矿井通风系统课程设计2.doc

万方科技学院矿井通风系统课程设计 学 院:万方科技学院系 别:能源与材料工程系姓 名: 班 级:安全工程08-3班学 号:0828190214指导教师： 2011年6月29目 录第一章 矿井局部通风设计4 第一节、设计原则及掘进通风方法的选择4 第二节、掘进工作面所需风量计算及设计5 第三节、掘进通风设备选择5第二章 矿井风量的计算和分配7 第一节、矿井需风量计算7第二节、风量分配与风速验算10 第三章 矿井通风阻力计算13 第一节、计算原则13 第二节、矿井通风阻力计算13第四章 主要通风机选型16 第一节、选择主要通风机16 第二节、选择电动机17第五章 概算矿井通风费用及评价18 第一节、吨煤的通风电费18 第二节、 矿井等积孔及总风阻18矿井通风课程设计题目2：某煤矿井田东西走向长约3 km，南北倾向宽约1.7km，井田面积约4.5519km2，井田总体呈单斜构造，煤层倾角大部分小于15，属缓倾斜煤层。顶板为黑色泥岩，致密而均一，底板为灰白色细中粒砂岩，煤层厚度0.846.69米，平均5.9米，以镜煤、亮煤为主，含黄铁矿，煤层夹矸03层，倾角1014。矿井煤层自燃发火期为1个月，自燃趋势较突出的是2月3月。煤尘具有爆炸性，爆炸指数为40.3%。矿井属低瓦斯矿井。设计生产能力为90万t/年。矿井采用斜井单水平上下山开拓，矿井的采煤方法为走向长壁，采煤工艺为综采放顶煤。采用中央边界式通风方式。风井设在采区的边界。主、副井进风，风井回风。采区采用轨道上山、运输上山进风，专用回风巷回风。工作面采用u型后退式开采，采煤工作面风流流动形式是上行通风。综放面平均控顶距为3.96m，实际采高4.1 m，工作面面长150米，工作面温度20，回采工作面同时作业人数最多90人。矿井掘进工作面平均瓦斯涌出量为3.2 m3/min，掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量7.2kg，掘进工作面同时工作的最多人数40人。第一章、局部通风设计第一节 设计原则及掘进通风方法的选择1、设计原则根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下：(1)矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；(2)局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；(3)尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；(4)压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。(5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。2、掘进通风方法的选择掘进通风方法分为利用矿井内总风压通风和利用局部动力设备通风的方法，局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，它是由局部通风机和风筒（或风障）组成一体进行通风，按其工作方式可分为：（1）压入式通风（2）抽出式通风（3）混合式通风压入式通风新风经过风机，安全系数高，可用柔性风筒，柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，是大多数矿井局部通风的选择，结合本设计故选择压入式通风。第二节 掘进工作面所需风量计算及设计根据规程规定：矿井必须采用局部通风措施1、掘进工作面所需风量按下列因素分别计算，取其最大值。1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算 m3/s式中：q掘掘进工作面实际需风量，m3/s；qch4掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/s；k掘掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.52.0；炮掘工作面取1.82.0。此处取1.9所以：q掘=1001.21.9=10.13(m3/s)2）按炸药使用量计算 (m3/min)式中：25使用1炸药的供风量，m3/s；a掘掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，。所以：q掘=257.2=3(m3/s)3)按工作人员数量计算式中：n掘掘进工作面同时工作的最多人数，人所以： q掘=440=2.67(m3/s)q掘取其最大值: 10.13(m3/min)根据上述计算，应选取所有风量中的最大值，故按排瓦斯所需风量为该掘进巷道的需风量，大小为10.13 m3/min。4）按风速进行验算岩巷掘进工作面的风量应满足：煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：式中：掘进工作面巷道过风断面积，m2。岩巷掘进工作面的最小风量： 0.158.5=1.275(m3/s)岩巷掘进工作面的最大风量： 48.5=34(m3/s)1.275(m3/s) 10.13(m3/s) 34(m3/s)符合要求煤巷、半煤岩巷掘进工作面的最小风量: 0.258.5=2.215(m3/s)煤巷、半煤岩巷掘进工作面的最大风量:48.5=34(m3/s)2.216(m3/s) 10.13(m3/s) 34(m3/s)符合要求2、掘进面的设计1）巷道断面掘进断面取8.5m22）支护形式在上下顺槽内，巷道支护形式采用工字钢支护第三节 掘进通风设备选择1、风筒的选择1）风筒的种类掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，且柔性风筒适于压入式通风，本设计通风长度750米，因此可选用直径为1000的胶布风筒。风筒特性如表5-4。表5-4风筒特性表风筒类别风筒直径接头方式百米风阻ns2/m8节长胶布风筒400单反边131.3210m胶布风筒600双反边15.8830m胶布风筒1000双反边2.050m2）风筒漏风（1）风筒漏风备用系数柔性风筒的pq值用下式计算：式中：n接头数；在这里n=75050=15 lei一个接头的漏风率，插接时取0.010.02；反边连接时取0.005。