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六矿通风系统优化设计毕业论文

六矿通风系统优化设计毕业论文

目录I

摘要V

前言1

一．矿井基本情况2

1.1．矿井概述2

1.2交通情况2

1.3自然地理2

1.3.1地形地貌2

1.3.2水文概况3

1.3.3自然条件3

1.3.4地震3

1.3.5区域经济概况3

1.4煤种煤质4

1.5区域地质简况5

1.6瓦斯概况5

二．平煤六矿通风系统调查及分析6

2.1矿井通风系统基本情况6

2.1.1矿井通风系统概况6

2.1.2矿井需要风量、实际风量、有效风量6

2.1.3矿井瓦斯等级，瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量6

2.1.4主通风设备及运行参数，风量，风压，通风阻力，等积孔7

2.1.5分区通风情况北主扇7

2.2矿井通风阻力测定8

2.2.1通风阻力测定的目的及意义8

2.2.2平煤六矿通风阻力测定路线的选择原则9

2.2.3六矿通风阻力测定路线9

2.2.4平六矿通风阻力测定的方法9

2.2.5测定数据的整理计算，矿井通风阻力计算9

2.2.6矿井通风阻力测定结果的评价10

2.2.7对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价11

2.3平煤六矿通风系统的分析与评价11

2.3.1关键路径上的阻力分配情况11

2.3.2通风系统的不合理状况13

2.3.3本章小结14

三．一水平通风系统优化方案15

3.1一水平通风系统优化方案的提出15

3.1.1一水平通风系统优化的目的和意义15

3.1.2研究的关键技术和方案16

3.1.3目前国外技术现状17

3.1.4经济和社会效益17

3.1.5推广应用前景18

3.1.6项目承担单位和协作单位的能力18

3.1.7项目的实施与进度安排18

3.1.8经费概算19

3.2一水平通风系统优化的实施19

3.2.1概况19

3.2.2实施依据20

3.2.3需要达到的主要技术指标20

3.3各巷道工业指标25

3.4效益评价25

四．二水平通风系统优化方案28

4.1二水平通风系统概况28

4.1.1主扇概况28

4.1.2目前二水平主扇运行情况28

4.2丁三风井主扇改造方案的论证28

4.2.1丁三风井主扇改造的必要性28

4.2.2丁三风井主扇改造的紧迫性29

4.2.3丁三风井主扇改造的可行性29

4.2.4改造容可分为30

4.3丁三风井主扇改造方案的比较30

4.3.1矿井丁三风井主扇改造方案的提出30

4.3.2通风系统优化改造方案比较:

31

4.4通风网络解算及结果分析31

4.4.1需风量计算的原则和方法31

4.4.2二水平通风容易时期的需风量计算34

4.4.3二水平通风困难时期的需风量计算34

4.5主要通风机选型39

4.5.1通风参数选取39

4.5.2风机工作况点40

4.5.3电机选择40

4.5.4风机选型要考虑的施工技术要求40

5.1全矿井需要风量计算41

5.1.1北风井系统需要风量计算41

5.1.2丁三风井系统需要风量计算44

5.2确定矿井通风系统能力核定生产能力48

5.2.1北风井系统通风能力计算48

5.2.2己三风井系统通风能力计算50

5.2.3矿井核定生产能力计算52

5.3矿井通风能力验证52

5.3.1矿井主要通风机能力验证52

5.3.2矿井通风网络验证53

5.3.3用风地点有效风量验证53

5.3.4稀释瓦斯能力验证56

5.4通风系统要求57

六．矿井通风安全管理59

6.1采区主要风机的安全管理和反风措施59

6.2采区主要通风设施与质量管理措施59

6.2.1风门60

6.2.2挡风墙60

6.2.3测风站61

6.2.4防爆门61

6.3采区风量的调节方法安全管理措施61

6.4采区漏风管理措施61

6.5掘进工作面扇风机的安装、开、停管理措施61

6.6掘进工作面风筒吊挂质量及漏风控制措施61

七．结论62

7.1结论62

7.2愿景62

致谢64

参考文献65

摘要

矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称。

矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。

它的主要任务是：

（1）供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。

（2）冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。

（3）调节井下气候，创造良好的工作环境。

随着煤炭工业的不断发展，矿井生产能力越来越大，开采深度和广度不断加大，开采的地质条件也更加复杂，矿井通风对矿井的生产与安全起着越来越大的影响。

为了安全生产，通风系统优化势在必行。

矿井通风系统优化应达到两个目标，一是改善作业环境，提高系统的有效性和可靠性;另一是节省通风费用，提高经济效益，两者必须同时兼顾。

本文就是通过对平煤六矿的通风阻力测定，通风网络解算和通风系统分析之后,结合矿井的实际情况，制定出了合理的优化方案。

通过对优化后通风能力的核定，本着以风定产的原则，核定该矿生产能力为315万吨。

指导了矿井的安全生产，并为矿井的增产和扩大提供了可行性依据。

从而满足了矿井近期的生产需要，起到了一定的社会经济价值。

关键词：

通风系统；系统优化；安全生产；经济价值

前言

据有关资料介绍，每采掘百万吨煤炭的死亡率，中国在2以上，而美国仅为0.039，印度为0.42，俄罗斯为0.34，南非为0.13，中等发达国家一般为0.4。

中国因煤炭生产事故死亡的人数占全球煤炭生产死亡人数的80%以上。

并且因生产事故死亡还呈现出另一个特点，大多死亡事故发生在乡镇矿，小型矿；而重点矿，大型矿死亡人数较少。

什么原因呢，就是因为重点矿，大矿的条件好，这个条件一是指设备，二就是指通风等安全环境了。

煤矿工作是特殊工作，工作地点需要在地下，保证安全生产的首要任务就是保证工作人员呼吸到充足新鲜的空气。

而出现事故的一个重要原因是超负荷工作，制约矿井生产能力的主要因素是矿井的通风能力，随着煤炭资源的枯竭和煤炭开采过程中困难的增大，每个生产矿井对通风系统的能力的要求也越来越大，各生产矿井在原通风系统的基础上进行改造和优化已经成为摆在工程技术人员面前一个刻不容缓的课题。

听师傅们说，以前的通风需求是很小的，但是随着开采深度的增加，特别是正在开拓的三水平形成后，对通风的要求会更高。

因此，良好的矿井通风系统的标志是各矿井主要通风机装置运行状态良好，通风井巷联结形式合理，通风网络部实行最优化调节。

本次设计是自己独立思考，去解决如此庞大的设计。

设计中必然存在许多不足，但这次设计的确倾入了自己的很多心血，当然也少不了老师和同学们对我的帮助。

在设计的过程中提高了我的理论实践能力，毕竟用第一次所学知识去模拟解决这些问题，对我们未出校园的学生是一个巨大挑战。

面对挑战，面对困难也使得自己收获很多，增强了知识的熟练掌握运用，系统的思考分析解决问题等能力。

由于本人能力有限，难免存在一些不足，请大家指正！

1矿井基本情况

1.1．矿井概述

天安煤业股份六矿位于市区西部10公里外的龙山脚下。

市北环路横穿矿区公路铁路四通八达，交通变利。

职工总数8100多人,固定资产原值3.06亿元，是天安煤业股份的大型骨干矿井之一。

该矿1958年破土动工,1970年正式投产，1976年引进综采工作面，核定年产量90万吨/年。

1996年平煤六矿原煤产量268万吨,创出了省综采单机单面月产25.05万吨、日产10300吨的历史最好水平。

该矿矿井井田面积29.68平方公里，地质储量1.65亿吨，可采储量9733万吨，各煤层赋存条件较好，地质构造简单。

平煤六矿的开拓方式中央并列竖井多水平混合开拓，分区开采。

目前六矿现有两个生产水平，一水平主采丁、戊组煤层，二水平主采丁组煤层。

一水平有丁四采区，二水平有丁一采区、丁二采区和戊三采区、三水平正在开拓过程中。

其中丁四采区主采丁５６煤层、丁二采区主采丁6煤层都曾发生过煤与瓦斯突出，鉴定为突出采区。

2005年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

1.2交通情况

六矿距市区约10km，市有一路公交车直通矿区。

现已形成了两纵（许南路、207国道）、两横（311国道、洛界公路）干线公路为依托、县乡公路相配套的公路网络。

1.3自然地理

1.3.1地形地貌

煤田位于沙河和汝河之间的低山、丘陵地带，四周均为平原，六矿位于煤田中段南部。

井田最高点为擂鼓台，标高505.6m，最低点在褚庄附近，标高240.4m。

井田中部高，南北低，擂鼓台、小擂鼓台及407.7m高地一线为近东西向分水岭，分水岭以南坡度较陡，以北坡度较缓，基本呈单面山地形。

1.3.2水文概况

井田无大的河流，只有季节性小溪和冲沟，分水岭以北的小溪和冲沟在雨季有水北流，属汝河水系，分水岭以南的小溪和冲沟有水流出井田入湛河（人工河）至沙河。

沙河流径井田南部边缘，流向向东，属淮河水系，最大流量3000m3/s，旱季流量0.8m3/s，河床宽阔，坡降较小。

1.3.3自然条件

气候：

市处于暖温带和亚热带气候交错的边缘地区，具有明显的过渡性特征。

气温：

年平均气温在15.2-15.8℃之间；与常年平均值相比显著偏高0.6-1.1℃。

年极端最低气温为-10.4℃。

降水：

年降水量819毫米。

1.3.4地震

历年记载，地区共发生地震九次，省有史以来的八次地震中，七次对本区有较大的破坏，1556年叶县地震的记载，有声如擂鼓，山裂石飞，毁屋人死，1820年4月在地区发生的一次大地震。

