《矿山通风与安全》设计说明书.doc

目录第一章祁南矿矿井概况2第二章 矿井通风系统5第三章 矿井风量计算与分配6一、矿井需风量计算原则6二、矿井需风量计算方法6三、矿井总风量的分配12第四章 矿井通风总阻力计算13一、 矿井通风总阻力计算的原则13二、 矿井通风总阻力计算的方法13三、 绘制矿井通风网络图17第五章 选择矿井通风设备17一、选择矿井通风设备的基本要求17二、主要通风机的选择18三、选择电动机21第一章 祁南矿矿井概况一、矿井位置、范围祁南煤矿位于安徽省宿州市埇桥区祁县镇境内。北距宿州市约23km，南距蚌埠市约70km。矿井北部以第10勘探线与淮北矿业集团桃园矿毗邻，东部以F22断层与皖北矿务局祁东煤矿分界，浅部止于二叠系山西组10煤层露头；深部以23煤层-800m水平地面投影为界，走向长约10.5km，宽约38.5km，矿井面积约58.1km2。二、交通条件本矿井交通极为方便，京沪铁路从本区东北通过，北距宿州站约23km，东距芦岭站12.5km；青芦支线从矿井北部通过，矿井铁路运输专用线在宋庄站与青芦铁路接轨；206国道宿（州）蚌（埠）段从矿井中部穿过，公路可直通徐州、阜阳、淮北、淮南、河南省永城等地。矿井内有淮河支流浍河通过，乘船可进入淮河和洪泽湖。三、地形、地貌特征及水文祁南煤矿处于淮北平原中部。区内地势平坦，地表自然标高+17.20+23.80m，一般在+22m左右。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。本矿区属淮河流域，在区内有淮河支流浍河和澥浍新河从矿区流过，通航民船，流量不稳定，随季节影响变化大，常年有水。浍河自西北向东南注入淮河和洪泽湖。历年最高洪水位+24.5m，对矿坑及矿区建设影响不大，矿井内农用灌沟纵横，村庄星罗棋布。地表下潜水较丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。四、气象本区气候温和，属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显，四季分明，冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。据宿州市气象局19801998年观测资料，平均气温14.6，最高气温40.3，最低气温-12.5。年平均降雨量756mm，雨量多集中在7、8月份。最大冻土深度0.17m，年平均风速2.2m/s，最大风速20m/s，主导风向为东东北风。无霜期210240天。冻结期一般在12月上旬至次年2月中旬。五、地震宿县矿区位于华北板块东南缘。东有郯庐大断裂，西有阜阳-麻城断裂，北有秦岭纬向构造带，南有五河-利辛断裂。据历史资料记载，安徽北部一带，自公元925年以来发生有感地震40余次，其中1960年以来本区发生较大的地震有7次（见表1301）。根据安徽省地震局1996年编制出版的安徽地震烈度区划图查得，本区属4-6级地震区，地震烈度为7度。六、瓦斯各 煤 层 甲 烷 特 征 表 煤层第 一 水 平第 二 水 平CH4成分（%）两 极 值平均(点)CH4含量（cm3/g）两 极 值平均(点)CH4成分（%）两 极 值平均(点)CH4含量（cm3/g）两 极 值平均(点)3282.3095.6987.36(6)0.404.492.82(5)81.1097.3291.70(7)3.188.306.51(7)6260.9196.1278.92(4)1.949.676.40(4)7165.1491.8483.72(6)1.997.694.77(6)80.4891.4385.39(4)2.6311.135.65(4)7248.1994.2879.221.869.395.80(8)73.8097.8891.24(11)1.6315.648.03(10)967.5089.7879.01(5)1.144.452.67(3)83.8995.7092.32(5)5.498.207.45(5)1065.2088.7277.18(3)3.033.123.08(2)71.7794.0782.73(8)1.388.283.92(8)从表中可以看出，各煤层瓦斯成份以CH4为主，多数在80%以上，最高达97.88%，由浅部到深部有逐渐增加趋势。次要成分为CO2和N气，由浅至深含量降低，但瓦斯分带情况不明显。根据煤基函字199850号文，确定本矿井为煤与瓦斯突出矿井。32煤的瓦斯涌出量情况从32采区施工的两条煤下山3201轨道巷和3201运输机巷的瓦斯涌出量来看，瓦斯涌出量一般在1.2m3/min左右，最大瓦斯涌出量3.5m3/min，两条煤下山经常因瓦斯超限而被迫停止施工。由1998年瓦斯等级鉴定资料知，321采面平均瓦斯涌出量为1.302.13m3/min，321超前回风巷和井风巷平均瓦斯涌出量分别为0.490.79m3/min和0.390.41m3/min。经1999年瓦斯等级鉴定结果，322工作面平均瓦斯涌出量为2.032.10m3/min，323机巷平均瓦斯涌出量为0.290.30m3/min。32煤层在采掘过程中，虽常有瓦斯超限现象发生，但未发生过煤与瓦斯突出的动力现象。