矿井通风与防尘

设计说明1.1设计依据在本次设计之前，我们进行了《矿井通风与除尘》的课程设计，积攒了一些经验。所以在本次设计中，我参考了以前的设计资料，再通过对矿井通风的专业学习，借阅了一些关于采矿工程尤其是地下金属矿山开采方面的书本，努力形成地采方面的大概知识框架，然后在着重注意构建通风系统知识。总的来说，本次设计的主要设计依据如下：（1）金属非金属矿山安全规程（GB16423—2006）。通过学习该规程，把握通风系统设计总主旨，将设计事宜与国家安全法例联系起来，实现设计的标准化。（2）《矿井通风设计指南》，该内容由谢贤平教授编写，它对矿井通风设计起到指导作用，让我知道应该从那些地方入手，以及对设计中的一些关键计算公式的选择有了较准确的取用，同时本设计大纲对这次设计中的一些其他问题提供了指导。（3）《矿井通风与防尘》，该书涉及矿井风流的阻力计算，矿井风流的分配等内容进行阐述，对进行计算有指导作用。1.2设计的要求及范围1.2.1设计要求根据课程设计任务书及实习矿山开拓、采矿条件，拟定出一个通风系统，并计算出风量及风阻。通过电子计算机解算后，决定通风构筑物，选择扇风机，计算通风费用。1.2.2设计范围本次设计的范围是沂南金矿金场采掘车间现工作中段-10m、-35m、-60m、-90m、-210m五个中段的通风系统设计。主要内容包括设计说明、矿山概况及通风系统概况、通风系统方案选择、全矿需风量计算、风量分配、通风阻力计算、自然风压计算、通风防尘的制度措施、通风设备选择、通风系统经济成本分析、通风系统管理测定等。矿山介绍2.1基本情况交通位置山东黄金矿业（沂南）有限公司，位于山东省沂南县城北铜井镇，矿部驻铜井镇，南距沂南县城6千米，距日东高速沂南站出口20千米，距临沂市75千米，北距沂水县城28千米，东南距胶新铁路沂南站20千米，西南距京沪高速青驼出入口25千米，东临青岛、日照、岚山、连云港四大港口，环境优越，交通便利，供水供电优越，当地劳动力资源充足。地方政府条件优惠，社会安定，满足矿山正常生产的需要。2.2矿区概况金场采掘车间位于以南县城西北6公里处的金场村附近。矿区北起高崮子山，南至枣林庄，东至史家窝，西至金场村西山，面积约2平方公里。矿区中心地理坐标为东经118°2418〃，北纬35°32，40〃，行政区属沂南县界湖镇管辖。目前矿山开采深度已达600米（井口标高183米坑内最深中段为-360米），年采掘量为40万吨.近年来深部探矿先过显著，矿山地质储量逐增，矿山生产三级矿量平衡，生产正常。通风系统的设计与选择概述3.1金场采掘车间的通风系统概述以前金场采掘车间竖井无合理通风系统，除-35米中段与斜井形成通风回路，采用自然通风以外，其余各中段俱无通风井，主要靠局部机械通风，通风效果较差。现金场采掘车间通风方式为中央对角式通风系统。风流从主竖井流入，经各个生产中段和采场，最后污风从通风井和通风斜井流出。为保证安全生产，提高通风质量，采用局部机械通风，污风归入回风系统。具体为：1、沂南金矿金场采掘车间采用机械通风方式；主扇1台，安装在通风井；2、采用抽出式通风方式，新鲜风流从主竖井进入，经掘进工作面将有毒有害气体稀释，污风经通风孔、通风井排至地表；3、风门逆风开启，风门与风流的夹角80-85度；4、主扇风机主要参数：功率：22KW；风量：43920-92560m3/h；风压：2198-957pa；工作温度：80°C；5、主扇必须24小时连续运转；6、超过30米的掘进工作面，安装局部机械通风，压入式风筒距工作面不大于10米，抽出式距工作面不大于5米，当掘进工作面超过200米后，必须采用压抽混合式局部机械通风；采用压抽混合式通风方式时，抽出式风筒滞后压入式风筒5米以上；7、局部通风选用柔性风筒，风筒需吊挂平直、牢固、接头严密，逢环必吊，缺环必补。