14采矿矿井通风与安全课程设计Word文档下载推荐.docx
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9.5
4
2’-3
5
3-4
主要运输巷
450/3150
7.0
6
4-5’
运输机上山
梯形
锚喷支护
135
光面爆破凹凸度<
150
7
5’-5
8
5-6
运输机顺槽
木支架
370
4.8
d=22cm△=2
9
6-7
联络眼
30
d=18cm△=4
10
7-8
上分层顺槽
80
11
8-9
回采工作面
切眼梯形
金属支架
4.5
采高2m机组采煤
12
9-10
13
10-11
14
11-12
回风顺槽
350
15
12-13
回风石门
钢棚
16
13-14
主要回风道
2700/0
6.2
壁面抹浆
17
14-15
回风井
70
7.1
d=3m
2.1矿井及采区通风系统
2.1.1矿井通风系统的基本要求
一般情况下矿井通风系统，都要符合投产较快、出煤较多、安全可靠、技术经济标合理等总原则。
具体地说要适应以下基本要求：
1）每个矿井，特别是地震区、多雷区的矿井至少要有两个通地面的安全出口，个出口之间距离不得小于30m；
2）进风井口，要有利于防洪，不受粉尘、污风炼焦气体矸石燃烧气体等有毒气体的侵入；
3）采用多台分区主扇通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；
各分区主扇的回风流中央主扇和每一翼的主扇的回风流都必须严格隔开；
4）所有矿井都要采用机械通风主扇和分区扇必须安装在地面；
5）北方矿井，井口要有供暖设备；
6）总回风巷不得作为主要人行道；
7）工业广场不允许受扇风机噪音的干扰；
8）装有皮带机的井筒不允许兼作回风井；
9）装有箕斗的井筒不允许兼作进风井；
10）可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；
11）通风系统要为防瓦斯、火、水、尘及降温创造条件；
通风系统要有利于深水平延伸或后期通风系统的发展变化；
12）要注意降低通风费用。
2.1.2矿井通风类型的确定
一般情况下，矿井主要有五种通风类型（图中主扇工作方法暂且按抽出式）：
中央并列式（图2—1）、中央分列式（图2—2）、两翼对角式（图2—3）、分区对角式（图2—4）和混合式通风。
图2-1中央并列式
图2-2中央边界式
图2-3两翼对角式
图2-4分区抽出式
表1—1矿井通风方式对比表
项目
类型
适用条件
优缺点
中
央
并
列
式
使用：
a.罐笼或串车提煤的中小型井—主井进风，副井回风。
b.箕斗或胶带运煤的大中型井—副井进风，主井回风c.在井田上部边界设安全出口。
布置：
进、回风井布置在一个工业广场内；
两井相距中小型井30~50m，大型井60~150m
优点:
工业广场集中，管理方便；
保护井筒煤柱少。
缺点：
通风线路长，风阻大，漏风多。
适用：
井田尺寸、能力不很大、低瓦斯矿井，矿井投产早期。
分
煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大而瓦斯和自燃发火较严重的矿井
主、副井位于井田中央，风井设在井田中央上部边界。
风井深度小。
与并列式相比，这种方式较安全，建井期两井深部延伸，通风不困难，风流不折返，阻力小，内部漏风小，有利于防火。
工业广场没有噪音和污风的污染，回风井系统设备防尘管理比较方便。
两
翼
对
角
适用于走向长度大于4Km，井田面积大，产量高，煤层距地表浅，瓦斯、自燃发火严重的矿井。
由于风流路线较短，阻力和漏风小，所以各采区风阻表较稳定；
矿井总风压稳定，工业广场不受污染，比中央分列式安全性更好；
但它的初期投资较大，管理相对分散，发生事故时反风较困难。
区
适用于煤层距地表浅，因地表高低起伏较大，无法开掘浅部总回风巷，而且表土层没有沙层，便于开掘小风井。
另外，煤层走向长，多煤层开采，高温矿井也可以采用这种方式。
各分区有独立的通风线路，互相不影响而且通风阻力小，建井工期短，安全生产好，分区风井多，占场地多，通风机管理分散。
结合本矿的地质条件：
本矿虽然属低瓦斯矿井，但煤层有自燃发火倾向，煤尘有爆炸危险性，但为了减少初期投资成本，前期采用中央并列式通风，当井田开采到后期通风有困难时可以再设一个风井以解决通风问题。
2.1.3采煤工作面通风类型的确定
适用于本设计的采煤工作面通风类型有U、Z、Y和双Z等形式（以后退式为例，见图1—5）。
这几种通风类型的粗略比较见表9—3。
图2—5回采工作面通风类型
表1—3回采工作面通风类型比较表
优点
缺点
U形
采空区漏风少
在工作面上隅角附近容易积存沼气，影响工作面的安全生产。
Z形
在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。
采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。
Y形
增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。
对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；
要求工作面的上顺槽沿采区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；
同时，还需要在采区边界开一条为相邻两个采区共用的回风上山，故采区巷道的掘进和维护费用较大。
双Z形
对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制的问题。
中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用较大。
