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通风安全学课程设计 安全通风学矿井通风设计第一节 矿井概况一、煤层地质概况 l、煤层地质概况：煤层倾角250，单一煤层，煤层厚2.8m。该矿属高瓦斯矿井，矿井相对瓦斯涌出量为12m3t，煤尘有爆炸危险，煤层自然发火期36个月, 该矿自然风压20毫米水柱，冬季与主要通风机方向一至，夏季与主要通风机方向相反。 二、井田范围设计第一水平开采深度240m，走向长度为6000m，每翼长3000m三、矿井生产任务设计年产量为0.90mt，矿井第一水平服务年限为16年。四、井田开拓与开采：矿井采用立井开拓，开拓系统见图1，采区划分见图2。在每翼一个采区、中央上部边界开风井，采用对角式通风，通风系统见图3。矿井一个采区生产，每个采区综采生产工作面，工作面日产量3000t，一个备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。五、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。27第二节 矿井通风系统一、矿井通风系统要符合下列要求。1、每一个生产矿井，必须至少有两个能行人的通达地面的安全出口。各个出口之间的距离不得小于30m。如果采用中央式通风系统时，还要在井田境界附近设置安全出口。井下每一个水平到上水平和每个采区至少都要有两个便于行人的安全出口。2、进风井口，必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体侵入的地方，距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m。进风井筒冬季结冰，对工人身体健康、提升和其它设施有危害时，必须装设暖风设备，保持进风井口以下的空气温度在2以上。进风井与出风井的设备地点必须地层稳定且有利于防洪。总回风道不得作为主要行人道。3、箕斗提升或装有皮带运输机的井筒不应兼作风井。如果兼作风井使用时，必须遵守下列规定：(1)箕斗提升兼作回风井时，井上下装、卸井塔都必须有完善的封闭措施，其漏风率不超过15%，并应有可靠的降尘设施。(2)箕斗提升井或装有皮带运输机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s；装有皮带运输机的井筒中的风速不得超过4m/s，并都应有可靠的防尘措施。4、所有矿井都必须采用机械通风，主要通风机要有符合要求的防爆门，反风设备和专用的供电线路。5、每一个矿井必须有完整的独立的独立通风系统。6、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主要通风机的回风流都必须严格隔开。7、采煤工作面的掘进工作面都应采用独立通风。8、井下火药库必须有单独的进风风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风道，井下充电硐室必须有单独的风流通风，回风风流可以引入采区回风道中。第三节 矿井风量计算与分配一、矿井需风量的计算原则 矿井需风量应按照“由里往外”的原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。二、矿井需风量的计算方法根据现行煤矿安全规程规定，矿井需要的风量应按照下列求分别计算，并选取其中的最大值。由题目条件：矿井一个采区生产，每个采区综采生产工作面，工作面日产量3000t，一个备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。忽略掘进工作面和备用工作面的出煤量，忽略掘进工作面和备用工作面涌出的瓦斯，每个采煤工作面的瓦斯绝对涌出量为：Q采瓦=123000/ 2460=25 m3min 按瓦斯涌出量计算： Q采风=100Q采瓦K 式中：Q采工作面实际需要的风量，m3/min Q采工作面的瓦斯绝对涌出量，取1m3/min K工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.2Q采风=100q采瓦K=100251.2=3000m3/min=50 m3/s 按工作面进风流温度计算Q采=60VcScKc，m3/min 式中：Vc采煤工作面风速，当采长壁工作面稳定在18时，工作面风速应在0.8-1.0m3/s之间，取1.0m3/s Sc采煤工作面的平均断面积，（2+4）/22.8=8.4 Kc采煤工作面长150m,长度系数，取1.1 Q采风=601.08.41.1=554.4m3/min 按人数计算实际需风量Q采=4N，m3/min 式中：N工作面同时工作的最多人数，30人 Q采=430=120m3/min 按风速验算600.25S采Q采604S采 式中：S采采煤工作面的平均断面积，采煤工作面8.4采工作面：126m3/minQ采2016m3/min根据以上计算，设计采工作面配风量取其中最大值，即：Q采风=2016m3/min=33.6 m3/s备用工作面一般按回采工作面需风量的50计算，即：Q备风=1/2 Q采风 =1008 m3/min =16.8m3/s（2）掘进工作面实际需风量按瓦斯涌出量计算Q掘=100q掘K掘 由于忽略了掘进工作面的出煤量和瓦斯涌出量，因此，此步计算结果可予忽略。