毕业设计讲解通风系统专题

三山岛金矿直属矿区毕业设计专题：矿井通风专题设计,指导老师：XXX老师答辩人：XXX时间：2011年六月,毕业设计主要内容,第一章总论第二章矿床自然条件及原始资料第三章矿区地质第四章矿床开拓第五章采矿方法第六章矿井通风系统（专题部分）第七章充填系统,第一章总论,毕业设计指导思想包括设计的目的、要求和设计原则；矿山基本条件资源条件、设计规模和矿山概况；三废处理和综合利用情况主要指废水、废渣、噪声和绿化。,第二章矿床自然条件及原始资料,矿区地理位置及交通情况矿区技术经济条件矿区气候条件矿山相关制度矿山生产能力矿区内外部运输条件矿区资源现状评价基数的选取及说明矿区产品种类、销售情况、价格及市场发展前景,第三章矿床地质,矿区地质三山岛金矿床系产于构造破碎带热液蚀变岩型矿床。主矿体走向长和倾向延深均近1000m，规模属大型；总体形态为不规则的大脉状，分枝、复合、膨胀、狭缩较发育，产状变化中等；矿体厚度较稳定（变化系数86%）；矿化分布均匀（品位变化系数53.5%）；受后期构造破坏较小。矿区水文地质三山岛是水文地质条件中等复杂的矿床，构造裂隙出水。矿体全部赋存在海平面以下，海水是矿坑水的主要补给源。海水对矿坑的补给是越流补给，数量有限。矿区顶部虽有第四系强含水层，但由于第四系底部和隔水层和F1断层及其上盘的隔水作用，矿坑水与第四系水无直接的水力联系，矿床疏干无地面塌陷发生。,第四章矿床开拓,现有开拓系统介绍三山岛金矿开拓工程分三期进行，一期工程（-70240m）采用主竖井辅助斜坡道联合开拓系统；二期工程（-240-420m）采用主斜坡道与两翼风井联合开拓；三期工程（-420-600m）采用主斜坡道与两翼风井联合方式。三山岛矿区设计生产能力为1600t/d，实际采矿生产能力在13001400t/d。矿山年产量校核矿山设计年产量为100万t/a，即3030t/d。（1）按矿床开采合理的下降速度校核矿山年产量；（2）按及时准备新阶段时间校核矿山年产量；（3）合理的服务年限校核矿山的年产量。年产量校核结果符合相关要求。,第四章矿床开拓,矿山服务年限由矿山生产能力、工业储量、回收率和混入率计算出矿山合理服务年限为35.55年。取基建、投产到达产和生产末期减产时间均为两年，则实际服务年限为41.55年。开拓系统选择一期工程设计开采范围为-240m-60m，采用下盘中央竖井及辅助斜坡道联合开拓。该竖井为一混合井，起主副井作用。井筒内配置一个23.5t底卸式箕斗和一个1600mm3600mm双层罐笼。箕斗和罐笼互为平衡配重。箕斗担负矿石和废石的提升，罐笼提升人员、材料和设备等。采用塔式提升（新建井塔），钢丝绳罐道，提升机选用JKM-44(III)E型多绳摩擦提升机，电机功率3500kw。并设井下破碎站。竖井净直径5m，井深348.5m（-330中段），竖井与-70m、-150m、-250m中段相通。,第四章矿床开拓,-240m以上各中段采出的矿石和废石通过中段矿石溜井和废石溜井下放到-250m有轨运输中段，再用12t架线式电机车双机牵引数辆8m3底侧卸式矿车，将矿石运至竖井附近的卸载站。将矿石卸入井下破碎站，破碎后的矿石经装矿皮带装入箕斗由多绳提升机将矿石提升至地面矿仓。深部开拓方案的选择方案一：竖井延伸方案将一期工程的竖井（即混合井），继续向下延深-610中段，井底标高为-615m，并新建一个井下破碎站。延深后的竖井仍继续担负深部矿体开采时的矿石、废石，人员，材料、设备等的提升。方案二：深部盲竖井开拓方案在贫水区，从-330中段水平向下掘一条盲竖井。其竖井规格和作用与一期工程明竖井完全相同。