由于本设计矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很小，且U形通风漏风量少，易于通风管理。
结合设计带区回采工作面推进方向，确定回采工作面的通风类型为U型后退式通风。
3.1矿井风量计算与分配
3.1.1矿井所需总风量的计算
1）按井下同时工作的最多人数计算矿井总风量
Qk=4NK，m3/min（2—1）
式中4——以人数为计算单位的供风标准，即按井下每人4m3/min的规定风量来计算矿井总风量；
N——井下同时工作的最多人数，因设计矿井为高产高效矿井，井下同时工作的人数不会超过900人，取N=900；
K——矿井风量备用系数，取K=1.35。
则Qk=4NK
=4×
900×
1.35
=4860m3/min
2）按实际需要计算矿井所需总风量
Qk=（∑Qai+∑Qbi+∑Qci+∑Qdi）Kl（2—2）
式中∑Qai——回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；
∑Qbi——各掘进工作面所需风量之和，m3/min；
∑Qci——各硐室所需风量之和，m3/min；
∑Qdi——除上述各用风地点外，其它巷道所需风量之和m3/min；
Kl——矿井风量备用系数，取Kl=1.15。
3.1.2掘进工作面所需风量的计算
按沼气（或二氧化碳）涌出量计算
Qbi=100qgbiKbi，m3/min（2—9）
式中Qbi——第i个掘进工作面实际需要风量，m3/min；
qgbi——该掘进工作面回风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；
Kbi——该掘进工作面的瓦斯涌出不均衡系数，一般可取1.5~2.0。
根据现场实测数据及生产经验，取qgbi=1m3/min，Kai=2.0。
则Qbi=100qgbiKbi
=100×
1×
=200m3/min
按局扇的吸风量计算
Qbi=QfiIi，m3/min（2—10）
式中Qfi——第i个掘进工作面局扇的吸风量，根据第五章所选掘进通风局扇，Qfi=225m3/min；
Ii——该掘进工作面同时运转的局扇台数，Ii=1。
则Qbi=QfiIi=225×
1=225m3/min
按人数计算
Qbi=4Nbi，m3/min（2—11）
式中4——以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4m3的规定风量；
Nbi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数，根据现场生产实际，取Nai=40人。
则Qbi=4Nbi=4×
40=160m3/min
按炸药量计算
Qbi=25Abi，m3/min（2—12）
式中25——以炸药量为计算单位的供风标准[m3/（min·
kg）]，即为每公斤炸药爆破后，需要供给的风量；
Abi——第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。
对于轨道大巷，根据第四章所选断面，参照《井巷工程》关于炸药用量的规定，取一次爆破使用的最大炸药量为9.6kg。
则Qbi=25Abi=25×
9.6=240m3/min
按风速进行验算
每个岩巷掘进工作面的风量为：
Qbi≥0.15×
60×
Sbi，m3/min（2—13）
每个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的风量为：
Qbi≥0.25×
Sbi，m3/min（2—14）
式中Sbi——第i个掘进巷道断面积，m2。
根据第四章所选巷道断面，轨道大巷掘进断面积为16.6m2，分带煤层斜巷掘进断面积为16.32m2。
对于岩巷，Qbi≥0.15×
Sbi
=0.15×
16.6
=149.4m3/min
对于煤巷，Qbi≥0.25×
=0.25×
16.32
=244.8m3/min
综上，前述4项所计算风量均不满足煤巷的风速要求，因此采用加大局扇功率即加大局扇风量的办法，改用2*15KW系列局扇，取其吸风量350m3/min作为每个掘进工作面所需风量。
通风容易时期，共有两个煤层斜巷需要独立通风，
则∑Qbi=350×
4=1400m3/min
通风困难时期，亦有两个煤层斜巷需要独立通风，
=1400m3/min
3.1.3硐室所需风量
根据现场生产经验，各个需要独立通风的硐室所需风量为：
炸药库180m3/min，带区变电所120m3/min。
则各硐室所需风量为：
∑Qci=180+120=300m3/min
3.1.4回采工作面所需风量的计算
根据《规程》规定，按照回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的浓度不得超过1%的要求计算，则回采工作面所需风量为：
Qai=100qgaiKai，m3/min（2—3）
式中Qai——第i个回采工作面实际需要风量，m3/min；
qgai——该回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；
Kai——该回采工作面的瓦斯涌出不均衡系数，Kai=2.0。
根据现场实测数据：
矿井瓦斯平均相对涌出量为0.666m3/t，CO2平均相对涌出量为2.139m3/t。
按二氧化碳的涌出量计算，
可得qgai=
=12.8833m3/min
则Qai=100qgaiKai
12.8833×
=2576.67m3/min
取Qai=2577m3/min。
按工作面气温与风速的关系计算
回采工作面应有良好的气候条件，其气温条件与风速的关系表：
