掘进工作面通风设计.doc

矿井通风与安全课程设计课程代码： 10105009 专业班级： 煤矿开采技术1301班 学生姓名： 徐石强 指导教师： 刘殿武 设计时间： 2015年01月9日13日 湖南安全技术职业学院安全技术系前 言矿井通风与安全课程设计是学完矿井通风与安全课堂学习任务后，为增加感性认识，加深动手能力，紧密理论联系实际而进行的课程设计。是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几个方面能力，为毕业设计打下基础。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。培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。培养学生创新意识、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，要求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。设计中要求严格遵守和认真贯彻煤矿安全规程以及国家制定的其他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 录第一章 概述1一、设计题目1二、原始资料1三、设计目的1第二章 掘进通风方法确定2一、局部通风机通风2二、掘进通风方法确定2第三章 掘进工作面所需风量设计3一、按炸药使用量计算3二、按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算4三、按除尘风量计算4四、按工作人员数量计算5五、按风速进行验算风量5第四章 局部通风机风量设计5第五章 风筒选择7一、风筒的类型7二、风筒接头8三、风筒的漏风81、漏风系数的计算82、风筒的有效风率93、漏风率94、风筒的阻力9第六章 局部通风机选择12第七章 掘进通风管理14一、加强风筒管理的措施14二、保证局部通风机安全运转的措施14三、加强掘进工作面的瓦斯检查和检测15 四、掘进工作面的综合防尘措施16五、掘进工作面的防火防爆安全措施16六、掘进工作面的隔爆与自救措施16七、局部通风机消声措施17第八章掘进工作面通风监控19一、监控目的与要求19二、掘进工作面甲烷传感器设置目的19三、掘进工作面瓦斯传感器布置19四、矿井通风系统监控22致 谢25参考文献25第一章 概述 一、设计题目某矿井2014工作面运输道掘进通风设计 二、原始资料某矿为高瓦斯矿井，生产接续要求提前5个月设计出2014煤巷运输道，长为340m（学号为：8，故长度为：300+8*5=340m）；巷道底板净宽度为4m，断面为8m2。其瓦斯绝对涌出量为1.2m3/min，涌出不均衡系数为1.4；进风流中的沼气浓度为0.05。掘进巷道一次爆破最多炸药量为15kg，风流中基底含尘量为0.5mg/m3，产尘量为800mg/min；工作面同时工作最多人数为8人 2014掘进工作面三、设计目的通过对某矿井2014工作面运输道掘进通风设计，训练和提高学生应用所学的理论知识解决实际问题的能力。第二章 掘进通风方法确定 一、局部通风机通风利用局部通风机做动力，通过风筒导风实现掘进工作面供给新鲜风流的方法称局部通风机通风，它目的掘进通风最主要和最常用的方法。局部通风机通风按其工作方式不同可分为：（1） 、压入式（2） 、抽出式（3） 、混合式结合本设计故选择压入式通风。 二、掘进通风方法确定压入式通风的优点是局部通风机和启动装置都位于新鲜风流当中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好；风筒出口风流的有效射程长，排烟能力强，工作面通风时间短；既可以用硬质风筒，又可以用柔性风筒，适应性强。是大多数矿井局部通风的选择。污风新鲜风流第三章 掘进工作面所需风量设计根据规程规定：矿井必须采用局部通风措施按下列因素分别计算，取其最大值。