金华山主扇改造设计方案(新).doc

附件：金华山煤矿主要通风机改造方案一、矿井概况矿井开拓方式为三条反斜井开拓，井底车场、运输大巷、总回风巷均布置在奥陶纪灰岩中，井底车场标高+665m。矿井提升方式为斜井提升，主井采用钢丝绳芯胶带式输送机提升，材料井为一吨矿车单钩串车提升，行人井为架空乘人装置运送人员。金华山煤矿位于陕西省铜川市印台区高楼河乡，距铜川市37km，西邻鸭口煤矿，东邻朱家河煤矿。井田内最高高程1020m，最低高程798m，一般高程930m。相对高差最大222m。开采标高由530m-850m。金华山井田东部边界外现有地方煤矿3处，分别为蒲城县安东煤矿、南加禄煤矿和白水县林皋煤矿。金华山煤矿1958年9月由西安煤矿设计研究院设计，1958年10月开工，1963年元月停工下马，1968年12月复工重建，设计生产能力为年产45万吨，设计服务年限98年，1970年10月由原西北煤管局批准投产。于1983年编制了金华山矿扩建初步设计，扩建工程于1984年7月开工，1988年12月投产，生产能力由原来的45万t/a扩大到90万t/a。2005年核定矿井生产能力105万t/a，现生产能力90万t/a。金华山矿目前单水平单翼回采，划分为两个自然采区，分别为600采区和东二扩大区西翼采区；接续采区一个为南翼采区。600采区布置一个综采工作面和两个掘进工作面；东二扩大区采区布置一个综采工作面和两个掘进工作面；南翼开拓采区布置两个掘进工作面。矿井采用“三进一回”中央分列式通风系统。人行斜井、副斜井和主斜井进风，2号回风斜井回风。风井安装2台bdk-8-24轴流式通风机，其中一台工作，一台备用，配套电机为ybf450s3-8，额定功率2250kw。矿井为瓦斯矿井，采用风排瓦斯、人工检测和自动监控相结合的瓦斯综合防治系统。安装有kj66n安全监测监控系统，地面监控室设置监测主机两台（一用一备）。设有甲烷传感器，一氧化碳传感器，风速、风量传感器，温度传感器等。通风现状开拓开采方式及采掘布置：（1）通风现状：1. 矿井通风方式及通风系统矿井采用分列式通风系统，通风方法为机械抽出式。2. 风井数目、位置、服务范围及服务时间本矿井共有四条井筒，分别为主斜井、副斜井、人行斜井和二号风井。主斜井、副斜井和人行斜井位于井田西部的工业场地内；二号风井位于井田中部，井底与东配风巷相接。主斜井、副斜井和人行斜井兼做进风井，二号风井担负全矿井回风。四条井筒的服务时间至矿井开采结束。3. 掘进通风及硐室通风掘进工作面采用局部通风机压入式通风，采用“双风机、双电源、自动切换、自动分风”，并配备有风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。井下硐室采用全风压通风。4. 矿井风量、风压及等积孔矿井总进风量：5437m3/min；总排风量：5644m3/min；负压2600pa；等积孔2.1m2。（2）开拓开采方式：本矿井采用四条斜井、一个水平（+665m）、上下山开拓方式。井底车场及主要硐室、轨道运输大巷（东、西大巷）、回风大巷（东配风巷、西回风巷）均布置在奥陶系灰岩中，主、副井底标高为+665m。本矿采用走向长臂采煤法, 全陷法管理顶板，采煤工艺为综采。矿井采煤机械化水平100%；掘进装载机械化水平100%，综掘机械化水平80%。（3）采掘布置：本矿现生产采区为600采区和东二扩大区西翼采区，接续采区为北翼采区、南翼采区。600采区、东二扩大区和北翼采区均为下山采区，南翼采区为上山开采。600采区：布置一个综采面（903）和两个掘进面（909西上顺掘进工作面和909进风煤联巷掘进工作面）。东二扩大区西翼采区：布置一个综采面（2103）和两个掘进面（2100上顺掘进工作面和2100下顺煤联巷掘进工作面）。北翼开拓采区布置两个掘进面（北翼皮带下山掘进面和北翼行人下山掘进面）。南翼采区布置两个掘进工作面（南翼皮带上山掘进面和南翼轨道上山掘进面）。二、矿井所需风量计算：（一）矿井目前所需风量：1.生产矿井需要风量按各采煤、掘进工作面、硐室及其他巷道等用风地点分别进行计算，包括按规定配备的备用工作面需要风量，现有通风系统必须保证各用风地点稳定可靠供风。q矿（q采+q掘+q硐+q备+其他）k（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备备用工作面实际需要风量的总和，m3/min；q其他矿井除了采、掘、硐室地点以外的其他巷道实际需要风量的总和，m3/min；k矿井通风需风系数（抽出式取1.151.20，压入式取1.251.30）。2.采煤工作面需要风量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。a瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量确定需要风量，其计算公式为：q采=q基本k采高k采面长k通（m3/min）式中：q采采煤工作面需要风量，m3/min；q基本不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min； q基本=60工作面控顶距工作面实际采高70%适宜风速（不小于1.0m/s）；k采高回采工作面采高调整系数（见表1）；k采面长回采工作面长度调整系数（见表2）；k温回采工作面温度与对应风速调整系数（见表3）。表1 k采高回采工作面采高调整系数采高/m2.02.02.52.55.0及放顶煤面系数k采高1.01.11.5表2 k采面长回采工作面采面长度调整系数回采工作面长度/m80150150200200系数k采面长1.01.01.31.31.5表3 k温回采工作面温度与对应风速调整系数回采工作面空气温度采煤工作面风速m/s系数k温201.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.4028302.53.01.401.60 q基本=60工作面控顶距工作面实际采高70%适宜风速=603.42.570%1.0=357 m3/min所以：q采=q基本k采高k采面长k通（m3/min） =3571.11.01.0=392 m3/min我矿综采工作面平均采高2.6m，工作面长度为150m，工作面温度为20。b按工作面温度选择适宜的风速进行计算：q采=60v采s采（m3/min）式中：v采回采工作面适宜风速，m/s，取1.0 m/s;s采回采工作面的平均有效通风断面积，m2;所以：q采=60v采s采=601.03.42.5=510 m3/minc.按回采工作面同时作业人数和炸药量计算需要风量：每人供风4m3/min；q采4n（m3/min）每千克炸药供风25m3/min（硝酸铵炸药）：q采 25a(m3/min) 式中： n工作面最多人数；a一次爆破炸药最大用量，kg。工作面最多工作人数按50人计，则：q采4n=450=200 m3/min工作面一次爆破炸药最大用量为8kg，则：q采 25a=258=200 m3/min根据以上计算，q采=510 m3/mind.按风速进行验算：600.25s1q采604 s2式中： s1工作面最小断面积，m2；s2工作面最大断面积，m2。取s1=11.0 m2，s2=7.75 m2，则：600.2511=1655106047.75=1860经过验算，符合煤矿安全规程规定，因此，确定综采工作面需要风量为510 m3/min。e.备用工作面亦满足瓦斯、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要风量的50%。q备1/2 q采所以：q备=1/2q采=0.5510=255 m3/min则：q采=2510=1020 m3/minq备=255 m3/min3.掘进工作面需要风量：每个掘进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、人数以及局部通风机的实际吸风量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。a.按照瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：q掘=100q掘k掘通（m3/min）式中：q掘单个掘进工作面需要风量，m3/min；q掘掘进工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的绝对涌出量，m3/min；k掘通瓦斯涌出不均衡系数（正常条件下，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）。按瓦斯涌出量计算：q掘=100q掘k掘通=1000.11.5=15 m3/min按二氧化碳涌出量计算：q掘=100q掘k掘通=1000.21.8=36 m3/minb.按局部通风机实际吸风量计算需要风量：岩巷掘进： q掘=q扇li600.15s （m3/min）煤巷掘进: q掘=q扇li600.25s （m3/min）式中: q扇局部通风机实际吸风量, m3/min； s局部通风机安装处巷道断面，m2； li掘进工作面同时通风的局部通风机台数。所以，岩巷掘进：q掘=2801+600.158=352 m3/min煤巷掘进：q掘=2801+600.258=400 m3/minc.