利用盲竖井将-330m以下深部的矿石和废石提升到利用盲竖井将-330m以下深部的矿石和废石提升到-250m中段以后，再,第四章矿床开拓,利用一期工程的-250m中段有轨运输系统，将矿石、废石倒运到原有的卸载站，最后用一期工程原有竖井将矿石、废石提升到地表同时仍需将斜坡逋继续往下延深到需要的深度。方案三：主斜坡道开拓，电动卡车运矿方案将一期工程现有的辅助斜坡道，按照主斜坡道的设计参数和功能要求，从-250m中段向深部延深至-420m中段水平。-420m以上各中段采出的矿石和废石经矿石溜井和废石溜井下放到设在-420m和-340m处的固定装载点，然后用一台从瑞典引进的载重35t的架线式电动卡车，将矿石和废石从固定装载点分别运经-240m和-280m水平经过改造的矿石和废石系统，最后用一期工程原有的竖井提升系统将矿石和废石提至地表。最后主斜坡道自-435m水平延深至-615m水平，断面同上，电动卡车服务到-600m水平。矿石由电动卡车运输到-243m水平一期主溜矿井内，经粗碎后由主竖井提升到地表。-435m水,第四章矿床开拓,平延深至-615m水平的开拓，采准废石原则上不出坑，就近回填到生产采场中，高峰期用柴油卡车经斜坡道运到-280m废石卸载站，由主竖井提升到地表。深部开拓方案的优化选择,第四章矿床开拓,经过方案比较，深部开拓方案最终确定为主斜坡道与两翼风井联合开拓方案，见图4-1。,第五章：采矿方法,开采技术条件三山岛直属矿区共圈定8个矿体，其中I号蚀变带内的I-1号矿体规模最大，金资源储量总资源储量的92.7%，I-2号矿体次之，其他矿体大都由单工程控制，规模很小。1-1号矿体，分布于F1主裂面以下的黄铁绢英岩顶部或中上部，赋存标高：-10-1050m。工程控制走向延长：顶部800900m，最长1020m；中部340600m；深部100m左右。倾向延深一般在7001000m，最深1450m。矿体呈不对称“Z”字型展布，不规则脉状产出。总体走向35左右，倾向南东，倾角3445。矿体厚度最小0.95m，最大12.08m，一般4.316.86m，平均6.65m，降低边界品位到1.0g/t后，矿体厚度明显增大。矿岩体重：2.8t/m3，松散系数：1.6，矿岩硬度系数：f=614(靠近F1断层的矿岩硬度系数：f=46)。该矿区为近海岸地下开采的矿山，矿体倾角缓，断裂构造发育，近矿围岩多不稳定，工程地质条件复杂程度为中等复杂。,第五章：采矿方法,矿山原用采矿方法三山岛金矿直属矿区所用的采矿方法主要为点柱式机械化上向水平分层充填采矿法、机械化上向水平分层充填法和进路式机械化上向水平充填法。矿体形态复杂、矿岩稳固性不均一时，采用几种方法混合开采。三山岛金矿采矿方法适用条件及生产能力表5-1,第五章采矿方法,原用采矿方法评述（1）机械化程度偏低（2）矿块尺寸划分不合理，回采强度太低（3）脉内采准方式不利于提高矿山生产能力（4）生产能力偏低采矿方法改进思想（1）提高机械化程度，充分利用人力、物力资源（2）缩小回采单元面积，提高单位面积的回采强度（3）采用脉外无轨采准系统，采用高效采矿设备，从而提高矿房的生产能力（4）选用合理高效的采矿方法，提高生产能力,第五章采矿方法,采矿方法初选根据三山岛金矿的地质条件、矿岩的机械物理性质、开采技术条件和国家技术经济政策的要求，拟定出技术上可行的采矿方案，如下表所示：采矿方法初选表,第五章采矿方法,从上表可以看出，充填采矿法是最佳方案。初步选择以下三个方案：点柱式分层充填采矿法(方案一)盘区尺寸为300m45m，每个盘区分三个区段，沿走向布置，长100m，每一区段布置3个采场，中央采场最先开采，采场间留2m矿皮，阶梯式开采，使采矿始终在自然平衡拱内。每个盘区下盘布置一条折返式盘区斜坡道。