温度，有利于提高工作面的产量。 缺点：采用下行风时，运输设备处在回风巷中，安全性较差，下行风发生瓦斯爆炸的可能性要比上行风可能性大。
(5)工作面通风方式
工作面通风方式可分为U型、Y型、Z型、W型，比较如下表4-8所示。
表4-8 工作面通风方式比较表 通风系统 U 型 示意图 优缺点及适用条件 在区内后退式回采方式中，这种通风方式具有风流系统简单、漏风小等优点，但风流线路长，变化大。工作面上偶角易积聚瓦斯，工作面进风巷一次掘进，维护量大。这种通风方式，如果瓦斯不太大，工作面通风能满足要求，即可采用。 当采煤工作面产量大和瓦斯涌出量大时，采用这种方式可以稀释回风流中的瓦斯。对于综采工作面，上下平巷均进新鲜风流有利于上下平巷安装机电设备，可以防止工作面上偶角瓦斯积聚及保证足够的风U形 Y 型 Y形 量。这种通风方式使用于瓦斯涌出量大的工作面，但需要边界准备专用回风上山，增加了巷道掘进、维护费用。 12