开滦范各庄矿240万t新井通风设计.docx

中国矿业大学2011级本科生矿井通风与安全课程设计中国矿业大学矿业工程学院矿井通风与安全课程设计课程设计题目：020开滦范各庄矿240万t新井通风设计小组成员： 班级 指导教师 成绩 日 期 目 录1 矿井概述及井田地质特征 11.1矿区概述11.2井田地质特征11.3 煤层特征12 井田开拓 12.1井田境界与储量12.2矿井工作制度、设计生产能力及服务年限12.3井田开拓23 巷道布置与采煤方法 33.1采区巷道布置及生产系统33.2采煤方法33.3回采巷道布置33.4部分井巷特征参数34 矿井通风与安全 44.1通风系统的选择44.1.1 矿井开拓开采条件44.1.2矿井通风系统的确定54.1.3通风方法确定94.2采区通风104.3掘进通风144.3.1 掘进通风方法144.3.2 掘进工作面需风量计算164.3.3 掘进通风设备选型174.3.3.1 风筒的选择174.3.3.2 局部通风机工作风压194.3.3.3 局部通风机的选择194.3.3.4 掘进通风机技术管理和安全措施194.4 矿井需风量204.4.1矿井需风量计算的原则204.4.2矿井需风量的计算224.4.3矿井风量分配224.4.4其它巷道所需风量Qd224.4.5矿井总风量及其分配224.5 矿井通风阻力234.6矿井主要通风设备选型284.6.1 矿井的自然风压294.6.2通风机选型及技术验证304.6.3电动机的选型.324.7矿井通风费用概算334.7.1吨煤通风成本334.7.2设备折旧费344.7.3材料消耗费用344.7.4通风工作人员工资费用344.7.5每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用354.8主要通风机及其附属装置354.8.1反风装置354.8.2防爆门354.8.3扩散器364.8.4风硐364.8.5消音装置364.9矿井通风系统评价36参考文献 3721 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述范各庄矿业分公司坐落在华北著名工业重镇唐山市的古冶区境内，位于燕山南麓、渤海之滨的京津唐经济圈腹地。井田北部及西北部与吕家坨矿相接。西及西南部与钱家营矿相邻，两矿的技术边界未确定，暂以毕25孔与毕34孔联线，再经毕34孔与15孔联线延至9煤层-800米等高线上，作为范各庄矿与钱家营矿的储量计算边界，东部及南部以14煤层的基岩露头为界。井内的气象参数按表1-1所列的平均值选取。表1-1 空气平均密度一览表 地点季节进风井口1-394井底车场2-120风井底3-120风井4冬季1.231.281.241.22夏季1.181.241.221.181.2 井田地质特征井田南北走向长度10.48km,东西倾斜长2.84km，得出井田水平面积为29.76km2。1.3 煤层特征本矿井可采煤层有7、12煤层，其煤层平均厚度分别为3.52m、3.54m，具体参见图2-1综合地质柱状图。根据范各庄矿2008年度矿井瓦斯等级鉴定等级报告，矿井瓦斯相对涌出量为0.258m3/t，瓦斯绝对涌出量为2.23m3/min，矿井的瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。范各庄井田具有有自然发火煤层9、12煤层，发火期一般在812月之间。12煤层的自然发火期定为11个月，矿井发火等级定为四级。2 井田开拓2.1 井田境界与储量矿井地质资源量：7#煤、12#煤333.45（Mt），矿井工业储量323.45（Mt）， 矿井可采储量.213.08（Mt），本矿井设计生产能力为240万t/年。工业广场的尺寸为600m400m的长方形，工业广场的煤柱量为7#煤511.39(万t)，12#煤 541.73(万t)。2.2 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限本矿井设计生产能力按年工作日300天计算，“三八”工作制，即二班采煤，一班准备，每班净工作时间为8个小时，净提升时间为16小时。本矿井的设计生产能力为240万吨/年,矿井服务年限为63.4年。图2-1 综合地质柱状图2.3 井田开拓工业场地的布置在井田走向的中央。