各分层水平布置出矿平巷，与斜坡道连通；每个矿块布置一条溜井，自出矿平巷掘进出矿横巷通至溜井；自分段第一分层采场联络道掘进脉内切割巷道，形成拉底空间；每个采场布置一条中央充填回风天井，倾角与矿体倾角相近；泄水井在浇注人工底柱时预留，以后上采时顺路架设，用钢板焊接成园形结构。,第五章采矿方法,以MERCURY14单臂式凿岩台车为主7655为辅进行凿岩，使用ST-3.5柴油铲运机为主，配12t坑内卡车协助，经脉外出矿平巷，倒入出矿溜井。每分层回采结束后，视矿体和围岩的稳固情况进行支护，采用长锚索与短锚杆联合支护。采场支护完毕后就可进行采场充填工作，充填管从措施井直接进入各分段巷道，经分层联络道进入采场，充填工作分两次进行，首先用铲运机将附近巷道掘进的废石铲装到采场，并架设泄水井和泄水笼子，继而进行尾砂充填。分矿房矿柱高分层充填采矿法(方案二)盘区尺寸为300m45m，即盘区长300m，高度为45m。每一盘区分三个区段，每一区段内有4个矿房和4个矿柱，区段间留4m连续间距。盘区内采场回采顺序是先采矿房，后采矿柱。采准工程采用下盘脉外无轨采准方式。每分层的回采高度为3.03.5m，控顶高度为4.2m。爆破使,第五章采矿方法,用粉状铵梯炸药，药卷规格为37200mm。起爆采用非电微差导爆管起爆，8号火雷管引爆。采场顶板及上盘破碎带以锚杆支护为主。胶结材料为325#普通硅酸盐水泥，采场充填材料配比为：矿房灰砂比1：8；矿柱用分级尾砂充填；所有采场均用灰砂比1：4的水泥尾砂充填浇面，浇面层高度为0.40.5m。机械化上向水平分层充填采矿法(方案三）盘区尺寸为300m45m，每个阶段布置3个盘区，盘区中布置3个区段，每个区段布置6个采场，采用隔一采一的方式回采。采准顺序为：盘区斜坡道-出矿横巷-溜矿井-脉外分段平巷-分层联络巷-充填回风井。以MERCURY14单臂式凿岩台车为主7655为辅进行凿岩，用7655凿岩机进行辅助修边。采矿过程中，视采场顶板稳定情况采用锚杆加以支护。采场出矿完毕，向采空区充入尾砂，条件具备时掘进废石可运入采场充填。,第五章采矿方法,采矿方法优化选择表5-1各采矿方案定性指标比较表,第五章采矿方法,表5-2各采矿方案经济效益比较表,第五章采矿方法,采矿方法最终确定由表5-1可知，方案一矿体适应性好、开采安全性好、实施容易，开采技术条件最佳；方案二对矿体适应性较好、开采安全性好、实施容易，开采技术条件较佳；方案三对矿体适应性最差，这种方案开采技术条件不佳。表5-2可知，方案二虽其贫化率、损失率相对较小，经济效益最好，但采切比大、采矿直接成本高；方案三损失率、贫化率较大，经济效益适中。结合三山岛直属矿区的开采技术条件，以及各方案各定性、定量指标综合分析比较，最终确定脉外采准点柱式分层充填采矿法(方案一)为最佳方案。,第五章采矿方法,第六章矿井通风系统（专题设计）,通风系统设计原则1、安全第一、技术先进2、充分利用现有井巷工程，减少通风基建成本3、选用节能风机或多级机站技术4、矿井通风阻力小5、内、外部漏风少6、安装必要的辅扇或局扇矿石特征及自然条件三山岛矿区矿石主要成分为二氧化硅，硫平均含量为3.79%（据科研报告资料），矿石中硫和放射性物质含量较低，氧化性和自燃性较弱。在矿山采掘爆破时，会产生大量的炮烟，炮烟中含有大量的CO、NOx气体柴油卡车的尾气等，使氧气含量降低。这些气体直接危害着人体健康而发生炮烟中毒。,第六章矿井通风系统（专题设计）,三山岛金矿地处渤海南岸的海滨平原，地面标高16米。区内属海洋性气候，年平均气温12.4,历年最高气温达38.9,最低-18.6。春季多东南风，冬季多西北风，年平均降雨量645.3mm。矿区正常涌水量5000m/d，最大涌水量7000m/d。