矿井通风与安全系统课程设计.docx
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矿井通风与安全系统课程设计
矿井通风与安全
课程设计
设计人:
周桐
学号:
040213200253
指导老师:
郭金明
前言
《矿井通风》设计是学完《矿井通风》课程后进行,是学生理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计使学生获得以下几个方面能力,为毕业设计打下基础。
1、进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识,培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规、报告撰写等基本技能。
2、培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。
3、培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。
依照老师精心设计的题目,按照大纲的要求进行,要求我们在规定的时间独立完成计算,绘图及编写说明书等全部工作。
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》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。
(一)矿井基本概况
1、煤层地质概况单一煤层,倾角25°,煤层厚4m,相对瓦斯涌出量为13m3/t,煤尘有爆炸危险。
2、井田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。
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
m
断面积
m2
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
9.5
3~4
主要运输石门
三心拱,混凝土碹,壁面抹浆
80
9.5
4~5
主要运输巷
三心拱,混凝土碹,壁面抹浆
450
7.0
5~6
运输机上山
梯形水泥棚
7.0
6~7
运输机上山
梯形水泥棚
7.0
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
30
4.0
9~10
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ=2
80
4.8
10~11
采煤工作面
采高2m控顶距2~4m,单体液压,机采
110
6.0
11~12
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ=2
80
4.8
12~13
联络眼
梯形木支架d=18cm,Δ=4
30
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
30
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
70
(二)拟定矿井通风系统
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。
(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
=4×380×1.15
=1748m3/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
=100×3.2×1.6
=512m3/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,即该工作面炮采工作面可取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
=60×1.0×6×1
=360m3/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
=60×0.25×6
=90m3/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
=60×4×6
=1440m3/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;
=4066m3/min。
通过计算所得;矿井总风量为4066m3/min
矿进总风量的分配
(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、