按局部通风机吸风量计算Q掘=2Q局扇吸k=23001.2=780 m3/min选择28kw局部通风机，其额定风量为300 m3/min按人数计算掘进工作面实际需风量Q掘=4N 式中：N掘进工作面同时工作的最多人数，26人 Q采=420=80m3/min4、 按风速进行验算15S掘Q煤掘240S掘 式中：S掘煤巷掘进工作面的断面积，690m3/minQ煤掘1440m3/min综合考虑，掘进工作面实际需风量为：Q掘=780 m3/min（3）硐室、爆破材料库等需风量爆炸材料硐室：1m3/s采区变电所：1m3/s绞车硐室：1m3/s则硐室、爆破材料库等实际需风量为：Q硐=11+1=3m3/s=180 m3/min综合上述计算，矿井需风量为：Q=（Q采+Q掘+Q硐）K =（1.52016 +2780+180）1.25 =5955m3/min=99.3 m3/s以上计算结果取最大值，由于采用两翼对角通风，两翼对称同进开采，则矿井一翼需风量Q=49.6m3/s=50 m3/s。四、 矿井通风阻力及等积孔计算在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随开采深度的增加和走向范围的扩大及产量的提高而增加。为了扇风机在整个矿井服务期间在合理的效率范围内运转，在选择扇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，前者对应于扇风机服务期间内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压得作用。一、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。但必须是矿井达到设计年产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。在选定的风路上（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个井巷通风总阻力（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，通过计算比较选出最大值。如果矿井服务年限较长时，则只计算头15-25a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。附:(矿井平面图4-1) (通风网络图4-)。2、通过主扇的风量Qf必大于通过风井的矿井总风量Q矿，为了计算矿井的阻力，必先算出Qf：对于抽出式：=（1.051.10）* Q矿 （-1）3、为了经济、合理、安全地使用主扇，应控制h阻难不易太大，矿井通风的总阻力，不应超过2940 Pa。二、计算方法沿着上述两个时期通风阻力的风路，分别用下式算出各区段井巷摩擦阻力：Pa （-2）式中：h摩各段井巷的摩擦阻力；摩擦阻力系数；L各段井巷的长度，m；U各段井巷的周长，mS井巷的净断面积，m2；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后求得的风量值，/s。本设计根据采区接替安排，矿井投产后至NO.采区为初期通风容易时期（即上采面接近停采线位置时，当同一采区的同一区段上下煤层同采时，应有个的进尺距离）；之后到NO.采区采完为初期通风困难时期。通风容易时期负压和通风困难时期负压计算结果见表3-1和表3-2。其总和为总摩擦阻力：h摩=h1-2+h2-3+hn-(n+1) Pa （-3）式中：h1-2、h2-3、+hn-(n+1)为各段井巷之摩擦阻力，Pa。由表3-1和表3-2的计算知：h易=940.6Pah难=1006.8Pa三、计算矿井总风阻，Ns2m-8 （-6） ，Ns2m-8 （-7）式中：R易、R难 -容易时期和困难时期的全矿总风阻则R易=0.3762Ns2m-8 R难=0.4027Ns2m-8四、计算矿井等积孔=1.94 （-8） = 1.88 （-9）式中：A易，A难-容易时期和困难时期的全矿等积孔，根据矿井通风难易程度分级见表3-3。表3-3 矿井通风难易程度分级矿 井 通 风难 易 程 度矿井总风阻Ns2m-8等积孔容 易0.3552中 等0.3551.42012困 难1.4201由等积孔可以看出，矿井通风为中等,所以矿井在生产时期应加大各巷道的掘进断面，以满足用风地点所需风量，并避免有关巷道风速超限。