南采区初步设计说明书(通风部份11[1].9)doc.doc

第三节 采区通风系统一、通风容易时期和困难时期的确定 根据南采区采、掘工程设计的接替安排，南采区开采初期布置一个3#煤层采煤工作面、两个4#煤层掘进工作面（一亚区段）和一个岩石巷道掘进工作面（二亚区段）,此时期，采区绝对瓦斯涌出量较小，通风路线也较短，相应的采区通风阻力较小，故拟定该时期为通风容易时期。开采至延深下部时，由于布置一个12#煤层采面与14#煤层采面配采，同时，布置两个12#煤层掘进工作面和一个岩石巷道掘进工作面。此时期，采区绝对瓦斯涌出量较大，通风路线也较长，相应的采区通风阻力较大，故拟定该时期为通风困难时期。二、采区总风量的计算（一） 通风容易时期的风量计算：1、 按井下同时工作的最多人数计算，即Q=4NK （式21） =42501.2=1200m3/min式中：Q采区总风量 ，m3/min N井下同时工作的最多人数，人（此处取250人） 4每人每分钟供风标准，m3/min.人 K采区通风系数,包括采区内部漏风和通风不均匀等因素,取1.22、按采煤、掘进、硐室及其它巷道实际需要风量的总和进行计算，即： Q=(Q采+Q掘+Q硐+Q其它) K m3/min（式22）式中：Q采采煤工作面实际需要风量的总和 ，m3/min； Q掘掘进工作面实际需要风量的总和 ，m3/min； Q硐硐室实际需要风量的总和 ，m3/min； Q其它采区除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和 ，m3/min； K采区通风系数，包括采区内部漏风和通风不均匀等因素，取 1.2； （1）Q采的计算 Q采= Q采i+Q采备i （式23）式中：Q采i第i个采煤工作面实际需要的风量，m3/min； Q采备i第i个备用工作面实际需要的风量，m3/min。因北三、南采区采煤工作面可以进行调配，故不进行备用工作面的风量配备。Q采i= 100q采iK采通i m3/min（式24）式中： Q采i南采区第i个采煤工作面实际需要的风量，m3/min； q采i第i个采煤工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；此时期，3#煤层采煤工作面瓦斯涌出量预计在8m3/min左右，考虑到抽放的因素，风排只解决7.5m3/min的瓦斯； K采i第i个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用系统，取1.6; 则：Q采= 1007.51.6=1200 m3/min由于容易时期，仅布置一个采煤工作面，故：Q采= Q采1=1200 m3/min 根据煤矿安全规程执行说明的规定，采煤工作面实际风量计算须按瓦斯涌出量、爆破后有害气体产生量、工作面温度和风速及人数等因素分别计算，并取其最大值。结合我矿实际，由于瓦斯涌出量较大，按瓦斯涌出量计算出的采煤工作面实际需要的风量远远大于其它方法计算的风量（风量计算略），故Q采取1200 m3/min。 （2）Q掘的计算 Q掘= Q掘1+ Q掘2+ Q掘3 m3/min（式25） 式中：Q掘1-3分别是1#至3#掘进工作面的实际需风量，m3/min； ：按瓦斯涌出量计算： Q掘i= 100q采iK掘i m3/min（式26）式中： Q掘i第i个掘进工作面实际需风量，m3/min； q掘i第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；1#、2#掘进工作面为4#煤层掘进工作面，预计绝对瓦斯涌出量在3 m3/min左右；3#掘进工作面（二亚运输石门）预计绝对瓦斯涌出量将达到1.6 m3/min； K掘i第i个掘进工作面瓦斯涌出不均匀系统，取1.6； 则：Q掘1= Q掘2 =100q采1K掘1 =1003 1.6=480 m3/min Q掘3 =100q采iK掘1 =1001.6 1.6=256 m3/min 故：Q掘= 480+480+256=1216 m3/min ：按局部通风机的实际吸风量计算： Q掘i= Q掘机iI掘i m3/min （式27）式中：Q掘机i第i个掘进工作面局部通风机的实际吸风量，m3/min。