矿井通风设计.docx
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矿井通风设计
采矿工程专业
《通风安全学》设计说明书
设计题目：
《通风安全学》课程设计
设计人：
学号：
班级：
指导老师:
目录
前言井田概述
第一章选择矿井通风系统
第二章计算和分配矿井总风量
第一节采煤工作面需风量的计算
第二节掘进工作面需风量的计算
第三节硐室需风量的计算
第四节其他用风巷道需风量的计算
第五节矿井总风量的计算
第三章计算全矿通风阻力和矿井等积孔
第一节全矿井通风总阻力计算
第二节矿井通风等积孔计算
第四章通风机选型
第一节主要通风机的选择与工况点计算
第二节电动机的选择
第五章矿井通风系统图
第六章矿井主要安全技术措施
前言井田概述
一井田境界：
上自风化带±0m至-600m，左右均为人为边界。
走向长约6000m，倾斜长约1754m，地表平坦，标高+100m。
井田内有三个煤层，自上而下为m1，m2，m3。
煤层倾角20º。
各煤层厚度、间距及顶、底板情况见下表：
煤层名称
厚度
（m）
间距
（m）
顶板
底板
m1
1.8
25
直接顶为页岩，厚8m，稳定。
老顶为中砂岩，厚4m，再上为细砂岩
直接底为砂页岩，厚2m
m2
1.6
砂页岩、砂岩、页岩互层
15
m3
1.8
砂页岩、砂岩、页岩互层
直接底为页岩，厚8m，再下为厚砂岩，厚40m以上
各煤层成层平稳，地质构造简单，无断层，m1煤质较软但粘顶，m2、m3均属中硬，各煤层的容重γ=1.25t/m3。
矿井相对瓦斯涌出量14m3/t，煤层无自燃倾向，表土内有流砂。
二矿井采区储量：
采区储量计算表
煤层编号
水平投影面积（㎡）
倾角
（°）
真面积
（㎡）
煤厚（m）
容重
（t/m³）
工业储量（万t）
回采率（％）
可采厚度（m）
可采储量（万t）
M1
555422.5
20
590875
1.8
1.25
132.95
85
1.8
113
M2
555422.5
20
590875
1.6
1.25
118.18
85
1.6
100.45
M3
555422.5
20
590875
1.8
1.25
132.95
85
1.8
113
合计
1666267.5
1772625
5.2
384.08
5.2
326.45
三开拓设计简况：
井田采用一对立井开拓，井筒位置布置在井田走向中央和倾斜中部。
井田划分为三个阶段，每个阶段垂高200m，由于倾角较大均采用上山开采，一水平运输大巷布置在-200m水平，大巷沿m3煤层底板开拓，位置距m3煤层垂直距离25m，回风大巷布置在+0m标高，距m3煤层的距离与运输大巷相同，矿井设计能力为年产60万t。
主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。
井底车场选用立井刀式环形车场，大巷运输采用600mm轨距架线式电机车运输，矿车选用1t固定式U型矿车。
采区工作制度规定如下：
年工作日数：
330天。
每日工作班数：
3班。
每班工作时数：
8h。
第一章选择矿井通风系统
通风系统选择的原则：
要求要符合安全可靠、技术先进合理、经济、投产快等。
矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。
按进、回风在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。
由于煤层倾角较小，埋藏较浅，井田走向长度不大等条件，故确定为中央边界式通风系统。
采区通风系统：
采区共设3条上山，1条轨道上山和2条回风上山。
根据《煤矿开采安全规程》规定，再结合矿井的实际情况，本矿井采用抽出式通风方式。
第二章计算和分配矿井总风量
矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。
（一）按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不小于4m3。
（二）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总合进行计算。
第一节采煤工作面需风量的计算
采煤工作面的风量应按下列因素分别计算，取其最大值。
（一）按瓦斯涌出量计算：
Qwi=100×Qgwi×kgwi
式中：
Qwi‘—第i个采煤工作面需要风量，m3／min；
Qgwi—第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，瓦斯相对涌出量为14m3/t,则瓦斯绝对涌出量Qgw为:
Qgw=14m3/t×300000／（330×24×60）=8.84（m3／min）；
kgwi—第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.2。
则：
Qgwi=100×8.84×1.2=1060.8（m3／min）
（二）按工作面进风风流温度计算
长壁工作面实际需要的风量，按下式计算：
Qwi=60×Vwi×Swi×kwi
式中：
Qwi—第i个采煤工作面需要风量，m3／min；
Vwi—第i个采煤工作面的风速，1.5m/s；
Swi—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面积的平均值为6.96m2。
kwi—第i个采煤工作面长度系数，取1.2。
则Qwi=60×1.5×6.96×1.2=751.68（m3／min）
（三）按工作面人数计算
Qwi=4×nwi
式中：
4—每个人每分钟应供给的最低风量，m3／min；
nwi—工作面同时工作的最多人数，56人。
则Qwi=Q总=4×56=224（m3／min）
（四）按工作面风速进行验算
根据《煤矿安全规程》规定，采煤工作面最低风速为0.25m／s，最高风速为4m／s。
按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：