通风系统分类按进、排风井的布置划分按进风井与排风井的相对位置，可分为中央式、对角式和中央对角混合式三种不同的布置形式：按扇风机工作方式划分扇风机工作方式有三种：压入式、抽出式和压抽混合式。3.2通风系统选择选择的基本原则1、与开拓、采矿方法设计同时考虑通风系统设计，所有矿井必须采用机械通风；2、在保证安全的前提下，要力求系统简单（网路不复杂、少角联、通风设施少……）；3、满足设计开采地段内各部分生产的通风需要，矿井有效风量率不低于60%,且经营费较少;4、尽量避免采掘作业面串联通风。如必须串联时，须采取降尘措施，保证入风粉尘浓度小于0.5mg/m3；5、矿井必须有稳定的进风道与回风道，采掘作业面的主要进风道不得经过采空区或冒落区；6、通风线路最短，开采区间风压稳定，漏风的可能性较小；7、有自然发火危害的矿井，须用抽出式通风，只有靠近地表几个中段可用压入式通风，并应首先考虑分区通风的可能性；8、矿井通风系统一般应尽可能采用对角式布置；9、禁止用箕斗井进风和尽量避免用箕斗一一罐笼混合井进风，对于改扩建矿山如必须用混合井进风时，需采取密闭及有效的净化风源措施；10、尽量避免矿井主进风流及各中段进风流直接流经井下主溜井的上下口，凡溜井上下面均需考虑降尘措施；风量计算4.1矿井风量计算方法系统风量是选择主扇的重要参数之一，所以，总风量的计算在通风系统设计中是一个较为核心的内容。系统风量计算一般要分别对回采工作面、备采工作面、掘进工作面、硐室的通风量分别给予考虑。矿井需风量计算方法有：1、排除柴油设备废气，按设备功率及工作系数计算需风量；2、排除放射性污染，按放射剂量强度及范围计算需风量；3、工作面排尘风速，按工作面断面大小及额定风速计算风量；4、产尘设备（工作面）排尘风量，按矿井中同时工作的产尘设备或工作面数给定排除粉尘所需的风量计算。除上述几种方法外，还有按井下最大班人数计算需风量和万吨矿石用风率检验法等。不同的矿井条件重点选用其中一种方法进行计算，再用其它手法校核，本次设计计算矿井风量的方法为全矿总的需风量为同时工作的全部采场、备用采场，各类掘进作业面和各种需风硐室风量的总和，即Q全矿K（XQ回采+XQ备采+XQ掘+XQ硐）K——风量备用系数，根据采矿方法、矿床地质条件、生产不均匀性、通风方式及通风管理水平，参考《冶金矿山设计参考资料》、《小型冶金矿山设计参考资料》选取。2Q回采回采工作面所需风量之和，m3/s。2Q备采备采工作面所需风量之和，m3/s。通常按AQ备采=0.5AQ回采考虑。2Q掘进掘进工作面（采准、切割、开拓、探矿）所需风量之和，m3/s。AQ硐室有独立进、回风系统的硐室所需风量之和，m3/s。4.2全矿总风量解算4.2.1回采工作面按爆破后排出炮烟至安全浓度以下计算风量本次设计的工作面为贯穿风流巷道型工作面，根据课本《矿井通风与除尘》，P200页，式10—27，巷道型回采工作面的风量计算公式为：Q=255，A•S•Lm3/st式子中符号的意义：A次爆破的炸药消耗量（kg）;S回采工作断面积（m2）;L采场长度之半（m）;t通风时间（一般2040min）;L采场长度之半（m）;一次爆破炸药量平均为A=50kg;平均为S=6m2;通风时间取t=1800s；采场长度的一半为L=20mQ=255京•S•Lt=1.10m3/s按最小排尘风速计算风量因为采矿方法为浅孔留矿法，采场为巷道型采场，按《采矿手册卷6》选取每个采场的排尘风量为1.5m3/s。