通风安全课程设计

1、第一章、局部通风设计4一、设计原则及掘进通风方法的选择4二、掘进工作面所需风量计算及设计5第二章、风量计算及风量分配7一、矿井需风量计算7二、风量分配与风速验算12第三章、矿井通风阻力计算16一、计算原则17二、计算方法17第四章、主要通风机选型20一、自然风压20二、选择主要通风机22五、概算矿井通风费用及评价251、吨煤的通风电费252、矿井等积孔、总风阻26矿井通风课程设计摘要矿井局部通风设计是矿井总体设计中的一个重要组成部分，是保证矿井安全生产的重要组成部分。其基本任务是根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，建立一个安全可靠、技术先进、经济合理和便于管理的通风系

2、统。并在此基础上确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择好局部通风机。因此，必须根据实际生产环境周密考虑，精心设计达到最佳效果。题目3：某煤矿井田范围走向长7.42km，倾斜宽0.661.47km，井田面积约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

3、两个水平，第一水平标高150m，第二水平标高350m，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6.45m3/min，三四班交接时人数最多70人；掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量3.95m3/min，掘进工作面同时工作的最多人数15人，一次爆破炸药用量4.3kg。 第一章、局部

4、通风设计一、设计原则及掘进通风方法的选择1、设计原则根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下：(1)矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；(2)局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；(3)尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；(4)压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。(5

5、)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。2、掘进通风方法的选择掘进通风方法分为利用矿井内总风压通风和利用局部动力设备通风的方法，局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，它是由局部通风机和风筒（或风障）组成一体进行通风，按其工作方式可分为：（1）压入式通风（2）抽出式通风（3）混合式通风压入式通风新风经过风机，安全系数高，可用柔性风筒，柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，是大多数矿井局部通风的选择，结合本设计故选择压入式通风。二、掘进工作面所需风量计算及设计根据规程规定：矿井必须采用局部通风措施1、掘进工作面所需风量煤巷、半煤

6、岩巷和岩巷掘进工作面的风量，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 m3/s式中：Q掘掘进工作面实际需风量，m3/s；QCH4掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；K掘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。根据题目要求，此处取1.9。 故 =12.5 m3/s2）按炸药使用量计算/60 m3/s式中：25使用1炸药的供风量，m3/min；A掘掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，。故 /60= m3/s3)按工作人员数量计算/60 m3/s式中

7、：N掘掘进工作面同时工作的最多人数，人。 故 掘=4 15/60=1 m3/s所以Q掘取最大值即Q掘=12.5 m3/s4）按风速进行验算煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：式中：掘进工作面巷道过风断面积，m2。取=8.5 m2，则掘进工作面最小需风量：0.258.5=2.125 m3/s ；掘进工作面最大需风量：48.5=34 m3/s。12.5 m3/s介于2.125 m3/s和34 m3/s之间，符合要求。2、掘进面的设计1）巷道断面取掘进断面为8.5m2。2）支护形式在上下顺槽内，巷道支护形式采用工字钢。（三）掘进通风设备选择1、风筒的选择略。2、局部通风机的选择略2）、局部通风机的

8、工作风压hf略3）、局部通风机选型：略第二章、风量计算及风量分配一、矿井需风量计算对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算：一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量，再计算矿井需风量。另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。其原则是：矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必须符合规程有关规定

9、。创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。课程设计是在收集实习矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。1、生产工作面、备用工作面每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。本设计矿井属高瓦斯矿井。(1)、高瓦斯矿井按照瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算。根据煤矿安全规程规定，按回采工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的浓度不超过1的要求计算：式中：Qc回采工作面实际需要风量，m3/s

10、；qc回采工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/s；KCH4采面瓦斯涌出不均衡通风系数。（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。通常机采工作面取KCH4=1.21.6；炮采工作面取KCH4=1.42.0；水采工作面取KCH4=2.03.0。本设计为机采综放采煤，取KCH4=1.4。=1006.451.4/60=15 m3/s。(2)、按工作面温度选择适宜的风速进行计算（见表5-3）表5-3 采煤工作面风速回采工作面空气温度（）采煤工作面风速（m/s）配风调整系数K温此处取采煤工作面风速1.3<180.30.80.901

