矿井通风设计.docx
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矿井通风设计
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第一章矿井概况
某矿地处平原、地面标高+150m，井田走向长度5km，倾斜方向长度3.3km。
井田上界以标高－165m为界，下界以标高－1020m为界，两边以断层为界，井田内煤层赋存稳定，井田可采储量约1.08亿吨。
根据开采条件，煤炭供求状况及“规程”规定，确定此矿为年产150万吨的大型矿井，服务年限为72年。
井田内有两个开采煤层，为K1、K2，在井田范围内，煤层赋存稳定，煤层倾角15°，3/t，煤层有各煤层厚度，间距及顶底板岩性参见综合柱状图。
矿井相对瓦斯涌出量为6.6m
自然发火的危险，发火期为16～18个月，煤尘有爆炸性，爆炸指数为36%。
根据开拓开采设计确定。
采用立井多水平上下山开拓，第一水平标高—380m，倾斜长825?
2m，服务年限为27为年，因走向较短，两翼各布置一个采区。
每个采区上山部分和下山部分各分为五个区段回采。
每采区各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，工作面长度150m，区段平巷及区段煤柱15m，综采工作面产量为在K1煤层时为1620吨/日，在K2煤层时为1935吨/日，日进6刀，截深0.6m，高档普采工作面产量为在K1煤层时为1080吨/日，在K2煤层时为1290吨/日，日进4刀，截深0.6m，东翼还另布置一个备用的高档普采工作面，综采工作面装备的部分机电设备如表1－2所示，采区巷道采用集中联合布置。
表1-1综合柱状图
柱状厚度（米）
岩性描述
240.00
7综采区段进风平巷综采区段回风平巷8液压支架工作面9
表土，无流砂砂质页岩泥质细砂岩，沙质泥岩互层，稳定12.99.6U型支架12.9U9.6型支架11.957.80
12.9钢轨支架9.6
12.99.6钢轨支架
11.09.4液压支柱
10
高档普采工作面区段进风平巷
8.60
高档普采面区段回风平巷
1112
高档普采面
8.40
0.20
沙质泥岩，松软
13
高档普采备用进风平巷
2.40
k煤层，块状r＝1.25212.0钢轨支架9.6
4.20
14区段平石门
灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬灰色砂质泥岩12.4锚喷10.2812.4锚喷10.0813.6混凝土12.8
7.8015采区回风石门16风井
4.8017总回风平巷
泥岩细砂岩互层11.70锚喷9.62
4.6018风峒
薄层泥质细砂岩，稳定混凝土
0.20
泥岩，松软
2.80
k煤层煤质中硬r＝1.28
2灰白色砂岩坚硬抗压强度600～900公斤2
/cm
8.20
24.86
灰色中、细砂岩层互层
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采区轨道上山均布置在K2煤层的底板稳定细砂石中，区段回风平巷与运输上山，区段运输平巷与轨道上山采用石门连接，为了保证生产正常接替，前期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头，后期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头。
东西两翼各有一个绞车房、变电所、火药库，亦需独立通风。
井为箕斗井提煤用，井为罐笼井升降人员、材料、矸石，也作为进风井用，并设有梯子间。
部分巷道名称、长度、支护形式，断面几何特征参数列入表1－1
大巷掘进3000元/米，立井掘进8000米/元，中央式风井附属设施40万元/井，中央式主要通风机20万元/套，对角式风井附属设施20万元/井，对角式主要通风机15万元/套。
表1－2
2）周长（m断面（井巷名称m编号）支护形式混凝土135.8副井井筒21.90
10.42井底车场及主石门14.2锚喷13.6锚喷井底运输大巷12.83
13.612.8锚喷4采区下部车场12.010.1锚喷轨道上山5
11.89.6运输机上山6锚喷
制工作制外，其1井内的气象参数按表－所列的平均值选取，除综采工作面采用44-6他均采用制工作。
3-8人，高档普采工人，综采工作面同时作业最多人数700井下同时作业的最多人数为4060作面同时作业最多人数人。
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表1－3综采工作面部分机电设备一览表
序号地点机械设备名称容量（千瓦）
170MLS1－170工作面双滚筒采煤机3125型溜子2×2SGW工作面－25075SQ－75下顺槽型转载机32150SD－160运输机下顺槽4
0.062×10
工作面KBY－5
62矿用支架防爆重光灯
表1－4空气平均密度一览表
33）出风井筒（进风井筒（kg/mkg/m）地点季节
冬1.241.20
1.24
1.20
夏
第二章矿井通风系统
第一节矿井通风方式
根据前述矿井的地质概况，开拓方式及开采方法，提出本矿井前25年左右的矿井通风系统方案为：
中央边界式、两翼对角式和分区对角式。
表2－1为三者的优缺点及适用条件。
经过上表的粗略的技术比较，考虑到本矿井为两个采区，故两翼对角式和分区对角式差别不大的原因，因此将分区对角式排除在外。
