矿井通风与安全课程设计

1、河南理工大学自考助学 矿井通风与安全 课程设计说明书 设计题目: 矿井通风与安全课程设计 助学院校: 河南理工大学 自考助学专业: 采矿工程 姓 名: 秦帅帅 自考助学学号: 040213201150 成 绩: 指导教师签名: 河河南南理理工工大大学学成成人人高高等等教教育育 目目 录录 第第 1 章章 概述概述 .1 1.1 矿井概况矿井概况 .1 第第 2 章章 矿井通风系统的选择矿井通风系统的选择.4 2.1 矿井通风系统的拟定矿井通风系统的拟定.4 第第 3 章章 矿井总风量计算矿井总风量计算.5 3.1 矿井需风量计算原则矿井需风量计算原则2.5 3.2 矿井需风量的计算方法矿井需风

2、量的计算方法.5 3.2.1 按井下同时工作最多人数计算.5 3.2.2 采煤工作面需风量计算.5 3.2.3 掘进工作面需风量计算.8 3.2.4 硐室需风量.9 3.2.5 其他巷道需风量计算.9 3.2.6 矿井左翼总风量计算.9 第第 4 章章 矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力计算.10 4.1 矿井通风总阻力的计算原则矿井通风总阻力的计算原则 .10 4.2 矿井通风总阻力的计算方法.10 4.2.1 计算矿井通风容易时期的通风总阻力.14 4.2.2 矿井通风困难时期通风总阻力.14 4.2.3 矿井通风容易时期等积孔.14 4.2.4 矿井通风困难时期等积孔.14 第第 5 章章

3、 选择主要通风设备及附属装置选择主要通风设备及附属装置.15 5.1 选择矿井通风设备的基本要求选择矿井通风设备的基本要求.15 5.2 主要通风机的选择主要通风机的选择 .15 5.2.1 计算通风机的风量 q通.15 5.2.2 计算通风机的风压 h通静.15 5.2.3 选择通风机.15 5.2.4 求通风机的实际工况点.16 5.2.5 确定通风机的型号和转速.16 5.2.6 电动机选择.16 附录附录.18 课程设计总结课程设计总结.19 参考文献参考文献.20 1 第第 1 章章 概述概述 1.1 矿井概况矿井概况 1、煤层地质概况：煤层倾角 25，单一煤层，煤层厚 2.8m，该

4、矿属高瓦斯矿 井，矿井相对瓦斯涌出量为，煤尘有爆炸危险，煤层自然发火期为个tm /12 3 64 月。 2、井田范围：设计第一水平开采深度 240m，走向长度 6000m，每翼长 3000m。 3、矿井生产能力：设计年产量为 0.45mt，矿井第一水平服务年限为 23 年。 4、井田开拓与开采：矿井采用立井开拓，开拓系统见图 1-1，采区划分见图 1- 2。在每翼两采区中央上部边界开风井，采用对角式通风，通风系统见图 1-3。矿井 同时生产两个采区，每个采区一个高档机采生产工作面，工作面日产量 750t，一个 备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。 5、井下同时作业人数 280 人，一个采煤

5、工作面最多 40 人，一个掘进面最多 20 人。 6、井巷尺寸及支护情况：见表 1-1。 7、邻近条件相近矿井资料：采煤工作面相对瓦斯涌出量 13m3/t，掘进工作面 （用 28kw 局部通风机）风量。min/300 3 m 8、该矿自然风压为 50pa。 2 图 1-1 开拓系统布置图 3 图 1-2 通风系统布置示意图 4 表 1-1 井巷尺寸及支护情况 井巷名称支护形式断面形状净断面积（m2）井巷特征备注 副井混凝土碹圆形 19.6 井筒直径 5.0m，罐笼提升，有梯子间 h=240m 进风石门料石砌碹半圆 14.0l=200m 大巷混凝土碹半圆 10.0 不抹灰浆 34 段 200m