一、按炸药使用量计算 /min式中 t-通风时间，一般取2030min ，本次设计取30min; A-同时爆炸药量，本次设计取：30kg; b-每千克炸药产生的CO当量，煤巷爆破取100L/kg； S-巷道断面积，取8； L-巷道通风长度，取340m； -风筒始、末风量之比，即漏风系数；=式中 n-风筒接头数，本次设计取：34个 -每个接头的漏风率，插接=0.010.02，螺旋反边接头时=0.005； -一氧化碳浓度的允许值，%，=0.024%计算得： =421.47/min二、按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算 /min式中 -排除巷道所需风量，/min； -巷道瓦斯绝对涌出量，本次设计取：1.2/min； -最高允许瓦斯浓度，本次设计取：1%； -进风流中的瓦斯浓度，本次设计取：0.05%； -瓦斯涌出不均匀系数，本次设计取：1.4计算得： =177/min三、按除尘风量计算 /min式中 -排尘所需风量，/min； G-掘进巷道的产尘量，本次设计取：800mg/min； -最高允许含尘量，本次设计取：10mg/； -进风流中基底含尘量，本次设计取：0.5mg/计算得： =85/min四、按工作人员数量计算 /min式中 -第i个掘进工作面同时工作的最多人数，人。计算得： =48=32 /min五、按风速进行验算风量半煤岩和煤巷不能形成瓦斯层的最低风速验算0.25m/s或Q15s（ /min）验算 =421.47158=120 /min符合2014年安全规程。 第四章 局部通风机风量设计柔性风筒的值可用下式计算： =式中 n-风筒接头数，个（34010=34） -每个接头的漏风率，插接时=0.010.02，螺旋反边接头时=0.005.这里取0.01；计算得： =1（1-340.01）=1.52因此=1.52421.47=640.63 /min 第五章 风筒选择 一、风筒的类型掘进通风使用的风筒分为硬质风筒和柔性风筒两类（1） 、硬质风筒铁风筒坚固耐用，使用时间长，但是铁风筒成本高，易腐蚀，装卸不变；近几年生产的玻璃钢风筒虽比铁风筒轻便抗腐蚀性强，但是成本颇高。（2） 、柔性风筒主要有帆布风筒、胶布风筒和人造革风筒等。柔性风筒的优点是轻便，拆卸、搬运容易，接头少。缺点是强度低，易损坏，使用时间短，且只能用于压入式通风。故本设计中采用柔性风筒，风筒规格如下：直径/mm节长/m壁厚/mm风筒质量/（）风筒断面/300101.21.30.071400101.21.60.126500101.21.90.196600101.22.30.283800101.23.20.5031000101.24.00.785 二、风筒接头柔性风筒的接头方式插接、单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。插接方式最简单，但漏风大；反边接头漏风较小，不易涨开，但局部风阻大；后两种接头漏风较小，风阻小，但易涨开，拆装比较麻烦，通常在长距离掘进通风时采用，在本设计中采用插接接头，简图如下：三、风筒的漏风1、漏风系数的计算漏风系数如下：柔性风筒的值可用下式计算： =式中 n-风筒接头数，个（34010=34） -每个接头的漏风率，插接时=0.010.02，螺旋反边接头时=0.005.这里取0.01；计算得： =1（1-340.01）=1.52因此=1.52421.47=640.63 /min519.62 /min2、风筒的有效风率掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率。 =66%3、漏风率风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率。 =1- =1-66%=34%虽能反映风筒的漏风情况，但是不能作为对比指标。故常用百米漏风率表示： =/L=34%/340100=10%根据计算以及表格内容，选择直径为800mm，节长10m，壁厚1.2mm，质量为1.9kg/m，断面为0.503的胶布风筒4、风筒的阻力（1）沿程摩檫阻力计算 R摩=6.5L/D5=6.50.003340/0.8=20.10Ns2m8 R摩风筒的沿程摩擦阻力，Ns2/m8； 风筒的摩擦阻力系数， 取 0.003 NS2/m4； L风筒全长，取340m； D风筒直径，取0.8 m；（2）接头局部风阻计算 R接=n/（2gS2 ）= 340.151.2/（29.80.5032）= 1.23 Ns2/m8R接风筒接头风阻，Ns2/m8； 与其相对应的局部阻力系数， 取0.15 Kg.S2/m4 ； n接头个数，取34； 空气相对密度，取1.2kg/m3； S风筒断面，取0.503m2； g重力加速度 ， 9.8m/s2；（3）弯头局部阻力计算R弯=n/（2gS2） =11.11.2/（29.80.5032） =0.27 Ns2m8 R弯风筒弯头风阻 Ns2m8 与其相对应的弯头局部阻力系数， 取1.1 Kg.S2/m4 ； n弯头个数 1个； 空气相对密度 1.2kg/m3 S风筒断面 0.503m2g重力加速度 9.8m/s2（4）出口阻力计算 R出出/gD4 1.01.2/9.80.8 0.30Kg.S2/m4 R出出口阻力 N.S2/m8 空气相对密度 1.2 kg/m3g重力加速度 9.8m/s2D风筒直径 0.8m 风筒总阻力为： R总风筒R摩R接R弯+R出 20.101.230.270.3021.9 N.S2/m8第六章 局部通风机选择已知井巷掘进所需风量和所选用的风筒，即可计算风筒的阻力。根据风量的风筒的通风阻力，可在选择的各种通风邓丽设备中选用合适的设备。1、 确定局部通风机的工作参数根据掘进工作面所需风量和风筒的漏风情况，用下式计算通风机的工作风量： 式中 -局部通风机的工作风量，/min； -掘进工作面所需风量，/min； -风筒漏风系数。压入式通风时，设风筒出口动压损失为，则局部通风机全风压（Pa）为： 式中 -压入式风筒的总风阻，计算得：21.01； -风筒出口动压损失，Pa； -空气密度，1.2kg/ D-局部通风机叶轮直径取：0.8m。1760Pa2、 选择局部通风机根据需要的局部通风机的工作风量，局部通风机全压的值，在各类局部通风机的特性曲线上，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率较高的局部通风机。局部通风机型号表：型号风量/全风压 /Pa功率/kW转速/动轮直径/mBKJ66-11No3.68015060012002.529500.36BKJ66-11No4.012021080015005.029500.40BKJ66-11No4.5170300100019008.029500.45BKJ66-11No5.0240420120023001529500.50BKJ66-11No5.6330650150029002229500.56BKJ66-11No6.3470800200037004229500.63根据计算，最终选出BKJ66-11No5.6型号的局部通风机，风量640.63/min，全风压1760Pa，功率22kW，转速2950r/min，动轮直径0.56m。第七章 掘进通风管理一、加强风筒管理的措施1、 减少风筒漏风 1）、改进风筒接头方法风筒接头的好坏直接影响风筒的漏风和风筒阻力。为了减少漏风，普遍采用反边接头法，其分成单反变，双反边和多反边三种形式。 2）、减少针眼漏风胶布风筒在吊环鼻和缝合处，都有很多针眼，因此对风筒的针眼处应用胶布粘补，以减少漏风。 3）、防止风筒破口漏风风筒靠近工作面的前端，应设置34m长的一段铁风筒，随工作面推进向前移动，以防爆破崩坏胶布风筒。掘进巷道要加强支护，以防冒顶片帮砸坏风筒。风筒要吊挂在上帮的顶角处，防止被矿车刮破。对于风筒的破口、裂缝要及时粘补，损坏严重的风筒应及时更换。2、 降低风筒的风阻为了减少风筒的风阻一增加供风量，风筒吊挂应逢环比挂，缺环必补；吊挂平直，拉紧吊稳。风筒拐弯应圆缓，勿使其褶皱。在同巷道内应尽量使用同规格的风筒，有积水时要及时放掉，以防止风筒变形破裂和增大风阻值。二、保证局部通风机安全运转的措施局部通风机的安装和使用，必须符合下列要求：1) 风机必须由专人管理，保证正常运转。2) 安放距地面不小于0.3 m、距巷壁不小于0.5 m，吸风口附近2 m内不能没有杂物。3) 风机零部件要齐全，正确安装，性能好，防爆合格。4) 风机和启动装置，必须安装在进风巷道中，距回风口10 m；全风压供给该处风量大于局部风机的吸入风量，局部风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速必须符合规程的规定。5) 必须采用抗静电，阻燃风筒。风筒的安设地点和风筒的安设，在作业规程中应有明确规定。6) 本矿为高瓦斯矿井，在掘进工作面的风机应采用“三专两锁闭”（专用变压器、专用开关、专用路线、风电闭锁和瓦斯电闭锁）供电，每天必须有专人检查1次，保证风机的可靠运转。