在剩下的方案一：
中央边界式；方案二：
分区对角式中做经济比较。
见表2－1
表2－1井巷通风费用比较
方案
项目
方案I
方案II
工程项目
工程量m（）
单价/m（元）
用费（万元）
工程量）（m
单价（元/m）
费用（万元）
回风大巷
2500
3000
750
-----
-----
-----
回风井
315
8000
252
3152×
8000
504
合计
1002
504
相对百分数
199%
100%
中可以看出中央边界式风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力较大2从表－2的经济比较，方案二投资成本较低，再加上本矿－不适合现在的高产高效矿井。
根据表21为了使每个采区互不影响，发火期限比较长，井煤层有自然发火危险，煤尘有爆炸性等因素，-3-
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所以综上述考虑采用两翼对角式更为合理。
表2－2
通风方式
图示
适用条件及优缺点
中央边界式
通风阻力较小，内部漏风较小。
工业广场不受主要通风机噪声的影响及回风风流的污染
风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力较大适用于煤层倾角较小、埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井
两翼对角式
风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小。
内部漏风少中。
安全出口多，抗灾能力强。
便于风量调节，矿井风压比较稳定。
工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害井筒安全煤柱压煤多，初期投资大，投产较晚瓦井型较大，煤层走向大于4km，斯与发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井
分区式
每个采区有独立通风线，互不影响，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，建井工期短，初期投资少，出煤快占用设备多，管理分散，矿井反风困难
煤层埋藏浅，或因地表高低起伏大，无法开掘总回风巷
第二节采区通风方式
确定采区的通风方式并作技术比较
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采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采、掘工作面。
为此采区通风系统就满足以下要求：
⑴一个采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。
⑵采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
⑶采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区和冒落区。
本矿井各采区都设置两条上山即运输机上山及轨道上山。
为此采区通风方式有两种方案。
方案一、轨道上山进风，运输机上山回风
方案二、运输机上山进风，轨道上山回风
轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，轨道上山的绞车房易于通风；变电所设在两上山之间，其回风口设置调节风窗，利用两上山间的风压差通风。
输送机上山进风，由于风流方向与运煤方向相反，容易引起煤尘飞扬，煤炭在运输过程中所释放的瓦斯，可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大，影响工作面的安全卫生条件；输送机上山设备所散发的热量，使进风流温度升高。
此外，须在轨道上山的下部车场内安设风门。
为此，根据本矿井采区条件，综合考虑采用轨道上山进风，运输机上山回风比较合理，通风管理相对较容易。
第三节采煤工作面通风方式
确定采煤工作面的通风方式并作技术比较
工作面的回采顺序有前进式和后退式，前进式与后退式相比，回采时不用提前掘出回采巷道，可以边采边掘，但是回采巷道的上、下顺槽的维护费用多。
并且新鲜风流首先通过采空区，漏风严重，且风流会带着采空区涌出的瓦斯进入工作面，容易使瓦斯超限。
煤层本身具有自然发火危险，前进式通风使自然发火更加容易，增加通风管理难度，故考虑采用后退式回采顺序。
由于本矿井的准备巷道是二条上山，故只能采用U型通风，再加上本矿井的煤层倾角3/t，属于中等偏上，由于瓦斯比空气15°，属于中等，并且本矿井相对瓦斯涌出量为6.6m
轻，为了减少在上隅角产生瓦斯积聚，因此采用上行通风方式。
按照《设计规范》的有关要求，采用上行通风。
这样瓦斯自然流动的方向与上行风流方向相同，在正常风速情况下。
瓦斯不容易局部积聚和分层流动。
工作面发生火灾时所产生的活风压与工作面的通风压力作用方向一致，瓦斯浓度不会增加，因此着火地点发生瓦斯爆炸的可能性小。
其缺点是上行风流将煤炭运输过程中所逸散的瓦斯和煤尘带入工作面，增大了瓦斯和煤尘的浓度，也易引起煤尘飞扬
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第四节主要通风机工作方法
确定主要通风机的工作方法并做技术比较
