矿山安全工程课程设计报告

前 言 矿山安全工程是伴随着矿山生产的出现而出现的，又随着矿山安全生产技术的发展而不断发展。工业革命以后，矿山生产中广泛使用机械、电力及烈性炸药等新技术、新设备、新能源，是矿山生产效率大幅提高，同时也带来了新的不安全因素，使矿山事故频繁发生。通过矿山安全工程课程设计不仅可以学习正确的设计思想和设计方法、综合运用所学过的基本理论、基本技能和专业知识，巩固、扩大、并加深所学过的课程内容，而且可以提高我们综合素质与工程实践的能力、培养独立思考、分析问题、解决问题的能力，为毕业设计打下良好的基础。本设计以某地区煤矿为研究对象，通过对矿内空气的主要成分、有害气体的来源的分析、计算矿井的通风阻力和等积孔，从而评价矿井通风系统的难易程度，设计井下通风系统。采矿工业是生产原材料的基础工业，在国民经济发展中占有重要的地位。矿产资源的开采与利用在支撑国民经济快速发展的同时，由于其作业空间相对狭小，工作环境相对恶劣，直接危害着从业人员的健康与安全，已经引起人们的高度关注。据统计，我国严重尘肺病患者多达120万人，占世界尘肺病患者的50%以上，且每年以1.5万人左右的速增长。而矿山四大危害的发生与否，都与矿山的通风条件有关，所以合理的通风设计是稀释和排出矿内有毒有害气体，为从业人员创造良好的工作环境，防止灾害事故发生保证。目 录1 概述11.1 矿内空气的主要成分11.2 有害气体的来源及分类11.3 有害气体的防治措施22 局部通风设计22.1 通风设计的原则22.2 矿井通风设计的步骤及主要内容32.3 某煤矿简介32.4 掘进工作面所需风量计算43 矿井需风量计算63.1 采煤工作面需风量计算63.2 硐室需风量计算93.3 备用工作面实际需风量计算93.4 其他巷道需风量计算104 矿井通风阻力计算104.1 矿井通风阻力的计算原则104.2 矿井通风阻力的计算方法104.3 矿井通风阻力计算过程115 局部通风机选择175.1 压入式通风175.2 抽出式通风185.3 混合式通风206 矿井通风难易程度评价216.1 矿井通风总风阻及总阻力计算216.2 等积孔计算及评价23参考文献26附录271 概述1.1 矿内空气的主要成分地面空气是由多种气体组成的干空气和水蒸气组合而成的混合气体。通常情况下，干空气各组成的数量基本不变。一般将大气组成分分为恒定组分、可变组分和不定组分1。恒定组分的比例在地球上的任何地方几乎可以看作是不变的。如大气中的氧气占大气总体积的百分比为20.94%，氮气为78.09%，氩气为0.93%;可变组分是指大气中除恒定组分以外的气体，如二氧化碳和水蒸气，在通常情况下二氧化碳的含量占大气成分的0.02%0.04%，水蒸气的含量则在4%以下，这些组分在大气中的含量会随着地区、季节、气象、人们的生产生活活动的不同而变化；而不定组分则来自自然和人为两个方面。火山爆发、森林火灾、地震、海啸等自然灾害形成的污染物，可造成局部和暂时的大气污染。工业化、城市化等人为活动排放的烟尘和其他有害气体是不定组分的主要来源，也是大气污染的主要原因。正常的地面空气进入矿井后，当其成分与地面空气成分相差不多时，称为矿内新鲜空气。由于井下生产过程中产生了各种有毒、有害物质，使矿内空气的成分发生了一系列的变化。这种充满在矿内巷道中的各种气体、矿尘和杂质的混合物，称为矿内污浊空气。1.2 有害气体的来源及分类矿内污浊空气对井下工人具有较大的危害，并可能照成重大的人员伤亡和财产损失。因此，将一切侵入人体后，能对人体产生伤害作用的气体称为有害气体。矿内有毒有害气体主要来源于： 1. 爆破及内燃设备产生的有毒气体； 2. 含硫矿产生的有毒气体； 3. 井下火灾产生的有毒有害气体； 4. 自然发火区特殊环境的有毒有害气体； 5. 炮烟特殊环境下的有毒有害气体。按照有毒有害气体对人体的危害性质不同，可将其分为有毒气体和窒息性气体。所谓有毒性气体，即是指人吸入后，能对人体健康产生伤害作用的气体，如一氧化碳、光气。1而窒息性气体，则是指吸入人体后能引起呼吸困难的气体，如氮气、二氧化碳。1.3 有害气体的防治措施1. 建立健全职业危害管理机构。配备专人和专用仪器，按规定开展有毒有害气体的检测。2. 化学毒物检测时应选择有代表性的作业地点，其中应包括空气中有害物质浓度最高、作业人员接触时间最长的作业地点。采样应在正常生产状态下进行。在不影响作业人员的工作情况下采样点，要尽可能靠近作业人员。3. 氮氧化合物、碳氧化合物至少每3个月监测一次，硫化氢至少每月监测1次，煤层有自然倾向的，应根据需要随时监测。4. 加强通风，将各种有毒、有害气体的浓度稀释到煤矿安全规定规定的标准以下。5. 加强个体防护，佩戴合格的个体防护用品。6. 在相应的位置设置警示和中文说明名牌。7. 露天煤矿实施爆破后，须待炮烟扩散完毕后，人员方可进入作业2。2 局部通风设计2.1 通风设计的原则 矿井通风设计分为新建矿井与改建、扩建矿井的通风设计。新建矿井的通风设计，既要考虑矿井前期的需要，又要考虑矿井的长远发展与改扩建的可能。对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产和通风现状作出详细的调研，分析通风存在的问题及对该扩建的要求，考虑矿井生产的特点，充分利用原有的井巷与通风设备，提出更完善、经济、安全可靠的通风设计。 