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采矿工程专科毕业论文题 目：矿井通风与安全 专 业：采矿工程 班 级： 学 号：09438113226 姓 名：李全立 指导老师： 煤矿采煤论文采矿工程毕业论文摘 要：本设计通过详细介绍矿井采用两翼对角式通风系统。关键词：两翼对角式通风矿井通风与安全 一主矿井通风系统的选择矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。一、 通风系统的选择按进回风在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式，对角式，混合式，下列是各种通风系统的适用条件及其优缺点。1、中央并列式：出风井与进风井大致布置在井田中央，由主井兼作回风井或专设中央风井。适用于煤层倾角较大，走向不长（一般小于4Km左右），投产初期尚末设置边界安全出口，且自然发火不严重的矿井。优缺点：（1）、初期投资少，采区生产集中，且矿井反风容易，便于管理。（2）、节省风井工业场地，占地少，护井煤柱少。（3）、进出风井之间漏风比较大，风路长，阻力大。（4）、工业场地有噪音影响。2、中央分列式：进风井与出风井大致位于井田走向的中央。适用于煤层倾角较小，走向长度较大的中型矿井，投产初期多采用这种通风方式。优缺点:（1）、比中央并列式安全性要好。（2）、矿井通风阻力较小，内部漏风少，利于对瓦斯、自然发火的管理。（3）、工业广场地无噪声及回风风流的影响。（4）、风流在井下流动线路为折返式，风流线路长。3、两翼对角式：进风井大致位于井田走向中央，出风井位于沿倾斜浅部走向的两翼。一般适用于煤层走向长（超过4公里），井田面积大，产量较大的矿井。其优点与中央并列式相反，比中央分列式安全性要好，但初期投资大，建井期较长。对有瓦斯喷出或有煤层和瓦斯突出的矿井，应采用对角式通风系统。5、分区对角式：进风井位于井田中央，两翼各有两个或两个以上回风井为所在附近采区服务。适用于煤层埋藏较浅，第一水平无法开凿总回风巷的情况。也适用于高瓦斯矿井。该方式建井期短，安全性高，便于管理，但风井多，占用场地大，风机管理分散。4、混合式：进风井与出风井三个以上的井筒按中央式与对角式混合组成。其中有中央分列与对角混合式。中央并列与对角混合以及中央并列与中央分列混合等。混合式是前几种的发展。适用于:（1）、矿井走向距离很长以及老矿井的改扩建和深部开采。（2）、多煤层多井筒的矿井，有利于矿井分区分期投产。（3）、大型矿井井田面积大、产量大或采用分区开拓的矿井。综上所述，由于五阳煤矿是低瓦斯矿井，根据井田内的煤层赋存状态、埋藏深度及井田范围等条件，在设计投产初期采用两翼对角式通风。二、 通风机工作方式的选择1、抽出式：当前通风机工作的主要方式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更是有利于与对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。主要通风机安装在回风井口，整个矿井通风系统处在低于大气压的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力提高，比较安全。2、压入式：低瓦斯矿井，矿井地面地形复杂且煤层埋藏较浅，开采第一水平无法在高山上设置主通风机，总回风巷道无法连通或维护困难，煤层自然发火不严重的条件下使用。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。该方式在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物管理困难，漏风较大。3、混合式：适用于个别老井延伸或改建的低沼气矿井。能产生较大的通风压力，适合大阻力矿井的需求。但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用。根据以上的分析比较，再结合本矿井的实际情况，本矿井属于低瓦斯矿井，且风井容易布置，在矿井初步设计时，采用抽出式通风。通风系统见示意图9-1-1。