內(nèi)科大礦井通風講義08掘進工作面通風

第八章掘進工作面通風掘進井巷時，這些井巷一般只有一個出口，常稱為獨頭巷道。對獨頭巷道的通風稱為掘進通風或局部通風。8.1掘進工作面通風方法按通風動力形式的不同，掘進通風方法可分為局部扇風機通風、礦井總風壓通風和引射器通風三種。其中，局部扇風機通風是最為常用的一種掘進通風方法。8.1.1局部扇風機通風利用局部扇風機作動力，通過風筒導風把新鮮風流送入掘進工作面的通風方法稱為局部扇風機通風。局部扇風機通風按其工作方式不同又分為壓入式、抽出式和混合式三種。8.1.1.1壓入式通風如圖8-1所示，局部扇風機和啟動裝置安設(shè)在離掘進巷道口10m以外的進風側(cè)巷道中，扇風機把新鮮風流經(jīng)風筒壓送到工作面，而污濁空氣沿巷道排出。通風時，氣流貼著巷道壁從風筒出口射出后形成的射流屬于有限貼壁射流（如圖8-2所示）。離開風筒出口后的有限貼壁射流，由于卷吸作用，其射流斷面逐漸擴張，直至射流的斷面達到最大值，此段稱為擴張段；然后，射流的斷面就逐漸減少，直到為零，此段稱為收縮段。顯然，有限貼壁射流的有效射程為Ls=Le+La（8-1）式（8-1）中，Ls－射流的有效射程，即從風筒出口至射流反向的最遠距離，m；Le－射流的擴張段距離，m；La－射流的收縮段距離，m。在巷道邊界條件下，Ls一般按下式計算：（8-2）式（8-2）中，S－掘進巷道的凈斷面積，m2。在射流的有效射程Ls以外，還存在者一個由射流反向流動引起的循環(huán)渦流區(qū)，以Lv表示其長度。在此區(qū)域內(nèi)，大部分空氣沿巷道周壁流動，其范圍在光滑巷道中。如果風筒口距工作面更遠，還可出現(xiàn)第二個循環(huán)渦流區(qū)。循環(huán)渦流區(qū)的空氣不能被排出。所以，為了有效地排出掘進工作面的粉塵和炮煙等，風筒出口到掘進工作面的距離必須小于LS。此外，壓入式通風還要求Ｑ局≤0.7Ｑ巷（Ｑ局、Ｑ巷分別為局扇和局扇所在巷道的風量），以避免產(chǎn)生循環(huán)風流。圖8-1壓入式通風圖8-2有限貼壁射流的有效射程和渦旋擾動區(qū)圖8-3抽出式通風8.1.1.2抽出式通風如圖8-3所示，局部扇風機和啟動裝置安設(shè)在離掘進巷道口10m以外的回風側(cè)，新鮮風流沿掘進巷道流入工作面，而污風經(jīng)風筒由局部扇風機抽出。通風時，在風筒吸入口附近形成一股流入風筒的風流，離風筒口越遠風速越小。所以，只有在距風筒口一定距離以內(nèi)才有吸入炮煙的作用，此段距離稱為有效吸程，見圖8-4。在巷道邊界條件下，有效吸程Le一般計算式為（8-3）：（8-3）在有效吸程Le以外的區(qū)域，空氣作循環(huán)渦旋。循環(huán)渦流區(qū)的空氣不能被排出。所以，為了有效地排出掘進工作面的粉塵和炮煙等，風筒吸口到掘進工作面的距離必須小于Le。圖8-4抽出式通風的有效吸程同樣，抽出式通風也要求Ｑ局≤0.7Ｑ巷，以避免產(chǎn)生循環(huán)風流。8.1.1.3壓入式與抽出式通風的比較及其適用條件（1）壓入式通風時，局部扇風機及其附屬電氣設(shè)備均布置在新鮮風流中，污風不通過局部扇風機，安全性好；而抽出式通風時，對于煤礦含瓦斯的污風通過局部扇風機，若局部扇風機不具備防爆性能，則是非常危險的。非煤礦山?jīng)]有瓦斯問題，應用抽出式通風方式非常普遍，局扇也不需要具備防爆性能。（2）壓入式通風時，風筒出口風速大，有效射程遠，排煙效果好，工作面排污所需的通風時間短；且因風速較大排熱效果也較好；但污風沿整個巷道緩慢排出，污染范圍廣，勞動條件差，巷道排污所需的通風時間長。抽出式通風時，風筒吸入口有效吸程小，掘進施工中難以保證風筒吸入口到工作面的距離在有效吸程之內(nèi)；與壓入式通風相比，抽出式風量小，工作面排污所需的時間長；然而，抽出式通風時新鮮風流沿巷道進入工作面，整個巷道空氣清新，勞動環(huán)境好，且受污風污染的巷道長度僅為工作面至風筒吸口的長度，污風污染巷道長度短，巷道排污所需的通風時間短。（3）壓入式通風可使用柔性風筒，其成本低、重量輕、安裝與運輸也方便，且由于Ｐ內(nèi)＞Ｐ外（Ｐ內(nèi)、Ｐ外分別為風筒內(nèi)和外的靜壓），風筒漏風對巷道也有一定的排污作用。而抽出式通風的風筒承受負壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風筒，成本高，重量大，安裝與運輸也不方便。