矿井通风设计

1、第一章矿井概况某矿地处平原、地面标高+150m，井田走向长度5km，倾斜方向长度3.3km。井田上界以标高165m为界，下界以标高1020m为界，两边以断层为界，井田内煤层赋存稳定，井田可采储量约1.08亿吨。根据开采条件，煤炭供求状况及“规程”规定，确定此矿为年产150万吨的大型矿井，服务年限为72年。井田内有两个开采煤层，为K1、K2，在井田范围内，煤层赋存稳定，煤层倾角15，各煤层厚度，间距及顶底板岩性参见综合柱状图。矿井相对瓦斯涌出量为6.6m 3/t，煤层有自然发火的危险，发火期为1618个月，煤尘有爆炸性，爆炸指数为36%。根据开拓开采设计确定。采用立井多水平上下山开拓，第一水平标

2、高380m，倾斜长为m，服务年限为27年，因走向较短，两翼各布置一个采区。每个采区上山部分和下山部分各分为五个区段回采。每采区各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，工作面长度150m，区段平巷及区段煤柱15m，综采工作面产量为在K1煤层时为1620吨/日，在K2煤层时为1935吨/日，日进6刀，截深0.6m，高档普采工作面产量为在K1煤层时为1080吨/日，在K2煤层时为1290吨/日，日进4刀，截深0.6m，东翼还另布置一个备用的高档普采工作面，综采工作面装备的部分机电设备 如表12所示，采区巷道采用集中联合布置。表1-1 综合柱状图柱状厚度（米）岩性描述240.00表土，无流砂8.60

3、砂质页岩8.40泥质细砂岩，沙质泥岩互层，稳定0.20沙质泥岩，松软2.40k2煤层，块状r1.254.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬7.80灰色砂质泥岩4.80泥岩细砂岩互层4.60薄层泥质细砂岩，稳定0.20泥岩，松软2.80k2煤层煤质中硬r1.288.20灰白色砂岩坚硬抗压强度600900公斤/cm224.86灰色中、细砂岩层互层采区轨道上山均布置在K2煤层的底板稳定细砂石中，区段回风平巷与运输上山，区段运输平巷与轨道上山采用石门连接，为了保证生产正常接替，前期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头，后期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头。东西两翼各

4、有一个绞车房、变电所、火药库，亦需独立通风。井为箕斗井提煤用，井为罐笼井升降人员、材料、矸石，也作为进风井用，并设有梯子间。部分巷道名称、长度、支护形式，断面几何特征参数列入表11大巷掘进3000元/米，立井掘进8000米/元，中央式风井附属设施40万元/井，中央式主要通风机20万元/套，对角式风井附属设施20万元/井，对角式主要通风机15万元/套。表12编号井巷名称支护形式断面（m2）周长（m）1副井井筒混凝土35.821.902井底车场及主石门锚喷14.210.43井底运输大巷锚喷12.813.64采区下部车场锚喷12.813.65轨道上山锚喷10.112.06运输机上山锚喷9.611.8

5、7综采区段进风平巷U型支架9.612.98综采区段回风平巷U型支架9.612.99液压支架工作面7.8011.9510高档普采工作面区段进风平巷钢轨支架9.612.911高档普采面区段回风平巷钢轨支架9.612.912高档普采面液压支柱9.411.013高档普采备用进风平巷钢轨支架9.612.014区段平石门锚喷10.2812.415采区回风石门锚喷10.0812.416风井混凝土12.813.617总回风平巷锚喷9.6211.7018风峒混凝土井内的气象参数按表14所列的平均值选取，除综采工作面采用4-6制工作制外，其他均采用3-8制工作。井下同时作业的最多人数为700人，综采工作面同时作业

6、最多人数40人，高档普采工作面同时作业最多人数60人。 表13 综采工作面部分机电设备一览表序号地点机械设备名称容量（千瓦）1工作面MLS3170双滚筒采煤机1702工作面SGW250型溜子12523下顺槽S2Q75型转载机754下顺槽SD160运输机1505工作面KBY62矿用支架防爆重光灯0.06210 表14空气平均密度一览表季节 地点进风井筒（kg/m3）出风井筒（kg/m3）冬1.241.20夏1.201.24第二章矿井通风系统第一节矿井通风方式根据前述矿井的地质概况，开拓方式及开采方法，提出本矿井前25年左右的矿井通风系统方案为：中央边界式、两翼对角式和分区对角式。表21为三者的优

