生产矿井通风系统设计书

第 页 共 18 页 - 0 - 生产矿井通风系统设计书 第 1 章 矿井生产及通风 安全概 况 1 井 煤层煤质及生产概 况 井煤层煤质 概况 井井型及开拓方式 1 2 矿井通风 安全概 况 井通风系统 基本 状况 斯、煤尘与自然发火情况 第 2 章 矿井通风 方式与风机工作方式选择 2 井 通风 方式 的 选择 依据和原则 产 矿井通风 系统 设计的 基本 任务 作为 生产 矿井设计的一个 主要 组成部分，其基本任务是：紧密结合矿井开拓、开采和运输等基本情况，来拟定技术可行、安全可靠 、经济合理的矿井通风系统方案；计算不同时期的矿井总风量及系统总阻力；选择矿井通风设备。设计时还应遵循当时的矿井设计技术政策、规定和规程，并顺应当时的发展趋势。 第 页 共 18 页 - 1 - 井通风方式的 选择依据、原则 1）矿井通风方式选择的主要影响因素 矿井总开拓布置；煤层赋存状况；煤层瓦斯含量；煤层自燃倾向性；小窑塌陷漏风情况；地形条件等。 2）矿井通风方式选择的选择依据 矿井生产的技术条件及矿井通风基础资料：如矿井瓦斯等级；各煤层瓦斯含量及涌出量；煤尘爆炸性；煤层自然发火倾向性等； 矿井设计生产能力和有效服务年 限； 矿井开拓方式、初期采区布置；采掘工作面数量； 矿井各水平标高和服务年限； 采煤年进度计划图；各水平、各采区产量分配及接替情况； 井巷断面积和支护方式； 邻近生产矿井有关经验数据或统计资料。 3）矿井通风方式选择的选择原则 每一个矿井必须有 完整独立的矿井通风系统；杜绝矿井间的串联通风； 箕斗提升井或装有皮带运输机的井筒不应兼做进风井； 每一个生产水平和每一采区都必须布置单独的回风道，实现分区独立通风； 所选择的通风路线对井下工作人员应具有最大的安全性，即：一旦矿井发生事故时，有利于风流控制，便于人员撤退；井下每一水平到上一水平和每个采区，都必须至少布置两个便于行人的安全出口，并同通到地面的安全出口相连接； 尽可能使每个采区的设计能力相均衡、阻力相近；避免过多的风量调节；尽量减少通风构筑物设施的数量；尽量避免对角风路；防止风流漏风或风流 反向； 井下的爆破材料库必须有单独的通风系统； 多风机抽出式通风时，为确保风机联合远行时的稳定性，总进风道的断面不宜过小（必要时进行风巷允许风速的验算）；应尽量降低公共风路段的阻力。 2 井主要通风机工作方式选择 井 主要 通风 机工作 方式 及其优缺点分析 （ 1） 矿井 主要 通风 机工作 方式 第 页 共 18 页 - 2 - 主要有抽出式、压入式、压抽混合式等三种方式。 （ 2）抽出式通风的应用条件及优 缺 点 分析 优点： 井下风流处于负压状态：当主要通风积因故停止运转时，井巷风流升高，阻止采空区瓦斯向工作面涌出，有利于安全生产； 适应于走向长、开采面积大的矿井； 瓦斯均匀涌出，通风管理简单；尤其为高瓦斯矿的首选； 与压入式通风方式相比，不存在在矿井向下水平过度时通风系统和风量变化的困难。 （ 3） 压入 式通风的应用条件及优 缺 点 分析 （ 4） 压 抽 混合 式通风的应用条件及优 缺 点 分析 井 主要通风机型号及其工作方式 区通风系统 选择确定（选） 采区通风系统是矿井通风系统的重要组成部分，主要取决于采区内的巷道布置方式和采煤方法；同时应满足对高瓦斯区、工作面隅角区、巷尾、硐室及其特殊地点的特殊供风要求。 选择确定 的原则：有利于保证采区内风流流动的稳定性；尽可能避免对角风路；最大限度的减少采区内部的漏风量；有利于采空区瓦斯的合理排放；有利于防治采空区浮煤及煤巷煤柱的自热自燃；新风在预热程度及被污染程度达到最低。 作面通风系统的选择确定 （选） 第 页 共 18 页 - 3 - 第 3 章 矿井通风系统风量计算 3 井风量计算原则和规定 煤矿安全规程 中的 规定 矿井需风量应按下列要求分别计算并取其中的最大值： （ 1） 按井下同时工作的最多人数进行计算：每人每分钟供风量不得少于 4 （ 2） 生产矿井的需风量应按采 煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总合进行计算：即各地点的实际需风量应使风流中的瓦斯、 速、温度等都必须符合规程的有关规定。 