8.1.1.4混合式通風混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯(lián)合運用，按局部扇風機和風筒的布設(shè)位置，分為長壓短抽、長抽短壓和長抽長壓三種。圖8-5長抽短壓混合通風（1）長抽短壓（前壓后抽）。如圖8-5（a）所示，工作面的污風由壓入式風筒壓入的新風予以沖淡和稀釋，由抽出式主風筒排出。其中抽出式風筒須用剛性風筒或帶剛性骨架的可伸縮風筒，若采用柔性風筒，則可將抽出式局部扇風機移至風筒入風口，改為壓出式，由里向外排出污風，如圖8-5（b）。（2）長壓短抽（前抽后壓）。圖8-6長壓短抽混合通風新鮮風流經(jīng)壓入式長風筒送入工作面，工作面污風經(jīng)抽出式風筒后沿巷道排出，如圖8-6所示?；旌鲜酵L兼有抽出式與壓入式通風的優(yōu)點，通風效果好，是大斷面長距離巖巷掘進的較好通風方式。它的主要缺點一是增加了一套通風設(shè)備，電能消耗大，管理比較復雜；二是降低了壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內(nèi)的風量，當掘進巷道斷面大時，風速就更小。8.1.1.5可控循環(huán)通風如圖8-7所示，當壓入式局部扇風機的吸入風量既大于礦井總風壓供給設(shè)置壓入式局扇巷道的風量，又大于抽出式局部扇風機的風量，則從掘進工作面排出的部分污濁風流，會再次經(jīng)壓入式局部扇風機送往用風地點，故稱其為循環(huán)風。循環(huán)通風按是否摻有適量外界新風分為可控制循環(huán)通風（也稱為開路循環(huán)通風）和閉路循環(huán)通風。摻有適量外界新風的循環(huán)通風稱為可控制循環(huán)通風，而不摻有外界新風的循環(huán)通風叫做閉路循環(huán)通風。圖8-7可控循環(huán)通風當使用閉路循環(huán)通風系統(tǒng)時，因無任何出口，在封閉的循環(huán)區(qū)域中的有毒有害物質(zhì)濃度必然會越來越大。因此，如果沒有可靠的氣體凈化裝備，要嚴禁采用循環(huán)通風。如果循環(huán)通風是在一個敞開的區(qū)域內(nèi)，且連續(xù)不斷地有適量的新鮮風流摻入到循環(huán)風流中，經(jīng)理論與實踐證明，這部分有控制的循環(huán)風流中的污染物濃度僅僅取決于該地區(qū)內(nèi)污染物的產(chǎn)生率及流過該地區(qū)的新鮮風量的大小，故循環(huán)區(qū)域中任何地點的污染物濃度，都不會無限制地增大，而是趨于某一限值。可控循環(huán)局部通風多使用空氣凈化裝置或空氣調(diào)節(jié)裝置。根據(jù)污染源產(chǎn)生方式的不同，可控循環(huán)局部通風所需的風量也不同。對于連續(xù)性污染源，可控循環(huán)局部通風所需的風量為：（8-4）式（8-4）中，G—污染源強度，mg/s；Kk—風流摻混系數(shù)；ηk—凈化裝置的效率；Cp—污染物的允許濃度，mg/m3；εk—風流循環(huán)系數(shù)，等于循環(huán)風量與總風量之比；Ck—新鮮風流中的污染物濃度，mg/m3。對于陣發(fā)性污染源，可控循環(huán)局部通風所需的風量可按下式計算：（8-5）式（8-5）中，Vk—作業(yè)面通風空間的體積，m3；t—達到安全濃度所需的通風時間，s；C0—通風空間中污染物的初始濃度，mg/m3。可控循環(huán)局部通風的優(yōu)點：①采用混合式可控循環(huán)通風時，掘進巷道風流循環(huán)區(qū)內(nèi)側(cè)的風速較高，避免了有毒有害氣體的積聚，同時也降低了等效溫度，改善了掘進巷道中的氣候條件；②當在局部通風機前配置除塵器時，可降低礦塵濃度；③在供給掘進工作面相同風量條件下，可降低通風能耗?？煽匮h(huán)局部通風的缺點是：①對于煤礦，由于流經(jīng)局部扇風機的風流中含有一定濃度的瓦斯和粉塵，必須應用防爆除塵扇風機；②循環(huán)風流通過運轉(zhuǎn)扇風機后得到了不同程度的加熱，再返回掘進工作面，使工作面溫度上升；③當工作面附近發(fā)生火災時，煙流會返回掘進工作面，故安全性差，抗災能力弱。故要求有循環(huán)風流通過的局部扇風機在掘進工作面災變時，必須能立即進行控制，以停止循環(huán)通風，恢復常規(guī)通風。