通风设计作业

呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 1 课程设计报告 论文 设计课题 矿井通风模拟设计 专业班级 2008 级采矿工程 学生姓名 XXX 指导教师 宋佰超 设计时间 2011 6 20 工程技术学院 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 2 呼伦贝尔学院工程技术学院呼伦贝尔学院工程技术学院 课程设计任务书 姓 名 专 业 班 级 指导教师 职 称 课程设计题目 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 成果验收形式 参考文献 时间 安排 指导教师 教研室主任 年 月 日 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 3 工程技术学院 课程设计课程设计成绩评定表 专业 班级 学号 姓名 课题名称 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 课程 小组 评定 评定成绩 课程负责人 年 月 日 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 4 目录目录 1 矿井概况 3 二 矿井通风设计的内容与要求 5 三 矿井风量计算 6 四 矿井通风总阻力计算 10 五 矿井通风设备的选择 11 六 概算矿井通风费用 13 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 5 前言前言 矿井通风设计的主要依据是 矿区气象资料 井田地质地形 煤层瓦斯风化带垂深 各 煤层瓦斯含量 瓦斯压力及梯度等 煤层自然发火倾向 发火周期 煤尘爆炸危险性及爆炸 指数 矿井设计生产能力及服务年限 矿井开拓方式及采区巷道布置 回采顺序 开采方法 矿井巷道断面图册 矿区电费等 矿井通风设计的主要内容包括 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 矿井通风设计满足以下要求 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 分流稳定 易于管理 具有抗灾能力 3 发生事故时 风流易于控制 人员易于撤出 4 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施 5 通风系统的基建投资省 运营费用低 综合经济效益好 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 6 1 1 矿井概况矿井概况 某矿井 井田走向长度 3 89km 倾斜长度 1 98m 单一煤层 煤层厚度 2 6m 煤层倾 角 8 15 对瓦斯涌量 10 4 采煤工作面绝对瓦斯涌出量 5 6 掘进工作面 min 3 m min 3 m 绝对瓦斯涌出量 1 8 煤层无自然发火和煤尘爆炸危险 min 3 m 矿井设计能力 60 万 服务年限 34 a 采用斜井单水平开拓方式 上山阶段划分为 a t 两个采区 服务年限 18 a 下山阶段划分为两个采区 服务年限 16 a 四个采区不知基本 相同 达到设计产量时 矿井开拓工程已完毕 生产采区有一个综采工作面生产 一个备用 综采工作面 两个综掘工作面 准备采区有一个综掘工作面 内阁掘金工作面都在用双巷交 替掘进 利用一台掘进通风机进行通风 需要独立通风的硐室有中央变电所 爆破材料库 容积 1080 采区配电室和轨道上山绞车房各一个 3 m 巷道规格表 表 1 井巷区段序号井巷名称支护形式断面形状断面积 m 2 计算长度计算长度 m m 1 2 进风斜井锚杆喷桨半圆拱形 12220 2 3 运输大巷料石砌碹半圆拱形 1280 3 4 运输大巷料石砌碹半圆拱形 12660 4 5 运输大巷料石砌碹半圆拱形 10120 5 6 采区车场锚杆喷桨半圆拱形 1080 6 7 轨道上山锚杆喷桨半圆拱形 9560 7 8 轨道上山锚杆喷桨半圆拱形 1080 8 9 轨道上山锚杆喷桨半圆拱形 10200 9 10 进风顺槽工字梁棚梯形 10880 10 11 综采面支撑掩护矩形 7180 11 13 回风顺槽工字梁棚梯形 9900 13 14 运输上山锚杆喷桨半圆拱形 10380 14 15 运输上山锚杆喷桨半圆拱形 1080 15 16 运输上山锚杆喷桨半圆拱形 10520 16 17 回风大巷料石砌碹半圆拱形 12120 17 18 回风大巷料石砌碹半圆拱形 12680 18 19 回风大巷料石砌碹半圆拱形 12180 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 7 19 20 回风斜井料石砌碹半圆拱形 12220 20 