梁北矿通风优化设计毕业论文.doc

梁北矿通风优化设计毕业论文 0引言21矿井概况41.1 矿井概况41.2 矿井通风概况51.2.1 矿井通风系统51.2.2 采区通风系统61.2.3 通风系统规划62 矿井通风阻力测定62.1 通风阻力测定的目的及意义62.2 测定路线的选择和测点布置72.2.1 梁北矿通风阻力测定路线的选择原则72.2.2 梁北矿通风阻力测定路线72.2.3 测点的布置82.3 测定方法和仪器仪表82.4 测定数据的整理与计算82.4.1井巷断面尺寸计算92.4.2空气密度计算92.4.3测点风速风量计算102.4.4测段位压差及矿井自然风压计算112.4.5通风阻力计算112.4.6巷道风阻值计算122.4.7巷道摩擦阻力系数计算123 原始数据记录与计算133.1 测点断面尺寸测算表133.2 精密气压计测压数据表173.3 空气密度测算表203.4 风速风量测算表223.5 矿井各段位压与自然风压测算表243.6 测点速压测算表274 测定结果分析及通风系统现状评价294.1 阻力测定精度的评价294.2 矿井通风系统分析304.2.1 矿井通风阻力分布状况304.2.2 矿井等积孔与风阻314.3 阻力测定结论及建议325 梁北矿通风系统分析及优化改造方案335.1 矿井通风系统现状335.2 矿井通风系统优化345.2.1 矿井通风系统优化的目标及主要措施345.2.2 矿井通风系统调整345.2.3 11采区回风系统优化356 梁北矿通风优化改造后通风能力核定406.1 改造后通风概况406.1.1 通风方式、方法406.1.2 进回风井筒数量及风量406.1.3 矿井需要风量、实际风量及有效风量406.1.4 矿井瓦斯等级、矿井瓦斯等级、瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量406.1.5 主通风设备及运行参数、风量、风压、通风阻力、等积孔416.1.6 分区通风情况416.2 计算过程及结果416.2.1 矿井需要风量计算416.2.2 矿井通风能力计算496.2.3 矿井通风能力验证506.2.4 确定矿井通风系统生产能力核定结果516.3 建议510引言煤矿井下生产系统包括采煤、掘进、提升、运输、通风、排水等多个生产环节，通风是整个生产环节中保障矿井安全生产的一个重要环节。众所周知，受生产条件的制约，矿井井下自然灾害严重，伤亡事故较多。而及时、准确地获得和控制全矿井通风环境技术参数，则是实现安全生产和提高生产效率的重要保障。一个良好的矿井通风系统是保证矿井安全高效生产的前提与基础。矿井通风系统是由通风方式、通风方法、通风网路及各种通风控制设施等所组成的。而通风系统是否合理，与通风机装置的性能及与之匹配的井下网路系统有着密切的关系。要保证矿井通风系统处于良好的运行状态，就必须掌握矿井主要通风机的工况点和井下通风网路中的各种通风基础技术参数。全矿井通风阻力指的是由井筒、巷道及通风构筑物构成的通风系统所产生的通风总阻力，它是衡量矿井通风能力的重要指标。影响矿井通风阻力大小的因素很多，有井巷断面的大小、断面形状、井巷支护状况、通风距离的长短、井下分区网络布置的合理性及风量调节方法的合理性等诸多因素。随着矿井开采的继续，矿井通风阻力的大小和分布也会发生变化。以前的通风需求是很小的，但是随着开采深度的增加对通风的要求会更高。良好的矿井通风系统的标志是各矿井主要通风机装置运行状态良好，通风井巷联结形式合理，通风网络内部实行最优化调节。梁北矿井通风系统优化设计就是通过对梁北矿通风阻力测定，通风网络解算和通风系统分析之后,结合梁北矿矿井的实际情况，制定出了合理的优化方案。1矿井概况1.1 矿井概况梁北矿位于河南省禹州市城南6km，以禹州市为起点，东距许昌市37km，西经登封至洛阳市160km，南至襄城县37km，至平顶山约62km，向北经新郑至郑州80km。梁北矿隶属河南省神火集团，企业性质属于股份制企业。平禹准铁路从井田中部穿过，全长46.6km，禹州火车站至井田约1km。韩岗至许昌之窄轨单线铁路，从井田北部通过，全长约52km。矿区内部有专用运煤铁路与平禹准铁路相接，矿外有专用公路与郑平公路和禹郏公路相接，路面平坦，风雨无阻，交通十分便利。梁北矿由河南省新峰矿务局于1990年开始立项，1992年经中华人民共和国能源部批准开始建设。建设总工期为58.8个月，原计划投产日期为2002年6月，实际投产日期为2004年12月19日。矿井设计生产能力为90万t/a，服务年限52.9a。原批准的核定生产能力为90万t/a。矿井尚未进行技术改造、整合改造或改扩建，但对原设计的采煤工艺进行了变更，由原来的综采放顶煤工艺变更为大采高综采一次采全高。