綜上所述，對使用可控循環(huán)通風提出下列要求：（1）在可控循環(huán)通風系統(tǒng)中，必須裝有毒有害氣體、瓦斯、風量、粉塵等自動監(jiān)測裝置及可靠的報警裝置，同時還必須進行常規(guī)環(huán)境檢測分析。（2）對循環(huán)扇風機實現(xiàn)自動開關(guān)和風量控制。對使用可控循環(huán)風的混合式通風，抽出式與壓入式的兩臺扇風機間須設(shè)閉鎖裝置，保證主要的局部扇風機啟動后，有循環(huán)風通過的局部扇風機再啟動，以免形成閉路循環(huán)風流。同時必須適當?shù)乜刂瞥槌鍪脚c壓入式兩臺局部扇風機的風量比，以獲得可控循環(huán)通風的最佳除塵和降溫效果。8.1.2礦井總風壓通風礦井總風壓通風是利用礦井主要扇風機的風壓，借助導風設(shè)施把主導風流的新鮮空氣引入掘進工作面。其通風量取決于可利用的風壓和風道風阻。按其導風設(shè)施不同可分為：（1）風筒導風。在巷道內(nèi)設(shè)置擋風墻截斷主導風流，用風筒把新鮮空氣引入掘進工作面，污濁空氣從獨頭掘進巷道中排出，如圖8-8所示。圖8-8風筒導風此種方法輔助工程量小，風筒安裝、拆卸比較方便，通常用于需風量不大的短巷掘進通風中。（2）平行巷道導風。如圖8-9所示，在掘進主巷的同時，在附近與其平行掘一條配風巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯(lián)絡(luò)巷，形成貫穿風流，當新的聯(lián)絡(luò)巷溝通后，舊聯(lián)絡(luò)巷即封閉。兩條平行巷道的獨頭部分可用風幛或風筒導風，巷道的其余部分用主巷進風，配巷回風。圖8-9平行巷道導風此方法常用于當運輸、通風等需要開掘雙巷時。此法也常用于解決長距離巷道掘進時通風的困難。（3）鉆孔導風。離地表或鄰近水平巷道較近處掘進長距離巷道時，可用鉆孔提前將掘進巷道與地表或鄰近水平巷道溝通，以便形成貫穿風流。為增大風量，可利用大直徑鉆孔或在鉆孔口安裝扇風機。見圖8-10。圖8-10鉆孔導風（4）風幛導風。如圖8-11所示，在巷道內(nèi)設(shè)置縱向風幛，把風幛上游一側(cè)的新風引入掘進工作面，清洗工作面后的污風從風幛下游一側(cè)排出。根據(jù)建筑的材料不同，風幛可分為磚風幛、木板風幛和柔性（帆布、塑料布等）風幛等。這種導風方法，構(gòu)筑和拆除風幛的工程量大。適用于短距離或無其它好方法可用時采用。圖8-11風幛導風與引射器通風8.1.3引射器通風利用引射器產(chǎn)生的通風負壓，通過風筒導風的通風方法稱引射器通風。引射器通風一般都采用壓入式，如圖8-12所示。為了加大供風量和送風距離，除了提高引射器的射流壓力外，還可采取多臺引射器分散串聯(lián)作業(yè)。兩臺引射器串聯(lián)間距至少應大于其引射流場的影響長度。引射器通風的優(yōu)點是：無電氣設(shè)備，無噪音；還具有降溫、降塵作用；在煤礦瓦斯突出嚴重的煤層掘進時，用它代替局部扇風機通風，設(shè)備簡單，安全性較高。其缺點是：風壓低，風量小，效率低，水力引射器還存在巷道積水問題。8-12引射器通風1—風筒；2-引射器；3—水管（或風管）8.2掘進工作面風量計算掘進工作面污濁空氣的主要成分是爆破后的炮煙、鑿巖的粉塵、各種作業(yè)工序所產(chǎn)生的有毒有害氣體，故局扇通風所需風量也就以排出炮煙、有害氣體和粉塵作為計算依據(jù)，同時考慮柴油設(shè)備產(chǎn)生的熱量排出問題。對于煤礦掘進面，需風量計算首先要考慮瓦斯排出問題。8.2.1按排除炮煙計算所需風量（1）壓入式通風。當風筒出口到掘進工作面的距離時，掘進工作面所需風量（即風筒出風口的風量）可按式（8-6）計算。（8-6）式（8-6）中，Qp—壓入式通風時掘進工作面所需風量，m3/s；t—通風時間，s，一般取1200～1800s；A—一次爆破的炸藥消耗量，kg；b—每千克炸藥爆破產(chǎn)生的CO量，煤巷爆破取100L/kg，巖巷爆破取40L/kg；S—巷道斷面積，m2；L—巷道通風長度，m；—風筒始端（風筒與扇風機連接端）與末端（風筒靠近工作面的一端）的風量比，即風筒漏風備用系數(shù)系數(shù)；Cq—通風所要達到的CO濃度允許值，常取0.02%作為通風的初步要求以計算風量，%。若取b=100L/kg，=1，Cq=0.02，可得：（8-7）（2）抽出式通風。當風筒出口到掘進工作面的距離時，掘進工作面所需風量（即風筒入風口的風量）可按式（8-8）計算。