11、8200.81.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.428302.53.01.41.6 （m3/s）式中：Vc采煤工作面风速，m/s；Sc采煤工作面的平均断面积，m2。=1.38.1=10.53 m3/s(3)、按回采工作面同时作业人数每人供风不小于4m3/min，则 （m3/s）式中：N采煤工作面同时工作人数，本设计为90人。 m3/s根据上述计算并取其中最大值即回采工作面实际需要风量为15（m3/s）(4)、按风速进行验算： （m3/s）式中：S工作面平均断面积，m2。此处为8.1 m2。所以，采煤工作面最小风量

12、为0.258.1=2.025 m3/s；采煤工作面最大风量为 48.1=32.4 m3/s。由于15 m3/s介于2.025 m3/s和32.4 m3/s之间，故回采工作面实际需要风量为15 m3/s。(5)、备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量，且最少不得低于采煤工作面实际需要风量的50%。所以备用工作面风量取15×50%=7.5 m3/s 。2、掘进工作面所需风量掘进工作面的需风量可利用第一章计算结果，即为12.5 m3/s。3、硐室实际需要风量硐室实际需要风量应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和计算，即式中：Q火火药库实际需要风量，按每小时4次换气量计

13、算，即Q火=4V/60=0.07V (m3/s)；V井下爆炸材料库的体积，m3，包括联络巷道在内的火药库的空间总体积(m3)，一般按经验值给定风量，大型火药库供风100150m3/min；中小型火药库供风60100m3/min；这里取80 m3/min即1.333 m3/s。Q充充电硐室实际需要风量，应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算，但不得小于100m3/min，或按经验值给定100200m3/min；这里取150 m3/min即2.5 m3/min。机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风，选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30，其它硐室温度不超过26。Q机大型机电硐室

14、实际需要风量，应按机电设备运转的发热量计算，即Wi 机电硐室中运转的机电总功率，kW；(1-i ) 机电硐室的发热系数，应根据实际考查的结果确定，也可取下列数值，空气压缩机房取0.200. 23；水泵房取0.020.04；8601kW/h的热当量数，千卡；i 机电设备效率；t机电硐室进回风流的气温差，；Q采硐 采区绞车房或变电硐室实际需要风量，按经验供给风量6080 m3/min ；这里都取80 m3/min 即1.333 m3/s。Q其它硐 其它硐室所需风量，根据具体情况供风。所以 =1.333+2.5+1.333+1.333=6.499 m3/s。4、矿井总风量矿井总风量按下式计算式中：Q

15、kj 矿井总进风量，m3/s；Qcj 采煤工作面实际需要风量总和，m3/s；Qjj 掘进工作面实际需要风量总和，m3/s；Qdj 独立通风的硐室实际需要风量总和，m3/s；Qgj矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，m3/s；Kkj 矿井通风系数(包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素)宜取1.151.25，这里取1.2。所以 =（15+12.5×2+6.499+7.5）×1.2=64.8 m3/s矿井总漏风量为54×0.2=10.8 m3/s；平均每处漏风量为10.8/6=1.8m3/s 。二、风量分配与风速验算当风量分配到各用风地点后，必须结合巷道断

16、面情况进行风速验证，保证各条巷道的风速均在合理范围内。各条井巷的供风量确定后，要按规程第101条规定的风速进行验算。需绘制出矿井通风系统图与网络图，计算出每条巷道的通过风量，计算出每条巷道的风速，进行验算，验算结果可填入表6中。如果某条井巷的风速不符合规程规定，则必须进行调整，然后将各地点、各巷道的风量、断面、风速列成一览表。矿井下各类巷道的适宜风速一般为：阶段运输大巷：4.55.0m/s；轨道上(下)山、运输上(下)山：3.54.5m/s；回风上(下)山：4.55.5m/s；区段运输平巷(顺槽)：3.03.5m/s；区段回风平巷(回风顺槽)：4.55.5m/s；阶段回风大巷、总回风巷：5.5

17、6.5m/s。表6 巷道风速校验表（1）容易时期巷道名称编号断面m2容易时期适宜风速m/s允许风速m/s备注风量m3/s风速m/s最小最大1228.2664.82.29382311.164.85.8383411.164.85.8384.55.00.2564510.251.15.0103.54.50.2565610.226.12.5593.54.50.256678.522.52.6473.54.50.256788.122.52.7783.03.5898.522.52.6470.25491010.264.86.3534.55.5|8101119.664.83.3068（2）困难时期巷道名称编号断面

