矿井通风设计

目录第一节矿井概况2一、煤层地质概况2二、井田范围2三、矿井生产任务2四、矿井开拓方式2五、采煤方法及矿井工作制度2六、矿井通风方式2七、巷道尺寸及支护情况2第二节矿井通风系统4一、矿井通风系统要符合下列要求。4第三节矿井风量计算与分配6一、矿井需风量的计算原则6二、矿井需风量的计算方法6第四节矿井通风阻力及等积孔计算10一、计算原则10二、计算方法14三、计算矿井总风阻14四、计算矿井等积孔15第五节主要通风机选型18一、选型依据18三、通风机运行工况20四、电动机选型20五、通风机电动机的校验20第六节矿井反风措施21一、反风目的和意义21二、反风方式、反风系统及设施21第七节矿井通风费用22一、矿井通风费用22二、风阻与等积孔22三、综合评价22第八节矿井灾害防治措施24参考文献25第一节矿井概况一、煤层地质概况单一煤层，煤层倾角1518，煤层厚平均22M，采煤工作面瓦斯涌出量小于5，掘进工作面瓦斯涌出量小于3M3/MIN，煤尘自然发火期12月，煤尘具有爆炸性。MIN3二、井田范围本设计第一水平垂深240M，走向长6270M，两翼开采，每翼长3135M。三、矿井生产任务本矿井设计生产能力为90万T，上山部分服务年限25年，下山部分服务年限21年，总服务年限46年。四、矿井开拓方式本矿井开拓方式，全矿井共划分四个分区，上山部分2个，下山部分2个。前期采用立井单水平上山多煤层联合开采，其服务年限为25A。五、采煤方法及矿井工作制度采煤方法为走向长壁普通机械化采煤。工作面长150M，采高22M，采用全部跨落法管理顶板，最大控顶距42M，最小控顶距32M；作业形式为两采一准，交接班时人数最多80人，回采工作面温度一般在21。每个采区各有两个煤巷掘进工作面，采用打眼放炮破煤，工作面一次起爆炸药为10KG，掘进工作面同时工作的最多人数为20人。矿井年工作日330天，工作制度为“三八”作业。井下最大班工作人数160人。六、矿井通风方式本矿井通风方法为抽出式，通风方式为两翼对角式，即中央副井进风，两翼风井回风。七、巷道尺寸及支护情况井巷尺寸及支护形式节点号井巷名称断面形状支护形式断面积M2长度M备注12副井圆形混凝土砌碹直径D5520双罐笼提升，设有梯子间23车场绕道半圆拱料石砌碹12005034车场绕道半圆拱料石砌碹12007045主石门半圆拱料石砌碹11008056煤层运输大巷半圆拱料石砌碹110067煤层运输大巷半圆拱料石砌碹110078采区下部车场半圆拱锚喷10008589采区轨道上山梯形工字钢800500910采区轨道上山梯形工字钢8002691011下区段回风平巷梯形工字钢6001112联络巷梯形工字钢600101213区段运输平巷梯形工字钢6001314采煤工作面矩形单体柱铰接梁150采高22，最大控顶距42，最小控顶距321415区段回风平巷梯形工字钢600落地胶带运输机1516绕道梯形工字钢600501617区段回风平巷梯形工字钢6001718运输上山半圆拱工字钢800151819运输上山半圆拱工字钢800151920矿井总回风巷半圆拱料石砌碹10002021风井圆形料石砌碹D492设有梯子间911运输上山梯形工字钢800119落地胶带运输机1112运输上山梯形工字钢80010落地胶带运输机1225运输上山梯形工字钢800280落地胶带运输机第二节矿井通风系统一、矿井通风系统要符合下列要求。1、每一个生产矿井，必须至少有两个能行人的通达地面的安全出口。各个出口之间的距离不得小于30M。如果采用中央式通风系统时，还要在井田境界附近设置安全出口。井下每一个水平到上水平和每个采区至少都要有两个便于行人的安全出口，并同通到地面的安全出口相连通。保证有一个井筒进新鲜空气，另一个井筒排出污浊的空气。2、进风井口，必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体侵入的地方，距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500M。进风井筒冬季结冰，对工人身体健康、提升和其它设施有危害时，必须装设暖风设备，保持进风井口以下的空气温度在2以上。进风井与出风井的设备地点必须地层稳定且有利于防洪。总回风道不得作为主要行人道，矿井的回风流和主要通风机的噪音不得造成公害。3、箕斗提升或装有皮带运输机的井筒不应兼作风井。如果兼作风井使用时，必须遵守下列规定1箕斗提升兼作回风井时，井上下装、卸井塔都必须有完善的封闭措施，其漏风率不超过15，并应有可靠的降尘设施，但装有皮带运输机的井筒不得兼作回风井。2箕斗提升井或装有皮带运输机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6M/S；装有皮带运输机的井筒中的风速不得超过4M/S，并都应有可靠的防尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准。皮带运输机的井筒中还应装有专用的消防管路。4、所有矿井都必须采用机械通风，主要主要通风机供全矿、一翼或一个分区使用必须安装在地面。同一井口不宜选用几台主要通风机并联运转，主要通风机要有符合要求的防爆门，反风设备和专用的供电线路。