根据盘江煤电（集团）公司风量计算细则及我矿实际情况：JBT-62型（28KW）局部通风机实际吸风量取350 m3/min，FD-1型（60KW）局部通风机实际吸风量取600 m3/min。 Ii第i个掘进工作面同时供风的局部通风机的台数，1#-3#掘进工作面各使用1台局扇供风：其中1#、2#掘进工作面分别使用1台FD-1型(60KW)局部通风机，3#掘进工作面使用1台JBT-62型（28KW）局部通风机供风。 则：Q掘1= Q掘2 =600 m3/min Q掘3 =350m3/min 故：Q掘= 600+600+350=1550 m3/min 根据煤矿安全规程执行说明的规定，掘进工作面实际需风量计算须按瓦斯涌出量、炸药量、局部通风机实际吸风量、风速和人数等规定分别计算，并取其最大值。根据我矿实际情况，按局部通风机实际吸风量计算出的风量大于其它方法计算的风量，故Q掘取1550 m3/min。 （3）Q硐的计算：南采区容易时期需要配风的硐室有南采区的变电所、绞车房及空压机硐室等3个硐室和北一采区的充电硐室和火药库。各个硐室的实际需风量，根据不同的类型分别计算。 ：空压机硐室实际需风量按机电设备运转的发热量计算：Q空压机硐室=(3600W)(1.21.00560t) （式28）式中：W空压机硐室中运转的电动机总功率，kw； t空压机硐室进、回风的气温差，（空压机硐室取10）； 空压机硐室的发热系数，（空压机硐室取0.20）； 故：Q空压机硐室=(36004400.20)(1.21.0056010) =316800723.64=438m3/min：其它硐室的实际需风量的计算根据煤矿安全规程执行说明、煤矿矿井采矿设计手册的规定和我矿实际情况，取Q变电所=60 m3/min； Q绞车房=120 m3/min； Q充电硐室=100 m3/min； Q火药库=100 m3/min；则：Q硐=Q空压机硐室+Q变电所+ Q绞车房+ Q充电硐室+ Q火药库=438 +60+ 120+ 100+ 100=818m3/min （4）Q其它的计算：根据煤矿矿井采矿设计手册的规定，结合我矿实际情况，Q其它按Q采+ Q掘+ Q硐的5%配风。故：Q其它=（Q采+ Q掘+ Q硐）5% （式29） =（1200+1550+818）5% =35685% =178 m3/min故：Q=（Q采+ Q掘+ Q硐+Q其它）K =（1200+1550+818+178）1.2 =37461.2 =4495 m3/min由此可见，按井下同时工作的最多人数计算所得的采区总风量小于按井下各用风地点实际需风量的总和计算所得的总风量，故取后者，即Q=4495m3/min。即通风容易时期的风量为4495 m3/min。（二） 通风困难时期的风量计算：1、按井下同时工作的最多人数计算，即按（式21）计算：Q=4NK =42501.2=1200m3/min 2、按采煤、掘进、硐室及其他巷道实际需风量的总和进行计算，即按（式22）计算： （1）Q采的计算 即按（式23，24）计算： 通风困难时期，12层采煤工作面瓦斯绝对瓦斯涌出量预计将超过50 m3/min，因考虑到抽放的因素，风排只解决9m3/min的瓦斯；14煤层采煤工作面绝对瓦斯涌出量将超过25 m3/min，风排只解决7m3/min的瓦斯。 则：Q采1= 10091.6=1440 m3/min Q采2= 10071.6=1120 m3/min 又：Q采= （Q采1+ Q采2）K采备 =（1440+1120）1 =2560 m3/min （2）Q掘的计算 即按（式25，26，27）计算： 考虑在南采区开展区域性预抽工作，故预计困难时期12煤层的1、2掘进工作面绝对瓦斯涌出量在6 m3/min左右，考虑到抽放的因素，风排瓦斯量解决3 m3/min，风量计算同容易时期，故分别使用1台FD-1型(60KW)局部通风机，3掘进工作面（141212瓦斯巷）使用1台JBT-62型（28KW）局部通风机供风。因此，困难时期Q掘配风同容易时期，即Q掘取1550 m3/min。 （3）Q硐的计算：南采区困难时期需配风的硐室有南采区的变电所、延深绞车房、延深水泵房及空压机硐室等4个硐室和北一采区的充电硐室和火药库。各个硐室的实际需风量，根据不同的类型分别计算。 ：延深水泵房、空压机硐室等机电硐室，实际需风量按机电设备运转的发热量计算：Q机电硐室=(3600W)(1.21.00560t) （式28）式中：W机电硐室中运转的电动机总功率，kw； t机电硐室进、回风的气温差，（空压机硐室取10，延深水泵房取5）； 机电硐室的发热系数，（空压机硐室取0.20，延深水泵房取0.02）； 故：Q延深水泵房=(36005000.02)(1.21.005605) =36000361.8=100m3/min Q空压机硐室=(36004400.20)(1.21.005605) =316800723.6=438m3/min：其它硐室的实际需要的风量计算根据煤矿安全规程执行说明、煤矿矿井采矿设计手册的规定和我矿实际情况，取Q变电所=60 m3/min； Q延深绞车房=120 m3/min； Q充电硐室=100 m3/min； Q火药库=100 m3/min；则：Q硐= Q延深水泵房+Q空压机硐室+Q变电所+Q延深绞车房+Q充电硐室+Q火药库= 100 + 438 +60+ 120+ 100+ 100=918m3/min 故Q硐=918m3/min （4）Q其它的计算 即按（式28）计算：故：Q其它=（Q采+ Q掘+ Q硐）5% =（2560+1550+918）5% =50285% =251 m3/min故：Q=（Q采+ Q掘+ Q硐+Q其它）K =（2560+1550+918+251）1.2 =52791.2 =6335 m3/min由此可见，按井下同时工作的最多人数计算所得的采区总风量小于按井下各用风地点实际需风量的总和计算所得的总风量，故取后者，即Q=6335 m3/min。即通风困难时期的风量为6335m3/min。三、通风阻力的计算（一） 通风容易时期阻力的计算1、 摩擦阻力的计算：hfr=RfrQ2 mmH2O (式3-1)式中：hfr井巷的摩擦阻力，mmH2O； Rfr井巷的摩擦风阻，K； Q井巷风量，m3/s；其中：Rfr=LU/S3 （式3-2）式中：井巷的摩擦阻力系数； L井巷的长度，m； U井巷周边长度，m； S井巷的断面积，m2； 通过计算，通风容易时期的摩擦阻力hfr=152.46mmH2O（计算过程详见表3-1）。2、 局部阻力的计算： 根据煤矿矿井采矿设计手册的规定，局部阻力不单独计算，取摩擦阻力的15%作为局部阻力，即： her=hfr .15% mmH2O (式3-3) her =152.4615%=22.87 mmH2O式中：her井巷的局部阻力，mmH2O；3、 通风阻力的计算 h=her+hfr mm H2O (式3-4) h =22.87+152.46 =175.33 mmH2O 式中：hf井巷的通风阻力，mmH2O； 即通风容易时期的通风阻力为175.33mmH2O；（二） 通风困难时期阻力的计算1、摩擦阻力的计算：按（式3-1）计算 通过计算，通风困难时期的摩擦阻力hfr=214.80mmH2O（计算过程详见表3-2）。2、 局部阻力的计算：按（式3-3）计算 her=hfr .15% =214.8015 =32.22 mmH2O3、 通风阻力的计算：按（式3-4）计算 h=her+hfr =32.22+214.80 =247.02mmH2O 即通风困难时期的通风阻力为247.02mmH2O四、南采区等积孔的计算 A=0.38Qh1/2 （式41） 式中：A通风等积孔，m2； Q主扇风量，m3/s; h井巷的通风阻力，mmH2O； 故A =0.38105.58247.021/2 =40.1215.72 =2.55 m2南采区通风难易程度属容易采区，即小阻力采区。符合煤炭工业设计规范的规定：设计矿井的通风等积孔在最大负压时，一般不小于1 m2。 五、南采区通风设备选型1、主扇的工作风压根据我矿实际情况，自然风压对矿井风压影响较小，故不考虑自然通风对北一采区的影响。