在这里取0.005所以pq=1(1150.005)=1.0811所以 qf= pqqh=1.081110.13=10.95(m3/s)风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数：所以：ls=(10.9510.13)10.95=7.49%（2）风筒有效风量掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数：所以ps=(17.49%)100%=92.5%通过风筒的风量q即：=10.53(m3/min)2、局部通风机的选择1）、确定局部通风机的工作参数：（1）、局部通风机工作风量qf根据掘进工作面所需风量qh和风筒的漏风情况，用下式计算局部通风机的工作风量。既qf= pqqh=1.081110.13=10.95(m3/s)（2）、局部通风机的工作风压hf压入式通风时，设风筒出口动压损失为hv，则局部通风机的全压ht为式中：rf压入式风筒的总风阻。rf=2750100=15 ns2m8所以ht=1510.9510.130.8111.210.13214=1763.719(pa)3）、局部通风机选型：根据需要的qf、ht、值在局部通风机特性曲线上，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率高的局部通风机。查课本表638得选择的局部通风机为：bkj6611no6.3型 功率：42kw 转速：2950r/min，动轮直径：0.63m。第二章、风量计算及风量分配第一节 矿井需风量计算对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算：一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量，再计算矿井需风量。另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。其原则是：矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必须符合规程有关规定。创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。课程设计是在收集实习矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。1、生产工作面、备用工作面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。本设计矿井属低瓦斯矿井。(1)、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： 式中：qc采煤工作面需要风量，m3/s；qjb不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/s。qjb工作面控顶距工作面实际采高70%(工作面有效断面积)适宜风速（不小于1m/s）；kcg回采工作面采高调整系数（见表2）；kcc回采工作面长度调整系数（见表3）；kcw回采工作面温度调整系数（见表4）。表2 kcg回采工作面采高调整系数采 高200长度调整系数(k长)1.01.01.31.31.5表4 kcw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）配风调整系数k温180.30.80.9018200.81.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.428302.53.01.41.6代入公式得: =3.964.10.71.01.511 =17.05(m3/s)(2)、按工作面温度选择适宜的风速进行计算式中：vc采煤工作面风速，m/s；见表5 sc采煤工作面的平均断面积，m2。所以：qc=601.03.964.10.7=886.560=11.4（m3/s）表5 采煤工作面风速回采工作面空气温度（）采煤工作面风速（m/s）配风调整系数k温此处取1.0180.30.80.9018200.81.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.428302.53.01.41.6(3)、按回采工作面同时作业人数每人供风不小于4m3/min，则 （m3/s）式中：n采煤工作面同时工作人数.。此处为90人。所以：qc=（490）60=6（m3/s）(4) 、炸药量计算需要风量：每千克炸药供风不小25m3/min，则 （m3/s）式中：a一次爆破炸药最大用量，kg。所以：qc=257.260=3（m3/s）根据上述计算并取其中最大值即为17.05（m3/s）(5)、按风速进行验算:（m3/s）式中：s工作面平均断面积，m2此处为3.964.10.7=11.4所以：0.2511.4=2.85411.4=45.6即符合(6)、备用工作面不得低于采煤工作面实际需要风量的50%。所以备用工作面风量取17.0550%=8.525（m3/s）2、掘进工作面所需风量前面已经算过为10.13（m3/s）3、硐室实际需要风量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，即式中：q火火药库实际需要风量，按每小时4次换气量计算，即q火=4v/60=0.07v (m3/s)；v井下爆炸材料库的体积，m3，包括联络巷道在内的火药库的空间总体积(m3)，一般按经验值给定风量，大型火药库供风100150m3/min；中小型火药库供风60100m3/min；这里取100既1.667 m3/sq充充电硐室实际需要风量，应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算，但不得小于100m3/min，或按经验值给定100200m3/min；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。q机大型机电硐室实际需要风量，应按机电设备运转的发热量计算，即wi 机电硐室中运转的机电总功率，kw；(1-i ) 机电硐室的发热系数，应根据实际考查的结果确定，也可取下列数值，空气压缩机房取0.200. 