第九章矿井通风设计

矿井通风MineVentilation采矿工程系第九章矿井通风设计一、教学内容：1、拟定矿井通风系统的原那么和方法；2、矿井总风量的计算和分配方法；3、矿井通风总阻力的计算原那么和方法；4、选择矿井通风设备的原那么和方法；5、概算矿井通风费用；6、引见消费矿井通风设计相关知识；二、重点难点：1、矿井总风量的计算和分配方法；2、矿井通风总阻力的计算方法；3、选择矿井通风设备的方法。三、教学要求：1、了解矿井通风系统设计的原那么、步骤和方法；2、了解矿井通风费用计算方法；3、了解消费矿井通风设计的相关知识；4、掌握矿井风量计算与分配、总阻力计算、通风设备选型计算的知识。矿井通风设计分为新建矿井通风设计与消费矿井通风设计两种。新建矿井通风设计普通分为基建和消费两个时期，并分别进展设计。矿井消费时期通风设计，根据矿井消费年限的长短而采用不同的方法。矿井效力年限不长时〔约15至20年〕，只做一次通风设计。矿井效力年限较长时，思索到通风机设备选型、矿井所需风量、风压的变化等要素，分为两期进展通风设计，第一期为矿井消费初期〔如第一程度〕，对该时期内通风容易和通风困难两种情况做详细的设计；第二期为矿井消费后期〔如第二程度〕，该时期的通风设计只做普通原那么规划，但对矿井通风系统，应根据矿井整个消费时期的技术经济要素，做出全面思索，使确定的通风系统既可顺应现时消费要求，又能照顾长久的消费开展与变化。矿井通风设计的内容包括：确定矿井通风系统；矿井总风量的计算和分配；矿井通风阻力计算；选择通风设备；概算矿井通风费用。矿井通风设计的主要根据是：矿区气候资料；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；矿井设计消费才干及效力年限；矿井开辟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。矿井通风设计应满足以下要求：1、将足够的新颖空气有效的送到井下任务场所，保证消费和发明良好的任务条件；2、通风系统简单、风流稳定、易于管理，具有抗灾才干；3、发惹事故时，风流易于控制，人员便于撤出；4、有符合规定的井下平安与环境监测系统或检测措施；5、系统的基建投资省、营运费用低、综合经济效益好。第一节拟定矿井通风系统拟定矿井通风系统主要是拟定进风井与回风井的布置方式，矿井风流道路，矿井主要通风机的任务方法，这是矿井通风设计的根底。矿井通风系统应和矿井的开辟、开采设计一同思索，并经过技术、经济比较之后确定。确定的通风系统，应符合投产快、出煤多、平安可靠、技术经济目的合理等原那么。一、拟定矿井通风系统的根本要求1、每个矿井必需至少要有2个能行人的通达地面的平安出口，各个出口之间的间隔不得少于30米。新建和改扩建矿井，假设采用中央式通风时，还要在井田边境附近设置平安出口；当井田一翼走向较长，矿井发生灾祸不能保证人员平安撤出时，必需掘出井田边境附近的平安出口。井下每一个程度到上一个程度和每个采区至少都必需有2个便于行人的平安出口，并与通达地面的平安出口相连通。通到地面的2个平安出口和2个程度间的平安出口，都必需有便于行人的设备〔台阶和梯子间等〕。2、风井位置要在洪水位标高以上〔大中型矿井思索百年一遇、小型矿井50年一遇〕，进风井口须防止污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500米。井口工程地质及井筒施工地质条件简单，占地少、压煤少、交通方便、便于施工。3、箕斗提升井普通不应兼作进风井或出风井。假设井上、下装卸载安装和井塔有完善的封锁措施，其漏风不超越15%，并有可靠的防尘措施，箕斗井可以兼作出风井；假设井筒中风速不超越6m/s，有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生规范，箕斗井可以兼作进风井。胶带保送机斜井普通不得兼作风井。假设胶带保送机斜井中的风速不超越4m/s，并有可靠的防尘措施和防火措施，可以兼作进风井；假设胶带保送机斜井中的风速不超越6m/s，并装有甲烷断电仪，可以兼做回风井。4、一切矿井都要采用机械通风，主要通风机必需安装在地面。新建矿井不宜在同一井口选用几台主要通风机结合运转。5、不宜把两个可以独通风的矿井合并为一个通风系统；假设有几个出风井，那么自采区到各个出风井的风流需坚持独立；各任务面的回风在进入采区回风道之前、各采区的回风在进入回风程度之前都不能恣意贯穿；下程度的回风流和上程度的进风流必需严厉隔开；在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚集合。6、采用分区式〔多台主要通风机〕通风时，为了保证结合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽能够减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流、〔中央主要通风机〕每一翼的回风流都必需严厉隔开。7、尽能够降低通风阻力。尽量采用并联通风，并使主要并联风路的风压接近相等，以防止过多的风量调理。尽能够利用旧巷道通风。8、尽能够防止设置大量风桥和风门或采用容易引起大量漏风的通风系统。9、井下爆炸资料库必需有单独的进风流，回风必需引进矿井主要回风道。井下充电硐室必需独立通风，回风风流应引入回风巷。二、确定矿井通风系统的方法根据矿井通风设计的条件，提出多个技术上可行的方案。首先根据矿井消费实践，选定2~3个技术上可行，且符合平安要求的方案进展经济比较，将最优方案确定为设计方案。