21 风硐混凝土碹半圆拱形 1030 注 工字梁棚截面高度 16cm 支柱间距 0 8m 井下同时工作的最多人数为 380 人 其中综采工作面最多人数为 30 人 综掘工作面最 多人数为 20 人 才没工作面最高气温为 18 矿井自然风压变化范围为 c Pa50 2 拟定矿井通风系统拟定矿井通风系统 2 1 矿井通风系统的要求 1 每一矿井必须有完整的独立通风系统 2 进风井口应按全年风向频率 必须布置在不受粉尘 煤尘 灰尘 有害气体和高 温气体侵入的地方 3 箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼做进风井 如果兼做进风井使用 必 须采取措施 满足安全的要求 4 多风机通风系统 在满足风量按需分配的前提下 各主要通风机的工作风压应接 近 当通风机之间的风压相差较大时 应减小共用风路的风压 使其不超过任何一个通风机 风压的 30 5 每一个生产水平和每一个采区 都必须布置回风巷 实行分区通风 6 井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流 回风风流必须直接引入矿井的总回风巷 或主要回风巷中 7 井下充电室必须用单独的新鲜风流通风 回风风流应引入回风巷 2 2 确定矿井通风系统 按进 回风井在井田位置的不同 通风系统可分为中央式 对角式 区域式及混合式 2 2 1 矿井通风系统的优缺点及适用条件 表 2 通风方式优点缺点适用条件 中 中 央 并 列 进 回风巷均布置 在中央工业广场内 地面建筑和供电集 中 建井期较短便 于贯通 初期投资 风流在井下流动的 路线为折返式 风 流线路长 阻力大 井底车场附近漏风 大 工业广场受主 适用于煤层倾角 大 埋藏深 井 田走向长度小于 4Km 瓦斯与自然 发火都不严重的 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 8 式少 出煤快 护井 媒柱较小 矿井反 风容易 便于管理 要通风机噪声的影 响和回风流的污染 矿井 央 式 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 风流的污染 风流在井下的流动 线路为折返式 风 流路线长 阻力较 大 适用于煤层倾角 小 埋藏浅 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 线路为直向式 风 流路线短 阻力小 内部漏风少 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 较多 初期投资大 投产较晚 煤层走向大于 4 km 井型较大 瓦斯与自然发火 严重的矿井 或 低瓦斯矿井 煤 层走向较长 产 量较大的矿井 对 角 式 分 区 对 角 式 每个采区有独立通 风路线 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 较大 无法开掘 总回风巷 区 既可改善通风条件 又能利用风机准备 采区 缩短建井工井田面积大 储 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 9 域 式 期 风流路线短 阻力小 漏风少 网路简单 风流易 于控制 便于主要 通风机的选择 通风设备多 管理 分散 量丰富或瓦斯含 量大的大型矿井 混 合 式 回风井数量较多 通风能力大 布置 较灵活 适应性强 通风设备较多 井田范围大 地 质和地面地形复 杂 或产量大 瓦斯涌出量大的 矿井 2 2 2 主要通风机的通风方式 主要通风机的通风方式有三种 抽出式 压入式 压抽混合式 1 抽出式 主要通风机安装在回风井口 在抽出式主要通风机的作用下 整个矿井通风系处 在低于当地大气压的负压状态 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 2 压入式 主要通风机安装在进风井口 在压入式主要通风机的作用下 整个矿井通风系处 在高于于当地大气压的正压状态 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漏出 当主要通风机因故停止运转时 井下风流的压力降低 采区压入式通风时 须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物 使通风管理困难 且漏风较大 3 压抽混合式 在入风井口设一风机做压入式工作 回风井口设一风机做抽出式工作 通风系统 的进风部分处于正压 回风部分处于负压 工作面大致处于中间 其正压或负压都不 大 采空区通连地表的漏风因而较小 其缺点是使用的通风机设备多 管理复杂 依据矿井瓦斯涌出量 矿井设计生产能力 煤层赋存条件 表土层厚度 井田面积 地 温 煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件 