河南理工大学通风课程设计.docx

目 录第一节 矿井概况. . 2第二节 拟定矿井通风系统. . . 32.1 拟定通风系统的原则和要求.3 2.1.1 拟定通风系统的原则. . .3 2.1.2 通风系统拟定基本要求.32.2 通风方式的选择.3 2.2.1 常用的矿井通风方案. .3 2.2.2 通风方式的选择：.42.2.3 通风方式技术与经济性比较.5 2.3 局部通风方式选择.5 第三节 矿井风量计算. 73.1 矿井风量计算原则.73.2 矿井需风量的计算.7 3.2.1 采煤工作面组需风量的计算. .7 3.2.2 掘进工作面需风量得计算: . . 83.3 矿井总风量的计算.10 3.4 矿井风量分配. . 103.5 风速验算. 10第四节 矿井通风阻力计算. .11 4.1 矿井通风阻力计算的原则. 114.2 矿井通风容易时期和通风困难时期. 114.2.1 矿井通风容易时期.114.2.2 矿井通风困难时期.12第五节 选择矿井通风设备.125.1 选择矿井通风设备的基本要求.125.2 主要通风机的选择. . .125.2.1 计算通风机风量. .125.2.2 计算通风机风压. .125.2.3 计算风阻选择电动机.14第六节 矿井通风费用. . .16第七节 矿井灾害防治措施. . . . .16参考文献. .16 第一节 矿井概况1.1煤层地质概况单一煤层，煤层倾角20，煤层平均厚度3m，为iii级自然煤层，相对瓦斯涌出量为11 m3/t，煤尘具有爆炸危险。1.2井田范围本设计第一水平深度540m，走向长7130m，倾斜长度为2000m。1.3矿井生产任务本矿井设计生产能力为90万吨，总服务年限40年。1.4矿井开拓方式本矿井开拓方式为立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，采掘比为1:2，井下同时工作的人数为200人。矿井年工作日330天，工作制度为“三八”作业。采煤方法为走向长壁普通机械化采煤。工作面长150m，采高3m，采用全部跨落法管理顶板，最大控顶距5.2m，最小控顶距4.2m；每个采区各有两个煤巷掘进工作面，采用打眼放炮破煤，工作面一次起爆炸药为10kg，回采工作面温度一般在21。交接班时人数最多为60人，掘进工作面同时工作的最多人数为30人。1.5矿井通风方式本矿井通风方法为抽出式，通风方式为两翼对角式，即中央副井进风，两翼风井回风。阻力最大和最小时自然风压分别为50 pa和150 pa，风硐阻力取120 pa。1.6巷道尺寸及支护情况如表1.1井巷名称井巷特征及支护情况断面积 m2副井圆形，罐笼，有梯子间，直径 5.5m，混凝土碹井底车场巷道拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输石门拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆16采区上山拱形，料石碹15工作面平巷梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m巷道采高联络眼梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m采区车场 拱形，料石碹 15采煤工作面矩形，液压支架，控顶距 4.25.2m，综采回风石门梯形，锚喷8主要回风大巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆8回风井混凝土碹（不平滑），风井直径 d=4m3河南理工大学通风安全学课程设计二 矿井通风系统2.1 通风系统的原则和要求 2.1.1 通风系统的原则 1、 必须符合煤矿安全规程和煤炭工业矿井设计规范有关规定： (1) 每个矿井必须有完整的独立通风系统； (2) 应根据矿井的灾害类型及等级选择适宜的通风系统； (3) 箕斗提升并或装有胶带输送机的井简不应兼作风井，如果兼作风井使用，必须遵守煤矿安全规程的有关规定； 2、 通风系统的选择应有利于加快矿井建设速度，有利于矿井高产高效、安 全生产，整个系统技术经济合理。 3、 还应综合考虑以下因素： (1) 风井位置要在洪水位标高以上(大中型矿井考虑百年一遇、小型矿井50 年一遇)，进风井口须避免污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500m； (2) 井口工程地质及井筒施工地质条件简单； (3) 占地少，压煤少，交通方便，便于施工； (4) 通风系统简单，风流稳定，易于管理； (5) 发生事故时，风流易于控制、井下每一水平到上一水平和每个采区至少要有两个通向地面的安全出口，以便于人员撤出。 (6) 使专用通风巷道的数目最少，风路最短，贯通距离短，井巷工程量省； (7) 尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，避免过多的风量调节尽量少设置通风构筑物，以免引起大量漏风； (8) 多风机抽出式通风时，为了保持风机联合运转的稳定性，应尽量降低总进风道公共风路段的风阻(一般要求公共区段的负压不超过任何一个通风机负压的30)。 (9) 新设计矿井不宜在同一井口采用多台主要通风机串、并联运转。 (10) 井下爆破材料库必须有单独的进风流，回风必须引入矿井主要回风道。井下充电硐室必须独立通风，回风可引入采区回风道。(11) 应满足防治瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸及火灾对矿井通风系统的特殊要求。 (12)后期通风合理。 2.1.2 通风系统基本要求 （1） 每个矿井和阶段水平之间都必须有2个安全出口。 （2） 进风井巷与采掘工作面的进风流的粉尘浓度不得大于0.5mg/m3。 （3） 新设计的箕斗井和混合井禁止作进风井，已作进风井的箕斗井和混合井 必须采取净化措施，使进风流的含尘量符合上述要求。 （4） 主要回风井巷不得作人行道，井口进风不得受矿尘和有毒有害气体污染， 井口排风不得造成公害。 （5） 矿井有效风量率应在60%以上。 （6） 采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风，电耙司机应位于风流的上风侧，有污风串联时，应禁止人员作业。 （7） 井下硐室和炸药库，必须设有独立的回风道。 （8） 主要通风机一般应设反风装置，要求10min内实现反风。 2.2 通风方式的选择 2.2.1 常用的矿井通风方案 方案1：中央并列式 风井主副井都位于中央工业广场上副井进风，风井回风，如图2.1。图2.11主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门 方案2：中央分列式 两回风井位于井田边界的两翼，副井进风，风井回风，如图2.2 图2.21主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门 方案3：两翼对角式，如图2.3图2.31主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门 方案四：分区对角式，如图2.4图2.41主井 2副井 3运输大巷 4回风石门2.2.2 矿井通风系统的选择：各类型矿井通风系统的优缺点及适用条件： 表2.1通风方式优点缺点使用条件中央并列式进回风井均布置在中央工业广场内，地面建筑供电集中，建井期限较短，便于贯通，初期投资少、采区生产集中，便于管理。节省回风井工业场地，占地少、压煤少。 矿井反风容易，便于管理风流在井下的流动路线为折返式，风流路线长，阻力大，井底车场附近漏风大，工业广场主要受通风机噪声的影响和回风流的污染。适用于 煤层倾角较大、埋藏深、井田走向长度小于4km，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。中央边界式通风阻力小，内部漏风较小，工业广场不受主要通风机噪音影响以及回风流的污染风流在井下的流动路线为折反式，风流路线长，阻力较大。适用于煤层倾角小，埋藏浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然 发火比较严重的矿井。两翼对角式风流在井下的流动路线是直向式，风流路线短，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。工业广场不受主要通风机噪音影响以及回风流的污染井筒安全煤柱压煤较多，初期投资大，投产较晚。煤层走向大于4km， 井型较大，瓦斯与自然发火比较严重，或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。分区对角式每个采区有独立的通风路线，互不影响，便于风量的调节，安全出口多，建井工期短，初期投资少，出煤快占用设备多，管理分散，矿井反风困难煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷2.2.3 通风方式技术与经济性比较 1. 技术性比较 煤层走向长度较长，瓦斯浓度较高，煤层走向较长，初步可以选取两翼对角式或者分区对角式。 2. 经济性比较经济性比较主要从巷道的工程量，施工费用，维护费用，以及通风系统的基建费用，通风设施的投资，维修和通风电费这几方面来说。 综上所述，从技术性和经济性两方面考虑，此矿井选用两翼对角式通风方式。 2.3 主要通风机工作方式 矿井主要通风机的通风方式有压入式、抽出式和混合式三种。目前，技术不断革新，通风机的功率大大提高。常用的通风方式是压入式和抽出式两种，比较如下：表1.压入式与抽出式通风比较通风方式优点缺点压入式整个矿井通风系统处正压状态，在冒落裂隙通达地面是，使采区内的有害气体通过塌陷区向外漏出。总进风路线上需设置若干通风构筑物，通风管理困难，漏风量大，阻力大；风量调节困难。