矿井通风模拟设计.doc

呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 胡聚良 2009171424课程设计报告（论文）设计课题： 矿井通风模拟设计 专业班级： 2009级采矿工程 2班 学生姓名： 胡聚良 指导教师： 乔燕珍 设计时间： 2012.6.17 工程技术学院呼伦贝尔学院工程技术学院 矿井通风模拟 课程设计任务书姓 名：胡聚良专 业：采矿工程班 级：2009级2班指导教师：乔燕珍职 称：课程设计题目：已知技术参数和设计要求：已知矿井自然条件；矿井生产条件；邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据或统计资料及风量计算方法；各种技术经济参数、性能的资料以及有关法规与政策规定。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。所需仪器设备：成果验收形式：参考文献：时间安排指导教师： 乔燕珍 教研室主任： 宋佰超 2012年 6月 17 日工程技术学院 矿井模拟通风 课程设计成绩评定表专业： 采矿工程 班级： 2009级2班 学号： 2009171424 姓名： 胡聚良 课题名称 矿井模拟通风课程设计设计任务与要求任务：（1）确定矿井通风系统；（2）矿井风量计算和风量分配（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。指导教师评语课程小组评定评定成绩： 课程负责人： 年 月 日目录1、矿井概况3二、矿井通风设计的内容与要求5三、矿井风量计算6四、矿井通风总阻力计算10五、矿井通风设备的选择11六、概算矿井通风费用13前言矿井通风设计的主要依据是：矿区气象资料；井田地质地形；煤层瓦斯风化带垂深、各煤层瓦斯含量、瓦斯压力及梯度等；煤层自然发火倾向，发火周期；煤尘爆炸危险性及爆炸指数；矿井设计生产能力及服务年限；矿井开拓方式及采区巷道布置，回采顺序、开采方法；矿井巷道断面图册；矿区电费等。 矿井通风设计的主要内容包括：（1）确定矿井通风系统；（2）矿井风量计算和风量分配；（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。矿井通风设计满足以下要求（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，分流稳定，易于管理，具有抗灾能力；（3） 发生事故时，风流易于控制，人员易于撤出；（4） 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；（5） 通风系统的基建投资省，运营费用低、综合经济效益好。1 矿井概况某矿井，井田走向长度3.89km，倾斜长度1.98m，单一煤层，煤层厚度2.6m，煤层倾角8-15对瓦斯涌量10.4，采煤工作面绝对瓦斯涌出量5.6 ，掘进工作面绝对瓦斯涌出量1.8 ，煤层无自然发火和煤尘爆炸危险矿井设计能力60万，服务年限34 a，采用斜井单水平开拓方式，上山阶段划分为两个采区，服务年限18 a，下山阶段划分为两个采区，服务年限16 a，四个采区不知基本相同，达到设计产量时，矿井开拓工程已完毕。生产采区有一个综采工作面生产，一个备用综采工作面，两个综掘工作面；准备采区有一个综掘工作面。内阁掘金工作面都在用双巷交替掘进，利用一台掘进通风机进行通风。需要独立通风的硐室有中央变电所，爆破材料库（容积1080），采区配电室和轨道上山绞车房各一个。巷道规格表 表1井巷区段序号井巷名称支护形式断面形状断面积/m计算长度/m1-2进风斜井锚杆喷桨半圆拱形122202-3运输大巷料石砌碹半圆拱形12803-4运输大巷料石砌碹半圆拱形126604-5运输大巷料石砌碹半圆拱形101205-6采区车场锚杆喷桨半圆拱形10806-7轨道上山锚杆喷桨半圆拱形95607-8轨道上山锚杆喷桨半圆拱形10808-9轨道上山锚杆喷桨半圆拱形102009-10进风顺槽工字梁棚梯形1088010-11综采面支撑掩护矩形718011-13回风顺槽工字梁棚梯形990013-14运输上山锚杆喷桨半圆拱形1038014-15运输上山锚杆喷桨半圆拱形108015-16运输上山锚杆喷桨半圆拱形1052016-17回风大巷料石砌碹半圆拱形1212017-18回风大巷料石砌碹半圆拱形1268018-19回风大巷料石砌碹半圆拱形1218019-20回风斜井料石砌碹半圆拱形1222020-21风硐混凝土碹半圆拱形1030注：工字梁棚截面高度16cm，支柱间距0.8m。井下同时工作的最多人数为380人，其中综采工作面最多人数为30人，综掘工作面最多人数为20人，才没工作面最高气温为18。矿井自然风压变化范围为。2 拟定矿井通风系统2.1、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输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，满足安全的要求。（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个采区，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，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。