5、每一个矿井必须有完整的独立的独立通风系统，不宜把两个可以独立通风的矿井合并一个通风系统，若有两个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前，各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通，下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开，在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。6、采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流，中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流都必须严格隔开。7、采煤工作面的掘进工作面都应采用独立通风。采煤工作面和其相连接的掘进工作面，在布置独立通风有困难时，可采用串联通风，但必须符合煤矿安全规程第114条的有关规定。8、井下火药库必须有单独的进风风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风道，井下充电硐室必须有单独的风流通风，回风风流可以引入采区回风道中。9、本矿井分前期和后期设计，本设计只对前期做详细设计，后期暂不考虑。第三节矿井风量计算与分配一、矿井需风量的计算原则矿井需风量应按照“由里往外”的原则，由采、掘工作面、硐室和其他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。二、矿井需风量的计算方法根据现行煤矿安全规程规定，矿井需要的风量应按照下列求分别计算，并选取其中的最大值。本矿井初期投产区域位于瓦斯风化带中，瓦斯涌出量相对较小，但考虑通风设备的服务年限、通风安全等诸多因素，风量计算仍采用瓦斯带的参数。1、按井下同时工作的最多人数计算Q4NK（1）式中Q矿井总风量，M3/S4每人每分钟供风标准，M3/MIN人N井下同时工作的最多人数，160人K矿井通风系数，两翼对角式取115则Q4160115736M3/MIN123M3/S2、按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总和进行计算即Q（Q采Q掘Q硐Q其他）K（2）式中Q矿井总风量，M3/SQ采采煤工作面风量之和Q掘掘进工作面风量之和Q硐独立通风硐室需风量之和Q其他其他用风地点需风量之和K矿井通风系数，两翼对角式取115（1）采煤工作面实际需风量由题目条件采煤工作面瓦斯涌出量均小于5M3/MIN，矿井有两个采区同时生产，共3个采煤工作面，其中两个生产，一个备用。瓦斯涌出量计算Q采风100Q采瓦K（3）式中Q采工作面实际需要的风量，M3/MINQ采工作面的瓦斯绝对涌出量，取5M3/MINK工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取12Q采风100Q采瓦K100512600M3/MIN10M3/S按工作面温度计算Q采60VCSCKC，M3/MIN（4）式中VC采煤工作面风速，当采长壁工作面稳定在21时，工作面风速应在1015M3/S之间，取12M3/SSC采煤工作面的平均断面积，（4232）/222814KC采煤工作面长150M,长度系数，取11Q采风60128141164469M3/MIN按人数计算实际需风量Q采4N，M3/MIN（5）式中N工作面同时工作的最多人数，80人Q采480320M3/MIN、按风速验算60025S采Q采604S采（26）式中S采采煤工作面的平均断面积，采煤工作面814采工作面1221M3/MINQ采19536M3/MIN根据以上计算，设计采工作面配风量取其中最大值，即Q采风64469M3/MIN107M3/S备用工作面一般按回采工作面需风量的50计算，即Q备风1/2Q采风32235M3/MIN54M3/S（2）掘进工作面实际需风量按瓦斯涌出量计算Q掘100Q掘K掘（）式中Q掘掘进工作面实际需要的风量，M3/MINQ掘掘进工作面的瓦斯绝对涌出量，取3M3/MINK掘掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取15Q掘100Q掘K掘100315450M3/MIN75M3/S按炸药量计算Q掘25A式中25使用1KG炸药的供风量，M3/MINA掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，KG。Q掘2510250M3/MIN按局部通风机吸风量计算Q掘Q局扇吸K25012300M3/MIN选择JBT61型局部通风机，其额定风量为250M3/MIN按人数计算掘进工作面实际需风量Q掘4N（）式中N掘进工作面同时工作的最多人数，20人Q采42080M3/MIN按风速进行验算15S掘Q煤掘240S掘（）式中S掘煤巷掘进工作面的断面积，690M3/MINQ煤掘1440M3/MIN综合考虑，掘进工作面实际需风量为Q掘450M3/MIN75M3/S（3）硐室、爆破材料库等需风量爆炸材料硐室1M3/S采区变电所1M3/S绞车硐室1M3/S则硐室、爆破材料库等实际需风量为Q硐1113M3/S综合上述计算，矿井需风量为Q（Q采Q掘Q硐）K（10737543）125814M3/S以上计算结果取最大值，由于采用两翼对角通风，两翼对称同进开采，则矿井一翼需风量Q407M3/S。