矿井通风与安全课程设计毕设论文.doc

目 录

1 概述 1
1.1 矿井通风设计 1
1.2 矿井概况 1
2 矿井通风系统的选择 5
2.1矿井主要通风机工作方法的选择 5
2.2 矿井通风方式的选择 6
2.3 矿井通风系统的拟定 7
2.4 绘制通风系统图及网路图. 8
3 矿井总风量计算 10
3.1 矿井需风量计算原则 10
3.2 矿井需风量的计算方法 10
4 矿井总风量的分配 15
4.1 分配原则 15
4.2 分配的方法 15
4.3 矿井风量的分配 15
5 矿井通风总阻力计算 16
5.1 矿井通风总阻力的计算原则 16
5.2 矿井通风总阻力的计算方法 16
6 选择主要通风设备及附属装置 21
6.1 选择矿井通风设备的基本要求 21
6.2 主要通风机的选择 21
参考文献 24
附录 25

- 1 -
1 概述
1.2 矿井概况
1、煤层地质概况：煤层倾角25℃，单一煤层，煤层厚2.8m，该矿属高瓦斯矿井，矿井相对瓦斯涌出量为，煤尘有爆炸危险，煤层自然发火期为个月。
2、井田范围：设计第一水平开采深度240m，走向长度6000m，每翼长3000m。
3、矿井生产能力：设计年产量为0.45Mt，矿井第一水平服务年限为23年。
4、井田开拓与开采：矿井采用立井开拓，开拓系统见图1-1，采区划分见图1-2。在每翼两采区中央上部边界开风井，采用对角式通风，通风系统见图1-3。矿井同时生产两个采区，每个采区一个高档机采生产工作面，工作面日产量750t，一个备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。
5、井下同时作业人数280人，一个采煤工作面最多40人，一个掘进面最多20人。
6、井巷尺寸及支护情况：见表1-1。
7、邻近条件相近矿井资料：采煤工作面相对瓦斯涌出量13m3/t，掘进工作面（用28kW局部通风机）风量。
8、该矿自然风压为50pa。
图1-1 开拓系统布置图

图1-2 采区划分图

- 22 -

图1-3 通风系统布置示意图

表1-1 井巷尺寸及支护情况
井巷名称
支护形式
断面形状
净断面积（m2）
井巷特征
备注
副井
混凝土碹
圆形
19.6
井筒直径5.0m，罐笼提升，有梯子间
H=240m
进风石门
料石砌碹
半圆
14.0

L=200m
大巷
混凝土碹
半圆
10.0
不抹灰浆
3~4段200m
4~5段 550m
运输机上山
工字钢
梯形
9.0
支架纵口径Δ=5
201~202,300m
202~203,80m
203~204,80m
轨道上山
工字钢
梯形
9.0
支架纵口径Δ=5
208~209,80m
209~210,220m
210~211,20m
区段工作面机巷
（上顺槽）
工字钢
梯形
8.0
支架纵口径Δ=5
L=750（困难时期）
L=60m（容易时期）
采煤工作面

矩形
8.0
单体液压支柱，一次采全高，支架整齐，控顶距2~4m。
L=140m
区段回风巷
（下顺槽）
工字钢
梯形
6.5
支架纵口径Δ=5
同上顺槽
回风斜巷、联络巷
工字钢
梯形
8.0
支架纵口径Δ=5
L=30m
采区总回风巷
锚喷
半圆
8.0

L=1500m
回风石门
锚喷
半圆
8.0

L=50m
回风井
混凝土碹
圆形
8.0
井筒直径D=3.5m，有梯子间
H=70m
风硐

R取0.02Ns2/m8

2 矿井通风系统的选择
矿井通风系统应根据矿井设计生产能力，煤层赋存条件、表土层厚度、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全，兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资少的优点。因此，矿井初期宜优先采用。有煤与瓦斯突出危险的矿井、高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井及有热害的矿井，应采用对角式或分区对角式通风；当井田面积较大时，初期可采用中央式通风，逐步过渡为对角式或分区对角式。
矿井通风方法一般采用抽出式，压入式使用较少。当地形复杂、露头发育、老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。鉴于压入式通风在生产矿井中实际应用情况，故对压入式通风是否适用于高瓦斯矿井并不予以明确规定，设计选择通风方法时，可根据矿井的具体条件并通过技术经济比较后确定。本矿井采用抽出式通风方法，采用两翼对角式通风方式。