矿井通风系统为中央分区机械抽出式，主井、副井进风，东风井回风。通风主扇为矿用BDK-8-No.32型对旋轴流式节能型通风机，安装有2台（其中一台运转，一台备用），配套YBF710M1-8-10型电机，单台容量21000KW。矿井可通过风机反转进行反风。矿井开拓方式为立井单水平上下山开拓，生产水平为-550m水平。首采采区为11、21采区，接替采区为22、32采区，后续采区还有12、14、16、31、13、23、15、25采区等。梁北矿主采煤层为二1煤层，上距香炭砂岩27m，距砂锅窑砂岩62.8m。煤厚010.79m，平均4.8m，一般厚为36m，倾角815。原地质报告中梁北矿为高瓦斯矿井，但矿井在主石门和进风石门揭煤过煤门施工期间，曾分别于1999年6月29日和7月8日发生两次煤与瓦斯动力现象。经煤科总院重庆分院鉴定，并报原河南省煤炭工业厅批复，将梁北矿确定为“双突”矿井。根据地质报告和煤科总院重庆分院煤样试验分析报告，二1煤层具有煤尘爆炸危险性，爆炸指数为Va=18.42%。二1煤自燃等级为类不易自燃，最短发火期为82d。1.2 矿井通风概况1.2.1 矿井通风系统目前，梁北矿通风方式为中央分列抽出式，主井、副井进风，东风井回风。通风系统简单、稳定、可靠。进风井筒有2个，即主井、副井，其中主井井筒直径5m，净断面19.6m2；副井井筒直径6m，净断面28.26m2；回风井筒1个，即东风井，其直径4.5m，净断面15.9m2。东风井安装两台BDK-8-N032型防爆对旋轴流式通风机，一台运转，一台备用,额定风量600016000m3/min，承担着全矿井的通风任务。目前，2#风机双级运行，风叶角度（级/级）37.5/32.5，工作风量13120m3/min，通风负压3220Pa，等积孔4.90m2。1.2.2 采区通风系统目前，井下现布置有3个采区，分别11采区（生产）、21采区（修复）及32采区开拓工程。11采区配风量8600 m3/min（目前由于采区硐室增加等因素，配风量不足，实际需风量10400 m3/min），21采区（修复）配风量1700 m3/min，32采区开拓工程配风量2800 m3/min。11采区布置5条上山，三进两回布置，其中皮带上山、轨道上山、辅助进风上山为进风巷道，11回风上山和11辅助回风上山为回风巷道。根据现有巷道布置，11辅助回风上山同时承担着21采区（修复）、32采区开拓工程的通风。1.2.3 通风系统规划1、根据矿井总体发展规划，工业广场内新施工的混合井工程、中央风井（现主井）风道及风硐已全部完成，中央风井风机已安装调试完成。2、中央风井预计于2012年9月份投用，服务于21采区通风，实现21采区的独立通风。3、32采区开拓工程预计于2014年5月与北风井工程贯通，实现32采区的独立通风。2 矿井通风阻力测定2.1 通风阻力测定的目的及意义井巷风阻是反映通风特性的重要参数。通风阻力测定的主要内容和目的是通过测量各种类型井巷的通风阻力和风量，以标定它们的标准摩擦风阻值和标准摩擦阻力系数值，作为矿井通风技术管理的基本资料。运用在矿井通风系统优化工作中。井巷风阻是最重要的参数之一。而矿井井巷摩擦风阻的测定是通过摩擦阻力的测定来进行的，因此，矿井通风阻力的测定工作就成了矿井通风系统优化中必不可少的内容。通过矿井摩擦阻力的测算，可以掌握矿井通风阻力的分配状况、通风网络效率、各矿井主要通风机装置的地点、运行效率以及矿井通风能耗等的情况，然后通过论证矿井通风系统的技术经济合理性，为是否有进行系统优化改造的必要性提供理论依据。另外，只有以井巷风阻作为基础参数，才可解算矿井通风网络、设计优化的矿井通风网络和优选主要通风机装置，最终给出一个最优的通风系统方案。2.2 测定路线的选择和测点布置2.2.1 梁北矿通风阻力测定路线的选择原则在所有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为测定路线。应选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。应选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。2.2.2 梁北矿通风阻力测定路线根据该矿通风系统的具体情况，选择一条主测线路和一两条辅测线路。选择的测定路线为：主测路线：副井主石门东轨道大巷11采区轨道上山11061机巷11061采煤工作面11061风巷11采区辅助回风上山辅助回风石门东风井地面；辅测路线：副井主石门东皮带大巷11141备用工作面11采区回风上山11采区回风上山总回风石门东风井地面。2.2.3 测点的布置根据矿井通风阻力测定测点布置的一般原则，本次测定测点的具体布置情况，详见附图2-1、附图2-2。