试论矿井通风系统-本科毕业论.doc

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）题目：试论矿井通风系统学习中心： 山西学习中心 学 号： 080F67123010 姓 名： 刘建明 专 业： 采矿工程 指导教师： 赵 欣 2015 年 02 月 10 日 中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）评阅教师评阅意见表学生姓名： 刘建明 学号：080F67123010 专业： 采矿工程 毕业设计（论文）题目： 试论矿井通风系统 评阅意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）论文以“试论矿井通风系统”为选题，符合采矿工程专业培养目标，能够达到综合训练目标，选题具有一定的实践指导意义。该生查阅文献资料能力一般，能收集关于工程背景的资料，写作过程中基本能综合运用所学采矿工程专业知识，对矿山实际问题进行分析，综合运用知识能力一般。文章篇幅符合学院规定，内容基本完整，层次结构合理，具有一定的逻辑性。参考了一定的文献资料，未见明显抄袭现象。但论文行文及排版格式存在一些不足，图表不符合规范要求，需进行一定的修改。另外，结合论述内容，“试论矿井通风系统”题目偏大，建议改为“试论矿井通风系统设计主要内容及要点”。修改意见“（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参见答辩的不必填此意见）论文行文及排版格式存在一些不足，图表不符合规范要求，需进行一定的修改。另外，结合论述内容，“试论矿井通风系统”题目偏大，建议改为“试论矿井通风系统设计主要内容及要点”。毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）： 61 评阅结论： 修改后答辩 （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名 蒋 楠所在单位中国地质大学（武汉）评阅时间2015.4.4论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文试论矿井通风系统，是本人在老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。论文作者（签字）：刘建明日期：2015年02月10日摘 要随着煤矿资源的深度开采以及开采规模的扩大，煤矿开拓开采水平与安全生产技术措施水平都有了很大的提高。矿井是一个复杂的动态系统，具有与其他工业不同的特点，其主要特点是地下作业，工作环境艰苦，自燃条件复杂，因此通风与安全措施显得尤为重要。全局而言，各煤田所处的经济地理位置不同，煤层地质条件多种多样，开采方法也就多种多样。本次设计根据以上因素进行矿井通风系统设计，并选择多种通风方式进行对照比较。并对矿井所需风量进行了计算及分配，矿井容易时期、困难时期的通风阻力同时进行了计算以及对通风设备进行了选择等。安全技术措施包括井下瓦斯预测和抽采、开采突出危险煤层的安全措施、粉尘防治、防火措施、防水措施以及矿井降温措施等。关键词： 通风系统、安全管理、防灾措施绪 论矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。因此，必须周密考虑，精心设计，力求实现预期效果。矿井是一个复杂的动态系统，具有与其他工业不同的特点，其主要特点是地下产业，工作环境艰苦，自燃条件复杂，因此通风和安全措施显的尤为重要。全局而言，各煤田所处的经济地理位置不同，煤层地质条件多种多样，开采方法也就多种多样。本次设计根据以上因素进行开拓开采设计，并选择多种开采技术进行对照比较。通风设计主要包括矿井通风系统的选择、矿井所需风量的计算及分配、矿井容易时期、困难时期的通风阻力计算以及对通风设备的选择等。安全技术措施包括井下瓦斯预测和抽采、开采突出危险煤层的安全措施、粉尘防治、防火措施、防水措施以及矿井降温措施等。专题部分主要是针对顶板走向钻孔抽采瓦斯技术的研究。一、 矿井通风设计的内容与要求矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进经济的矿井通风系统。矿井通风设计分为新建或扩建矿井通风设计。对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术规程、设计规范和有关的规定。矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计计算。（一）矿井基建时期的通风矿井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风，即开凿井筒（或平硐）、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道时的通风。此时期多用局部通风对独头巷道进行局部通风。当两个井筒贯通后，主要通风机安装完毕，便可用主要通风机对已开凿的井巷衽全压通风，从而可缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。（二）矿井生产时期的通风矿井生产时期的通风是指矿井投产后，包括全矿开拓、采准和采煤工作面以及其他井巷的通风。这时期的通风设计，根据矿井生产年限的长短，又可分为两种情况：1、矿井服务年限不长时（大约15至20年），只做一次通风设计。矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期；矿井通风阴力最大时为困难时期。依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出对此两个时期的通风皆为适宜的通风设备。2、矿井服务年限较长时，考虑到通风机设备选型，矿井所需风量和风压的变化等因素，又需分为两个时期进行通风设计。第一水平为第一期，对该时期内通风容易和困难两种情况详细地进行设计计算。第二期的通风设计只做一般的原则规划，但对矿井通风系统、应根据矿井整个生产时期的技术经济因素，作出全面的考虑，以使确定的通风系统既可适应现实生产的要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况。