掘进工作面风量计算.doc

矿井与采区通风设计矿井通风设计内容与要求矿井设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。它的基本任务是结合矿井开拓、开采设计，建立其安全可靠、经济合理、管理方便的通风系统。一、矿井通风设计的依据矿井通风设计的依据主要有：矿井自然条件和生产条件。1、 矿井自然条件（1） 矿井地质图、地形图。（2） 煤层瓦斯含量、瓦斯压力，瓦斯及CO2涌出量，煤（岩）与瓦斯（CO2）突出危险性。（3） 煤的自燃倾向性及自然发火期。（4） 煤尘爆炸性。（5） 矿区地面气候条件，包括年最高气温、最低气温及平均气温，地温及地温增深率等。2、矿井生产条件（1）矿井年产量及服务年限。（2）矿井开拓系统、开采系统、运输系统。（3）采区储量、采煤工作面位置及产量。（4）同时开采煤层数、采区数、采掘工作面数。（5）井下同时工作的最多人数，采掘爆破的炸药最大消耗量，井巷支护方式和断面。（6）邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据、风量计算方法。（7）通风设备的产品目录、价格，矿区电费。二、矿井通风设计的内容和要求矿井设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。矿井通风设计分为新建、改扩建或扩建矿井通风设计。对于新建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况作出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有的通风系统基础上提出更完善、更切合实际的通风系统设计。矿井通风设计一般分为两个时期，即基建时期与生产时期，分别进行设计计算。1、矿井基建时期的通风矿井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风，即开凿井筒（或平硐）、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道的通风。这个时期多用局部通风机对独头巷道进行局部通风。当两个井筒贯通后，安装主要通风机，此时利用主要通风机对已开凿的井巷实行全风压通风，缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。2、矿井生产时期的通风矿井生产时期的通风是指矿井投产后，包括全矿井开拓、采准和采煤工作面以及其他井巷的通风。这时期的通风设计，根据矿井生产年限的长短，可分为两中情况：（1）矿井服务年限不长时（1520年），只做一次通风设计。设计中以矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期，矿井通风阻力最大时为通风困难时期。依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出对此两个时期的通风都满足的通风设备。（2）矿井服务年限较长时（3050年），考虑到通风机设备选型，矿井所需风量和压风的变化等因素又需分为两个阶段进行通风设计计算，第一阶段为前1525年左右，对该阶段内通风容易和困难两种情况详细地进行设计计算。第二阶段的通风设计只作一般的原则规划，但对矿井通风系统，应根据整个生产时期的技术经济因素，作出全面的考虑，以便确定的通风系统既可适应现实生产的要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况。3、矿井通风设计的内容矿井通风设计的内容有：（1） 拟定矿井通风系统。（2） 矿井总风量计算和风量分配。（3） 计算矿井通风总阻力。（4） 选择矿井主要通风设备。（5） 概算矿井通风费用。4、矿井通风设计的要求矿井通风设计的基本要求有：（1）应将足够的新鲜空气输送到井下各个作业场所，保证安全生产和创造良好的气候条件。（2）通风系统简单，风流稳定，便于管理，具有抗灾能力。（3）发生事故时，风流易于控制，有利于人员撤出。（4）有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施。（5）通风系统投产快，营运费用低，经济效益好。矿井总风量计算和分配一、 生产矿井需风量计算和分配方法1、生产矿井需风量计算原则生产矿井需风量，按下列要求分别计算，并采用其中最大值。（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4m3。（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。