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矿井通风课程设计

昆明理工大学

矿井通风课程设计

学院：

国土资源工程学院

专业：

采矿工程

学号：

姓名：

指导教师：

昆明理工大学国土资源学院资源开发工程系

设计任务书

矿井通风设计的已知条件：

矿体走向长430m，矿体最大厚度32m，平均厚28m；平硐、竖井开拓，对角式通风系统，扇风机在地面抽出式工作；采矿方法为有底柱的分段崩落法，分段高15m，阶段高45m；电耙道垂直走向布置，由分段平巷进风，电耙道水平专用集中回风道回风。

通风系统如图3。

矿井设计年产量70万t，电耙道日出矿量300t/d，二次破碎最大火药量3kg，通风时间5min。

掘进工作面按排尘风速计算风量。

设计开采深度500m，最困难时期各作业面的位置和数量如表5，各类巷道规格尺寸如表6。

夏季反风自然风压130Pa，风硐阻力150Pa。

试按上述条件作矿井通风设计。

题目要求：

采用单翼对角抽出式通风方法设计，并要求进行局部通风设计。

作业面位置及数量

作业面类别

一分段

二分段

三分段

开拓

合计

电耙道

回采天井凿岩

采准，切割

放矿平巷

各类井巷规格

序号

井巷名称

支架形式

断面m2

周长m

巷道长m

1-2

主平硐

混凝土砌璇

12.8

14.4

140

2-3

副井（入风井）

吊框木支架、双罐笼、梯子间

15.4

16.0

500

3-4

石门

混凝土砌璇

12.8

14.4

4-5

主要运输平巷

无支架

11.2

12.8

100

5-6

主要运输平巷

无支架

″

9-10

人行通风天井

梯子、台板

10-11

电耙道

无支架

5.3

9.2

11-12

回风平巷

无支架

11.2

12.8

16-17

回风平巷

无支架

″

320

17-18

排风井

无支架

12.6

18-19

排风井

无支架

″

480

19-20

排风平巷

无支架

11.2

12.8

20-21

排风井

无支架

12.6

120

第一章概述

1.1何为矿井通风

矿井通风的主要任务是向井下连续的输送新鲜空气，释放并排出有毒，有害气体和粉尘等，调节矿内小气候，创造良好的生产环境，保证矿工的安全与健康，提高劳动生产率。

1.2矿井通风的重要性

矿井工生产是地下作业，自然条件比较复杂。

地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。

同时，由于地热作用，人体和机械的散热、水分的蒸发等，井下空气的温度和湿度都会显著提高，造成不良的气候条件。

因此，对矿井必须进行通风。

矿井通风的任条是：

（1）供给足够的井下工作人员呼吸用的新鲜空气。

（2）冲淡和排除有害气体及浮游矿尘，使之符合《煤矿安全规程》的要求。

（3）提供适宜的温、湿度良好的气候条件；维持合适的劳动条件。

第二章通风系统选择

2.1通风系统选择的基本原则

1、与开拓、采矿方法设计同时考虑通风系统设计，所有矿井必须采用机械通风；

2、在保证安全的前提下，要力求系统简单（网路不复杂、少角联、通风设施少……）；

3、满足设计开采地段内各部分生产的通风需要，矿井有效风量率不低于60%，且经营费较少；

4、尽量避免采掘作业面串联通风。

如必须串联时，须采取降尘措施，保证入风粉尘浓度小于0.5mg/m3；

5、矿井必须有稳定的进风道与回风道，采掘作业面的主要进风道不得经过采空区或冒落区；

6、通风线路最短，开采区间风压稳定，漏风的可能性较小；

7、有自然发火危害的矿井，须用抽出式通风，只有靠近地表几个中段可用压入式通风，并应首先考虑分区通风的可能性；

8、矿井通风系统一般应尽可能采用对角式布置；

9、禁止用箕斗井进风和尽量避免用箕斗——罐笼混合井进风，对于改扩建矿山如必须用混合井进风时，需采取密闭及有效的净化风源措施；

10、尽量避免矿井主进风流及各中段进风流直接流经井下主溜井的上下口，凡溜井上下面均需考虑降尘措施；

11、考虑采矿方法结构时，同时确定该方法的最好通风方案及其与全矿通风系统之衔接；

12、由于采矿方法固有的特点，不能用全矿总风压造成贯穿风流通风的采矿方法，需设计局部通风系统，并注意合理解决其与全矿通风系统之关系；

13、当有电扒巷道及隔筛巷道时，风流方向应与电扒扒矿方向相反，应使电扒司机位置处于新鲜风流之中，流经电扒及电扒及隔筛巷道后的含尘风流，一般不允许再流入有人工作的凿岩天井、回采工作面及凿岩平巷，否则应采取净化措施；