按掘进工作面同时作业人数和炸药量计算风量：每人供风4m3/min；q掘4n（m3/min）每千克炸药供风25m3/min（硝酸铵炸药）：q掘 25a(m3/min) 式中： n工作面最多人数；a一次爆破炸药最大用量，kg。工作面最多工作人数按40人计，则：q掘4n=440=160 m3/min工作面一次爆破炸药最大用量为9kg，则：q掘 25a=259=225 m3/min根据以上计算，取其计算的最大值：岩巷掘进需要风量：q岩掘=352 m3/min；煤巷掘进需要风量：q煤掘=400 m3/min。d.按风速进行验算：岩巷掘进最低风量：q岩掘600.15s掘(m3/min)；煤巷掘进最低风量：q煤掘600.25s掘(m3/min)；岩、煤巷道最高风量：q掘604.0s掘(m3/min)。式中： s掘掘进工作面的断面积，m2。将前述计算结果代入，则（用最大断面积验算最低风量，用最小断面积验算最高风量）：岩巷掘进最低风量：q岩掘=352600.1514.5=135；煤巷掘进最低风量：q煤掘=400600.2515=225；岩巷掘进最高风量：q岩掘=3526047=1680；煤巷掘进最高风量：q煤掘=4006047=1680；通过验算，符合煤矿安全规程规定，因此，确定掘进工作面需要风量为：q岩掘=352 m3/minq煤掘=400 m3/min所以：q掘=4q煤掘+2q岩掘=2304 m3/min4.井下硐室需要风量，应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和来计算：q硐= q硐1+q硐2+q硐3+q硐n式中：q硐所有独立通风硐室风量总和，m3/min；q硐1、q硐2、q硐3、q硐n不同独立供风硐室风量，m3/min。a.井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量：q库=4v/60=0.07v （m3/min）式中： q库井下爆炸材料库需要风量，m3/min； v井下爆炸材料库的体积，m2。q库=0.07v=0.071571=110 m3/minb.井下充电硐室需要风量按其回风流中氢气浓度为0.5%计算：q充=200q氢k充（m3/min）式中： q充井下充电硐室需要风量，m3/min； q氢充电硐室内氢气浓度；k充充电硐室配风系数，取1.2。所以：q充=2000.51.2=120 m3/minc.其他硐室按经验值确定风量：q其他硐室=70 m3/min所以：q硐= q库+q充+q其他硐室=110+120+70=300 m3/min5.其他井巷实际需要风量，应按矿井各个其他巷道用风量的总和计算：q其他=q其1+q其2+q其3+q其n (m3/min)式中：q其1、q其2、q其3、q其n各其他井巷风量，m3/min。a.600扩大区4号横川需要风量：q其10.1560s1=98.5=76.5 m3/minb.东二扩大区4号横川需要风量：q其20.1560s2=98=72 m3/minc.南翼采区3号横川需要风量：q其30.1560s3=910.5=94.5 m3/mind.东三1号横川需要风量：q其40.1560s4=97=63 m3/min所以：q其他=q其1+q其2+q其3+q其4=76.5+72+94.5+63=306 m3/min综上计算，矿井需要风量为：q矿（q采+q掘+q硐+q备+其他）k =（1020+2304+300+255+306）1.15=4813 m3/min（二）矿井生产接续通风困难时期所需风量：按照上述计算方法，在未来10年内，根据矿井生产计划安排采掘部署情况，计算得出矿井通风困难时期的需风量。计算过程见如下：单位：m3/min区域采面掘进面变电所充电房/绞车房火药库猴车机房备用或回收工作面其他合计个数风量个数风量个数风量个数风量风量个数风量个数风量6001510276821401120-125576.51869.5东二1510276832101120111012101255722255南翼-27681701120-94.51052.5北翼75649总计2102072688749044801110121023185826则矿井总需风量为：q矿井=58261.15 = 6700 m3/min三、主要通风机改造的必要性金华山矿现有主扇型号bdk-8-24轴流式通风机。于2008年由下石节矿调入，10月更换，运行至今。通风机存在的问题：（1）无制动装置；（2）1#主扇风叶7片变形，无法修复；（3）1#、2#主扇风叶全部锈死，角度无法调整；（4）风叶调整角度余量不足（i级40、ii级35）；（5）目前矿井风量富余量不足，富余系数仅为1.101.23；（6）矿井现有供风量无法满足未来5-10年内矿井接续生产要求。