矿井通风模拟设计课程设计.doc

矿井通风课程设计课程设计报告（论文）设计课题： 矿井通风模拟设计 专业班级： 2010级采矿工程 学生姓名： 李 栋 指导教师： 孙志文 宋佰超 乔燕珍 设计时间： 2013.6.13-2013.6.16 工程技术学院呼伦贝尔学院工程技术学院 矿井通风模拟设计 课程设计任务书姓 名：李栋专 业：采矿工程班 级：10级采矿2班指导教师：宋佰超职 称：讲师课程设计题目：矿井通风模拟设计已知技术参数和设计要求：已知矿井自然条件；矿井生产条件；邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据或统计资料及风量计算方法；各种技术经济参数、性能的资料以及有关法规与政策规定。要求：（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件；（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；（4）有符合规定的井下环境及安全检测系统或检测措施；（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。所需仪器设备： 钢笔、本、笔记本电脑、计算器，参考书成果验收形式：课程设计报告（论文）参考文献： 1张国枢.矿井通风与安全.徐州：中国矿业大学出版社，2011 2宋宏伟，宋刚.井巷工程.北京：煤炭工业出版社，2007 3国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.北京：煤炭工业出版社，2011 4黄元平.矿井通风.徐州：中国矿业大学出版社，2002 5马宏福.矿井通风.徐州：中国矿业大学出版社，2009时间安排6月13做前言和第一章，6月14做第二章和第三章，6月15做第四章和第五章，6月16做第六章和第七章指导教师：宋佰超 教研室主任：孙志文 2013年 6 月 16 日工程技术学院 矿井通风模拟设计 课程设计成绩评定表 专业： 采矿工程 班级： 10级采矿2班 学号： 2010171217 姓名： 李栋 课题名称矿井通风模拟设计设计任务与要求任务：（1）确定矿井通风系统；（2）矿井风量计算和风量分配（3）矿井通风阻力计算（4）选择通风设备（5）概算矿井通风费用要求：（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件； （2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力； （3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出； （4）有符合规定的井下环境及安全检测系统或检测措施； （5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定评定成绩： 课程负责人： 2013年 6 月 16 日目 录1、矿井概况.12、通风设计条件.43、拟定矿井通风系统.54、矿井总风量计算与分配.65、矿井通风总阻力计算.96、选择矿井通风设备. 147、通风经济指标表.17前 言矿井通风模拟设计是学完矿井通风与安全课堂学习任务后，为增加感性认识，加深动手能力，紧密理论联系实际而进行的课程设计。是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几个方面能力，为毕业设计打下基础。1进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识，培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。2培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。3培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。依照老师精心设计的题目，按照大纲的要求进行，要求我们在规定的时间内独立完成计算，绘图及编写说明书等全部工作。设计中要求严格遵守和认真贯彻煤炭工业设计政策、煤矿安全煤矿安全规程、煤矿工业矿井设计规范以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平，但由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请老师指正。1、矿井概况 1.1煤层地质概况：单一煤层，倾角15- 18，相对瓦斯涌出量为8m3/t,煤尘有爆炸危险。 1.2矿井设计生产能力及服务年限：年产量为0.9Mt，矿井服务年限为46年。 1.3矿井开拓方式及采区划分：矿井采用立井单水平上下山分区式开拓。全矿井共划分12个采区，上山部分6个（见图1-1），下山部分6个。上山部分服务年限25年，下山部分服务年限21年。矿井开拓系统如图1-2所示。 图1-1 上山采区划分示意图 图1-2 矿井开拓系统图 1.4. 采煤方法 1.4.1.采煤工艺：走向长壁普通机械化采煤； 1.4.2.巷道布置：主、副井布置在井田的中央，通过主要石门与东西向的运输大巷相连通。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No.5、No.6上部边界中央(如图1-3)，形成两翼对角式通风系统。 1.5.通风方式 1.5.1. 矿井通风方式：抽出式通风。 1.5.2. 局部通风方式：压入式通风。