附图2-1河南许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿通风系统图（2011.11）附图2-2河南许昌新龙矿业有限责任公司梁北矿通风网络图（2011.11）2.3 测定方法和仪器仪表本次测定选择精密气压计测阻法。以精密气压计测阻法中基点法完成本次测定工作。所用的仪器仪表有： BJ-1型精密气压计 4台 DHM-2型通风干湿球温度计 2台 风表（高、中、低速） 4块 秒表 2块 皮尺 2个2.4 测定数据的整理与计算测定前期收集整理的资料与数据主要包括：测点位置、测点编号、测点标高、巷道名称、巷道支护与断面形状、巷道长度及风机参数等。这些参数在井下测定前分别填写了表格与图纸。2.4.1井巷断面尺寸计算梯形： S = HB (2.1) U = 4.16 (2.2)半圆拱： S = B（h+0.39B）= B（H-0.11B） (2.3) U = 2H+1.57B = 3.84 (2.4)三心拱： S = B（h+0.26B） (2.5) U = 4.10 (2.6) 式中：S 井巷断面积，m2； B 巷道宽度（梯形为平均宽），m； H 巷道高度，m； h 巷道拱基高，m； U 巷道周长，m。2.4.2空气密度计算 (2.7) 式中：空气密度，kg/m3； P空气绝对静压，Pa； 空气相对湿度，%； Ps饱和水蒸气分压力，Pa； t空气温度，。2.4.3测点风速风量计算风表校正公式： V真 = aV表 + b (2.8) 式中：V真表测风速，m/s； V表表读数，m/s； a，b常数。实际采用风表型号及校正公式分别为：BB376风表 V真=0.492 V表+0.040 m/sBB065风表 V真=0.946V表+0.176 m/sBB362风表 V真=0.480 V表+0.048 m/sBB060风表 V真=0.97V表+0.102 m/s井巷实际风速： V实 = kV真 (2.9) 式中：V实实际风速，m/s； V真 表测风速，m/s； K 测风方法校正系数； (2.10) 式中：S 实测断面，m2； c 常数，正常取0.4，巷中有皮带时取1.0。井巷风量： Q = V实S (2.11) 式中：Q 井巷风量，m3/s； V实，S 同上。2.4.4测段位压差及矿井自然风压计算测段A-B的位压差计算： (2.12) 式中：hZ 两测点的位压差，Pa ； 两测点的标高，m ； 两测点的空气密度，kg/m3 ； g 重力加速度，取9.8m/s2。矿井自然风压计算： HN = = (hZ) (2.13) 式中： HN 矿井自然风压，Pa ； hZ 同上 。2.4.5通风阻力计算两测点A-B间的通风阻力h阻AB为： h阻AB =hS +hZ +hV (2.14) 式中： h阻AB两测点A-B间的通风阻力，Pa； hS两测点A-B间的静压差，Pa； hS =PA- PB + (2.15)式中：PA，PBA,B两测点上两台仪器的同时读数值，Pa； 两台仪器的基准及变档差值校正，Pa； hZ 同上； hV两测点A,B间的动压差，Pa； (2.16) 式中：同上； vA , vBA,B两测点断面上的平均风速，m/s。主测路线上的矿井通风总阻力为： h阻测 =h阻AB (2.17) 式中：h阻测矿井通风总阻力，Pa。2.4.6巷道风阻值计算巷道风阻值由下式计算 (2.18)式中：RAB巷道实测风阻值，NS2/m8； hAB实测巷道AB段的通风阻力，Pa； QAB通过巷道的平均风量，m3/s。2.4.7巷道摩擦阻力系数计算对于实测巷道的摩擦阻力系数由下式计算 (2.19)式中：实测巷道的摩擦阻力系数，NS2/m4；R同上；S实测巷道的断面积，m2；L实测巷道的长度，m；U实测巷道断面的周长，m。同时为便于与同类巷道相互比较，以及为计算或设计后期通风系统，需要将实测的换算为标准状态下的值，其换算公式如下所示： (2.20)式中：标标准状态下(=1.2 kg/m3)巷道的摩擦阻力系数，NS2/m4；实测巷道的摩擦阻力系数，NS2/m4；实测巷道的空气密度，kg/m3；h阻AB主测路线上各段间的通风阻力，Pa。