矿井通风与安全课程设计1

1、矿井通风与安全课程设计1矿井通风与安全课程设计姓名：专业：安全工程班级：学号：目录1 矿井通风系统的确定 21.1 概述 21.2 矿井通风系统 32 矿井风量计算及确定 122.1 采煤工作面需风量的计算 122.2 矿井风量的分配 163 矿井通风阻力计算 173.1 绘制通风系统图 173.2 矿井通风总阻力计算 184 通风机选型 204.1 自然风压 214.2 选择主要通风机 214.3 选择电动机 235 概算矿井通风费用及评价 246 矿井灾害防治措施 26参考文献 28111 矿井通风系统的确定1.1 概述某煤矿井田范围走向长7.42km,倾斜宽0.661.47km,井田面积

2、约8.53 km2。位于背斜南翼， 为一般平缓的单斜构造， 地层产状走向近东西向， 倾向南， 倾角 10-25。 ，一般为16。 左右。矿井生产能力为90 万 t/a。矿井采用中央竖井，煤层分组采区上山布置的开拓方式，单翼对角式通风。矿井通风难易时期的系统示意图见后。井田设三个井筒：主井、副井、风井。地面标高+200m全矿井划分为两个水平，第一水平标高150m,第二水平标高350ml回风水平标高+45+50m第一水平东西运输大巷布置在煤层的底板岩石中，距煤层30m,通过水平大巷开拓煤层的全部上山采区。矿井采用走向长壁开采方式。该矿是高瓦斯矿井，瓦斯涌出量较大，为安全起见，用“品”字形布置三条上

3、山。采用综合机械化放顶煤采煤。采煤工作面的平均断面积8.1 m2,回采工作面温度一般在21°，回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出量为5.65m3/min ， 三四班交接时人数最多66人；掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量 3.75m3/min ,掘进工 作面同时工作的最多人数18人，一次爆破炸药用量4.3kg。1.2 矿井通风系统1.2.1 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1-1通风方 式图示适用条件及优缺点通风阻力较小， 内部漏风较小。工业 广场不受主要通风机 噪声的影响及

4、回风风 流的污染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

5、，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， 无法开掘总回风巷经过上表的粗略的技术比较，考虑到本矿井为高瓦斯矿井，瓦斯涌出量较大, 和粗略的经济比较，所以综上述考虑采用单翼对角式比较合理。1.2.2 采区通风方式1、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。本矿井各采区设置三条上山即运输机上山、回风上山及轨道上山。由于本矿井是高瓦斯矿井，瓦斯

6、涌出量较大，为了安全起见，用“品”字形布置 三条上山。即轨道上山、运输机上山进风，回风上山回风。2、米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。考虑到本矿井是高瓦斯矿井，瓦斯涌出量较大，前进式通风更容 易引起瓦斯超限，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三条上山，故采用 U型通风，再加上本矿井的煤层倾 角16°

7、,属于中等，并且本矿井瓦斯绝对涌出量为 5.65m3/min ,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。1.2.3 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。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12通风方 式图示适用条件及优缺占 八、抽出式是当

8、前常用的风方式，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

9、别用于老井延 深或改建的低瓦 斯矿井。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，通过比较并且考虑到该矿井为高瓦斯矿井，选择抽出式通风，通风管理 较容易，

10、安全可靠性好。112矿井风量计算及确定2.1 采煤工作面需风量的计算1、采煤工作面的风量应按下列因素分别计算，取其最大值i按瓦斯涌出量计算(规程2010第一百三十六条)Qwi100Qgwi Kgwi(2-1)其中：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个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值和平均值的比值。生产矿井可以根据各工作面正常生 产条件时，至少进行5昼夜的观测，得出5个值，取其最大值。通常机采工作面取 Kgwi =1.21.6;炮采工作面取Kgwi =1.42.0;水采工

11、作面取Kgwi=2.03.0。综合考虑Kgwi取1.3_ _一 一_ 3_Qwi 100 5.65 1.6 904m /minii按工作面进风流温度计算回采工作面应有良好的气候条件，其气温和风速的关系应符合下表的要求。表2-1回采工作面的空气 温度()回采工作面的风 速(m/s)<150.3 -0.515180.5 -0.818200.8 -1.020231.0 -1.530Qwi 60 VwiSwiKwi其中(2-2)23261.51.8Vwi第i个采煤工作面的平均风速，按其进风流温度从上表选，m/s；Swi第i个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效 断面平均值，m2;Kwi

