刘保卫矿井通风设计课程设计.doc

矿井通风学课程设计摘 要进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识，培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。培养我们实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。培养我们创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。依照老师精心设计的题目，按照大纲的要求进行，我们在规定的时间内独立完成计算，绘图及编写说明书等全部工作。设计中严格遵守和认真贯彻煤炭工业设计政策、煤矿安全规程、煤矿工业矿井设计规范以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平，但由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请老师指正。目 录摘 要I1 矿井基本概述12 拟定矿井通风系统32.1 采区工作面通风系统32.2 备用工作面通风系统32.3 火药库通风系统32.4 掘进工作面通风系统32.5 矿井通风系统示意图4图2-1矿井通风系统示意图43 矿井总风量计算与分配53.1 矿井需风量计算原则53.2 矿井需风量的计算方法53.2.1 按进下同时工作的最多人数计算53.2.2 按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算53.2.3 硐室需风量93.2.4 其它巷道需风量计算103.3 矿井总风量计算；103.4 矿进总风量的分配103.4.1 分配原则103.4.2 分配的方法104 矿井通风总阻力计算114.1 矿井通风总阻力的计算原则114.2 矿井通风总阻力的计算方法114.2.1 矿井通风总阻力计算114.3 矿井等积孔计算144.4 绘制矿井通风网络图155 选择矿井通风设备175.1 选择矿井通风设备的基本要求175.2 主要通风机的选择175.2.1 计算通风机的风量175.2.2 计算通风机的风压H通全175.2.3 选择通风机185.3 选择电动机195.3.1 计算通风机输入功率。195.3.2 选择电动机195.4 主要通风机电动机选择或校验206 通风耗电费用概算21致 谢23参考文献24- I -1 矿井基本概述（1）煤层地质概况 单一煤层，倾角20，煤层厚4m，相对瓦斯涌出量为12m3/t,煤尘有爆炸危险。（2）井田范围 设计第一水平深度200m，走向长度7200m，双翼开采，每翼长3600m。（3）矿井生产任务 设计年产量为0.8Mt，矿井第一水平服务年限为25a。 （4）矿井开拓与开采 用竖井主要石门开拓，在底板开围岩平巷，其开拓系统如图1-1所示。拟采用两翼对角式通风，在7、8两采区中央上部边界开回风井。采区巷道布置见图1-2。全矿井有2个采区同时生产，分上、下分层开采，共有4个采煤工作面，1个备用工作面。为准备采煤有4条煤巷掘进，采用4台局部通风机通风，不与采煤工作面串联。 井下同时工作的最多人数为300人。回采工作面最多人数为40人，温度t=22，瓦斯绝对涌出量为3.0m3/min，放炮破煤，一次爆破最大炸药量为2.0kg。有1个大型火药库，独立回风。（5）开拓系统图、采区布置图、巷道布置图、以及井巷尺寸。1-1上山采区划分示意图巷道布置示意图1-2表1-1巷道名称及支护形式区 段丼巷名称断面形状支护形式断面积长度 m备注1-2副井圆形混凝土碹直径D=5320双罐笼提升设用梯子间2-3车场绕道半圆拱料石碹9.7503-4车场绕道半圆拱料石碹9.7704-5主石门半圆拱料石碹11.0805-6煤层运输大巷半圆拱料石碹11.05676-7煤层运输大巷半圆拱料石碹11.01357-8采区下部车场半圆拱锚喷7.8858-9采区轨道上山梯形工字钢6.35009-10采区轨道上山梯形工字钢6.326910-11下区段回风平巷梯形工字钢5.53011-12联络巷梯形木支护5.11012-13区段运输平巷梯形工字钢5.567513-14采煤工作面矩形单体柱铰接梁采高2.2最大控顶距4.2最小控顶距3.213514-15区段回风平巷工字钢5.5675胶带输送机（落地）15-16绕道梯形木支护5.15016-17区段回风平巷梯形工字钢5.53017-18运输上山半圆梯形料石碹工字钢7.3 6.31518-19运输上山半圆梯形料石/工字钢7.3 6.31519-20矿井总回风巷半圆拱料石碹7.8280020-21风井圆形料石碹D=4929-11运输上山梯形工字钢6.3119设用梯子间11-12运输上山梯形工字钢6.310落地胶带输送机12-25运输上山梯形工字钢6.3280落地胶带输送机5-6煤层运输大巷半圆拱料石碹110702 落地胶带输送机2 拟定矿井通风系统矿井开拓采用立井开拓方式，矿井通风采用两翼对角式通风方式。矿井主要进风井为位于井田中央的副井，总回风巷布置在井田的上部边界，回风井分别布置在上山采区No.5、No.6上部边界中央，形成两翼对角式通风系统。2.1 采区工作面通风系统新鲜风流从地面经副井（12）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(23、34)、主要运输大巷（45）、采区下部车场（5）、运输上山（56、67）、区段运输顺槽（78）、上层采煤工作面（1011）。清洗工作面后，污风经区段回风平巷（1314）、回风石门（1415）、主要回风巷道（1516）回风井（1617）排入大气。2.2 备用工作面通风系统新鲜风流从地面经副井（12）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(23、34)、主要运输大巷（45）、采区下部车场（5）、运输上山（56、67）、区段运输顺槽（78）、上层采煤工作面（1011）。清洗工作面后，污风经区段回风平巷（1314）、回风石门（1415）、主要回风巷道（1516）回风井（1617）排入大气。2.3 火药库通风系统新鲜风流从地面经副井（12）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(23)、火药库、轨道上山、回风石门（1415）、主要回风巷道（1516）回风井（1617）排入大气。