抽出式井下风流处于负压状态，开采比较安全；漏风量小，管理简单，当采区和地面小窑塌陷区沟通时，将小窑积存的有害气体抽到井下，使有效风量减少一般情况下，只有地面小窑塌陷区分布较广且与井下采空区沟通或地形复杂且煤层埋藏较浅时，开采第一水平，无法在高山上设置通风机，总会风道沟通，维护困难，煤层自燃发火不严重时，才考虑用压入式通风。结合矿井实际条件和目前的经济、技术条件，确定矿井主要通风机的工作方式采用抽出式通风。2.4 采煤工作面通风方式工作面通风方式主要有“u”、“y”、“z”型，各型式的优缺点及适用条件，见表2-3表2-3工作面通风方式比较通风系统优点缺点适用条件u型对了解煤层赋存情况、掌握瓦斯、火灾的发生、发展规律较为有利；由于巷道均维护在煤体中，因而巷道的漏风率较少。煤炭自然威胁较大；上隅角瓦斯浓度高。多适用于瓦斯涌出量不大、不易自然发火的煤层开采中。y型采空区的瓦斯，通过巷旁支护流入回风平巷，较好地解决了回采工作面上隅角的瓦斯超限之患；工作面上、下端均处于进风流中，改善了作业环境；实行沿空留巷，可提高采区回收率。需要边界准备专用回风上山，增加了巷道掘进、维护费用。瓦斯涌出量大的工作面z型与前进式u型相比，巷道的采掘工程量较少；进、回风巷只需在一侧采空的条件下维护；采区内进、回风巷的总长度近似不变，有利于稳定风阻、改善通风。需要边界准备专用回风上山，增加了巷道维护和掘进费用。采空区瓦斯大，同时施工要求隔离采空区瓦斯。u型后退式通风方式多适用于瓦斯涌出量不大、不易自然发火的煤层开采中。u型通风方式布置方便，通风简单，漏风量小，瓦斯、煤炭自然方向与风流方向一直，有利于降低工作面瓦斯浓度。且u型后退式通风巷道开拓费用低。所以，该矿井采用u型后退式通风方式。采煤工作面的风流方向不同可分为上行通风与下行通风两种，其优缺点见表2-4。表2-4工作面风向比较风向优点缺点上行通风瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相同，在正常风速情况下，瓦斯不易积聚和分层流动，工作面发生火灾时所产生火风压与通风压力作用方向一致，瓦斯浓度不会增加，着火点瓦斯爆炸的可能性小。上行风将煤炭运输过程中所溢散的瓦斯和煤尘带入工作面，增大了瓦斯和煤尘的浓度，风流受运输设备加热而使风流增温，倾角大于12的工作面应采用上行通风。下行通风瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相反，瓦斯和空气混合能力强，正常风速不易局部瓦斯积聚和分层流动，回风流方向与煤流方向相反，可降低煤尘，降低风流温度，可冲淡上隅角瓦斯。工作面若有火源，产生火风压与通风压力作用方向相反，会使工作面风量减少，甚至反风，导致瓦斯浓度上升引爆，适应倾角小于12的，煤与瓦斯突出危险性小。综上所述，上行通风和下行通风各有利弊，根据结合该矿井开采煤层属于自燃发火煤层，各煤层均具有自燃发火危险性，自燃发火期为13个月。工作面一旦起火，上行通风起火地点发生瓦斯爆炸的可能性比下行通风要小，且上行通风瓦斯流动的方向与风量方向一致，瓦斯分层流动和集聚的可能性小，故采区采用上行通风方式。三 矿井风量计算3.1 矿井风量计算原则 矿井需风量按照下列要求分别计算，并采取其中的最大值。 1） 按井下同时工作最多人数同时计算，每人每分钟供给风量不得小于4。 2） 按采煤、掘进、硐室及其他实际需风量的总和来计算。 3.2 矿井需风量的计算 3.2.1 采煤工作面组需风量的计算 采煤工作面风量应该按下列因素分别计算，并取其最大值。 a) 按瓦斯涌出量计算：qwi=100qgwikgwi -第i 个工作面需风量，m3/min -第i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，取20.8m3/min -瓦斯涌出不均匀备用风量系数。取1.2 =1001.220.8=2496/min采煤之前要进行瓦斯抽采，瓦斯绝对涌出量为20.8 m3/min，取抽采系数0.8， =1001.220.80.8=1996.8/minb) 按工作面进风流温度计算采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合下表要求采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面进风流气温1515-1818-2020-2323-26采煤工作面风速m/s0.3-0.50.5-0.80.8-1.01.0-1.51.5-1.8采煤工作面的需风量按下式计算：qwi=60vwiswikwi式中：vwi第i个采煤工作面风速，当采长壁工作面稳定在21时，工作面风速应在1.0-1.5m3/s之间，取1.2m3/s swi第i个采煤工作面的有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值， m2 