Qwi≥0.25×60×Swi=0.25×60×6.96=104.4（m3／min）
按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：
Qwi≤4×60×Swi=4×60×6.96=1670.4（m3／min）
由结果可知，设计回采工作面的需风量符合要求。
采区采用双翼布置，即有两个工作面，由上述计算可知总风量∑Qwi：
∑Qwi=2×1060.8=2121.6（m3／min）
第二节掘进工作面需风量的计算
煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素计算，取其最大值。
（一）按瓦斯涌出量计算：
Qhi=100×Qghi×kghi
式中：
Qhi—第i个掘进工作面的需风量，m3／min；
Qghi—第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，取1.5m3／min；
kghi—第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用系数，取1.7。
则：
Qhi=100×1.5×1.7=255（m3／min）
（二）按炸药量计算：
Qhi=25×Ahi
式中：
25—使用1㎏炸药的供风量，m3／min；
Ahi—第i个掘进工作面一次爆破用的最大炸药量，取5㎏。
则Qhi=25×5=125（m3／min）
（三）按局部通风机吸风量计算：
Qhi=∑Qhfi×khfi
式中：
Qhi—第i个掘进工作面的需风量，m3／min；
∑Qhfi—第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量之和；
khfi—为防止局部通风机吸收循环风的风量备用系数，取1.3。
（四）按井下同时工作的最多人数计算：
Qhi=4×nhi
式中：
4—每个人每分钟应供给的最低风量，m3／min；
nhi—第i个工作面同时工作的最多人数，10人。
则：
Qhi=4×10=40（m3／min）
（五）按风速进行验算：
按风速进行验算各个岩巷掘进工作面的最小风量：
Qhi≥0.15×60×Shi
按风速进行验算各个岩巷工作面的最大风量：
Qhi≤4×60×Shi
式中：
Shi—第i个掘进巷道的静面积，m2。
则：
Qhi≥0.15×60×Shi=0.15×60×8.4=75.6（m3／min）
Qhi≤4×60×Shi=4×60×8.4=2016（m3／min）
由验算可知，结果符合要求。
考虑生产的连续性，安排两个掘进工作面，则掘进工作面总风量：
∑Qhi=2×255=510（m3／min）
第三节硐室需风量的计算
采区机电硐室必须设在进风流中，而且采区变电所一般按各局矿经验配风。
采区变电所的风量约为60～80m3／min。
本设计为80m3／min。
井下爆破材料库取90m3／min，装设瓦斯检测报警自动短电仪，加强瓦斯监控，保证生产安全。
则：
Qci=90+80=170（m3／min）
第四节其他用风巷道需风量的计算
各个其他用风巷道的需风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采取其最大值。
（一）按瓦斯涌出量计算：
Qoi=133×Qgoi×koi
式中：
Qgoi—第i个其他用风巷道的绝对瓦斯涌出量，m3／min
koi—第i个其他用风巷道的瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，取1.25。
则：
Qoi=133×Qgoi×koi=133×0.7×1.3=121.03（m3／min）
（二）按最低风速进行验算：
Qoi≥60×0.15×Soi
式中：
Soi—第i个其他用风巷道井巷的断面积，m2。
则：
Qoi≥60×0.15×8.5=76.5（m3／min）
由验算可知，符合要求。
∑Qoi=121.03×2=242.06（m3／min）
第五节矿井总风量的计算
矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总和计算采区所需要的总风量Qm：
Qm=km（∑Qwt+∑Qht+∑Qrt+∑Qot）
式中：
Km—矿井通风系数（包括内部漏风和配风不均匀等因素）宜取1.15～1.25。
取1.20。
∑Qwt—各采煤回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3／min；
∑Qht—各掘进工作面所需风量之和，m3／min；
∑Qrt—采区变电所、绞车房等硐室所需风量之和，m3／min；
∑Qot—其它用风地点所需风量之和，m3／min。
考虑备用工作面数量，回采面和掘进工作面分别按1：
1、1：
2计算。
则：
Qm=（2121.6+1020+170+242.06）×1.20=3553.66（m3／min）=59.28（m3/s）
所以，矿井的总风量取为60m3/s。
第三章计算全矿通风阻力和矿井等级孔
矿井通风总阻力的计算原则：
（1）矿井通风的总阻力，不超过2940Pa。
（2）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。
第一节全矿井通风总阻力计算
在风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随着开采深度的增加和走向范围的扩大以及产量提高而增加。
为了风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于风机服务期限内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应于通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压的作用。
一、计算原则
1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。