32煤层的瓦斯赋存情况：第一水平瓦斯含量很低，0.44.49ml/g，平均含量2.82ml/g；第二水平瓦斯含量一般不超过8ml/g，在矿井东部的次级向、背斜附近瓦斯富集，含量10ml/g。CH4成分大都在80%以上，最高为97.32%。无明显分带性。七、煤尘爆炸性除天然焦外，各煤层挥发分产率30%，火焰长度大多50400mm，各煤层均有爆炸性危险。试验中一般需要通入5075%的岩粉方能抑制爆炸。八、煤层赋存条件评价32煤层赋存条件评价结构复杂，多数含13层泥岩或岩质泥岩夹矸，厚度0.664.54m，平均2.38m，全区可采，为较稳定煤层。第二章 矿井通风系统矿井通风系统是矿井进、回风井在井田的布置方式，主要通风机及其工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。规程规定：矿井必须有完整的独立通风系统，必须按实际风量核定矿产量。1、矿井采用竖井主要石门开拓，在底板开围岩平巷即水平运输大巷。根据矿井开拓开采设计，采用中央对角式通风。矿井主要进风井为主井和副井，位于井田中央附近。矿井主要通风机采用抽出式通风。全矿井有两个采区同时生产，共有4个采煤工作面，1个备用工作面。为准备采煤有3条煤巷掘进，采用3台局部通风机通风，不与采煤工作面串联，采用放炮落煤的掘进方式。井下火药库实行独立回风。 2、主要工作面及火药库通风系统（1）、采区工作面通风系统：新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门和轨道石门、主要运输大巷和轨道大巷、采区下部车场、轨道上山、区段运输平巷、采煤工作面。清洗工作面后，污风经区段回风平巷、回风上山、主要回风巷道、回风石门、回风井排入大气。（2）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、主要轨道石门、火药库、回风石门、主要回风巷道回风井排入大气。 （3）、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、主要轨道石门、主要轨道大巷、采区下部车场、轨道上山、经局部通风机至掘进工作面。清洗工作面后，污风流入回风上山、主要回风巷道、回风石门、回风井排入大气。 3、矿井通风系统示意图见图纸第三章 矿井风量计算与分配 一、矿井需风量计算原则 矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，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，再考虑一定备用风量系数后，计算出矿井总风量。(1) 按该用风地点同时工作的做多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m。(2) 按该用风地点风流中瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合规程的有关规定分别计算，取其最大值。二、矿井需风量计算方法1、 按井下同时工作的最多人数计算 Q=4NK =43801.10 =1672m/min =27.87m/s式中 Q矿井总需风量，m/s N 井下同时工作的最多人数，人 4 每人每分钟供风标准。m/min K 矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均匀等因素。采用压入式和中央并列式通风时。可取1.201.25；采用中央分列式或混合式通风时，可取1.151.20；采用对角式或区域式通风时，可取1.101.15。上述备用系数在矿井产量T0.9Mt/a时取小值；T0.90Mt/a时取大值。综合上述K取1.10 。2、按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算、采煤工作面需风量的计算(1)、按瓦斯涌出量计算： Q=100QK =1003.51.4 =490m/min =8.17m/s式中 Q采煤工作面需风量，m/s； Q采煤工作面瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量，3.5m/min； K采煤工作面因瓦斯（二氧化碳）涌出量不均匀的备用系数，即工作面绝对涌出量的最大值与平均值之比。通常，机采工作面可取1.21.6；炮采工作面可取1.42.0；水采工作面可取2.03.0。综合上述K取1.4。(2)、按工作面进风流温度计算采煤工作面进风流气温t=20对应采煤工作面风速为1.0m/s。采煤工作面的需风量按下式计算： Q=60VSK =601.062 =720m/min =12m/s式中 V采煤工作面适宜风速，为1.0m/s； S采煤工作面平均有效断面积，m，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算,为6m； K采煤工作面长度风量系数，由采煤工作面长度决定。