（8-8）式（8-8）中，Qe—抽出式通風時掘進工作面所需風量，m3/s；Lt—炮煙拋擲帶長度，其大小取決于爆破方式及炸藥消耗量，電雷管起爆且爆破后立即開始通風時Lt=15+EQ\F(A,5)，火雷管起爆且爆破后立即開始通風時Lt=15+A，m。若取b=100L/kg，Cq=0.02，可得：（8-9）（3）混合式通風。在長抽短壓混合式布置時，壓入式扇風機風筒出口風量Qp按（8-6）式計算，計算中L取抽出式風筒出風口或壓入式局扇入風口到掘進工作面的距離。為了防止循環(huán)風和維持風筒重疊段巷道內(nèi)具有最低的排塵或稀釋瓦斯風速，則抽出式風筒吸風口風量Qe應大于壓入式風筒出風口風量Qp，即：（8-10）（8-11）式（8-10）和（8-11）中，v—風筒重疊段巷道的最低排塵風速，一般為0.15m/s～0.25m/s，稀釋沼氣的最低風速為0.5m/s；S1—風筒重疊段的巷道面積，m2。在長壓短抽混合式布置時，抽出式扇風機風筒入口風量Qe按（8-8）式計算。為了防止循環(huán)風和維持風筒重疊段巷道內(nèi)具有最低的排塵或稀釋瓦斯風速，則壓入式風筒的出風口風量Qp應大于抽出式風筒吸風口風量Qe，即：（8-12）（8-13）8.2.2按排出瓦斯計算所需風量（8-14）式（8-14）中，Qw—排出掘進工作面瓦斯所需風量，m3/s；Qq—掘進巷道平均瓦斯涌出量，m3/s；Kq—瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.5～2.0；Cp—掘進井巷回風流中瓦斯最高允許濃度，%；Ci—掘進井巷進風流中的瓦斯?jié)舛龋?。8.2.3按礦塵濃度不超過允許濃度計算所需風量按照風流的稀釋作用，風流中保證礦塵濃度不超過允許濃度的風量可按下式計算：（8-15）式（8-15）中，Qd—稀釋掘進工作面粉塵不超過允許濃度所需風量，m3/s；E—掘進巷道的產(chǎn)塵量，mg/s；GP—最高允許含塵量，當?shù)V塵中含游離SiO2達到或超過10%時為2mg/m3，當?shù)V塵中含游離SiO2小于10%時為10mg/m3；Gi—進風流中含塵量，一般要求不超過0.5mg/m3。8.2.4按最低排塵或排瓦斯風速計算風量（8-16）式（8-16）中，Q0—排出掘進工作面粉塵或瓦斯所需風量，m3/s；v0—最低排塵或排瓦斯風速，巖石巷道按排塵確定為0.15m/s，半煤巖巷或煤巷按不能形成瓦斯層的最低風速確定為0.25m/s。8.2.5按排出柴油機廢氣中的有害成分和熱量計算所需風量柴油設(shè)備具有生產(chǎn)能力大、效率高和機動靈活等優(yōu)點，在金屬礦山得到了廣泛的應用。（1）按稀釋柴油設(shè)備排出的有害成分不超過允許濃度計算所需風量。柴油設(shè)備所排放的廢氣成分很復雜，所包含的有害成分有氮氧化合物、含氧碳氫化合物、低碳化合物、硫的化合物、碳氧化合物、油煙等，其主要成分是一氧化碳和氮氧化合物。按照風流的稀釋作用，風流中保證柴油設(shè)備所排出的有害成分不超過允許濃度的風量可按式（8-17）計算：（8-17）式（8-17）中，Qc—稀釋掘進工作面柴油設(shè)備所排放的有害成分不超過允許濃度所需的風量，m3/s；Ec—柴油設(shè)備有害成分的平均排放量，mg/s；Gc—有害成分的最高允許濃度，一氧化碳的Gc=30mg/m3，氮氧化合物的Gc=5mg/m3。（2）按帶走柴油設(shè)備所排出的熱量計算所需風量。（8-18）（8-19）式（8-18）和（8-19）中，Qr—帶走掘進工作面柴油設(shè)備所排放的熱量所需的風量，m3/s；qr—帶走柴油設(shè)備單位功率產(chǎn)生的熱量所需的風量，qr=0.06～0.07m3/(s·kW)；Nr—所有柴油設(shè)備的總功率，kW；N1、N2、N3、…、Nn—各種柴油設(shè)備的額定功率，kW；K1、K2、K3、…、Kn—各種柴油設(shè)備實際運轉(zhuǎn)時間占總工作時間的比例。8.2.6按巷道最高風速進行驗算在巖巷、半煤巖和煤巷中，最高允許風速為4m/s。因此，按上述各式分別計算出來的Qp（或Qe）、Qw、Qd、Q0、Qc和Qr中，應選擇其中的一個最大者Qmax進行最高風速驗算，若符合要求，該Qmax就是井巷掘進工作面的合理需風量；若不符合要求，就要進行重新設(shè)計和計算。8.3局部通風裝備局部通風裝備是由局部通風動力設(shè)備（包括局部扇風機、引射器）、風筒及附屬裝置組成。8.3.1風筒風筒是最常見的導風裝置。對風筒的基本要求是漏風小、風阻小、重量輕、拆裝簡便。