根据1、2的计算结果，取其最大值，作为采掘工作面需风量值。两者取大为1.5m3/s。在本次设计范围内有采场12个，所以回采工作面的需风量为：XQ回采=1.5x12=18m3/s4.2.2备采工作面备用采场需风量按作业采场风量的一半计算，即为：0.75m3/s。备用采场为4个，则所有备用采场的需风量应为：XQ备采=0.7x5x4=3m3/s4.2.3掘进作业面需风量计算按爆破后排出炮烟至安全浓度以下计算风量开拓掘进的一次爆破炸药量平均为A=50kg;开拓掘进的断面积平均为S=6m2;通风时间取t=1800s;掘进地点距回风井巷的距离平均为L=100m左右。按抽出式局部通风计算：Q=虬A•S•Lot=0.45m3/s-18.一.无贯穿风流的采场及掘进工作面，抽出式：Q=••LL0——炮烟抛掷长度（m）;电雷管起爆L0=15+A/S（m）按最小排尘风速计算风量因开拓掘进的平均断面积为S=6m2，在5.0m2〜9.0m2之间，根据《采矿手册卷6》取1.8m3/s。在本次设计范围内有掘进工作面2个，所以掘进工作面的需风量为：XQ掘进=1.8x2=3.6m3/s4.3全矿总风量计算@全矿K（ZQ回采+XQ备采+XQ掘+XQ硐）Q全矿=K（18+3+3.6+7.5）=1.1x32.1=35.31m，/s矿井总风量为35.31m3/s（取整为35m3/s）,上风量结果仅为人工计算的期望值，最终结果以网络优化解算后得到的结果为准。4.4全矿所需风量验证在编制矿井远景规划时，可根据矿井年产量和万吨耗凤量，估算矿井总风量，计算式如下：Q=AY式中Q矿井总风量，m3/s;A矿井的年产量，万吨/年；Y——万吨耗风量，米3/秒/万吨。小型矿井取Y=2.0〜3.0;中型矿井Y=1.5〜2.5;大型矿井Y=1.0〜2.0;特大型矿井（年产250万吨以上Y=0.7〜1.5。本次设计的矿井规模为600吨/天，年工作天数为330天，即规模为19.8万吨/年，按《金属矿山地下开采（第二版）》P26表5—3,本矿区属于小型矿山，在此Y取值2。则Q=AY=19.8x2=39.6m3/s计算得到需要风量为35.31m3/s，与计算所需风量值基本吻合。矿井总风量的分配5.1风量分配基本要求1、回采工作面的风量应按照最大计算风量进行分配；2、备用工作面分配风量按生产工作面一半风量分配；3、掘进工作面按局部通风计算风量进行分配；5.2风量分配的方法1、不考虑漏风时的风量分配：这种方法不计算矿井通风网路内漏风量，只在风量备用系数中加以考虑，按风量备用系数K乘所算出的总风量，沿各采准工作面的进风路线，依次算出各条巷道内的风量，并标在图中。2、考虑漏风时的风量分配这种方法是按漏风地点的实际漏风量进行风量分配，其原则为：a.计算全矿总风量不乘风量备用系数，风量按实际分配。b.在工作面之前，以工作面为起点，沿逆风流方向逐段计算各巷道所需的风量，工作面之后，顺风流方向逐段计算各巷道的风量，并在漏风地点标出漏风量。一般设计中多按不考虑漏风时进行风量分配，本设计也采用不考虑漏风，按工作面所需风量进行分配。