各需风地点的实际需风量满足稀释瓦斯、CO2和其他有害气体的浓度，风速及温度符合规程规定。2、生产矿井需风量的计算（1）按井下同时工作的最多人数计算，即Q=4NK矿通式中 Q矿井通风所需的总进风量，m3/min；N井下同时工作的最多人数，人；4规程规定的每人每分钟供给风量不得少于4 m3；K矿通矿井通风系统，考虑矿井内部漏风和配风不均匀等因素，一般取K矿通=1.201.25。（2）矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他需风地点实际需要风量的总和计算，即Q=（Q采+Q掘+Q硐+Q其他）K矿通式中 Q采采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；Q掘掘进工作面所需风量之和，m3/min；Q硐硐室所需风量之和，m3/min；Q其他其他用风地点所需风量之和，m3/min；K矿通矿井通风系数。1）采煤工作面需风量的计算采煤工作面的需风量应该按瓦斯、CO2涌出量和炸药消耗量、工作面的气温、风速、人数等因素分别计算，取其最大值。（1） 按瓦斯涌出量计算，则Q采=100qCH4K采通/C式中 Q采采煤工作面实际需要风量，m3/min；qCH4采煤工作面瓦斯相对涌出量，m3/min；K采通采煤工作面瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，生产矿井可根据各个工作面正常生产条件实际考察确定。通常机采工作面K采通=1.21.6，炮采工作面K采通=1.42.0，水采工作面K采通=2.03.0；C采煤工作面回风流中允许的最大瓦斯含量，%，C=1。（2）按CO2涌出量计算工作面实际需风量方法同式Q采=100qCH4K采通/C，采煤工作面回风流中的CO2最大允许含量为1.5%，C=1.5。（3）按工作面温度计算。采煤工作面应有良好的气候条件，采煤工作面空气温度与风速应符合表一的要求。表一 采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面空气温度t/采煤工作面风速采（）采煤工作面的需风量按下式计算，即Q采=60采S采K采式中 采采煤工作面的风速，按采煤工作面温度从表二中选取，m/s；表二 采煤工作面长度风量系数采煤工作面长度/m工作面长度风量系数K采0.850800.9801201.01201501.11501801.21801.31.4S采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，m2；K采工作面的长度系数，可根据工作面长度按表二选取。（4）按使用炸药量计算，则Q采=25A式中 25使用1Kg炸药的需风量，m3/min；A采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，Kg。（5）按工作人数计算，则Q采=4 N采式中 4每人每分钟应供给的最低风量，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,即Q采15S采式中 15规程规定的采煤工作面最低风速（0.25m/s）, m/min；S采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，m2。按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量，即Q采240 S采式中 240规程规定的采煤工作面最高风速（m/s），m/min；S采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，m2。2）掘进工作面需风量的计算掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（1）按瓦斯涌出量计算，则Q掘=100q瓦K掘通/C式中 Q掘掘进工作面的需风量，m3/min；q瓦掘进工作面的相对瓦斯涌出量，m3/min；K掘通掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，一般可取K掘通1.52.0；C采煤工作面回风流中允许的最大瓦斯含量，%，C=1。（2）按炸药量计算。掘进工作面按一次消耗最多炸药量计算的需风量 Q掘，即Q掘=25A（3）按局部通风机实际吸风量计算，即Q掘=Q通K掘通式中 Q通掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量之和，各种通风机额定风量可按通风机参数表选取；K掘通为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般K掘通1.21.3，进风巷道中无瓦斯涌出时K掘通=1.2，有瓦斯涌出时K掘通=1.3。