矿井通风模拟设计-冯树鸣

矿井通风模拟设计-冯树鸣/第一章矿井概况1、概况某矿井，井田走向长度3.89Km，倾斜长度1.98Km，单一煤层，煤层厚度2.6m，煤层倾角8°～15°，相对瓦斯涌量10.4m/t,采煤工作面绝对瓦斯涌出量5.6m/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量1.8m/min，煤层无自然发火和煤尘爆炸危险。矿井设计能力60万t/a,服务年限34a,采用斜井单水平开拓方式，上山阶段划分为两个采区，服务年限18a，下山阶段划分为两个采区，服务年限16a，四个采区布置基本相同。达到设计产量时，矿井开拓工程量已完毕。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。每个掘进工作面都采用双巷掘交替进，利用一台局部通风机进行通风，均为独立回风。需要独立通风的硐室有中央变电所、爆破材料库（容积1080m）、采区配电室和轨道上山绞车房各一个。巷道规格表井巷区段序号井巷名称支护形式断面形状断面积/计算长度/mɑ×10/N۔s۔m1－2进风斜井锚杆喷浆半圆拱形14240682－3运输大巷料石砌碹半圆拱形1280493－4运输大巷料石砌碹半圆拱形12680494－5运输大巷料石砌碹半圆拱形12120495－6采区车场锚杆喷浆半圆拱形1280686－7轨道上山锚杆喷浆半圆拱形10560687－8轨道上山锚杆喷浆半圆拱形1080688－9轨道上山锚杆喷浆半圆拱形10200689－10进风顺槽工字梁棚梯形1088012310－11综采面支撑掩护梯形718032011－13回风顺槽工字梁棚梯形1092012313－14运输上山锚杆喷浆半圆拱形103806814－15运输上山锚杆喷浆半圆拱形10806815－16运输上山锚杆喷浆半圆拱形105206816－17回风大巷料石砌碹半圆拱形121204917－18回风大巷料石砌碹半圆拱形126804918－19回风大巷料石砌碹半圆拱形121804919－20回风斜井料石砌碹半圆拱形122404920－21风硐混凝土碹半圆拱形1030100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，综掘工作面对多人数为20人，采煤工作面最高温度为18℃。矿井自然风压变化范围为±矿井开拓平面示意图开拓方式：采用斜井单水平开拓方式。生产系统：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。每个掘进工作面都采用双巷掘交替进，利用一台局部通风机进行通风，均为独立回风。4、通风方式：中央分列式(又名中央边界式)进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔—段距离，出风井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。图2-2中央分列式中央边界式使用于走向不大的矿井（井田长度小于4000米），两翼对角式适合于走向较大、井型较大的矿井，与中央边界式相比，安全性更好，多一个通往地面的安全出口，发生事故时两翼不相互影响，便于控制通风，阻力较小。工作方法：采用抽出式抽出式通风是主要通风机安装在回风井口，在抽出式通风机的作用下，整个矿井通风系统处于低于当地大气压的副压状态。抽出式优点：井下风流处于负压状态，当主扇因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；漏风量小，通风管理较简单；与压入式比，不存在过渡到下水平时期通风系统和风量变化的困难。抽出式缺点：当地面有小窑塌陷区井和采区沟通时，抽出式会不小窑积存的有害气体抽到井下使有矿井效风量减少。主要通风机使井下风流处于负压状态。一旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。正因为抽出式有着独自的优点，井下风流处于负压状态，当主要通风机因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区沼气涌出量减少，比较安全；漏风量小，通风管理较简单。由于该矿井采用上下山交替开采，抽出式与压入式相比，不存在过渡到下水平时期通风系统和风量变化的困难。因此本设计选用抽出式通风方法。6、附属装置：风硐、扩散器（扩散塔）、防爆门（防爆井盖）。通风设计条件1、煤层条件：单一煤层，煤层厚度2.6m，煤层倾角8°～15°，相对瓦斯涌量10.4m/t,采煤工作面绝对瓦斯涌出量5.6m/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量1.8m/min，煤层无自然发火和煤尘爆炸危险。井田尺寸：井田走向长度3.89Km，倾斜长度1.98Km。生产能力：矿井设计能力60万t/a,服务年限34a,，上山阶段服务年限18a，下山阶段服务年限16a。开采开拓：采用斜井单水平开拓方式，上山阶段划分为两个采区，下山阶段划分为两个采区，四个采区布置基本相同。拟定矿井通风系统1、主扇工作方法：采用抽出式，抽出式通风是主要通风机安装在回风井口，在抽出式通风机的作用下，整个矿井通风系统处于低于当地大气压的副压状态。