提出多个技术上可行的方案 矿井通风 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 10 系统应具有较强的抗灾能力 当井下一旦发生灾害性事故后 所确定的通风系统能将灾害控 制在最小范围 并能迅速恢复正常生产 通过比较后确定矿井通风系统为 通风机工作方式 采用抽出式 矿井通风方式为中央边界式通风 3 3 计算和分配矿井总风量计算和分配矿井总风量 2 1 矿井风量计算原则 矿井需风量 按下列要求分别计算 并采取其中最大值 1 按井下同时工作最多人数计算 每人每分钟供给风量不得少于 4 3 m 2 按采煤 掘进 硐室及其他实际需要风量的总和进行计算 2 2 矿井需风量的计算 1 采煤工作面需风量的计算 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算 取其最大值 1 按瓦斯涌出量计算 100 100 5 6 1 3 728 wi Q gwi Q gwi kmin 3 m 式中 第 i 个采煤工作面需要风量 wi Qmin 3 m 第 i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量 gwi Qmin 3 m 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 gwi k 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 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 1 2 1 6 炮采工作面取 1 4 2 0 水采工作面取 2 0 3 0 2 按工作面进风流温度计算 采煤工作面应有良好的气候条件 其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算 其气温与风速应符合表的要求 T 18 所以风速为 0 8 C 01 sm 采煤工作面空气温度与风速对应表 表 3 采煤工作面进风气温采煤工作面风速 15 0 3 0 5 15 180 5 0 8 18 200 8 1 0 20 231 0 1 5 23 261 5 1 8 采煤工作面的需要风量按计算 60 0 8 10 1 2 576 min 3 m 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 11 式中 第 i 个采煤工作面的风速 按其进风流温度从表中选 wi 取 0 8m s 第 i 个采煤工作面有效通风断面 取最大和最小控顶时 wi S 有效断面的平均值 10 2 m 第 i 个工作面的长度系数 可按表选取 1 2 wi k 采煤工作面长度风量系数表 表 4 采煤工作面长度 工作面长度风量系数 180 1 30 1 40 3 按使用炸药量计算 25 9 225 式中 25 没使用 1kg 炸药的供风量 min 3 m 第 i 个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量 kg wi A 4 按工作人员数量计算 Qwi 4 nwi 4 30 120 min 3 m 式中 4 每人每分钟应供给的最低风量 min 3 m 第 i 个采煤工作面同时工作的最多人数 个 wi n 5 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 60 0 25 10 150 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量 60 4 10 2400 采煤工作面有串联通风时 按其中一个最大需风量计算 备用工作面亦按上述要求 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 12 并满足瓦斯 二氧化碳 风流温度和风速等规定计算风量 且不得低于其回采时需风量的 50 所以取 728m3 min 2 3 掘进工作面需风量计算 1 按瓦斯涌出量计算 Qhi 100 Q ghi ghi k 式中 Qhi 工作面得需风量 min 3 m Q ghi 掘进工作面得绝对瓦斯涌出量 取 Qg 1 8 min 3 m ghi k 掘进工作面瓦斯涌出不均匀和备用系数 取 1 7 则 Qhi 100 1 8 1 7 360 min 3 m 2 按炸药量计算 Qhi 25 hi A 25 9 225 min 3 m 式中 25 使用 1 炸药得供风量 min 3 m hi A 掘进工作面一次爆破所用最大炸药量 3 按局部通风机吸风量计算 Qhi 200 1 2 240 i hfhfi kQ min 3 m 式中 掘进工作面通风机额定风量 局部风机型号为 hfi Q JBT 52 则 