图1-3 巷道布置示意图表1-1 井巷尺寸及支护方式区 段丼巷名称断面形状支护形式断面积长度 m备注1-2副井圆形混凝土碹直径D=5320双罐笼提升 设用梯子间2-3车场绕道半圆拱料石碹9.7503-4车场绕道半圆拱料石碹9.7704-5主石门半圆拱料石碹11.0805-6煤层运输 大巷半圆拱料石碹11.05676-7煤层运输 大巷半圆拱料石碹11.01357-8采区下部 车场半圆拱锚喷7.8858-9采区轨道 上山梯形工字钢6.35009-10采区轨道 上山梯形工字钢6.326910-11下区段 回风平巷梯形工字钢5.53011-12联络巷梯形木支护5.11012-13区段运输平巷梯形工字钢5.567513-14采煤工作面矩形单体柱 铰接梁采高2.2最大控顶距4.2最小控顶距3.213514-15区段回风平巷工字钢5.5675胶带输送机(落地)15-16绕道梯形木支护5.15016-17区段回风 平巷梯形工字钢5.53017-18运输上山半圆 梯形料石碹 工字钢7.3 6.31518-19运输上山半圆 梯形料石 工字钢7.3 6.31519-20矿井总 回风巷半圆拱料石碹7.8280020-21风井圆形料石碹D=4929-11运输上山梯形工字钢6.3119设用梯子间11-12运输上山梯形工字钢6.310落地胶带输送机12-25运输上山梯形工字钢6.3280落地胶带输送机5-6煤层运输 大巷半圆拱料石碹110702落地胶带输送机2、通风设计条件 2.1. 煤层条件：单一煤层，赋存稳定。 2.2. 井田尺寸：走向长度8400米。 2.3矿井设计生产能力及服务年限：年产量为0.9Mt，矿井服务年限为46年。 2.4. 矿井开拓方式及采区划分：矿井采用立井单水平上下山分区式开拓。全矿井共划分12个采区，上山部分6个（见图2-1），下山部分6个。上山部分服务年限25年，下山部分服务年限21年。矿井开拓系统如图2-2所示。 图2-1 上山采区划分示意图 图2-2 矿井开拓系统图 3、拟定矿井通风系统矿井开拓采用立井开拓方式，矿井通风采用两翼对角式通风方式。矿井主要进风井为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No.5、No.6上部边界中央，形成两翼对角式通风系统。 3.1采区工作面通风系统： 新鲜风流从地面经副井进入井下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区段运输顺槽上层采煤工作面清洗工作面后(污风)区段回风平巷回风石门主要回风巷道回风井排入大气。 3.2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山区段运输顺槽上层采煤工作面清洗工作面(污风)区段回风平巷回风石门主要回风巷道回风井排入大气。 3.3火药库通风系统： 新鲜风流从地面经副井进入井下井底车场主要运输石门火药库轨道上山回风石门主要回风巷道回风井排入大气。 3.4掘进工作面通风系统： 新鲜风流从地面经副井进入井下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(污风)流入轨道上山回风石门主要回风巷道回风井排入大气。4、矿井总风量计算与分配 4.1矿井需风量计算原则 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4 m3。 2)按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。 4.2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。 4.2.1按进下同时工作的最多人数计算 Q矿=4NK =41201.15 =552m3/min 式中Q矿矿井总需风量，m3/min N井下同时工作的最多人数，人； 4矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均等因素。采用压入式 和中央并列式通风时，可取1.20-1.25;采用对角式或区域式通风时， 可取1.10-1.15。上述备用系数在矿井产量T0.90Mt/a时取大值。 4.2.2按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算 1）采煤工作面需风量计算 采煤工作面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： 瓦斯绝对涌出量为：80.85=6.8 m3/min Qwi=100QgwiKgwi =1006.81.6 =1088 m3/min 式中 Qwi 采煤工作需要风量，m3/min； Qgwi采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min； Kgwi采煤工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数，生产矿井可根据 各个工作面正常生产条件时，至少进行五昼夜的观测，得出五个比 值，取其最大值。即该工作面炮采工作面可取1.4-2.0;水采工作面 可取2.0-3.0。 （2）按工作人员数量计算： Qwi=4nwi，m3/min =426 =104 m3/min 式中 4每人每分钟供给的最低风量，m3/min nwi采煤工作面同时工作的最多人数，人。 （3）按风速验算： 按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量： Qwi 600.25Swi，m3/min =600.258.14 =122.1m3/min 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量： Qwi 604Swi，m3/min =6048.14 =1953.6 m3/min 根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。 Qwi=1088 m3/min 122.1 m3/min Qwi1953.6 m3/min 所以，Qwi=1088 m3/min符合上述要求。 2）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）按瓦斯涌出量计算： Qhi 100QghiKghi =1000.422 =84 m3/min 式中 Qhi 掘进工作需要风量，m3/min； Qghi掘进工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min； Kghi掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数，一般取1.5-2.0。 （2）按工作人员数量计算： Qhi=4nhi，m3/min =426 =104 m3/min （3）按风速进行验算： 岩巷掘进工作面的风量应满足： 600.15ShiQhi604Shi 由上式得43.2 m3/minQhi1152 m3/min 煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足： 600.25Shi Qhi 604Shi =72 m3/min Qhi 1152 m3/min 根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。 Qhi=104 m3/min 72 m3/min Qhi1152 m3/min 所以，Qhi=104 m3/min符合上述要求。 3）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）井下爆破材料库 按经验值计算，中小型矿井一般80-100m3/min，大型矿井一般100-150m3/min。 故取Qri =100 m3/min （2）充电硐室 通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。 （3）机电硐室 采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为60-80m3/min。表4-1 机电硐室发热系数表机电硐室名称发热系数（）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.20-0.230.01-0.030.02-0.04 根据上面硐室的风量，应取其最大值。 Qri=100 m3/min 4）其它巷道需风量计算 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3%-5%估算。 Qoi = 0.05(Qwi + Qhi + Qri) m3/min = 0.05(1088+104+100) = 64.6 m3/min 5）矿井总风量计算 =(10883+1044+100+64.6) 1.1 =4229.6 m3/min 通过计算所得；矿井总风量为4229.6 m3/min。4.3矿进总风量的分配 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、风速等满足煤矿安全煤矿安全规程的各项要求。 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、硐室数目等分配到各采区，再按一定比例分配到其它用风地点，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，使其符合煤矿安全规程对风速的要求。5、矿井通风总阻力计算 5.1矿井通风总阻力的计算原则1）如果矿井服务年限不长（10-20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（30-50年），只计算前15-25年通风容易和困难两个时期的通风阻力。2）通风容易和通风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。 5.2矿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（入不敷出风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的磨擦阻力； 将各段井巷的磨擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力的系数即为两个时期的井巷通风总阻力。即 两个时期的摩擦阻力可按表5-1和表5-2进行计算。 