6、45 段 550m 运输机上山工字钢梯形 9.0 支架纵口径 =5 201202,300m 202203,80m 203204,80m 轨道上山工字钢梯形 9.0 支架纵口径 =5 208209,80m 209210,220m 210211,20m 区段工作面机巷 （上顺槽） 工字钢梯形 8.0 支架纵口径 =5 l=750（困难时期） l=60m（容易时期） 采煤工作面矩形 8.0 单体液压支柱，一次采全高，支架整齐，控顶距 24m。 l=140m 区段回风巷 （下顺槽） 工字钢梯形 6.5 支架纵口径 =5同上顺槽 回风斜巷、联络巷工字钢梯形 8.0 支架纵口径 =5 l=30m 采区总回

7、风巷锚喷半圆 8.0l=1500m 回风石门锚喷半圆 8.0l=50m 回风井混凝土碹圆形 8.0 井筒直径 d=3.5m，有梯子间 h=70m 风硐r 取 0.02ns2/m8 5 第第 2 章章 矿井通风系统的选择矿井通风系统的选择 矿井通风系统应根据矿井设计生产能力，煤层赋存条件、表土层厚度、地温、 矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全，兼顾中、后期生产需 要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。 中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资少的优点。因此，矿井初期宜优 先采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的 矿井

8、，应采用对角式或分区对角式通风；当井田面积较大时，初期可采用中央式通 风，逐步过渡为对角式或分区对角式。 矿井通风方法一般采用抽出式，压入式使用较少。当地形复杂、露头发育、老 窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。鉴于压入式通风在生产矿井中 实际应用情况，故对压入式通风是否适用于高瓦斯矿井并不予以明确规定，设计选 择通风方法时，可根据矿井的具体条件并通过技术经济比较后确定。本矿井采用抽 出式通风方法，采用两翼对角式通风方式。 2.1 矿井通风系统的拟定矿井通风系统的拟定 矿井开拓采用立井开拓方式，由于煤层倾角为 25，单一煤层，煤层厚 2.8m， 且矿井为高瓦斯矿井，矿井相对瓦斯涌出量

9、为，煤尘有爆炸危险性，煤尘自tm /12 3 然发火期为 4-6 个月，所以矿井采用两翼对角式，矿井主要进风井位于井田中央的 副井，总回风巷布置在井田的上部边界回风井分别布置在上山采区上部边界中央， 形成两翼对角式通风系统。下面主要以左翼采区为例简要说明，右翼可参照左翼。 1、采区工作面通风系统 新鲜风流从地面的副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、 采区下部车场、运输上山、上顺槽、采煤工作面，清洗工作面后，污风经区段回风 平巷、主要回风巷道、回风井进入大气。 2、 备用工作面通风系统 新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、 采区下部车场、运输上

10、山、区段运输顺槽、备用工作面。清洗备用工作面后，污风 经区段回风平巷、主要回风巷道、回风石门、回风井进入大气。 6 3、 火药库通风系统 新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、火药库、轨道 上山、主要回风巷道、回风石门、回风井排入大气。 4、 掘进工作面通风系统 新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、 采区下部车场、运输上山、掘进工作面，清洗工作面后，污风进入轨道上山、主要 回风巷道、回风石门、回风井排入大气。 第第 3 章章 矿井总风量计算矿井总风量计算 3.1 矿井需风量计算原则矿井需风量计算原则2 矿井需风量，按下列要求分别计算，并采用其

11、中最大值。 1、按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于； 3 4m 2、按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实 际需要风量，必须使地点的风流中得瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害其他的浓度， 风速以及温度，每人供风量符合煤矿安全规程的有关规定。 3.2 矿井需风量的计算方法矿井需风量的计算方法 矿井需风量按以下方法计算，并取其中最大值。 3.2.1 按井下同时工作最多人数计算 min/140025 . 1 28044 3 mknq 备矿 其中： 矿井总进风量，； 矿 q min/ 3 m n井下同时工作最多人数； 矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不

12、均匀等因素）备用系数，宜取 备 k 。 25 . 1 15 . 1 3.2.2 采煤工作面需风量计算 7 采煤工作的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。 1、按瓦斯涌出量计算（记得把下面式子中的 8 改成 13 再计算） （3-1） min/625 )6024/(5 . 17508100 100 3 m kqq gwigwiwi 其中： 第 i 个采煤工作面需要风量，； wi q min/ 3 m 第 i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，； gwi q min/ 3 m 第 i 个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，它是该工作面瓦 gwi k 斯绝对涌出量的最大值和平均值的比值。生产矿