采煤工作面长度为200米，所以工作面长度风量系数为2.0；(3)、按工作面同时工作的最多人数计算 Q=4n =438 =152m/min =2.53m/s式中 4每人每分钟应供给的最低风量，m/min n采煤工作面同时工作的最多人数；(4)、按风速验算：按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量： Q600.25S 90m/min 1.5m/s按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量： Q604S 6046 1440m/min 24m/s综合上述采煤工作面的需风量取12m/s。备用工作面需风量取3.74m/s。采煤工作面、备用工作面需风量之和为=4123.74=51.74m/s、掘进工作面需风量计算煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（1）、按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算： Q=100QK =1001.21.9 =228m/min =3.8m/s式中 Q掘进工作面实际需风量，m/min Q掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m/min K掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.52.0；炮掘工作面取1.82.0。因为这些工作面为炮掘，所以取1.9。（2）、按掘进工作面同时工作最多人数计算： Q=4n =415 =60m/min =1m/s式中 n掘进工作面同时工作的最多人数，人（3）、按炸药使用量计算： Q=25A =252.4 =60m/min =1m/s式中 25使用1kg炸药的供风量，m/min A掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg（4）、按局部通风机吸风量计算： Q=QIK =15011.3 =195 m/min =3.25 m/s式中 Q掘井工作面局部通风机额定风量，m/min。（本矿井局部通风机为BKJ66-11No3.6其额定风量为150 m/min，功率为2.5kW） I掘进工作面同时运转的局部通风机台数，台； K防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.21.3.本矿取1.3。（5）、按风速进行验算：因为这些掘进工作面是按煤巷掘进，所以应满足： 600.25SQ604S 144Q2304m/min 2.4Q38.4m/s综合上述掘进工作面需风量取3.8m/s。掘进工作面需风量之和为=3.83=11.4m/s。、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。（1）、井下爆炸材料库通常大型火药库的供风量为100150m/min,中小型为60100m/min。该矿井为大型火药库取150m/min即2.5m/s。（2）、机电硐室 采区绞车房可按经验值90120 m/min给定，本矿井取120m/min，采区变电所取90m/min。机电硐事需风量Q=120+90m/min=210m/min即3.5m/s.、矿井总风量计算：矿井总进风量应按采煤、掘进、独立通风硐室及其他地点实际需风量的总和计算。 Q=（+）K =(51.74+11.4+2.5+3.5)1.15 =79.51m/s式中 采煤工作面、备用工作面需风量之和 掘进工作面需风量之和 独立通风硐室需风量之和 K矿井通风系数。K=1.101.15，取K=1.15。三、矿井总风量的分配1、分配原则 矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足规程的各项要求。2、分配的方法 首先按照采区布置图，对各采煤、掘进工作面、独立回风硐室按其需风量配给风量，余下的风量按采区产量、采掘工作面数目、洞室数目等分配到各采区，再按一定比例分配到其他用风地点，用以维护巷道和保证行人安全。风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合规程对风速的要求。(1)、 其具体方法如下： Q=Q- =79.51-11.4-6 =62.11m/s井下有4个采煤工作面，1个备用工作面，备用工作面的需风量为采煤工作面的一半，所以Q=Q/4.5=13.8m/s。（2）、其风量具体分配见通风系统图。第四章 矿井通风总阻力计算一、 矿井通风总阻力计算的原则（1）、如果矿井服务年限不长(1020年)，选择达到设计产量后通风容易和困难两个时期分别计算其通风阻力；若矿井服务年限较长（3050年），只计算前1525年通风容易和困难两个时期的通风阻力。为此，必须先绘出两个时期的通风网络图。（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，不能直接确定的应选几条可能最大的路线进行计算比较。（3）、矿井通风总阻力不应超过2940Pa 。