kwi第i个采煤工作面长150m,长度系数，取1.1swi= (lmax+lmin)/2hk式中：lmax最大控顶距，lmax=5.2m lmin最小控顶距，lmin=4.2m h工作面平均采高，h=3m k工作面有效断面系数，k=0.8则：swi=（4.2+5.2）/230.8=11.28 m2 qwi =601.211.281.1=1191.17m3/min=893.38m3/s采煤工作面长度风量系数表表3-2采煤工作面长度m180工作面长度风量系数k0.80.91.01.11.21.30-1.40按人数计算实际需风量qwi=4nwi，m3/min式中：4每人每分钟应供给的最低风量，m3/min人nwi第i个采煤工作面同时工作的最多人数，交接班时人数最多nwi =60人qwi=460=240m3/min按风速进行演算： 按最低风俗验算各个采煤工作面的最小风量：qwi 600.25=169.2/min按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：qwi604=2707.2/min 可见采工作面的需风量取为1996.8/min满足要求，矿井只有一个工作面，回采工作面的需风量取为1996.8/min 3.2.2 掘进工作面需风量得计算: 煤巷、半煤岩、岩巷掘进工作面的风量，按下列因素分别计算，取其最大值。 1） 按瓦斯涌出量计算：qhi100 qghi kghi其中：qhi第i 个掘进工作面的需风量。 /minqghi第i 个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量。 /minkghi第i 个掘进工作面瓦斯涌出不均匀和备用风量系数。取1.8 qhi=1001.6641.8=299.5/min2）按炸药量计算qhi=25ahi式中：25使用1kg炸药的供风量，m3/min ahi掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，10kg。qhi=2510=250 m3/min各种局部通风机的额定风量风机型号额定风量m3/minjbt-51(5.5kw)150jbt-52( 11kw)200jbt-61( 14kw)250jbt-62( 28kw)300选择jbt-61型局部通风机，其额定风量为250 m3/min3）按局部通风机吸风量计算qhi=qhfikhfi=2501.2=300 m3/min式中：qhfi第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和各种通风机的额定风量按下表选取。 khfi为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.21.3.进风巷道无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。4）按工作人员数量计算： =4 nhi其中： nhi 第i 个掘进工作面同时工作得最多人数，交接班时人数最多取40人。 =440=160/min由以上几种方法计算的掘进巷道所需的最大风量为300/min5）按风速进行验算： 按最小风速验算，各个岩巷掘进工作量最小风量： 600.15 shi =600.1510.5=94.5/min各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量： 600.25 sdi =600.2510.5=157.5/min按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风风量： 604 shi =60410.5=2520/min根据上述计算可知，掘进工作面所需风量为300/min3.3 矿井总风量的计算 矿井总风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算： 采煤工作面和备用工作面所需风量之和 =1996.8min/掘进工作面所需风量之和=600min/ 硐室所需风量之和：=150+150+100+80+200+80+120=880 min/. 矿井通风系数，取1.2.则 =（1996.8+600+880）1.2=4172.2min/3.4 矿井风量分配 表3-3通风地点数量单位需风量/min总风量/min回采工作面11996.81996.8煤巷2300600变电所1150150绞车房1150150材料库1100100清理水仓18080水泵房1200200撒煤硐室18080检修硐室1120120总计（含k）4172.23.5 风速验算 表3-4序号主要巷道名称净断面积s （）风量q （ /min）风速v m/s校核1副井井筒23.74172.22.93满足要求2运输大巷164172.24.35满足要求3工作面10.51996.83.17满足要求4采区平巷10.51996.83.17满足要求5轨道上、下山154172.24.64满足要求6风井井筒12.564172.26.54满足要求四 矿井通风阻力计算4.1 矿井通风阻力计算的原则 1.