13、井可以根据各工作面正常的生产条 件，至少进行 5 昼夜的观测，得出 5 个值，取其最大值。通常机采工作面取 ；炮采工作面去；水采工作面取。1.61.2 gwi k2.01.4 gwi k3.02.0 gwi k 2、按工作面进风流温度计算 采煤工作面应有良好的气候条件，其进风流温度可根据风流温度预测方法进行 计算。其气温与风速应符合表 3-1 的要求。 表 3-1 采煤工作面空气温度与风速对应表 回采工作面的空气温度（）回采工作面的风速（m/s） 150.3-0.5 15-180.5-0.8 18-200.8-1.0 20-231.0-1.5 23-261.5-1.8 （3-2） min/52

14、8 1 . 18160 60 3 m ksvq wiwiwiwi 其中：第 i 个采煤工作面的平均风速，按其进风流温度从上表选，m/s； wi v 第 i 个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 wi s 均值，m2； 8 第 i 个采煤工作面的长度系数，从表 3-2 中选择。 wi k 表 3-2 采煤工作面长度风量系数表 采煤工作面的长度/m采煤工作面的长度风量系数 wi k 1801.3-1.4 3、按工作人员人数计算 （33） min/160 4044 3 m nq wiwi 其中： 4每人每分钟应供给的最低风量，；min/ 3 m 第 i 个采煤工作面同时工作的最多

15、人数，个。 wi n 综合上述可知，采煤工作面需风量应取最大值（把后面这个数改成（3-1）中的 答案）。min/ 625 3 m 4、按风速进行验算 按最低风速验算各采煤工作面的最小风量： min/120825 . 0 6025 . 0 60 3 msq wiwi 按最高风速验算各采煤工作面的最大风量： min/19208460460 3 msq wiwi 采煤工作面需风量取（把后面这个数改成（3-1）中的答案）时满足min/256 3 m 要求。 采煤工作面串联通风时，按其中一个最大需风量计算。备用工作面亦按上述要 求，并满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算需风量，且不得低于其回 9

16、 采时需风量的 50%。我们取备用工作面风量为。min/320 3 m 3.2.3 掘进工作面需风量计算 掘进工作面实际的风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、局部通风机实际 吸风量、炸药用量、人数分别计算，取其中最大值，并用风速验算。 1、按炸药量计算 （35）min/250102525 3 maq hihi 其中： 25每使用 1kg 炸药的供风量，；min/ 3 m 第 i 个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。 （一次爆破使用 hi a 的最大炸药量一般取 10kg） 2、按局扇的吸风量计算 （36） min/3903 . 1300 3 mkqq hfihfihi 其中： 第 i

17、 个掘进工作面同时工作的局部通风机额定风量的和，可按表 hfi q 3-3 选择。 为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取 1.2-1.3，进 hfi k 风巷道中无瓦斯涌出时取 1.2，有瓦斯涌出时取 1.3。 表 3-3 各种局部通风机的额定风量 风机型号额定风量 m3/min jbt-51（5.5kw） 150 jbt-52（11kw） 200 jbt-61（14kw） 250 jbt-62（28kw） 300 所以局部通风机机型号选择 jbt62（28kw） 。 3、按工作人员数量计算 （3-7）min/802044 3 mnq hihi 10 其中： 4每人每分钟应供给的最低

18、风量，；min/ 3 m 第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数。 hi n 综合上述可知，掘进工作面风量应取。min/390 3 m 4、按风速进行验算 按最低风速验算各个岩巷掘进工作面的最小风量： min/72815 . 0 6015 . 0 60 3 msq hihi 各个煤巷和半煤岩巷掘进工作面的最小风量： min/120825 . 0 6025 . 0 60 3 msq hihi 按最高风速验算各掘进工作面的最大风量： min/19208460460 3 msq hihi 其中： 第 i 个掘进巷道工作面巷道的净断面积，。 hi s 2 m 所以，掘进工作面风量满足要求。min/39

