矿井通风课程设计详解

课程设计(学年论文)武汉工程大学教务处制前言采矿工业是我国的基础工业，它在整个国民经济发展中占有重要地位。煤炭是我国一次能源的主体。我国煤炭生产以井工开采为主，其产量占煤炭总产量的90%以上。而地下作业首先面临的是通风问题，在矿井生产工程中，必须源源不断地将地面空气输送到井下各个作业地点，以供人员呼吸，并稀释和排除井下各种有毒有害气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安本文根据特定的矿井，主要研究了生产矿山的通风系统，包括通风的方式、风量的计算等。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。前言 第一章矿井概况 4第二章矿井通风系统的确定 62.1拟定通风系统的原则 2.2通风系统的选择 72.3通风方法的选择 第三章局部通风系统设计 73.1局部通风系统的设计原则 73.2局部通风方式的选择 3.3掘进面的设计 3.3.1巷道断面 83.3.2支护形式 93.4掘进工作面所需风量计算 3.5掘进通风设备选择 3.5.1风筒的选择 第四章风量的计算与分配 4.1矿井需风量计算 4.1.1生产工作面所需风量 4.1.2备用工作面所需风量 4.1.3掘进工作面所需风量 4.2矿井总风量计算 4.2.1风量分配与风速验算 第五章矿井通风阻力 5.1矿井通风阻力的计算 第六章主要通风机的选择 06.1自然风压的计算 06.2.选择主要通风机 06.2.1确定主要通风机的风量 06.2.2确定主要通风机的风压 06.2.3风机的选择 06.3电动机的选择 l6.3.1选择电动机的功率 6.3.2选择机型 第七章矿井通风费用 7.1吨煤的通风电费 参考文献 3第一章矿井概况某矿矿体走向长550m,厚25m,倾角25～30°;采用竖井石门开拓，阶段高50m。进风井(罐笼井)井口标高200m,边界风井井口标高235m。同时开采一个阶段，分成三个小分段，采用有底柱崩落法开采。矿井年产矿石25.6万t,每年工作320d,日产800t,每日三班作业。一个电耙道日出矿量200t,电耙道断面4.8m2,长50m;二次破碎最大装药量4kg,通风时间5min。作业面凿岩巷道断面7.0m2。采准、探矿的掘进作业面采用局部通风，巷道断面4.5m2;一次爆破火药量22kg,通风时间25min;独头巷道长度不超过150m。开拓掘进作业面采用局扇通风，最大通风距离600m,巷道断面7.4m2;一次爆破火药量32kg,通风时间20min,采用混合式通风。井下火药库在井底车场，有独立的通风系统。矿井通风系统及作业面分布见图1。各段巷道的规格、尺寸及摩擦阻力系数值列于表1中。夏季自然风压与主扇作业方向相反，其自然风压为95Pa。风阻风阻RN-s²/m⁸图1矿井通风系统及作业面分布图巷道编号巷道名称竖井石门运输平巷运输平巷人行天井支架种类双罐、梯子间混凝土无支架无支架木框、梯摩阻系N-s²/m⁴长度巷道断面巷道周风量Q阻力h590061234合计电耙联络道电耙道回风联络道回风联络道回风联络道分段回风道总回风道回风斜井无支架n!/木棚子01000837第二章矿井通风系统的选择2.1拟定通风系统的原则在拟定通风通风系统时应严格遵循安全可靠，通风基建费，经营费最低和安全管理的原则。2.2通风系统的选择按照进回风井布置位置的不同可分为对角式、中央式和混合式。对角式一般具有风路短，风压小且比较稳定，各分支风量自然分配较均匀，进风井、回风井相距较远，井底车场漏风小，污风和噪音污染工业场地较少等优点。中央式适用于矿体走向延伸不太远，矿体比较集中的矿体。混合式风量调节较为复杂，投资大管理不便。由于该矿井田范围走向长550m,厚25m,倾角25～30°,走向延伸不远，综合考虑该矿体的特征及经济上的合理性后，确定采用单翼对角式通风系统。2.3通风方法的选择《煤矿安全规程》规定，矿井必须采用机械通风，主要有压入式、抽出式和混合式。抽出式的优点，外部漏风量少，通风管理比较简单，当主要通风机因故停止时，会因井下风流压力的升高，使采空区瓦斯量减少，有利于瓦斯管理，比较安全。而压入式通风当主要通风机因故停止时，会因井下风流压力的降低，使采空区瓦斯量大量涌出，这在煤岩巷时不允许的。综合考虑主要通风机采用抽出式通风。第三章局部通风系统设计3.1局部通风系统的设计原则(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)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。