通风阻力计算矿井通风总阻力是指风流由进风井口到扇风机风硐（抽出式）或者由扇风机风硐到排风井口（压入式），沿某风路流动途中所产生的摩擦阻力和局部阻力总和。通常是选择通风系统中线路最长阻力最大和通过风量最大的路线，作为最大阻力路线。Pa（6—1）通风阻力计算公式如（6—Pa（6—1）hf=a.；Q2D3R=aLU/S3f式中：a井巷摩擦阻力系数，Ns2/m4；hf——分段计算的摩擦阻力，Pa；P巷道净断面之周长，m；L该段巷道长度,m；S巷道净断面积，m2L该段巷道长度,m；Rf摩擦风阻，N•S2/m8。各段计算结果列于阻力计算表，各段巷道摩擦阻力之和，即为矿井摩擦阻力hf，矿井的局部阻力按摩擦阻力的0.2倍计算。故有下式:全矿井总阻力：hm=1.2hf，Pa。参照系统网络图进行巷道分段，同时将各个已知参数代入风阻力计算公式6—1,求得深部开采各段巷道风阻及风阻力。

7.主扇风机的选取矿井通风设备主要是指主扇风机，所以主扇风机的选择是通风设计中很重要的一个环节。该节主要分扇风机选择参数的解算和主扇风机的选择两个部分来介绍。7.1扇风机选择参数的解算7.1.1扇风机的风量Qf=©Q式中：Qf扇风机供风量，m3/s；Q矿井总回风量，iWs;©扇风机装置的风量备用系数，抽出式一无提升任务般取©=1.05。Qf=©Q=1.1x35=36.75m3/s7.1.2扇风机的风压扇风机的全压不仅用于克服矿井总阻力hf，同时还要克服反向的矿井自然风压h「扇风机装置的通风阻力七以及风流流到大气时的出口动压损失h。故扇风机的全压可按下式计算：Hf=hf+hn+«+hvhf矿井总阻力，Pa;hn与扇风机通风方向相反的自然风压，hn与扇风机通风方向相反的自然风压，Pa；h6扇风机装置阻力之和，一般取150200Pa,Pa;hv风流流到大气的出口动压损失一般取20Pa,Pa。则有：Hf=hf+hn+h6+hv=51.250+150+150+20=371.25pa7.1.3扇风机轴功率——扇N扇轴=1皿扇式中：N扇轴扇风机功率，KW;Q扇.H扇扇风机风量和风压，Pa;门扇•风机效率，一般取80%•则有N扇轴=1000^扇=38.5x371.25-(1000x0.8)=17.87KW7.1.4电动功率N=K_。扇•H扇_电动机1000qfF式中：K——电动机功率备用系数；KWQ扇.H扇扇风机风量和风压，Pa;门扇扇风机效率本次设计中，电动机与风机之间不设皮带，故门传=1；取门扇=0.8；门电=0.9;K=1.2。则计算电机功率有：N=K_。扇•H扇_=1.2x38.5x371.25-(1000x0.8x0.9x电动机1000qff1)=23.82KW扇电传7.2主扇风机的选择根据扇风机的需风量36.75m3/min,工作风压值371.25Pa及各项参数，根据节能、环保、低噪音的需求，经比照和遴选，K40-8-NQ16型风机基本满足矿井通风需求。K40-8-N16型风机的主要参数：风量：1056-2298m3/min，全压：109-504Pa，电机功率22Kw,电机型号：Y225M-8，总质量2976Kg，直径1.845m,长度1.086m,曲线图附后，工效利用率0.8左右。8.通风防尘管理规定及措施8.1关于防尘的介绍在生产过程中产生和形成的、能较长时间在空气中悬浮的固体微粒被称为生产性粉尘。悬浮于空气中的粉尘称为浮沉，已沉落的粉尘称为积沉，我们检测和防止的重点就是浮沉。矿井防尘的综合措施有：通风、湿式作业，密闭抽尘净化和个体防护等。一般矿井防尘的重点为采掘工作面、装卸矿点、坑内留破系统和保护矿井入风质量等。具体措施为：保护矿井入风质量、湿式作业和防尘供水量、风流净化、溜井防尘、地下破碎硐室的通风防尘。矿井通风防尘单单采取措施是不够的，还要在井下安装通风防尘监测仪表，随时检查是否符合要求。