（4）按工作人数计算，即Q掘=4N掘式中 N掘掘进工作面同时工作的最多人数，人。（5）按风速进行验算。掘进工作面按岩巷最低风速0.15m/s，最大风速4m/s进行验算；煤巷、半煤岩巷按最低风速0.25m/s，最大风速4m/s进行验算。按最小风速验算，岩巷掘进工作面最小风量，即Q掘9S掘煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量，即Q掘15S掘按最高风速验算，掘进工作面的最大风量，即Q掘240S掘式中 S掘掘进巷道的净断面积，m2。3）硐室需风量计算各个独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算。（1）机电硐室。发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算，即Q机=3600N/60Cpt式中 Q机机电硐室的需风量，m3/min；N机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，Kw；机电硐室的发热系数，可根据实际考察确定。空气压缩机房=0.200.23,水泵房 =0.010.03,变电硐室、绞车房=0.020.04；空气密度，一般可取1.2kg/m3；Cp空气的定压比热，一般可取1.0kJ/(kg)；t机电硐室进、回风流的温度差，。（2）爆破材料库需风量Q火，按每小时4次换气计算，即Q火=4V/60式中 V库房体积，m3。对于大型爆破材料库Q火不得小于100 m3/min；中小型爆破材料库Q火不得小于60m3/min。（3）其他硐室需风量，可按经验值确定。如：绞车房、变电硐室可取6080m3/min；充电硐室按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算，但不得小于100m3/min，或按经验取100200m3/min。4）其他需风巷道的需风量计算其他巷道的需风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，选用最大值。（1）按瓦斯涌出量计算，则Q其他=133QCH4K其他通式中 QCH4其他用风巷道的瓦斯绝对涌出量，m3/min；K其他通其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般可取K其他通=1.21.3。（2）按最低风速验算。其他通风行人巷道按最低风速0.15m/s进行验算,即Q其他9 S其他式中 S其他其他需风井巷净断面积，m2。二、 新设计矿井风量的计算对于无瓦斯或高瓦斯新设计的矿井，矿井总风量按下式计算，即Q =qTK式中 q日产吨煤的供风标准，m3/（mint/d），一般取q =1m3/（mint/d）；T矿井平均日产煤量，t/d；风量备用系数，K=K均K备K温，其中系数K均、K备、K采外、K温通过查表三确定。表三 选用风量备用系数各系数名称数值选用条件产量不均衡系数K均1.15低瓦斯矿井瓦斯涌出不均衡系数K瓦1.201.25高瓦斯矿井选用。单一煤层、本煤层，取大值；煤层群、采区瓦斯占50%以上，取小值矿井内部漏风系数K漏1.151.25大型矿井、对角式通风方式取小值；小型矿井中央式通风方式取大值备用工作面风量系数K备1.101.25一般取1.10,备用工作面较多的矿井取最大值采区外用风备用系数K采外1.001.20包括掘进、大型硐室、多水平的其他独立回风的风量系数，一般取1.10；薄煤层、煤层群并在基建任务时取1.15；有大型硐室及多水平同时生产取大值工作面温度调正系数K温0.951.15低瓦斯矿井选用,20时取0.95；2023时取1.00；2326时取1.10；26时取1.15三、矿井风量分配矿井总风量计算出来后，应合理地向各个需风地点分配。分配方法是：从计算得到的矿井总风量Q中，减去独立回风的掘进风量Q掘、硐室风量Q硐，得剩余风量Q余，即Q余=Q -（Q掘+Q硐）再把剩余风量分配给采煤工作面和备用工作面。其分配原则是：各采煤工作面，按照与产量成正比的原则分配，备用工作面按照与生产时所需风量的一半分配。分配方法：先计算出所有采煤工作面平均日产吨煤所需分配的风量q，即式中 T采各采煤工作面的日产量之和，t/d；备各备用工作面的日产量之和，t/d。再计算采煤工作面的风量Q采和备用工作面的风量Q备，即Q采=qT采Q备=1/2qT备式中 T采采煤工作面日产煤量，t/d；T备备用工作面计划日产煤量，t/d。风量分配完成后，还要根据各用风地点的风量确定通风系统中各通风巷道中所流过的风量，然后验算各通风巷道的风速是否符合规程规定，否则，需要调整风量或扩大巷道断面。