采矿矿井通风与安全课程设计.doc

1.1 设计依据1.1.1矿井概况矿井位于平原地区，井田长7200米，双翼开采，每翼长3600米。设计年产量60万吨，矿井第一水平服务年限为23年。矿井采用竖井主要石门开拓，在煤层底板开围岩平巷，已拟定采用两翼对角式通风，两区中央上部边界开回风井，每个采区共有上层工作面2个，下层工作面2个，工作日产量均为500吨，全矿同时有4个工作面生产即能满足要求。备用工作面2个。井下同时工作的最多人数为380人。该矿为单一煤层，煤层厚4m，倾角25，低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为3.06m3 /t，煤尘有爆炸危险性。1.1.2井巷尺寸及支护情况 井巷尺寸及支护情况表 序号区段井巷名称断面形式支护方式长度（m）净断面（m2）备注11-2主井圆砌碹24019.6d=5m 两个罐笼216-17副井圆砌碹24019.6d=5m 两个罐笼32-2主要运输石门三心拱混凝土1009.542-3主要运输石门三心拱混凝土1009.553-4主要运输巷三心拱混凝土450/31507.06 4 -5运输机上山梯形锚喷支护1357.0光面爆破凹凸度15075-5运输机上山梯形锚喷支护1357.0光面爆破凹凸度15085-6运输机顺槽梯形木支架3704.8d=22cm =296-7联络眼梯形木支架304d=18cm =4107-8上分层顺槽梯形木支架804.8d=22cm =2118-9回采工作面切眼梯形金属支架1354.5采高2m 机组采煤129-10上分层顺槽梯形木支架804.5d=22cm =21310-11联络眼梯形木支架304.5d=18cm =41411-12回风顺槽梯形木支架3504.5d=22cm =21512-13回风石门梯形钢棚307.01613-14主要回风道三心拱混凝土2700/06.2壁面抹浆1714-15回风井圆砌碹707.1d=3m2.1矿井及采区通风系统2.1.1矿井通风系统的基本要求 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，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、污风炼焦气体矸石燃烧气体等有毒气体的侵入；3）采用多台分区主扇通风时，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；各分区主扇的回风流中央主扇和每一翼的主扇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扇和分区扇必须安装在地面；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）工业广场不允许受扇风机噪音的干扰；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。2.1.2矿井通风类型的确定一般情况下，矿井主要有五种通风类型（图中主扇工作方法暂且按抽出式）：中央并列式（图21）、中央分列式（图22）、两翼对角式（图23）、分区对角式（图24）和混合式通风。 图2-1 中央并列式图2-2 中央边界式图2-3 两翼对角式图2-4 分区抽出式表11 矿井通风方式对比表项目类型适用条件优缺点中央并列式使用：a.罐笼或串车提煤的中小型井 主井进风，副井回风。b.箕斗或胶带运煤的大中型井 副井进风，主井回风 c.在井田上部边界设安全出口。布置：进、回风井布置在一个工业广场内；两井相距中小型井3050m，大型井60150m优点:工业广场集中，管理方便；保护井筒煤柱少。缺点：通风线路长，风阻大，漏风多。适用：井田尺寸、能力不很大、低瓦斯矿井，矿井投产早期。中央分列式煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大而瓦斯和自燃发火较严重的矿井布置：主、副井位于井田中央，风井设在井田中央上部边界。风井深度小。与并列式相比，这种方式较安全，建井期两井深部延伸，通风不困难，风流不折返，阻力小，内部漏风小，有利于防火。工业广场没有噪音和污风的污染，回风井系统设备防尘管理比较方便。两翼对角式适用于走向长度大于4Km，井田面积大，产量高，煤层距地表浅，瓦斯、自燃发火严重的矿井。由于风流路线较短，阻力和漏风小，所以各采区风阻表较稳定；矿井总风压稳定，工业广场不受污染，比中央分列式安全性更好；但它的初期投资较大，管理相对分散，发生事故时反风较困难。分区对角式适用于煤层距地表浅，因地表高低起伏较大，无法开掘浅部总回风巷，而且表土层没有沙层，便于开掘小风井。另外，煤层走向长，多煤层开采，高温矿井也可以采用这种方式。各分区有独立的通风线路，互相不影响而且通风阻力小，建井工期短，安全生产好，分区风井多，占场地多，通风机管理分散。结合本矿的地质条件：本矿虽然属低瓦斯矿井，但煤层有自燃发火倾向，煤尘有爆炸危险性，但为了减少初期投资成本，前期采用中央并列式通风，当井田开采到后期通风有困难时可以再设一个风井以解决通风问题。2.1.3采煤工作面通风类型的确定适用于本设计的采煤工作面通风类型有U、Z、Y和双Z等形式（以后退式为例，见图15）。这几种通风类型的粗略比较见表93。