矿井通风系统应具有较强的抗灾才干，当井下一旦发生灾祸性事故后，所确定的通风系统能将灾祸控制在最小范围，并能迅速恢复消费。第二节计算和分配矿井总风量一、矿井需风量的计算原那么矿井需风量应按照“由里往外〞的计算原那么，由采、掘任务面、硐室和其它用风地点的实践最大需风量总和，再思索一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。1、按该用风地点同时任务的最多人数计算，每人每分钟供应风量不得少于4m3。2、按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其它有害气体浓度、风速以及温度等都符合<煤矿平安规程>的有关规定分别计算，取其最大值。二、矿井需风量的计算方法〔一〕按井下同时任务的最多人数计算Q矿=4NK〔二〕按采煤、掘进、硐室等处实践需风量计算〔1〕按瓦斯〔二氧化碳〕涌出量计算〔2〕按任务面进风流温度计算表9-1采煤任务面空气温度与风速对应表采煤工作面进风流气温（℃）采煤工作面风速（m/s）＜1515~1818~2020~2323~260.3~0.50.5~0.80.8~1.01.0~1.51.5~1.8采煤任务面需风量的计算采煤任务面的需风量表9-2采煤任务面长度风量系数表采煤工作面长度（m）工作面长度风量系数＜5050~8080~120120~150150~180＞1800.80.91.01.11.21.30~1.40〔3〕按炸药运用量计算〔4〕按任务人员数量计算〔5〕按风速验算按最低风速验算各个采煤任务面的最小风量：按最高风速验算各个采煤任务面的最大风量：采煤任务面有串联通风时，按其中一个最大需风量计算。备用任务面亦按上述要求，并满足瓦斯〔二氧化碳〕、风流温度和风速等规定计算需风量，且不得低于其回采时需风量的50%。2、掘进任务面需风量计算煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进任务面的风量，应按以下要素分别计算，取其最大值。1〕按瓦斯〔二氧化碳〕涌出量计算2〕按炸药运用量计算3〕按部分通风机吸风量计算表9-3部分通风机额定风量风机型号额定风量m3/minJBT—51（5.5kW）JBT—52（11kW）JBT—61（14kW）JBT—62（28kW）1502002503004)按任务人员数量计算5〕按风速进展验算岩巷掘进任务面的风量应满足：煤巷、半煤岩巷掘进任务面的风量应满足：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〕井下爆炸资料库2〕充电硐室3〕机电硐室表9-4机电硐室发热系数〔θ〕表机电硐室名称发热系数（θ）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.15~0.230.01~0.040.02~0.04采区小型机电硐室，可按阅历值确定风量。普通为60~80m3/min。4、其它巷道需风量计算井下其它巷道的需风量，应根据巷道的瓦斯〔二氧化碳〕涌出量和风速分别计算，并取其中的最大值。1〕按瓦斯〔二氧化碳〕涌出量计算2〕按最低风速验算新建矿井，其它用风巷总需风量难以计算时，也可按采煤、掘进、硐室的需风量总和的3%~5%估算。5、矿井总风量计算矿井总进风量应按采煤、掘进、独立通风硐室及其它地点实践需风量的总和计算。三、矿井总风量的分配1、分配原那么矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；一切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<煤矿平安规程>的各项要求。2、分配的方法首先按照采区布置图，对各采煤、掘进任务面、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、采掘任务面数目、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平安。风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进展验算，使其符合<煤矿平安规程>对风速的要求。第三节计算矿井通风总阻力一、矿井通风总阻力的计算原那么1、假设矿井效力年限不长〔10~20年〕，选择到达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；假设矿井效力年限较长〔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。为此，必需先绘出这两个时期的通风网路图。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〕直接判别确定，不能直接确定时，应选几条能够最大的道路进展计算比较。3、矿井通风总阻力不应超越2940Pa。4、矿井井巷的部分阻力，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沿矿井通风容易和通风困难两个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：将各段井巷的摩擦阻力累加后并乘以思索部分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9-5进展计算。表9-5矿井通风容易〔困难〕时期井巷摩擦阻力计算表节点序号巷道名称支护形式α(Ns2/m4)L（m）U(m)S(m2)S3(m6)R(Ns2/m8)Q(m3/s)Q2(m6/s2)h摩（Pa）v(m/s)①②…有时用下式计算两个时期的矿井总风阻和总等积孔。