18、m2困难时期适宜风速m/s允许风速m/s备注风量m3/s风速m/s最小最大1228.2664.82.29382311.164.85.8383411.164.85.8384.55.00.2564510.251.15.0103.54.50.2565610.226.12.5593.54.50.2566710.2151.4713.54.50.256788.5151.7653.03.50.254898.1151.852|89108.5151.7654.55.58101110.264.86.3535.56.50.258111210.264.86.3530.256121310.264.83.3060.256

19、规程规定的风速限定值见表7所示。表7 风速限定值井巷名称最低允许风速(m/s)最高允许风速(m/s)无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷道8架线电机车巷道1.08运输机巷道、采区进、回风巷道0.256采煤工作面，掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风行人巷道0.15注1：设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s，梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表中有关规定执行。注2：无瓦斯涌出量的架线电机车巷道中的最低风速可低于1.0m/s，但不得低于0.5m/s。注3：综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水

20、和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于4m/s的规定值，但不得超过5m/s。注4：专用排瓦斯巷道的风速不得低于0.5m/s，抽放瓦斯巷道的风速不应低于0.5m/s。容易时期通风网络图 困难时期通风网络图风量分配容易时期12 副井:64.823 主石门:64.834 大巷:64.845 南五运输上山×4=51.156 南五运输上山：51.1-25=26.167 21051运输巷： 26.1-2×1.8=22.578 采煤面： 22.589 21051运输巷：22.5910 回风石门64.81011 回风井 64.8困难时期12 副井：64.823 主石门：64.834 大

21、巷：64.845南一运输上山：64.8-6.499-1.8×4=51.156 南一运输上山：51.1-25=26.167南一运输上山：26.1-1.8×2-7.5=1578 21011运输平巷：1589采煤面： 15910 21011运输平巷： 151011总回风巷：64.81112 回风石门：64.81213 回风井：64.8第三章、矿井通风阻力计算在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随着开采深度的增加和走向范围的扩大以及产量提高而增加。为了主要通风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择主要通风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应

22、于主要通风机服务期限内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应于通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压的作用。一、计算原则1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是选择矿井达到设计产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可在两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别找出风流线路最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的线路上(分最容易和最困难时期)，从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来得出这两个时期的各自井巷通风总阻力(h阻易、h阻难)。如果通风系统复杂，直观上难

23、以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出其中最大值。如果矿井服务年限较长，则只计算头1525a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。2、为了经济、合理、安全地使用主要通风机，应控制h阻难不太大，对大型矿井不超过4400Pa，有自燃倾向的矿井不超过3400Pa。二、计算方法沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力：h 摩=a·L·U·Q2/S3 (Pa)式中：L、U、S分别为各井巷的长度、周长、净断面积(m,m,m2)； a摩擦阻力系数，可查阅煤矿通风与安全一书的附录；Q 各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前

24、面所计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以K矿 (即考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素)后所求得风量值，m3/s。 将以上计算结果填入表7中。其总和为总摩擦阻力h摩，即是：h摩 =h1-2+h 2-3+h-n-(n+1)(Pa )式中：h1-2、h2-3、为各段井巷之摩擦阻力，Pa。因此，全矿总阻力为：(1)通风容易时期的总阻力h阻易为：h阻易=1.2h摩易(2)通风困难时期的总阻力h阻难为：h阻难=1.15h摩难式中：1.2、1.15考虑到风路上有局部阻力的系数。井巷通风总阻力计算表 项目时期巷道各段序号巷道名称支护形式NS2/m4巷道参数R（NS2/m8）风量Q（m3/s）h摩(pa)

25、V(m/s)L(m)U(m)S(m2)S3(m6)容易时期12副井砼35018.84 28.2623主石门砌碹27012.79 11.134大巷锚喷260012.79 11.145南五运输上山梯形工钢14112.26 10.256南五运输上山梯形工钢17012.610.26721051运输巷工字钢115011.20 8.578采煤面液压支架16010.93 8.18921051回风巷工字钢115011.20 8.5910回风石门砌碹3012.26 10.21011回风井砼 24515.70 19.6局部阻力合计项目时期巷道各段序号巷道名称支护形式NS2/m4巷道参数R（NS2/m8）风量Q（m