2.4 掘进工作面通风系统 新鲜风流从地面经副井（12）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(23、34)、主要运输大巷（45）、采区下部车场（5）、运输上山（56）、掘进工作面。清洗工作面后，污风流入轨道上山、回风石门（1415）、主要回风巷道（1516）回风井（1617）排入大气。2.5 矿井通风系统示意图图2-1矿井通风系统示意图3 矿井总风量计算与分配3.1 矿井需风量计算原则矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，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。1按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4 m3。2按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合规程的有关规定分别计算，取其最大值。3.2 矿井需风量的计算方法矿井需风量按以下方法计算，并取其中最大值。3.2.1 按进下同时工作的最多人数计算 Q矿=4NK =43001.15 =1380m3/min式中Q矿矿井总需风量，m3/min N井下同时工作的最多人数，人； K矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均等因素。采用压入式和中央并列式通风时，可取1.201.25;采用对角式或区域式通风时，可取1.101.15。上述备用系数在矿井产量T0.90Mt/a时取大值。3.2.2 按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算1）采煤工作面需风量计算采煤工作面的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。（1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：Q采=100Q瓦K瓦 =1003.01.5=450m3/min式中Q采采煤工作需要风量，m3/min； Q瓦采煤工作面瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；K瓦采煤工作面因瓦斯（二氧化碳）涌出量不均匀的备用风量系数，即该工作面炮采工作面可取1.42.0;水采工作面可取2.03.0。生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行五昼夜的观测，得出五个比值，取其最大值。（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1的要求表3-1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/（m/s）1515181820202323260.30.50.50.80.81.01.01.51.51.8（3）采煤工作面的需风量按下式计算：Q采=60v采S采K采，m3/min =601.261 =432 m3/min 式中v采采煤工作面适宜风速，m3/s S采采煤工作面平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算； K采采煤工作面长度风最系数，按表2先取表3-2 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505080801201201501501801800.80.91.01.11.21.301.40（4）按一次放炮最多炸药量计算：Q采=25A采，m3/min =252.3 =57.5m3/min式中25每使用1kg炸药的供风量，m3/minA采采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg按采煤工作面工时工作最多人数计算： Q采=4n采，m3/min =440 =160 m3/min式中4每人每分钟供给的最低风量，m3/min n采采煤工作面同时工作的最多人数，人。（6）按工作面风速验算：按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：Q采600.25S采，m3/min 600.256 90 m3/min按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：Q采604S采，m3/min 6046 1440 m3/min2）掘进工作面需风量计算煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（1）按瓦斯涌出量计算： Q掘=100Q瓦K瓦 =1001.22 =240 m3/min 掘进工作面实际需风量m3/min 100单位瓦斯涌出量配风量，以回风流瓦斯浓度不超过1% 的换算值； Q瓦 掘进工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min； K瓦 掘进工作面因瓦斯或二氧化碳涌出不均匀等备用风量系数。（2）按炸药量使用最计算：Q掘=25A掘，m3/min =252.3 =57.5m3/min A掘 掘进工作面一次放炮最多炸药量，； 25每使用1炸药的供风量。( 3) 按局部通风机吸风量计算 岩石巷道：Q掘=Q通I+600.15S掘 =2001+600.156 =254m3/min煤层巷道：Q掘=Q通I+600.25S掘 =2001+600.256 =290 m3/min式中Q通掘进工作面局部通风机额定风量（表33）， I掘进工作面同时运转的局部通风机台数，台：表3-3 局部通风机额定风量Q通风机型号额定风量/（m3/min）JBT-51（5.5KW）JBT-52(11KW)JBT-61(14KW)JBT-62(28KW)150200250300(4) 按工作人员数量计算：Q掘=4n掘，m3/min =440 =160m3/min(5) 按风速进行验算；岩巷掘进工作面的风量应满足：600.15S掘Q掘604S掘 由上式得54m3/minQ掘1440 m3/min煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：600.25S掘Q掘604S掘 90 m3/minQ掘1440 m3/min根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。