图25 回采工作面通风类型表13 回采工作面通风类型比较表类型优点缺点U形采空区漏风少在工作面上隅角附近容易积存沼气，影响工作面的安全生产。Z形在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。Y形增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；要求工作面的上顺槽沿采区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；同时，还需要在采区边界开一条为相邻两个采区共用的回风上山，故采区巷道的掘进和维护费用较大。双Z形对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制的问题。中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用较大。由于本设计矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很小，且U形通风漏风量少，易于通风管理。结合设计带区回采工作面推进方向，确定回采工作面的通风类型为U型后退式通风。3.1矿井风量计算与分配3.1.1矿井所需总风量的计算1)按井下同时工作的最多人数计算矿井总风量Qk=4NK，m3/min （21） 式中 4以人数为计算单位的供风标准，即按井下每人4 m3/min的规定风量来计算矿井总风量； N井下同时工作的最多人数，因设计矿井为高产高效矿井，井下同时工作的人数不会超过900人，取N=900； K矿井风量备用系数，取K=1.35。 则 Qk=4NK =49001.35 =4860 m3/min2)按实际需要计算矿井所需总风量Qk=（Qai+Qbi+Qci+Qdi）Kl （22）式中 Qai回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min； Qbi各掘进工作面所需风量之和，m3/min； Qci各硐室所需风量之和，m3/min； Qdi除上述各用风地点外，其它巷道所需风量之和m3/min； Kl矿井风量备用系数，取Kl =1.15。3.1.2掘进工作面所需风量的计算按沼气（或二氧化碳）涌出量计算Qbi =100qgbi K bi，m3/min （29）式中 Qbi第i个掘进工作面实际需要风量，m3/min；qgbi该掘进工作面回风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；K bi该掘进工作面的瓦斯涌出不均衡系数，一般可取1.52.0。根据现场实测数据及生产经验，取qgbi =1 m3/min，Kai=2.0。 则 Qbi =100qgbi K bi =10012 =200 m3/min按局扇的吸风量计算 Qbi =Qfi Ii，m3/min （210）式中 Qfi第i个掘进工作面局扇的吸风量，根据第五章所选掘进通风局扇，Qfi=225 m3/min； Ii该掘进工作面同时运转的局扇台数，Ii=1。则 Qbi =Qfi Ii =2251=225 m3/min按人数计算Qbi =4Nbi，m3/min （211）式中 4以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4 m3的规定风量； Nbi第i个掘进工作面同时工作的最多人数，根据现场生产实际，取Nai=40人。则 Qbi =4Nbi =440=160 m3/min按炸药量计算Qbi =25Abi，m3/min （212）式中 25以炸药量为计算单位的供风标准m3/（minkg），即为每公斤炸药爆破后，需要供给的风量；Abi第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。对于轨道大巷，根据第四章所选断面，参照井巷工程关于炸药用量的规定，取一次爆破使用的最大炸药量为9.6 kg。则 Qbi =25Abi=259.6=240 m3/min按风速进行验算每个岩巷掘进工作面的风量为： Qbi0.1560Sbi，m3/min （213）每个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的风量为： Qbi0.2560Sbi，m3/min （214）式中 Sbi第i个掘进巷道断面积，m2。根据第四章所选巷道断面，轨道大巷掘进断面积为16.6m2，分带煤层斜巷掘进断面积为16.32m2。对于岩巷，Qbi0.1560Sbi =0.156016.6 =149.4 m3/min对于煤巷，Qbi0.2560Sbi =0.256016.32 =244.8 m3/min综上，前述4项所计算风量均不满足煤巷的风速要求，因此采用加大局扇功率即加大局扇风量的办法，改用2*15KW系列局扇，取其吸风量350m3/min作为每个掘进工作面所需风量。通风容易时期，共有两个煤层斜巷需要独立通风，则 Qbi=3504=1400m3/min通风困难时期，亦有两个煤层斜巷需要独立通风，则 Qbi=350=1400m3/min3.1.3硐室所需风量根据现场生产经验，各个需要独立通风的硐室所需风量为：炸药库180 m3/min，带区变电所120 m3/min。