矿井通风设计所需要的基础资料如下：矿井地形地质图；矿岩游离二氧化硅（矽）、硫、放射性物质及瓦斯和有害气体的含量；煤居中自然发火倾向性；煤尘爆炸性；矿区气候条件、包括年最高、最低、平均气温、地温、地热增深率及常年主导风向等；矿岩容重、块度、松散系数、含泥量及粘结性；矿区有无老窑旧巷及其所在地点和存在情形；矿井年产量、服务年限、开拓系统、回采顺序、开采方法；产量分配和作业布置，同时作业的工作面数及备用工作面个数；同时开动的各种型号的凿岩机台数及其分布；同时爆破的最多炸药量；同时工作的最多人数等。（三）矿井通风设计的内容（1）确定矿井通风系统（2）矿井通风计算和风量分配（3）矿井通风阻力计算（4）选择通风设备（5）概算矿井通风费用此外，根据不同地区或矿井的特殊条件，还需警醒矿井空气温度调节的计算（具体内容见第八章）（四）矿井通风设计的要求（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件；（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；（4）有符合规定的井下环境及安全检测系统或检测措施；（5）通风系统的基建投资省，营运费用低，综合经济效益好。二、优选矿井通风系统（一）矿井通风系统的要求（1）每一矿井必须有完整的独立通风系统。（2）进风井口应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。（3）箕斗提升井或装有胶带运送机的井筒不应兼做进风井，如果兼做进风井使用，必须采取措施，满足安全的需要。（4）多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近，当通风机之间的风压相差较大时，应减小共用风路的风压，使其不超过任何一个通风机风压的30%。（5）每一个生产水平和每一采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。（6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。（二）确定矿井通风系统根据矿井瓦斯渗出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后矿井通风系统。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复正常生产。3、 矿井风量计算（1） 矿井风量计算原则矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。（1） 按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟共计风量不得少于4m3；（2） 按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。（2） 矿井需风量的计算1、 采煤工作面需风量的计算采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取得最大值。（1） 按瓦斯涌出量计算 Qwi=100*Qgwi*Kgwi式中 Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min Qgwi第i各采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min Kgwi第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值和平均值之比。生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行5昼夜的观测，得出5各比值，取其最大值。通常机采工作面取Kgwi=1.2-1.6；炮采工作面取Kgwi=1.4-2.0；水采工作面取Kgwi=2.0-3.0.（2） 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表3-2-1的要求。表3-2-1 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/采煤工作面风速/MS-11515-1818-2020-2323-260.3-0.50.5-0.80.8-1.01.0-1.51.5-1.8采煤工作面的需要风量计算： Qwi=60-Vwi*Swi*Kwi式中Vwi第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表7-4-1中选取，m/s； Swi第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2 Kwi第i个工作面的长度系数，可按表7-4-2选取。表3-2-2采煤工作面长度风量系数表采煤工作面长度/M工作面长度风量系数KWI1550-8080-120120-150150-1801800.80.91.01.11.21.30-1.40（3） 按使用炸药量计算Qwi=25*Awi式中25每使用1Kg炸药的供风量，m3/min；Awi第i个工作面一次爆破使用的最大炸药量，Kg；（4） 按工作人员数量计算Qwi=4*nwi式中4每人每分钟应供给的最低风量，m3/minnwi第i个采煤工作面同时工作的最多人数，个（5） 按风速进行验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量；Qwi60*0.25*Swi按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：Qwi60*0.25Swi采煤工作面有串联通风时，按其中一个最大需要风量计算。备用工作面也按上述要求，并满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算需风量，且不得低于其回采时需风量的50%。2、 掘进工作面需风量的计算煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（1） 按瓦斯涌出量计算Qhi=100*Qghi*Kghi式中Qhi第i个掘进工作面的需风量，m3/min；Qghi第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；Kghi第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，一般可取1.5-2.0.（2） 按炸药量计算Qhi=25*Ahi式中25使用1Kg炸药的供风量，m3/min；Ahi第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，Kg。