8.2防尘措施本矿除尘重点在溜井车场装卸矿点，此外采场中的出矿工作面除加强采场通风外，还应采取以喷雾、酒水为主的除尘工作。采场工作面未贯穿前都是独头巷道，风速为零，这些工作面的用风和排尘不能依靠风机解决，而应采取局部通风，目前局部通风仍采用局扇加风筒进行，通风防尘主要措施以风、水为主。其具体措施为:（1）湿式岩：在凿岩过程中，将压力水通过凿岩机送入并充满孔底，以湿润并排出所产生的矿尘，是凿岩工作普遍采用的有效防尘措施之一。目前应尽量利用矿山设备，保证湿式凿岩，在不扩大投资的情况下，改进和研究有效的湿式凿岩设备。（2）洒水：在矿岩的装载、运输和卸矿等过程中和地点以及其他产尘场所，在条件许可的情况下都应进行喷雾洒水降尘。在各个采场爆破后应采用喷雾洒水降尘。（3）净化：在必要的时候，应安设水式其他进化设备对空气进行净化。（4）个体防护：工人下井时要戴好防尘口罩。9.矿井通风成本计算计算矿井通风成本主要考虑以下费用：装置购置及安置费，通风设备折旧费、通风电力费，材料消耗费，以及员工工资。9.1通风设备购置及安置费装置购置及安置费又分为设备的购置费和设备的安置费，一般情况中，安置费取购置费的10%,本次设计中，通风设备主要考虑：主扇、电缆、电器设备、通风防尘仪表、通风构筑物费用、材料消耗费用共六项。主扇：型号K40-8-N016单价为10万运装费为1万合计11万。电缆：规格3x16单价52元/米数量100米合计5200元。电器设备：设备名称型号数量单价总成本C总设备费运装费合计配电柜K—12360072007207920电机启动QD—10/3242384684.6930.64器总计8850.6

通风防尘仪表:总计通风防尘仪表各费用汇总参照表序号名称型号单位数量单价（元）合计1叶片式微风机台13803802环式高风表Dem—6台13803803华托管Q8X250MM支11081084倾斜微压计y—61台15315315U型压差表bY台22404806天平台12342347电子风表台2380076008微型计算机yee8102台130000300009恒温压差表或pc1500台215030010胶皮管米1002.4240合计40253通风构筑物费用：通风构筑物包括风门、风墙等，本次设计费用合计2000元。材料消耗费用：材料消耗包括各种基础设施安装费用，交通设备运转费用，以及润滑油费用，合计4000元。

9.2通风设备折旧费实际计算通风设备折旧费时，常采用折旧率法。即把设备年折旧率看作由基本折旧率、大修折旧率、年维护折旧率组成。全部的折旧费用按总价的20%计算。折旧费汇总参照表序设备名称数量总价使用年折旧率费用号（元）限%（元）1主扇1台10万15202万3配电柜2台7200152014403电机启动2台8461520169.24器电缆1005200102010405米仪表10台4025310208050.6总计式中17379919.3通风电力费可电=（ZN、.«）.t.d:ZN主主扇的电功率，千瓦；30699.8t1主扇每天工作的小时数，小时；t主扇每年工作天数，天;d——每度电的价格，元据所收集狮凤山的资料：矿山为连续工作制，年工作日330天，每天3班，每班八小时，每度电0.5元。通风电力费汇总参照表设备型号数量电动每天每年工电动实际电费单电费机功工作作时间机效功率价（元）率（千时间（天）率（千（元）瓦）（小瓦）时）K40-8-N0161222433070%15.40.5609849.4通风管理人员工资费用因为本矿无专业的通风管理人员，通风工作都由负责安全工作的管理人员兼职，所以本矿通风管理人员的工资即位安全管理人员的工资。