表1—4气温条件与风速的关系
工作面气温（℃）
工作面风速V
（m/s）
<
0.3~0.5
15~18
0.5~0.8
18~20
0.8~1.0
20~23
1.0~1.5
23~26
1.2~1.8
则回采工作面所需风量为：
Qai=60VaiSai，m3/min（2—4）
式中Vai——第i个回采工作面的合理风速，根据现场实测数据，工作面平均气温为26℃，由表9—4所示气温条件与风速的关系，取Vai=1.8m/s；
Sai——第i个回采工作面的平均断面积，m2。
对于该设计综放工作面，根据所选综采配套设备尺寸，取
Sai=4.6（M―0.3），m2（2—5）
式中M——工作面采高，M=3.0m。
则Sai=4.6（M―0.3）
=4.6×
（3.0―0.3）
=12.42m2
则Qai=60VaiSai
=60×
1.8×
12.42
=1341m3/min
Qai=4Nai，m3/min（2—6）
Nai——第i个回采工作面同时工作的最多人数，根据现场生产实际，取Nai=50人。
则Qai=4Nai=4×
50=200m3/min
《规程》规定：
回采工作面的最小风速为0.25m/s，最高风速为4m/s。
按此要求验算回采工作面的风量：
Qai≥0.25×
Sai，m3/min；
（2—7）
Qai≤4×
（2—8）
把Sai=11.5m2代入公式（9—7）、（9—8）中，可得
172.5m3/min≤Qai≤2760m3/min
由于172.5≤2577≤2760
所以，工作面风量取2577m3/min符合《规程》的规定。
由于本设计为一矿二面达产，不设备采面，因此通风容易时期及通风困难时期均为：
∑Qai=2577m3/min。
3.1.5备用工作面风量计算
除上述用风地点外，无其它巷道需要通风。
因此，∑Qdi=0。
综上，按实际需要计算的矿井所需总风量为：
通风容易时期
Qk=（∑Qai+∑Qbi+∑Qci+∑Qdi）Kl
=（2577+1400+300+0）×
1.15
=4918m3/min
通风困难时期
Qk=4918m3/min
4.1矿井通风阻力计算
4.1.1.矿井通风摩擦阻力按以下公式计算：
h摩=αLPQ2/S3=RQ2
式中：
h摩——摩擦阻力，Pa；
α——摩擦阻力系数，N×
s2/m4；
L——井巷长度，m；
P——井巷净断面周长，m；
Q——通过井巷的风量，m3/s；
S——井巷净断面积，m2；
R——井巷摩擦风阻，N×
s2/m8。
其主要通风路线为：
主井、副井→井底车场→运输石门→轨道大巷→首采区进风运料斜巷及首采区行人进风斜巷→首采区集中皮采巷→采煤工作面皮带巷→采煤工作面→采煤工作面轨道巷→采煤工作面风桥→首集中回风巷→西翼总回风巷→回风井→引风硐→地面。
4.1.2矿井通风容易和困难时期阻力计算：
h=h摩+h局
式中h—矿井通风总阻力,Pa;
h摩—矿井通风摩擦阻力,Pa;
h局—矿井通风局部阻力,Pa,按摩擦阻力的15%计算。
经计算，通风容易时期总阻力为2877.76Pa；
通风困难时期期总阻力为3614.72Pa。
5.1矿井通风设备选择
5.1.1选型依据
矿井需要风量：
Q=56m3/s
矿井需要风压：
容易hmin=2877.76Pa；
困难hmax=3614.72Pa
5.1.2风机选型参数计算
1.风机的计算风压
hFmin=hmin+hT+hs=2877.76+0+100=2977.76PahFmax=hmax+hT+hs=3614.72+0+100=3714.72Pa
hs——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。
hT——矿井自然风压，hT=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
QF=Ks.Q=1.05×
56=58.8（m3/s）
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。
5.1.3确定风机工况点
1.通风风阻为：
Rmin=hFmin/QF2=2977.76/58.82=0.86
Rmax=hFmax/QF2=3714.72/58.82=1.07
2.网路特性方程Hmin=0.86Q2：
Hmax=1.07Q2
3.工况点
根据上述两方程式，用描点法在所选的N013B6FBCDZ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M1和M2。
M1点θ=38º
/25º
/smQ3M18.58Pa2HjM176.9770.85ηM1
点θ=41º
/28º
/sm5Q3M28.8PaHjM272.37110.85ηM2
4.确定通风的型号和转速
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/s，风压1000-4850Pa,主要通风机能满足以上所计算参数的要求。
5.2选择电动机
5.2.1.初期和后期风机的轴功率分别为
kW1000ηHQNM11jMM1min99.205
kW21000ηHQNM22jMM2max82.19
5.2.2电动机的输出功率为
kW/ηNNcmindmin19.210
kW/ηNNcmaxdmax31.224
式中传动效率，直联传动，取0.98
所选风机功率为2×
185kW，可满足要求。
主要参考资料
《煤矿矿井设计》2008，中国矿业大学出版社
《煤矿开采学》，2009.7，中国矿业大学出版社
《通风安全学》2008中国矿业大学出版社
《煤矿通风能力核定实用指南》2006，煤炭工业出版社，
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