19、0 3 m 3.2.4 硐室需风量 各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。 井下爆破材料库、绞车房、机电硐室根据经验值，统一取min/10060 3 m 。min/80 3 m 3.2.5 其他巷道需风量计算 新建矿井，其他用风巷道的总风量难以计算时，也可按采煤，掘进，硐室的需 风量总和的估算。%5%3 3.2.6 矿井左翼总风量计算 （38） min/14.2350 15 . 1 )04 . 0 1 (3802390320625 )qq( 3 m kqq ）（ 其他硐掘采矿 其中： 11 采煤工作面和备用工作面需风量之后，； 采 q min/ 3 m k矿井通风系数。当采用压入

20、式或中央并列式通风是，；当采 25 . 1 20 . 1 k 用中央分列式或混合式通风时，；当采用对角式或区域时通风时，20 . 1 15 . 1 k 。15 . 1 10 . 1 k 通过计算所得：矿井左翼总风量为。min/14.2350 3 m 第第 4 章章 矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力计算 4.1 矿井通风总阻力的计算原则矿井通风总阻力的计算原则 1、矿井通风总阻力不应超过 2940pa。为了减少矿井的外部漏风和主通风机的 运转费用， 风压过大引起煤炭自燃发火，以及避免因主通风机机型使通风费用加大， 矿井通风系统阻力应满足表 4-1 的要求： 表 4-1 矿井通风阻力要求 矿井通风

21、系统风量/m3min-1系统的通风阻力/pa 3 000 3 0005 000 5 00010 000 10 00020 000 20 000 1 500 2 000 2 500 2 940 3 920 2、通风容易和困难两个时期总阻力的计算，应沿着这两个时期的最大通风阻力 风路，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，作为这两个时期的矿井通风 总阻力。最大通风阻力风路可根据风量和巷道参数（断面积、长度等）直接判断确 定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。 3、矿井井巷的局部阻力，新建矿井宜按井巷摩擦阻力的 10%计算，扩建矿井宜 按井巷摩擦阻力的 15%计算。 4.2 矿

22、井通风总阻力的计算方法 沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式计算各段井 巷的摩擦阻力： 12 （4-1）a, s alu 2 3 pqh 摩 计算矿井通风阻力时，按上表格式应分别计算出通风机服务年限内通风最容易 时期和最困难时期的最小阻力和最大阻力。选择达到设计产量后在通风机服务年限 内，通风最容易和通风最困难两个时期通风阻力最大的风流路线，分别计算出各段 巷道的通风阻力，然后分别累加。如下表 4-2： 13 表 4-2 矿井通风困难（容易）时期井巷摩擦阻力计算表 区段 井巷名 称 断面形 状 支护 形式 )/( 42 mns 长度 l（m） 周长 u/m 面积 2 /m

23、s 63 /ms ) 8 / 2 (mnsr )/( 3 smqpah/ 摩 )/(smv 1-2 副井圆形 混凝 土碹 0.04524015.719.6 7529.5 4 0.02376.8135.663.92 2-3 主石门半圆拱 料石 砌碹 0.003820014.3714.027440.00476.823.605.49 3-4 大巷半圆拱 料石 砌碹 0.003820012.141010000.00939.16913.813.92 4-5 大巷半圆拱 料石 砌碹 0.003855012.1410.010000.02536.63933.563.66 5-6 运输机 上山 梯形 工字 钢

24、0.02130012.489.07290.10836.6144.674.07 6-7 运输机 上山 梯形 工字 钢 0.0218012.489.07290.02921.6413.582.40 7-8 运输机 上山 梯形 工字 钢 0.0218012.489.07290.02920.1111.732.23 8-9 上顺槽梯形 工字 钢 0.021 750（困 难） 60（容易） 11.778.0512 0.362 0.029 12 52.13 4.18 1.5 14 9-10 采煤工 作面 矩形 单体 液压 支架 0.0514011.348.05120.1551222.321.5 10-11 下