局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下： 1. 矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件； 2. 局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进； 3. 尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机； 4. 压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型； 5. 当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行1。2.2 矿井通风设计的步骤及主要内容 一个完整的矿井通风系统设计应包括以下内容： 1. 拟定矿井通风系统，绘制通风系统图。对影响通风设计的自然因素进行必要的概述，提出矿井通风系统可行的方案，进行技术经济比较，选择最佳的通风系统，并论证其合理性。2. 计算、分配矿井总需风量。根据矿井设计规范规定，按照回采、掘进、硐室及其他地点的实际需风量进行计算，同时按照井下同时工作的最多人数每人每分钟供给风量不得小于4m进行验算。3. 计算通风系统总阻力。4. 计算矿井总阻力。服务年限较短的矿井，应选出全矿井通风容易和通风困难两个时期的通风网络计算最小和最大通风负压；如服务年限较长的大型矿井，应选择计算达到设计产量和通风机最大使用年限内通风容易和通风困难两个时期的最小和最大负压，并将计算结果列入负压计算总表。5. 选择矿井通风设备。根据矿井初、后期及达产时的矿井总需风量和总负压，选择矿井通风设备。6. 计算矿井通风等积孔，评价矿井通风系统。7. 绘制矿井通风系统图。8. 编写设计说明书。2.3 某煤矿简介2.3.1 矿井概况 本矿井采用中央并列式通风系统：副井进风、风井回风。矿井通风方式为抽出式。矿井采用4个立井开拓服务全井田，服务年限与矿井服务年限相当为11.7a，一个进风副立井，一个回风立风井。矿井采煤工作面采用全负压通风，由工作面运输顺槽进风，工作面轨道顺槽回风，工作面通风系统为U型。 2.3.2 采区概况详见矿井通风容易时期、通风困难时期通风系统及网络示意表12。 井下同时工作的最多人数，76人，K取1.25；回采工作面：q采采煤工作面绝对瓦斯涌出量，平均0.57m3/min；Kc工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取2.0；进风流气温为21度；Sc采煤工作面的平均断面积，5.3m2；工作面长度为110m；35人劳动； 掘进工作面：按照4个掘进工作面考虑风量，2个开拓煤巷掘进工作面，2个采区接替煤巷掘进工作面。煤巷掘进工作面瓦斯绝对涌出量，抽放后平均为0.18m3/min；次爆破最大炸药量 取A=8.5kg；按劳动定员为10人；掘进工作面风机额定风量为200m3/min；取S掘=5.3m2硐室实际需风量：井下火药发放硐室：2m3/s； 采区变电所配风：2m3/s；井下绞车房：2m3/s。其它用风地点所需风量 Q其它2m3/s2.4 掘进工作面所需风量计算掘进工作面所需要的风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面的风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。1. 按瓦斯涌出量计算：Q掘=100 q掘K掘通 (2-1) 式中: Q掘单个掘进工作面需要风量，m3/min； q掘掘进工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的绝对涌出量，m3/min； K掘通瓦斯涌出不均衡通风系数。（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。在1.11.5之间取值。因为本采区的瓦斯涌出量为45m3/min，取瓦斯涌出不均衡通风系数为1.1则:Q掘=100 q掘K掘通 =100451.1=4950 m3/min 2. 按炸药使用量计算：Q掘=25A掘 (2-2)式中： 25使用1kg炸药的供风量 , m3/min; A掘 一次爆破炸药最大用量，kg;由已知条件知，本采区的一次爆破炸药最大用量为21kg ,所以按炸药使用量计算时，掘进工作面的需风量为： Q掘=25A掘= 2521 = 525 m3/min3. 按工作人员数量计算：Q掘=4N掘 (2-3)式中： N掘掘进工作面最多人数，人； 由2.3.2采区概况知，掘进工作面的最多工作人数为47人，所以按工作人员数量计算时，掘进工作面的需风量Q掘为： Q掘=4N掘 =447=188 m3/min4. 按风速进行计算：Q掘=15S掘 (2-4)式中： S掘掘进工作面的断面积，m2;因为掘进巷道的半径为1.98m，所以按风速计算时，掘进工作面的需风量： Q掘=15S掘=151.9823.14=184.65 m3/min6.按局部通风机实际吸风量计算：煤巷掘进： Q掘=Q扇Ii+15S （2-5）式中： Q扇局部通风机实际吸风量，m3/min。