矿井通风总阻力不应超过2940pa。 2. 矿井井巷的局部阻力按150pa计算。3. 阻力最大和最小时自然风压分别为50pa和150.pa风硐阻力取120pa。4. 如果矿井服务年限不长（1020 年），选择达到设计产量后通风容易和困难两个时期分别计算其通风阻力；若矿井服务年限较长（3050 年），只计算前 1525 年通风容易和困难两个时期的通风阻力。为此，必须先给出这两个时期的通风网络图。 通风容易和通风困难两个时期总阻力的计算，应沿着这两个时期的最大通风阻力风路，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，作为这两个时期的矿 井通风总阻力。最大通风阻力风路可根据风量和巷道参数（断面积、长度等）直接判断确定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。附:(矿井平面图)(通风网络图)4.2 矿井通风容易时期和通风困难时期 所谓矿井通风容易时期和通风困难时期是指在一台主要通风的服务年限内 (1530 年),矿井阻力最小的时期(通常在达产初期)和最大的时期(通常在生产后 期)。 4.2.1 矿井通风容易时期通风容易时期路线：副井井底车场主要运输石门运输大巷采区运输石门轨道上山区段运输平巷工作面区段回风平巷采区上部车场 回风上山回风大巷风井。即图 12345678910112425矿井通风容易时期井巷通风网络图矿井通风容易时期井巷通风阻力计算表表4-1节点序号*l(m)u(m)q(/s)s（）（pa）1-231.454017.35823.77.42-3401001445.8162.94-515026001445.816279.65-64080013.545.81526.86-71009501333.310.5118.37-822015015.433.311.2839.38-91008001333.310.599.69-10705013.533.3151.610-1110010013.533.3154.411-243090011588195.124-2539.220012.565812.5621.8容易时期矿井通风阻力796.84.2.2 矿井通风困难时期通风困难时期路线： 副井井底车场主要运输石门运输大巷采区运输石门(下山)轨道下山区段运输平巷工作面区段回风平巷采区下部车场 回风下山回风大巷风井。即图 123413141517181920222425矿井通风困难时期井巷通风阻力计算表表4-1节点序号*l(m)u(m)q(/s)s（）（pa）1-231.454017.35823.77.42-3401001445.8162.94-141509001445.81696.814-154080013.545.81526.815-171008501333.310.5105.817-1822015015.433.311.2839.318-191008001333.310.599.619-20705013.533.310.54.520-224018001345.81558.222-2430260011588563.724-2539.220012.565812.5616.7通风困难时期阻力1021.7五 选择矿井通风设备5.1 选择矿井通风设备的基本要求 （1） 矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。 （2） 选择的通风设备应能满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节牟情况，分期选择电动机动。 （3） 通风机能力应留有一定的余量。轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小5；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%。 （4） 进、出井井口的高差在 150m 以上，或进、出风井口标高相同，但井深400 米以上时宜计算矿井的自然风压。 5.2 主要通风机的选择 5.2.1 计算通风机风量 由于外部漏风（即井口防爆门及主要通风机附近的反风门等处的漏风），风 机风量应大于矿井风量。 qf=k* qm式中：主要通风机的工作风量，m3/min；矿井需风量，m3/min； k 漏风系数，取1.2。 =1.23476.8=4172.2/min5.2.2 计算通风机风压 容易时期：h静=796.8pa-150pa+120pa=766.8pa困难时期：h静=1021.7 pa +50pa+120 pa =1191.7pa5.2.3通风机工作阻力计算容易时期：=/=766.8/4835.2=0.16困难时期：=/=1191.7/4835.2=0.25 如上图可初选bd