图9-1-1 通风网路示意图 采区及全矿所需风量一、风量计算的有关规定1、煤矿安全规程规定，矿井需要的风量按下列要求分别计算，并必须区其中最大值。 按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不小于4m3。 矿井中各地点的实际需要风量必须使风流中的沼气，二氧化碳，氢气和其它有害气体的浓度，以及风速，温度都必须符合本规程的有关各项规定。2、煤炭工业设计规范规定：对抽放瓦斯的矿井，应按抽出瓦斯后的煤层瓦斯涌出量计算风量，矿井风量备用系数为1.151.45，矿井风量按规定进行计算后，还应根据邻近或类似矿井经验按实际需要配风进行校核，必要时，进行适当调整。二、计算采区所需风量采区所需总风量，m3s式中 风量备用系数，取1.20；各回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3s；各掘进工作面所需风量之和，m3s；采区变电所、绞车房等需风量之和，m3s；其它地点需风量之和，m3s。1、采区回采工作面所需风量1）按沼气涌出量计算，m3s式中： 该工作面沼气涌出不均衡系数，取1.45；工作面沼气的绝对涌出量，4.0 m3min；工作面回风流沼气最高允许浓度，1%；工作面入风流沼气浓度，0.5%。代入数据计算得=1160 m3min2）按人数计算4N，m3min式中： 4每人应供给的最小风量，m3min；N工作面同时工作的最多人数，41人；代入数据计算得441=164 m3min3）按工作面进风流温度计算采煤工作面的风量为，m3min式中： 按平均控顶距算得的工作面平均断面积，根据回采工作面的设计取16.5； 回采工作面的风速，查表的=0.5ms； 工作面的长度系数，查表的=1.40计算得600.516.51.40=693 m3min综上所述，回采工作面的需风量取Qw1为1160m3min，Qw1=19.3 m3/s。4）按工作面极限允许风速验算煤矿安全规程规定，工作面最低风速为0.25 ms，最高风速为4 ms。故工作面最低风量为=1516.5=247.5 m3min工作面最高风速为=24016.5=3960 m3min所以 QminQW1Qmax，设计回采工作面的需风量符合设计要求。5）备采工作面的需风量通常取备用采面的风量等于产量相同的生产采面的需风量的一半。本矿井布置两个回采工作面和一个备用工作面，因而，回采工作面和备用工作面所需风量之和为 =21160+1160/2=2900 m3min=48.3m3/s2、采区内硐室的需风量采区机电硐室必须设在进风流中。采区变电所和绞车房一般按各局矿经验配风。采区变电所的风量约为6080 m3min，本设计取70 m3min。根据绞车滚筒直径的大小，确定绞车房的风量为150 m3min。故=70+150=220 m3min=3.67 m3s3、采区掘进工作面需风量1）按瓦斯涌出量计算 式中 掘进工作面的需风量，m3/min； 掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min； 掘进工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数，一般取1.52.0。计算得 =1001.01.8=180 m3/min采区设两个掘进工作面，所以采区掘进需风量为360 m3/min。2）按工作人数进行计算 式中 掘进工作面同时工作的最多人数。计算得 426=104 m3/min综上所述，掘进工作面所需风量360 m3/min=6 m3/s。3）按风速进行验算煤巷和半煤半岩巷的最小风量为 最大风量为 式中 掘进工作面巷道的净断面积，根据区段巷道的设计，=11.7m2。计算得 =600.2511.7=175.5 m3/min =60411.7=2808 m3/min由验算结果可知，所以掘进工作面设计风量符合要求。4、根据我国各大矿井的经验，其它地点需风量之和取100 m3min。即=100 m3min=1.7 m3s根据上述计算结果，计算得=(2900+360+220+100)1.2=4296 m3min=71.6 m3s即采区需风量为71.6 m3s。