8.3.1.1風筒的種類風筒按其材料力學性質(zhì)可分為剛性和柔性兩種。剛性風筒是用金屬板或玻璃鋼制成。常用的鐵風筒規(guī)格如表8-1所示。玻璃鋼風筒比金屬風筒輕便、抗酸和堿的腐蝕性強以及摩擦阻力系數(shù)小。柔性風筒是應用更廣泛的一種風筒，通常用橡膠、塑料制成；常用的膠布風筒規(guī)格如表8-2所示；其最大優(yōu)點是輕便、可伸縮、折裝運搬方便。為了滿足抽出式通風的要求，目前有用金屬螺旋彈簧鋼絲為整體骨架的可伸縮風筒，如圖8-11所示。它既可承受一定的負壓，又具有伸縮的特點，比鐵風筒質(zhì)量輕，使用方便。礦山常用的風筒直徑有300mm、400mm、500mm、600mm和800mm等規(guī)格。如果允許，應盡力采用較大直徑的風筒，大直徑風筒的通風效果好、單位通風量能耗低。圖8-13可伸縮風筒8.3.1.2風筒的接頭剛性風筒一般采用法蘭盤連接方式。柔性風筒的接頭方式有插接（圖8-13（b））、單反邊接頭（圖8-14）、雙反邊接頭（圖8-15）、活三環(huán)多反邊接頭、螺圈接頭等多種形式。插接方式最簡單，但漏風大；反邊接頭漏風較小，不易脹開，但局部風阻較大；后兩種接頭漏風小、風阻小，但易脹開，拆裝比較麻煩，通常在長距離掘進通風時采用。圖8-14單反邊接頭圖8-15雙反邊接頭1、2—鐵環(huán)1、2—鐵環(huán)8.3.1.3風筒的風阻風筒的風阻由摩擦風阻和局部風阻組成。（8-20）（8-21）（8-22）式中，R—風筒的風阻，N·s2/m8；Rf—風筒的摩擦風阻，N·s2/m8；Re—風筒的局部風阻，N·s2/m8；Ra—風筒所有接頭的局部風阻，N·s2/m8；Rb—風筒所有彎頭的局部風阻，N·s2/m8；L0—風筒的長度，m；S—風筒的斷面積，m2；P—風筒的斷面周長，m；α—風筒的摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；ρ—空氣密度，kg/m3；n—風筒的接頭數(shù)；ξa—風筒的接頭局部阻力系數(shù)；ξbj—風筒第j個彎頭的局部阻力系數(shù)，可按拐彎角度β從圖8-14中查出；k—風筒的彎頭數(shù)。圖8-16風筒彎頭的局部阻力系數(shù)將式（8-21）和（8-22）代入（8-20）得：（8-23）對于圓形風筒，，因此（8-24）式（8-24）中，D—風筒的直徑，m。（1）風筒的摩擦阻力系數(shù)α。同直徑的剛性風筒，α值可視為常數(shù)。金屬風筒的α值可按表8-3選取，玻璃鋼風筒的α值可按表8-4選取。表8-3金屬風筒摩擦阻力系數(shù)風筒直徑200300400500600800α×104/N·s2·m-44944.139.234.329.424.5表8-4JZK系列玻璃鋼風筒摩擦阻力系數(shù)風筒型號JZK-800-42JZK-800-50JZK-700-36α×104/N·s2·m-419.6～21.619.6～21.619.6～21.6柔性風筒和帶剛性骨架柔性風筒的摩擦阻力系數(shù)皆與其壁面承受的風壓有關(guān)。柔性風筒隨壓入式通風風壓的提高而鼓脹，其α值略有減??；對KSS600-X型帶剛性骨架的塑料風筒的測定表明，帶剛性骨架的塑料風筒的α值隨抽出式通風負壓的增大而略有增大。（2）風筒的接頭局部阻力系數(shù)ξa。當金屬風筒用法蘭盤連接，內(nèi)壁較光滑時，ξa可以忽略不計。而柔性風筒的接頭套圈向內(nèi)凸出，風壓大，風筒壁鼓脹，則套圈向內(nèi)凸出就越多，其ξa也就越大。帶剛性骨架的柔性風筒采用圖8-13所示的快速接頭軟帶時，其ξa隨壓力增大而略有減少。在實際應用中，整列風筒風阻除與長度和接頭等有關(guān)外，還與風筒的吊掛、維護等管理質(zhì)量密切相關(guān)，很難用式（8-23）或（8-24）進行精確計算，一般都根據(jù)實測風筒百米風阻（包括摩擦風阻和局部風阻）作為衡量風筒管理質(zhì)量和設(shè)計的數(shù)據(jù)。表8-5是開灤某礦和重慶煤科分院實測的風筒百米風阻值的結(jié)果。當缺少實測資料時，膠布風筒的摩擦阻力系數(shù)α與百米風阻（吊掛質(zhì)量一般）R100可參用表8-6所列數(shù)據(jù)。表8-6膠布風筒的摩擦阻力系數(shù)與百米風阻值風筒直徑/mm3004005006007008009001000α×104/N·s2·m-45349454138323029R100/N·s2·m-8412314943414.76.53.32.08.3.1.4風筒的漏風正常情況下，金屬和玻璃鋼風筒的漏風，主要發(fā)生在接頭處，膠布風筒不僅接頭而且在全長的壁面和縫合針眼處都漏風，所以風筒漏風屬連續(xù)的均勻漏風。