3 原始数据记录与计算3.1 测点断面尺寸测算表测点断面形状支护形式宽度B(m)高度H(m)面积(m2)周长U(m)10半圆拱锚喷4.703.6014.4914.6210半圆拱锚喷5.004.0017.2515.9511半圆拱锚喷2.703.408.3811.1112半圆拱锚喷2.102.604.978.5613半圆拱锚喷2.802.706.709.9413半圆拱锚喷3.003.208.6111.2713半圆拱锚喷4.504.0015.7715.2514梯形工钢4.002.309.2012.6215半圆拱锚喷3.002.907.7110.6615半圆拱锚喷2.902.406.039.4317半圆拱锚喷2.403.207.0510.1917半圆拱锚喷2.403.006.579.8418梯形工钢2.102.505.259.5318梯形工钢3.003.309.9013.0919梯形工钢3.103.209.9213.102半圆拱锚喷5.004.5019.7517.072半圆拱锚喷5.004.7020.7517.492半圆拱锚喷3.13.59.7912.0220半圆拱锚喷4.303.7013.8814.3021梯形锚喷2.502.706.7510.8121半圆拱锚喷3.103.108.5511.2321梯形锚喷2.702.306.2110.3722梯形锚喷2.803.008.4012.0622半圆拱锚喷3.703.4011.0712.7822半圆拱锚喷4.303.7013.8814.3023半圆拱锚喷3.23.39.4311.7923半圆拱锚喷3.203.309.4311.7926梯形工钢3.502.508.7512.3128半圆拱锚喷3.103.309.1711.6329半圆拱锚喷5.004.0017.2515.953半圆拱锚喷4.704.0016.3715.5430半圆拱锚喷2.902.807.1910.3032半圆拱锚喷5.004.0017.2515.9533半圆拱锚喷3.903.7012.7613.7234半圆拱锚喷3.803.9013.2313.9735半圆拱锚喷3.803.9013.2313.9736半圆拱锚喷4.704.2017.3115.984半圆拱锚喷5.504.6021.9718.0040半圆拱锚喷4.204.6017.3816.0141半圆拱锚喷4.505.1020.7217.4844半圆拱锚喷4.303.2011.7313.1546半圆拱锚喷3.503.4010.5512.4747半圆拱锚喷3.602.306.8510.0548半圆拱锚喷3.102.506.699.9349半圆拱锚喷3.703.109.9612.125半圆拱锚喷4.603.6014.2314.4950半圆拱锚喷3.402.206.219.5751半圆拱锚喷3.802.307.1510.2752半圆拱锚喷4.303.8014.3114.5252梯形工钢4.402.7011.8814.3453半圆拱锚喷4.203.1011.0812.7855半圆拱锚喷3.202.105.599.0857半圆拱锚喷3.402.406.8910.0858梯形工钢4.003.4013.6015.3458梯形工钢5.002.7013.5015.2859梯形工钢4.203.5014.7015.9559梯形工钢4.303.2013.7615.436半圆拱锚喷4.503.4013.0713.8860梯形锚喷3.502.308.0511.8060梯形工钢4.302.5010.7513.6461梯形锚喷2.802.105.8810.0961半圆拱锚喷3.402.607.5710.5662半圆拱锚喷3.52.67.7510.6963半圆拱锚喷4.353.9014.8814.8164半圆拱锚喷5.203.8016.7915.7367半圆拱锚喷5.003.8016.2515.487半圆拱锚喷4.803.6014.7514.757半圆拱锚喷4.503.5013.5214.127半圆拱锚喷5.103.6015.5015.128半圆拱锚喷4.203.4012.3413.498半圆拱锚喷4.603.6014.2314.499半圆拱锚喷4.503.2012.1713.40523.2 精密气压计测压数据表时间A仪器16#B仪器18#C仪器23#D仪器10#测点读数备注测点读数备注测点读数备注测点读数备注2011.11.11 9：00 副井口 P绝=102940Pa ,+3000档9:241-16043000档0高标 对表1-15093000档 0高标 对表3000档 0高标 对表9:3829503000档-3000档1-14993000档0档 0高标-0.5高标9:52292221978-3000档 0高标29673000档-3000档218563000档 -0.5高标10:002932对表21979对表38943167210:0338663186058205160210:0858456177810:1168187160810:157702对表71526对表10:1877108147510:20871240545487410:23871210145010:28869511126310:3086954167840131110:354268841141310:404366742142310:5077151111087687对表43136510:5369611111070769610:569480111045771311:0011346111055770311:0711349对表111065对表11560对表111258对表11:302561-3000档0档 