1.3.5区域经济概况

本区经济由于受交通条件影响，在山北由于交通不便，经济较为落后；在矿区南部，经济条件较好。

市以煤炭生产为主产业，其原煤产量居全国第三位，为缓解南方煤炭馈缺起着不容忽视的作用；并以其为中心形成了铁路、公路网络，交通运输极为便利；同时，还有平高电器、神马集团、孟电厂等大型企业，工业较为发达。

市的农业生产以小麦、玉米为主，并发展畜牧业养殖多种经营模式，在向现代农业过渡。

1.4煤种煤质

平煤六矿主要商品煤为1/3焦煤,灰分26-28%,发热量5200-5800大卡，广泛用于电力、建材、工业及民用等行业。

主要煤质指标见下表：

　　1、产品简介和技术指标　　

　　煤种质量参数

　　1/3焦煤　　

　　筛混煤　　

　　发热量Qnet,ar（Mj/kg）　　

　　5200-5800　　

　　灰 分Ad%　　

　　26-28　　

　　挥发分Vdaf%　　

　　34-36　　

　　硫 分Std%　　

　　﹤0.5　　

　　水 分Mt%　　

　　﹤7　　

　　粒 度mm　　

　　﹤50　　

　　2、产品各项认证　　

　　产品生产许可证　　

　　煤炭部发编号:

G160401005　　

　　产品质量认证　　

曾连年荣获原煤炭部、省煤炭厅"煤质管理工作标准化矿井"、"质量信得过企业"和"重合同守信用"等荣誉称号。

　　3、市场销售　　

产品辐射中南地区，畅销、、、、广西等省市，市场信誉良好。

产品用途：

主要适用于火力发电、水泥厂、砖窑厂、工业及民用锅炉、机车等。

营销途径：

外运以火车运输为主，通过集团公司运销公司销售；地销在六矿销售部办理手续，运销站负责装车。

1.5区域地质简况

煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位，淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部，为纬向构造与山字型构造的复合部位，由于二者的共同影响，使得整个煤田形成了一系列北西向的复式褶皱（口向斜、灵武向斜、郭庄背斜、牛庄向斜、诸葛庙背斜等）和大断层（白石沟逆断层、锅底山正断层、山庄逆断层等），总体构造线为北西向。

追溯区域地质历史，煤田曾受到中岳运动、少林运动、怀远运动、加里东运动、印支燕山运动和喜山运动六期构造运动的影响，在Ｃ－Ｐ煤系沉积以后，燕山运动最为重要，使区中生代及其以前地层（包括前震旦纪）卷入了这次运动，形成了北西向的褶皱和断裂，并拌有中酸性岩浆侵入。

喜山运动在本区主要表现为差异升降运动，并使先期断裂再次活动，形成了一幅复杂的构造图案。

井田地表多被第四系地层覆盖，依据钻探工程揭露地层从老到新依次有：

寒武系崮山组、石炭系组、组和二叠系组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组和第四系。

1.6瓦斯概况

六矿矿井为煤与瓦斯突出矿井。

2005年矿井瓦斯等级鉴定结果为，矿井最大绝对瓦斯涌出量57.51m3/min，二氧化碳涌出量12.97m3/min；最大相对瓦斯涌出量9.56m3/t,二氧化碳涌出量2.15m3/min。