现有通风系统综述三山岛金矿现用中央进发两翼回风对角式通风方式，从矿区中央混合井和斜坡道进风，风流在风机作用下，新鲜风流由中段运输巷道进入盘区斜坡道，到达盘区各分段平巷，清洗采场后，污风流入采空区，再由上分段或中段回风平巷经矿床两翼的回风井排至地表。对于通风困难区，为避免循环风流，局扇安置在各个分段平巷与回风井连接处，污风由采场溜井回到上中段巷道或直接由塌落区排出地表。,第六章矿井通风系统（专题设计）,现有通风系统面临的问题(1)采掘运设备大量增加，井下废气污染加剧，机械与柴油燃烧放出大量的热量，引起井下温度增加；(2)生产能力扩大，采掘面数量明显增加，需风地点增加，需风量增加，通风距离成倍增加；(3)开采深度增加，除导致地热高温外，通风路线延长，风压增大，通风系统与通风网络复杂，通风管理难度增大；(4)风机使用年限太长，风机老化。(5)矿井风路过长，阻力大，深部通风量不足。(6)通风网络不畅，局部地点无风流，粉尘浓度与有毒有害气体严重超标，通风构造物不健全，漏风、串风、短路现象严重。,第六章通风系统专题设计,通风系统方案初选依据对三山岛金矿井下开拓工程及矿山现有系统的了解与分析，其可供选择的通风方案有以下四种形式，分别是压入式、抽出式、压抽混合式及多级机站。（1）压入式通风系统利用现有的井巷工程、斜坡道和混合井，对此进行刷大，然后在斜坡道和混合井井口位置安装压入式风机，两井作为新系统的进风井，利用其原有风道、通风构筑物等，合理调节风量，减少漏风或风流短路。两台压入式风机同时工作，提供井下所需的风量。（2）抽出式通风系统维持原有的通风系统，利用斜坡道和混合井作为进风井及其原有风道、通风构筑物等，新鲜风流由此两井进入，清洗井下工作面后，污风分别由安装在南、北回风井地表井口位置的抽出式风机排出地表。,第六章通风系统专题设计,（3）压抽混合式通风系统利用现有的风机，另在斜坡道和混合井井口安装两台压入式风机进行通风，实行压抽混合式通风。（4）多级机站通风系统-300m以上沿用目前的通风系统，深部（-300m以下）充分结合三山岛金矿的实际情况，采用回风侧多级机站通风系统模式。在南北回风井地表位置各安装一台主扇，然后根据需要在-330m中段以下靠南北回风井位置各安装数台风机，形成多台多级抽出式接力通风系统。新鲜风流从斜坡道和混合井进入井下后，清洗工作面后，污风由各中段接力通风机站抽出后排至南北回风井，排至地表。各方案比较采用压抽混合式的通风系统漏风少、能解决进风井筒的防冻问题，但维修管理复杂、投资多。在三山岛金矿现有的开拓系统条件下不考虑。因此我们对其他三种方法进行比较，得到最优的通风方案。,第六章通风系统专题设计,中央进风两翼回风压入式通风系统（方案一）具体布置如下：撤掉原来安装在南北回风井井口位置的抽出式通风机，并在斜坡道和混合井井口安装两台压入式通风机，利用现有的井巷工程、斜坡道和混合井，对此进行刷大，利用其原有风道、通风构筑物等，合理调节风量，减少漏风或风流短路。两台压入式风机同时工作，提供井下所需的风量。中央进风两翼回风抽出式通风系统（方案二）维持原有的通风系统，利用斜坡道和混合井作为进风井及其原有风道、通风构筑物等，新鲜风流由此两井进入，清洗井下工作面后，污风分别由安装在南、北回风井地表井口位置的抽出式风机排出地表。在深部-330m中段以下，两侧回风井的每个中段内增加辅扇以加大深部风量、提高深部风压并使风流均匀分布和增大通风的灵活性。,第六章通风系统专题设计,多级机站通风系统（方案四）在原有的两翼对角式通风系统的基础上,去掉位于-375m南端和-330m北端的两台辅扇，在采矿作业面的回风侧增加了、两级机站,形成级机站通风系统。建立两翼分区回风侧多机站通风系统模式,用该模式解决井下风压平衡问题,以减少系统漏风,大幅度提高有效风量。