3.2局部通风方式的选择掘进通风方法使用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)混合式通风通风方式的优缺点比较：(1)抽出式通风时，污浊风流必须通过局部通风机，极不安全。而压入式通风时，局部通风机安设在新鲜风流中，通过局通风机的为新鲜风流，故安全性高，(2)抽出式通风有效吸程小，排出工作面炮烟的能力较差：压入式通风风筒出口射流的有效射程大，排出工作面炮烟和瓦斯的能力强。(3)抽出式通风由于炮烟从风筒中排出，不污染巷道中的空气，故劳动卫生条件好。压入式通风时炮烟沿巷道流动，劳动卫生条件较差，而且排出炮烟的时间较长。(4)抽出式通风只能使用刚性风筒或带刚性圈的柔性风筒，压入式通风可以使用柔性风筒。从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，而混合式通风方式在巷道容易形成瓦斯层状积聚，容易形成循环风。故综合考虑选用压入式通风。3.3掘进面的设计3.3.1巷道断面各个掘进头的断面由于巷道的用途、位置不完全相同，则其断面也不完全相同，对于运输顺槽其巷道断面断面面积5.24m²·独头巷道长度不超过150m。开拓掘进作业面，最大通风距离600m,巷道断面7.4m2。3.3.2支护形式在上下顺槽内，巷道支护形式多采用工字钢或锚网支护，对于上下山及大巷、回风采用锚喷支护。3.4掘进工作面所需风量计算根据《规程》规定：矿井必须采用局部通风措施。煤巷、半煤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(1)按爆破后排出炮烟至安全浓度以下计算风量(1)贯穿风流巷道型工作面符号意义A——一次爆破的炸药消耗量(kg);S——回采工作断面积(m²);L——采场长度之半(m);t——通风时间(一般20~40min);所以：采准、探矿掘进作业面Q掘进=25.5/25*√(22*7.0*150)=155(m3/min)开拓掘进作业面Q掘进=25.5/20*√(32*7.4*600)=480.6(m3/min)(2)按炸药使用量计算式中：25——使用1kg炸药的供风量，(m³/s);A掘——掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，kg。所以：采准、探矿掘进作业面Q掘进=25×22=550(m3/min)开拓掘进作业面Q掘进=25×32=800(m3/min)根据上述计算，应选取所有风量中的最大值，故按爆破后排出炮烟至安全浓度以下计算风量，采准、探矿掘进作业面所需风量大小为550m3/min,开拓掘进作业面所需风量大小为800m3/min。3.5掘进通风设备选择3.5.1风筒的选择1.风筒的种类掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。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，且柔性风筒适于压入式通风，本设计通风长度750米，因此可选用直径为600mm的胶布风筒。风筒特性如表1风筒类别风筒直径mm接头方式百米风阻Ns²/m⁸节长胶布风筒单反边胶布风筒双反边2.风筒漏风(1)风筒漏风备用系数柔性风筒的p₄值用下式计算：L。——一个接头的漏风率，插接时取0.01～0.02;反边接时取0.005。在这里取风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数：(2)风筒有效风量通过风筒的风量Q即：3.局部通风机的选择(1)确定局部通风机的工作参数<1>局部通风机工作风量Q根据掘进工作面所需风量Q和风筒的漏风情况，用下式计算局部通风机的工作<2>局部通风机的工作风压h₄压入式通风时，设风筒出口动压损失为h,则局部通风机的全压H₁为<3>局部通风机的选型第四章风量的计算与分配4.1矿井需风量计算4.1.1采煤工作面所需风量(1)按瓦斯(二氧化碳)涌出量计算Qn₄------采煤工作面瓦斯(二氧化碳)绝对涌出量，m²/min;Kcn,----采煤工作面因瓦斯(二氧化碳)涌出量不均匀的备用风量系数，即该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。