通风容易时期风阻计算节点号井巷名称支护形式aLUSS3RQQ2H摩V1-2副井井筒混凝土碹0.04240.0 15.70 19.60 7529.54 0.023 50.00 2500.00 57.50 2.55 2-3进风石门料石砌碹0.0042200.0 14.60 14.00 2744.00 0.0045 50.00 2500.00 11.25 3.57 3-4大巷混凝土碹0.005200.012.3310.001000.000.01250.00 2500.0030.005.004-5运输上山工字钢0.0035380.0 12.48 9.00 729.00 0.023 50.00 2500.00 57.50 5.565-6区段平巷工字钢0.003160.0 11.76 8.00 512.00 0.0043 16.80 282.24 1.122.10 6-7采区工作面0.0034140.011.608.40592.700.009316.80282.242.622.007-8区段回风巷工字钢0.003160.010.606.50274.630.007216.80282.242.032.588-9回风斜井工字钢0.003530.011.768.00512.000.002450.00 2500.006.006.259-10采取总回风、巷锚喷0.0081500.011.768.00512.000.2850.00 2500.00700.006.2510-11回风石门锚喷0.00850.0 11.768.00 512.00 0.009 50.00 2500.00 22.50 6.25 11-12回风井井筒混凝土碹0.0470.012.2612.602000.380.0250.00 2500.0050.003.97总计2710.0940.60通风困难时期风阻计算节点号井巷名称支护形式aLUSS3RQQ2H摩V1-2副井井筒混凝土碹0.04240.0 15.70 19.60 7529.54 0.023 50.00 2500.00 57.50 2.55 2-3进风石门料石砌碹0.0042200.0 14.60 14.00 2744.00 0.0045 50.00 2500.00 11.25 3.57 3-4大巷混凝土碹0.005200.012.3310.001000.000.01250.00 2500.0030.005.004-5运输上山工字钢0.0035380.0 12.48 9.00 729.00 0.023 50.00 2500.00 57.50 5.565-6区段平巷工字钢0.00313000.0 11.76 8.00 512.00 0.21 16.80 282.24 59.272.10 6-7采区工作面0.0034140.011.608.40592.700.009316.80282.242.622.007-8区段回风巷工字钢0.00313000.010.606.50274.630.03616.80282.2410.162.588-9回风斜井工字钢0.003530.011.768.00512.000.002450.00 2500.006.006.259-10采取总回风、巷锚喷0.0081500.011.768.00512.000.2850.00 2500.00700.006.2510-11回风石门锚喷0.00850.0 11.768.00 512.00 0.009 50.00 2500.00 22.50 6.25 11-12回风井井筒混凝土碹0.0470.012.2612.602000.380.0250.00 2500.0050.003.97总计8810.01006.80第五节 主要通风机选型一、选型依据矿井一翼所需风量：50m3/s通风容易时期矿井所需风压：940.6Pa通风困难时期矿井所需风压：1006.8Pa二、通风机选型通风机所需风量 由 =则 =1.1550=57.5式中 风量备用系数，=1.15； 矿井所需总风量，。通风机所需负压 由 =+H+则通风容易期 =H+=940.6196,2+200=944.4Pa 通风困难时期 =+H+=1006.8+196.2+200=1403Pa式中 全矿总阻力，即矿井所需负压，Pa； H自然风压，20mm水柱产生196.2Pa；风机装置阻力，一般取150200 Pa； 出口动压损失，由于这里以所需风机的静压为依据利用静压特性曲线进行风机选型，故=0 Pa。1、确定通风机的工况点（1）计算矿井通风网路阻力系数根据 = 得到 =/则通风容易时网路阻力系数=/=944.4/（57.557.5）=0.2856通风困难时网路阻力系数 =/=1403/（57.557.5）=0.4243（2）网路特性曲线根据=，利用描点法将矿井通风容易时期及通风困难时期通风网路特性曲线分别描绘在FBCDZ-20型风机特性曲线上。根据所需负压及风量，取矿井后期网路特性曲线与风机叶片安装角度为35/32的性能特性曲线相交于点，为通风容易时的工况点，初期工况值=57， =950Pa，=0.71；取矿井初期网路特性曲线与风机叶片安装角度为41/38的性能特性曲线相交于点，为通风困难时的工况点，后期工况值=58， =1400Pa，=0.75。通风容易时风机叶片安装角度为35/32，通风困难时风机叶片安装角度为37/34，满足生产及安全要求。通风机特性曲线与工况点，如图5-1所示。