（3） 按局部通风机吸风量计算Qhi=Qhfi*Khfi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可按表3-2-3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1.2-1.3.进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时去1.3。表3-2-3各种局部通风机的额定风量风机型号额定风量/m3min-1JBT-51（5.5KW）JBT-52（11KW）JBT-61（14KW）JBT-62（28KW）150200250300（4） 按工作人员数量计算Qhi=4*nhi式中Nhi第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。（5） 按风速进行验算按最小风速进行验算，各个岩巷掘进工作面最小风量： Qhi60*0.15*Shi各个煤巷或半煤巷掘进工作面的最小风量： Qhi60*0.25*Sdi按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风量： Qhi60*4*Shi式中Shi第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2。3、 硐室需要风量计算各个独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：（1） 机电硐室发热量最大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量分别进行计算：Qri=3600*P*Cp*60*t式中Qhi第i个机电硐室的需风量，m3/min；N机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，Kw；机电硐室电的发热系数，可根据实际考察由机电硐室内机械设备运转时的实际热量转换为相当于电器设备容量做无用功的系数确定，也可按表7-4-4选取；P空气密度，一般取1.2Kg/m3；Cp空气的定压比热，一般可取1KJ/（KgK）t机电硐室进、回风流的温度差，。表7-4-4机电硐室发热系数（）表机电硐室名称 发热系数空气压缩机防 0.20-0.23水泵房 0.01-0.03变电所、绞车房 0.02-0.04采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需要风量：Qri=60-80 m3/min（2） 爆破材料库Qri=4*V/60式中V-库房容积，m3但是大型爆破材料库不得小于100m3/min，中小型爆破材料库不得小于60m3/min。（3） 充电硐室按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算Qri=200*qrhi式中qrhi第i个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min。4、 其他用风巷道的需风量计算机各个其他巷道的需风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采用其最大值。按瓦斯涌出量计算Qoi=133*Qgoi*kgoi式中Qgoi第i个其他用风巷道的瓦斯绝对涌出量，m3/min；Koi第i个其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般可取kgoi=1.2-1.3。按最低风速验算Qoi60*0.15*Soi式中Soi第i个其他井巷净断面积，m25、 矿井总风量计算矿井的总进风量、应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算：Qm=（Qwt+Qht+Qrt+Qot）*km式中Qwt采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；Qht掘进工作面所需风量之和，m3/min；Qrt硐室所需风量之和，m3/min；Qot其他用风地点所需风量之和，m3/min。Km矿井通风（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）系数，可取1.15-1.25.4、 矿井通风总阻力计算（1） 矿井通风总阻力计算原则（1） 矿井通风总阻力，不用超过2840pa。（2） 矿井井巷的局部阻力，新建矿井（包括扩建矿井独立通风的扩建区）宜按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。（2） 矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力是指风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。对于有两台或多台主要通风机工作的矿井，矿井通风阻力应该按每台主要通风机所服务的系统分别计算。在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。为了使主要通风机在整个服务期限都能满足需要，而且主要通风机有较高的运转效率，需要按照开拓开采布局和采掘工作面接替安排，对主要通风机服务期内不同时期的系统总阻力的变化进行分析，当根据风量和巷道参数（断面、长度等）直接判定出最大阻力路线时，可按改路线的阻力计算矿井总阻力，当不能直接判定时，应先几条可能最大的路线进行计算比较，然后确定该时期的矿井总阻力。在矿井通风系统总阻力最小是称通风容易时期。通风系统总阻力最大时称为通风困难时期。对于通风容易和困难时期，要分别画出通风系统图。可按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再有各段风路的阻力计算总矿井总压力。为便于计算和查验，可用表7-4-5的格式，沿着通风容易和困难时期的风流路线，依次计算各段摩擦阻力hft，然后分别计算的处容易和困难时期的总摩擦阻力hfe和hfd，再乘以1.1（扩建矿井乘以1.15）后，得两个时期的矿井总压力hme和hmd。通风容易时期总阻力 hme=（1.1-1.15）hfe通风困难时期总阻力 hmd=（1.1-1.15）hfd上面两式中hf按下式计算： n hf= hfi i=1式中 hfi=ailiui/si2 Qi25、 矿井通风设备的选择（1） 矿井通风设备是指主要通风机和电动机（1） 矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套做备用。