其技术要点是:一级回风机站负责排除采场污风,克服采场阻力；二、三级回风机站克服矿井通风的阻力；二级回风机站负责排除各水平阶段的作业污风,两翼的三级回风机站通过南、北风井排除全矿生产作业的污风。通风系统优化选择各方案优缺点比较见下表6-1：,第六章通风系统专题设计,表6-1各种方案优缺点,第六章通风系统专题设计,表6-2各种方案优缺点,第六章通风系统专题设计,各方案优化选择由表6-1可知，方案一和方案二深部通风困难，达不到矿山要求，方案四虽然管理复杂、成本高，但能满足矿山深部通风。由表6-2可知，方案一压入式利用原有井巷工程施工安全且简单，但受矿山自然风压影响大达不到通风要求；方案二抽出式通风系统利用原有井巷、通风设备等施工安全且简单，对矿体适应性较好；方案三多级机站虽然在井下安装多台风机施工较困难，但安全且适应矿体。在各方案经济比较：方案一：改变风机安装地点，成本较低方案二：在原有基础上，基本不做任何改变，成本低；方案三：新购置多台风机且安装在井下，相对来说，成本最高。,第六章通风系统专题设计,方案三相对来说成本最高，但满足深部通风要求，能使矿山开采矿石困难较少，速度增加，进而增加矿山利润，所以这些成本相对矿山投产之后的利润相比基本不作为不利条件来考虑。结合三山岛直属矿区的实际条件，以及各方案各定性、定量指标综合分析比较，最终确定回风侧多机站通风系统（方案四）为最佳方案。,第六章通风系统专题设计,第六章通风系统专题设计,全矿总通风量计算1、回采工作面风量计算（1）按排尘要求计算风量采场作业面，依靠贯穿风流通风，取排尘风速为0.25m/s，采矿内作业地点的过风断面为11.52m2，则回采工作面所需排尘风量为2.88m3/s。（2）按排烟要求计算风量进风巷道为采场联络道，可以看成圆形射流，风流紊流扩散系数，其值按表6-3中选取，取k=0.556，则回采工作面所需排尘风量为1.78m3/s（3）按柴油机设备需风量计算风量井下主要采掘设备是柴油铲运机，设备最大功率为136kw，取时间利用系数为0.6，故柴油设备所需风量为Q=4.90m3/s，备用采场取2.45m3/s。,第六章通风系统专题设计,表6-3紊流扩散系数,第六章通风系统专题设计,2、掘进工作面风量计算方法同回采工作面一样，计算得掘进时工作面所需风量为Q=4.08m3/s。3、硐室风量计算井下服务硐室有的要求独立风流通风。（1）井下炸药库要求独立的贯穿风流通风，风流取2m3/s；（2）水泵硐室所需风量可取2m3/s。（3）维修硐室需风量取为2m3/s；（4）电机车库需要时可取2m3/s；（5）硐室（变电硐室、空压机硐室等）需风量取2.0m3/s。4、其他设备与用风点风量计算其他工作面指装卸矿点，锚杆支护工作面需风量等，以三山岛金矿实际情况主要指装卸矿点需风量，装卸矿点取12个，每个取2.0m3/s，共需风量24m3/s。,第六章通风系统专题设计,上式为全矿总风量的计算公式，其中:QT矿井总需风量，m3/s；K1矿井漏风系数；ns、nb同时工作、备采的盘区数；nk、nx同时开拓、采准切割的工作面数；三山岛金库金矿设计的井下生产能力为100万t/a，即3030t/d，假设附产矿石量占总矿量的15%，盘区出矿量为2575.8t/d，依据三山岛采用的采矿方法知：采场生产能力为213.9t/d，盘区生产能力为10001100t/d计算可得三山岛金矿需要同时开采的盘区数为3个，考虑备采盘区数2个。代入数据计算得到马路坪矿全矿需风量为：通风容易时期：105.74m3/s；最困难时期：173.71m3/s。,第六章通风系统专题设计,全矿自然风压由上式计算，其中Z由井口到井底最深处的深度，m；P0井口气压，毫米汞柱；T1井筒1内空气平均温度，K；T2井筒2内空气平均温度，K；K校正系数。