2、通风机性能参数FBCDZ-20型通风机主要技术参数如下：电机型号 20 电机功率 275kW额定电压 660风量范围 3561风压范围 5002100 Pa根据矿井所需的风量、负压及矿井的开拓布置，考虑设施漏风和各种阻力损失后，经计算和比较，选择两台FBCDZ-20 型防爆对旋轴流式通风机，一台工作，一台备用，风机转数740r/min。每台风机配备两台专用防爆电机，功率275kW，电压660kV。该风采用内装式电机，机电一体化，改变了矿井主通风机长轴或皮带轮传动的传统结构，避免了传动装置损坏事故，提高了风机的传动效率。二、通风机运行工况通风机运行特性曲线见图5-1。图5-1 通风机运行性能曲线5.3、电动机选型及通风机电动机的校验5.3.1、电动机选型后期最小负压时，所需电动机功率N容易：N容易=OfH容易/1000=78.38KW第六节 电动机选型一计算电机功率：后期最小负压时，所需电动机功率N容易：N容易=OfH容易/1000=57950/10000.71=77.61KW前期最大负压时，所需电动机功率N困难：N困难=OfH困难/1000=581400/10000.71=114.37KW因N容易/N困难=0.67大于0.6，故选一台异步电机，其功率N= =114.371.1/0.91=135 KW。二、通风机电动机的校验：1、起动时容量由于本矿井通风机布置在工业场地内，电动机采用全压直接启动，其容量能够满足风机正常启动的要求。2、反风时的容量根据厂家提供的 FBCDZ-20 型对旋风机反风参数确定。检验所选电动机容量是否满足反风要求。第七节 矿井反风措施一、反风目的和意义反风装置就是使正常风流反向的设当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，为了避免大量的CO 和CO2 等有害气体进入采掘工作面危及井下工人的生命安全，则利用主要通风机的反风装置迅速的将风流方向反向。规程第124条规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中风流方向，当风流方向改变后，主要通风机的供风量不应小于正常风量的40%。二、反风方式、反风系统及设施本设计选用的通风机电机可直接反转，因此设计采用风机反转反风，为配合风机反风，在控制室安装正反转切换柜，并挂反风操作系统图及操作规程。反风时换向操作，可在10min内改变巷道中的风流方向，并且风流方向改变后，通风机的供给风量为25m3/s，不小于正常风量（50m3/s）的40%。同时，为了提高矿井的抗灾能力，设计在采区、工作面布置局部反风系统，即在主要通风机保持正常运行的条件下，通过迅速调整预设的反风风门开关状态，实现采区内部巷道或采煤工作面风流反向，以实现局部反风。每季度至少要检查一次反风设施，每年应进行一次反风演习。第八节 矿井通风评价一、矿井通风费用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，可用下公式计算：W=（E+EA）D/T 元/tE+EA =8760(P难+22)/vw （-1） 式中：w吨煤耗电量，元/tD电价，0.8元T矿井年产量，tE矿井主要通风机年耗电量EA矿井局部通风机与辅助通风机年耗电量v变压器的效率，取0.95；H 电线的输出功率，取0.95。则E=8760(275+222)/0.950.95=1883036(KW.h)/aW=18830360.8/900000=1.674元。二、风阻与等积孔矿井通风容易时期和困难时期的等积孔分别为1.94m2和1.88m2，因此两个时期通风都比较容易。三、综合评价1、通风方式和通风系统本矿井为新建矿井，矿井初期采用对角式通风系统，通风方式为抽出式；后期在南翼、北翼各开一对风井，采用副井进风，南翼、北翼风井回风，通风系统采区式，因此，矿井具有完整的独立通风系统。2、矿井开拓、采掘布置本矿井采用立井开拓方式，副井井筒净直径5m，净断面19.6m2，风井井筒净直径3.5m，净断面12.6m2，立井井筒断面大，矿井风量有适大的余地。井下所有进回风巷道之间的联络巷中均设有双向双道风门，在需要调节风量处设有调节风门，以保证各用风地点的合理风量。3、采掘工作面通风回采工作面采用负压通风，掘进工作面采用对旋局部通风机配合湿式除尘器正压通风。4、风量与通风网络设计按照煤矿安全规程要求进行了风量计算，按瓦斯涌出量等对采、掘工作面所需风量进行了各种测算，确保井下各用风地点配有足够的风量。采区及工作面均有独立的进回风巷道，风量及通风网络均可靠。5、反风系统全矿井反风采用主要通风机反转实现，巷道布置和井下通风设施可满足全矿井反风的要求。6、通风设备和设施设计选用的FBCDZ-20型防爆对旋轴流式通风机二台，一台工作，一台备用，该风机的优点是：性能优良，高效区宽广，可以通过改变叶片角度调节运行工况；机电一体化，两台防爆电机安装在风机内部，分别与一、二级叶轮直联，提高了传动效率；通风机采用双回路电源供电，当一回路出故障时，另一回路可保证通风系统正常运行，