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矿井通风设计

前言……………………………………………………………………2

（一）、矿井概况………………………………………………………2

（二）、拟定矿井通风系统……………………………………………5

（三）、矿井总风量计算与分配………………………………………7

1、矿井需风量计算原则………………………………………7

2、矿井需风量计算方法………………………………………7

3、矿井总风量的分配…………………………………………13

（四）、矿井通风总阻力计算…………………………………13

1、矿井通风总阻力计算的原则………………………………13

2、矿井通风总阻力的计算方法………………………………14

3、绘制矿井通风网络图………………………………………17

（五）、选择矿井通风设备…………………………………………18

1、选择矿井通风设备的要求…………………………………18

2、主要通风机的选择…………………………………………19

（六）、通风耗电费用概算…………………………………………21

1、主要通风的耗电量…………………………………………21

2、局部通风机的耗电量……………………………………21

3、通风总耗电量………………………………………………22

4、吨煤通风耗电量……………………………………………22

5、吨煤通风耗电成本…………………………………………22

总结…………………………………………………………………22

前言

矿井通风课程设计是本课程学习的最后一个实践的教学环节.通过课程设计,

学生对所学的理论知识进行一次系统的总结,并结合实际条件加以运用,一巩固和扩大所的理论知识,巩固和发展学生的运算和绘图的工程能力,培养和提高大学生分析和理解的能力,丰富学生的安全生产实际知识,并进一步培养和锻炼学生热爱劳动、善于理论联系实际、尊重科学和时间的良好思想作风。