12、第i个采煤工作面的长度系数，从下表中选择。表2-2采煤工作面的长度/m采煤工作面的长度 风量系数Kwi<500.850800.9801201.01201501.11501801.2>1801.31.4Qwi 60 Vwi Swi Kwi 60 1.2 8.1 1.2699.84m3/miniii按使用炸药量计算Qwi 25A wi(2-3)其中：25每使用1kg 炸药的供风量，m3/min；Awi 第 i 个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量， kg 。Qwi25A wi 25 4.3 107.5m3/miniv按工作人员人数计算Qwi4Nwi(2-4)其中： 4 每人每分钟应供给

13、的最低风量，m3/min；N wi 第 i 个采煤工作面同时工作的最多人数，个。Qwi4N wi 4 66 264m3/minv按风速进行验算(规程2010第一百零一条)按最低风速验算采煤工作面的最小风量：Qwi 60 0.25 Swi 60 0.25 8.1121.5m3/min按最高风速验算采煤工作面的最大风量：Qwi 60 4 Swi 60 4 8.1 1944m3/min根据风速验算工作面的风量符合要求。用以上四种方法对采区每个独立通风的回采工作面进行计算，选择最值作为回采工作面所需风量即904m3/mi n。 备用工作面亦按上述要求， 并满足瓦斯、 二氧化碳、风流温度和风速等规定计算

14、需风量，且不得低于其回采时需风量的 50% 。把这些风量和采区内独立通风的备用工作面所需风量累加起来，就是采区内回采工作面和备用工作面所需的总风量。即(904+904/2) =1356m3/min2、掘进工作面需风量计算：i按瓦斯涌出量计算Qhi100Qghi Kghi(2-5)其中：Qhi 第i 个掘进工作面需要风量，m3/minQghi 第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min ;K ghi 第 i 个掘进工作面瓦斯涌出不均匀和风量备用系数，一般取1.52.0。Qhi 100Qghi Kghi 100 3.75 1.6600m3/minii按炸药量计算Qhi 25A hi(2-6)其中

15、：25每使用1kg 炸药的供风量，m3/min；A hi 第 i 个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量， kg 。3Qhi 25A hi 25 4.3 107.5m /miniii按工作人员数量计算Qhi 4N hi(2-7)其中： 4 每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；N hi 第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数。Qhi 4Nhi 4 18 72m3/miniv按风速进行验算按最低风速验算各个岩巷掘进工作面的最小风量：Qhi 60 0.15 Shi60 0.15 9 108m3/min按最高风速验算各掘进工作面的最小风量：3Qhi 60 4 Shi60 4 9 2160m3/mi

16、n式中 Shi 第 i 个掘进巷道工作面巷道的净断面积， m2。根据风速验算掘进工作面的风量符合要求。用以上几种方法对掘进工作面进行计算，选择最大值作为掘进工作面所需风量即 675m3/mi n3、硐室所需风量的计算采区各硐室的风量可按经验值来确定，即采区变电所、绞车房供风量均不低于60m3/min ，其他硐室的供风量不低于30m3/min 。又结合本矿为高瓦斯矿的实际情况确定为：采区绞车房、变电所及火药库供风量为 80 m3/min ，其他硐室的供风量为45m3/min 。4 、矿井总风量的计算矿井的总风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算：Qm=(EQwt + E Qh

17、t + E Qrt +E Qot) Kwz(2-8)式中：EQwt采煤工作面和备用工作所需风量之和，m3/min。EQht掘进工作面所需风量之和，m3/min。EQrt 碉室所需风量之和，m3/min。EQot 其他用风地点所需风量之和，为以上工作面所需风量的 总和的3 m3/min 。Kwz采区风量备用系数，包括采区漏风和配风不均匀等因素， 该值应从实测和统计中求得，一般取1.151.25EQwt =904+904/2=1356m3/minZZQht =600m3/minEQrt =80X3=240m3/minEQot =(1356+600+240) x 3%=65.88m3/minQ 容易