本矿井煤层露头标高-70m左右，煤层埋藏最深处达-800m，井田走向长度平均走向长10.48km，倾斜长2.84km，煤层平均倾角13，根据上下山斜长的要求，此井田开拓至少为二水平或三水平，延伸方式可为立井延伸或暗斜井延伸。由于受第一水平至少要服务30年以上的限制，第一水平采用上下山开采。采用一对立井开拓：主井采用箕斗提煤；副井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。风井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到范各庄井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为两翼对角式通风（具体比较情况见第四章），在井田东西两翼边界各开掘一个风井，风井安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。大巷布置在12煤层底板以下20m的灰色细砂岩灰白色中砂岩层内。其优点是便于大巷的维护，维护费用低，巷道施工条件能够保持一定方向和坡度；在开采上下阶段时可跨大巷开采，不留保护煤柱，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。立井开拓一水平，暗斜井延伸二水平的开拓方案。煤层设计两个阶段开采，第一阶段为-120 m-550 m，阶段斜长1645 m，水平标高为-364 m，采用上下山开采；第二阶段为-550-800 m，阶段斜长1378 m，水平标高-736 m，采用上下山开采。整个井田共分为16个采区，第一水平设置8个采区，第二水平8个采区。3 巷道布置与采煤方法3.1 采区巷道布置及生产系统井田共划分为两个开采水平，其中一水平沿走向上山布置4个采区、下山部分布置4个采区。二水平沿走向上山部分布置4个采区、下山部分布置4个采区，全部为双翼采区。矿井首采区位于井田东部第一水平上山部分，北部以工业广场保护煤柱为界，东部以煤层露头保护煤柱为界，南部与南四采区相邻，西部以一水平运输大巷与下山部分相望。采区内无其它地质构造，开采布置简单。采区走向长25602040m，平均2300m，倾斜平均长817m，采区垂高184m。首采区走向长度2560m，单翼走向长度1280m。采区倾斜长度817m，区段平巷采用单巷掘进，在回采下区段时，采用留小煤柱的沿空掘巷。区段上平巷宽度为4.5m，下平巷宽度为4.5m，区段煤柱为15m。确定工作面长度250m，划分3个区段。每个区段宽为274m。采区间工作面的接替顺序为左右两翼跳采接替，区段接替由上到下依次接替。3.2 采煤方法主采煤层选用综采开采工艺，走向长壁全部垮落一次采全高的采煤方法。工作面的推进方向确定为后退式。根据工作面的关键参数选用设备如下：液压支架ZZ5600/21/42、采煤机MGTY300/730-1.1D、刮板输送机SGEC-830/500、 SZP830/180型转载机、PCM132型破碎机、SSJ-1200/2250型带式输送机。采煤机截深0.6m，其工作方式为双向割煤，追机作业，工作面端头进刀方式。工作面用先移架后推溜的及时支护方式。3.3回采巷道布置本设计中采用单巷布置，区段之间留15m的煤柱作沿空掘巷。在煤层中共布置二条区段平巷，采用综掘机割煤，锚杆机进行支护的机械化掘进方式。区段平巷的断面能够满足通风和安装综采设备的要求，运输和回风平巷均为梯形断面，运输断面宽4.5m，高3.02.5m。回风断面宽4.5m，高3.02.5m。 3.4部分井巷特征参数 表3-1部分井巷特征参数 井巷名称长度(m)断面（m2）周长（m）副井31544.1823.55井底车场32015.2114.83运输大巷130015.2114.83采区下部车场8015.2114.83采区进风上山78015.2114.83采区中部车场10015.2114.83区段进风平巷101812.0714.35综采工作面28014.614.5区段回风平巷100112.0714.35采区回风石门5015.2114.83回风大巷134215.2114.83回风石门5015.2114.83风井14519.6315.7 4 矿井通风与安全4.1通风系统的选择4.1.1 矿井开拓开采条件(1)基本情况井田含两个可采煤层，自上而下为7号和12号煤层，厚分别为3.52m、3.54m，这里主要开采12号煤层，煤层倾角为13，容重为1.40t/m3。