2.3 矿井通风系统的拟定
矿井开拓采用立井开拓方式，由于煤层倾角为25°，单一煤层，煤层厚2.8m，且矿井为高瓦斯矿井，矿井相对瓦斯涌出量为，煤尘有爆炸危险性，煤尘自然发火期为4-6个月，所以矿井采用两翼对角式，矿井主要进风井位于井田中央的副井，总回风巷布置在井田的上部边界回风井分别布置在上山采区上部边界中央，形成两翼对角式通风系统。下面主要以左翼采区为例简要说明，右翼可参照左翼。
（1） 采区工作面通风系统
新鲜风流从地面的副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、采区下部车场、运输上山、上顺槽、采煤工作面，清洗工作面后，污风经区段回风平巷、主要回风巷道、回风井进入大气。
（2） 备用工作面通风系统
新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、采区下部车场、运输上山、区段运输顺槽、备用工作面。清洗备用工作面后，污风经区段回风平巷、主要回风巷道、回风石门、回风井进入大气。
（3） 火药库通风系统
新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、火药库、轨道上山、主要回风巷道、回风石门、回风井排入大气。
（4） 掘进工作面通风系统
新鲜风流从地面经副井进入井下，经井底车场、主要运输石门、主要运输大巷、采区下部车场、运输上山、掘进工作面，清洗工作面后，污风进入轨道上山、主要回风巷道、回风石门、回风井排入大气。
3 矿井总风量计算
3.1 矿井需风量计算原则[2]
矿井需风量，按下列要求分别计算，并采用其中最大值。
（1）按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于；
（2）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实际需要风量，必须使地点的风流中得瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害其他的浓度，风速以及温度，每人供风量符合煤矿安全规程的有关规定。
3.2 矿井需风量的计算方法
矿井需风量按以下方法计算，并取其中最大值。
3.2.1按井下同时工作最多人数计算

其中：—矿井总进风量，；
N—井下同时工作最多人数；
—矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取。
3.2.2 采煤工作面需风量计算
采煤工作的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。
（1）按瓦斯涌出量计算（记得把下面式子中的8改成13再计算）
（3-1）
其中：
——第i个采煤工作面需要风量，；
——第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，；
——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的生产条件，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；炮采工作面去；水采工作面取。
（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3-1的要求。
表 3-1 采煤工作面空气温度与风速对应表
回采工作面的空气温度（℃）
回采工作面的风速（m/s）
<15
0.3-0.5
15-18
0.5-0.8
18-20
0.8-1.0
20-23
1.0-1.5
23-26
1.5-1.8
（3-2）
其中：—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；
—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的平均值，m2；
—第i个采煤工作面的长度系数，从表3-2中选择。
表3-2采煤工作面长度风量系数表
采煤工作面的长度/m
采煤工作面的长度风量系数
<50
0.8
50-80
0.9
80-120
1.0
120-150
1.1
150-180
1.2
>180
1.3-1.4
（3）按工作人员人数计算
（3—3）
其中：
4—每人每分钟应供给的最低风量，；
—第i个采煤工作面同时工作的最多人数，个。
综合上述可知，采煤工作面需风量应取最大值（把后面这个数改成（3-1）中的答案）。
（4）按风速进行验算
按最低风速验算各采煤工作面的最小风量：

按最高风速验算各采煤工作面的最大风量：

采煤工作面需风量取（把后面这个数改成（3-1）中的答案）时满足要求。
采煤工作面串联通风时，按其中一个最大需风量计算。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需风量，且不得低于其回采时需风量的50%。我们取备用工作面风量为。
3.2.3 掘进工作面需风量计算
掘进工作面实际的风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、局部通风机实际吸风量、炸药用量、人数分别计算，取其中最大值，并用风速验算。
（1）按炸药量计算
（3—5）
其中：
25—每使用1kg炸药的供风量，；
—第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。（一次爆破使用的最大炸药量一般取10kg）
（2）按局扇的吸风量计算
（3—6）
其中：
—第i个掘进工作面同时工作的局部通风机额定风量的和，可按表3-3选择。
—为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2-1.3，进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。
表3-3 各种局部通风机的额定风量
风机型号
额定风量m3/min
JBT-51（5.5KW）
150
JBT-52（11KW）
200
JBT-61（14KW）
250
JBT-62（28KW）
300
所以局部通风机机型号选择JBT62（28KW）。
（3）按工作人员数量计算
（3-7）
其中：
4—每人每分钟应供给的最低风量，；
—第i个掘进工作面同时工作的最多人数。
综合上述可知，掘进工作面风量应取。
（4）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：