课程设计的目的包括：

1）巩固和加深专业知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。

2）根据需要选学参考书籍，查阅相关文献资料，学会分析和解决问题的方法。

3）了解与本课程有关的工程技术规范，能按照设计任务书的要求，编写设计说明书，绘制技术图表等。

4）培养严肃，认真的工作学风和科学态度。

5）它应使学生了解课程设计工作的基本步骤和流程，初步具备运用所学知识解决实际问题的能力，重点掌握设计工作的基本程序和实施方法

（一）矿井基本概况

1、煤层地质概况单一煤层，倾角18°，煤层厚5m，相对瓦斯涌出量为13m3/t,煤尘有爆炸危险。

2、井田范围设计第一水平深度240m，走向长度7200m，双翼开采，每翼长3600m。

3、矿井生产任务设计年产量为0.6Mt，矿井第一水平服务年限为23a。

4、矿井开拓与开采用竖井主要石门开拓，在底板开围岩平巷，其开拓系统如图1-1所示。

拟采用两翼对角式通风，在7、8两采区中央上部边界开回风井，其采区划分见图1-2。

采区巷道布置见图1-3。

全矿井有2个采区同时生产，分上、下分层开采，共有4个采煤工作面，1个备用工作面。

为准备采煤有4条煤巷掘进，采用4台局部通风机通风，不与采煤工作面串联。

井下同时工作的最多人数为380人。

回采工作面最多人数为38人，温度t=20℃，瓦斯绝对涌出量为3.2m3/min,放炮破煤，一次爆破最大炸药量为2.4kg。

有1个大型火药库，独立回风。

5、开拓系统图、采区布置图、巷道布置图、以及井巷尺寸及其。

图1-3巷道布置图

附表1-1井巷尺寸及其支护情况

区段

井巷名称

井巷特征及支护情况

巷长

断面积

1~2

副井

两个罐笼，有梯子间，风井直径D=5m

240

2~3

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

120

3~4

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

4~5

主要运输巷

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

450

7.5

5~6

运输机上山

梯形水泥棚

135

7.5

6~7

运输机上山

梯形水泥棚

135

7.5

7~8

运输机顺槽

梯形木支架d=22cm，Δ=2

420

4.8

8~9

联络眼

梯形木支架d=18cm，Δ=4

4.0

9~10

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm，Δ=2

4.8

10~11

采煤工作面

采高2m控顶距2~4m，单体液压，机采

100

5.5

11~12

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm，Δ=2

4.8

12~13

联络眼

梯形木支架d=18cm，Δ=4

4.0

13~14

回风顺槽

梯形木支架d=22cm，Δ=2

420

4.8

14~15

回风石门

梯形水泥棚

7.5

15~16

主要回风道

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

2700

7.5

16~17

回风井

混凝土碹（不平滑），风井直径D=4m

（二）拟定矿井通风系统

矿井通风方式的选择

选择矿井通风方式时，应考虑以下两种因素：

1．自然因素：

煤层赋存条件、埋藏深度、冲击层深度、矿井沼气等级。

2．经济因素：

井巷工程量、通风运行费、设备装备费。

一般说来，新建矿井多数是在中央并列式、中央分列式、两翼对角式和分区对角式中选择。

下面对这几种通风方式的特点及优缺点适用条件列表比较，见表

通风方式

中央并列式

中央分列式

两翼对角式

分区对角式

优点

初期投资较少，出煤较多

通风阻力较小，内部漏风小，增加了一个安全出口，工业广场没有主扇的噪音影响；从回风系统铺设防尘洒水管路系统比较方便。

风路较短，阻力较小，采空区的漏风较小，比中央并列式安全性更好

通风路线短，阻力小

缺点

风路较长，风阻较大，采空区漏风较大

建井期限略长，有时初期投资稍大

井筒数目多，基建费用多

适用条件

煤层倾角大、埋藏深，但走向长度并不大，而且瓦斯、自然发火都不严重

煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大，而且瓦斯、自然发火比较严重

煤层走向较大（超过4km），井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火严重的新矿井

煤层距地表浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风道

矿井开拓采用立井开拓方式，矿井通风采用两翼对角式通风方式。

矿井主要进风井为位于井田中央的副井，矿井主要回风井位于第七采区和第八采区的上部边界。

矿井主要通风机采用抽出式通风方式。

大巷位置位于负240米处石门揭煤地带的岩石巷道中。

在第一采区有一个备用工作面，一个采煤工作面，两个掘进工作面，在第二采区有两个采煤工作面，两个掘进工作面所以矿井总共有4个采煤工作面，4个掘进工作面。

回采工作的采煤方法采用单一走向长壁采煤法，采煤工作面推进方向采用后退式，附矿井通风系统图如下：

（三）矿井总风量计算与分配

一、矿井需风量计算原则

（1）矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。

（2）按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。

（3）按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合《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

矿井需风量按以下方法计算，并取其中最大值。

（1）按进下同时工作的最多人数计算

Q矿=4NK

=4×380×1.12

=1702.4m3/min

式中Q矿——矿井总需风量，m3/min

N——井下同时工作的最多人数，人；

4——矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均等因素。

采用压入式和中央并列式通风时，可取1.20~1.25;采用对角式或区域式通风时，可取1.10~1.15。

上述备用系数在矿井产量T≧0.90Mt/a时取大值。

（2）按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算

采煤工作面需风量计算

采煤工作面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（二氧化碳）涌出量计算：

Q采=100Q瓦K瓦

=100×3.2×1.5

=480m3/min

式中Q采——采煤工作需要风量，m3/min；

Q瓦——采煤工作面瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；

K瓦——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，即该工作面机采工作面可取1.4~2.0;水采工作面可取2.0~3.0。