2平煤六矿通风系统调查及分析

2.1矿井通风系统基本情况

2.1.1矿井通风系统概况

六矿通风方式为中央并列式，进回风井分布在井田的中央。

通风方法为抽出式通风，分别在2个回风井安装2台主要通风机通风。

进风井五个，即一水平主井、二水平主井、副井、南风井和东风井；回风井二个，即北山风井和已三风井。

如表2-1所示。

进回、风井筒数量及风量表表2-1 

风井类别

进风井

回风井

风井名称

一水平主井

二水平主井

副井

南风井

东风井

北山风井

已三风井

风井风量（m3/min）

3254

4221

5383

825

1100

7176

7924

2.1.2矿井需要风量、实际风量、有效风量

矿井总需要风量13834m3/min，实际进风量14783m3/min，有效风量14059m3/min。

其中北风井系统需要风量6381m3/min，实际进风量6859m3/min，有效风量6541m3/min。

己三风井系统需要风量7453m3/min，实际进风量7924m3/min，有效风量7518m3/min。

2.1.3矿井瓦斯等级，瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量

六矿矿井为煤与瓦斯突出矿井。

2005年矿井瓦斯等级鉴定结果为，矿井最大绝对瓦斯涌出量57.51m3/min，二氧化碳涌出量12.97m3/min；最大相对瓦斯涌出量9.56m3/t,二氧化碳涌出量2.15m3/min。

2.1.4主通风设备及运行参数，风量，风压，通风阻力，等积孔

北风井主要通风机为2台型号相同的AGF606-2.2-1.3-2型抽出式通风机，一台使用，一台备用，配套电机型号为YR1000-6/1180，额定功率1000KW。

己三风井为2台型号相同的BDK--8--NO30高效对旋抽出式风机，一台使用，一台备用，配套电机型号YBF630S1-8，额定功率2×500K。

目前运行的风机参数如表2-2所示。

矿井主要通风机运行参数

风机名称

北风井主要通风机（东台）

己三风井主要通风机

（东台）

型号

AGF606-2.2-1.3-2

BDK-8-NO30

工作风量m3/s

123.3

143

工作风压Pa

4250

3500

风叶角度

-2.5

32.5

电机型号

YR1000-6/1180

YBF630S1-8

额定功率kw

1000

2×500

转速rpm

988

739

额定电压V

6600

6700

84

2.1.5分区通风情况北主扇

担负的北风井系统

由丁九、戊九采区组成，2个系统为并联网络，回风由北风井排出；丁三主扇担负的已三风井系统由已一东翼采区和已三采区组成，2个系统为并联网络，回风由已三风井排出。

采区实行上、下山开拓，丁九采区和己三采区皆为突出采区，戊九采区为高瓦斯采区，上述三个采区均为皮带运输下山和轨道运输下山进风、专用回风下山回风的“两进一回”通风系统；已一东翼采区为低瓦斯采区，为皮带运输下山进风、轨道运输下山回风的通风系统。

其各采区风量及工作面情况如表2-3所示。

采区风量以及用风地点分布情况见表表2-3

系统名称

采区名称

进风量

回风量

主要用风地点

北山风井系统

丁一采区

1960

2048

丁56-19070备面

戊二采区

4899

5128

戊9、10-19120采面、戊8-19190采面、戊8-19150机巷、戊8-19150机巷、戊8-19150尾巷、戊九新总回

丁三风井系统

丁三采区

5481

5755

丁6-23100采面、丁6-23070备面、丁6-23060机巷、丁6-23060风巷、三水平回风下山联巷

丁四采区

2108

2213

丁6-24100采面、丁6-24060机巷、丁6-24060风巷

2.2矿井通风阻力测定

为了摸清矿井通风阻力沿程分布状况，获得课题研究所必需的

基础参数数据，于2011年3月一4月对六矿丁四、戊三、丁一和丁二个采区进行了较为全面的井下通风参数技术测定工作。

2.2.1通风阻力测定的目的及意义

井巷风阻是反映通风特性的重要参数。

通风阻力测定的主要容和目的是通过测量各种类型井巷的通风阻力和风量，以标定它们的标准摩擦风阻值和标准摩擦阻力系数值，作为矿井通风技术管理的基本资料。

运用在矿井通风系统优化工作中。

井巷风阻是最重要的参数之一。

而矿井井巷摩擦风阻的测定是通过摩擦阻力的测定来进行的，因此，矿井通风阻力的测定工作就成了矿井通风系统优化中必不可少的容。

通过矿井摩擦阻力的测算，可以掌握矿井通风阻力的分配状况、通风网络效率、各矿井主要通风机装置的地点、运行效率以及矿井通风能耗等的情况，然后通过论证矿井通风系统的技术经济合理性，为是否有进行系统优化改造的必要性提供理论依据。

另外，只有以井巷风阻作为基础参数，才可解算矿井通风网络、设计优化的矿井通风网络和优选主要通风机装置，最终给出一个最优的通风系统方案。

2.2.2平煤六矿通风阻力测定路线的选择原则

（1）在所有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的风流风路作为测定路线。

（2）应选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。

（3）应选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。

2.2.3六矿通风阻力测定路线

根据上述选择原则，结合本矿通风系统的具体情况，选择的具体测定路线为:

路线1（东翼采区）：

副井——二水平井底车场——东大巷——东翼皮带下山——东翼轨道下山——总回风——风井。

路线2（己三采区）：

副井——二水平井底车场——西翼皮带下山——西翼轨道下山——己三皮带下山——己三轨道下山——1617机巷——己三专回——己三风井

路线3（戊九采区）：

东风井——一水平两米五轨道——戊八皮带下山——戊八轨道下山——戊九皮带下山——戊九轨道下山——戊九专回——北风井。

路线4（丁九采区）：

东风井——一水平两米五轨道——丁九皮带下山——丁九轨道——丁九专回——北风井

2.2.4平六矿通风阻力测定的方法

采用了气压计法中的两点同时测定法。

2.2.5测定数据的整理计算，矿井通风阻力计算

两测点A-B之间的通风阻力h阻AB为：

h阻AB==△hs+△hz+△hv（2--1）

式中：

h阻AB----------两测点A-B间的通风能力，pa

hs--------------两测点A-B间的静压差，pa

△hs==PA-PB+△P（2—2）

式中：

PA，PB-------A-B两测点上两太仪器的同时读数值，pa

P------------两台仪器的基准及变档差植校正，pa

△hz------矿井自然风压，pa△hz=g（ZA-ZB）（2—3）

△hv-----两测点A-B间的动压差，pa△hv=（ρAvA2-ρBvB2）（2—4）

式中：

ρAρB------空气密度，㎏/m3

vAvB-------A,B两测点断面上的平均风速，m/s

主测线路上矿井通风总阻力:

h阻测=Σh阻AB（2—5）

式中：

h阻测-----矿井通风总阻力，pa;

Σh阻AB---------主测路线上各段间的通风阻力，pa.

2.2.6矿井通风阻力测定结果的评价

本矿井为抽出式通风矿井，根据矿井通风阻力与通风机装置压力关系，由机房水柱计读数推广的矿井通风阻力为：

h阻j=hs2-hv2+HN（2----6）

式中：

h阻j-------由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力，pa;

hs2--------风机房U型水柱计读数pa;HN--------矿井自然风压，pa

hv2--------风硐中传压管处断面上的速压，pa。

各主测路线实测阻力的相对误差计算公式为：

△h=∣h阻j—h阻测∣×100﹪（2—7）式中：

△h----相对误差：

h阻j-------由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力，pa;

h阻测-------主测路线上各段实测阻力之和，pa

将测定的上述有关的参数代入上式，分别得出主测路线I（东翼采区系统）实测阻力的相对误差Ah为3.8%;主测路线II（己三采区系统）实测阻力的相对误差dh为4.9%;主测路线III（戊九采区系统）实测阻力的相对误差Ah为4.7%;主测路线N（丁九采区系统）实测阻力的相对误差Ah为3.6%。

可以看出，各主测路线实测阻力的相对误差均小于5%，说明精度符合要求。

2.2.7对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价

由计算的风阻值，再根据目前运行风机的特性曲线，对目前通风网路进行计算机解算。

由解算结果可以看出，测算的各风路的风量和风压值与解算结果基本一致，比较吻合。

从而表明:

通风网路风阻值的测算结果是可靠的，满足网路分析的要求。

2.3平煤六矿通风系统的分析与评价

合理良好的矿井通风系统应该是既能保证井下各作业地点良好的通风效果、很强的抗灾能力和矿井的安全生产，又能做到能量消耗最小，且管理方便。

通过对平煤六矿整个通风系统的调查，下面就其矿井通风阻力分布状况和通风系统不合理状况作一简要分析与评价。

2.3.1关键路径上的阻力分配情况

进风区阻力占关键路径总阻力的20%以下，用风区阻力的相应比例约为40﹪~50%,回风区阻力占55%以下;否则，视为阻力分布不合理。

根据实际测定的数据，计算出矿井三段（进风段、用风段、回风段）

表2-4矿井通风三段阻力分布情况

路线

区段

点号划分

长度（m）

阻力

（pa）

占阻力百分比（%）

百米阻力值（pa）

路线1

进风段

1-106

1214

280

8.0

22.47

用风段

106-116

1547

1510

47.3

97.95

回风段

116-119

668

1450

44.7

214.12

合计

3429

3240

100

95.27

路线2

进风段

1-380

3118

500

16.2

16.68

用风段

380-400

1548

1500

49.4

87.28

回风段

400-406

1856

1050

34.4

118.27

合计

6522

3050

100

119.68

路线3

进风段

1-302

2814

456

15.56

17.10

用风段

302-312

2210

876

35.12

79.56

回风