矿井风量的备用系数为 m i n/a ，）（ 其它，硐，掘，采，需 矿井风量计算后，还应当根据邻近矿井的实际配风量进行校核，必要时可进行适当的调整。 对采取抽放瓦斯措施的矿井，应按矿井抽放瓦斯后的煤层瓦斯涌出量计算矿井风量。 它 规定 3 井风量计算方法 循的原则 1） 高瓦斯矿井以冲淡瓦斯浓 度为计算基础； 2） 低瓦斯矿井则以创造良好的气候条件为依据，并利用分配法计算矿井总需风量： m i n/其它，硐，掘，采， 式中， 矿井内部漏风系数，采用压入式或中央并列式通风时，取 用混合式或中央分列式通风时，取 用对角式或分区式通风时，取 下各用风地点的风量计算 1）采煤工作面风量计算 第 页 共 18 页 - 4 - （ 1） 采煤工作面风质要求 在采掘面进风流中， 20%， 在采掘面回风流中， 1%， 井下空气中有害气体浓度不得超过下表 3 1 中的规定。 井巷空气中有害气体的允许浓度 表 3 1 名称 安全标准 体积浓度， % 质量浓度， mg/O 30？ 15 10 30 采掘工作面的风流温度 26 ； 井下有人工作地点和人行道空气中粉尘浓度应符合下表 3 2 中的规定。 井巷空气中粉尘的允许浓度 表 3 2 粉尘种类 最高允许浓度， mg/游离 10%的粉尘 2 含游离 10%的水泥粉尘 6 含游离 10%的粉尘 10 每一工作地点，每人每分钟的新风供应量不小于 4 （ 2） 回采工作面需风量计算 按工作面 m in/m,c 4 式中，4工作面绝对瓦斯或二氧化碳的涌出量， m3/ 工作面进、回风流中瓦斯（或二氧化碳）的最高允许浓度，分别为 和 1%（ ； 工作面中瓦斯（或二氧化碳）的涌出不均衡系数：机采面可取 采面可取 按工作面同时工作的最多人数进行计算 第 页 共 18 页 - 5 - m in/m,i,c 按工作面的允许风温进行计算 规程规定工作面风温与理想风流速度之间的对应关系见下表 3 3。 工作面风温与理想风速间的对应关系 表 3 3 工作面温度， 工作面允许风速， m/s 15 5 18 8 20 0 23 3 26 1.8 m in/m,i,c 按一次性放炮的最多炸药用量进行计算 m in/m,i,c 按工作面风速验算 应使得工作面的风速符合： s/ 备用工作面的风量计算： 一般按产量、条件都相同的同类型生产工作面需风量的一半计算； 或按保证工作面上不积聚 综上可得，采煤工作面的总风量为： m i n/m,Q,Qm a m a x,c 1 2）掘进工作面风质要求与风量计算 掘进巷 道应采用矿井全风压或局部通风机送风，禁止采用扩散通风。若新掘的掘进面巷道长度不超过 6 m，而工作面风流中的瓦斯浓度又不超过 ，可允许考虑采用扩散通风； 对于高瓦斯矿井中的掘进工作面，必须探索新的工作面风量计算经验表达式。例如： m in/m,j 44 按局扇抽出式的排除炮烟计算掘进面需风量： 第 页 共 18 页 - 6 - m in/m,5i,j 式中， A 起爆所需的最大炸药用量， S 掘进断面积， t 爆破后的有效通风时间，一般取 20 按掘进面中的有效风速进 行验算： 煤巷、半煤巷： s/ 岩巷： s/ 上述最小风速的确定依据是：不至于在巷道顶板上形成瓦斯的层状积聚；而最高风速的确定依据则是不至于形成二次扬尘。 3）独立通风硐室风量计算 （ 1） 煤矿安全规程中的有关规定 井下爆破材料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中； 在多水平生产的 矿井内，以及井下没有爆破材料库的矿井，可以设立井下发放爆破材料硐室。发放爆破材料硐室管理制 度同井下爆破材料库，必须单独通风； 井下充电硐室必须用单独的新鲜风流通风，回风流可以引入采空区回风道中。井下充电硐室内风流中以及电机车充电硐室、 井下机电硐室必须设在进风风流中； 机电硐室的的空气温度不得超过 30 ；否则应采取降温措施。 （ 2） 独立通风硐室需风量计算 井下火药库 可按每小时 4 次换气量计算： m in/m,r 井下蓄电池电机车库 蓄电池电机车库一般包括充电硐室、变流硐室和机车修理间等三部分。 其供风量应主要考虑将 充电硐室中产生的 下，并降低充电与变流硐室温度。通常取： m in/ 01 0 0Q 3d 第 页 共 18 页 - 7 - 井下绞车房供风量 m in/ 080Q 3j 井下主水泵房供风量 m in/ 01 8 0Q 3s 4）其他通风行人和维护巷道所需风量 确定 设计时，高瓦斯、小型、机械化程度低的矿井，可按矿井采煤面、掘进面和硐室三者总风量的 5% 10%进行计算： m i n/m,10%5(Q 3 低瓦斯矿井中，通常按经验或习惯取值进行计算，也可按实有地点的实际配风要求进行累计计算。 第 页 共 18 页 - 8 - 第 4 章 矿井通风总阻力计算 4 巷通风阻力计算 巷通风阻力 的 计算原则 如果矿井的服务年限小于 10 20 年，可选择在达到设计产量以后的通风容易和通风困难两个时期内的最大（长）通风路线进行计算，得到r ，则可使所选通风机满足于通风容易和困难时期的要求。 如果矿井的服务年限为 30 50 年，则可只选择在达到设计产量后的 15 25年内的通风容易和通风困 难两个时期最大（长）通风路线进行计算，得到r ，可使所选通风机满足于该时期内的通风容易和困难时期的要求。 绘制矿井在通风容易与通风困难两个时期内的通风系统示意图和网络图。 考虑外部漏风的影响，风机风量与风井总回风量的关系为： m in/m,Q) 3f 式中，风井没有提升任务时取 控制计算出的矿井总阻力不能超过 350 则，需要对某些局部巷道采取降低风阻的措施。 条件许可时，可以通过网络解算来计算矿井的总阻力。 井总阻力的计算方法 分别针对上述通风容易和通风困难的两条路线中的每一段巷道计算其摩擦阻力，必要时可列表计算。 矿井阻力为： Q)(h 3 2m i n,r 4 井通风系统的其它计算 巷风阻 1）井巷摩擦风阻的计算 井巷风阻是反映通风巷道几何特征的参数。当已知巷道的支护方式（ ）、断面第 页 共 18 页 - 9 - 积（ S）、周长（ U）、巷道长度（ L）等参数时，可以进行计算： )m/kg(m/ 823 或 2）利用阻力 定律计算矿井或区域总风阻 当已知总阻力 h 和总风量时，可以按阻力定律计算总风阻： )m/kg(m/822 或 3）降低井巷摩擦阻力的意义和措施 积极而有效的降低井巷或矿井的通风阻力，无论对安全（防治煤层自然发火和矿井瓦斯事故）和经济（减少通风年电耗和通风电费），都有重要意义。 摩擦阻力占矿井总阻力的 80%左右，是矿井通风阻力的主要组成部分，故降阻应以降低井巷摩擦阻力为重点。由井巷摩擦阻力的计算式 S 可知，可采取的措施有： 降低井巷的摩擦阻力系 数 ：尽量采用光滑、 值小的支护方式，如采用光爆锚喷与砌碹支护；要及时巷修，保持巷道断面不变形和支护良好； 选用周边长度 U 小的巷道断面形状，如圆形、拱形； 减小巷道的通风路线长度：及时封堵废旧巷道； 尽量扩大巷道的有效通风断面积 S。因5 . 2f ，通过扩大 S，则可大为降低 在扩面不许可的条件下，可以考虑开掘并联巷道的解决方案。 在通风设 计工作中，应当权衡主要巷道的使用年限、开掘费、维护费和通风电费等诸因素的影响后，优化选择主要通风巷道的经济断面，即总费用为最小的断面积 S。具体方法见相关章节。 在满足风量需求的情况下，尽量减少巷道的风量。因 2f ， Q 大，则阻力就大。从风网结构来看，要尽可能的使矿井的总进风早分开，并使矿井各区的回风晚汇合。 井等积孔 A 与矿井风阻 R 指标类似，矿井通风等积孔 A 也不是一个独立的指标。矿井通风等积孔 A 是 20 世纪 40 年代由前苏联学者提出来的，用它可以现象的表示矿 井通风第 页 共 18 页 - 10 - 难易程度，是反映矿井通风难易的理想的综合性指标： 1）对于单风井矿井，其通风等积孔 A： 2m, 2）对于多风机多风井的矿井，应按各风井风量加权确定矿井通风等积孔 A： 2 通常依据矿井风阻 ，把矿井按通风难易程度划分为三级，见表 4 1。