主要通风机的工作方式有抽出式、压入式和压抽混合式
通风方式分为抽出式、压入式和混合式。
详细比较见表2—3。
采区通风必须满足《煤矿安全规程》的规定。
每一个生产水平和每一个采区，都必须布置回风道，实行分区通风。
回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
对于煤层倾角大的回采工作面应采用上行通风。
采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区和冒落区。
表2—3
通风方式
图示
适用条件及优缺点
抽出式
是当前常用的通风方式，适应性强，有利于瓦斯管理，适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。
井下风流处于负压状态，漏风量小，管理简单。
当有塌陷区或于别的采区沟通时，会把有害气体带到井下，使矿井有效风量减少
压入式
低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形复杂，高差起伏，无法在高山上设置通风机。
总回风巷无法连同或维护困难的条件下。
与抽出的优缺点相反，进风路线漏风大。
管理困难，风阻大，风量调节困难。
井下风流处于正压状态，通风机停止运转时，采空区瓦斯会涌向工作面。
混合式
可产生较大的通风阻力，适应大阻力矿井，但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用。
但是个别用于老井延深或改建的低瓦斯矿井。
因为只考虑服务年限的头25年故混合式不于考虑。
抽出式：
主要通风机安设在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井-6-
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通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。
当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。
压入式：
主要通风机安设在入风井口，在压入式通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气的正压状态。
在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外停止漏出。
当主要通风机运转时，井下风流的压力降低。
采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理难度加大，且漏风严重。
所以，通过比较，选择抽出式通风，通风管理较容易，安全可靠性好。
第五节矿井风量计算
计算各用风地点的供风量和矿井总用风量
1．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
1）按瓦斯涌出量计算
Q＝100×Q×k公式2—1gwiwigwi
3/min。
——第i个采煤工作面需要风量，m式中Qwi3/min。
i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，mQ——第gwik——第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作gwi面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行5昼夜的观测，得出5个比值，取其最大值。
通常机采工作面取k＝1.2～1.6；设计中取1.2。
炮采工作面取k＝1.4～2.0；水采工作gwigwi面取k＝2.0～3.0。
gwiQ＝日产量×6.6/（24×60）gwi综采：
K1煤层：
Q＝100×Qi×kwigwgwi
3/min
891m＝K2煤层：
Q＝100×Qi×kgwiwigw
3/min
1044m＝高档普采：
K1煤层：
Q＝100×Qi×kgwiwigw
3/min
594m＝K2煤层：
Q＝100×Qi×kgwi
wigw＝100×5.9×1.2
3/min
708m＝-7-
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备用高档普采工作面需风量按正常生产的工作面需风量的50%计算，594×50%＝297
3/min。
m2）按工作面进风温度计算：
Q＝60×V×S×K公式2—2
wiwiwiwi
由于本矿井地处平原，故采煤工作面进风流气温为20℃，工作面长150米，长度系数选取1.1。
V——第i个采煤工作面的风速，按其进风流温度选取1.0m/s。
wi
2。
m——第i个采煤工作面有效断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值Swi
k——第i个工作面的长度系数，选取1.1。
wi
高档普采需风量K1煤层Q＝60×V×S×Kwiwiwiwi
＝60×1.0×9.4×1.1
3/min
620m＝
K2煤层Q＝60×V×S×Kwi
wiwiwi
＝60×1.0×9.4×1.1
3/min
＝647m
综采需风量K1煤层Q＝60×V×S×Kwi
wiwiwi
＝60×1.0×7.8×1.1
3/min
515m＝K2煤层Q＝60×V×S×Kwi
wiwiwi