安设局部通风机的巷道中的风量，除了满足局部通风机的吸风量而外，还应保证局部通风机吸入口至掘进工作面回风流之间的风速岩巷不小于0.15m/s、煤巷和半煤巷不小于0.25m/s，以防止局部通风机吸入循环风和这段距离内风流停滞，造成瓦斯积聚； Ii掘进工作面同时通风的局部通风机台数；S工作面平均断面积，；根据采区概况所介绍的条件知，巷道内采用2台局部通风机型号为JBT-52，风量200m3/min。因此，若局部通风机实际吸风量计算 Q掘=Q扇Ii+15S=2002+151.9823.14=584.65 m3/min取风量计算的最大值为掘进工作面的通风量，即掘进工作面的实际需风量为4950 m3/min.3 矿井需风量计算矿井总需风量计算是矿井通风设计的一个极其重要的内容，是计算矿井通风阻力和选择通风设备基本参数的基础。矿井总需风量应满足： Q矿（Q采+Q掘+Q硐+Q备Q其它）K矿通（m3/min） （3-1）式中： 矿井需风量的总和，m3/min； 采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min； 掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min； 硐室实际需要风量的总和，m3/min； 备用工作面实际需要风量的总和，m3/min； 矿井除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和，m3/min； K矿通矿井通风系数（抽出式K矿通取1.151.2，压入式K矿通取1.251.3）。3.1 采煤工作面需风量计算在煤矿中，每个每个采煤工作面的需风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量、爆破后的有害气体产生量以及工作面风速、人数等规定分别计算，然后取其最大值作为采煤工作面的风量。采煤工作面有串联通风时，按其中一个采煤工作面实际需要的最大风量计算。3.1.1 按瓦斯涌出量计算1. 低瓦斯矿井涌出量计算。低瓦斯矿井的矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为： （3-2）式中： 采煤工作面需风量，m3/min； 不同采煤方式工作所需的基本风量，m3/min；适宜风速不小于1m/s，工作面控顶距在3.55m之间任意选取。 回采工作面采高调整系数，见表3-1； 回采工作面长度调整系数，见表3-2； 回采工作面温度调整系数，间表3-3，回采工作面空气温度一般为2026。表3-1 回采工作面采高调整系数采高200长度调整系数（)1.01.01.31.31.5表3-3 回采工作面温度与对应风速调整系数回采工作面空气温度/采煤工作面风速m/s配风调整系数1.421.420.350.352根据矿山安全规程规定，等积孔的计算公式为： （6-4）式中： A等积孔的面积，m2。由以上的计算知，本次设计中矿井总风阻R总=0.7442Ns2/m8，所以等积孔的面积为：查矿井通风难易程度划分标准表，可知该矿井为中阻力矿，通风难易程度为中等。结 论矿山安全工程是研究和总结矿山灾害的发生机理、救援及防治的最新理论和技术，同时把传统的、目前行之有效的理论、技术、措施有机结合在一起的课程。通过矿山安全工程的学习我们了解矿山事故的发生原因以及不同事故的危害，掌握了监测方法和各种矿山事故预防的预防措施。本次课程设计通过对某煤矿煤层构造、地质水文条件及矿内空气成分的分析，我了解到良好的通风条件不仅是井下作业安全的基本保障，也决定着矿山实际产量。为了设计出合理的通风系统，以达到控制井下有毒有害气体的浓度，保障井下作业人员健康和安全的目的。我先后对某煤矿的需风量、各分支巷道的通风阻力进行了计算，在确定矿井的风量分配后，比较各种通风方式的优缺点，选择最符合本矿井的压入式通风方法对井下系统进行设计。最后通过通风难易程度评价，检验设计是否合理。 参考文献1 金哲龙.矿山安全工程M.北京：机械工业出版社，2011.10.2 郭立稳.矿山通风与除尘M.北京：冶金工业出版社，2007.8.3 陈宝智.矿山安全工程M.北京：冶金工业出版社，2009.7.4 俞启香.矿井瓦斯防治M.北京：化学工业出版社，2011.5 谷金成.矿井通风与安全课程设计D.徐州：中国地质大学采矿系，2011.6 岳金城.矿井通风与安全课程设计D.永城：永城职业学院城建系，2010.附录通风容易时期阻力计算表1序号巷道名称支护方式aU(m)L(m)S(m )Q(m /s)V(m/ s)H（Pa）1副井（3.5）砌碹0.003611.0110.09.62353.62井底车场锚喷0.00110.5188.07.7314.03轨道下山锚喷0.00110.9180.08.3313.74轨道下山锚喷0.00110.9250.78.3364.35炮采工作面进风巷锚喷0.0019.460.06.3121.96运输顺槽U型钢0.00279.41360.05.3122.37工作面金属支架0.0059.3120.05.2122.38轨道顺槽U型钢0.00179.41334.05.3122.39炮采工作面回风巷锚喷0.0019.426.06.3121.910皮带下山锚喷0.00110.9316.68.3364.311总回风巷锚喷0.00110.974