23；水泵房取0.020.04；8601kw/h的热当量数，千卡；i 机电设备效率；t机电硐室进回风流的气温差，；q采硐 采区绞车房或变电硐室实际需要风量，按经验供给风量6080 m3/min ；这里都取80既1.333 m3/sq其它硐 其它硐室所需风量，根据具体情况供风既=1.667+2+1.333=5（m3/s）4、矿井总风量矿井总风量按下式计算 =(17.05+4+10.13+5) 1.20 = 48.8式中：qkj 矿井总进风量，m3/s；qcj 采煤工作面实际需要风量总和，m3/s；qjj 掘进工作面实际需要风量总和，m3/s；qdj 独立通风的硐室实际需要风量总和，m3/s；qgj矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，m3/s；kkj 矿井通风系数(包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素)宜取1.151.25。矿井内部漏风量为8.1 m3/s 平均每处漏风量为1.62m3/s. 第二节 风量分配与风速验算当风量分配到各用风地点后，必须结合巷道断面情况进行风速验证，保证各条巷道的风速均在合理范围内。各条井巷的供风量确定后，要按规程第101条规定的风速进行验算。需绘制出矿井通风系统图与网络图，计算出每条巷道的通过风量，计算出每条巷道的风速，进行验算，验算结果可填入表6中。如果某条井巷的风速不符合规程规定，则必须进行调整，然后将各地点、各巷道的风量、断面、风速列成一览表。矿井下各类巷道的适宜风速一般为：阶段运输大巷：4.55.0m/s；轨道上(下)山、运输上(下)山：3.54.5m/s；回风上(下)山：4.55.5m/s；区段运输平巷(顺槽)：3.03.5m/s；区段回风平巷(回风顺槽)：4.55.5m/s；阶段回风大巷、总回风巷：5.56.5m/s。表6 巷道风速校验表巷道名称断面m2容易时期困难时期适宜风速m/s允许风速m/s备注风量m3/s风速m/s风量m3/s风速m/s最小最大副井12.548.83.94448.83.9448井底车场12.548.83.94448.83.944运输大巷12.548.83.94448.83.9444.55.00.256运输上山4510.227.193.42230.433.7450.256运输上山5610.218.6652.33318.6652.3330.256运输平巷679.5117.052.33017.052.3303.03.50.256工作面11.36(易)10.0(难)17.052.21617.052.2160.254回风平巷9.5117.052.33017.052.3304.55.5|8回风大巷10.248.84.83348.84.8335.56.58专用回风下山91310.232.043.0304.55.50.256专用回风下山131410.245.1384.5734.55.50.256专用回风上山14-1510.248.84.8334.55.50.256风井11.648.84.2548.84.2515规程规定的风速限定值见表7所示。表7 风速限定值井巷名称最低允许风速(m/s)最高允许风速(m/s)无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷道8架线电机车巷道1.08运输机巷道、采区进、回风巷道0.256采煤工作面，掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风行人巷道0.15注1：设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s，梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表中有关规定执行。注2：无瓦斯涌出量的架线电机车巷道中的最低风速可低于1.0m/s，但不得低于0.5m/s。注3：综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于4m/s的规定值，但不得超过5m/s。注4：专用排瓦斯巷道的风速不得低于0.5m/s，抽放瓦斯巷道的风速不应低于0.5m/s。(1) 风量分配容易时期副井: 48.8井底车场: 48.8运输大巷: 48.8运输上山45: 48.8-5-1.624-10.13=27.19运输上山56：27.19-8.525=18.665运输平巷67：18.665-1.62=17.05工作面： 17.05回风平巷： 17.05回风大巷 48.8风井 48.8困难时期副井 48.8井底车场 48.8运输大巷 48.8运输上山4548.8-5-1.622-10.13=30.43运输上山5630.43-1.622-8.525=18.665运输平巷6718.665-1.62=17.05工作面78 17.05回风平巷89 17.05专用回风下山913 17.05+1.624+10.13=33.66专用回风下山131433.66+8.525+1.333+1.62=45.138专用回风上山14-1548.8回风大巷15-1048.8风井10-1148.8第三章、矿井通风阻力计算在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随着开采深度的增加和走向范围的扩大以及产量提高而增加。为了主要通风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择主要通风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于主要通风机服务期限内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应于通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压的作用。第一节 计算原则1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是选择矿井达到设计产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可在两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别找出风流线路最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的线路上(分最容易和最困难时期)，从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来得出这两个时期的各自井巷通风总阻力(h阻易、h阻难)。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出其中最大值。如果矿井服务年限较长，则只计算头1525a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。