生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行五昼夜的观测，得出五个比值，取其最大值。

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1的要求

表3-1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）

＜15

15~18

18~20

20~23

23~26

0.3~0.5

0.5~0.8

0.8~1.0

1.0~1.5

1.5~1.8

采煤工作面的需风量按下式计算：

Q采=60v采S采K采，m3/min

=60×1.0×5.5×1

=330m3/min

式中v采——采煤工作面适宜风速，m/s

S采——采煤工作面平均有效断面积，㎡，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算；

K采——采煤工作面长度风最系数，按表2先取

表3-2采煤工作面长度风量系数表

采煤工作面长度/m

工作面长度风量系数

﹤50

50~80

80~120

120~150

150~180

﹥180

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.30~1.40

3、按炸药使用量计算：

Q采=25A采，m3/min

=25×2.4

=60m3/min

式中25——每使用1kg炸药的供风量，m3/min

A采——采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg

4、按工作人员数量计算：

Q采=4n采，m3/min

=4×38=152m3/min

式中4——每人每分钟供给的最低风量，m3/min

n采——采煤工作面同时工作的最多人数，人。

5、按风速验算：

按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：

Q采≧60×0.25S采，m3/min

=60×0.25×5.5

=82.5m3/min

按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：

Q采≦60×4S采，m3/min

=60×4×5.5

=1320m3/min

掘进工作面需风量计算

煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，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：

Q掘=100Q瓦K瓦

=100×1.2×2

=240m3/min

2、按炸药量使用最计算：

Q掘=25A掘，m3/min

=25×2.4

=60m3/min

3、按局部通风机吸风量计算：

Q掘=Q通IK通，m3/min

=200×1×1.3

=260m3/min

式中Q通——掘进工作面局部通风机额定风量（表3），

I——掘进工作面同时运转的局部通风机台数，台：

K通——防止局部通风机吸循球风的风量备用系数，一般取1.2~1.3,进风巷中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。

表3-3局部通风机额定风量Q通

风机型号

额定风量/（m3/min）

JBT-51（5.5KW）

JBT-52（11KW）

JBT-61（14KW）

JBT-62（28KW）

150

200

250

300

4、按工作人员数量计算：

Q掘=4n掘，m3/min

=4×15

=60m3/min

5、按风速进行验算；

岩巷掘进工作面的风量应满足：

60×0.15×S掘≦Q掘≦60×4×S掘

由上式得43.2m3/min≦Q掘≦1152m3/min

煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：

60×0.25×S掘≦Q掘≦60×4×S掘

=72m3/min≦Q掘≦1152m3/min

根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。

Q掘=260m3/min

72m3/min≦Q掘≦1152m3/min

所以，Q掘=260m3/min符合上述要求。

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、井下爆破材料库

按经验值计算，小型矿井一般80~100m3/min，大型矿井一般100~150m3/min。

2、充电硐室

通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。

3、机电硐室

采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为60~80m3/min。

表3-4机电硐室发热系数表

机电硐室名称

发热系数（

）

空气压缩机房

水泵房

变电所、绞车房

0.15~0.23

0.01~0.04

0.02~0.04

4、其它巷道需风量计算

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3%~5%估算。

5、矿井总风量计算；

=3905m3/min。

通过计算所得；矿井总风量为3905m3/min

3矿井总风量的分配

（1）分配原则

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；所有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《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、掘进工作面、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、采掘工作面数目、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安全。

风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合《规程》对风速的要求。

（四）矿井通风总阻力计算

一、矿井通风总阻力的计算原则

（1）如果矿井服务年限不长（10~20年），选择达到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；若矿井服务年限较长（30~50年），只计算前15~25年通风容易和困难两个时期的通风阻力。

为此，必须先给出这两个时期的通风网络图。

（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）矿井通风总阻力不应超过2940Pa

（4）矿井井巷的局部阻力，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

沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路（入不敷出风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的磨擦阻力；

将各段井巷的磨擦阻力累加后并乘以考虑局部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4-1进行计算。