1）计算矿井通风容易时期的通风总阻力 2）矿井通风困难时期通风总阻力 第 19 页 共 19 页表5-1 矿井通风容易时期井巷磨擦阻力计算表区段井巷名称断面形状支护形式/(Ns2/m4)L/mU/mS/m2S3/m6R/(Ns2/m8)Q/(m3/s)h摩/Pav/(m/s)Q2/(m6/s2)1-2副井圆形混凝 土碹0.04532015.719.6384.160.03701493.649002-3车场 绕道半圆拱料石碹0.00455012.1469.794.090.00370157.349003-4车场 绕道半圆拱料石碹0.00457012.1469.794.090.00470217.349004-5主石门半圆拱料石碹0.00428012.935111210.00370166.449005-6煤层运输大巷半圆拱料石碹0.004256712.935111210.02336303.212966-7煤层运输大巷半圆拱料石碹0.004213512.935111210.123573.112257-8采区下部车场半圆拱锚喷0.00728510.8927.860.840.01435174.512258-9采区轨道上山梯形工字钢0.028550010.4426.339.690.595357185.512259-10采区轨道上山梯形工字钢0.028526910.4426.339.690.3217972.828910-11下区段回风平巷梯形工字钢0.0285309.7565.530.250.0517453.228911-12联络巷梯形木支护0.0158109.3955.126.010.0111222.8412-13区段运输平巷梯形工字钢0.02856759.7565.530.251.128121522.12310413-14采煤工作面矩形单体住铰接梁0.0513511.88.1466.260.14812201.440014-15区段回风平巷工字钢0.02856759.7565.530.251.128121522.12310415-16绕道梯形木支护0.0185509.3955.126.010.0561282.16416-17区段回风平巷梯形工字钢0.0285309.7565.530.250.0517153.222517-18运输 上山半圆料石碹0.00421510.5377.339.690.0023624.9418-19运输 上山半圆料石碹0.00421510.5377.339.690.0023624.9420-21风井圆形料石碹0.0429212.5612.56157.750.02436312.8961表5-2 矿井通风困难时期井巷磨擦阻力计算表区段井巷名称断面形状支护形式/(Ns2/m4)L/mU/mS/m2S3/m6R/(Ns2/m8)Q/(m3/s)h摩/Pav/(m/s)Q2/(m6/s2)1-2副井圆形混凝土碹0.04532015.719.6384.160.03701493.649002-3车场 绕道半圆拱料石碹0.00455012.1469.794.090.00370157.349003-4车场 绕道半圆拱料石碹0.00457012.1469.794.090.00470217.349004-5主石门半圆拱料石碹0.00428012.935111210.00370166.449005-6煤层运输大巷半圆拱料石碹0.004256712.935111210.02336303.212966-7煤层运输大巷半圆拱料石碹0.004213512.935111210.123573.112257-8采区下部车场半圆拱锚喷0.00728510.8927.860.840.01435174.512258-9采区轨道上山梯形工字钢0.028550010.4426.339.690.595357185.512259-10采区轨道上山梯形工字钢0.028526910.4426.339.690.3217972.828910-11下区段回风平巷梯形工字钢0.0285309.7565.530.250.0517453.228911-12联络巷梯形木支护0.0158109.3955.126.010.0111222.8412-13区段运输平巷梯形工字钢0.02856759.7565.530.251.128121522.12310413-14采煤工作面矩形单体住铰接梁0.0513511.88.1466.260.14812201.440014-15区段回风平巷工字钢0.02856759.7565.530.251.128121522.12310415-16绕道梯形木支护0.0185509.3955.126.010.0561282.16416-17区段回风平巷梯形工字钢0.0285309.7565.530.250.0517153.222517-18运输 上山半圆料石碹0.00421510.5377.339.690.0023624.9418-19运输 上山半圆料石碹0.00421510.5377.339.690.0023624.9419-20矿井总回风巷半圆拱料石碹0.042280010.9827.860.840.27363454.611902520-21风井圆形料石碹0.0429212.5612.56157.750.02436312.89616、选择矿井通风设备 6.1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，应根据矿井分期时间及节牟情况，分期选择电动机动。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，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小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、出井井口的高差在150m以上，或进、出风井口标高相同，但井深400米以上时，宜计算矿井的自然风压。 6.2主要通风机的选择1）计算通风机的风量Qf m3/min =77.54 m3/s 式中 Qf主要通风机工作风量，m3/min； Qghi矿井需风量，m3/min； Kghi漏风损失系数，风井不做提升时取1.1；2）计算通风机的风压H 根据地五节计算得通风机的风压 Hmin=1723.85Pa Hmax=