2、为了经济、合理、安全地使用主要通风机，应控制h阻难不太大，对大型矿井不超过4400pa，有自燃倾向的矿井不超过3400pa。第二节 矿井通风阻力计算沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力：h h摩=aluq2/s3 (pa)式中：l、u、s分别为各井巷的长度、周长、净断面积(m,m,m2)； a摩擦阻力系数，可查阅煤矿通风与安全一书的附录；q 各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以k矿 (即考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素)后所求得风量值，m3/s。 将以上计算结果填入表7中。其总和为总摩擦阻力h摩，即是：h摩 =h1-2+h 2-3+h-n-(n+1)(pa )式中：h1-2、h2-3、为各段井巷之摩擦阻力，pa。因此，全矿总阻力为：(1)通风容易时期的总阻力h阻易为：h阻易=1.2h摩易(2)通风困难时期的总阻力h阻难为：h阻难=1.15h摩难式中：1.2、1.15考虑到风路上有局部阻力的系数。容易时期巷道各段序号巷道名称支架形式a净断面s2/m8)风量q(m3/s)h摩(pa)v(m/s)104(ns2/m4)l (m)u (m)s (m2)12副井砌碹3378213.57612.50.r (n020750.753.2094.05623井底车场锚喷59100013.57612.50.055650.7142.9194.05634运输大巷锚喷93150013.57612.50.125150.7321.5684.05645运输上山锚喷22085012.26410.20.211229.811187.6932.92356运输上山锚喷22085012.26410.20.211220.43188.1602.00367运输平巷u型钢支护13575012.8299.510.240518.74184.4701.97178工作面液压支架23015013.155100.031018.74110.8881.65089回风平巷u型钢支护16075012.8299.510.167818.74158.9361.971910回风大巷锚喷7585012.26410.20.145650.7374.2634.9711011风井砌碹7012013.07911.60.0060350.715.5004.371局部阻力267.52合计1605.13困难时期12副井砌碹3878213.57612.50.020750.753.2094.05623井底车场锚喷33100013.57612.50.055650.7142.9194.05634运输大巷锚喷59150013.57612.50.125150.7321.5684.05645运输上山锚喷9385012.26410.20.2112330191232.6673.25456运输上山锚喷22085012.26410.20.211220.43188.162.00367运输平巷u型钢支护22075012.8299.510.211218.74184.471.97178工作面液压支架13515013.155100.240518.74115.9461.87489回风平巷u型钢支护23075012.8299.510.045418.74158.9361.971913专用回风下山锚喷16044012.26410.20.167833.94146.8863.3281314专用回风下山锚喷11041013.07910.20.040448.03493.2144.70914-15专用回风上山锚喷11085012.26410.20.078650.7202.0414.9711510回风大巷锚喷7585012.26410.20.082550.7212.0654.9711011风井砌碹7012013.07911.60.0060350.715.54.371局部阻力235.14合计1802.7第四章、主要通风机选型第一节 选择主要通风机本矿井为高瓦斯矿井，考虑压人和抽出通风方式的优缺点及轴流式通风机和离心式通风机的优缺点。本设计矿井冬，夏季自然风压都取50 pa初步选择轴流式通风机采用抽出通风方式通风。1、确定主要通风机的风量（1）容易时期通过主要通风机的风量q扇必大于通过出风井的矿井总风量q矿，对于抽出式：q扇=(1.051.10)q矿 (m3/s)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1. 05，有提升运输任务时取1.10。 此处取1.05 q扇=1.0548.8=51.24(m3/s)（2）困难时期时期通过主要通风机的风量q扇必大于通过出风井的矿井总风量q矿，对于抽出式：q扇=(1.051.10)q矿 (m3/s)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1. 05，有提升运输任务时取1.10。 此处取1.05q扇=1.0548.8=51.24(m3/s)2、确定主要通风机的风压 轴流式通风机：容易时期 h扇易h阻易十hd一hn 困难时期 h扇难h阻难十hd十hn 式中：hd通风机装置阻力，pa。此处取150pa所以 容易时期 h扇易h阻易十hd一hn=1250.2315050=1350.23 pa困难时期 h扇难h阻难十hd十hn=1582.4215050=1782.42 pa观察bdno-20通风机特性曲线图知，其可满足要求,在其风量坐标51.8 做q轴垂线，在风压坐标1207.1。 1817.7点分别做q轴平行线，分别q轴垂线于a. b两点，有图可见，此两个工况点均在合理工作范围内，故选bdno-20通风机3、求通风机的实际工况点1）计算通风机的工作风阻r易= h扇易/ q扇2r难= h扇难/ q扇2即： r易=1350.2351.242=0.5142r难=1782.4251.242=0.6800在通风机特性曲线图中做通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点 a/, 即为实际工况点a/。和b/沿风阻曲线上移一级得容易时期和困难时期风机实际工况点a和b。由图可见，两个工况点均在合理工作范围内容易时期应在安装角较小的情况工作，困难时期应在安装角 较大的情况下工作。第二节 选择电动机1、根据通风容易和通风困难两个时期实际工况点计算主要通风机的输入功率式中：h扇易、 h扇难 、q扇均为实际工况点的对应参数风机效率，可在风机特性图上