通风安全课程设计.doc

通风与安全课程设计专业：采矿工程班级：09秋季姓名：高明亮指导教师：穆鹏飞二0一一年 月 日第一节 矿井通风系统的选择矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。一、 通风系统的选择按进回风在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式，对角式，混合式，下列是各种通风系统的适用条件及其优缺点。1、中央并列式：进回风井大致布置在井田中央，由主井兼作回风井或专设中央风井。适用于煤层倾角大、埋藏深、走向不长（一般小于4Km左右），投产初期尚末设置边界安全出口，且瓦斯与自然发火都不严重的矿井。优缺点：（1）、初期投资少，出煤快，采区生产集中，且矿井反风容易，便于管理。（2）、节省风井工业场地，占地少，护井煤柱少。（3）、进出风井之间漏风比较大，风路长，阻力大。（4）、工业场地受主要通风机噪音影响及回风风流的污染。2、中央分列式：进回风井大致位于井田走向的中央。适用于煤层倾角较小，埋藏浅、井田走向长度不大、瓦斯与自然发火较严重的中型矿井，投产初期多采用这种通风方式。优缺点:（1）、比中央并列式安全性要好。（2）、矿井通风阻力较小，内部漏风少，利于对瓦斯、自然发火的管理。（3）、工业广场地无噪声及回风风流的影响。（4）、风流在井下流动线路为折返式，风流线路长、阻力大。3、两翼对角式：进风井大致位于井田走向中央，出风井位于沿倾斜方向的浅部的两翼。一般适用于煤层走向长（超过4公里），井型较大，瓦斯与自然发火严重或低瓦斯，煤层走向较长、产量较大的矿井。其优点与中央并列式相反，比中央分列式安全性要好，但初期投资大，建井期较长。对有瓦斯喷出或有煤层和瓦斯突出的矿井，应采用对角式通风系统。5、分区对角式：进风井位于井田中央，两翼各有两个或两个以上回风井为所在附近采区服务。适用于煤层埋藏较浅，第一水平无法开凿总回风巷的情况。也适用于高瓦斯矿井。该方式建井期短，安全性高，便于管理，但风井多，占用场地大，风机管理分散，矿井反风困难。4、混合式：进风井与回风井三个以上的井筒按中央式与对角式混合组成。其中有中央分列与对角混合式。中央并列与对角混合以及中央并列与中央分列混合等。混合式是前几种的发展。适用于:（1）、矿井走向距离很长以及老矿井的改扩建和深部开采。（2）、多煤层多井筒的矿井，有利于矿井分区分期投产。（3）、大型矿井井田面积大、产量大或采用分区开拓的矿井。综上所述，由于该矿是高瓦斯矿井，根据井田内的煤层赋存状态、埋藏深度及井田范围等条件，在设计投产初期采用中央分列式通风，以后再过渡到两翼对角式通风。二、 通风机工作方式的选择1、抽出式：当前通风机工作的主要方式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更是有利于与对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。主要通风机安装在回风井口，整个矿井通风系统处在低于大气压的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力提高，比较安全。2、压入式：低瓦斯矿井，矿井地面地形复杂且煤层埋藏较浅，开采第一水平无法在高山上设置主通风机，总回风巷道无法连通或维护困难，煤层自然发火不严重的条件下使用。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。该方式在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物管理困难，漏风较大。3、混合式：适用于个别老井延伸或改建的低沼气矿井。能产生较大的通风压力，适合大阻力矿井的需求。但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用。根据以上的分析比较，再结合本矿井的实际情况，本矿井属于高瓦斯矿井，在矿井初步设计时，采用抽出式通风。第二节 采区及全矿所需风量一、矿井需风量的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、硐室和其它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4m3。2、按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其它有害气体浓度、风速以及温度等都符合煤矿安全规程的有关规定分别计算，取其最大值。3、煤炭工业设计规范规定：对抽放瓦斯的矿井，应按抽出瓦斯后的煤层瓦斯涌出量计算风量，矿井风量备用系数为1.151.45，矿井风量按规定进行计算后，还应根据邻近或类似矿井经验按实际需要配风进行校核，必要时，进行适当调整。二、矿井所需风量计算1、采区回采工作面所需风量1）按瓦斯涌出量计算 式中 回采工作面的需风量，m3/min； 回采工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min； 回采工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数，机采工作面取1.21.6；炮采工作面取1.42.0；水采工作面取2.03.0；该矿采用高档普采，这里取=1.4。