通常，机采工作面可取1.2~1.6;炮采工作面可取1.4~2.0;水采工作面可取2.0~3.0所以Q采100*1*1.6/60=2.67m²/s(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9-1的要求表9-1采煤工作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)采煤工作面的需风量按9-3计算：S*------采煤工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计Kx-------采煤工作面长度风量系数，按表9-2选取。采煤工作面长度(m)工作面长度风量系数所以Q=60*1.3*4.8*0.9=5.6m³/s(3)按炸药使用量计算Q掘进=25A掘((m³/min)式中：25——使用1kg炸药的供风量，(m³/s);A掘——掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，kg。根据上述计算并取其中最大值即为5.6m³/s(4)按风速验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：Sx------采煤工作面平均有效断面，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m²;此处为4.8m²所以60*0.25*4.8=1.24*4.8=19.24.1.2硐室工作面所需风量硐室需风量计算Q井下独立通风的每个硐室所需风量，应根据各类硐室分别计算，主要包括中央变电所、水泵房、爆破材料库、采区变电所、绞车房等，总风量应为各硐室风量之和，各硐室风量按照经验选取。根据经验，又结合本矿的实际情况确定为：火药库取100m³/min。4.1.3其它巷道所需风量计算新建矿井，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4.1.4备用工作面所需风量当通风困难时，备用工作面亦应满足按二氧化碳、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%。即为：5.6×50%=2.8(m³/s)4.2矿井总风量计算矿井总风量按下式计算=(5.6+800/60+550/60+ZQ——采煤工作面实际需要风量总和，m²/s;ZQ——掘进工作面实际需要风量总和，m/s;yQai独立通风的硐室实际需要风量总和，m²/s;ZQw——矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，Ku——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1.15～1.25。矿井内部漏风量为8.61m²/s平均每处漏风量为1.72m³/s所以：容易时期Qy=(5.6+2*800/60+2*550/60+100/60)×4.2.1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。《规程》规定的风速限定值见表4-4所示。表4-4风速限定值井巷名称最低允许风速最高允许风速无提升设备的风井和风硐一专为升降物料的井筒一风桥一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8运输机巷道、采区进、回风巷道6采煤工作面，掘进中的煤巷和半煤岩巷4掘进中的岩巷4其它通风行人巷道各巷道风速校验如下表：4-5巷道风速校验表序号巷道名称断面容易时期困难时期最低允许风速)最高允许风速风量风速风量风速副井 8主石门大巷6南五运输上山6南五运输上山621051运输巷6采煤面421051回风巷 8回风石门一8回风井 经校验风速满足要第五章矿井通风阻力5.1矿井通风阻力的计算矿井通风阻力的计算需分别按照通风容易时期和通风困难时期进行计算如下表：项日时期巷道各段序号巷道名称支护支护形式巷道参数R风量Q)hVLUSS困难时期副井砼主石门砌碹大巷锚喷南一运输上山梯形工钢南一运输上山梯形工钢4南一运输上山梯形工钢621011运输平巷工字钢采煤面液压支架21011回工字钢风平巷总回风巷锚喷回风石门砌碹回风井砼局部阻力合计井巷通风总阻力计算表项项日时期巷道各段序号巷道名称支护支护形式RhVLUSS容易副井砼9时期主石门砌碹大巷锚喷南五运输上山梯形工钢南五运输上山梯形工钢421051运输巷工字钢采煤面液压支架21051回风巷工字钢回风石门砌碹1回风井砼局部阻力合计第六章主要通风机的选择6.1自然风压的计算矿井冬、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，