本矿井属瓦斯矿井，12煤层具有自然发火危险倾向性，自然发火期定为11个月，矿井发火等级定为四级。根据开拓开采设计确定，采用立井开拓一水平，暗斜井延伸二水平的开拓方案，煤层设计两个阶段开采，第一阶段为-120 m-550 m，阶段斜长1645 m，水平标高为-364 m，采用上下山开采；第二阶段为-550-800 m，阶段斜长1378 m，水平标高-736 m，采用上下山开采，采用综采生产工艺。初期投产达到设计产量时，由井田东部的一个工作面达到产量，综采面产量确定为240万t/a。大巷及采区上山均布置于煤层底板岩石中，区段平巷采用单巷掘进，在回采下区段时，采用留小煤柱的沿空掘巷。为保证生产正常接替，前期及后期均设两个岩石掘进头掘进大巷及两个煤巷掘进头。(2)基本要求一般情况下矿井通风系统 ，都要符合投产较快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等总原则。具体地说要适应以下基本要求：1) 每个矿井，特别是地震区、多雷区的矿井至少要有两个通地面的安全出口，每个出口之间距离不得小于30m；2)进风井口，要有利于防洪，不受粉尘、污风、炼焦气体、燃烧气体等有毒有害气体的侵入；3)采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流中央主要通风机和每一翼的主要通风机的回风流都必须严格隔开；4)所有矿井都要采用机械通风，主要通风机和分区通风机必须安装在地面；5)北方矿井，井口要有供暖设备；6)总回风巷不得作为主要人行道；7)工业广场不允许受通风机噪音的干扰；8) 装有皮带机的井筒不允许兼作回风井；9)装有箕斗的井筒不允许兼作进风井；10)可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；11)通风系统要为防瓦斯、火、水、尘及降温创造条件；通风系统要有利于深水平延伸或后期通风系统的发展变化；12)要注意降低通风费用。4.1.2矿井通风系统的确定一般情况下，矿井主要有五种通风类型：中央并列式(图4-1)、中央边界式(图4-2)、两翼对角式(图4-3)、分区对角式(图4-4)和混合式通风。但一般来说新建矿井多在前4种方式中选择。混合式是前几种方式的综合，多在老井的改建、扩时使用。因而，我们只对前4种通风方式作一个比较。见表4-1所示。图4-1 中央并列式图4-2中央边界式图4-3两翼对角式图4-4 分区对角式(1)技术比较一般的说，新建矿井多数是中央边界式、中央边界式、两翼对角式、分区对角式1。下面对这几种通风方式的特点及优缺点适用条件列表比较。如表4-1所示。表4-1矿井通风方式对比表通风方式优点缺点适用条件中央并列式初期投资较少，工业场地布置集中，管理方便，工业场地保护煤柱小，保护井筒的煤柱较少，构成矿井通风系统的时间短。风路较长，风阻较大，采空区漏风较大煤层倾角大、埋藏深，但走向长度并不大，而且瓦斯、自然发火都不严重中央边界式通风阻力较小，内部漏风小，增加了一个安全出口，工业广场没有主要通风机的噪音影响；从回风系统铺设防尘洒水管路系统比较方便。建井期限略长，有时初期投资稍大煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大，而且瓦斯、自然发火比较严重两翼对角式风路较短，阻力较小，采空区的漏风较小，比中央并列式安全性更好建井期限略长，有时初期投资稍大煤层走向较大（超过4km），井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火严重的新矿井分区对角式通风线路短、几个分区域可以同时施工的优点外，更有利于处理矿井事故。运送人员设备也方便。工业场地分散、占地面积大、井筒保护煤柱较多 煤层距地表较浅，井田面积较大，局部瓦斯含量大，采区离工业广场比较远。通过对以上几种通风方式的比较和技术分析，结合本矿井的地质条件，因为范各庄煤矿平均走向长度10.48km,走向长度较大，井型较大，煤层自燃发火比较严重，煤层埋藏深，我们初步选定中央边界式和两翼对角式，现将这两种方案进行经济比较来确定最终通风方式。(2) 经济比较1)进行工程掘进费用比较 中央边界式，回风大巷工程量：2623m，回风井工程量为145；两翼对角式，回风井工程量：1452=190m，回风大巷工程量：1342m。