风井布置方式：中央分列式(又名中央边界式)，进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央，在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔—段距离，出风井的井底高于进风井的井底，主要通风机设在出风井口附近；在井田走向的中央开凿主井和副井。第四章计算和分配矿井总风量一、在本设计中矿井总风量按采煤、掘进、峒室实际需要风量的总和计算：×K式中：——采煤工作面实际需要风量的总和，——备用采煤工作面实际需要风量的总和，——掘进工作面实际需要风量的总和，——硐室实际需要风量的总和，——其他巷道用风量的总和，K——矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，一般可取K=1.15-1.25采煤工作面需风量：1）、按瓦斯涌出量计算：中：——采煤工作面的瓦斯绝对涌出量，——采煤工作面的瓦斯绝对涌出不均匀系数，它是各个采煤工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与其平均值之比，须在各个工作面正常生产条件下，至少进行5昼夜的观测，得出5个比值，取其最大值。通常机采工作面可取=1.2～1.6；炮采工作面可取=1.4～2。计算得：2）、按工作面温度计算：（表1）式中：——采煤工作面风速，m/s——采煤工作面的平均面积，可按最大和最小控顶断面积的平均值计算，表1.采煤工作面空气与风速对应表采煤工作面空气温度，采煤工作面风速，m/s<150.3-0.515-180.5-0.818-200.8-1.020-231.0-1.523-261.5-2.026-282.0-2.5计算得：3）按人数计算实际需要风量：=4×,式中：——采煤工作面同时工作的最多人数，人计算得：==1204）、按风速进行验算：按最低风速验算，各个采煤工作面的最低风量（）；≥15×=，式中：——第i个采煤工作面的平均面积，按最高风速验算，各个采煤工作面的最低风量（）；≤240×，综上所述:采煤工作面需风量取最大值=784×2=26.2，准备采区掘进工作面需风量：按采煤工作面需风量的60%计算：=×60%=26.2×0.6=13.723、掘进工作面需风量：1）、按瓦斯涌出量计算：式中：Q－掘进工作面的需风量，Q－掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，K－掘进工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数K=1.5～2.0计算得：2)按工作人员数量计算：Q=4N式中：N－掘进工作面同时工作的最多人数，人。计算得：Q=420=803)、按风速进行验算：按最小风速验算，岩石掘进工作面最小风量：Q≧600.15S=60×0.15×7=63煤巷或半煤岩巷掘进工作面最小风量：Q≧60×0.25×S=60×0.25×7=105按最高风速验算，掘进工作面最大风量：Q≧60×4×S=60×4×7=1680综上所述：掘进工作面需风量取Q=324×2=10.84、硐室实际需要风量1）爆破材料库需风量：Q=4×V/60=4×1080/60=722）硐室实际需要风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算。因为该矿井只有绞车房、变电所故可以不用计算可根据经验值所得火药库按经验值给定风量：大型爆破材料库为100～150，中小型爆破材料库为60～100，采区绞车房及变电所为60～80。结合本矿实际，取采区配电室实际风量为80,绞车房实际风量为80,变电所实际风量为80.综上所述：硐室实际需风量为Q=Q+80×3=72+240=312=5.2其他巷道需风量：其他巷道需风量按采煤、掘进、硐室用风量总和的5%考虑且不低于0.25，即：=×5%=（26.2+15.72+10.8+5.2)×0.05=2.896根据上述矿井总风量按采煤、掘进、峒室实际需要风量的总和计算得：×K=(26.2+13.72+10.8+5.2+2.896）×1.2=56计算矿井通风总阻力一、矿井摩擦阻力和总阻力的计算方法：1、井下多数风流属于完全紊流状态，故：Pa令，或2、若通过井巷的风量为Q(),则V=Q/s,代入上式，得：Pa对于已定型的井巷，L、U和S等各项都为已知数，α值只和ρ成正比。故把上式中的αLU/项用符号来表示，即，或此称为井巷的摩擦风阻，它反映了井巷的特征。它只受α和L、U、S的影响，对于已定型的井巷，只受ρ的影响。故，Pa上式就是在完全紊流状态下的摩擦阻力定律。当摩擦风阻一定时，摩擦阻力和风量的平方成正比。按照上述计算方法，沿着选定的两条最大阻力风路，将各区段的摩擦阻力累加起来，并考虑适当的局部阻力系数(一般不细算局部阻力)，即可算出通风容易和通风困难两个时期的井巷通风总阻力分别为：＝1.2，Pa＝1.15，Pa式中1.15——困难时期的局部阻力系数；1.2——容易时期的局部阻力系数。二、矿井通风总阻力的计算在通风网络图中选出最大的通风阻力路线，根据上述计算原则，算出此路线的阻力。通风容易时期的最大阻力路线：123456789####8192021通风困难时期的最大阻力路线：1234567891011####8192021巷道规格表井巷区段序号井巷名称支护形式断面形状断面积/计算长度/mɑ×10/N۔