矿井通风与安全课程设计指导书副本.docx
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矿井通风与安全课程设计指导书副本
矿井通风与安全课程设计
题目：
矿井通风设计
学号：
姓名：
专业班级：
指导教师：
完成时间：
资源与安全工程学院
矿井通风与安全设计说明书
第一节 矿井通风系统的选择
一、通风规定
1、矿井通风系统的基本要求
选择任何通风系统，都要求符合投产较快、出煤较多、安全可靠、技术可行、经济技术指标合理等总原则。
就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，至少要有两个通到地面的安全出口，各个出口之间的安全距离不得小于30m。
新建和改建的矿井，如果采用中央并列式通风时，还要在井田边界附近设置安全出口，井下每一个水平到井上一水平和每个采区至少都有两个出口，并与通到地面的安全出口相连通，通到地面的安全出口和两个水平之间的出口都必须有便于人行的设施。
2）进风井口要避免污风、尘土、炼焦气体、矸石燃烧等气体的侵入。
进风井口距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m；为防止进风井筒冬季结冰，需设暖风设备，矿井的总回风道不得作为主要人行道；矿井排到地面的回风流和主要通风机的噪音都不得造成公害，进风井与出风井的设置地点必须地层稳定，施工地质条件比较简单，占地少，而且要在当地历年来洪水位的最高标高以上。
3）箕斗井一般不应兼作进风井或出风井。
如果井上下装卸装置和井塔有完善的封闭措施，其漏风率不超过15%，并有可靠的降尘设施，箕斗井可以兼作出风井；若井筒中的风速不超过6m/s，有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准，胶带斜井可以兼作进风井。
4）所有矿井都要采用机械通分；主要通风机和分区通风机必须安装在地面。
5）不宜把两个可以独立通风的矿井合并为一个通风系统；若有几个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前，各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通；下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开；在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。
6）采用多台分区主要通风机时，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；各分区主要通风机的回风流、中央主要通风机和每一翼的主要通风机的回风流都必须严格隔开。
7）要充分注意降低通风费用。
为此，主要风道的断面不宜过小，并做到壁面光滑，以降低摩擦阻力；主要风道的拐弯要缓慢，断面的变化要均匀，以降低局部阻力；要尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，使自然分配的风量基本上和按需分配的风量一致；尽可能减少通风构筑物；同时也要重视降低基建费用，为此，要充分利用一切可用的只通地面的旧井巷，抽出式通风时，可作为进风用，压入式通风时，可作为回风用；也要利用上水平可用的旧巷道帮助下水平回风。
8）要符合采区通风和掘进通风的若干要求；要满足防治瓦斯、火、尘、水和高温对矿井通风系统的要求；还要有利于深水平或后期通风系统的发展变化。
2、采区通风系统的要求
1）每一个采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。
煤层群分层开采的每一个上、下山采区，采用联合布置时，都必须至少设置一条专门的回风巷，采区进、回风巷必须贯穿整个采区的长度和高度。
严禁将一条上、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段作为进风巷，另一段作为回风巷。
2）采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定。
3）煤层倾角大于12o的采煤工作面采用下行通风时，报总工程师批准，并须遵循下列规定：
（1）采煤工作面的风速，不得低于1m/s。
（2）机电设备设置在回风巷时，其风流中的瓦斯浓度不得超过1%，并应装有瓦斯自动检测报警断电装置。
（3）进、回风巷中都必须设置消防供水管路。
有煤与瓦斯突出的采煤工作面严禁采用下行通风。
（4）采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。