容易时期北一采区主扇风压hfmax=1.20175.33=210.40mmH2O困难时期北一采区主扇风压hfmax=1.20247.02=296.42mmH2O2、主扇的工作风量Qfmin=1.2 Q易 =1.24495=5394m3/min=89.9 m3/sQfmax=1.2 Q难 =1.26335=7602m3/min=126.7m3/s式中：Q易、Q难 分别为容易、困难时期采区的实际需风量，单位m3/min。Qfmin、 Qfmax分别为容易、困难时期采区主扇工作风量，单位m3/min。根据以上计算结果，参照扇风机个体特性曲线表，选择BDK618-8-NO25型主扇两台（一台工作，一台备用），电机功率为2280KW。 第四节 采区瓦斯抽放一、建立瓦斯抽放系统的必要性(一)采区通风及瓦斯情况 南采区设计能力为75 万吨，由副井及北二采区4#井进风，北一采区风井回风。主扇型号为BDK618-8-25型。容易时期风量为4495m3/min，困难时期风量为6335m3/min。 矿井瓦斯涌出特点：我矿属煤与瓦斯突出矿井，瓦斯涌出量较大(历年来瓦斯等级鉴定情况详见下表)。从己采的三个采区来看，我矿的瓦斯涌出特点是南部大、北部小，浅部小、深部大。预计南采区瓦斯涌出量将达到100m3/min左右。瓦斯等级鉴定情况表 时 间 （年） 矿井绝对瓦斯涌出量m3/min矿井相对瓦斯涌出量m3/t.d鉴定结果备 注 9128935748煤与瓦斯突出矿井北二采区未生产 922882技改未生产 9358253100煤与瓦斯突出矿井 9476273490煤与瓦斯突出矿井 9596574079煤与瓦斯突出矿井 965787未正常生产 9780056277煤与瓦斯突出矿井 9892466423煤与瓦斯突出矿井 9990363999煤与瓦斯突出矿井 200078024442煤与瓦斯突出矿井 200180.6845.94煤与瓦斯突出矿井 200277.0643.87煤与瓦斯突出矿井(二)瓦斯抽放的必要性 南采区风量为6335m3/min，风排瓦斯能力为47.5m3/min，故仅靠通风的方法无法解决瓦斯问题。同时，考虑到解决采、掘工作面的防突问题，需开展瓦斯预抽工作。因此，必须建立南采区瓦斯抽放系统。 二、抽放系统及抽放方法 (一)抽放系统 根据南采区初步设计及我矿瓦斯抽放的实际情况，建立南采区高、低负压瓦斯抽放系统，抽放泵站设在北一采区地面工业广场内。高、低负压瓦斯抽放系统分别由抽放泵及抽放管路组成，能独立地进行抽放并能实现互抽。 (二)抽放方法 1、高负压抽放 (1)在1350南进风大巷设钻场通过打钻孔穿透各煤层进行高负压预抽。 (2)在南采区每一区段开掘瓦斯集中抽放巷，通过打钻孔穿透各煤层进行区域性预抽。 (3)在瓦斯涌出较大采煤工作面上、下巷布置本煤层预抽钻孔进行高负压预抽。 2、低负压抽放 (1)在瓦斯涌出较大煤层(如12煤层)的采煤工作面，开掘高位瓦斯抽放巷或打高位长钻孔进行抽放。 (2)在采煤工作面上隅角进行留管抽放。 (3)采空区抽放等。 三、南采区有关瓦斯参数的确定 1、瓦斯含量 老屋基矿+1360水平以上煤层平均瓦斯含量为9.73m3/t，+1360水平以下煤层平均瓦斯含量为15.08m3/t。 2、瓦斯储量 W=X.A （式31） 式中：W煤层瓦斯储量 万m3 X煤层瓦斯含量 m3/t A煤层储量 万吨 W1=X1.A1 W2=X2.A2 W=W1+W2+W岩 （式32） 式中： W1+1360水平以上煤层瓦斯储量 万m3 X1+1360水平以上煤层平均瓦斯含量 m3/t A1+1360水平以上煤层储量 万t W2+1360水平以下煤层瓦斯储量 万m3 X2+1360水平以下煤层平均瓦斯含量 m3/t A2+1360水平以下煤层储量 万t W岩岩石瓦斯储量（取煤层瓦斯储量的10） 万m3 W1=848.59.73=8255.91万m3 W2=1243.515.08=18751.98万m3 W岩=（8255.91+18751.98）10=2700.79万m3 W=8255.91+18751.98+2700.79=29708.68万m3 3、可抽瓦斯量 W可=W.dk (式33) 式中：W可可抽瓦斯量 万m3 W 南采区瓦斯储量 万m3 dk采区抽放率（根据我矿的实际情况取38） 故：W可=29708.6838=11289.30万m3四、瓦斯管路和瓦斯泵的选择（一）低负压系统1、瓦斯管路的计算和选择Q主=100m3/min Q干=70m3/min Q支=45m3/min主管流速取14m/s, 干管流速取10m/s,支管流速取8m/s（考虑到困难时期，瓦斯涌出较大，瓦斯涌出不均衡等原因，故管路流速取值较小，留下余量，以便在特殊情况下，采用两台CBF410-2型瓦斯抽放泵并联抽放，以增加抽放量）。