漏風使局部扇風機風量（即風筒與扇風機連接端風量，又稱風筒始端風量）與掘進工作面獲得的風量（即風筒靠近工作面一端的風量，又稱風筒末端風量）不等。因此，用風筒始、末兩端風量的幾何平均值作為通過風筒的平均風量Q，即（8-25）顯然與之差就是風筒的漏風量，它與風筒種類、接頭數(shù)目、接頭方法和質(zhì)量、風筒直徑以及風壓等有關(guān)，但更主要的是與風筒的維護和管理密切相關(guān)。反映風筒漏風程度的指標參數(shù)如下：（1）風筒的漏風率。風筒的漏風量占局部扇風機工作風量的百分數(shù)稱為風筒的漏風率，用ηl表示。雖能反映風筒的漏風情況，但不能作為對比指標。故常用的是風筒的百米漏風率這個指標。（8-26）表8-7柔性風筒百米漏風率風筒接頭類型/%膠接0.1~0.4雙反邊0.6~4.4多層反邊3.05插接12.8一般柔性風筒的百米漏風率可從表8-7的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)中查取。使用中，一般柔性風筒的百米漏風率應符合表8-8的數(shù)值。表8-8柔性風筒的百米漏風率應符合的標準通風距離/m<200200～500500～10001000～2000>2000/%<15<10<3<2<1.5（2）風筒的有效風量率。掘進工作面獲得的風量占局部扇風機工作風量的百分數(shù)，稱為風筒的有效風量率。（8-27）（3）風筒漏風的備用系數(shù)。風筒有效風量率的倒數(shù)，稱為風筒漏風的備用系數(shù)。即：（8-28）風筒漏風的備用系數(shù)是大于1的系數(shù)，它越大表明風筒漏風越嚴重。金屬風筒的漏風主要發(fā)生在連接處。若把風筒的漏風看成是連續(xù)的，且漏風狀態(tài)是紊流，金屬風筒的漏風備用系數(shù)值可按下式計算：（8-29）式（8-29）中，K—相當于直徑為1m的金屬風筒每個接頭的漏風率，與風筒的連接質(zhì)量和方式有關(guān)，如插接時=0.0026～0.0032m3/s·Pa1/2，法蘭盤連接用草繩墊圈時=0.002～0.0026m3/s·Pa1/2，法蘭盤連接用膠質(zhì)墊圈時=0.003～0.0016m3/s·Pa1/2；n—風筒的接頭數(shù)；R0—每米風筒的風阻，N·s2/m8。柔性風筒不僅接頭漏風，在風筒全長上都有漏風，而漏風量隨風筒內(nèi)風壓增大而增大。將式（8-26）和（8-27）代入式（8-28），得柔性風筒的值計算公式為：（8-30）柔性風筒的漏風若僅考慮接頭漏風而忽略在風筒全長其它各處的漏風，則，將其代入（8-30）得柔性風筒值的近似計算公式為（8-31）式（8-31）中，—柔性風筒每個接頭的漏風率，插接時=0.01～0.02；螺圈反邊接頭時=0.005。8.3.2引射器66圖8-17引射器通風原理示意圖1-噴管；2-噴嘴；3-混合管；4-擴散器；5-風筒引射器是一種輸送流體的裝置。其原理如圖8-17所示，由噴管1、引射管6、混合管3及擴散器4所組成。高壓流體從噴嘴2噴出形成射流，卷吸周圍部分空氣一起前進，在引射管內(nèi)形成一個低壓區(qū)，使被引射的空氣連續(xù)被吸進，與射流共同進入混合管3，再經(jīng)擴散器4流出，此過程稱為引射作用。顯然，引射作用的實質(zhì)是高壓射流將自身的部分能量傳遞給被引射的流體。引射器有水力引射器和壓氣引射器兩種。水力引射器是以高壓水為動力的，即流經(jīng)噴嘴的是高壓水。工作水壓一般在1.5～3.0MPa，超過3.0MPa時經(jīng)濟效益差，低于0.5MPa時引射效果差。壓氣引射器是以壓縮空氣為動力的，即流經(jīng)噴嘴的是壓縮空氣。按照壓氣噴嘴的形式不同，壓氣引射器分為兩種，一種是中心噴嘴式壓氣引射器（如圖8-17），另一種是環(huán)隙式壓氣引射器。環(huán)隙式壓氣引射器的噴頭是一個環(huán)縫間隙。在結(jié)構(gòu)上，環(huán)隙式壓氣引射器有一個環(huán)形氣室，在環(huán)形氣室上留有環(huán)縫間隙，壓氣經(jīng)過濾后，由進氣管進入環(huán)形氣室，從環(huán)隙噴頭噴出，噴出的高壓氣流沿凸緣表面（相當于壓氣引射器的混合管）流動，并在凸緣表面附近產(chǎn)生負壓區(qū)，使外界空氣沿集風器（相當于壓氣引射器的引射管）流入，與高速射流混合后，通過擴散器，使動能大部分轉(zhuǎn)化為壓能，用以克服風筒阻力。