s۔m1－2进风斜井锚杆喷浆半圆拱形14240682－3运输大巷料石砌碹半圆拱形1280493－4运输大巷料石砌碹半圆拱形12680494－5运输大巷料石砌碹半圆拱形12120495－6采区车场锚杆喷浆半圆拱形1280686－7轨道上山锚杆喷浆半圆拱形10560687－8轨道上山锚杆喷浆半圆拱形1080688－9轨道上山锚杆喷浆半圆拱形10200689－10进风顺槽工字梁棚梯形1088012310－11综采面支撑掩护梯形718032011－13回风顺槽工字梁棚梯形1092012313－14运输上山锚杆喷浆半圆拱形103806814－15运输上山锚杆喷浆半圆拱形10806815－16运输上山锚杆喷浆半圆拱形105206816－17回风大巷料石砌碹半圆拱形121204917－18回风大巷料石砌碹半圆拱形126804918－19回风大巷料石砌碹半圆拱形121804919－20回风斜井料石砌碹半圆拱形122404920－21风硐混凝土碹半圆拱形10301001、通风容易时期矿井总阻力计算：容易时期矿井摩擦总阻力井巷区段序号RQPa124.8678×10^(-2)56200.57232.3065×10^(-2)4342.65342.6050×10^(-2)4041.68454.4598×10^(-2)3780.98564.4253×10^(-2)3598.43674.6964×10^(-2)33200.14784.6709×10^(-2)30120.04894.6773×10^(-2)28130.1591322.5902×10^(-2)26.2155.0613143.1868×10^(-2)2896.9814154.6709×10^(-2)3070.0415164.3609×10^(-2)3392.9016174.4597×10^(-2)3590.8817182.6050×10^(-2)3780.6818194.6896×10^(-2)40108.0319204.9194×10^(-2)43144.4920214.37×10^(-2)44176.52摩擦总阻力2502.40局部阻力按15%计算375.36总阻力2877.76通风困难时期矿井总阻力计算：困难时期矿井摩擦总阻力井巷区段序号RQPa124.8678×10^(-2)56200.57232.3065×10^(-2)4384.65342.6050×10^(-2)4082.68454.4598×10^(-2)3780.98564.4253×10^(-2)3598.43674.6964×10^(-2)33200.14784.6709×10^(-2)30120.04894.6773×10^(-2)28130.1591022.5902×10^(-2)26.2155.0610114.6964×10^(-2)27200.1411134.6709×10^(-2)27.9180.3213143.1868×10^(-2)2896.9814154.6709×10^(-2)3070.0415164.3609×10^(-2)3392.9016174.4597×10^(-2)3590.8817182.6050×10^(-2)3780.6818194.6896×10^(-2)40108.0319204.9194×10^(-2)43144.4920214.37×10^(-2)44176.52摩擦总阻力3143.23局部阻力按15%计算471.48总阻力3614.72选择矿井通风设备一、选型依据矿井需要风量：Q=56m3/s矿井需要风压：容易=2877.76Pa；困难=3614.72Pa二、风机选型参数计算1.风机的计算风压=++=2877.76+0+100=2977.76Pa=++=3614.72+0+100=3714.72Pa式中：——通风设备阻力，一般为100～200Pa，风机工况点风量与所选风机风量相差悬殊时取下限，否则取上限。——矿井自然风压，=H(γ1-γ2)，H为入风口与出风口的高差(m)，γ1和γ2分别为入风井和出风井的空气容重(kg/m3)。2.风机的计算风量=Ks.Q=1.05×56=58.8（m3/s）式中Ks——矿井外部漏风系数，专用通风井取1.05。3.风机的选择选用FBCDZ-6-No19C防爆轴流对旋式通风机两台，一台工作，一台备用。配用电机为YBFe355M1-6，额定功率Pe=2×185kW，电压U=380V，额定转速n=980r/min，风量Q=35～82m3/s，风压P=1000～4850Pa。三、确定风机工况点1.通风风阻为：=/=2977.76/58.82=0.86=/=3714.72/58.82=1.072.网路特性方程=0.86Q2：=1.07Q23.工况点根据上述两方程式，用描点法在所选的型防爆轴流对旋式通风机的性能曲线上，绘出末期与初期的网络特性曲线，即得两工况点和。见图5-1。点θ=38º/25º点θ=41º/28º4、选择电动机1.初期和后期风机的轴功率分别为2.电动机的输出功率为式中传动效率，直联传动，取所选风机功率为2×185kW，可满足要求。5、风机的选择根据以上计算煤矿选用4台同等能力的主要通风机投入运行，其型号为FBCDZ-6-No19C，主要技术参数为：功率2×185KW，风量Q=35-82m3第七章通风经