25、顺槽梯形 工字 钢 0.021 750（困 难） 60（容易） 10.616.5 274.62 5 0.608 0.049 12 87.55 7.06 1.86 11-12 轨道上 山 梯形 工字 钢 0.0212012.489.07290.00731.026.743.45 12-13 回风斜 巷 梯形 工字 钢 0.0213011.778.05120.01439.16921.484.9 13-14 总回风 巷 半圆形锚喷 0.009150010.868.05120.28639.169438.784.9 14-15 采区回 风石门 半圆形锚喷 0.0095010.868.05120.01039

26、.16915.344.9 15-16 回风井圆形 混凝 土砌 碹 0.047010.038.05120.05539.16984.384.9 合计 pah33.1105 困难 pah89.976 容易 15 4.2.1 计算矿井通风容易时期的通风总阻力 （4-2） a42.112389.97615 . 1 15 . 1 phh 摩易阻易 4.2.2 矿井通风困难时期通风总阻力 （4-3） pahh13.127133.110515 . 1 15 . 1 摩难阻难 4.2.3 矿井通风容易时期等积孔 （4-4） 2 39 . 1 42.1123 6014.2350 19 . 1 19 . 1 m h

27、 q a 易 易 4.2.4 矿井通风困难时期等积孔 （4-5） 2 31 . 1 13.1271 6014.2350 19 . 1 q 19 . 1 m h a 难 难 16 第第 5 章章 选择主要通风设备及附属装置选择主要通风设备及附属装置 5.1 选择矿井通风设备的基本要求选择矿井通风设备的基本要求 选择矿井主要通风设备，是选择矿井主要通风机（或分区通风机）及其电动机。 主要通风机的选择方法为： 1、计算通风最容易时期和最困难时期的通风机风量和风压； 2、参考风机产品样本，初选合适的通风机； 3、求通风机的实际工况点，并确定通风机的型号和转速。 5.2 主要通风机的选择主要通风机的选择

28、 5.2.1 计算通风机的风量 q通 （5-1） 5.2.2 计算通风机的风压 h通静 （5-2）paqqrh18.44474702 . 0 风硐 轴流式通风机： （5-3） pa hhhh 6 . 1117 50-18.4442.1123 自风硐阻易通静小 （5-4） pa31.1365 5018.4413.1271 hhh 自风硐阻难通静大 h 5.2.3 选择通风机 根据计算的矿井通风容易时期通风机的、和困难时期通风机的、 通 q 通静小 h 通 q sm smkq /47 60 14.2350 2 . 1 /q 3 3 ， 矿通 容易时期： 困难时期： 17 ，在通风机的个体特性图表（

29、见附图 3）上初步选择合适的主要通风机。 通静大 h 根据，可选定通smq/47 3 通 pah6.1117 通静小 pa31.1365 通静大 h 风机型号为 2k60 型轴流式通风机。工作效率为 0.65。 5.2.4 求通风机的实际工况点 根据确定的工况点，因为设计工况点不一定恰好在所 通静大通静小 、和、hqfhqf 选择通风机的特性曲线上，所以，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。 其步骤如下。 1、计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时： （5-5） 82 2 min /51 . 0 )4747/( 6 . 1117 mns q h r f sd 通静小 （5-6） 82 2

30、 max /62 . 0 )4747/(31.1365 h mns q r f sd 通静大 2、确定通风机的实际工况点 在通风机特性曲线中，作通风机工作风阻曲线，二者交点即是实际工况点。 （见 附图 3） 5.2.5 确定通风机的型号和转速 根据通风机的各种工况参数对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最 后确定满足矿井通风要求的技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。 根据，和，综合以上考虑，可选smq/47 3 通 pah 6 . 1117 通静小 pa31.1365 通静大 h 定通风机型号为 2k60 型轴流式通风机。通风机的转速为 1000r/min，工作效率为 0.65。 5.2.6 电动机选择 主要通风机选定后，根据各时期的主要通风机输入功率计算出电动机的输出功 率，选出电动机。 1、通风机输入功率按通风容易及困难时期，分别计算通风机所需输入功率 18 （5-7） kw hq n f 81.80)65 . 0 1000/( 6 . 111747 / 1000 min 通