利用等积孔的分级就可以初步判定生产矿井矿井通风的总体状况，判定矿井通风是否容易。 矿井通风难易程度划分方法 表 4 1 矿井通风难易程度 矿井风阻 R， 风等积孔 A， 易 2 中 等 2 困 难 1 3）建议使用的等积孔值 不同井型大小的矿井的等积孔值见表 4 2。 建议试用的矿井等积孔分类 表 4 2 矿井设计生产能力 （ a/t,104 ） 矿井等积孔（ 高瓦斯矿井 低瓦斯矿井 9、 15、 21、 30 5、 60、 90 20、 150、 180、 240 300 上表数据来自煤矿总工程师工作指南（中） 第 页 共 18 页 - 11 - 第 5 章 矿井通风设备选择 5 井通风设备选择要求 矿井主要通风机必须装置两套同等能力的通风机，其中一套运转，一套备用，备用通风机能力必须满足生产的需要且能在 10 通风机房两回直接由变（配）电所馈出的供电线路，线路上不应该分接任何负载； 通风设备的选择一般应满足第一水平各个时期阻力变化的要求，并适当照顾下一水平的通风需要。当阻力变化较大时，可考虑 分期选择电动机；但初装电动机的使用年限不宜少于 10年； 选用通风设备时，应留有一定余量：轴流式风机在最大设计风压和风量时，其动轮的叶片安装角一般至少比允许范围小 5 ；离心式风机的设计转速不应大于允许最大值的 90%； 风机在服务年限内，其在矿井最大和最小阻力时期的工况点均应在合理的工作范围以内来确定风机的稳定、经济运行转速； 一个井筒尽量安装单一通风机通风，尽量避免主要通风机的联合运行； 主要通风机要灵活可靠、合乎要求的反风装置和防爆门；要建造其规格、质量均合乎要求的风硐和扩散器； 风机 与 电动机机座 必须牢固，应设置在不受采动影响的稳定地层上。 5 井 主要 通风机选 型 1） 风机风量 Qf m in/m, 2） 通风机风压 取通风机装置阻力 Pa,h ，则在矿井通风容易于通风困难时期的通风机（静）风压分别为： Pa,nm in,rm in, Pa,nm a x,rm a x, 第 页 共 18 页 - 12 - 风机的选型计算 取通风机装置速压为 Pa,则 Pa,i n,i n,i n, Pa,a x,a x,a x, 根据上述计算得到的最小、最大工况点值（ h,Q ）和（ h,Q ），即可在拟选的通风机特性曲线上选择合适的通风机类型、转速或叶片角度。 风机的型号与转速确定 1）计算通风机的工作风阻 （ 1） 离心式通风机的工作风阻 7a x,a x,t m/ 7in,in,t m/ （ 2） 轴流式通风机的 工作风阻 7a x,a x,s m/ 7in,in,s m/ 2）求通风机的实际工况点 依据通风机的工作风阻，分别在两个初选好的通风机个特曲线坐标系中做出风组曲线，并由此曲线图可得到两个初选风机实际工况点 1M 和 2M 的坐标值可分别列在表 5 1中。其中，通风机的轴功率的计算式为： 000 a x,fm a x,fm a x,fm a x,f ； 000in,fm in,fm in,fm in,f 初选风机实际工况点 1M 和 2M 的坐标值 表 5 1 风机型号 实际风压 实际风量 效率 轴功率 备注 fhfhfQfQfffN4 73 1122 转速 : 3）通风机的型号与转速确定 最终选定风机时，可以电耗大小，风机类型的可调性，反风方式的灵活性，风机类型的新旧、效率、防爆性，购置与安装费等方面进行综合比较后，才能最终选定通风机的型号与转速。 4） 附：通风机选型曲线图。 第 页 共 18 页 - 13 - 5 动机的选择 动机选型参数的计算 根据矿井在通风容易和通风困难两个时期通 风机的输入功率 和，计算电动机的输出功率： a x,a x,d in,in,d 式中， 电动机容量备用系数，取 动机种类及台数的选择 1）电动机种类的选择 通常选择电动机时，应考虑通风机调节及其功率因数补偿的要求，当计算得到的电动机最大功率 m a x,d 时，最好选用同步电动机，其功率为 优点是，当电动机在低负荷状