则各硐室所需风量为： Qci =180+120=300 m3/min3.1.4回采工作面所需风量的计算按沼气（或二氧化碳）涌出量计算根据规程规定，按照回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的浓度不得超过1%的要求计算，则回采工作面所需风量为：Qai=100qgaiKai，m3/min （23）式中 Qai第i个回采工作面实际需要风量，m3/min；qgai该回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；Kai该回采工作面的瓦斯涌出不均衡系数，Kai=2.0。根据现场实测数据：矿井瓦斯平均相对涌出量为0.666m3/t， CO2平均相对涌出量为2.139m3/t。按二氧化碳的涌出量计算，可得 qgai=12.8833m3/min 则 Qai=100qgaiKai =10012.88332 =2576.67 m3/min取Qai=2577 m3/min。按工作面气温与风速的关系计算回采工作面应有良好的气候条件，其气温条件与风速的关系表：表14 气温条件与风速的关系 工作面气温（）工作面风速V（m/s）150.30.515180.50.818200.81.020231.01.523261.21.8则回采工作面所需风量为： Qai=60VaiSai，m3/min （24）式中 Vai第i个回采工作面的合理风速，根据现场实测数据，工作面平均气温为26，由表94所示气温条件与风速的关系，取Vai=1.8 m/s； Sai第i个回采工作面的平均断面积，m2。对于该设计综放工作面，根据所选综采配套设备尺寸，取 Sai=4.6（M0.3），m2 （25） 式中 M工作面采高，M =3.0m。 则 Sai=4.6（M0.3） =4.6（3.00.3） =12.42 m2则 Qai=60VaiSai =601.812.42 =1341 m3/min按人数计算 Qai=4Nai，m3/min （26）式中 4以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4 m3的规定风量； Nai第i个回采工作面同时工作的最多人数，根据现场生产实际，取Nai=50人。则 Qai=4Nai=450=200 m3/min按风速进行验算规程规定：回采工作面的最小风速为0.25 m/s，最高风速为4 m/s。按此要求验算回采工作面的风量： Qai0.2560Sai，m3/min； （27） Qai460Sai，m3/min； （28）把Sai=11.5 m2代入公式（97）、（98）中，可得 172.5 m3/minQai2760 m3/min由于 172.525772760 所以，工作面风量取2577 m3/min符合规程的规定。由于本设计为一矿二面达产，不设备采面，因此通风容易时期及通风困难时期均为：Qai=2577 m3/min。3.1.5备用工作面风量计算除上述用风地点外，无其它巷道需要通风。因此，Qdi=0。综上，按实际需要计算的矿井所需总风量为：通风容易时期Qk=（Qai+Qbi+Qci+Qdi）Kl =（2577+1400 +300+0）1.15 =4918 m3/min通风困难时期Qk=4918 m3/min4.1矿井通风阻力计算 4.1.1.矿井通风摩擦阻力按以下公式计算： h摩=LPQ2/S3=RQ2 式中：h摩摩擦阻力，Pa； 摩擦阻力系数，Ns2/m4 ； L井巷长度，m； P井巷净断面周长，m； Q通过井巷的风量，m3/s； S井巷净断面积，m2； R井巷摩擦风阻，Ns2/m8。 其主要通风路线为：主井、副井井底车场运输石门轨道大巷首采区进风运料斜巷及首采区行人进风斜巷首采区集中皮采巷采煤工作面皮带巷采煤工作面采煤工作面轨道巷采煤工作面风桥首集中回风巷西翼总回风巷回风井引风硐地面。4.1.2矿井通风容易和困难时期阻力计算： h=h摩+h局 式中 h矿井通风总阻力,Pa; h摩矿井通风摩擦阻力,Pa; h局矿井通风局部阻力,Pa,按摩擦阻力的15%计算。 经计算，通风容易时期总阻力为2877.76Pa；通风困难时期期总阻力为3614.72Pa。5.1 矿井通风设备选择 5.1.1选型依据 矿井需要风量：Q=56m3 /s 矿井需要风压：容易hmin=2877.76Pa；困难hmax=3614.72Pa5.1.2风机选型参数计算 1.风机的计算风压 hFmin=hmin+hT+hs=2877.76+0+100=2977.76Pa hFmax=hmax+hT+hs=3614.72+0+100=3714.72Pa hs通风设备阻力，一般为100200Pa，风机工况点风量与所选风机风量相差悬殊时取下限，否则取上限。 hT矿井自然风压，hT=H(1-2)，H为入风口与出风口的高差(m)，1和2分别为入风井和 出风井的空气容重(kg/m3 )。 2.风机的计算风量 QF=Ks.Q=1.0556=58.8（m3 /s） Ks矿井外部漏风系数，专用通风井取1.05。 3.风机的选择 选用FBCDZ-6-No19C防爆轴流对旋式通风机两台，一台工作，一台备用。配用电机为YBFe355M1-6，额定功率Pe=2185kW，电压U=380V，额定转速n=980r/min，风量Q=3582m3/s，风压P=10004850Pa。5.1.