各个煤巷和半煤岩巷掘进工作面的最小风量：

按最高风速验算各掘进工作面的最大风量：

其中：
—第i个掘进巷道工作面巷道的净断面积，。
所以，掘进工作面风量满足要求。
3.2.4 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。
井下爆破材料库、绞车房、机电硐室根据经验值，统一取。
3.2.5 其他巷道需风量计算
新建矿井，其他用风巷道的总风量难以计算时，也可按采煤，掘进，硐室的需风量总和的估算。
3.2.6 矿井左翼总风量计算（把式子中的625这个数改成（3-1）中的答案在计算）
（3—8）
其中：
—采煤工作面和备用工作面需风量之后，；
K—矿井通风（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）系数。当采用压入式或中央并列式通风是，；当采用中央分列式或混合式通风时，；当采用对角式或区域时通风时，。
通过计算所得：矿井左翼总风量为（把后面这个数改成（3-8）中的重新计算的答案）。
矿井右翼总风量为（（3-8）中的重新计算的答案）
矿井总风量为左翼和右翼的总和为（）。

5 矿井通风总阻力计算
5.1 矿井通风总阻力的计算原则
通风阻力计算的原则[3]：
（1）矿井通风总阻力不应超过2940Pa。为了减少矿井的外部漏风和主通风机的运转费用， 风压过大引起煤炭自燃发火，以及避免因主通风机机型使通风费用加大，矿井通风系统阻力应满足表5-1的要求：
表5-1 矿井通风阻力要求
矿井通风系统风量/m3··min-1
系统的通风阻力/Pa
﹤3 000
3 000～5 000
5 000～10 000
10 000～20 000
﹥20 000
﹤1 500
﹤2 000
﹤2 500
﹤2 940
﹤3 920
（2）通风容易和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）直接判断确定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。
（3）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。
5.2 矿井通风总阻力的计算方法
沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式计算各段井巷的摩擦阻力：
（5-1）
计算矿井通风阻力时，按上表格式应分别计算出通风机服务年限内通风最容易时期和最困难时期的最小阻力和最大阻力。选择达到设计产量后在通风机服务年限内，通风最容易和通风最困难两个时期通风阻力最大的风流路线，分别计算出各段巷道的通风阻力，然后分别累加。如下表5-2：
表5-2 矿井通风困难（容易）时期井巷摩擦阻力计算表
区段
井巷名称
断面形状
支护形式

长度L（m）
周长U/m
面积

1-2
副井
圆形
混凝土碹
0.045
240
15.7
19.6
7529.54
0.023
76.8
135.66
3.92
2-3
主石门
半圆拱
料石砌碹
0.0038
200
14.37
14.0
2744
0.004
76.8
23.60
5.49
3-4
大巷
半圆拱
料石砌碹
0.0038
200
12.14
10
1000
0.009
39.169
13.81
3.92
4-5
大巷
半圆拱
料石砌碹
0.0038
550
12.14
10.0
1000
0.025
36.639
33.56
3.66
5-6
运输机上山
梯形
工字钢
0.021
300
12.48
9.0
729
0.108
36.6
144.67
4.07
6-7
运输机上山
梯形
工字钢
0.021
80
12.48
9.0
729
0.029
21.64
13.58
2.40
7-8
运输机上山
梯形
工字钢
0.021
80
12.48
9.0
729
0.029
20.11
11.73
2.23
8-9
上顺槽
梯形
工字钢
0.021
750（困难）
60（容易）
11.77
8.0
512
0.362
0.029
12
52.13
4.18
1.5
9-10
采煤工作面
矩形
单体液压支架
0.05
140
11.34
8.0
512
0.155
12
22.32
1.5
10-11
下顺槽
梯形
工字钢
0.021
750（困难）
60（容易）
10.61
6.5
274.625
0.608
0.049
12
87.55
7.06
1.86
11-12
轨道上山
梯形
工字钢
0.021
20
12.48
9.0
729
0.007
31.02
6.74
3.45
12-13
回风斜巷
梯形
工字钢
0.021
30
11.77
8.0
512
0.014
39.169
21.48
4.9
13-14
总回风巷
半圆形
锚喷
0.009
1500
10.86
8.0
512
0.286
39.169
438.78
4.9
14-15
采区回风石门
半圆形
锚喷
0.009
50
10.86
8.0
512
0.010
39.169
15.34
4.9
15-16
回风井
圆形
混凝土砌碹
0.04
70
10.03
8.0
512
0.055
39.169
84.38
4.9
合计