矿井采用分列式通风，主斜井、副斜井和人行斜井兼做进风井，二号风井担负全矿井回风。矿井总进风量为5437m3/min；总排风量：5644m3/min；负压2600pa；等积孔2.1m2。矿井现有供风量富余量不足；无法满足矿井接续生产要求。根据矿井实际生产状况和接续要求，矿井接续采区为北翼采区，根据计算，矿井通风困难时期，矿井需要风量为6700 m3/min，而现用主要通风机供风量已无法增加。金华山矿现有主扇已不能满足现在矿井生产安全的需要，为满足矿井生产接续要求，确保矿井安全生产，有必要更换主要通风机。四、主扇现运行参数计算：1.进风量 5400 m3/min 2.主扇排风量 5600 m3/min 3.风阻 0.030千缪4.静压 265 mmh2o5.流程 11237 m6.运行电流 i = 43 a 7.运行电压 u = 6.1 kv 8.功率因数 cos0.88 9.电机效率电=0.9 10.传动效率电=0.98 11.扇风机输入功率12.扇风机静压输出功率 13.扇风机静压效率14.电机运转功率15.电机实际负载率16.等积孔五、主要通风机选型：1.矿井更换风机前与困难时期的通风阻力计算表一：更换风机前矿井通风阻力计算序号井巷名称支护种类系数（kgs2/m4）井巷长度l（m）断面积s（m2）周长u(m)风量qm3/s风速vm/s通风阻力毫米水柱1副井砌碹0.000745701012.241.666674.1666678.9339582东大巷砌碹0.000745512.7613.7266.666675.224661.1945773东大巷砌碹0.00074459.9112.0966.666676.7272121.8385144东大巷锚喷0.000825014.715.466.666674.5351474.3093945东大巷锚喷0.000890010.2612.966.666676.49772638.220616东大巷锚喷0.00085014.2815.263.333334.4351070.8374987东大巷砌碹0.0007482010.6312.5263.333335.95798125.369678东大巷锚喷0.000842512.3214.463.333335.14069310.502059东大巷锚喷0.00085015.511671.666674.6206750.88100610东大巷锚喷0.000861010.8312.6471.666676.61742124.9411211东二进下扣板0.000742007.110.930.833334.3427234.28503312东二进下锚喷0.00084155.869.2929.166674.97724713.0387113624进风中巷锚喷0.0008107.0310.1827.53.9118070风中巷锚喷0.0008157.310.422.53.0821920.16240915624进风中巷锚喷0.00081007.110.2614.166671.9953050.46025416624进风中巷锚喷0.00086407.710.6812.51.6233771.87149717624进风中巷锚喷0.0008257.910.8226.666673.3755270.31211418东二扩大区轨道大巷喷砼0.00085259.211.68252.7173913.93739219东二扩大区轨道大巷喷砼0.0008675911.6252.7777785.37037202103进斜、上顺架棚0.00083008.311.17.6333330.9196790.271474212103工作面支架0.00081505.959.767.6333331.2829130.323973222103回斜、下顺架棚0.00083008.311.17.7166670.9297190.27743423东二扩大区皮带大巷喷砼0.00088251313.9251.9230772.60980924东二扩大区皮带大巷喷砼0.00085251313.926.666672.0512821.88960729东二扩大区皮带大巷喷砼0.0008251313.928.666672.2051280.10398530东二扩大区皮带大巷喷砼0.00087501313.9302.3076923.41647731东二扩大区皮带大巷喷砼0.00081001313.923.333331.7948720.27556832东二扩大区皮带大巷喷砼0.00084501313.929.166672.243591.93758533东二回喷砼0.00081151112.868.333336.2121214.13128334东总回裸体0.0007449015.21590.933335.98245612.80662352#风井裸体0.00084301012.294.259.42537.28044211.9677局部阻力摩擦阻力的10%21.19677合计233.1645按1kpa = 101.971毫米水柱换算，即矿井负压为：h1 = 2286.6 pa。