7、缺点及适用条件。经过上表的粗略的技术比较，考虑到本矿井为两个采区，故两翼对角式和分区对角式差别不大的原因，因此将分区对角式排除在外。在剩下的方案一：中央边界式；方案二：分区对角式中做经济比较。见表21表21 井巷通风费用比较方案项目方案I方案II工程项目工程量（m）单 价（元/m）费 用（万元）工程量（m）单 价（元/m）费 用（万元）回风大巷25003000750-回风井315800025231528000504合计1002504相对百分数199%100%从表22中可以看出中央边界式风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力较大不适合现在的高产高效矿井。根据表21的经济比较，方案二投资成

8、本较低，再加上本矿井煤层有自然发火危险，发火期限比较长，煤尘有爆炸性等因素，为了使每个采区互不影响，所以综上述考虑采用两翼对角式更为合理。表22通风方式图示适用条件及优缺点中央边界式通风阻力较小，内部漏风较小。工业广场不受主要通风机噪声的影响及回风风流的污染风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力较大适用于煤层倾角较小、埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井两翼对角式风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小。内部漏风少中。安全出口多，抗灾能力强。便于风量调节，矿井风压比较稳定。工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害井筒安全煤柱压煤多，初期投资大，投产较晚煤层走向

9、大于4km，井型较大，瓦斯与发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井分区式每个采区有独立通风线，互不影响，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，建井工期短，初期投资少，出煤快占用设备多，管理分散，矿井反风困难煤层埋藏浅，或因地表高低起伏大，无法开掘总回风巷第二节 采区通风方式确定采区的通风方式并作技术比较采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采、掘工作面。为此采区通风系统就满足以下要求：一个采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区和冒落区。本矿井各采区都设置两条上山即运输机上山及轨道上

10、山。为此采区通风方式有两种方案。方案一、轨道上山进风，运输机上山回风方案二、运输机上山进风，轨道上山回风轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，轨道上山的绞车房易于通风；变电所设在两上山之间，其回风口设置调节风窗，利用两上山间的风压差通风。输送机上山进风，由于风流方向与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，煤炭在运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件；输送机上山设备所散发的热量，使进风流温度升高。此外，须在轨道上山的下部车场内安设风门。为此，根据本矿井采区条件，综合考虑采用轨道上山进风，运输机上山回风比较合理，通风管理相对较容易。第三节

11、 采煤工作面通风方式确定采煤工作面的通风方式并作技术比较工作面的回采顺序有前进式和后退式，前进式与后退式相比，回采时不用提前掘出回采巷道，可以边采边掘，但是回采巷道的上、下顺槽的维护费用多。并且新鲜风流首先通过采空区，漏风严重，且风流会带着采空区涌出的瓦斯进入工作面，容易使瓦斯超限。煤层本身具有自然发火危险，前进式通风使自然发火更加容易，增加通风管理难度，故考虑采用后退式回采顺序。由于本矿井的准备巷道是二条上山，故只能采用U型通风，再加上本矿井的煤层倾角15，属于中等，并且本矿井相对瓦斯涌出量为6.6m 3/t，属于中等偏上，由于瓦斯比空气轻，为了减少在上隅角产生瓦斯积聚，因此采用上行通风方式

12、。按照设计规范的有关要求，采用上行通风。这样瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相同，在正常风速情况下。瓦斯不容易局部积聚和分层流动。工作面发生火灾时所产生的活风压与工作面的通风压力作用方向一致，瓦斯浓度不会增加，因此着火地点发生瓦斯爆炸的可能性小。其缺点是上行风流将煤炭运输过程中所逸散的瓦斯和煤尘带入工作面，增大了瓦斯和煤尘的浓度，也易引起煤尘飞扬第四节主要通风机工作方法确定主要通风机的工作方法并做技术比较主要通风机的工作方式有抽出式、压入式和压抽混合式通风方式分为抽出式、压入式和混合式。详细比较见表23。采区通风必须满足煤矿安全规程的规定。每一个生产水平和每一个采区，都必须布置回风道，实行分区