7) 在掘进工作面，风机不得停风；因检修，停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯，只有风机及其开关附近10 m内瓦斯浓度不能超过0.5%时，才能开启风机。8) 在施工过程中，通风的其他设施应处于良好的状态。9) 风筒迎头的距：煤巷不超过5 m。如果巷道中有空帮和空顶，则要设法填充，否则应采取防止瓦斯集聚的措施。 三、加强掘进工作面的瓦斯检查和检测1) 安设瓦斯自动报警断电装置，实现瓦斯遥测。当掘进巷道中瓦斯浓度达到1时，通过低浓度瓦斯传感器自动报警；瓦斯浓度达到1.5时，通过瓦斯断电仪自动断电。高瓦斯要装备瓦斯断电仪或瓦斯遥测仪，对炮掘工作面迎头5m内和巷道冒顶处瓦斯积聚地点要设置便携式瓦斯检测报警仪。班组长下井时也要随身携带这种仪表，以便随时检查可疑地点的瓦斯浓度。2) 放炮员配备瓦斯检测器，坚持“一炮三检”，在掘进作业的装药前、放炮前和放炮后都要认真检查放炮地点附近的瓦斯浓度。3) 实行专职瓦斯检查员随时检查瓦斯制度。四、掘进工作面的综合防尘措施掘进巷道的矿尘来源，当用钻眼爆破法掘进时，主要产生于钻眼、爆破、装岩工序，其中以凿岩产尘量最高；当用综掘机掘进时，切割和装载工序以及综掘机整个工作期间，矿尘产生量都很大。因此，要做到湿式煤电钻打眼，爆破使用水炮泥，综掘机内外喷雾。要有完善的洒水除尘和灭火两用的供水系统，实现放炮喷雾、装煤岩洒水和转载点喷雾，安设喷雾水幕净化风流，定期用预设软管冲刷清洁巷道。从而达到减少矿尘的飞扬和堆积。五、掘进工作面的防火防爆安全措施机电设备严格采用防爆型及安全火花型；局部通风机、装岩机和煤电钻都要采用综合保护装置；移动式和手持式电气设备必须使用专用的不延燃性橡胶电缆；照明、通讯、信号和控制专用导线必须用橡套电缆。高瓦斯要使用乳化炸药，推广屏蔽电缆和阻燃抗静电风筒。六、掘进工作面的隔爆与自救措施设置安全可靠的隔爆设施，所有人员必须携带自救器。煤与瓦斯突出矿井的煤巷掘进，应安设防瓦斯逆流灾害设施，如防突反向风门、风筒和水沟防逆风装置以及压风急救袋和避难硐室，并安装直通地面调度室的电话。实施掘进安全技术装备系列化的矿井，提高了矿井防灾和抗灾能力，降低了矿尘浓度与噪声，改善了掘进工作面的作业环境，尤其是煤巷掘进工作面的安全性得到了根大提高。七、局部通风机消声措施局部通风机运转时噪音很大，常达100110dB，大大超过规程规定的允许标准。规程规定：作业场所的噪声，不应超过85dB(A)。大于85dB(A)时，需配备个人防护用品；大于或等于90 dB(A)时，还应采取降低作业场所噪音的措施。高噪音严重影响井下人员的健康和劳动效率，甚至可能成为导致人身事故的环境因素。降低噪音的措施，一是研制、选用低噪音高效率局部通风机；二是在现有局部通风机上安设消音器。局部通风机消音器是一种能使声能衰减并能通过风流的装置。对消音器的要求是通风阻力小、消音效果好、轻便耐用。局部通风机消音的方法是：在局部通风机的进、出口各加一节1m长的消音器，消音器外壳直径与局部通风机相同，外壳内套以用穿孔板（穿孔直径9mm）制成的圆筒，直径比外壳小50mm，在微孔圆与外壳间充填吸音材料。消音器中间安设用穿孔板制的芯筒，其内也充填吸音材料。另外，在局部通风机壳也设一吸音层。因吸音材料具有多孔性，当风流通过消音器时，声波进入吸音材料的孔隙而引起孔隙中的空气和吸音材料细小纤维的振动，由于摩擦和粘滞阻力，使相当一部分声能转化为热能而达到消音目的。这种消音器可使噪音降低18dB还有一种用微孔板做的消音器。它是利用气流经微孔板时，空气在微孔（孔径1mm）中来回摩擦而消耗能量的。微孔板消音器是在外壳内设两层微孔板风筒；其直径分别比外壳小50mm、80mm，内外层穿孔率分别为2%和1%。微孔板消音器的芯筒也用微孔板制作。这种消音器可使局部通风机噪音降低13dB。第八章掘进工作面通风监控一、监控目的与要求矿井采掘工作面是井下主要工作场所，工作人员、设备相对集中，因此，有效地监测采掘工作面的瓦斯、温度、一氧化碳、机电设备的开停及馈电状态，是关系到采掘工作面空气条件，各种采掘设备安全、正常运转，以及井下人员的身体健康和安全生产的重要保证。对于井工开采的矿井来说，采掘工作面的监控主要是瓦斯的监控。二、掘进工作面甲烷传感器设置目的 为及时监测掘进工作面的甲烷浓度的变化情况，低瓦斯、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井都必须在掘进工作面设置甲烷传感器，为尽早监测到掘进面甲烷浓度的变化，掘进工作面甲烷传感器必须尽量靠近掘进工作面设置。