14、充分利用自然风压，以减少能量消耗；

15、箕斗装载硐室、地下破碎硐室及主溜井等处，应有通风及降尘措施，其污风要引入回风道，否则，必须采取净化措施，达到含尘量不超过0.5mg/m3，方能送入其他工作面；

16、井下火药库及充电硐室，应有新鲜风流并有单独回风道引入总回风道，井下所有机电硐室，都必须供给新鲜风流。

2.2矿井地质情况概述

矿井通风设计的已知条件：

通风系统如图3。

矿井设计年产量70万t，电耙道日出矿量300t/d，二次破碎最大火药量3kg，通风时间5min。

掘进工作面按排尘风速计算风量。

设计开采深度500m，最困难时期各作业面的位置和数量如表5，各类巷道规格尺寸如表6。

夏季反风自然风压130Pa，风硐阻力150Pa。

表1作业面位置及数量

作业面类别

一分段

二分段

三分段

开拓

合计

电耙道

回采天井凿岩

采准，切割

放矿平巷

表2各类井巷规格

序号

井巷名称

支架形式

断面m2

周长m

巷道长m

1-2

主平硐

混凝土砌璇

12.8

14.4

140

2-3

副井（入风井）

吊框木支架、双罐笼、梯子间

15.4

16.0

500

3-4

石门

混凝土砌璇

12.8

14.4

4-5

主要运输平巷

无支架

11.2

12.8

100

5-6

主要运输平巷

无支架

″

9-10

人行通风天井

梯子、台板

10-11

电耙道

无支架

5.3

9.2

11-12

回风平巷

无支架

11.2

12.8

16-17

回风平巷

无支架

″

320

17-18

排风井

无支架

12.6

18-19

排风井

无支架

″

480

19-20

排风平巷

无支架

11.2

12.8

20-21

排风井

无支架

12.6

120

2.3矿井主要通风机的工作方式

1）抽出式

采用抽出式通风，是把主要通风机安装在回风井口附近，工作时使井下整个通风系统处于负压状态。

采用这种通风方式，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏向矿内；当塌陷裂隙通向废旧小煤窑时，会把小煤窑内积存的有害气体抽到井下，并使工作面的有效风量减少；一旦主要通风机因故停止运转，井下的风流压力提高，有可能使采区内瓦斯涌出量减少，比较安全，而压入式通风正好相反。

2）压入式

采用压入式通风，是把主要通风机安装在进风井口附近，工作时使井下整个通风系统处于正压状态。

采用这种通风方式，矿井地面漏风是从矿内漏向矿外；在垮落裂隙通达地表时，矿井采空区煤炭自燃生成的有害气体难以检测到，使自燃征兆不宜发现。

一般认为，压入式通风适合于开采水平低，小窑多，顶板跨落裂隙直通地表、瓦斯低的矿井，由于采用压入式通风必须在矿井总路线上设置若干个构筑物，而其中有些是交通要道，人员、车辆或提升容器来往频繁，使风门易受损坏，漏风较大，通风管理比较困难；尤其是深水平矿井，采用压入式通风更不适宜。

3）压抽混合式

采用压抽混合式通风，是在进风井口安装一风机作压入式运转，在回风井口安装一风机作抽出式运转。

采用这种通风方式，通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或副压均不大，采空区连通地表的漏风因而较小，其缺点是使用的风机设备多，管理复杂。

本矿井周围没有小煤窑，综合考虑各种通风机工作方式的优缺点和本矿的生产实际，确定本矿井为抽出式通风。

2.4选择通风机的方式

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，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（边界式）的适用条件

煤层倾角较小、埋藏较浅，走向长度不大，且瓦斯突出、煤层自燃比较严重的矿井，采用中央分列式较合理，它与中央并列式相比，安全性好，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较有利，且工业广场不受主要通风机噪音的影响。

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，瓦斯和煤层自然发火严整的矿井，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，或因地表高低起伏比较大无法开掘浅部的总回风道，在此条件下开采第一水平时，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，为了缩短基建的时间，在初期采用中央式通风系统，随着生产的发展，当开采到两翼边界时，在建立对角式的通风系统。