200 1 Q 防止局部通风机吸循环风得风量备用系数取 Kh 1 2 hfi k 各种局部通风机的额定风量 表 5 风机型号额定风量 m 3 min1 JBT 51 5 5KW 150 JBT 52 11KW 200 JBT 61 14KW 250 JBT 62 28KW 300 4 按工作人数计算 Qhi 4 nhi 4 20 80 人 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 13 式中 nhi 第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数 人 5 按风速进行验算 按最小风速验算各个巷道掘进工作面最小风量 60 0 15 10 90 m3 min hihi SQ 15 0 60 各个煤巷或半煤巷掘进工作面最小风量 60 0 25 10 150 m3 min dihi SQ 25 0 60 按最高风速验算各个巷道掘进工作面最小风量 60 4 10 2400 m3 min hihi SQ 460 取最大风量 Qhi 360 m3 min 时符合风速要求 2 4 硐室需风量计算 1 机电硐室 采区个硐室得风量可按经验值来确定 又结合本矿实际低瓦斯矿得实际情况确定为 采区 绞车房 60 变电室 60 爆破器材室 80 则硐室总需风量为硐 Q 200 q Q1 2 Q 3 Q 机电硐室发热系数 表 表 6 机电硐室名称发热系数 空气压缩机房 0 20 0 23 水泵 0 01 0 03 变电所 绞车房 0 02 0 04 按经验值取 70 m3 min 2 爆破材料库 Qri 4 V 60 4 1080 60 192 m3 式中 Qri 库房容积 m3 3 充电硐室 Qri 200 qrhi 200 0 6 120 式中 qrhi 第 i 个充电硐室在充电时产生的氢气量 m3 min 所以取 192 m3 min 2 5 其他用风巷道得需风量计算 1 按瓦斯涌出量计算 Qoi 133 Q gi Koi 式中 Qoi 其他用风巷道瓦斯涌出量 取 Q gi 8 取 Koi 1 25 则 Qoi 133 8 1 25 1330 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 14 2 按最低风速验算 Qoi 60 0 15 10 90 m3 min 所以取 1330 m3 min 2 6 矿井总风量计算 矿井的总进风量 应按采煤 掘进 硐室及其它地点实际需风量的总和计算 KQQQQQ 它硐掘采矿 728 360 192 1330 1 2 3132 m3 min 52 2m3 s 式中 Q采 采煤工作面 备用工作面需风量之和 m3 min Q掘 掘进工作面需风量之和 m3 min Q硐 独立通风硐室需风量之和 m3 min Q它 其它用风地点需风量之和 m3 min K 矿井通风系数 当采用压入式或中央并列式通风时 K 1 2 1 25 当采用中央分列式或混合式通风时 K 1 15 1 20 当采用对角式或区域式通风时 K 1 10 1 15 矿井年产量 T 0 9Mt 时 取小值 T 0 9 Mt 时 取大值 4 计算矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力 4 1 矿井通风总阻力计算原则 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 只计算头 15 25 年左右通风容 易和困难两个时期的通风阻力 2 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 2940 Pa 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 20 计算 4 2 矿井通风网络图 见附图 4 3 确定通风困难和容易时期及其最大阻力路线 4 3 1 通风困难和容易时期的确定 根据通风阻力设计原则可知设计矿井通风容易时期为前 18 年 通风困难时期为后 16 年 通风容易时期为使自然风压与通风机风压作用相同时 通风机有较高的效率 故从 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 15 通风系统阻力中减去自然风压 通风困难时期 为使自然风压与通风机风压作用反向 N H 时 通风机能力满足 故通风系统阻力中加上自然风压 N H 4 3 2 通风最大阻力路线的确定 根据通风网络图可知最大阻力路线有两条 第一条 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21 第二条 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 通过计算对比可知第二条路线通风阻力更大 