但必须是选择矿井达到设计产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。
一般可在两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别找出风流线路最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。
在选定的线路上（分最容易和最困难时期），从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来得出这两个时期的各自井巷通风总阻力（h阻易、h阻难）。
如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出其中最大值。
如果矿井服务年限较长，则只计算头15～25a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。
2、通过主扇的风量Q扇必大于通过出风井的矿井总风量Q矿，为了计算矿井的阻力，先算出Q扇：
Q扇 =（1.05～1.10）Q矿（m3/min）
式中，1.05～1.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1.05，有提升运输任务时取1.10。
式中，通风井无提升运输任务时取1.10，有提升运输任务时取1.15。
3、为了经济、合理、安全地使用主扇，应控制h阻难不太大，对大型矿井不超过4400Pa，有自燃倾向的矿井不超过3400Pa。
二、计算方法
沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力：
h摩=α·L·U·Q2/S3 （Pa）
式中：
L、U、S——分别为各井巷的长度、周长、净断面积（m，m，m2）；
α——摩擦阻力系数，可查阅《煤矿通风与安全》一书的附录；
Q——各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以K矿（即考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素）后所求得风量值，m3/s。
将以上计算结果填入表7-3。
其总和为总摩擦阻力∑h摩，即：
∑h摩=h1-2+h2-3+……+h-n-（n+1）（Pa）
式中：
h1-2，h2-3，……为各段井巷之摩擦阻力，Pa
表3-1容易时期最小通风阻力计算表
序号
巷道名称
支护方式
巷道长度/m
净断面积/m2
净周长/m
风量/m3.s-1
通风阻力系数/N.s2.m-4
风速/m.s-1
阻力/Pa
1
副井井筒
混凝土
300
20
15.8
56
0.04
2.8
74.3232
2
井底车场
锚喷
55
9.6
11.6
43
0.008
4.5
10.66679
3
运输石门
锚喷
348
13.2
14.1
54
0.012
4.1
82.91165
4
运输大巷
锚喷
55
13.2
14.1
53
0.012
4
10.33238
5
下部车场
锚喷
64
8.2
11.3
29
0.012
3.5
8.273211
6
轨道上山
锚喷
466
12.1
13.2
48.5
0.012
4
97.16828
7
区段运输石门
锚喷
73
10
12.9
39
0.037
3.9
52.99605
8
区段运输平巷
金属支架
1900
10
12.9
19
0.037
1.9
327.3801
9
工作面
液压支架
125
11.8
13.7
17.7
0.05
1.5
16.03945
10
区段回风平巷
液压支架
1900
7.66
11.4
18
0.017
4.7
265.4398
11
回风石门
锚喷
73
10.2
12.2
56
0.012
5.5
31.58199
12
风井井筒
混凝土
100
17
14.6
56
0.02
3.3
18.63855
小计995.7514
合计（10%损失）1095.327
表3-2困难时期最小通风阻力计算表
序号
巷道名称
支护方式
巷道长度/m
净断面积/m2
净周长/m
风量/m3.s-1
通风阻力系数/N.s2.m-4
风速/m.s-1
阻力/Pa
1
副井井筒
混凝土
700
20
15.8
56
0.04
2.8
173.4208
2
井底车场
锚喷
55
9.6
11.6
43
0.008
4.5
10.66679
3
运输石门
锚喷
657.8
13.2
14.1
54
0.012
4.1
141.1107
4
运输大巷
锚喷
50
13.2
14.1
53
0.012
4
10.33238
5
下部车场
锚喷
40
8.2
11.3
29
0.012
3.5
8.273211
6
轨道上山
锚喷
462
12.1
13.2
48.5
0.012
4
97.16828
7
区段运输石门
锚喷
205.15
10
12.9
39
0.037
3.9
148.9334
8
区段运输平巷
金属支架
1900
10
12.9
19
0.037
1.9
327.3801
9
工作面
液压支架
122.8
11.8
13.7
17.7
0.05
1.5
16.03945
10
区段回风平巷
液压支架
1900
7.66
11.4
18
0.017
4.7
265.4398
11
回风平巷
锚喷
205.15
10.2
12.2
56
0.012
5.5
88.75404
12
风井井筒
混凝土
500
17
14.6
56
0.02
3.3
93.19275
小计1380.712
合计（10%损失）1518.783
容易时期和困难时期通风阻力最大的路线分别用下式计算出各段井巷摩擦阻力
hfr=α×L×U×Q2/S3
式中hfr—某段井巷的摩擦阻力，Pa；
L—某段井巷的长度，m；
U—某段井巷的周边长，m；
S—某段井巷的净断面积，m2；