表4-2 井巷掘进费用方案项目中央边界式两翼对角式工程项目工程量(m)单价(元/m)费用(万元)工程量(m)单价(元/m)费用(万元)回风大巷262340001049.213424000536.8回风井1451000014519010000190合计1194.2万元726.8万元2)井巷维护费用比较表4-3 井巷维护费用比较方案项目中央边界式两翼对角式工程项目工程量(m)单价(元/m)费用(万元)工程量(m)单价(元/m)费用(万元)回风大巷26239023.6113429012.08回风井1451201.741901202.28合计25.3514.363)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100200万元2。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中央边界式两翼对角式通风设备费250万元2502万元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中央边界式（万元）两翼对角式（万元）井巷掘进费1194.2726.8井巷维护费25.3514.36通风设备费250500总费用1469.551241.16相对百分数118.4%100%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：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重，适应于两翼对角式通风方式；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缺点抽出式整个通风系统处于负压状态，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。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。压入式用压入式通风，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。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；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。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难，漏风较大。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。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。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；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适用条件及优缺点上行通风适用条件：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；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示意图优缺点及适用条件U型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。Y型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。Z型回风巷为沿空巷，可以提高煤炭回采率；巷道采准工作量小；采区内进风总长基本不变，有利于稳定风阻；无上偶角瓦斯积聚问题，但是回风巷常出现沼气超限的情况；同时也需要在边界准备专用回风上山，增加了行道的维护和掘进费用。W型当采用对拉式工作面时，可以采用上下平巷同时进风和中间巷道回风的方式。采用此种方式有利于满足上下工作面同采，实现集中生产的需要。这种通风方式的主要特点是不用设置第二条风道；若上下端平巷进风，在该巷只撤、安装、维护采煤设备等有良好的环境；同时，易于稀释工作面瓦斯，使上偶角瓦斯不易于积聚，排放炮烟、煤尘速度快。