由于本矿井倾角较小，走向长度不大，故可采用分区对角式通风方式。

优点是：

安全性好，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较有利，且工业广场不受主要通风机噪音的影响。

2.5通风系统的选择

根据矿山地质情况和主扇工作方式以及进回风井布置方式可选择单翼对角抽出式通风方式设计，并且要进行局部通风的设计。

2.6单翼对角抽出式通风方式优缺点

优点是风流路线是直向的，路线比较短，长度变化不大，因此不仅压差小，而且在整个矿井服务期间压差变化范围较小，漏风少，污风出口距工业场地较远。

缺点是投产慢，地面建筑物不集中，不利于管理。

第三章风量计算

3.1计算全矿总风量及分配风量

3.11电耙道所需风量

1二次破碎爆破通风所需风量

火药量

；电耙道长度

，断面

，通风时间

，则风量

2按排尘风速计算风量

电耙道风速

，则排尘风量

取风量大者，

作为电耙道风量。

3.1.2采场作业面凿岩所需风量（仅根据排尘风速计算的风量）

序号

井巷名称

支架形式

断面m2

风速V

风量Q

1-2

主平硐

混凝土砌璇

12.8

0.25

3.2

2-3

副井（入风井）

吊框木支架、双罐笼、梯子间

15.4

0.25

3.85

3-4

石门

混凝土砌璇

12.8

0.25

3.2

4-5

主要运输平巷

无支架

11.2

0.25

2.8

5-6

主要运输平巷

无支架

11.2

0.25

2.8

9-10

人行通风天井

梯子、台板

4.0

0.25

1.0

10-11

电耙道

无支架

5.3

0.5

2.65

11-12

回风平巷

无支架

11.2

0.25

2.8

16-17

回风平巷

无支架

11.2

0.25

2.8

17-18

排风井

无支架

12.6

0.25

3.15

18-19

排风井

无支架

12.6

0.25

3.15

19-20

排风平巷

无支架

11.2

0.25

2.8

20-21

排风井

无支架

12.6

0.25

3.15

表3采场作业面凿岩所需风量

3.2矿井总风量

式中

——各类作业面所需风量，

；

——各类作业面的数量；

——风量备用系数，此例中

。

如下图所示中求出巷道所需的风量，根据公式

即可得

详细请参看矿井通风标准图，最后可计算得

第四章矿井风量分配

4.1风量分配的基本要求

1、回采工作面的风量应按照最大计算风量进行分配；备采工作面的风量按回采工作面的50%风量分配；掘进工作面按局部通风计算风量进行分配；

2、井下炸药库、充电硐室、破碎硐室、主溜井等应独立供风，按计算风量分配，回风应导入总回风道；

3、矿井通风系统为多井口进风时，各进风风路的风量，对专题设计者，应按自然分配规律进行解算，求出各进风风路自然分配的风量；对非专题，可根据进风巷道可能漏风状况、巷道风阻、进风巷道可能担负需风量的大小以及进、回风井相互位置、压力状态等因素进行分配；

4、一切需风工作面和有风流通过的井巷，其风速必须符合安全规程规定。

4.2风量分配的方法

1、新建矿井的风量分配

在设计阶段，新建矿井的漏风地点和漏风量一般难以确切预计。

因此，采用不考虑各地段漏风量，而采用风量备用系数的方法进行：

压入式通风系统，主要漏风地点在进风段，故压入式通风系统的进风段（指由进风井口到回采中段最前面的一个采场进风天井为止的那一区段所有井巷），应在设计计算需风量的基础上乘以风量备用系数，作为进风段各井巷的分配风量。

而在需风段和回风段，则可不考虑回风量，只按工作面设计计算的需风量，由工作面顺风流方向往回风段进行分配。

进行风量分配时，应将各井巷的风量量值一一标在通风系统图和通风网路结构示意图上，漏风风路可用一条通大气的插入线来表示；压入式通风时，在进风段的终点上画一条漏风风路引到大气；抽出式通风时，在回风段的始点上画一条漏风风路连通大气使矿井风量平衡。