二、选择矿井主扇的工作方法
1、抽出式主扇使井下风流处于负压状态，当一旦主扇因故停止运转时，井下的风流压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。
2、采用压入式通风时，须使矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。
3、在地面小塌陷区分布较广并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路，总进风量和工作面有效风量都会减少；压入式通风则能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压到地面。
4、在地面小窑塌陷区严重，开采第一水平和低沼气矿井的条件下，采用压入式通风是较合适的，深水平时再过渡到抽出式通风。
目前，抽出式通风仍是主扇基本工作方法。
三、选择矿井通风方式
1、中央并列式的适用条件
煤层倾角大、埋藏深，但走向长度不大（井田走向长度小于4km），而且瓦斯、自然发火都不严重的矿井，采用中央并列式是较合理的。
2、中央分列式的适用条件
煤层倾角较小、埋藏较浅、走向长度不大，而且瓦斯、自然发火比较严重的矿井，采用中央分列式是较合理的。
它与中央并列式相比，安全性要好，通风阻力较小，内部漏风小，这对于瓦斯、自然发火的管理工作是较有利的，且工业广场没有主扇噪音的影响。
3、两翼对角式的适用条件
煤层走向长度超过4km，井型较大，煤层上部距地面较浅，瓦斯和自然发火严重的矿井，采用两翼对角式比较适宜。
4、分区对角式的适用条件
煤层距地表浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风巷，在此条件下开掘第一水平时，只能用这种小风井分区通风的布置方式。
5、混合式的适用条件
井型大、走向长，为了缩短基建时间，在初期采用中央式通风系统，随着生产的发展，当开采到两翼边界附近时，再建立对角式通风系统。
在矿井通风系统确定的基础上，绘制矿井最容易时期与最困难时期通风系统示意图，图中应标明巷道长度，通过风量，通风构筑物位置，新、乏风流方向等。
第二节 风量计算及风量分配
对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算：
一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。
在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量q瓦，再计算矿井需风量。
另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。
其原则是：
矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中沼气、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必须符合《规程》有关规定。
创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。
课程设计是在收集实习矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。
即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。
一、风量计算
1、风量计算依据
序号
预测地点
通风容易时期
通风困难时期
绝对瓦斯涌出量（m3/min）
相对瓦斯涌出量（m3/t）
绝对瓦斯涌出量（m3/min）
相对瓦斯涌出量（m3/t）
1
回采工作面
6.16
27.12
6.90
30.36
2
掘进工作面
0.69
7.67
0.89
9.77
3
采空区
0.14
7.55
0.18
7.47
4
采区
7.87
34.64
8.50
37.38
5
矿井
9.84
43.31
10.62
46.73
该矿按煤与瓦斯突出矿井进行设计和管理，设计建立地面永久性瓦斯抽放站，为了便于抽放，采用顺层抽放，瓦斯抽放率按30%考虑，因此本设计按抽放后的绝对瓦斯涌出量计算矿井风量。
采面瓦斯涌出量：
容易：
6.16×70%=4.312m³/min，困难：
6.90×70%=4.83m³/min
掘进面瓦斯涌出量：
容易：
0.69×70%=0.483m³/min（单个掘进面0.483/2＝0.242m³/min）
困难：
0.89×70%=0.623m³/min（单个掘进面0.623/2＝0.312m³/min）
2、风量计算