13、通风。回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。对于煤层倾角大的回采工作面应采用上行通风。采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区和冒落区。表23通风方式图示适用条件及优缺点抽出式是当前常用的通风方式，适应性强，有利于瓦斯管理，适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。井下风流处于负压状态，漏风量小，管理简单。当有塌陷区或于别的采区沟通时，会把有害气体带到井下，使矿井有效风量减少压入式低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形复杂，高差起伏，无法在高山上设置通风机。总回风巷无法连同或维护困难的条件下。与抽出的优缺点相反，进风路线漏风大。管理困难，风阻大，风量调节困难。井下风流处于正压状态，通风机停止

14、运转时，采空区瓦斯会涌向工作面。混合式可产生较大的通风阻力，适应大阻力矿井，但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用。但是个别用于老井延深或改建的低瓦斯矿井。因为只考虑服务年限的头25年故混合式不于考虑。抽出式：主要通风机安设在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。压入式：主要通风机安设在入风井口，在压入式通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外停止漏出。当主要通风机运转时，井下风流的压力降低。采用

15、压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理难度加大，且漏风严重。所以，通过比较，选择抽出式通风，通风管理较容易，安全可靠性好。第五节 矿井风量计算计算各用风地点的供风量和矿井总用风量1 采煤工作面需风量的计算采煤工作面的风量应按下列因素分别计算，取其最大值1） 按瓦斯涌出量计算Qwi100Qgwikgwi 公式 21式中Qwi第i个采煤工作面需要风量，m3/min。Qgwi第i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min。 kgwi第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行

16、5昼夜的观测，得出5个比值，取其最大值。通常机采工作面取kgwi1.21.6；设计中取1.2。炮采工作面取kgwi1.42.0；水采工作面取kgwi2.03.0。Qgwi 日产量6.6/（2460）综采：K1煤层：Qwi100Qgwikgwi 891 m3/min K2煤层：Qwi100Qgwikgwi 1044 m3/min高档普采：K1煤层：Qwi100Qgwikgwi 594 m3/minK2煤层：Qwi100Qgwikgw i 1005.91.2708 m3/min备用高档普采工作面需风量按正常生产的工作面需风量的50%计算，59450%297 m3/min。2）按工作面进风温度计算：

17、Qwi60VwiSwiKwi 公式22由于本矿井地处平原，故采煤工作面进风流气温为20，工作面长150米，长度系数选取1.1。Vwi第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度选取1.0m/s。Swi 第i个采煤工作面有效断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值m2。kwi 第i个工作面的长度系数，选取1.1。高档普采需风量K1煤层Qwi60VwiSwiKwi 601.09.41.1 620 m3/minK2煤层Qwi60VwiSwiKwi601.09.41.1647 m3/min综采需风量K1煤层Qwi60VwiSwiKwi601.07.81.1515 m3/minK2煤层Qwi60VwiSwiK

18、wi601.07.81.1515 m3/min3)工作人员数量计算： Qwi4nwi 公式23 工作面31人，交接班时人数最多，按62人计算。式中： 4每人每分钟应供给的最低风量，m3/min。 nwi第i个工作面同时工作的最多人数，个。 综采：Qwi4nwi440160 m3/min 普采：Qwi4nwi460240 m3/min4）按风速进行验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：Qwi600.25Swi 公式24按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：Qwi604Swi 公式25按最低风速验算最小风量：K1高档普采600.258.4126 m3/minK2高档普采600.259.81

19、47 m3/min按最高风速验算最大风量：K1高档普采6048.42016 m3/minK2高档普采6049.82352 m3/min按最低风速验算最小风量：K1综采600.257.785118m3/minK2综采600.259.375141m3/min按最高风速验算最大风量：K1综采6047.8751890 m3/minK2综采6049.3752250 m3/min根据风速验算各个工作面的风量都符合要求。2 掘进工作面需风量计算：按瓦斯涌出量计算： Qhi100Qghikghi 公式26式中Qh 第i个掘进工作面的需风量，m3/min。Qghi第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min。