2、改扩建矿井的风量分配

改扩建矿井有条件时，应测出通风网路内各区段的实际漏风量。

各工作面所需风量加上网路内相应区段内实际漏风量，即为分配的风量。

风量分配的方法，是从工作面起，延逆风流方向对进风段和沿风流方向对回风段进行分配。

同样，应在通风系统图和网路示意图上画出漏风风路并连通大气。

若无漏风资料（实测资料），则应进行实地调查，摸清坑内外老硐、空区、裂隙等漏风点大体情况，再结合通风方式考虑风量分配，或按新建矿山风量分配方法进行。

对于改扩建矿山，当测到主要漏风点漏风量后，必须采取密闭堵漏措施，在进行风量分配时，应考虑到堵漏措施这一因素。

故设计漏风量往往应低于实测漏风量。

第五章通风网络解算

本节不要求对网络进行自然分配,详细请看标准通风网络图。

第六章全矿通风阻力计算

6.1选择矿井最困难时期的通风线路

根据表三以及课设题目所给的已知数据，根据公式摩擦风阻

式中

——摩擦风阻

——摩擦阻力系数

——巷道长度

——巷道周长

——巷道断面积

再根据公式

可以计算出阻力的大小，其中

为风量。

井巷名称

支架形式

断面

周长

巷道长

摩擦系数

分阻R

风量Q

阻力H

主平硐

混凝土砌璇

12.8

14.4

140

0.036

0.035

59.3

123.07

2-3

副井（入风井）

吊框木支架、双罐笼、梯子间

15.4

16.0

500

0.036

0.079

59.3

277.80

3-4

石门

混凝土砌璇

12.8

14.4

0.004

0.002

56.5

63.85

4-5

主要运输平巷

无支架

11.2

12.8

100

0.010

0.009

56.5

28.73

5-6

主要运输平巷

无支架

11.2

12.8

0.010

0.001

48.25

2.33

9-10

人行通风天井

梯子、台板

4.0

8.0

0.050

0.093

5.3

2.61

10-11

电耙道

无支架

5.3

9.2

0.020

0.049

2.65

0.34

11-12

回风平巷

无支架

11.2

12.8

0.010

0.001

5.55

0.31

16-17

回风平巷

无支架

11.2

12.8

320

0.010

0.030

54.0

87.48

17-18

排风井

无支架

12.6

0.010

0.0009

59.3

3.16

18-19

排风井

无支架

12.6

480

0.010

0.030

88.95

237.36

19-20

排风平巷

无支架

11.2

12.8

0.010

0.0049

88.95

38.77

20-21

排风井

无支架

12.6

120

0.010

0.0076

88.95

60.13

合计

925.94

表四详细数据列表

6.2计算全矿阻力

根据表四所显示的结果，可知全矿的阻力为925.94

6.3计算局部阻力

矿井局部通风阻力按摩擦阻力的20%计算，则矿井局部阻力

第7章风量调节

7.1.1局部风量调节概述

局部风量调节的方式有三种，增加风阻调节法，降低风阻调节法，辅助通风机调节法。

增阻调节法的实质就是以并联风网中阻力较大的分支阻力值为依据，在阻力较小的分支中增加一项局部阻力，使并联各分支的阻力达到平衡，以保证风量按需供应。

增阻调节法的主要措施，是在调节支路回风侧设置调节风窗临时风帘、风幕等调节装置。

其中调节风窗由于其调节风量范围大，制造和安装都较简单，在生产中使用的最多。

降阻调节法与增阻调节法相反。

为了保证风量的按需分配，当两并联巷道的阻力不相等时，以小阻力分支为依据，设法降低大阻力巷道的风阻，使风网达到阻力平衡。

如果按需要风量Q1、Q2计算出两风路的阻力h2＞h1时，可在风路2中安装一台辅助通风机，用辅助通风机的风压来克服该风网的阻力差，使其符合风压平衡。

辅助通风机调节就是以阻力小的风路阻力为依据，在阻力较大的风路中安装一台辅助通风机，利用辅助通风机的风压克服一部分通风阻力，使并联风网阻力达到平衡定律，从而实现风量调节的目的。

7.12局部风量调节具体实施

在4-5巷道后，风流经过为三支，其中一条通往电耙道，另一条通过出矿平巷，两条属于并联关系。

通过计算可知

由于

，即需要在通往电耙道中安装一台辅助通风机，用辅助通风机来克制分网的阻力差。

同理可求得需要在9-10巷道，安装辅助通风机。

7.2矿井总风量调节

矿井总风量调节主要是调整主要通风机的工作点。

其方法是改变主要通风机的特性曲线，或是改变主要通风机的工作风阻。

但通风机的风量大于矿井实际需要，可以增加主要通风机的工作风阻，使总风量下降。

由于离心式通风机的输入功率随风量的减少而降低，所以，对于离心式风机，当所需风量变小时，可利用风硐中的闸门增加风阻，减小风量；对于轴流式风机，通风机的输入功率随风量的减小而增加，故一般不用闸门调节而多采用改变通风机的叶片安装角度，或降低风机转速进行调节；对于有前导器的通风机，当需风量变小时，可用改变前导器叶片角度的方法来调节，但其调节幅度比较小。