18、=(1356+600+240+65.88) X 1.2=2714m3/min2.2 矿井风量的分配2.2.1 风量的分配的原则和方法根据实际需要由里往外细致配风，即先定井下各个工作地点所需的有效风量，逆风流方向加上各风路上允许的漏风量，确定各风路上的风量和矿井的总进风量，再加上抽出式主扇井口和附属装置的允许漏风量。如不考虑因体积膨胀的风量，即得出通过主要通风机的总风量。所配给的风量必须符合规程中相关规定：关于氧气、沼气、二氧化碳和其他有毒有害气体安全浓度的规定；关于最高风速和最低风速的规定；关于采掘工作面和机电硐室最高温度的规定；关于冷空气预热 i 的规定，以及关于空气中粉尘安全浓度的规定等。

19、2.2.2 矿井风量分配表矿井风量分配表见下表为矿井通风容易时期和通风困难时期风量分配表，见附图表 2-33 矿井通风阻力计算3.1 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，上山采区西两翼的第一个区段布置一个综采工作面。东翼布置两个独立通风的煤层平巷掘进头，有一个绞车房、一个采区变电所及炸药库。矿井通风困难时期，上山采区东翼的区段布置一个综采工作面，西翼布置一个备用工作面.东翼布置两个独立通风的煤层平巷掘进头，有一个绞车房、一个采区变电所及炸药库。通风立体图见附图表3-1 表 3-2 ，通风网络图见附图表3-3 。3.

20、2 矿井通风总阻力计算3.2.1 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容易时和最困难时通风阻力大的风路，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。通风路线的确定：容易时期的最大风阻风路：副井主石门大巷南五运输上山南五运输上山-20151运输巷采煤工作面-20151运输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小为：123456-7891

21、01112困难时期的最大风阻风路：副井主石门大巷南一运输上山南一运输上山南一运输上山-21011运输平巷-综采工作面-21011回风平巷-总回风巷-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小为：123456-789101112133.2.2 计算方法沿两个时期的通风阻力路线，分别用下式算出各段巷道的摩擦阻力。H f LUQ 2/S3, pa(3-1)式中：Hf巷道摩擦阻力，Pa.巷道摩擦阻力系数，Ns2/m4L 井巷长度， mQ通过井巷的风量，m3/sU井巷净断面周长，m.S井巷净断面积，S2矿井最大通风阻力路线上各段通风阻力计算见后面附图表3-4、表3-5所示全矿通风摩擦

22、阻力计算如下：容易时期通风总阻力：h 1.1hrmin 1.1 820 902pa困难时期通风总阻力：h 1.1 hrmar 1.1 1180 1298pa3.2.3 矿井等积孔的计算矿井等积孔是用用来表示井巷或矿井的通风难易程度。其计算步骤如下：2R hr/Q2(3-2)式中：R矿井风阻，NS2/m8Hr 矿井总阻力，paQf矿井总风量， m3/s容易时期：R=902/45.22=0.441 N S2/m8A1 1.19/ .0.4412.02m2困难时期：R=1298/45.22=0.63N S2/m8A1 1.19/ . 0.63 1.49m2表3-6矿井等积孔计算表时期地 区风量m3/

23、s风压Pa风阻Ns2/m4等积孔 m2容易时 期西 翼45.29020.442.01困难时 期东 翼45.212980.631.49表3-7矿井连1风难易程度分级表矿井通风难 易程度矿井总风阻Rm/Ns2 m-s等积孔A/m2容易v 0.355>2中等0.3551.42012困难>1.420V 1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上等以上。4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。4.1 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

24、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，因此设计中应考虑自然风压对主扇的影响。本设计矿井冬，夏季自然风压都取100 pa4.2 选择主要通风机本矿井为高瓦斯矿井，考虑压人和抽出通风方式的优缺点及轴流式通风机和离心式通风机的优缺点。初步选择轴流式通风机采用抽出通风方式通风。1、确定主要通风机的风量( 1)容易时期通过主要通风机的风量Q 扇 必大于通过出风井的矿井总风量Q对于抽出式Q 容=(1.05 1.10)Q 矿 m3/s(4-1)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风并无提升运输任务时取1. 05,有提升运输任务时取1.10。此处取 1.1Q 扇=1.1X51.2=56.3