環(huán)隙式引射器的工作氣壓一般在0.4～0.5MPa，環(huán)縫間隙寬度為0.09～0.15mm，引射風量為40～140m3/min，通風壓力為255～1080Pa，耗氣量3～6m3/min。引射器的引射特性與射流的壓力及噴口的結(jié)構(gòu)和大小有關(guān)。射流壓力升高，引射的風量和送風距離均增加，但耗水（氣）量也增加。8.3.3局部扇風機井下局部地點通風所用的扇風機稱為局部扇風機。掘進工作面通風要求局部扇風機體積小、風壓高、效率高、噪聲低、性能可靠、堅固防爆。局部扇風機的選擇可參閱有關(guān)產(chǎn)品目錄。8.4局部通風設(shè)計局部通風設(shè)計是根據(jù)開拓、開采巷道布置、掘進區(qū)的自然條件以及掘進工藝，確定合理的局部通風方法及其布置方式，選擇合適的風筒與局部扇風機。8.4.1局部通風系統(tǒng)的設(shè)計原則局部通風是礦井通風系統(tǒng)的一個重要組成部分，其新風取自礦井主風流，其污風又排入礦井主風流。其設(shè)計原則可歸納如下：（1）礦井和采區(qū)通風系統(tǒng)設(shè)計應為局部通風創(chuàng)造條件；（2）局部通風系統(tǒng)要安全可靠、經(jīng)濟合理和技術(shù)先進；（3）盡量采用技術(shù)先進的低噪音、高效型局部扇風機；（4）壓入式通風宜用柔性風筒，抽出式通風宜用帶剛性骨架的可伸縮風筒或完全剛性的風筒。風筒材質(zhì)應選擇阻燃、抗靜電型；（5）當一臺扇風機不能滿足通風要求時，可考慮選用兩臺或多臺局部扇風機聯(lián)合運行。8.4.2局部通風設(shè)計步驟與方法局部通風設(shè)計的步驟是：（1）確定局部通風系統(tǒng)，繪制掘進巷道局部通風系統(tǒng)布置圖；（2）按通風方法和最大通風距離，選擇風筒類型與直徑；（3）計算局部扇風機風量和風筒出口風量；（4）按掘進巷道通風長度變化，分階段計算局部通風系統(tǒng)總阻力；（5）計算所用局部扇風機設(shè)計風量和風壓，選擇局部扇風機；（6）按礦井災害特點，選擇配套的安全技術(shù)裝備。8.4.2.1風筒的選擇選用風筒要與局部扇風機選型一并考慮，其原則是：（1）風筒直徑能保證最大通風長度時局部扇風機的供風量能滿足工作面通風的要求；（2）在巷道斷面容許的條件下，盡可能選擇直徑較大的風筒，以降低風阻，減少漏風，節(jié)約通風電耗；一般來說，豎井鑿進時，選用600～1000mm的鐵風筒或玻璃鋼風筒；通風長度在200m以內(nèi)，宜選用直徑為400mm的風筒；通風長度200～500m時，宜選用直徑500mm的風筒；通風長度500～1000m時，宜選用直徑800～1000mm的風筒。8.4.2.2局部扇風機的選型已知井巷掘進所需風量和所選用的風筒，即可求算風筒的通風阻力。根據(jù)風量和風筒的通風阻力，在可供選擇的各種局部扇風機中就可以選擇出合適的局部扇風機。（1）確定局部扇風機的工作參數(shù)。根據(jù)掘進工作面所需風量和風筒的漏風情況，用式（8-32）計算扇風機的工作風量。（8-32）壓入式通風時，設(shè)風筒出風口的局部阻力和局部阻力系數(shù)分別為hvo和ξp，則：（8-33）根據(jù)風機全壓計算公式可得：（8-34）式（8-34）中，Ht—局部扇風機全風壓，Pa。對于圓形風筒，；又壓入式通風時風筒的出風口可認為是突然擴散到大氣的，其局部阻力系數(shù)ξp=1。所以，將其代入式（8-34）得：（8-35）抽出式通風時，設(shè)風筒入風口的局部阻力和局部阻力系數(shù)分別為hei和ξe，則：（8-36）根據(jù)風機靜壓計算公式可得：（8-37）式（8-37）中，Hs—局部扇風機靜風壓，Pa。對于圓形風筒，；又抽出式通風時，風筒完全修圓的入風口ξe=0.1，風筒不加修圓的直角入風口ξe=0.5～0.6。假設(shè)風筒入風口，則，將其代入式（8-34）得：（8-38）（2）選擇局部扇風機。根據(jù)需要的Qa、Ht（或Hs）的值，在各類局部扇風機特性曲線的合理工作范圍內(nèi)，選擇出長期運行效率較高的局部扇風機。局扇分軸流式和離心式兩種。礦用局扇多為軸流式。這種局扇體積較小，效率也較高，但噪音較大。我國目前生產(chǎn)的軸流式局扇有防爆型系列和非防爆型系列。