矿井风机工况点根据不同通风时期进行调节。

本例依照通风困难时期进行调节。

第八章扇风机及电动机选择

8.1扇风机选择原则

1、按通风容易时期和困难时期分别计算；

2、通常按个体特性曲线选取；

3、所选扇风机工况点要在合理工作范围内。

8.2扇风机风量及风压计算

1、扇风机风量

式中，

——扇风机装置风量备用系数，

。

⑵扇风机的全压

式中，

——扇风机装置阻力，

=100

；

——扩散塔出口动压损失，

=10

；

——矿井反向自然风压，取

=96

。

根据各机站扇风机通风范围内的巷道阻力计算得到

即可得

即根据扇风机的特性曲线，可选扇风机的型号为K40-4-NO.14，配用的电动机型号为Y280M-4。

。

第九章局部通风

在巷道掘进过程中应设置局部通风，从而来保证矿井空气的清新，改善井下工作的环境，从而来提高劳动生产率。

第一局部通风机安装在9-10巷道之上，选用K35-9-NO.10,配用电动机型号为Y132M1-6。

第二局部通风机安装在17-18巷道之上，选用K35-11-NO10,配用电动机型号为

Y160M-6。

第十章防尘措施

矿山综合防尘是指采用各种技术手段减少矿山粉尘的产生量、降低空气中的粉尘浓度，以防止粉尘对人体、矿山等产生危害的措施。

大体上将综合防尘技术措施分为通风除尘、湿式作业、密闭抽尘、净化风流、个体防护及一些特殊的除、降尘措施。

一、通风除尘

通风除尘是指通过风流的流动将井下作业点的悬浮矿尘带出，降低作业场所的矿尘浓度，因此搞好矿井通风工作能有效地稀释和及时地排出矿尘。

二、湿式作业

湿式作业是利用水或其它液体，使之与尘粒相接触而捕集粉尘的方法，它是矿井综合防尘的主要技术措施之一，具有所需设备简单、使用方便、费用较低和除尘效果较好等优点。

缺点是增加了工作场所的湿度，恶化了工作环境，能影响煤矿产品的质量，除缺水和严寒地区外，一般煤矿应用较为广泛，我国煤矿较成熟的经验是采取以湿式凿岩为主，配合喷雾洒水、水封爆破和水炮泥以及煤层注水等防尘技术措施。

1．湿式凿岩、钻眼

该方法的实质是指在凿岩和打钻过程中，将压力水通过凿岩机、钻杆送入并充满孔底，以湿润、冲洗和排出产生的矿尘。

2．洒水及喷雾洒水

洒水降尘是用水湿润沉积于煤堆、岩堆、巷道周壁、支架等处的矿尘。

当矿尘被水湿润后，尘粒间会互相附着凝集成较大的颗粒，附着性增强，矿尘就不易飞起。

在炮采炮掘工作面放炮前后洒水，不仅有降尘作用，而且还能消除炮烟、缩短通风时间。

煤矿井下洒水，可采用人工洒水或喷雾器洒水。

对于生产强度高、产尘量大的设备和地点，还可设自动洒水装置。

喷雾洒水是将压力水通过喷雾器（又称喷嘴），在旋转或冲击的作用下，使水流雾化成细微的水滴喷射于空气中，它的捕尘作用有：

①在雾体作用范围内，高速流动的水滴与浮尘碰撞接触后，尘粒被湿润，在重力作用下下沉；②高速流动的雾体将其周围的含尘空气吸引到雾体内湿润下沉；③将已沉落的尘粒湿润粘结，使之不易飞扬。

原苏联的研究表明，在掘进机上采用低压洒水，降尘率为43%～78％，而采用高压喷雾时达到75%～95％；炮掘工作面采用低压洒水，降尘率为51%，高压喷雾达72%，且对微细粉尘的抑制效果明显。

10.1作业面除尘

10.1.1掘进机喷雾洒水

掘进机喷雾分内外两种。

外喷雾多用于捕集空气中悬浮的矿尘，内喷雾则通过掘进机切割机构上的喷嘴向割落的煤岩处直接喷雾，在矿尘生成的瞬间将其抑制。

较好的内外喷雾系统可使空气中含尘量减小85%～95％。

10.1.2水炮泥和水封爆破

水炮泥就是将装水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼内，如图11-4-5

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