对表25327-3000档0档 对表2565-3000档0档 对表259243000档0档 -0.5高标0高标 11:5554-161254-1945对表54-1608对表54-761对表12:0067-16202427254-159454-74712:0567-16102377453-152454-77112:1067-163027104812:1567-164322115012:2067-165821180312:2567-165521179552-35753-70712:4067-16802117625244312:4567-167821175566895179612:5067-16802117556552150149612:5867-1687211735对表211131对表13:0067-169549-3500档-3000档13:0567-170720132313:1067-171526-7560档3000档 0高标-0.5高标1915124843213:1567-174070-3711816504777813:2067-178370-13043000档-3000档 -0.5高标0高标17187346109113:30677850档-3000档341500-3000档3000档 0高标-0.5高标13:356748513:4067-1830115351223533176413:4567-181511540对表11265对表13:5367-1813115451316313:5567-1813322073000档0档14:0067453118714:0567-187330-12914:2067-19401-1880-3000+3000档29-40914:2567-19451910调基，0档28-52514:3067-193036-96114:3567-195735-141314:4067-197212-121314:4511485对表11-1148对表15:4067-1998114021110风井地面15:42679840档3000档685160档+3000档15:4564102411412水柱计3550Pa15:476311621141015:506216401139715:5561-7573000档0档1139616:00601101144416:05595031141716:08588331145016:135711321145216:165613681145416:205516021149716:2511810档-3000档 对表11501对表3.3 空气密度测算表测点原始记录t()(%)Psat(Pa)(kg/m3)td ()tw ()P(Pa)19.58.21029401.384.933611881.2642216.515.01114841.585.636718761.3337317.015.51114011.585.834619371.3301517.515.51113802.081.50920001.3277620.017.51113532.578.637723371.3151721.519.01113192.579.29125651.3072821.519.01112602.579.294325651.30651022.019.51111742.579.637626421.30291123.020.51110042.580.109428091.29591222.820.51109892.381.528527761.29651522.921.51102691.488.615527931.28671623.021.51099561.587.891828091.28261722.421.01095801.488.467927091.28111822.321.01093141.389.238126931.27831922.221.01091511.290.047326761.27682023.021.01089542.083.980328091.27132124.221.81087422.481.453830201.26326528.628.01081250.695.610439141.23216629.329.01076910.397.772240771.22325228.528.01072220.596.294838931.22205328.027.51060100.596.352