（7）井下充电室必须用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。2.2、确定矿井通风系统 按进、回风井在井田位置的不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。 2.2.1、矿井通风系统的优缺点及适用条件 表2通风方式优点缺点适用条件中 央 式中 央 并 列 式进、回风巷均布置在中央工业广场内，地面建筑和供电集中，建井期较短便于贯通，初期投资少，出煤快，护井媒柱较小，矿井反风容易，便于管理风流在井下流动的路线为折返式，风流线路长，阻力大，井底车场附近漏风大。工业广场受主要通风机噪声的影响和回风流的污染适用于煤层倾角大、埋藏深、井田走向长度小于4Km,瓦斯与自然发火都不严重的矿井中 央 边 界 式通风阻力较小，内部漏风较小。工业广场不受主要通风机噪声的影响及回风流的污染风流在井下的流动线路为折返式，风流路线长，阻力较大适用于煤层倾角小、埋藏浅、井田走向长度不大,瓦斯与自然发火比较严重的矿井对角式两翼对角式风流在井下的流动线路为直向式，风流路线短，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。工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害井筒安全煤柱压煤较多，初期投资大，投产较晚煤层走向大于4 km，井型较大，瓦斯与自然发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井分 区 对 角 式每个采区有独立通风路线，互不影响，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，建井工期短，初期投资少，出煤快占用设备多，管理分散，矿井反风困难煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷区域式既可改善通风条件，又能利用风机准备采区，缩短建井工期。风流路线短，阻力小。漏风少，网路简单，风流易于控制，便于主要通风机的选择通风设备多，管理分散井田面积大，储量丰富或瓦斯含量大的大型矿井混合式回风井数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应性强通风设备较多井田范围大，地质和地面地形复杂；或产量大，瓦斯涌出量大的矿井2.2.2、主要通风机的通风方式 主要通风机的通风方式有三种抽出式、压入式、压抽混合式（1） 抽出式 主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系处在低于当地大气压的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。（2） 压入式 主要通风机安装在进风井口，在压入式主要通风机的作用下，整个矿井通风系处在高于于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低，采区压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理困难，且漏风较大。（3） 压抽混合式 在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压都不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。依据矿井瓦斯涌出量、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，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，所确定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。通过比较后确定矿井通风系统为通风机工作方式采用抽出式 ，矿井通风方式为中央边界式通风。3 计算和分配矿井总风量2.1、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，每人每分钟供给风量不得少于4；（2） 按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。2.2、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，取其最大值。1） 按瓦斯涌出量计算 =100=1005.61.3=728式中： 第i个采煤工作面需要风量， 第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量， 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与平均值之比。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 个比值，取其最大值。通常机采工作面取1.21.6；炮采工作面取1.42.0；水采工作面取2.03.0。