三、计算矿井所需风量矿井风量的计算有整体计算法和分别计算法,对于新建矿井,当无邻近或类似条件矿井作参考时,一般按照规程规定进行整体计算.设计采用整体法计算.1、按同时下井人数需要风量计算 Q=4NK式中： Q矿井总供风量，m3N井下同时工作的最多人数，取240人；4每人每分钟供风标准，m3/min;K风量备用系数，其中包括瓦斯不均衡系数，备用工作面的风量系数，矿井内部漏风系数的总概括。对角式或中央边界式的通风系统 k=1.35;则： Q=42401.35=1296 m3/min。2、按瓦斯相对涌出量计算=0.0926式中： 矿井瓦斯平均相对涌出量，7.12m3t；T矿井平均日产量，9091t；K备用系数，取1.35；代入数据计算得：Q=0.092617.4515001.35=5993.3m3min=99.89 m3s3、按平均日产一吨煤每昼夜实际放出或预计放出的瓦斯和二氧化碳计算 式中 Q矿井总风量，m3/min； T矿井平均日产量； q吨煤需风量，m3/min/t； K风量备用系数，两翼对角式通风取1.35。计算得 Q=12272.85 m3/min=204.5 m3/s。因此，矿井需风量为204.5 m3s。三 扇风机选型矿井通风设备的选型是根据计算的全矿总风量Q、容易时期最小阻力hmin和困难时期最大阻力hmax进行设计的。它包括通风机和电动机的选择及通风机附属装置设计。通风机选择时有通风机的特性曲线来完成，要求所选择的通风机既能保证在容易时期的工作效率不太低（不低于0.7），又能保证在困难时期风压够用，且用来克服矿井总阻力的风压小于通风机最大风压的0.9倍，并有足够的风量。同时还要考虑自然风压对通风机的影响，但由于本矿井地表平坦，温差不大，自然风压对设计影响较小，因此本设计对自然风压不再考虑。一、矿井通风总阻力及等积孔的计算1、矿井通风阻力的计算矿井通风阻力计算，应考虑主要通风机服务年限内（2050a），在达到设计产量时，即能克服矿井的最大阻力（即通风困难时期），又能保证矿井在最小阻力（即容易时期）的情况下通风机效率不低于0.7，必须计算通风容易和困难两个时期的总阻力。对于本矿井，矿井总风量为204.5m3s，达到设计生产能力300万t/a，通风容易时期为移交生产时首采区1112-3采区。通风困难时期为1303-9采区，进风仍为204.5 m3s。沿上述两个时期通风阻力最大的路线分别用下式计算出各段井巷摩擦阻力hfr: =RfiQ2式中： hfi某段井巷的摩擦阻力，pa; L某段井巷的长度，m； U某段井巷的周边长，m； S某段井巷的净断面积，m2; 某段井巷的摩擦阻力系数，Ns2/m4。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，扩建矿井需按井巷摩擦阻力的15%计算。通风容易时期矿井通风总阻力 通风困难时期矿井通风总阻力 矿井采用两翼对角式通风，计算结果请参阅表9-3-1 、表9-3-2。表9-3-1 通风容易时期井巷通风阻力计算表巷道名称支护形式进风井混凝土0.0350572.725.1250.24126808.650.00397204.541820.25166.064.07井底车场锚喷0.00603317.220.558675.940.00039150.0225008.837.30轨道石门锚喷0.0060830.917.220.58875.940.00966150.022500217.377.30联络斜巷锚喷0.0080335.117.220.58875.940.00519120.01440074.815.85轨道斜巷锚喷0.00752373.917.220.58875.940.03450120.014400496.85.85行人斜巷锚喷0.0080185.313.911.71606.610.0128338.61489.9619.113.30区段运巷工字钢0.0210794.413.911.71606.610.1443338.61489.96215.053.30工作面液压支架0.032020019.616.54492.130.0279238.61489.9641.612.22区段轨巷工字钢0.0126884.3413.911.71606.610.0964038.61489.96143.643.30回风斜巷锚喷0.006819.219.8527.320374.380.00013204.541820.255.327.49南风井混凝土0.0343300.5222.038.4756911.130.00398204.541820.25166.645.32 