＝60×1.0×7.8×1.1
3/min
515m＝3）工作人员数量计算：
Q＝4×n公式2—3wiwi
工作面31人，交接班时人数最多，按62人计算。
3/min。
——每人每分钟应供给的最低风量，m式中：
4n——第i个工作面同时工作的最多人数，个。
wi3/min
160m40＝×n＝4×综采：
Q＝4wiwi
3/min＝240m＝4×60普采：
Q＝4×nwiwi
4）按风速进行验算
按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：
Q≥60×0.25×S公式2—4wiwi
按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：
Q≤60×4×Si公式2—5wwi
按最低风速验算最小风量：
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3/min126m8.4＝高档普采60×0.25×K13/min147m9.8＝高档普采60×0.25×K2按最高风速验算最大风量：
3/min2016m8.4＝60×4×K1高档普采3/min2352m9.8＝60×4×K2高档普采按最低风速验算最小风量：
3/min＝118m×0.25×7.785综采K1603/min
＝141m×0.25×9.375K2综采60按最高风速验算最大风量：
3/min＝1890m4×7.875×K1综采60
3/min
＝2250m4×9.375K2综采60×根据风速验算各个工作面的风量都符合要求。
2．掘进工作面需风量计算：
按瓦斯涌出量计算：
Q＝100×Q×k公式2—6highighi
3/min。
mQ——第i个掘进工作面的需风量，式中h
3/min。
――第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，mQghik――第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数，一般可ghi
取1.5～2.0。
综合机械掘进头按日进30米考虑，其K1煤层、K2煤层的容重分别为1.25、1.28.取其平均数为1.265。
Q＝6.6×30×9.6×1.265/（24×60）ghi3/min1.67m＝Q＝100×Q×kghihighi
＝100×1.67×1.6
3/min
267.2m＝3/min。
两个采区各两个工作面共4个，故267.2×4＝1068.8m根据经验考虑漏风取值10
3/min。
m按风速进行验算：
Q≤60×4×9.6≤2304wi
根据风速验算各个工作面的风量都符合要求。
掘进通风的基本要求
（1）掘进巷道应采用矿井全压通风或局部通风机通风，不得采用扩散通风。
瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯突出矿井中，煤层的掘进工作面应安设瓦斯自动检测报警断电设备。
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10m。
局部通风）局部通风机和启动装置必须安装在进风巷中，距回风口不得小于（2机或湿式除尘器的吸入风量必须小于供给该处的风量，以免产生循环风。
（3）岩巷的掘进通风方式可以采用压入式，也可以采用混合式。
煤巷、半煤巷的掘进通风方式都采用压入式，如果采用混合式必须满足以下要求：
①无论岩巷、煤巷、半煤巷的掘进，采用混合式局部通风时，应制定专门的通风措施，并列如掘进作业规程。
在瓦斯喷出区域或煤（岩）与瓦斯突出的煤（岩）层中，掘进通风不许用混合式。
②掘进巷道采用混合式通风，必须采用局部通风机，不得采用风幛通风。
3．硐室需风量的计算
3/min。
～80m采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量：
Q＝60ri33/min。
，绞车房取经验值为80m故采区变电所取值为80m/min4．矿井总风量
矿井有二个采区，又各有二个工作面生产。
矿井总用风量为：
3/s=83.4mQ容易时期总3/s
=86.9mQ困难时期总5.通过主风机装置的实际风量
在风机房的防爆门，风硐和主风机附近，存在着外部漏风，通过主风机的实际Q大于f矿井所需要的总风量，对于抽出式通风的矿井
QK×Q公式2—7f=总漏1.05矿井外部漏风系数，抽出式通风，出风井无提升任务时取K----式中漏3/s×83.4=85.9m=1.05容易时期Qf3/s
86.9=91.2mQ=1.05×困难时期f
第六节绘制通风系统图
确定矿井通风容易时期和困难时期的开采位置，分别绘制两个时期的通风系统立体图和网络图。
矿井通风容易时期，上山采区东西两翼的第一个区段各布置一个综采工作面和一个高档-10-
矿井通风课程设计
普采工作面，共计四个工作面，东翼布置一个备用高档普采工作面.东西两翼各布置两个独立通风的煤层平巷掘进头，各有一个绞车房和一个采区变电所。
矿井通风困难时期，下山采区东西两翼的第四个区段K2煤层各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，共计四个工作面，东翼布置一个备用高档普采工作面.东西两翼各布置两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头，各有一个绞车房和一个采区变电所.