工作面通风方式的选择与回采顺序、通风能力及巷道布置有关，通风方式是否合理成为影响工作面正常生产的重要因素。工作面通风应满足下列要求： 1)工作面有足够的风量并符合安全规程的要求，特别要防止上隅角积聚瓦斯。 2)风流用尽量单向顺流、少折返逆流、系统简单、风路短。 3)根据通风要求，进、回风巷有足够的断面及数目。根据以上选择的依据及各通风方式所使用条件和本矿开拓方案，矿井绝对瓦斯涌出量为2.23m3/min，工作面长250m，工作面单巷掘进，采用沿空留巷，正常生产时工作面轨道巷进风，皮带巷回风。由此确定工作面采用“U”型通风方式，这种通风方式具有系统简单，漏风小等优点。(6)通风构筑物因为生产的需要，井下巷道是纵横交错彼此贯通。为了使井下各用风地点得到所需要的风量，保证风流按预定的通风路线，就必须在某些通风巷道的交叉口附近巷道设置通风设施，如风桥、挡风墙、风门等，以控制风流，为了防止这些设施漏风或风流短路，要求对通风设施进行正确的设计，合理的选择形式及位置，保证通风设施的可靠性。1)风桥在进风流与回风流平面交叉的巷道处，必须设置风桥，风桥使两支相叉的风流隔开，使之构成立体交叉风路的通风设施。2)挡风墙在需要截断风流和不通行的巷道内可以设置挡风墙，按其服务年限长短分为永久性和暂时性。3)风门风门是建筑在人员和矿车需要通过的巷道，而又不允许风流通过的巷道，按其规定要建两座风门，其间距要大于运输车辆的长度，以便一座风门启动时，另一座风门能够关闭，不至于形成风流短路。分为普通风门和自动启动风门两种。4)调节风窗调节风窗用以增加巷道的局部阻力，以调节用风地点的风量，本设计主要通风机采用抽出式工作方法，调节风窗全部设在回风道中。5)测风站用以测量全矿井总进风量和总回风量以及各水平采掘区和回采工作面的进风量。测风站的位置一般在比较规整的巷道内。4.3掘进通风无论在新建矿井，还是生产矿井及其改（扩）建中，都需要开掘大量的井巷，以便准备新的水平、采区和采煤工作面。在开掘井巷时，为了满足掘进工作面生产安全及劳动卫生条件的需要，必须不断供给掘进工作面适量的新鲜空气。这种利用主要通风机或局部通风机产生的风压对井下掘进工作面等独头巷道进行的通风称为掘进通风（又称局部通风）。4.3.1 掘进通风方法煤矿安全规程规定，掘进通风应采用矿井全风压和局部通风机通风，禁止采用扩散通风。根据以上规定，矿井一般采用局部通风机通风，下面就以采区的一条煤巷进行设计。(1)掘进通风方法的选择掘进通风的方法，按照通风动力形式不同，可分为矿井总风压通风、引射器通风和局部通风机通风。其中以局部通风机最为常用。本设计掘进通风由于掘进头长度较长，利用矿井总风压通风达不到掘进通风的要求，因此本设计选用局部动力通风方法，动力设备为局部通风机(2)掘进通风方式的选择局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，局部通风机通风是由局部通风机和风筒组成一体进行通风，按其工作方式分为：压入式通风，抽出式通风和混合式通风。1)压入式通风局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。具体布置示意图如图4-5： 图4-5 压入式通风2)抽出式通风这种通风方式是把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过铁风筒由局部通风机排出。抽出式通风见图4-6：图4-6抽出式通风3)混合式通风 混合式通风的布置如图所示。其中压入式风筒出风口与工作面的距离仍应小于有效射程长度，抽出式风筒吸风口与工作面的距离和压入式局部通风机所在位置有关。压入式局部通风机可随工作面的推进及时向前移动，与工作面距离保持在4050m左右。抽出式风筒吸风口应超前压入式局部通风机10m以上，同时其风筒吸风口距工作面的距离还应大于炮烟抛掷长度，一般为30m左右，混合式通风见图4-7：图4-7 混合式通风由于混合式通风适用于大断面长距离的岩巷掘进通风的较好方式，由于采煤工作面属于普通断面，短距离岩巷掘进，因此本次设计只考虑压入式和抽出式两种方式。压入式通风与抽出式通风优缺点比较：抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局通风机的为新鲜风流，故安全性高，抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差：压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好。