式中 回采工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min； 回采工作面的相对瓦斯涌出量，m3/t； 日产量，t/d；以一年330个工作日算；计算得 =12(17530.81.81.250.951.1)/ (2460)=9.6m3/min=1008.21.2=1152 m3/min2）按人数计算4N，m3min式中： 4每人应供给的最小风量，m3min；N工作面同时工作的最多人数，35人；代入数据计算得435=140 m3min3）按工作面进风流温度计算采煤工作面的风量为，m3min式中： 按平均控顶距算得的工作面平均断面积，根据回采工作面的设计取5.4； 回采工作面的风速，查表的=0.6ms； 工作面的长度系数，查表的=1.2计算得=600.65.41.2=233.28 m3min综上所述，回采工作面的需风量取为1152m3min，=19.2m3/s。4）按工作面极限允许风速验算煤矿安全规程规定，工作面最低风速为0.25 ms，最高风速为4 ms。故工作面最低风量为=155.4=81m3min工作面最高风速为=2405.4=1296 m3min所以 ，设计回采工作面的需风量符合设计要求。5）备采工作面的需风量通常取备用采面的风量等于产量相同的生产采面的需风量的一半。本矿井布置两个回采工作面和一个备用工作面，因而，回采工作面和备用工作面所需风量之和为 =21152+1152/2=2880m3min=48m3/s2、硐室的需风量计算各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。采区机电硐室必须设在进风流中。采区变电所和绞车房一般按各局矿经验配风。1) 变电所包括采区变电所和中央变电所，每个变电所的风量约为6080 m3min，本设计取70 m3min。2) 绞车房根据绞车滚筒直径的大小，确定绞车房的风量为80 m3min。3）井下爆破材料库大型火药库供风100150 m3min，中小型火药库60100 m3min，本设计取80 m3min。5）充电硐室通常充电硐室的供风量不得小于100 m3/min。按经验值取150 m3/min。=70+80+80+150=380 m3min=6.3 m3s3、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风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算m3/min （9-8） 式中 Q掘-掘进工作面实际需风量，m3/min；-掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；-掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.52.0；炮掘工作面取1.82.0。计算得 =1001.11.8=198 m3/min采区设两个掘进工作面，所以采区掘进需风量为396 m3/min。2）按炸药使用量计算m3/min （9-9）式中 25-使用1炸药的供风量，m3/min；-掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，。取10。=2510=250 m3/min采区采用双巷掘进，所以采区掘进需风量为500 m3/min。3）按局部通风机吸风量计算 m3/min （9-10）式中 -第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量之和，m3/min； -为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.21.3，进风巷中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。本设计采用JBT52（11 kW）型局部通风机，额定风量为200 m3/min，每个掘进工作面配一台。=22001.3=520m3/min采区采用双巷掘进，所以采区掘进需风量为520 m3/min.4）按工作人数进行计算 式中 掘进工作面同时工作的最多人数。计算得 428=112m3/min综上所述，掘进工作面所需风量520 m3/min=8.7m3/s。5）按风速进行验算煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：式中 -第i个掘进工作面巷道过风断面积，m2。，根据区段巷道的设计，=5.77m2。计算得 =600.255.77=86.55 m3/min =6045.77=1384.8 m3/min由验算结果可知，所以掘进工作面设计风量符合要求。4、根据我国各大矿井的经验，其它地点需风量之和取100 m3min。即=100 m3min=1.7 m3s5、矿井总风量计算矿井风量的计算有整体计算法和分别计算法,对于新建矿井,当无邻近或类似条件矿井作参考时,一般按照规程规定进行整体计算.设计采用分别计算法.矿井总进风量应按采煤、掘进、独立通风硐室及其它地点实际需风量的总和计算。 m3/min （9-17）式中 采煤工作面、备用工作面需风量之和，m3/min；独立通风硐室需风量之和，m3/min； 掘进工作面需风量之和，m3/min； 其它用风地点需风量之和，m3/min； Km 矿井通风系数。 