25、 m3/s( 2)困难时期时期通过主要通风机的风量Q 扇 必大于通过出风井的矿井总风量Q矿，对于抽出式Q 扇=(1.051.10)Q 矿 m3/s(4-2)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风并无提升运输任务时取1. 05,有提升运输任务时取1.10。此处取 1.1Q 扇=1.1X51.2=56.3 m3/s2、确定主要通风机的风压轴流式通风机：容易时期h扇易=h阻易十hd - Hn困难时期h扇难=h阻难十hd十Hnhd通风机装置阻力，Pa。此处取150pa容易时期h扇易=h阻易十hd Hn=913+150100=963pa困难时期 h扇难=h阻难十hd十Hn=1320+ 150+ 10

26、0=1570pa3、初选通风机观察 BDN ° -20 轴流式通风机特性曲线图知， 其可满足要求,在其风量坐标51.2,做 Q 轴垂线，在风压坐标963。 在 1570点分别做 Q 轴平行线，分别与通风机特性曲线交于 A. B 两点， 有图可见此两个工况点均在合理工作范围内， 故初步选 BDN °( 20 轴流式通风机。4、求通风机的实际工况点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RminH min /QRmaxH max容易时期：RminHmin /Qf2 963/51.22 0.36NS/m8困难时期：RmaxHmax /Q2f 1570/51.22

27、0.59NS/m8根据以上数据，在扇风机个体特性图表上选定风机，该矿井选择型号为 BDN( 20 轴流式通风机。确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线图中做到通风机工作风阻曲线与风压曲线交点即为实际工况点。表 4-1型号时期叶片安装角度转速/r.min-1风压/pa风量/m3s-1效率/%输出功率/kwBDN 0-20容易1574096351.20.8580困难20740157051.20.70120容易时期应在安装角9较小的情况工作，困难时期应在安装角9较大的情况下 工作。4.3 选择电动机由于选用异步电动机，且 Nimin/Nimax 80/120 0.67 0.6,故在通风容易和通 风困

28、难时期都用一种较大功率的电动机，选择这种电动机的输出功率刈。和输入功率 Nei分别用下式计算：N e0 N fi max / t式中：t 传动效率，直接传动时，t= 1.0Ne0 =120/1.0=120 KWNei=1.10X Ne。/ e式中：1.10电动机的容量系数e电动机效率Nei 1.10 120/0.9 147KW根据以上的计算方法，选择电动机机型号如下表：表4-2电动机型 号额定功率(KW )转速(rpm )效率()功率因数JB0630M2-1018060093.10.85概算矿井通风费用及评价根据通风电费、通风设备折旧维修费、专用通风井巷工程折旧维修费、通风器 材购置维修以及通

29、风区队全体职工的工资和附加费用等，计算吨煤通风成本。每吨煤的通风电费计算：Imf (Ni N2) 365 24/2( e r 1 t) kwh/a(5-1)式中：N1N2-年内最大和最小的主扇输入功率，kwe 主扇电动机的效率，可在电动机的技术特征表上查得，一般取0.9 0.95r 变压器的效率，一般取 0.8l电线的输电效率，一般取 0.95t 传动功率，直接传动时，取1.0;间接传动时取0.95每吨煤耗电量：I 1mf/T kwh/t式中：T 年内的矿井产量；t/a每吨煤的通风电费E=I XD元/t式中：D每度电的费用；元/kwh矿井通风费用：Imf (N1 N2) 365 24 /2(

30、e r lt)=(80+120) X 365X24/2(0.931 X 0.8 X 0.95 X 1.0)=186 万 kw.h/aImf (N1 N2) 365 24/2( e r l t) kwh/a=(80+120)义 365X24/2(0.928 X 0.8 X 0.95 X 1.0)=155 万 kw.h/a每吨煤耗电量：I Imf/T= (186+155) /150=2.273 kwh/t每吨煤的通风电费E = I XD=2.273 义 0.24=0.55 元/t6 矿井灾害防治措施为了保证矿井安全生产，自矿井建设和生产过程中，要重点防范瓦斯煤层、水和火的威胁。本设计采用较先进的设备，并建立了井下环境安全监测系统，对瓦斯、煤层、水和火等灾害进行了早期预防，综合治理。1、瓦斯管理措施严格执行安全技术操作规程第四章第一节煤矿安全规程的有关规定C设专职瓦斯员对工作面每班巡回检测，不得少于两次，发现问题及时汇