代入以上所得数值得自然风压为-55.4Pa。,第六章通风系统专题设计,全矿通风阻力计算式中hi巷道通风摩擦阻力，Pa；Ri巷道的摩擦风阻，Ns2m8；S巷道的通风断面，m2；P巷道通风断面的周边长度，m；L巷道长度，m；qi巷道的通过风量，m3/s；巷道的通风摩擦阻力系数，Ns2/m4。全矿的局部阻力可根据总摩擦阻力进行计算。一般认为，总局部阻力大致等于总摩擦阻力的20%，全矿总阻力等于总摩擦阻力与局部阻力之总和。,第六章通风系统专题设计,扇风机选择原则（1）图解所得风机工况点的风量不得小于计算风量，但也不应多的太多，风机效率一般不应低于0.7；（2）为保证风机运转稳定，图解所得风机工况点应处于风机性能曲线风点的右侧。对于轴流式风机该工况点的风压不得超过风机性能曲线上最大风压的9095%（曲线平缓的取大值，反之，取小值）；（3）在满足风量的情况下，应选用轴功率最低的风机实际耗能最低者；（4）风机的选型应以满足初、中期内某一特定的时间要求为主，经改变叶片角或叶轮转速后，即能兼顾较长一段时间矿井生产对风量和风压的要求；（5）当矿井通风等积孔变化较大或服务时间较长，一台风机不宜兼顾整个时期的工况要求，应考虑分期设置风机的合理性，为不影响生产，应在井口后风道上留有另接风道和修建新机房的空间；（6）主通风机应配备一台备用电机，有多台主通风机工作的矿井，相同的备用电机其台数应适当减少；（7）在同一风井中应尽量采用单一风机工作制，采用双机并联运转时以相同风机为好；,第六章通风系统专题设计,风机类型选择20世纪50年代至70年代,我国矿山几乎都使用仿苏BY型的2BY、70B2和K70等系列主扇,。由于该机效率低,高风压小风量的气动性能，难以与金属矿山低阻力大风量的通风网路相匹配，运行效率低、平均30%左右,个别低的还不到15%，电能浪费严重。尘毒危害严重，作业环境差，通风防尘工作难以开展。为改变这种状况,我国于1983年研制成功了DK45、K55、K45和K35等系列主辅扇和JK55系列局扇；1987年又推出了DK40、K40二系列主辅扇和JK58系列局扇，形成了第一代K系列矿用节能风机。K型单级风机的全压效率达92%，DK型对旋主扇的静压效率达84%，且高效区域宽广,能与金属矿山的通风网络相匹配，具有运转效率高，节能效果好等特点。1990年,经过对第一代产品进行优化叶型参数，改玻璃叶片为机翼型钢板叶片；改善叶片、叶柄的承力结构和材料;；主风筒敷设稳流环防喘振装置等一系列优化设计工作，成功地研制出第二代K系列矿用节能风机新产品。1994年，在第二代K系列风机基础上又推出了第三代新产品。通过系列产品的优化设计,淘汰了K55、K35系列,保留了DK45、DK40、K45和K40等4个系列。根据矿用风机向大型化发展的需要,加大了产品规格。系列最大机号扩展到No26,装机功率增大到500kW。目前新一代K系列矿用节能风机气动效率更高,结构更加合理,高效区域更为宽广,与矿山通风网络的匹配效果更好,是当前国内品种最全,性能覆盖最大的矿用节能风机系列群。,第六章通风系统专题设计,该系列节能风机的主要性能、技术指标如下：系列机号：726；系列转速：1450、980、730r/min；风量范围：2.0164.2m3/s；全压范围：383819pa；功率范围：1.1500kW；风机效率：K型单级全压效率=94，DK型对旋静压效率=86；运行噪声：LA85dB（A）。新一代K系列风机由DK40、DK45、K40、K45等矿用节能风机组成，由集流器、主机体和扩散器等部件组成。采用新型高效机翼型扭曲叶片，安装角度可调，敷设稳流环装置使气动性能曲线无驼峰，底座上可配带轴向移动的车轮。因此，具有高效低噪、高效区宽、性能稳定、结构简单、