第四节矿井通风阻力及等积孔计算在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随开采深度的增加和走向范围的扩大及产量的提高而增加。为了扇风机在整个矿井服务期间在合理的效率范围内运转，在选择扇风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于扇风机服务期间内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压得作用。一、计算原则1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是矿井达到设计年产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可能两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别风流路线最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的风路上（分最容易和最困难时期），从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来，得出这两个时期的各个井巷通风总阻力（H阻易，H阻难）。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出最大值。如果矿井服务年限较长时，则只计算头1525A的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。附矿井平面图通风网络图普采普采普采普采普采备备普采普采普采矿井平面图回采工作面主车房备用工作面掘进工作面掘进工作面5设计指导教师比例通风网络设计李慧黾学号示意日期1306590爆炸材料库NO1采区回采工作面1516王兵建通风容易时期变电所回采工作面主车房备用工作面掘进工作面掘进工作面5设计指导教师比例通风网络设计李慧黾学号日期1306590爆炸材料库NO3采区回采工作面1516王兵建通风困难时期示意变电所矿井通风困难时期2、通过主扇的风量QF必大于通过风井的矿井总风量Q矿，为了计算矿井的阻力，必先算出QF对于抽出式（1）矿F1053、为了经济、合理、安全地使用主扇，应控制H阻难不易太大，矿井通风的总阻力，不应超过2940PA。二、计算方法沿着上述两个时期通风阻力的风路，分别用下式算出各区段井巷摩擦阻力PA（2）23LUQHS摩式中H摩各段井巷的摩擦阻力；摩擦阻力系数，可查阅煤矿通风与安全一书的附录；L各段井巷的长度，M；U各段井巷的周长，MS井巷的净断面积，M2；Q各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以K（考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素）后求得的风量值，/S。3本设计根据采区接替安排，矿井投产后至NO采区为初期通风容易时期（即上采面接近停采线位置时，当同一采区的同一区段上下煤层同采时，应有个的进尺距离）；之后到NO采区采完为初期通风困难时期。通风容易时期负压和通风困难时期负压计算结果见表31和表32。其总和为总摩擦阻力H摩H12H23HNN1PA（3）式中H12、H23、HNN1为各段井巷之摩擦阻力，PA。由表31和表32的计算知H易8723PAH难10202PA三、计算矿井总风阻，NS2M8（6）H/QR易阻易，NS2M8（7）难阻难式中R易、R难容易时期和困难时期的全矿总风阻则R易03105NS2M8R难03632NS2M8四、计算矿井等积孔2135（8）19RA易易1974（9）难难式中A易，A难容易时期和困难时期的全矿等积孔，根据矿井通风难易程度分级见表63。表33矿井通风难易程度分级矿井通风难易程度矿井总风阻NS2M8等积孔容易03552中等0335142012困难14201由等积孔可以看出，矿井通风为中等,所以矿井在生产时期应加大各巷道的掘进断面，以满足用风地点所需风量，并避免有关巷道风速超限。