按下列要求分别计算，并且必须取其中的最大值。
1）按井下同时工作的最多人数计算：
式中：
Q—矿井总供风量，m3/s；
N—井下同时工作的最多人数，本矿井为108人；
4—每人每分钟供风标准，m3/min；
K—矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，对于中央并列式或压入式K=1.45，其它K=1.35
=4×108×1.45=10.44m3/s
2）按采煤、掘进、硐室等处的实际需要风量的计算：
式中：
ΣQ采—采煤工作面实际需要风量的总和，m3/s；
ΣQ掘—掘进工作面实际需要风量的总和，m3/s；
ΣQ硐—独立通风硐室实际需要风量的总和，m3/s；
ΣQ其它—除采掘硐室外其它需风量总和，m3/s。
（1）采煤工作面需风量的计算
采煤工作面应按瓦斯涌出量、工作面温度、同时工作的最多人数分别计算，取其中最大值，并用风速验算。
①按瓦斯涌出量：
式中：
Q采—采煤工作面实际需要的风量，m3/s；
q瓦采—采煤工作面经瓦斯抽放以后的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
KC—采煤工作面瓦斯涌出不均衡的备用风量系数，即该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比；通常机采工作面可取1.2～1.6；炮采工作面可取1.4～2.0；水采工作面可取2.0～3.0。
（取1.8）
通风容易时期
=100×4.312×1.8=12.936m3/s
通风困难时期
=100×4.83×1.8=14.49m3/s
②按工作面温度计算：
式中：
VC—回采工作面适宜的风速，按18～20℃风温选取为0.8～1.0m/s；
SC—采煤工作面平均有效断面，m2；
Ki—采煤工作面长度系数
<158
50～800．9
80～1201．0
120～1501．1
150～1801．2
>1801．30～1．40
通风容易时期：
=60×0.9×5.18×1=4.662m/s
通风困难时期：
=60×0.9×6.105×1=5.494m/s
③按工作面人员数量计算：
综采工作面的实际需要风量，应按稀释和冲淡抽放以后的工作面瓦斯涌出量要求，并考虑工作面气温、风速以及人数等因素分别进行计算后，采取其中最大值。
式中：
Nc—采煤工作面同时工作的最多人数。
=4×32=2.13m/s
以上计算最大值：
容易时期：
Q采易＝max{Qa1易,Qa2易，Qa4易}={12.936，4.66，2.13=12.936m³/s；
困难时期：
Q采难＝max{Qa1难,Qa2难，Qa4难}={14.49，5.49，2.13}=14.49m³/s；
④按风速验算：
根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面的最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s的要求进行验算。
回采工作面风速应满足：
容易时期：
0.25×5.5≤
≤4×5.5合理
困难时期：
0.25×5.5≤
≤4×5.5合理
（2）掘进工作面的风量确定
掘进工作面的实际需要风量，应按照冲淡掘进工作面瓦斯涌出，并考虑局部通风机实际吸风量、工作面温度、炸药用量、风速和人数等规定要求分别进行计算，并取其中最大值。
经分析和计算认为，本矿井地温不高，掘进工作面人数≤20人，普掘面的炸药用量≤13kg，
①按矿井瓦斯涌出量计算：
Q掘=100×q瓦掘·K掘通中：
Q掘—掘进工作面实际需要的风量，m3/s；
q瓦掘—掘进工作面经瓦斯抽放以后的瓦斯涌出量，m3/min；
K掘通—掘进工作面瓦斯涌出不均衡的备用风量系数，该数值应经过观察实测后取得；一般取1.5～2.0；取1.8
通风容易时期Q掘=100×q瓦掘·K掘通
=100×0.483×1.8=1.449m3/s
通风困难时期Q掘=100×q瓦掘·K掘通
=100×0.623×1.8=1.869m3/s
②按炸药使用量计算：
Q掘=25A
式中：
25—每公斤炸药爆破后，需要供给的风量，m3/min；
A—掘进工作面一次爆炸的最大炸药用量，kg。
Q掘=25A
=25×12=5m3/s
③按工作面人员数量计算：
式中：
NJ—掘进工作面同时工作的最多人数，38人；
=4×38=2.53m3/s
④按局部通风机吸风量计算：
式中—第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和；
K—为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2~1.3；进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。