20、kghi 第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数，一般可取1.52.0。综合机械掘进头按日进30米考虑，其K1煤层、K2煤层的容重分别为1.25、1.28.取其平均数为1.265。 Qghi6.6309.61.265/（2460）1.67 m3/minQhi100Qghikghi1001.671.6267.2 m3/min根据经验考虑漏风取值10 m3/min。两个采区各两个工作面共4个，故267.241068.8 m3/min。按风速进行验算：Qwi6049.62304 根据风速验算各个工作面的风量都符合要求。掘进通风的基本要求（1）掘进巷道应采用矿井全压通风或局部通风机通风，不

21、得采用扩散通风。瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯突出矿井中，煤层的掘进工作面应安设瓦斯自动检测报警断电设备。（2）局部通风机和启动装置必须安装在进风巷中，距回风口不得小于。局部通风机或湿式除尘器的吸入风量必须小于供给该处的风量，以免产生循环风。（3）岩巷的掘进通风方式可以采用压入式，也可以采用混合式。煤巷、半煤巷的掘进通风方式都采用压入式，如果采用混合式必须满足以下要求： 无论岩巷、煤巷、半煤巷的掘进，采用混合式局部通风时，应制定专门的通风措施，并列如掘进作业规程。在瓦斯喷出区域或煤（岩）与瓦斯突出的煤（岩）层中，掘进通风不许用混合式。 掘进巷道采用混合式通风，必须采用局部通风机，不得采用风幛通风。3

22、硐室需风量的计算采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量：Qri6080 m3/min。故采区变电所取值为80 m3/min，绞车房取经验值为80 m3/min。4矿井总风量矿井有二个采区，又各有二个工作面生产。矿井总用风量为：容易时期 Q总=83.4m3/s困难时期 Q总=86.9m3/s5.通过主风机装置的实际风量在风机房的防爆门，风硐和主风机附近，存在着外部漏风，通过主风机的实际Qf大于矿井所需要的总风量，对于抽出式通风的矿井Qf=K漏Q总 公式27 式中 K漏-矿井外部漏风系数，抽出式通风，出风井无提升任务时取1.05容易时期 Qf=1.0583.4=85.9m3/s困难时期 Qf=

23、1.0586.9=91.2 m3/s第六节 绘制通风系统图确定矿井通风容易时期和困难时期的开采位置，分别绘制两个时期的通风系统立体图和网络图。 矿井通风容易时期，上山采区东西两翼的第一个区段各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，共计四个工作面，东翼布置一个备用高档普采工作面.东西两翼各布置两个独立通风的煤层平巷掘进头，各有一个绞车房和一个采区变电所。 矿井通风困难时期，下山采区东西两翼的第四个区段K2煤层各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，共计四个工作面，东翼布置一个备用高档普采工作面.东西两翼各布置两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头，各有一个绞车房和一个采区变电所.通

24、风立体图和网络图见下页。第七节 矿井通风阻力计算计算两个时期的矿井最大通风阻力与等积孔，并评价矿井通风难易程度。1、 矿井通风总阻力的计算原则矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。矿井井巷的局部阻力，新建矿井（包括扩建矿井独立通风的扩建区）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。(3)当风量按照各用风地点的需要或自然分配后，选择达到设计产量时通风最容易时和最困难时通风阻力最大的风路，然后分别计算这两条风路中各段井巷通风阻力，分别累加后即得到矿井通风最容易和最困难两个时期的最大通风阻力。2、 矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力是指风流由进风井口止，沿一条通路（风流路线）

25、各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。对于有两台或多台主要通风机工作的矿井，矿井通风阻力应该按每台主要通风机所服务的系统分别计算。通风路线的确定：最容易时期的最大风阻风路：东翼：副井运输大巷轨道上山区段进风石门综采进风平巷综采工作面综采回风平巷回风石门风井对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：13529313335414345西翼：副井运输大巷轨道上山区段进风石门综采进风平巷综采工作面综采回风平巷回风石门风井对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：13422242628343638当一水平开采到下山第四个区段时为矿井通风困难时期，最困难时期的