矿井通风容易时期风阻计算巷道名称支护形式LUSS3RQQ2HV副井混凝土支护00453501571963756416300326953280991827142699949车场绕道料石砌碹00039501351121728000152553280942825054416667车场绕道料石砌碹00039701351121728000213453280959955064416667主石门料石砌碹00039801293484111331000303253280985170514818182煤层运输大巷料石砌碹000391500129348411133100568511419611142811272727采区轨道上山工字钢001447511766268512015282333108916642474125采区轨道上山工字钢001435011766268512011260733108912262884125运输上山工字钢001215001315508101000023679131961227556531联络巷工字钢001576101018988621600074351419614572282333333区段运输平巷工字钢001315701018988621609628491010096284911666667采煤工作面单体柱铰接梁00451501087041500486111215880615625区段回风平巷工字钢001215701018988621608887843196185412125166667运输上山工字钢0014151103087851200045243196143479283875矿井总回风料石砌碹00033157012332881010000063897331089695834733风井料石砌碹00078492125612561981385000457233108949791192627389合计27797248723764矿井通风困难时期风阻计算巷道名称支护形式LUSS3RQQ2HV副井混凝土支护004552015719637564163004856853280913642892699949车场绕道料石砌碹00039501351121728000152553280942825054416667车场绕道料石砌碹00039701351121728000213453280959955064416667主石门料石砌碹00039801293484111331000303253280985170514818182煤层运输大巷料石砌碹000391500129348411133100568511419611142811272727轨道上山梯形工字钢棚001215001315508101000023679131961227556531采区轨道下山工字钢001465011766268512020912733108922773914125采区轨道下山工字钢00143001176626851200965233108910511044125联络巷工字钢001576101018988621600074351419614572282333333区段运输平巷工字钢001315701018988621609628491010096284911666667采煤工作面单体柱铰接梁00451501087041500486111215880615625区段回风平巷工字钢001215701018988621608887843196185412125166667运输下山工字钢001410001103087851203016253196128986193875矿井总回风料石砌碹00033157012332881010000063897331089695834733风井料石砌碹00078492125612561981385000457233108949791192627389合计31329191020189第五节主要通风机选型一、选型依据矿井一翼所需风量407M3/S通风容易时期矿井所需风压8723PA通风困难时期矿井所需风压10202PA二、通风机选型通风机所需风量由FQKT则115407F468SM/3式中风量备用系数，115；KK矿井所需总风量，。TQS/3通风机所需负压由HFHTHNRVH则通风容易期H1FTR87232005010223PA通风困难时期H2FHTHNRVH102022006012802PA式中全矿总阻力，即矿井所需负压，PA；THH自然风压，容易时期取值50PA，困难时期取值60PA；N风机装置阻力，一般取150200PA；R出口动压损失，由于这里以所需风机的静压为依据利用静压VH特性曲线进行风机选型，故0PA。VH1、确定通风机的工况点（1）计算矿井通风网路阻力系数R根据H2Q得到/RH2Q则通风容易时网路阻力系数/1F2F468073通风困难时网路阻力系数/2RFH2FQ5790418（2）网路特性曲线根据，利用描点法将矿井通风容易时期及通风困难时期通风网路特性曲HR2Q线分别描绘在FBCDZNO16/275型风机特性曲线上。根据所需负压及风量，取矿井后期网路特性曲线与风机叶片安装角度为47/39的性能特性曲线相交于点，为通风容易时1K的工况点，初期工况值47，10223PA，065；取矿井初期网路特1SM/31H性曲线与风机叶片安装角度为48/40的性能特性曲线相交于点，为通风困难时的工况2点，后期工况值48，12802PA，071。通风容易时风机叶片安装2QS/32角度为47/39，通风困难时风机叶片安装角度为48/40，满足生产及安全要求。通风机特性曲线与工况点，如图51所示。2、通风机性能参数FBCDZNO16/275型通风机主要技术参数如下电机型号16电机功率275KW额定电压660V风量范围1948SM/3风压范围1253215PA根据矿井所需的风量、负压及矿井的开拓布置，考虑设施漏风和各种阻力损失后，经计算和比较，选择两台FBCDZNO16/275型防爆对旋轴流式通风机，一台工作，一台备用，风机转数980R/MIN。