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的要求。T=18，所以风速为0.8 采煤工作面空气温度与风速对应表 表3采煤工作面进风气温采煤工作面风速 150.30.515180.50.818200.81.020231.01.523261.51.8 采煤工作面的需要风量按计算： =600.8101.2=576式中：第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中选 取0.8m/s， 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10， 第i个工作面的长度系数，可按表选取1.2。 采煤工作面长度风量系数表 表4 采煤工作面长度工作面长度风量系数 1801.301.403）按使用炸药量计算=259=225式中 25没使用1kg炸药的供风量，； 第i个采煤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=4nwi=430=120式中 4每人每分钟应供给的最低风量，； 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： =600.2510=150 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量： =60410=2400 采煤工作面有串联通风时，按其中一个最大需风量计算。备用工作面亦按上述要求，并满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算风量，且不得低于其回采时需风量的50% 所以取728m3/min2.3、掘进工作面需风量计算 1）按瓦斯涌出量计算Q=100Q式中 Q -工作面得需风量， Q-掘进工作面得绝对瓦斯涌出量，取Qg=1.8 -掘进工作面瓦斯涌出不均匀和备用系数，取1.7，则 Q=1001.81.7=360 2）按炸药量计算Q=25 =259=225式中 25使用1炸药得供风量，； 掘进工作面一次爆破所用最大炸药量， 3）按局部通风机吸风量计算Q=2001.2=240式中 掘进工作面通风机额定风量，局部风机型号为 JBT-52，则=200 防止局部通风机吸循环风得风量备用系数取K=1.2 各种局部通风机的额定风量 表5风机型号额定风量/m.minJBT-51（5.5KW）150JBT-52（11KW）200JBT-61（14KW）250JBT-62（28KW）300(4) 按工作人数计算Qhi=4nhi=420=80人式中 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验算各个巷道掘进工作面最小风量：=600.1510=90 m3/min各个煤巷或半煤巷掘进工作面最小风量： =600.2510=150 m3/min 按最高风速验算各个巷道掘进工作面最小风量：=60410=2400 m3/min取最大风量Q=360 m3/min时符合风速要求。2.4、 硐室需风量计算1）机电硐室采区个硐室得风量可按经验值来确定，又结合本矿实际低瓦斯矿得实际情况确定为：采区绞车房=60，变电室=60，爆破器材室=80.则硐室总需风量为硐Q=200. 机电硐室发热系数（）表 表6 机电硐室名称发热系数空气压缩机房0.20-0.23水泵0.01-0.03变电所 、绞车房0.02-0.04 按经验值取70 m3/min2） 爆破材料库 Qri=4V/60=41080/60=192 m3 式中 Qri库房容积，m33） 充电硐室 Qri=200qrhi=2000.6=120式中qrhi第i个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min。 所以取192 m3/min2.5、 其他用风巷道得需风量计算1）按瓦斯涌出量计算Q=133QK式中Q-其他用风巷道瓦斯涌出量，取Q=8 取K=1.25则Q=13381.25=1330 2）按最低风速验算 Qoi600.1510=90 m3/min 所以取1330 m3/min2.6、矿井总风量计算矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需风量的总和计算。=（728+360+192+1330）1.2=3132 m3/min=52.2m3/s 式中 Q采采煤工作面、备用工作面需风量之和，m3/min； Q掘掘进工作面需风量之和，m3/min； Q硐独立通风硐室需风量之和，m3/min； Q它其它用风地点需风量之和，m3/min； K 矿井通风系数。 当采用压入式或中央并列式通风时 K=1.21.25 当采用中央分列式或混合式通风时 K=1.151.20 当采用对角式或区域式通风时 K=1.101.15 矿井年产量T0.9Mt时，取小值；T0.9 Mt时，取大值。4 计算矿井通风总阻力4.1、 矿井通风总阻力计算原则 （1）如果矿井服务年限不长（1020年），选择达到设计产量后通风容易和困难两个时期分别计算其通风阻力；若矿井服务年限较长（3050年），只计算头1525年左右通风容易和困难两个时期的通风阻力。 （2）风容易和通风困难两个时期总阻力的计算，应沿着这两个时期的最大通风阻力风路，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，作为这两个时期的矿井通风总阻力。最大通风阻力风路可根据风量和巷道参数（断面积、长度等）直接判断确定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。 （3）矿井通风总阻力不应超过2940 Pa。 （4）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20%计算。4.2矿井通风网络图见附图4.3确定通风困难和容易时期及其最大阻力路线4.3.1通风困难和容易时期的确定 根据通风阻力设计原则可知设计矿井通风容易时期为前18年，通风困难时期为后16年。通风容易时期为使自然风压与通风机风压作用相同时，通风机有较高的效率，故从通风系统阻力中减去自然风压；通风困难时期，为使自然风压与通风机风压作用反向时，通风机能力满足，故通风系统阻力中加上自然风压。4.3.2通风最大阻力路线的确定 根据通风网络图可知最大阻力路线有两条:第一条：第二条：11通过计算对比可知第二条路线通风阻力更大，所以选择第二条为最大通风阻力路线。4.4计算困难和容易时期的总阻力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,然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力和,再乘以1.1后，得两个时期的矿井总阻及。 通风容易使时期总阻力 =(1.11.15)通风困难使时期总阻力 =(1.11.15)式中hf按下式计算 hf= 式中 =详细见下表 表7 时期节点序号巷道名称支护形式/L/mU/mS/Q/m3s-1hfi/pa容 易时期1-2进风斜井锚杆喷桨0.008024014.591443.519.32-6运输大巷料石砌碹0.004296013.511243.559.66-9轨道上山锚杆喷桨0.008020012.331018.16.59-10进风顺槽工字梁棚0.02188013.161012.135.610-11综采面支撑掩护0.03318011.01712.127.911-13回风顺槽工字梁棚0.02192013.161012.137.213-16运输上山锚杆喷桨0.008020012.331018.16.516-20回风大巷料石砌碹0.0042122013.511243.575.820-21风 硐混凝土碹0.00353012.33103.20.01由表7计算得容易时期矿井总摩擦阻力hf1为： 表8时期节点序号巷道名称支护形式/L/mU/mS/Q/m3s-1hfi/pa困难时期1-2进风斜井锚杆喷桨0.008024014.591443.519.32-6运输大巷料石砌碹0.004296013.511243.559.66-9轨道上山锚杆喷桨0.008084012.331018.127.19-10进风顺槽工字梁棚0.02188013.161012.135.610-11综采面支撑掩护0.03318011.01712.127.911-13回风顺槽工字梁棚0.02192013.161012.137.213-16运输上山锚杆喷桨0.008098012.331018.131.716-20回风大巷料石砌碹0.0042122013.511243.572.820-21风 硐混凝土碹0.00353012.33103.20.01由表8计算得困难时期矿井总摩擦阻力hf2为： 所以，通风容易时期与通风困难时期的矿井总阻力与为：通风容易使时期总阻力 =(1.11.15)=1.1268.4=295.24 通风困难使时期总阻力 =(1.11.15)=1.1314.2=345.62 5. 选择矿井通风设备 5.1 矿井通风设备的要求 （1）矿井必须设计两套同等能力的主要通风设备，其中一套备用。 （2） 选择通风机应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使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;离心式风机的选择设计转速不宜大于允许最高转速的90%； （4）进、出风井井口的高差在150米以上，或进，出风井井口标高相同，但井深400米以上时，宜计算矿井的自然风压。 5.2 主要通风机的选择 5.2.1 计算通风机风量Q 由于外部漏风，风机风量Q大于矿井风量Q。 Q=k Q=1.13132=3445.2 m3/min式中 主要通风机得工作风量， 矿井需风量， K漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1，箕斗井 兼做回风用时取1.15；回风并兼做升降人员时取1.2. K 漏风损失系数 取K=1.1 5.2.2计算通风机风压 根据下面公式求通风机风压轴流式通风机（提供的大多是静压曲线） 容易时期=345.62+200-150=395.62 Pa 困难时期 =345.62+200+50=595.62 Pa 矿井总阻力为345.62pa, 通风机附属装置的各部分阻力 取 hd=200 Pa,自然风压在困难和容易时期分别为50pa和150pa。离心式通风机（提供的大多是全压曲线） 容易时期 =345.62+200+50-150=445.62 Pa 困难