5.2.1 计算矿井通风容易时期的通风总阻力

5.2.2 矿井通风困难时期通风总阻力

5.2.3 矿井通风容易时期等积孔（把Q值改成（3-8）中的重新计算的答案）

5.2.4 矿井通风困难时期等积孔（把Q值改成（3-8）中的重新计算的答案）

6 选择主要通风设备及附属装置
6.1 选择矿井通风设备的基本要求
选择矿井主要通风设备，是选择矿井主要通风机（或分区通风机）及其电动机。主要通风机的选择方法为：
（1）计算通风最容易时期和最困难时期的通风机风量和风压；
（2）参考风机产品样本，初选合适的通风机；
（3）求通风机的实际工况点，并确定通风机的型号和转速。
6.2 主要通风机的选择
6.2.1 计算通风机的风量Q通（把Q值改成（3-8）中的重新计算的答案）

（6-1）

6.2.2 计算通风机的风压H通静（把Q值改成（6-1）中的重新计算的答案）
（6-2）
容易时期：
轴流式通风机：（把h风硐值改成（6-2）中的重新计算的答案）
（6-3）
困难时期：
（6-4）
6.2.3 选择通风机
根据计算的矿井通风容易时期通风机的、和困难时期通风机的、，在通风机的个体特性图表（见附图3）上初步选择合适的主要通风机。
根据（把后面几个数值对照上面两个式子改成重新计算的答案），，可选定通风机型号为2K60型轴流式通风机。工作效率为0.65。
6.2.4 求通风机的实际工况点
根据确定的工况点，因为设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，所以，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。其步骤如下。
（1）计算通风机的工作风阻（把H通静小H通静大Qf对照（6-1）及上面两个式子改成重新计算的答案在计算）
用静压特性曲线时：
（6-5）
（6-6）
（2）确定通风机的实际工况点
在通风机特性曲线中，作通风机工作风阻曲线，二者交点即是实际工况点。（见附图3）
6.2.5 确定通风机的型号和转速
根据通风机的各种工况参数对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定满足矿井通风要求的技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。根据（把后面几个数值对照上面（6-3.6-4）改成重新计算的答案），和，综合以上考虑，可选定通风机型号为2K60型轴流式通风机。通风机的转速为1000r/min，工作效率为0.65。
6.2.6 电动机选择
主要通风机选定后，根据各时期的主要通风机输入功率计算出电动机的输出功率，选出电动机。
（1） 通风机输入功率按通风容易及困难时期，分别计算通风机所需输入功率
（2） （把H通静小H通静大Qf对照上面（6-1.6-3.6-4）改成重新计算的答案在计算）
（6-7）
(6-8)
其中：—为通风机的静压效率；
、—分别为通风机容易时期和困难时期通风机输入功率，KW。
（2）电动机的台数及种类
（3） 因为 ，所以可只选一台电动机，电动机的功率：（把Nmax对照上面（6-8）改成重新计算的答案在计算）

(6-9)
其中：—电动机容量备用系数，一般取；
—电动机效率，一般取（大型电机取较高值）；
—传动效率，电动机与通风机直联时取1，皮带传动时取0.95。
对于功率在以上的扇风机，宜选用同步电动机。其优点是，在通风容易时期低负载运转时，可以利用它来改善矿井变电所母线上的功率因数，使矿井经济用电。缺点是这种电动机的购置和安装费用较大。

附录3
附录