α—某段井巷的摩擦阻力系数，N.s2.m-4，由有关手册查出或参考邻近矿井类似巷道取值。
全矿井通风总阻力计算结果：
容易时期最小阻力为1355.65Pa；困难时期最大阻力为2593.063Pa,两个时期阻力计算见表3-1、表3-2。
第二节矿井通风等积孔计算
矿井通风等积孔是用一个与井巷或矿井风阻值相当的理想孔的面积值，是衡量矿井通风的难易程度和是否经济的重要指标。
反映矿井通风阻力和风量依存关系的数值，等积孔愈大，表示通风愈容易；反
之，等积孔愈小，表示通风愈困难。
《煤炭工业矿井设计规范》规定：
设计矿井的通风等积孔在最大负压时，一般不小于1m2。
等积孔的计算方法:
式中：
A—等积孔，m2；
Q—矿井的总进风量，m3／s；
h—矿井的风压，Pa。
代入数据得容易时期和困难时期的等积孔A1、A2分别为：
因此，矿井通风阻力等级属于中阻力矿，通风设计基本符合规范。
第四章通风机选型
矿井通风设备的要求：
1矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套做备用。
选择通风设备应满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效率运行。
当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机。
2通风机能力应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时，轮叶运转角度应比允许范围小5º；离心式通风机的选型设计转速不宜大于最高转速的90%。
3进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。
第一节主要通风机的选择与工况点计算
通风设备的选型是根据计算出的全矿总风量Q、容易时期最小阻力和困难时期最大阻力进行设计的。
它包括通风机和电动机的选择及通风机附属装置设计。
通常用通风机的个体特性曲线来选择通风机，要求所选择的通风机既能保证在容易时期的工作效率不太低（不低于0.7），又能保证在困难时期风压够用，且用来克服矿井总阻力的风压小于通风机最大风压的0.9倍，并有足够的风量。
同时，还要考虑自然风压对通风机的影响。
由于本矿井地表平坦、深度较小、温度不高，自然风压对设计影响较小，因此本设计对自然风压不再考虑。
通风机选择时，首先计算出矿井要求风机提供风量和风压值，根据风量、通风困难时期风压和通风容易时期风压在风机特性曲线上初选能够满足要求且效率大于0.7的通风机，通风机一般有轴流式和离心式两种，根据本矿井的实际情况，现分别计算矿井要求风机提供风量和两类风机的风压值。
（一）计量;算通风机的风
Qf=kQm
式中：
Qf——主要通风机的工作风量，m3/s；矿井需风量，m3/s；
Qm——矿井需风量，m3/s；
k—漏风损失系数，取1.1。
则：
Qf=kQm=1.1×60=66（m3/s）
（二）计算通风机的风压
离心式通风机全压：
容易时期Htdmin=hmmin+hd+hvd-HN
=1355.65+180+140=1675.65Pa=170.98mmH2O
困难时期Htdmax=hmmax+hd+hvd+HN
=2593.063+180+140=2913.063Pa=297.251mmH2O
轴流式风机静压：
容易时期Hsdmin=hmmin+hd-HN
=1355.65+180=1535.65Pa=156.699mmH2O
困难时期Hsdmax=hmmax+hd+HN
=2593.063+180=2773.063Pa=282.966mmH2O
式中：
hm—矿井通风困难和容易时期的总阻力,Pa;
hd—通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力,Pa;
hvd—离心式通风机出口动压,Pa;
HN—自然风压，取0Pa。
（三）初选通风机
根据
、Htdmax（Hsdmax）和Htdmin（Hsdmin）,初选能够满足要求且效率大于0.7的通风机，2K60№18型轴流式风机（n=985r/min）和4-72-11№20型离心式风机（n前=500r/min，n后=750r/min）。
两种风机均能满足通风要求，经技术经济比较4-72-11№20型离心式风机较为经济，风机运行费少，运行平稳噪音小，便于维修等优点。
根据各台通风机的工况参数对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，确定满足矿井通风要求，技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。
故本设计采用4-72-11№20型离心式风机，详见方案比较表4-1。
（四）求通风机的实际工况点
根据计算的矿井通风容易时期通风机的
、Htdmin（或Hsdmin）和矿井通风困难时期通风机的
、
Htdmax（Hsdmax）在通风机的特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。
（1）计算通风机的工作风阻
用全压特性曲线时：
Rtdmin=Htdmin/Qf2=1323.013/（52）2=0.489（Ns2/m8,）
Rtdmax=Htdmax/Qf2=2230.392/（52）2=0.825（Ns2/m8 ）
（2）确定通风机的实际工况点
在通风机特性曲线图中作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点,见图4-2。
表4-1风机技术经济比较表
分类
方案
方案Ⅰ
方案Ⅱ
备注
分期
前期
后期
前期
后期
设计依据
风量/m3.s-1
57.2
57.2
57.2
57.2
风压/Pa
130.920
213.308
145.205
227.593
选择风机
型号
2K60№24
4-72-11№20
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