表9-3-2 通风困难时期井巷通风阻力计算表巷道名称支护形式进风井混凝土0.0350572.725.1250.24126808.650.00397204.541820.25166.064.07井底车场锚喷0.00603317.220.558675.940.00039150.0225008.837.30轨道石门锚喷0.0060830.917.220.58875.940.00966150.022500217.377.30联络斜巷锚喷0.0080335.117.220.58875.940.00519120.01440074.815.85轨道斜巷锚喷0.007580017.220.58875.940.01163120.014400167.435.85行人斜巷锚喷0.0080185.313.911.71606.610.0128338.61489.9619.113.30区段运巷工字钢0.02101523.113.911.71606.610.2767338.61489.96412.313.30工作面液压支架0.032020019.616.54492.130.0279238.61489.9641.612.22区段轨巷工字钢0.01261558.113.911.71606.610.1698538.61489.96253.073.30回风斜巷锚喷0.00682048.219.8527.320374.380.01357204.541820.25567.477.49南风井混凝土0.0343300.5222.038.4756911.130.00398204.541820.25166.645.32经过计算得出，全矿井通风容易时期的阻力是1710.8Pa；通风困难时期矿井的总阻力为2304.2 Pa。2、矿井等积孔计算等积孔就是用一个与井巷或矿井风阻值相当的理想孔的面积值（米2）来衡量井巷或矿井通风的难易程度的抽象概念。它是反映井巷或矿井通风阻力和风量依存关系的数值。等积孔愈大，表示通风愈容易，反之，等积孔愈小，表示通风愈困难。煤炭工业设计规范规定：设计矿井的通风等积孔在最大负压时，一般不小于1m2。本矿井通风系统采用的是两翼回风，矿井开拓时，第一水平11、13采区共用一台通风机通风，矿井达产时只有一个采采区回采，由南风井回风，通风机的等积孔An为：An=式中： Qn通风机的风量，204.5m3/s ； hn通风机的风压；通风容易时期矿井的等积孔通风困难时期矿井的等积孔因此，南风井服务区域内，矿井通风难易程度为中等，是中等阻力矿井。二、通风机和电动机的选型 1、计算通风机工作风量 式中: K=1.051.10风井无提升任务时取1.05则： Qf=1.0512273=12886.65m3/min=214.78m3/s。2、计算通风机的工作风压取通风机装置各部分阻力h=196 Pa，风机装置动压hvd=49 Pa。通风困难时期 则： Hsmax=49+196+2304.2=2549.2 Pa。通风容易时期 则： Hsmin=49+196+1710.8=1955.8Pa3、通风机全压进出风井井口的标高差在150m以上,或进出风井的标高相同但井深为400m以上时,宜计算矿井的自然风压。由于本井田地表平坦，高差都在50m以内，所以本矿井可以忽略自然风压.，通风机工作风压即为其全压。4、根据设计工况点初选风机在风机性能曲线表中，根据已计算出的风量和风阻，直观的满足风量和风压要求的风机。在粗选的风机特性曲线表中，在风量坐标Q=214.78m3/s点处做Q轴垂线，在风压坐标Hsmax=2549.2Pa及Hsmin=1955.8Pa点做Q轴平行线，三条线分别交于M1和M2点，此两点即为风机工作的实际工况点。经粗略选择发现，本矿井的总风量较大，但风阻相对较小，所以一台风机难以满足矿井的通风要求，初步选择两台型号为BDNO28的轴流式通风机并联工作。