所以选择第二条为最大通 风阻力路线 4 4 计算困难和容易时期的总阻力 沿着通风容易和困难时期的风流路线 依次计算各段摩擦阻力 然后分别累计得出容 fi h 易和困难时期的总摩擦阻力和 再乘以 1 1 后 得两个时期的矿井总阻及 fe h fd h me h md h 通风容易使时期总阻力 1 1 1 15 me h 1f h 通风困难使时期总阻力 1 1 1 15 md h 2f h 式中 hf按下式计算 hf n i fi h 1 式中 fi h 2 3 i i iii Q S ul 详细见下表 表 7 时 期 节点 序号 巷道 名称 支护形式 42 msN L m U m S 2 m Q m3 s 1 hfi pa 1 2 进风斜井锚杆喷桨 0 008024014 591443 519 3 2 6 运输大巷料石砌碹 0 004296013 511243 559 6 容 6 9 轨道上山锚杆喷桨 0 008020012 331018 16 5 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 16 9 10 进风顺槽工字梁棚 0 02188013 161012 135 6 10 11 综采面支撑掩护 0 03318011 01712 127 9 11 13 回风顺槽工字梁棚 0 02192013 161012 137 2 13 16 运输上山锚杆喷桨 0 008020012 331018 16 5 16 20 回风大巷料石砌碹 0 0042122013 511243 575 8 易 时 期 20 21 风 硐混凝土碹 0 00353012 33103 20 01 由表 7 计算得容易时期矿井总摩擦阻力 hf1为 4 268 1 fif hhpa 表 8 时 期 节点 序号 巷道 名称 支护形式 42 msN L m U m S 2 m Q m3 s 1 hfi pa 1 2 进风斜井锚杆喷桨 0 008024014 591443 519 3 2 6 运输大巷料石砌碹 0 004296013 511243 559 6 6 9 轨道上山锚杆喷桨 0 008084012 331018 127 1 9 10 进风顺槽工字梁棚 0 02188013 161012 135 6 10 11 综采面支撑掩护 0 03318011 01712 127 9 11 13 回风顺槽工字梁棚 0 02192013 161012 137 2 13 16 运输上山锚杆喷桨 0 008098012 331018 131 7 16 20 回风大巷料石砌碹 0 0042122013 511243 572 8 困 难 时 期 20 21 风 硐混凝土碹 0 00353012 33103 20 01 由表 8 计算得困难时期矿井总摩擦阻力 hf2为 2 314 2 fif hhpa 所以 通风容易时期与通风困难时期的矿井总阻力与为 me h md h 通风容易使时期总阻力 1 1 1 15 1 1 268 4 295 24 me h 1f hpa 通风困难使时期总阻力 1 1 1 15 1 1 314 2 345 62 md h 2f hpa 5 5 选择矿井通风设备选择矿井通风设备 5 1 矿井通风设备的要求 1 矿井必须设计两套同等能力的主要通风设备 其中一套备用 呼伦贝尔学院 工程技术学院 矿井通风设计 17 2 选择通风机应满足第一开采水平各个时期工况变化 并使设备长期高效率运行 当工况变化较大时 根据矿井分期时间及节能情况 应分期选择电动机 3 通风机能力应留有一定的余量 轴流式通风机在最大设计负压和风量时 轮叶运转 角度应比允许范围小 5o 离心式风机的选择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 150 米以上 或进 出风井井口标高相同 但井深 400 米 以上时 宜计算矿井的自然风压 5 2 主要通风机的选择 5 2 1 计算通风机风量 Q f 由于外部漏风 风机风量 Q f 大于矿井风量 Qm Q f k Qm 1 1 3132 3445 2 m3 min 式中 主要通风机得工作风量 f Q 矿井需风量 m Q K 漏风损失系数 风井不做提升用时取 1 1 箕斗井 兼做回风用时取 1 15 回风并兼做升降人员时取 1 2 K 漏风损失系数 取 K 1 1 5 2 2 计算通风机风压 根据下面公式求通风机风压 Nvddmtd HhhhH 轴流式通风机 提供的大多是静压曲线 容易时期 自硐 小 阻 小 静 hhhH 345 62 200 150 395 62 Pa 困难时期 自硐 大 阻 大 静 hhhH 345 62 200 50 595 62 Pa 矿井总阻力为 345 62pa 通风机附属装置的各部分阻力 取 hd 200 Pa 自然风压在困 难和容易时期分别为 50pa 和 150pa 离心式通风机 提供的大多是全压曲线 容