但由于掘进工作面甲烷传感器的设置地点风流不稳定，因此，不能反映甲烷的平均浓度。为监测甲烷的平均浓度，防止掘进工作面甲烷浓度超限时漏报，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出的掘进工作面，还必须在回风流内设置甲烷传感器。掘进工作面甲烷传感器和回风流甲烷传感器的断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电气设备。掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷监测报警仪器。三、掘进工作面瓦斯传感器布置1、瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器必须按图设置：在工作面混合风流传感器T1，在工作面回风流中设置甲烷传感器T2；采用串联通风的掘进工作面，必须在被串联工作面局部通风机前设置掘进工作面进风甲烷传感器T3。掘进工作面甲烷传感器的设置图：高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器必须按图设置：在掘进工作面及其回风巷设置甲烷传感器T1和T2；在工作面混合回风流处设置甲烷传感器T3。2、其他传感器的布置一氧化碳传感器的设置：开采容易自然、自然煤层的采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024CO，一氧化碳传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人行车。如图：1-1温度传感器的设置：开采容易自然煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。温度传感器的报警值为30，温度传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安装维护方便。设置同图：1-1图：1-1开关量传感器的设置：1 掘进工作面局部风机必须设置设备开停传感器。2 掘进工作面局部通风机的风筒末端宜设备风筒传感器。3 为监测被控设备瓦斯超限是否断电，被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。四、矿井通风系统监控1、矿井通风系统监控目的与要求 矿井通风系统监控是煤矿高产、高效、安全生产的重要保证；是加强煤矿安全生产管理工作的重要物质和技术保障；是防止瓦斯、煤尘事故发生，实现煤矿安全生产现代化管理的必要手段。 煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃、易爆可燃性气体和腐蚀性气体有潮湿、淋水、矿尘大、空间狭小及监控距离远等特点，因此，矿井通风系统监控必须对井下生产环境以及个主要生产设备运行状态进行实时数据采集、传输、显示、记录，使有关人员能够及时、准确、全面了解井下环境状况，达到对各类灾害的早期预测。一旦发现有瓦斯超限立刻声光报警，并进行风、电、瓦斯闭锁，防止事故的发生。对于高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井，必须装备矿井通风监控系统。矿井通风监控系统除具有地监测瓦斯、风速、一氧化碳、温度、烟雾等参数和状态外，还应具有中心站遥控断电/复电功能、模拟量实时/历史数据/曲线显示打印功能以及网络通信报警功能，以使煤矿的安全生产监控更可靠、处理事故更及时，最大限度地提高安全生产管理水平。对于没有装备矿井通风监控的矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面，必须装备甲烷风电闭锁装置活甲烷断电仪和风电闭锁装置。为保证各通风监控设备和仪表的安全、正常使用，还应满足一下几个方面的要求；（1）矿井应建设通风安全监测队，负责对矿井各监控设备和仪表的管理、安装、调试和维修，以提高设备、仪表的使用率。（2）各类传感器的工作地点、安装数量、位置、报警范围必须符合设计说明要求和规程有关规定，比加强井下的检查、更换、维修、迁移的管理。应建立仪器设备台账