（4）、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。二、矿井通风总阻力的计算方法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）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：（1）、容易时期的最大风阻风路：副井主要轨道石门轨道大巷轨道上山联络巷工作面运输平巷采煤工作面工作面回风平巷回风上山主要回风道回风石门回风井（2）、计算方法：沿矿井通风容易时期通风阻力最大的风路（入风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的摩擦阻力： h=Q,Pa 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.S井巷净断面积，S2a值可以从表中查得，或选用相似矿井的实测数据。将各段井巷的摩擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力系数即为矿井通风容易时期的井巷通风总阻力。即h=(1.11.15),Pa其计算表格如下： 其计算表格如下： 矿井通风容易时期井巷摩擦阻力计算表序号巷道名称支护形式a/Ns2/m4L/mU/mS/m2S3/m6Q/m3/sQ2/m6/s2h摩/Pa1副井两个罐笼，有梯子间，风井直径D=6.5m0.04565020.4133.236594.420040000652.5512运输大 巷（23）段拱形，锚喷支护0.003545022.51858321101210073.5253运输大 巷（34）段拱形，锚喷支护0.003555022.518583280640047.5314运输大 巷（45）段拱形，锚喷支护0.003550022.518583260360024.3065轨道上 山直墙半圆拱形，锚喷支护0.01479017.4818.966815.77603600102.1146工作面运输平巷梯形工字钢架棚，锚杆支护0.012140013.110.41124.861214428.1747工作面回风平巷梯形工字钢架棚，锚杆支护0.01576140013.110.41124.861214437.0028回风石门拱形U型棚0.01412017121728806400105.7789回风大巷拱形，U型棚0.003555014.5814274490810082.84910回风井砌碹支护，风井直径D=5.5m0.0078445017.2723.713312.115022500102.981总阻力1256.811 矿井通风困难时期的总风量和总阻力设计已给定为：Q=180 m/s， H=1890 Pa.等等积孔：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等积孔计算时期风量m3/s风压Pa等积孔m2容易时期79.511256.8112.66困难时期18018904.86根据计算，本矿井在容易和困难时期，其通风难易程度都在中等以上。 三、矿井通风网络图（见附图）第五章 选择矿井通风设备一、选择矿井通风设备的基本要求(1)、矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。（2）、选择的通风设备应能满足第一个开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期间及节能情况，分期选择电动机。（3）、通风机能力应留有一定的余量。轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角应逼允许范围小5；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90%。（4）、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。二、主要通风机的选择1、计算通风机的风量Q 考虑到外部漏风（即井口防爆门及主要通风机附近的反风门等处的漏风），主要通风机风量可用下式计算：QfKQ式中：Qf主扇工作风量；m3/S Q矿井所需风量m3/S K漏风系数。风井无提升任务时取1.1；箕斗井兼作回风井时取1.15；回风井兼作升降人员时取1.2.该矿井回风井无提升任务所以取为1.1。 容易时期： Qf1.10Q1.1079.51 87.461m3/s 困难时期： Qf1.10Q1.10180198m3/s 2、计算通风机的风压H(或H) 因为轴流式通风机提供的大多是静压曲线，本矿选用轴流式通风机，所以只计算H。通风机的静压和自然风压都来克服矿井通风总阻力和风硐阻力。 HH=h+h 风硐阻力一般不超过100Pa200Pa,本矿井取150Pa。 因为本矿井开采深度在400m以下，所以要考虑自然风压，阻力最大时H取50 Pa，阻力最小时H取150 Pa。 取通风机装置各部分阻力h=200 Pa.因此对于抽出式通风矿井：轴流式通风机：容易时期 H=h+h- H+h =125