当采用压入式或中央并列式通风时 Km =1.21.25 当采用中央分列式或混合式通风时 Km =1.151.20 当采用对角式或区域式通风时 Km =1.101.15=（2880+520+380+100）1.2=4656m3/min=77.6 m3s第三节 矿井通风总阻力及等积孔的计算1、矿井通风阻力的计算矿井通风阻力计算，应考虑主要通风机服务年限内（2050a），在达到设计产量时，即能克服矿井的最大阻力（即通风困难时期），又能保证矿井在最小阻力（即容易时期）的情况下通风机效率不低于0.7，必须计算通风容易和困难两个时期的总阻力。对于本矿井，矿井总风量为77.6m3s，达到设计生产能力60万t/a，通风容易时期为移交生产时首采区1111和1112工作面。通风困难时期为3335和3336工作面，进风仍为77.6m3s。沿上述两个时期通风阻力最大的路线分别用下式计算出各段井巷摩擦阻力hfr: =RfiQ2式中： hfi某段井巷的摩擦阻力，pa; L某段井巷的长度，m； U某段井巷的周边长，m； S某段井巷的净断面积，m2; 某段井巷的摩擦阻力系数，Ns2/m4。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，扩建矿井需按井巷摩擦阻力的15%计算。通风容易时期矿井通风总阻力 通风困难时期矿井通风总阻力 矿井采用两翼对角式通风，计算结果请参阅表9-3-1 、表9-3-2。表9-3-1 通风容易时期井巷通风阻力计算表巷道名称支护形式/进风井混凝土0.003731015.719.637564.160.002477.66021.7614.453.95井底车场料石砌碹0.004031013.4811.241420.030.011874.95610.0166.206.66主石门料石砌碹0.0040273.8913.4811.241420.030.0174.95610.0156.106.66运输大巷锚喷0.006059213.4811.241420.030.033774.95610.01189.066.66采区下部车场锚喷0.0078510.97.8474.550.013774.95610.0176.869.60采区轨道上山料石砌碹0.004040510.16.7300.670.054684624249.6910.15区段运输石门料石砌碹0.004229.45.8195.110.0043915216.086.72下区段回风巷工字钢0.0223010.05.77192.10.0341936112.273.29联络巷木支护0.017109.55.2140.60.011193613.973.65区段运输平巷工字钢0.02272010.05.77192.10.2816.42269.62221.092.85采煤工作面单体液压支柱0.0451759.65.4157.460.2716.42269.6272.763.04区段回风平巷工字钢0.02275010.05.77192.10.8616.42269.62231.882.85区段回风石门料石砌碹0.004509.45.8195.110.0116.42269.622.692.8总回风巷料石砌碹0.00474010.97.8474.550.06877.66021.76325.639.95风井料石砌碹0.00410012.5612.561981.390.002577.66021.7611.976.17 通风困难时期井巷通风阻力计算表巷道名称支护形式/进风井混凝土0.003771015.719.637564.160.0054577.66021.7632.823.95井底车场料石砌碹0.004031013.4811.241420.030.011874.95610.0166.206.66主石门料石砌碹0.0040683.3613.4811.241420.030.02674.95610.01145.866.66运输大巷锚喷0.0060209213.4811.241420.030.11974.95610.01667.596.66采区下部车场锚喷0.0078510.97.8474.550.013774.95610.0176.869.60区段运输石门料石砌碹0.0041329.45.8195.110.02538144436.16.55下区段回风巷工字钢0.0223010.05.77192.10.0341936112.273.29联络巷木支护0.017109.55.2140.60.011193613.973.65区段运输平巷工字钢0.02272010.05.77192.10.2816.42269.62221.092.85采煤工作面单体液压支柱0.0451759.65.4157.460.2716.42269.6272.763.04区段回风平巷工字钢0.02275010.05.77192.10.8616.42269.62231.882.85区段回风石门料石砌碹0.0041109.45.8195.110.0216.42269.625.722.8通风行人上山工字钢0.0221580105.77192.11.816.42269.62487.872.85回风石门料石砌碹0.004509.45.8195.110.0177.66210.0160.2113.37总回风巷料石砌碹0.00474010.97.8474.550.06877.66210.0142.239.95风井料石砌碹0.00410012.5612.561981.390.002577.66210.0115.536.18经过计算得出，全矿井通风容易时期的阻力是1769.87Pa；通风困难时期矿井的总阻力为2396.685Pa。