26、最大风阻风路：东翼：副井运输大巷轨道下山区段进风石门综采进风平巷综采工作面综采回风平巷运输上下山风井对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：13513151719254345西翼：副井运输大巷轨道下山区段进风石门综采进风平巷综采工作面综采回风平巷运输上下山风井对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：134101214162236383 计算方法沿两个时期东、西两翼的通风阻力最大路线，分别用下式算出各段巷道的摩擦阻力。HfLUQ2/S3，Pa 公式21式中：Hf巷道摩擦阻力，Pa.巷道摩擦阻力系数，Ns2/m4L井巷长度，m.Q通过井巷的风量，m3/sU井巷净断面周长，m

27、.S井巷净断面积，S2井巷净断面积及周长由表11求得：其计算表见下页表图： 表24 等积孔矿井通风难易程度分级矿井通风难易程度矿井总风阻 Rm/Ns2m-s等积孔A/m2容易0.3552中等0.3551.42012困难1.4201根据计算，本矿井两翼在容易和困难时期，其通风难易程度都在中等以上。第八节 通风机选型分别选择矿井主要通风机并确定两个时期的工况点，选择配套电机，概算通风费用，提出对通风设备的安全技术要求。1 矿井的自然风压矿井进、回风井的空气柱的的容重差（容重差又主要由温度差造成）以及高差和其它自然因素所形成的压力差称为自然风压.它对矿井主扇的工况点会产生一定的影响，因此设计中应考虑

28、自然风压对主扇的影响。其计算公式为：HnZg(12) 公式29式中：Hn自然风压，PaZ矿井最高点至最低水平间的距离，m.g重力加速度，m/s21、2分别代表井巷中进风井、回风井中的空气密度，kg/m3冬季：HnZg(12)5309.8（1.241.20）207.76Pa夏季：HnZg(12)5309.8（1.201.24）206.76Pa2 计算通风机风压通风机全压Htd和矿井自然风压Hn共同作用下克服矿井通风系统的总阻力hm、通风机附属装置的阻力hd及扩散器出口的动能损失hvd。当自然风压与通风机风压作用相同时取“”；自然风压与通风机负压作用相反时时取“”.根据提供的通风机性能曲线，由式求

29、出通风机风压。轴流式通风机：容易时期东 Hsd minhmhdHN 670.59-207.76399.83Pa西 Hsd minhmhdHN672.45207.76464.69Pa困难时期东 Hsd minhmhdHN859.89207.761067.65Pa西 Hsd minhmhdHN749.84211.68961.52Pa3、 计算通风机的总风量考虑矿井漏风，矿井所需风量乘以一定系数即可得矿井实际总风量。Qf1.10Q 公式210式中：Qf主扇工作风量；m3/min Q矿井所需风量m3/min 1.10漏风系数；容易时期：东翼Qf1.10Q48.7 m3/min西翼Qf1.10Q43.1

30、 m3/min困难时期：东翼Qf1.10Q52.3m3/min西翼Qf1.10Q43.1 m3/min.4 通风机的实际工况点因为根据Qf、Hsd min(或Htd min)和Qf、Hsd max(或Htd max)确定的工况点，即设计的工况点不一定恰好地所选择的通风机特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。1） 计算通风机的工作风阻因为选择抽出方式所以用静压特性曲线：Rsd minHsd min/Q2fRsd maxHsd max/Q2f容易时期：东Rsd minHsd min/Q2f399.83/48.720.168 Ns2/m4西Rsd minHsd min/Q2f764

31、.69/43.120.412 Ns2/m4困难时期：东Rsd maxHsd max/Q2f1067.65/52.320.39 Ns2/m4西Rsd maxHsd max/Q2f961.52/43.120.518 Ns2/m42)确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线图中做通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。风机工况点特性曲线见图、参数见表2526：表25 参数地点时期风机转速叶片安风量(m3/s)风压(Pa)输入效率型号r/min装角理论实际理论实际功率(kw)(%)西翼困难2K56.246003543.164961.521678.9049.384容易2K56246003059.2262464.69800.6725.3579表26 参数地点时期风机转速叶片安风量(m3/s)风压(Pa)输入效率型号r/min装角理论实际理论实际功率(kw)(%)东翼困难2K562460042.552.3901067.651907.7867.2783