本矿的掘进工作面采用14KW的JBT-61型的局部通风机，额定风量为250m³/min。
=250×1×1.3=5.42m3/s
各种局部通风机的额定风量
因此：
容易时期：
Q掘易=max{Q掘1易,Q掘2易,Q掘3易,Q掘4易}={1.449，5，2.53，5.42}=5.42m3/s
困难时期：
Q掘难=max{Q掘1难,Q掘2难,Q掘3难,Q掘4难}={1.869，5，2.5.42}=5.42m3/s
两个掘进头同时工作，因此通风容易=困难=5.42×2=10.84m3/s
⑤按风速验算：
根据《煤矿安全规程》规定岩巷掘进工作面的风量应满足：
0.15×5.5
4×5.5合理
煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：
式中：
SJ—掘进工作面巷道过风断面。
（3）硐室风量：
独立通风的硐室实际需要风量，应根据不同类型硐室分别计算，机电设备散热量大的硐室，应机电设备运转的发热量计算，充电硐室应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算，其它硐室类比生产矿井的经验配风：
井下爆炸材料库3m3/s；
采区变电所2m3/s；
（4）其它风量
根据国内机械化矿井的统计资料，结合矿区的实际情况，取
左右。
通风容易时期=（12.936+10.84+5）×5%=1.4388m3/s
通风困难时期=（14.49+10.84+5）×5%=1.5165m3/s
5）矿井总风量确定
通风容易时期=12.936+10.84+5+1.4388=30.2148m3/s取32m3/s
通风困难时期=14.49+10.84+5+1.5165=31.8465m3/s取34m3/s
二、风量分配
根据矿井采掘接续关系，矿井的总风量计算表2.1：
表2.1通风容易时期总风量计算表
用风地点
配风工作面
配风量／m3/s
通风断面／m2
风速／m/s
1
回采工作面
13
5.18
2.31
2
掘进工作面
12
5.5
1.1
3
硐室
5
4
其他（加三道风门）
8
5
合计
38
表2.2通风困难时期总风量计算表
用风地点
配风工作面
配风量／m3/s
通风断面／m2
风速／m/s
1
回采工作面
15
6.105
2.45
2
掘进工作面
12
5.5
1.1
3
硐室
5
4
其他（加三道风门）
8
5
合计
42
经上述方法计算后，总风量确定为Q易=38m³/s，Q难=40m³/s
容易时期风速验算：
采煤工作面：
V低=13/5.18=2.45（m/s）＞0.25m/s。
V高=13/（0.9×5.18）=2.788（m/s）＜4m/s。
掘进工作面：
V掘=6/5.5=1.1（m/s）＜4m/s。
困难时期风速验算：
采煤工作面：
V低=15/6.105=2.457（m/s）＞0.25m/s。
V高=15/（0.9×6.105）=2.73（m/s）＜4m/s。
掘进工作面：
V掘=6/5.5=1.1（m/s）＜4m/s。
经验算，风量分配均能满足煤矿安全规程中允许风速的要求。
第三节 全矿通风阻力计算
在扇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。
为了扇风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择扇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，前者对应于扇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。
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。
一、矿井自然风压（分容易时期与困难时期计算）
根据“科百洛夫”公式计算，自然风压：
一采区容易时期开采深度+1570m～＋1507m；采深小于100m，采用下式计算：
（1）容易时期自然风压
h自然=P0H（a1-a2）/100=760×50×（0.174－0.164）/100
=3.8mmH2O=37.24Pa
式中：
h自然——一采区通风容易时期自然风压（mmH2O），
P0——地面平均大气压，取760mm水银柱，
H——最大井深，H=1570-＋1520=50m，
a1——进风井平均温度系数。
（通风容易时期以冬季计算）
a2——回风井平均温度系数。
（通风容易时期以冬季计算）
（2）困难时期自然风压
根据“科百洛夫”公式计算，自然风压：