采区通风设计一、采区通风系统的要求采区通风系统是采区生产系统的重要组成部分。采区通风系统包括采区进、回风和工作面进、回风巷道的布置形式，采区通风线路，采区内通风设施和设备等内容。采区通风系统应该具有以下要求：漏风量少；进风流污染小；工作面串联少；并联风道多；采区总风阻较小；通风构筑物设置得当、质量好；有检查和控制风流的装置；符合规程的有关规定。规程对采区通风有如下规定：（1） 生产水平和采区必须实行分区通风；准备采区必须在采区构成通风系统后，方可开掘其他巷道；采煤工作面必须在采区构成完整的通风、排水系统后，方可开采；采区进、回风巷必须贯穿整个采区，严禁一段为进风巷、一段为回风巷。（2） 采、掘工作面应实行独立通风。（3） 有煤（岩）与瓦斯（CO2）突出的采煤工作面不得采用下行风。（4） 采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。（5） 机电硐室必须设在进风流中，硐室深度不超过6m，入口宽度不1.5m者，可用扩散通风。（6）采掘工作面的空气温度不得超过26，机电硐室不得越过30。（7）改变采区通风系统时，应报矿总工程师批准。二、采区通风设计的步骤采区通风设计包括以下步骤：1.确定采区通风系统采区通风系统的确定根据采区巷道布置和采煤方法，主要考虑采区的进风和回风上（下）山的选择、采煤工作面通风系统的选择、采煤工作面的上行风与下行风等问题。所确定的采区通风系统应有利于冲淡、排除瓦斯，降低粉尘浓度，保证风流质量和风量，安全可靠。2.确定采区所需风量（1）采区总风量计算。采区总风量Q总按下式计算，即Q总=（Q采+Q掘+Q硐）K采备式中 K采备采区风量系数，一般取1.21.25；Q采各采煤（备用）工作面需风量之和，m3/min；Q掘各掘进工作面需风量之和，m3/min；Q硐各独立回风硐室需风量之和，m3/min。（2）采区总风量的分配。采区风量分配的步骤如下：计算需分配给采煤工作面的风量，即Q采= Q总-Q掘-Q硐计算各采煤工作面和备用工作面的风量。首先计算日产吨煤所需分配的风量q，即 式中 T采各采煤工作面日产量之和，t/d；采备各备用采煤工作面日产量之和，t/d。 再用下式计算出采煤工作面和备用工作面的风量，即Q采= qT采Q采备= qT采备（3）风速效验。求出的风量，需按井巷，采掘工作面的设计断面计算出风速，与规程规定各类井巷的允许风速进行比较，对不符合允许风速的井巷，进行风量调整。3、采区通风阻力及总风阻的计算（1）采区通风阻力的计算。采区通风阻力是新的采区并入矿井通风系统后，对矿井主要通风机工作点进行调整的重要参数。采区通风阻力要根据采区通风系统的网络结构，选择一条通过风量最大、线路最长的风路进行计算。计算摩擦阻力。 风路中各段井巷的摩擦阻力公式计算，即 式中，应选用相似条件的实验值，也可以查阅有关参考资料选取。计算时，应将计算参数和计算结果填入表四中，将整个通风路线中各段巷道的摩擦阻力累加起来得到采区的摩擦总阻力h摩。h总=K局h摩式中 K局考虑局部阻力的系数，一般取K局=1.111.15。表四 摩擦阻力计算表巷道区段序号井巷名称支架种类/（Ns2m-4）L/mU/mS/m2S3/m6R摩/Ns2/m-8Q/（m3s-1）Q2/（m3s-1）2h摩/PaV/（ms-1）备注1223（2）计算采区总风阻。 采区总风阻为式中 R采区总风阻，Ns2/m8；Q总采区总风量，m3/min；h总采区总阻力，Pa。4、采区内通风构筑物为保证风流在采区按规定的线路流动，新鲜风流和污风分开及按需分配风量，在采区内合理设置风门、风墙、调节风窗及风桥等通风构筑物。采区内设置通风构筑物应注意：（1）风门不能设在通过矿车的倾斜巷道内和双轨巷道内，两道风门之间的距离应大于一列车的长度。（2）调节风窗的位置应合理选择，一般设在回风巷。（3）进回风巷道之间的联络巷道必须构筑永久性风墙。（4）风桥的断面足够大，保证风量的通过。掘进工作面风量计算掘进工作面需风量，应满足规程对作业地点有害气体、含尘量、气温、风速等规定要求，按下列因素分别计算，并取最大值。1、排出烟尘所需风量（1）压入式通风。采用压入式通风，当风筒出口到工作面的距离时，工作面所需风量或风筒出口的风量Q需应为式中 t通风时间，一般取2030min；A同时爆破炸药量，kg；b1kg炸药产生的CO当量，煤巷爆破取100L/kg，岩巷爆破取40L/kg；S巷道断面积，m2；L巷道通风长度，m；P漏风筒始、末风量之比，即漏风系数；CCO一氧化碳浓度的允许值，%，CCO=0.02%。（2）抽出式通风。 采用抽出式通风，当风筒末端至工作面的距离时,工作面所需风量或风筒入口风量Q需应为式中 L掷烟尘抛掷