压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒，压入式通风可以使用柔性风筒。从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，故在煤矿中得到广泛应用。由于瓦斯涌出量小，故适应压入式，比较前两种通风方式效果，决定适用局部通风机压入式通风。 图4-8 局部通风示意图4.3.2 掘进工作面需风量计算该设计矿井掘面进采用综掘机掘进。掘进工作面需风量应满足规程对作业地点空气的成分、含尘量、气温、风速等规定要求，按下列因素计算。(1).压入式通风掘进头所需风量或风筒出口的风量或风筒出口的风量为： m3/min （4-1）式中：A工作面一次爆破炸药消耗量，10/mS掘进巷道断面，12.07t通风时间，min，一般取2030min从工作面至炮烟稀释到安全浓度的距离。可按下式计算，400A/S，m。如巷道实际长度L小于式中的，应用L代替该煤层掘进硬度 f23，掘进断面12.3，查阅煤炭井巷综合预算知一次爆破炸药消耗需要量A为10/m，故390.24m=159.43m3/min(2).按同时工作的最多人数计算：Q4N （4-2）430120m3/min式中：N工作面同时工作的人数，取30人(3).按瓦斯涌出量计算：根据矿井安全规程规定，按工作面回风风流中沼气的浓度不得超过1的要求计算。即：Qai=100QgaiKai （4-3）式中：Qai第个掘进工作面实际需风量，m3/min；Qgai该掘进工作面回采时沼气的平均绝对涌出量，取1.5m3/minKai该掘进工作面的瓦斯涌出不均衡系数，按综掘掘进取Kai1.5；工作面需风量：Qa掘=100QaiKai=1001.51.5=225（m3/min） (4).按炸药量计算Qai=25Agai （4-4）式中：Qai第个掘进工作面实际需风量，m3/min；Agai掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，/m，查阅煤炭井巷综合预算知一次爆破炸药消耗需要量Agai为10/m；Qai=2510=250m3/min(5).按照风速验算根据上述计算结果，应取最大风量为250m3/min1)按最低风速验算：Q1SV112.0715=181.05m3/minQ式中：Q1巷道最低风速所需要的风量；Q2巷道最高风速所需要的风量；S巷道设计断面积，12.07；V1最低风速要求，煤巷取0.25m/s；V2最高风速要求，煤巷取4m/s。综上：本设计取250m3/min足以稀释掘进工作面的炮烟、瓦斯以及其他有害气体，使掘进工作面有个良好的环境。岩巷掘进头用风量根据范各庄实际配风经验定为250m3/min4.3.3 掘进通风设备选型4.3.3.1风筒的选择由4.1节可知，本矿井掘进采用压入式通风，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，易于存储和搬运，连接和悬吊也较为方便，胶布和人造革风筒防水性能好，且适合于压入式通风。为经济起见，决定使用胶片风筒，其具体参数见表4-9。表4-9风筒规格及接头形式风筒类型风筒直径（mm）接头方法百米风阻（NS2/m8）节长（m）壁厚（mm）风筒质量（kg/m）胶布风筒800双反边13101.23.2（1）风筒风阻风筒的风阻包括摩擦风阻和局部风阻，风筒长度为1300m，由其百米风阻值得风筒总风阻为：（2）风筒的漏风率柔性风筒的漏风率风风量备用系数值可用下式计算： 式中：柔性风筒的漏风风量备用系数；Q局部通风机的供风量，m/min；Q风筒末端的风量，m/min；P风筒100m长度的漏风率，%,百米漏风率可从表4-10中查取；L风筒总长度，m。表4-10柔性风筒百米漏风率p风筒接头类型风筒100m漏风率p/%胶接0.1-0.4多反边0.4-0.6多层反边3.05插接12.8带入数据，则柔性风筒的漏风风量备用系数为： 2）局部通风机选型（1）局部通风机工作风量Q： 式中： 风筒的漏风风量备用系数，根据上面的计算取1.08； Q掘进工作面所需风量，m/min。