Q掘=290 m3/min72 m3/minQ掘1152 m3/min所以，Q掘=290 m3/min符合上述要求。3.2.3 硐室需风量各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。（1）井下爆破材料库按经验值计算，中小型矿井爆破材料库不得小于60m3/min，大型矿井爆破材料库不得小于100m3/min。（2）充电硐室通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。（3）机电硐室采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为6080m3/min。表3-4 机电硐室发热系数表机电硐室名称发热系数（）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.150.18 0.010.03 0.020.043.2.4 其它巷道需风量计算新建矿井，其他用风巷道的总风量难以计算时，总需风量也可按采煤，掘进，硐室的实际需风量总和的百分比计算，大型矿井可取3%5%，中小型矿井可取6%10% 。=175m3/min3.3 矿井总风量计算； =(1099.52+1001.5+280+175) 1.20 =4386.6m3/min。K 矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均等因素。采用压入式和中央并列式通风时，可取1.201.25;采用对角式或区域式通风时，可取1.101.15。通过计算所得；矿井总风量为4386.6m3/min。3.4 矿进总风量的分配3.4.1 分配原则 矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足规程的各项要求。3.4.2 分配的方法 首先按照采区布置图，对各采煤、掘进工作面、独立回风硐室按其需风量配给风量，余下的风量按采区产量、采掘工作面数目、硐室数目等分配到各采区，再按一定比例分配到其它用风地点，用以维护巷道和保证行人安全。风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合规程对风速的要求。- 11 -4 矿井通风总阻力计算4.1 矿井通风总阻力的计算原则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），只计算前1525年通风容易和困难两个时期的通风阻力。为此，必须先给出这两个时期的通风网络图。2通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2940Pa4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。4.2 矿井通风总阻力的计算方法4.2.1 矿井通风总阻力计算沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路（入不敷出 风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的磨擦阻力；将各段井巷的磨擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力的系数即为两个时期的井巷通风总阻力。即两个时期的摩擦阻力可按表4-1进行计算。- 11 - 矿井通风（困难）时期井巷磨擦阻力计算表区段井巷名称断面形状支护式/(NS2/m4)L/mU/mS/m2S3/m6R/(Ns2/m8)Q/(m3/s)h摩/Pav/(m/s)Q2/(m6/s2)1-2副井圆形混凝碹0.003732015.719.6384.160.002 70.5612.29 3.64978.71 2-3车场绕道半圆拱料石碹0.00615012.1469.794.090.004 70.8120.35 7.35014.06 3-4车场绕道半圆拱料石碹0.00617012.1469.794.090.006 70.8128.49 7.35014.06 4-5主石门半圆拱料石碹0.018012.935111210.008 70.438.53 6.44956.16 5-6煤层运输大巷半圆拱料石碹0.015856712.935111210.087 35.2107.87 3.21239.04 6-7煤层运输大巷半圆拱料石碹0.015813512.935111210.021 34.124.10 3.11162.81 7-8采区下部车场半圆拱锚喷0.01038510.8927.860.840.020 35.124.76 4.51232.01 8-9采区轨道上山梯形工字钢0.022550010.4426.339.690.470 34.65564.05 5.51200.62 9-10采区轨道上山梯形工字钢0.022526910.4426.339.690.253 17.6478.65 2.8311.17 10-11下区段回风平巷梯形工字钢0.0225309.7565.530.250.040 17.612.26 3.2309.76 11-12联络巷梯形木支护0.0185109.3955.126.010.013 14.282.67 2.8203.92 12-13区段运输平巷梯形工字钢0.02256759.7565.530.250.891 11.55118.80 2.1133.40 13-14采煤工作面矩形单体柱铰接梁0.0513511.88.1466.260.148 11.39619.18 1.4129.87 14-15区段回风平巷工字钢0.02256759.7565.530.250.891 11.55118.80 2.1133.40 15-16绕道梯形木支护0.0185509.3955.126.010.066 10.717.51 2.1114.70 