26、3/s）h摩(pa)V(m/s)L(m)U(m)S(m2)S3(m6)困难时期12副井砼35018.84 28.2623主石门砌碹27012.79 11.134大巷锚喷65012.79 11.145南一运输上山梯形工钢12512.26 10.256南一运输上山梯形工钢16012.610.267南一运输上山梯形工钢17012.610.27821011运输平巷工字钢132011.20 8.589采煤面液压支架16010.93 8.191021011回风平巷工字钢132011.20 8.51011总回风巷锚喷240012.26 10.21112回风石门砌碹3012.26 10.21213回风井砼 2

27、4515.70 19.6局部阻力合计第四章、主要通风机选型一、自然风压矿井冬、夏季气温差别较大，使得空气密度也有所差别，致使矿井自然风压也气温变化而变化，因此需计算矿井自然风压。规定矿井冬、夏季空气密度如表6-2所示。表6-2 矿井冬、夏季空气密度季节密度/kg/m3进风回风冬季1.281.24夏季1.201.24 表6-2图6- 1如图6-1所示，根据自然风压定义，以矿井最低水平作为计算的参考面，图所示系统的自然风压HN可用下式计算：为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2，用其分别代替上式的1和2，则上式可写为：式中：重力加速度，m/s2；Z矿井最

28、高点至最低水平间的距离，m；、分别为空气柱0-1-2和5-4-3井巷内dZ段空气密度，kg/m3；、分别为空气柱0-1-2和5-4-3井巷内dZ段空气平均密度，kg/m3。所以，第一水 ：冬季平自然风压HN=350×9.8×（1.28-1.24）=137.2Pa；夏季自然风压HN=350×9.8×（1.20-1.24）=-137.2Pa。第二水平：冬季自然风压HN=550×9.8×（1.28-1.24）=215.6Pa；夏季自然风压HN=550×9.8×（1.20-1.24）=-215.6Pa.因此，通风困难时期和

29、通风容易时期的自然风压HN都为HN=215.6Pa。二、选择主要通风机本矿井为高瓦斯矿井，考虑压入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矿，对于抽出式：Q扇=(1.051.10)Q矿 (m3/s)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风井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1.05；因此 Q扇=1.05×64.8=68.04(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

30、总风量Q矿，对于抽出式：Q扇=(1.051.10)Q矿 (m3/s)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风井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1.05Q扇=1.05×64.8=68.04 (m3/s)2、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一HN 困难时期 h扇难h阻难十hd十HN 式中：hd通风机装置阻力，Pa。此处取149pa所以 容易时期 h扇易h阻易十hd一HN=1611.14149215.6=1544.54Pa困难时期 h扇难h阻难十hd十HN=1572149215.6=1937.41 pa观察BDNo-22通

31、风机特性曲线图可知，其可满足要求,在其风量坐标68.04 m3/s处做Q轴垂线，在风压坐标1544.54Pa，1937.41Pa点分别做Q轴平行线，分别Q轴垂线于A. B两点，由图可见，此两个工况点均在合理工作范围内，故选BDNo-22通风机。3、求通风机的实际工况点计算通风机的工作风阻R易= h扇易/ Q扇2R难= h扇难/ Q扇2即： R易=1544.54/68.042=0.3336 Ns2/m8R难=1937.41/68.042=0.4185 Ns2/m8在通风机特性曲线图中做通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点 即为实际工况点A/和B/即为容易时期和困难时期风机实际工况点。由图可见，容

32、易时期风量为72 m3/s，风压为1580Pa，效率为0.76；困难时期风量为75 m3/s，风压为2060Pa，效率为0.79。容易时期应在安装角=21。的情况工作，困难时期应在安装角=27。的情况下工作。（三）选择电动机1、根据通风容易和通风困难两个时期实际工况点计算主要通风机的输入功率式中：h扇易、 h扇难 、Q扇均为实际工况点的对应参数风机效率，可在风机特性图上查得。 所以:N扇入易=(72×1580) ÷(1000×0.76)=149.68(kw) N扇入难=(75×2060)÷(1000×0.79)=195.57(kw)2、由通风容易通风困难两个时期主要通风机输入功率，计算电动机的输出功率N电出。当选择异步电动机时，可用下列两种方法计算。当主要通风机的输入功率在通风容易时期为 N扇入易 与困难时期的N扇入难相差不大时，即N扇入易0.6N扇入难时，则两个时期都用一种较大功率的电动机。其电动机的输出功率N电出和输入功率N电入分别用下式计算：( kW ) 式中：转 传动效率，直接传动时，转