二采区困难时期开采深度+1505m～＋1400m；采深大于100m，采用下式计算：
Hn=（P0H/R）（1/T-1/T2）g（1+H/10000）
=（85700×105/300）（1/287-1/293）×9.8×（1+105/10000）=21.194Pa
式中Hn—地面井口大气压力，85700Pa；（海拔高度为+1580m，大气压力取85.7kPa）
H—最大开采深度，105m；
T1—进风侧平均温度，287K；（通风困难时期以夏季计算）；
T2—回风侧平均温度，293K；（通风困难时期以夏季计算）；
R—矿井空气常数，干空气常数287J/（kg.K），水蒸气气体常数R=461J/（kg.K）。
二、矿井总阻力
1、计算原则
a）矿井服务年限不长，则选择达到设计产量以后，通风容易和通风困难两个时期通风阻力最大的风路，分别计算各段井巷的通风阻力，累加后便得出这两个时期的井巷通风总摩擦阻力（
）。
b）矿井服务年限较长，则只计算头15～20年的通风容易和通风困难时期井巷的通风总摩擦阻力。
c）要求绘制通风容易与通风困难两时期的通风系统图和通风网络图，图可用插页图形式，单线绘制。
图中要标出风流方向、风量、必须的通风构筑物，分风与合风的编号（节点号），风量必须闭合（∑Q=0）。
d）为了经济合理，安全的使用主扇，困难时期的总阻力不得超过350～450mmH2O
2、计算方法
分别沿着两时期通风阻力最大的风路，用下式计算各段巷道的摩擦阻力：
Pd
两个时期的摩擦阻力计算可用列表的形式沿进、回风路标出（如下表）。
通风容易时期通风阻力计算表
井巷
名称
支护
形式
摩擦阻力系数α
N·S2/m4
长度
L/m
周长
U/m
净断面
S/m2
摩擦风阻
R
N·S2/m8
风量
Q
m3/s
摩擦阻力
h/Pd
风速v
m/s
主斜井
锚喷
0.014
177
9.8
7.13
0.0670
19
24.187
2.664797
煤仓绕道
锚喷
0.014
50
9.8
7.13
0.0189
19
6.8229
2.664797
运输大巷
锚喷
0.014
215
9.8
7.13
0.0814
15
18.315
2.103787
联络斜巷
锚喷
0.014
30
6.8
5.5
0.0172
13
2.9068
2.363636
10101运输巷
全支
0.014
15
6.8
5.5
0.0086
13
1.4534
2.363636
10101工作面
单体
0.042
85
8.4
5.18
0.2158
13
36.4702
2.509653
10101回风巷
全支
0.014
15
6.8
5.5
0.0086
13
1.4534
2.363636
回风联络巷
锚喷
0.014
30
6.8
5.5
0.0172
15
3.87
2.727273
回风大巷
锚喷
0.014
150
7.1
6
0.0690
34
79.764
5.666667
回风石门
锚喷
0.014
265
7.1
6
0.1219
38
176.0236
6.333333
风井
锚喷
0.014
260
7.1
6
0.1196
38
172.7024
6.333333
引风道
砌碹
0.00784
20
6.8
5.5
0.0064
38
9.2416
6.909091
合计
571.66
局部阻力
按矿井总阻力的10%-20%计算（取10%）
85.748
总阻力
657.40
通风困难时期通风阻力计算表
井巷
名称
支护
形式
摩擦阻力系数α
N·S2/m4
长度
L/m
周长
U/m
净断面
S/m2
摩擦风阻
R
N·S2/m8
风量
Q
m3/s
摩擦阻力
h/Pd
风速v
m/s
主斜井
锚喷
0.014
177
9.8
7.13
0.0670
20
26.8
2.805049
煤仓绕道
锚喷
0.014
50
9.8
7.13
0.0189
20
7.56
2.805049
一采区运输大巷
锚喷
0.014
215
9.8
7.13
0.0814
20
32.56
2.805049
二采区运输大巷
锚喷
0.014
850
9.8
7.13
0.3217
16
82.3552
2.244039
联络斜巷
锚喷
0.014
72
6.8
5.5
0.0412
17
11.9068
3.090909
通风困难时期运输巷
全支
0.014
383
6.8
5.5
0.2192
15
49.32
2.727273
通风困难时期工作面
单体
0.042
80
9.73
6.105
0.1437
15
32.3325
2.457002
通风困难时期回风巷
全支
0.014
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