表二：更换风机后矿井通风困难时期通风阻力计算序号井巷名称支护种类系数（kgs2/m4）井巷长度l（m）断面积s（m2）周长u(m)风量qm3/s风速vm/s通风阻力毫米水柱1副井砌碹0.000745701012.248.333334.83333312.021532东大巷砌碹0.000745512.7613.7273.333335.7471261.4454383东大巷砌碹0.00074459.9112.0973.333337.3999332.2246034东大巷锚喷0.000825014.715.473.333334.9886625.2143675东大巷锚喷0.000890010.2612.973.333337.14749846.246946东大巷锚喷0.00085014.2815.268.333334.7852470.9749547东大巷砌碹0.0007482010.6312.5268.333336.42834729.533538东大巷锚喷0.000842512.3214.468.333335.54653712.225729东大巷锚喷0.00085015.511682.255.303031.16042310东大巷锚喷0.000861010.8312.6455.833335.15543215.13811东二进下扣板0.000742007.110.931.333334.4131464.42513312东二进下锚喷0.00084155.869.2928.833334.92036412.7423813624进风中巷锚喷0.0008107.0310.1827.166673.8643910风中巷锚喷0.0008157.110.2625.53.5915490.22368315624进风中巷锚喷0.00081007.110.2618.833332.6525820.81342316624进风中巷锚喷0.00086407.710.6817.166672.2294373.52972617624进风中巷锚喷0.0008257.910.8241.666675.2742620.76199718东二扩大区轨道大巷喷砼0.00085259.211.6839.166674.2572469.6641119东二扩大区轨道大巷喷砼0.0008200911.636.666674.0740743.42289320东二扩大区轨道大巷喷砼0.00082009.111.61303.2967032.21855721东二扩大区轨道大巷喷砼0.00081658.711.3623.333332.6819921.2397922东二扩大区轨道大巷喷砼0.0008200911.618.333332.0370370.855723202100进斜、上顺喷砼0.00088338.311.19.1666671.1044181.087043212100工作面支架0.00081505.959.769.1666671.5406160.4672222100回斜、下顺架棚0.00087738.311.19.1666671.1044181.00874423东二扩大区四号横川喷砼0.000830810.918.333332.2916670.17173224东二扩大区皮带大巷喷砼0.00083001313.918.333331.4102560.51036325东二扩大区皮带大巷喷砼0.00082001313.923.333331.7948720.55113526东二扩大区皮带大巷喷砼0.00082001313.9302.3076920.91106127东二扩大区皮带大巷喷砼0.00082001313.936.666672.8205131.36096728东二扩大区皮带大巷喷砼0.00085251313.938.666672.9743593.97289929东二扩大区皮带大巷喷砼0.0008251313.941.166673.1666670.2144430东二扩大区皮带大巷喷砼0.00087501313.942.53.2692316.8566831东二扩大区皮带大巷喷砼0.00081001313.935.833332.7564