137801.21055428.027.51059500.596.352637801.20986727.227.11059280.199.219136081.21306824.623.5996661.191.597430931.1537419.518.01105021.586.734422661.30674020.619.01119381.686.21724261.31834120.819.21115511.686.283424571.31264221.019.71113901.388.882124861.30944321.320.11113321.289.780525331.30714625.023.81109731.292.149931161.28414725.524.01106171.588.45932641.27774826.025.11102460.993.072833611.27024926.325.41094440.993.120934221.25935026.726.01082750.794.658435041.24355127.226.61075730.695.520736081.23276428.027.51059270.596.352737801.20952223.622.01094101.687.164729141.27332326.624.81090011.886.557334841.25376919.818.41112531.487.710223091.3140920.418.91111471.586.97723971.30981323.021.01108872.083.900128091.29401424.322.91107361.488.961530381.28515628.928.51092140.497.125639821.24295728.828.21089800.695.628639601.24095828.027.41086830.695.555537801.24165928.027.31083860.794.835637801.23826027.727.01079660.794.751237161.23496127.527.01071470.596.209636731.22626227.226.61065430.695.530636081.22086328.027.21060520.894.141737801.21146727.827.41059000.497.011337371.21013623.022.21111990.893.419628091.29652823.422.51116500.992.683828781.29993024.023.21119740.893.558829841.30053124.223.01122871.290.41330201.30363326.825.41113531.489.476435241.27963426.825.51110761.390.23435241.27623527.126.01113031.191.735935861.27712926.024.91117611.191.530933611.28813222.620.81122501.885.311827421.31193.4 风速风量测算表测点面积(m2)表速(m/min)V真(m/s)K风速V实(m/s)风量Q(m3/s)风表备注V1V2V3V均1014.493103123063095.100.97244.9671.90BB0601017.251301301301301.090.97681.0618.33BB362118.384204154184186.890.94326.5054.42BB065猴车219管两根124.973893964033966.540.91645.9929.81BB065108两根136.704804854704783.870.85073.3022.08BB362皮带138.613363403303352.790.88392.4721.23BB376皮带1315.772222182202201.810.97461.7627.79BB362149.204524604634583.800.95653.6333.43BB376157.713203103053125.180.93834.8637.50BB065猴车219管两根156.033623653683656.040.93115.6233.94BB065108两根177.053303213203245.380.94105.0635.65BB065108两根176.574504524554527.440.93676.9745