则局部通风机工作风量： 4.3.3.2局部通风机工作风压压入式局部通风机工作全风压Ht（Pa）为： （4-5）式中：Ht局部通风机工作全风压，Pa；R风筒总风阻，NS/m；Q局部通风机工作风量，m/s；Q掘进工作面所需风量，m/s；空气密度，kg/m3；带入已知数据得：4.3.3.3局部通风机的选择矿用局部通风机分为轴流式和离心式两种，轴流式局部通风机具有体积小，便于安装和串联运转，效率等优点。本设计根据局部通风机工作风量Qa和工作全风压Ht选取FBD5/27.5对旋轴流式风机，其工作参数见表4-11。表4-11 局部通风机参数风机类型功率（kw）电压（V）转速（r/min）效率风量m/min风压（Pa）5/27.527.5380/660290075%250-190600-32004.3.3.4掘进通风机技术管理和安全措施1）保证工作面有足够的新鲜风流（1）局部通风机通风时，无论是工作和交接班都不准停风或减少风量。（2）提高有效风量。应减少导风设施的漏风，减低导风设施的风阻，要采用接头严密漏风小的反边接头法，及时修补风筒和堵补风筒针眼，选用大直径风筒，提高通风设备的安装质量。2）保证局部通风机的安全运转（1）局部通风机必须有专人负责管理，局部通风机和启动装置必须装在进风道中，距回风口不小于10m，局部通风机吸收风量必须小于全风压供给该处的风量，以免发生循环风。（2）防止局部通风机电动机烧坏，采用QC83-80型磁力启动器。（3）局部通风机和机电设备必须配有延时风电闭锁装置。（4）安设瓦斯自动检测报警断电装置，局部通风机应采用双回路供电，以保证局部通风机连续运转。3）局部通风机的管理工作主要是保证局部通风机安全正常运转，减少漏风，降低风筒阻力，提高工作面的有效风量，加强局部通风机管理及检查。4.4 矿井需风量矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条风路上的漏风量的总和。对新设计的采区，应使各个用风地点的风量符合规程中关于人员所需风量、沼气、CO2、CO和其它有害气体的安全浓度，各工作地点的空气允许温度，空气中煤尘的安全浓度，最低和最高风速的允许值以及各种漏风的允许值等规定。矿井风量计算应根据实际需要按由里向外的原则，先从各用风地点算起，由里向外，逆风将各用风地点计算值乘以1.15就是各用风地点实际风量，采煤工作面只配计算的风量，上下顺槽的风量乘以1.15。顺风流而下，遇到分风地点则加上其它风路的风量，一起分配给未分风前的那条风路，作为该风路的分量，直至确定进风井的风量。即：Q=KQ采+Q掘Q硐Q其它 （4-6）式中：Q矿井总风量，m3/min；K风量备用系数，取K=1.15；Q采回采工作面所需风量，m3/min；Q掘掘进面所需风量，m3/min；Q硐硐室所需风量，m3/min；Q其它其它巷道所需风量，m3/min；4.4.1工作面所需风量的计算每个采煤工作面实际需要风量，应按沼气(或二氧化碳)涌出量、工作面气温、风速和人数等规定分别计算，然后取其中最大值。矿井初步设计年生产能力240万t。预计矿井绝对瓦斯涌出量为2.23m3/min，为低瓦斯矿井。 (1).按沼气涌出量计算：根据矿井安全规程规定，按采煤工作面回风巷风流中沼气的浓度不得超过1的要求计算。即：Qai=100QgaiKai （4-7）式中：Qai第个回采工作面实际需风量，m3/min；Qga该采煤工作面回采时沼气的平均绝对涌出量，m3/min，取2.23m3/min；Kai该采煤工作面的瓦斯涌出不均衡系数，取Kai1.5；工作面需风量：Qa=100QgaiKai=1002.231.5=334.5m3/min (2).按工作面气温与风速的关系计算：采煤工作面应有良好的劳动气候条件，起温度和风速应符合下列要求，见表4-12。表4-12采煤工作面空气温度与风速对照表工作面温度()151518182020232326工作面风速(m/s)0.30.50.50.80.81.01.01.51.51.8按下式计算： Qai=60VaiSaikai （4-8）式中：Vai回采工作面风速，取Vai=1.5m/s（查表4-12）；Sai第i个回采工作面平均断面积，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，综采工作面按近似S=3.75(M-0.3)=13.4m2 kai第i个回采工作面的长度系数，取1.3.故工作面风量：Qa=601.513.21.3