（2） 选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机。（3） 通风机能力应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时，轮叶运转角度应比允许范围小5o；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、出风井井口高度差在150m，或进、出井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。（2） 主要通风机的选择1、 计算通风机风量Qr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Qr大于矿井风量QmQr=K Qm式中Qr主要通风机的工作风量，m3/S；Qm矿井需风量，m3/S；K漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1，箕斗井做回风用时取1.15；回风并兼做升降人员时取1.2.2、 计算通风机风压通风机全压Htd和矿井自然风压HN共同作用克服矿井通风系统的总阻力hm，通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力hd及扩散器出口动能损失Hvd。当自然风压与通风机风压作用相同时取“”；自然风压与通风机负压作用反向时取“+”。根据提供的通风机性能曲线，由下式求出通风机风压：Htd=hm+hd+HvdHN通常离心式通风机提供的大多是全压曲线，而轴流式通风机提供的大多是静压曲线，因此，对抽出式通风矿井：离心式通风机：容易时期 Htd min=hm+hd+HvdHN困难时期 Htd max=hm+hd+HvdHN通风容易时期为使自然风压与通风及风压作用相同时，通风机有较高的效率，故从通风系统阻力中减去自然风压HN；通风困难时期，为使自然风压与通风机风压作用反向时，通风能力满足，故通风系统阻力中加上自然风压HN.3、 初选通风机 根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qr、Hsd min（或Htd max）和矿井通风困难时期通风机的Qr、Hsd max（或Htd min）在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。4、 求通风机的实际工况点 因为根据Qr、Hsd min（或Htd max）和Qr、Hsd max（或Htd min）确定的工况点，即设计工况点不一点恰好在所选通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。1） 计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时：Ssd min= Ssd min=用全压特性曲线时：Rtd min=Rtdmax=2) 确实通风机的实际工况点在通风特性曲线图中做通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。5、 确定通风机的型号和转速根据各台通风机的工况参数（Qr、Hsd、N）对初选的通风机进行技术、经验和安全性比较，最后确定满足矿井通风要求，技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。6、 电动机选择（1） 通风机输入功率按通风容易及困难时期，分别计算通风机所需输入功率Nmin、Nmax。Nmin=Qf Hsd min/1000 s Nmax=Qf Hsd max/1000 s或Nmin=Qf Hsd min/1000 s Nmax=Qf Hsd max/1000 s式中t、s分别为通风机全压效率和静压效率：（2） 电动机的台数和种类当Nmin0.6 Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为Ne=Nmax.Ke/( e t r )当Nmin0.6 Nmax时，可选两台电动机，其功率分别为初期Nemin=.Ke/( e t r )后期按Ne=NmaxKe/( e t r )计算。式中Ke电动机容量备用系数，Ke=1.11.2e电动机效率，e=0.9-0.94（大型电动机取最高值）tr传动效率，电动机与通风机直联时tr=1，皮带传动时tr=0.95。电动机功率在400500kw以上时，宜选用同步电动机。其优点是在低负荷运转时，可用来改善电网功率因数，使矿井经济用电；缺点是这种电动机的购置和安装费较高。 六、概算矿井通风费用吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。统计分析成本的构成，则是探求降低成本提高经济效益不可少的基础资料。吨煤通风成本主要包括下列费用：1、电费（W1）吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算：W1=(E+EA)xD/T式中E主要通风机年耗电量，设计中用下式计算：通风容易时期和困难时期共选一台电动机时，E=8760（Nemin+Nemax）/（Ke v w）选两台电动机时E=4380（Nemin+Nemax）/（Ke v w）式中D电价，元/kw.h T矿井年产量，t； EA局部通风机和辅助通风机的年耗电量； v变压器效率，可取0.95 w电缆输电效率，取决于电缆长度和每米电缆损耗，在0.9-0.95范围内选取。2、 设备折旧费 通风设备的折旧费与设备数量、成本及服务年限有关可用表6-1计算。吨煤的通风设备折旧费W2为W2=（G1+G2）/T表6-1通风成本计算表序号设 备名 称计 算单 位数 量总成本 总 计 服 务 年 限基本投资折旧费大修理折旧费备注单位成 本设备费运输及安装费1局部通风 机台 10 12000 120000 5000125000101250010003、 材料消耗费用包括各种通风构筑物的材料费，通风机和电动机润滑油料费，防尘等设施费用。每吨煤的通风材料消耗费W3为：W3=C/T式中C材料消耗总费用，元/a。4、 通风工作人员工资费用 矿井通风工作人员，每年工资总额为A（元），则一吨煤的工资费用W4为W4=A/T5、 专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费 折算至吨煤的费用为W5.6、 每吨煤的通