2、矿井等积孔计算等积孔就是用一个与井巷或矿井风阻值相当的理想孔的面积值（米2）来衡量井巷或矿井通风的难易程度的抽象概念。它是反映井巷或矿井通风阻力和风量依存关系的数值。等积孔愈大，表示通风愈容易，反之，等积孔愈小，表示通风愈困难。煤炭工业设计规范规定：设计矿井的通风等积孔在最大负压时，一般不小于1m2。矿井开拓时，第一水平11采区用一台通风机通风，矿井达产时只要一个采区回采，由风井回风，通风机的等积孔An为：An=式中： Qn通风机的风量，77.6m3/s ； hn通风机的风压；通风容易时期矿井的等积孔通风困难时期矿井的等积孔因此矿井通风难易程度为中等，是中等阻力矿井。第四节 主要通风机选型矿井通风设备的选型是根据计算的全矿总风量Q、容易时期最小阻力hmin和困难时期最大阻力hmax进行设计的。它包括通风机和电动机的选择及通风机附属装置设计。通风机选择时由通风机的特性曲线来完成，要求所选择的通风机既能保证在容易时期的工作效率不太低（不低于0.7），又能保证在困难时期风压够用，且用来克服矿井总阻力的风压小于通风机最大风压的0.9倍，并有足够的风量。同时还要考虑自然风压对通风机的影响，但由于本矿井地表平坦，温差不大，自然风压对设计影响较小，因此本设计对自然风压不再考虑。一、通风机和电动机的选型 1、计算通风机工作风量 式中: K漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1则： Qf=1.177.6=85.36m3/s。2、计算通风机的工作风压取通风机装置各部分阻力h=196 Pa，风机装置动压hvd=49 Pa。通风困难时期 则： Hsmax=49+196+2396.68=2641.68 Pa。通风容易时期 则： Hsmin=49+196+1769.87=2014.87Pa3、通风机全压进出风井井口的标高差在150m以上,或进出风井的标高相同但井深为400m以上时,宜计算矿井的自然风压。由于本井田地表平坦，高差都在10m以内，所以本矿井可以忽略自然风压.，通风机工作风压即为其全压。4、根据设计工况点初选风机在风机性能曲线表中，根据已计算出的风量和风阻，直观的满足风量和风压要求的风机。在粗选的风机特性曲线表中，在风量坐标Q=69.2m3/s点处做Q轴垂线，在风压坐标Hsmax=2672.78Pa及Hsmin=1776.89Pa点做Q轴平行线，三条线分别交于M1和M2点，此两点即为风机工作的实际工况点。经粗略选择发现，初步选择2k60系列，型号为NO20的轴流式通风机工作。在风阻特性曲线上确定风机的工况点。矿井选用两台同型号的风机，一台工作，另一台备用。所选风机为轴流式风机，可实现反转反风。风机工况点的确定见图图9-3-1 风机特性曲线和实际工况点5、电动机的选择1）通风机所需输入功率的计算：通风容易时期通风机所需输入的功率 通风困难时期通风机所需输入的功率 2）电动机的台数和种类：当时，每台风机可选一台电动机，电动机功率为 当时，选两台电动机，其功率分别为初期 后期 式中 电动机容量备用系数，=1.11.2； 电动机效率，=0.90.94； 传动效率，直连时取1；皮带传动时取0.95。经计算 ，所以只需选择一台电动机即可。电动机功率为 =269.721.1/（0.921）=322.49KW。所需的功率为330KW。第五节 矿井主要安全技术措施一、安全技术措施：1防瓦斯：瓦斯检测人员对工作面每班不少于二次瓦斯检测，采煤工作面要严格执行“一炮三检”制度。上下巷道金属棚不得滞后切顶线3米，防止瓦斯积聚。保证工作面有足量的风。只许用发炮器放炮，禁止其他方式放炮。2防煤尘：每个炮眼装有水炮泥，下井人员要带好口罩。工作面进、回风巷要有消尘水，并定期冲洗巷道内的积尘。道溜子转载点要安装消尘水，停溜子时要关闭开关。3防火灾：工作面电缆选用阻燃型。检修电器设备，严禁带电作业，严禁打开开关合闸，严禁用其他金属代替保险丝。失效、变质的雷管、炸药不准使用。不许放“糊炮”。检测继电器严禁甩掉；用好电煤钻综合保护。经常检查减速器，加好润滑油。4防冒顶：加强工作面规程质量管理。泵站压力输出达到15Mpa乳化液浓度为%。不试压的支柱不下井，对失效、未检修的的支柱禁止使用。风巷备用支柱不少于工作面总数的%。5防水：每班必须清理水沟，防止积水。要控制好运道和机组的消尘水。作到停机关水。6其他措施：司溜工开溜子前必须发信号，并先启动两次短溜子，司溜人员必须在溜子侧面操作，注意各种信号，发现问题及时停溜。用溜子运材料必须与司溜人员联系好，取料从后端提起。工作面移溜头、溜子尾要停机、停溜，移完后要及时打好压顶，方可开机和开启溜子；移溜时，支撑点要选择牢固，松动的支柱要打好。锚链的固定螺丝要牢靠，加宿槽板、扎链条不许摘飞钩，要使用刹车；中部换槽板必须闭锁开关，人员要在上方操作，下方米内不许有人作业，松开溜子头机组锚连时，先固定好溜头架，防止下滑伤人。改动支坚持“先支后撤”的原则。过渡斗口必须安装格筛。7防机电运输事故：检修或更换电器设备要切断电源，闭锁磁力开关或分段开关，挂上“有人作业，严禁送电”的牌子，并标明时间。采用运道运支柱或钢梁，每三块刮板放一根，运槽板必须放妥当，后方要求有人看护，防止倒地挂倒棚子。溜子刮板、螺丝齐全、刹车完好，减速器及时加油，损坏的槽板、尾滚子、头尾架要及时更换。移动运道和风巷开关，必须切断电源。电缆