风阻不变，风量减半。在风阻特性曲线上确定风机的工况点。矿井选用四台同型号的风机，两台工作，另两台备用。所选风机为轴流式风机，可实现反转反风。风机工况点的确定见图9-3-1。图9-3-1 风机特性曲线和实际工况点5、电动机的选择1）通风机所需输入功率的计算：通风容易时期通风机所需输入的功率 通风困难时期通风机所需输入的功率 2）电动机的台数和种类：当时，每台风机可选一台电动机，电动机功率为 当时，选两台电动机，其功率分别为初期 后期 式中 电动机容量备用系数，=1.11.2； 电动机效率，=0.90.94； 传动效率，直连时取1；皮带传动时取0.95。经计算 ，所以只需选择一台电动机即可。电动机功率为 =760.441.1/（0.921）=909.22KW。所需的功率为455KW，根据所需的功率，在电工产品中选择适合的电动机，所选电动机的型号和主要技术参数如表9-3-3。表9-3-3 电动机规格型 号额定功率（KW）额定电压（V）转速（转/分）T500-12/11805006000500三、降低风阻的措施1、降低井巷摩擦阻力的措施：1）减小摩擦阻力系数，在矿井设计时选用阻力系数较小的支护方式，施工时注意保证施工质量，尽可能使井巷壁面平整光滑。2）保证有足够大的巷道断面，井巷断面大将增加基建费用，但也要同时考虑长期的经济效益。3）选用周长较小的巷道，在井巷断面相同的条件下，圆形断面周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。因此，立井井筒采用圆形断面，斜井、石门、大巷等主要井巷要采用拱形断面，次要巷道以及采区内服务时间不长的巷道才采用梯形断面。4）减少井巷的长度，因巷道的摩擦阻力与巷道的长度成正比，故在进行通风系统设计和改善通风系统时，在满足开采需要的前提下，尽可能缩短风路的长度。5）避免巷道内风量过于集中，巷道的摩擦阻力与风量的平方成正比，巷道内风量过于集中时，摩擦阻力会大大增加，因此尽可能使矿井的总进风早分开，使矿井的总回风晚汇合。2、降低局部阻力的措施1）尽量避免井巷断面突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。2）尽可能避免井巷直角转弯，在转弯处的内侧和外侧要做成圆弧形，有一定的曲率半径，必要时可在转弯处设置导风板。3）主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等，巷内堆积物要及时清除和排列整齐，尽量少阻塞巷道断面。4）加强巷道总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水要及时处理。第四节 防止特殊灾害的安全措施一、安全技术措施：1防瓦斯：瓦斯检测人员对工作面每班不少于二次瓦斯检测，采煤工作面要严格执行“一炮三检”制度。上下巷道金属棚不得滞后切顶线3米，防止瓦斯积聚。保证工作面有足量的风。只许用发炮器放炮，禁止其他方式放炮。2防煤尘：每个炮眼装有水炮泥，下井人员要带好口罩。工作面进、回风巷要有消尘水，并定期冲洗巷道内的积尘。道溜子转载点要安装消尘水，停溜子时要关闭开关。3防火灾：工作面电缆选用阻燃型。检修电器设备，严禁带电作业，严禁打开开关合闸，严禁用其他金属代替保险丝。失效、变质的雷管、炸药不准使用。不许放“糊炮”。检测继电器严禁甩掉；用好电煤钻综合保护。经常检查减速器，加好润滑油。4防冒顶：加强工作面规程质量管理。泵站压力输出达到15Mpa乳化液浓度为%。不试压的支柱不下井，对失效、未检修的的支柱禁止使用。风巷备用支柱不少于工作面总数的%。5防水：每班必须清理水沟，防止积水。要控制好运道和机组的消尘水。作到停机关水。6其他措施：司溜工开溜子前必须发信号，并先启动两次短溜子，司溜人员必须在溜子侧面操作，注意各种信号，发现问题及时停溜。用溜子运材料必须与司溜人员联系好，取料从后端提起。 工作面移溜头、溜子尾要停机、停溜，移完后要及时打好压顶，方可开机和开启溜子；移溜时，支撑点要选择牢固，松动的支柱要打好。锚链的固定螺丝要牢靠，加宿槽板、扎链条不许摘飞钩，要使用刹车；中部换槽板必须闭锁开关，人员要在上方操作，下方米内不许有人作业，松开溜子