通风立体图和网络图见下页。
第七节矿井通风阻力计算
计算两个时期的矿井最大通风阻力与等积孔，并评价矿井通风难易程度。
1、矿井通风总阻力的计算原则
⑴矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。
⑵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。
（3）当风量按照各用风地点的需要或自然分配后，选择达到设计产量时通风最容易时和最困难时通风阻力最大的风路，然后分别计算这两条风路中各段井巷通风阻力，分别累加后即得到矿井通风最容易和最困难两个时期的最大通风阻力。
2、矿井通风总阻力计算
矿井通风总阻力是指风流由进风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用h表示。
m对于有两台或多台主要通风机工作的矿井，矿井通风阻力应该按每台主要通风机所服务的系统分别计算。
通风路线的确定：
最容易时期的最大风阻风路：
东翼：
副井→运输大巷→轨道上山→区段进风石门→综采进风平巷→综采工作面→综采回风平巷→回风石门→风井
对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：
1→3→5→29→31→33→35→41→43→45
西翼：
副井→运输大巷→轨道上山→区段进风石门→综采进风平巷→综采工作面→综采回风平巷→回风石门→风井
对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：
1→3→4→22→24→26→28→34→36→38
当一水平开采到下山第四个区段时为矿井通风困难时期，最困难时期的最大风阻风路：
东翼：
副井→运输大巷→轨道下山→区段进风石门→综采进风平巷→综采工作面→综-11-
矿井通风课程设计
采回风平巷→运输上下山→风井
对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：
1→3→5→13→15→17→19→25→43→45
西翼：
副井→运输大巷→轨道下山→区段进风石门→综采进风平巷→综采工作面→综采回风平巷→运输上下山→风井
对应于矿井通风容易时期通风系统立体图用节点号表示为：
1→3→4→10→12→14→16→22→36→38
3．计算方法
沿两个时期东、西两翼的通风阻力最大路线，分别用下式算出各段巷道的摩擦阻力。
23，PaH＝αLUQ/S公式2—1
f式中：
H――巷道摩擦阻力，Pa.
f24/mα――巷道摩擦阻力系数，NsL――井巷长度，m.
3/smQ――通过井巷的风量，U――井巷净断面周长，m.
2SS――井巷净断面积，井巷净断面积及周长由表1—1求得：
其计算表见下页表图：
表2—4等积孔
矿井通风难易程度分级
22-sA/m矿井总风阻Rm/Ns·m等积孔矿井通风难易程度＞容易2＜0.355
1～1.420中等0.355～2
＜＞1.420
困难1
根据计算，本矿井两翼在容易和困难时期，其通风难易程度都在中等以上。
第八节通风机选型
分别选择矿井主要通风机并确定两个时期的工况点，选择配套电机，概算通风费用，提出对通风设备的安全技术要求。
1．矿井的自然风压
矿井进、回风井的空气柱的的容重差（容重差又主要由温度差造成）以及高差和其它自-12-
矿井
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