在實際生產(chǎn)中，通常不進行局扇的選擇計算，而是通常根據(jù)經(jīng)驗選取局部扇風機。表8-10為掘進工作面局部扇風機與風筒配套使用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。8.4.3局部扇風機的聯(lián)合作業(yè)如果通風距離較長或工作面需風量較大時，常出現(xiàn)一臺局部扇風機工作風壓或工作風量不能滿足要求的情況，此時可選用兩臺或兩臺以上的局部扇風機進行聯(lián)合作業(yè)。局部扇風機聯(lián)合作業(yè)的方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。需要注意的是：無論局扇采用哪種聯(lián)合作業(yè)方式都存在一定缺點，所以在一般情況下應盡量不用局扇串聯(lián)或并聯(lián)通風，應力求提高風筒制造和安裝質(zhì)量，加強管理，減少漏風，以發(fā)揮單臺局扇的效能。（１）局部扇風機串聯(lián)作業(yè)。當通風距離長，風筒風阻大，選擇不到高風壓的局部扇風機，而一臺局部扇風機的工作風壓又不能保證掘進工作面需風量時，可采用兩臺或多臺局部扇風機串聯(lián)作業(yè)。串聯(lián)的方式有集中串聯(lián)和間隔串聯(lián)。若兩臺或多臺局部扇風機之間僅用較短（1～2m）的鐵風筒連接，稱為集中串聯(lián)，如圖8-18（a）所示；若局部扇風機分別布置在風筒的端部和中部，則稱為間隔串聯(lián)，如圖8-18（b）所示。局部扇風機串聯(lián)的布置方式不同，沿風筒的壓力分布也不同。集中串聯(lián)的風筒全長均應處于正壓狀態(tài)，以防柔性風筒抽癟。但靠近扇風機側(cè)的風筒承壓較高致使柔性風筒容易脹裂，且漏風較大。間隔串聯(lián)的風筒承壓較低，風筒漏風也較少。但當兩臺局部扇風機相距過遠時，其連接風筒可能出現(xiàn)負壓段，如圖8-18（c）所示，使柔性風筒抽癟而不能正常通風。因此，兩臺局部扇風機間隔串聯(lián)時，為保證不出現(xiàn)負壓區(qū)，兩臺局部扇風機的串聯(lián)間距不應超過風筒全長的三分之一，以盡量保證整列風筒均呈如圖8-18（b）所示的正壓狀態(tài)。圖8-18局部扇風機的串聯(lián)布置（2）局部扇風機并聯(lián)。當風筒風阻不大，選擇不到大風量的局部扇風機，而用一臺局部扇風機又供風不足時，可采用兩臺或多臺局部扇風機進行集中并聯(lián)作業(yè)。8.5長巷道和天井及豎井掘進時的局部通風8.5.1長距離掘進巷道的局部通風礦井建設(shè)施工中常要掘進長距離的巷道，掘進這類巷道時，多采用局扇通風。為了獲得良好的通風效果，需要注意以下幾方面的問題：（1）通風方式要選擇得當。長距離巷道掘進時，采用壓入式通風，污風在巷道內(nèi)流動時間長，受污染的范圍大。在安全允許的條件下，應盡量采用混合式通風。（2）采用局部扇風機聯(lián)合作業(yè)。為克服風筒過大的風阻，可采用局扇串聯(lián)作業(yè)。當風筒風阻不大而需風量較大時，也可采用局部扇風機并聯(lián)通風。并聯(lián)作業(yè)應根據(jù)風筒和扇風機的具體條件合理使用。（3）條件許可時，盡量選用大直徑的風筒，以降低風筒風阻，提高有效風量；也可采用單機雙風筒并聯(lián)通風。（4）增加風筒的節(jié)長，改進接頭方式，保證風筒的接頭質(zhì)量。減少節(jié)頭數(shù)可減少接頭風阻，改進接頭方式和保證風筒的接頭質(zhì)量可減少風筒接頭處的漏風。（5）風筒懸吊力求“平、直、緊”，以減小局部阻力。扇風機與風筒應盡量安裝在一條直線上，轉(zhuǎn)彎時應避免急彎；風筒與扇風機直徑應相同，不一致時應采用緩變直徑的大小接頭。（6）減少風筒漏風。金屬風筒接頭處要加膠墊，螺栓齊全、擰緊。柔性風筒要粘補所有針眼（吊環(huán)鼻、縫線）和破口。（7）風筒應設(shè)放水孔，及時放出風筒中凝集的積水。（8）加強局扇和風筒的維修和管理，并實行定期巡回檢查風筒狀況的制度。有時，還可利用鉆孔配合局扇進行長距離巷道掘進時的通風。如圖8-19，當掘進距離地表較近的長巷道時，可以借助鉆孔通風，新鮮風由巷道進入，污風由安裝在鉆孔上的局扇抽至地面。圖8-19HYPERLINK"file:///F:\\2007學習研究\\教指委教材\\礦井通風與空氣調(diào)節(jié)教材\\王文才編寫\\插圖\\t3-11.ti