16-17区段回风平巷梯形工字钢0.0285309.7565.530.250.050 17.615.53 3.2309.76 17-18运输上山半圆梯形料石碹0.00481510.5376.339.690.003 30.872.89 4.9952.96 18-19运输上山半圆梯形工字钢0.02251510.5376.339.690.014 30.8713.55 4.9952.96 19-20矿井总回风巷半圆拱料石碹0.0126280010.9827.860.840.816 35.881051.07 4.61287.37 20-21风井圆形料石碹0.0429212.5612.56157.750.024 35.16830.29 2.81236.79 总阻力2291.7 矿井通风（容易）时期井巷磨擦阻力计算表区段井巷名称断面形状支护形式/(NS2/m4)L/mU/mS/m2S3/m6R/(Ns2/m8)Q/(m3/s)h摩/Pav/(m/s)Q2/(m6/s2)1-2副井圆形混凝土碹0.003132015.719.6384.160.002 70.5610.30 3.64978.71 2-3车场绕道半圆拱料石碹0.00385012.1469.794.090.003 70.8112.68 7.35014.06 3-4车场绕道半圆拱料石碹0.00387012.1469.794.090.004 70.8117.75 7.35014.06 4-5主石门半圆拱料石碹0.00618012.935111210.005 70.423.50 6.44956.16 5-6煤层运输大巷半圆拱料石碹0.0156712.935111210.055 35.268.27 3.21239.04 6-7煤层运输大巷半圆拱料石碹0.0113512.935111210.013 34.115.26 3.11162.81 7-8采区下部车场半圆拱锚喷0.01038510.8927.860.840.020 35.124.76 4.51232.01 8-9采区轨道上山梯形工字钢0.020950010.4426.339.690.436 34.65523.94 5.51200.62 9-10采区轨道上山梯形工字钢0.020926910.4426.339.690.235 17.6473.06 2.8311.17 10-11下区段回风平巷梯形工字钢0.0209309.7565.530.250.037 17.611.39 3.2309.76 11-12联络巷梯形木支护0.0185109.3955.126.010.013 14.282.67 2.8203.92 12-13区段运输平巷梯形工字钢0.02096759.7565.530.250.827 11.55110.36 2.1133.40 13-14采煤工作面矩形单体柱铰接梁0.0513511.88.1466.260.148 11.39619.18 1.4129.87 14-15区段回风平巷工字钢0.02096759.7565.530.250.827 11.55110.36 2.1133.40 15-16绕道梯形木支护0.0185509.3955.126.010.066 10.717.51 2.1114.70 16-17区段回风平巷梯形工字钢0.0215309.7565.530.250.038 17.611.72 3.2309.76 17-18运输上山半圆梯形料石碹0.00481510.5376.339.690.003 30.872.89 4.9952.96 18-19运输上山半圆梯形工字钢0.02251510.5376.339.690.014 30.8713.55 4.9952.96 19-20矿井总回风巷半圆拱料石碹0.0112280010.9827.860.840.726 35.88934.28 4.61287.37 20-21风井圆形料石碹0.0429212.5612.56157.750.024 35.16830.29 2.81236.799 总阻力2023.7（1）计算矿井通风困难时期的通风总阻力（2）矿井通风容易时期通风总阻力4.3 矿井等积孔计算1、通风容易时期： 2、通风空难时期： 计算结果表明，矿井在通风容易时期等积孔为0.97m2，通风困难时期等积孔为0.91m2,均属大阻力矿井。4.4 绘制矿井通风网络图图4-1矿井通风困难时通风网络图4-2矿井通风容易时通风网络5 选择矿井通风设备5.1 选择矿井通风设备的基本要求（1）矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。（2）选择的通风设备应能满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节牟情况，分期选择电动机动。（3）通风机能力应留有一定的余量。轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小5；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、出井井口的高差在150m以上，或进、出风井口标高相同，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 计算通风机的风量 =43.9m3/s5.2.2 计算通风机的风压H通全轴流式通风机；容易时期 =1189.9-120 =1069.9Pa困难时期 =1306.8+120 =1426.8Pa 5.2.3 选择通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Q通、H通静小和困难时期通风机的Q通、H通静大，在通风机的个体特性图表上选择合适的主要通风机。根据Q通、H通静小、H通静大，可选定通风机型号为 2K45矿用轴流式通风机.18型n=10004r/min 4台,两台工作，两台备用，通风机的效率为0.75，安装角度为25通风机特性曲线如图所示： 图5-1 2K45矿用轴流式通风机.18型n=10004r/min 选定通风机后，可得出两个时期主要通风机的型号、动轮直径、动轮叶片安装角、转速、内压、风量、效率和输入功率等技术系数，并列表整理。5.3 选择电动机5.3.1 计算通风机输入功率。 按通风容易和困难时期，分别计算通风机输入功率P通小、P通大： 、矿井通风容易时期和困难时期主要通风机的输入功率，KW； 通静 通风机