安全管理人员有4人，每人每月的工资按2000元计算，则有：2000x12x4=96000元9.5回采每吨矿石的通风费用设备材料通风设通风动通风管年产矿通风总费回采每消耗费用（元）170303.6备折旧费（元）30699.8力力费（元）60984理人员工资费用（元）96000石量（万吨）19.8用（万元）35.79874吨矿石费用（元）1.8110.全文总结作为全篇设计的一个总结，应反映设计主要脉络及结果。就本次的沂南金矿金场采掘车间通风系统设计来说，主要就一下几个方面来总结：通风系统描述、全矿风量分配、全矿风阻、通风设备的选择、通风费用的计算、通风效果的评估。10.1通风系统描述本说明书中在已经对通风系统作了一个初步的拟定：本次设计的沂南金矿金场采掘车间采用的是中央对角式通风方式，主扇的风机安装在通风井口，全矿采用的是抽出式通风方式。10.2全矿风量分配本次设计的矿山年产量19.8万吨，设计需风量35ms/s，进风口为主竖井，出风口为通风井。具体风量分配如下：-10m中段分配风量为3m3/s。-35m中段分配的风量为10m3/s。-60m中段分配风量为6m3/s。-90m中段分配风量为8m3/s。-210m中段分配风量为8m3/s。10.3全矿风阻矿井的通风摩擦风阻是衡量矿山通风难易的一个重要指标，同时也是计算矿井通风阻力的基础。通过对风流的分析，找出了通风容易时期和通风困难时期的通风路线，并以通风困难时期的通风路线为依据计算出矿井的通风阻力。10.4通风设备的选择在计算出全矿的通风困难时期的摩擦阻力之后，可以计算得出全矿的通风阻力，以此同时，为了保证本次通风设计的严谨性，我进行了沂南金矿金龙矿区自然风压的计算，这些数据的得出为进行通风设备的选择做出了有力的铺垫。设备型号的确定离不开相关参数的支持，本次设计要求选择的通风机，其要求的基本参数如下：通风机的型号为K40-8-NQ16风量：1056-2298m3/min,全压：109-504Pa，电机功率22Kw,电机型号：Y225M-8，总质量2976Kg，直径1.845m,长度1.086m,曲线图附后，工效利用率0.8左右。10.5通风费用计算通风作为矿山八大系统之一，它的费用支出会对全矿的经济效益造成一定的影响，所以，我们必须对通风的费用进行一个计算，避免费用太高，做到经济可行。总体而言，矿井通风的费用支出大体可以分为一下几个方面：设备折旧与维修费用、通风动力费用，通风材料消耗费用，如风门、风墙的费用、润滑油费用等，还有就是通风工作人员的工资费用，经过最终计算得出采每吨矿石的通风费用，本次设计的每吨矿石通风费用如下表：设备材料消通风设备通风动力力通风管理人年产矿通风总回采每吨耗费用（元）折旧费费（元）员工资费用石量（万费用（万矿石费用（元）（元）吨）元）（元）170303.630699.8609849600019.835.798741.8111.本次设计体会与收获我通过本次毕业设计，在不断领略专家风采的同时，也学到了很多专业的矿井通风知识。概括说来有两点：1、对矿井通风系统设计的轮廓掌握。矿井通风系统是矿山八大系统之一，其与安全生产关系紧密，作为一名采矿工程专业的学生，我深知通风系统的特殊性与重要性，这是我认为要做好矿井通风系统设计的一个重要理由。通过本次的毕业设计，让我对通风系统设计中各个步骤有所了解，对实际设计中的细节得到认识，