表4-1矿井通风（容易）时期井巷磨擦阻力计算表

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）

副井

两个罐笼，有梯子间，

0.0037

240

15.7

19.625

7558.38

0.001844522

67.7667

4592.33

8.47

3.45

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

120

12.17

1000

0.005648557

66.4

4408.96

21.886

6.64

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

12.17

1000

0.003765705

66.4

4408.96

14.59

6.64

主要运输巷

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

450

10.54

7.5

421.875

0.045453936

40.425

1634.18

62.46

5.39

运输机上山

梯形水泥棚

0.01

135

11.39

7.5

421.875

0.043333819

40.425

1634.18

59.56

5.39

运输机上山

梯形水泥棚

0.012

135

11.39

7.5

421.875

0.052000583

31.125

968.77

42.37

4.15

运输机顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

420

9.11

4.8

110.59

0.411716973

20.5002

420.26

173.03

4.27

联络眼

梯形木支架d=18cm,△=4

0.0158

8.32

0.06162

10.2501

105.06

6.47

2.56

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

9.11

4.8

110.59

0.07842228

10.2501

105.06

8.24

2.14

采煤工作面

采高难度2m控顶距2-4m,单体液压，机采

0.047

100

9.15

5.5

166.375

0.228581019

9.405

88.45

22.86

1.71

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

9.11

4.8

110.59

0.07842228

10.2501

105.06

8.24

2.14

联络眼

梯形木支架d=18cm,△=4

0.0158

8.32

0.06162

10.2501

105.06

6.47

2.56

回风顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

420

9.11

4.8

110.59

0.411716973

20.5002

420.26

173.03

4.27

回风石门

梯形水泥棚

0.01

11.39

7.5

421.88

0.00809946

42.3668

1794.95

14.54

5.65

主要回风道

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0035

2700

10.54

7.5

421.88

0.236093202

42.3668

1794.95

423.77

5.65

回风井

混凝土碹（不平滑），风井直径d=4m

0.0039

12.56

1981.39

0.001730543

42.3668

1794.95

3.11

3.37

单翼总风阻

1049.096

矿井总风阻

2098.192

（1）计算矿井通风容易时期的通风总阻力

表4-2矿井通风（困难）时期井巷磨擦阻力计算表

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）

副井

两个罐笼，有梯子间，

0.0037

240

15.7

19.625

7558.38

0.0018

67.7667

4592.33

8.47

3.45

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

120

12.17

1000

0.0056

66.4

4408.96

21.886

6.64

主要运输石门

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

12.17

1000

0.0038

66.4

4408.96

14.59

6.64

主要运输巷

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0034

3150

10.54

7.5

421.875

0.3182

40.425

1634.18

437.266

5.39

运输机上山

梯形水泥棚

0.01

135

11.39

7.5

421.875

0.0433

40.425

1634.18

59.56

5.39

运输机上山

梯形水泥棚

0.012

135

11.39

7.5

421.875

0.0520

31.125

968.77

42.37

4.15

运输机顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

420

9.11

4.8

110.59

0.4117

20.5002

420.26

173.03

4.27

联络眼

梯形木支架d=18cm,△=4

0.0158

8.32

0.0616

10.2501

105.06

6.47

2.56

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

9.11

4.8

110.59

0.0784

10.2501

105.06

8.24

2.14

采煤工作面

采高难度2m控顶距2-4m,单体液压，机采

0.047

100

9.15

5.5

166.375

0.228581019

9.405

88.45

22.86

1.71

上分层顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

9.11

4.8

110.59

0.0784

10.2501

105.06

8.24

2.14

联络眼

梯形木支架d=18cm,△=4

0.0158

8.32

0.0616

10.2501

105.06

6.47

2.56

回风顺槽

梯形木支架d=22cm,△=2

0.0119

420

9.11

4.8

110.59

0.4117

20.5002

420.26

173.03

4.27

回风石门

梯形水泥棚

0.01

11.39

7.5

421.88

0.0081

42.3668

1794.95

14.54

5.65

主要回风道

三心拱，混凝土碹，壁面抹浆

0.0035

10.54

7.5

421.88

0.0000

42.3668

1794.95

0.00

5.65

回风井

混凝土碹（不平滑），风井直径d=4m

0.0039

12.56

1981.39

0.0017

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