D=0.1457()1/2 (式4-1)式中：D瓦斯抽放管内径 米 Q瓦斯管内的流量 m3/min V瓦斯流动速度 m/sD主=0.1457(10014)1/2=0.389米=389mmD干=0.1457(7010)1/2=0.385米=385mmD支=0.1457(458)1/2=0.346米=346mm根据计算:选择主管路为玻璃钢管，型号为4005；干管路为玻璃钢管，型号为4005；支管路为玻璃钢管，型号为3504。 2、瓦斯管路阻力计算： 瓦斯管路阻力计算，按抽放困难时期（回采至南采采区延深四亚区段）管路长度计算。即低负压系统管路从北一抽放站，经北一风井、南采区回风巷、回风上山、延深运输下山（延深四亚区段）。H= （式4-2）式中：H阻力损失 mmH2O L管路长度 m Q流量 m3/小时 混合瓦斯对空气的相对比重 K系数 D管子内径（直径）cmH主=2036（10060）20.866 0.71（40）5=873.05mmH2O=64.19mmHg H干=290（7060）20.866 0.71（40）5=60.93mmH2O=4.48mmHg H支=1200（4560）20.866 0.71（35）5=203.16mmH2O=14.94mmHg H局=(H主+H干+H支)10%式中：H局瓦斯管路局部阻力损失 mmHgH局=(64.19+4.48+14.94)x10%=8.36mmHgH出=50（10060）20.866 0.71（50）5=7.03mmH2O=0.52mmHg H出井上正压端管路摩擦阻力损失mmH2OH出局=H出10%=0.05mmHgH出局井上正压端管路局部阻力损失mmH2OH入总=H主+H干+H支+H局 (式6-3) =64.19+4.48+14.94+8.36=91.74mmHgH出总=H出+H出局=0.52+0.05=0.57mmHg（二）高负压系统瓦斯管路阻力计算，按抽放困难时期（回采至南采区延深四亚区段）管路长度计算。即高负压系统管路从北一抽放站，经北一风井、南采区回风巷、回风上山、延深运输下山、延深四亚运输石门至延深四亚瓦斯集中抽放巷。1、瓦斯管路的计算和选择Q主=80m3/min Q干=60 m3/min Q支=30m3/min主管流速取14m/s, 干管流速取15m/s，支管流速取11m/sD=0.1457()1/2 (式4-1)D主=0.1457(8014)1/2=0.348米=348mmD干=0.1457(6015)1/2=0.291米=291mmD支= 0.1457(3011)1/2=0.241米=241mm 根据计算:选择主管路为玻璃钢管，型号为3505；干管为玻璃钢管，型号为3005；支管为玻璃钢管，型号为2504。 2、瓦斯管路阻力计算：计算公式同低负压抽放系统。 H主=2036（8060）20.866 0.71（35）5=1089.38mmH2O=80.10mmHg H干=230（6060）20.866 0.71（30）5=98.64mmH2O=7.25mmHg H支=1200x(3060）20.866 0.71（25）5=485.60mmH2O=35.71mmHg H局=(H主+H干+H支)10%H局=（80.10+7.25+35.71）10%=12.31mmHgH出=50（8060）20.866 0.71（50）5=4.50mmH2O=0.3mmHgH出局=H出10%=0.03mmHgH入总=H主+H干+H支+H局 =80.10+7.25+35.71+12.31=135.37mmHgH出总=H出+H出局=0.3+0.03=0.33mmHg（三）瓦斯泵选择瓦斯泵压力计算：抽放瓦斯的压力为H入总与钻孔孔口负压HD之和。