每台风机配备两台专用防爆电机，功率275KW，电压660KV。该风采用内装式电机，机电一体化，改变了矿井主通风机长轴或皮带轮传动的传统结构，避免了传动装置损坏事故，提高了风机的传动效率。三、通风机运行工况通风机运行特性曲线见图51。图51通风机运行性能曲线四、电动机选型后期最小负压时，所需电动机功率P容易P容易OFH容易/1000739KW前期最大负压时，所需电动机功率P困难P困难OFH困难/1000847KW因矿井首采区前期约服务23年，前后期电能损耗所差不多，故前、后期选择电动机容量一致。五、通风机电动机的校验1、起动时容量由于本矿井通风机布置在工业场地内，电动机采用全压直接启动，其容量能够满足风机正常启动的要求。2、反风时的容量根据厂家提供的FBCDZNO16/275型对旋风机反风参数确定。检验所选电动机容量是否满足反风要求。第六节矿井反风措施一、反风目的和意义反风装置就是使正常风流反向的设当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，为了避免大量的CO和CO2等有害气体进入采掘工作面危及井下工人的生命安全，则利用主要通风机的反风装置迅速的将风流方向反向。规程第124条规定生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10MIN内改变巷道中风流方向，当风流方向改变后，主要通风机的供风量不应小于正常风量的40。二、反风方式、反风系统及设施本设计选用的通风机电机可直接反转，因此设计采用风机反转反风，为配合风机反风，在控制室安装正反转切换柜，并挂反风操作系统图及操作规程。反风时换向操作，可在10MIN内改变巷道中的风流方向，并且风流方向改变后，通风机的供给风量为15M3/S，不小于正常风量（47M3/S）的40。同时，为了提高矿井的抗灾能力，设计在采区、工作面布置局部反风系统，即在主要通风机保持正常运行的条件下，通过迅速调整预设的反风风门开关状态，实现采区内部巷道或采煤工作面风流反向，以实现局部反风。每季度至少要检查一次反风设施，每年应进行一次反风演习。第七节矿井通风费用一、矿井通风费用吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用下公式计算W（EEA）D/T元/TEEA8760P难22/VW（1）式中W主要通风机年耗电量，元/TD电价，08元T矿井年产量，TE矿井主要通风机年耗电量EA矿井局部通风机与辅助通风机年耗电量V变压器的效率，取095；H电线的输出功率，取095。则E87602752114/0950953338992KWH/AW333899208/90000029元二、风阻与等积孔矿井通风容易时期和困难时期的等积孔分别为17M2和168M2，因此两个时期通风都比较容易。三、综合评价1、通风方式和通风系统本矿井为新建矿井，矿井采用中央并列式通风系统，由副井进风，两翼风井回风，通风方式为抽出式，矿井具有完整的独立通风系统。2、矿井开拓、采掘布置本矿井采用立井开拓方式，副井井筒净直径5M，净断面196M2，风井井筒净直径40M，净断面126M2，立井井筒断面大，矿井风量有适大的余地。井下所有进回风巷道之间的联络巷中均设有双向双道风门，在需要调节风量处设有调节风门，以保证各用风地点的合理风量。3、采掘工作面通风回采工作面采用负压通风，掘进工作面采用对旋局部通风机配合湿式除尘器正压通风。4、风量与通风网络设计按照煤矿安全规程要求进行了风量计算，按瓦斯涌出量等对采、掘工作面所需风量进行了各种测算，确保井下各用风地点配有足够的风量。采区及工作面均有独立的进回风巷道，风量及通风网络均可靠。矿井通风容易时期和通风困难时期的矿井等积孔分别为17M2和168M2，通风难易程度属通风中等矿井。5、反风系统全矿井反风采用主要通风机反转实现，巷道布置和井下通风设施可满足全矿井反风的要求。6、通风设备和设施设计选用的FBCDZNO16/275型防爆对旋轴流式通风机二台，一台工作，一台备用，该风机的优点是性能优良，高效区宽广，可以通过改变叶片角度调节运行工况；机电一体化，两台防爆电机安装在风机内部，分别与一、二级叶轮直联，提高了传动效率；风机固定在轨道式基础上，整体结构简单，安装方便，采用电机直接反转反风，不需建设反风系统，节省基建投资；通风机采用双回路电源供电，当一回路出故障时，另一回路可保证通风系统正常运行，安全可靠。两翼风井井口设有防爆门，在井下发生爆炸事故时，可使防爆门灵活打开，有效的降低了爆炸冲击波对相关设施的破坏。7、安全出口矿井初期一翼设计有副井和风井二个通达地面的安全出口，两个井筒均装设玻璃钢梯子间，可以保证井下发生事故时，人员经副井、风井通达地面。8、防止漏风及降低风阻的措施防止漏风的主要措施有每组风门均为两道正向和两道反向风门组成，风门不得设置在斜巷内。进、回风巷道之间尽量减少联络巷，采空区要及时封闭。多有通风设施要牢固可靠，并要加强管理和维修，保证正常使用。为了防止沿空送巷漏风，上、下区段间留36M“煤皮”；但应注意沿空送巷位置，掘巷时采用放小炮，加密支护，尽量减少煤柱损坏，加强巷道维护等。降低风阻的措施有在矿井建设和施工过程中，应优化