第四节选择矿井通风设备一、选择矿井通风设备的根本要求1、矿井每个配备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等才干的通风设备，其中一套任务，一套备用，交替任务。2、选择的通风设备应能满足第一开采程度各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运转。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节能情况，分期选择电动机。3、通风机才干应留有一定的余量。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5ْ；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、出风井口标高一样，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通2、计算通风机的风压H全〔或H静〕离心式通风机：容易时期困难时期轴流式〔或对旋式〕通风机：容易时期困难时期3、选择通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Q通、H静小〔或H全小〕和困难时期通风机的Q通、H静大〔或H全大〕，在通风机的个体特性图表上选择适宜的主要通风机。选定以后，即可得出两个时期主要通风机的型号、动轮直径、动轮叶片安装角〔指轴流式或对旋式风机〕、转速、风压、风量、效率和输入功率等技术系数，并列表整理。4、选择电动机⑴计算通风机输入功率按容易和困难时期，分别计算风机输入功率N电小、N电大：或⑵选择电动机时，时，可选一台电动机，其功率为：初期时，可选两台电动机，其功率为：初期〔9-35〕后期按式〔9-35〕计算。第五节概算矿井通风费用矿井通风费用是通风设计和管理的重要经济目的，普通用吨煤通风本钱，即矿井每采一吨煤的通风总费用表示。它包括吨煤通风电费和通风设备折旧费、资料消耗费、任务人员工资、公用通风巷道折旧与维护费、仪表购置与维修费等其它通风费用。一、吨煤通风电费E——主要通风机年耗电量，kW·h/a；通风容易时期和困难时期共选一台电动机时选两台电动机时二、其它吨煤通风费用1、设备折旧费2、资料消耗费3、通风任务人员工资费4、专为通风效力的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用为W4(元/t)。5、通风仪表购置费和维修费吨煤通风仪表购置费和维修费为W5(元/t)。吨煤通风本钱〔W〕按下式计算：第六节消费矿井通风设计一、消费矿井通风设计的特点消费矿井的通风设计，是指矿井新增开辟程度、采区等要素，导致原矿井通风系统不能满足消费需求而进展的通风设计。与新建矿井通风设计相比，它在设计内容、程序和方法等方面根本类似，但涉及范围较广，设计更复杂一些。消费矿井通风设计要有全局思想。既要严密联络矿井当前的消费与开展情况，又要保证新增区域施工和投产过程中的平安消费；既要发掘现有通风系统的潜力，充分利用现有的通风井巷，又要使其和新建的通风井巷和新选的通风设备协调运转。二、消费矿井通风设计的内容和步骤1、确定矿井通风系统消费矿井通风设计，由于设计条件各异，其通风系统的变化幅度也很不一样。例如，需求添加新采区，但瓦斯变化不大，增产义务不大时，矿井通风系统不会有太大的变化，也不致增开新风井。但假设新增的采区在遥远地域或在较深的程度，而产量和瓦斯涌出量有较大的添加，现有通风才干不能满足时，或者由于井田重新划分、井型变化时，矿井通风系统往往发生较大的变化，可由原来的中央并列式变为中央边境式或对角式等等。因此，在确定通风系统时，要对原有通风系统和消费情况进展深化、细致的分析，合理调整，以便在原有条件下确定合理的通风系统。2、计算和分配矿井总风量要充分利用原矿井风量计算和分配的胜利阅历，先计算各个用风地点的实践需风量〔参见本章第二节〕，然后由里向外，推算进风道路上的风量和回风道路上的风量。3、计算矿井通风总阻力在通风设计的效力年限内，选择矿井通风容易和通风困难两个时期的最大阻力道路，分别计算其通风阻力。对正在消费的区域，各风路的风阻值应采用实测数据，设计中的新区风路，可参考与老区一样风路的数据，也可按本章第三节所述的方法进展计算，新区每条风路作成后要实测其风阻值，为修正设计运用。4、部分风量调理为保证新区从施工到投产过程中，新区和老区各用风地点风量的按需供应，新区和老区之间以及新、老区域内各风路之间，都要采取风量按需调理的措施〔参见第六章〕，设计中至少要制定出通风困难时期的调理措施。5、主要通风机的调理和选择原矿井主要通风机，假设可以顺应设计要求，就只需求调整其工况点，并验算其电动机的才干。假设不能顺应要求，就需新选通风机单独运转或与原有通风机结合运转。各台主要通风机在通风容易和通风困难两个时期的工况点，都要落在各主要通风机特性曲线的合理任务范围内。6、概算矿井通风费用概算方法与本章第五节根本一样。四、本章小结：本章引见了新建矿井和消费矿井通风系统设计的相关知识，重点讲述了矿井总风量的计算和分配、总阻力的计算、矿井通风设备的选型计算等内容，简单引见了矿井通风费用的计算方法。本章是对全书讲述的知识的全面总结和运用，非常主要。五、复习思索题思索题9-1矿井通风设计的根据和要求是什么？9-2如何正确矿井通风系统？9-3矿井需风量的计算原那么和方法是什么？9-4如何计算矿井通风总阻力？9-5选择矿井主要通风机的要求有哪些？9-