抽采空区瓦斯HD取20mmHg，预抽原始煤体瓦斯HD取120mmHg 低负压系统： H=（H入总+ HD）.K （式5-4） =（91.74+20）1.2=134.09mmHg式中：K备用参数 取1.2高负压系统： H=（H入总+ HD）.K （式5-4） =（135.37+120）1.2=306.44mmHg瓦斯泵流量计算：Q= (式5-5)式中:Q瓦斯泵的额定流量 m3/minQ纯在抽放期间最大抽放纯量之和（低负压系统取 27 m3/min，高负压系统取30 m3/min）X瓦斯泵入口处瓦斯浓度（低负压系统取 30%，高负压系统取50）瓦斯泵的机械效率 90% K抽放系数（按我矿抽放实际情况取1.05）低负压抽放系统Q=（271.05）（0.30.9）=105m3/min高负压抽放系统Q=（301.05）（0.50.9）=70m3/min根据以上计算结果:选择CBF4102型水环式真空泵三台，其中一台瓦斯抽放泵进行低负压抽放，一台瓦斯抽放泵进行高负压预抽，剩余的一台瓦斯抽放泵作备用。五、瓦斯管路敷设(一) 瓦斯管路系统的选择。主管路型号为400x5、350x5的玻璃钢管各一趟，管路长度均为2036m. （二）瓦斯管路安装要求1、抽放管路必须进行垫高，距底板的垂距不得小于0.3m，且不得与任何带电物体接触。2、管路必须每隔13m做一个垫墩。3、管路敷设坡度必须一致，以减少压力损失。第五节监测设计一、我矿现运行的监测系统（KJ90）的主要特性及技术指标（一） KJ90监测系统主要特性 1、该系统运行平台采用WINDOWS95/98软件，具有全网络化功能，支持TCP/IP和NETBOIS通信协议，支持远程网络终端异地访问和数据查询。2、该系统支持与上级局域网互连及远程终端通过公用电话网（PSTN）的远程连接。3、可配置一机多屏实时显示系统及显示器远端监视。（二）KJ90监测系统主要技术指标1、能管理64个分站、512个模拟量、512个开关量和512个控制量。2、中心站到分站传输距离不大于20KM。3、分站到传感器的信号最大传输距离不大2.5KM。4、不低于煤矿监控系统总体设计规范和煤矿监控系统中心站软件开发规范规定的各项指标。二、我矿KJ90监控系统现状 我矿KJ90监控系统由煤炭科学研究总院重庆分院研制。自2001年3月投入运行以来，显示数据准确、断电灵敏、可靠，性能良好。现我矿KJ90监控系统使用情况为：13个分站（副井1个、北二5个、北三7个）、33个模拟量（北二17个、北三16个）、20个开关量（地面4个、北二7个、北三9个）和18个控制量。能对上述模拟量、开关量及其被控设备的通、断电状态实行实时监控。根据煤矿安全规程（2001年版）第一百七十五条之规定:“装备矿井安全监控系统的矿井，每一个采区、一翼回风巷及总回风巷的测风站应设置风速传感器，主要通风机的风硐应设置压力传感器；瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中应设置流量传感器、温度传感器和压力传感器，利用瓦斯时，还应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器”。故如按煤矿安全规程（2001年版）的要求完善北一、北二、北三采区监控系统，需增设7个分站、38个模拟量和35个开关量，即北一、北二、北三采区应安设20个分站、72个模拟量、55个开关量和18个控制量。按KJ90监控系统的容量能力（能管理64个分站、512个模拟量、512个开关量和512个控制量）计算，我矿KJ90监控系统还剩余44个分站、440个模拟量、457个开关量和494个控制量的容量，故现有的监控系统的容量还剩下较大的余量。三、南采区监控设备配置情况（一） 南采区容易时期监控设备配置情况根据南采区初步设计方案，在通风容易时期，布置1个采煤工作面和3个掘进工作面，同时，结合采区通风、瓦斯抽放设计，需安设监测主传输线3600米、1个大分站、4个中分站、29个模拟量、16个开关量（安