矿井通风设计.docx
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矿井通风设计
课程设计报告（论文）
设计课题：
矿井通风模拟设计
专业班级：
2009级煤矿开采技术
学生姓名：
xxx
指导教师：
xxx
设计时间：
2011年11月4日
XXX学院
呼伦贝尔学院xx技术学院
矿井通风模拟设计课程设计任务书
姓名：
专业：
煤矿开采技术
班级：
指导教师：
职称：
学生
课程设计题目：
矿井通风模拟设计
已知技术参数和设计要求：
已知矿井自然条件；矿井生产条件；邻近生产矿井与通风设计有关的经验数据或统计资料及风量计算方法；各种技术经济参数、性能的资料以及有关法规与政策规定。
要求：
（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件；
（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；
（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；
（4）有符合规定的井下环境及安全检测系统或检测措施；
（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。
所需仪器设备：
成果验收形式：
参考文献：
时间
安排
指导教师：
教研室主任：
2011年11月4日
Xxx学院矿井通风模拟设计课程设计成绩评定表
专业：
煤矿开采技术班级：
09级专科学号姓名：
课题名称
矿井通风模拟设计
设计任务与要求
任务：
（1）确定矿井通风系统；
（2）矿井风量计算和风量分配
（3）矿井通风阻力计算
（4）选择通风设备
（5）概算矿井通风费用
要求：
（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件；
（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；
（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；
（4）有符合规定的井下环境及安全检测系统或检测措施；
（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。
指导教师评语
课程小组评定
评定成绩：
课程负责人：
年月日
目录
一矿井通风设计的内容………………………………………………1
二煤层地质概述………………………………………………………1
三拟定矿井通风系统…………………………………………………3
四计算和分配矿井总风量……………………………………………3
五计算矿井通风总阻力………………………………………………6
六选择矿井通风设……………………………………………………9
七矿井通风费用概算…………………………………………………10
矿井通风设计
引言：
矿井通风设计是矿井设计的重要组成部分，是确保设计矿井安全生产的重要环节。
矿井通风设计是在矿井开拓、开采设计的基础上进行的，主要包括矿井通风系统的选择、矿井总风量和总阻力的计算，矿井主要通风机及其附属设施的选择等
1矿井通风设计内容和要求
1.1设计的内容
（1）拟定矿井通风系统
（2）矿井总风量计算和风量分配
（3）矿井通风阻力计算
（4）选择通风设备
（5）概算矿井通风费用
1.2设计的要求
（1）满足矿井生产安全需要，将足够的新鲜空气有效地送到井下各用风地点
（2）通风系统简单、安全可靠、风流稳定、易于管理，具有较强的抗灾能力
（3）矿井一旦发生灾害事故，风流易于控制，作业人员便于撤离
（4）有符合规定的井下环境及安全监测系统或监测措施
（5）通风系统的基建投资省，运营费用低，综合经济效果好
2煤层地质概述
单一煤层，倾角25°，煤层厚度4m，采煤工作面绝对瓦斯涌出量3.6m3/min，温度为20℃，同时工作的最多人数为24人，掘进工作面瓦斯涌出量9.2m3/min，同时工作人数为20人。
井田范围：
设计第一水平深度240m，走向长度7200m,双翼开采，每翼长3600m。
矿井生产任务：
设计年产量60万t,矿井第一水平服务年限为23a。
矿井开拓与开采：
用竖井主要石门开拓，在底板开掘岩平巷，其开拓系统如图1-1所示。
拟采用两翼对角式通风，No7、No8两采区中央上部边界开回风井，其采区划分见图1-2.采区巷道布置间图1-3。
全矿井有两个采区同时生产，分上、下分层开采，共有4个采煤工作面。
1个备用工作面。
为准备采煤有4条煤巷掘进，采用4台11kw局部通风机通风，不与采煤工作面串联，井下同时工作的最多人数为380人。
有一个大型火药库1500m³，独立回风。
井巷尺寸及其支护情况见表1-1。
附表1-1巷道尺寸及其支护情况
巷道区段序号
巷道名称
井巷特征及支护情况
断面积/m2
计算长度/m
1-2
副井
两个罐笼，有梯子间，风井直径D=5m
240
2-3
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
9.5
120
3-4
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
9.5
80
4-5
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
7.0
450
5-6
运输机上山
梯形水泥棚
7.0
135
6-7
运输机上山
梯形水泥棚
7.5
135
7-8
运输机顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
5
400
8-9
联络眼
梯形木支架d=18cm,Δ＝4
4.0
30
9-10
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
4.8
80
10-11
采煤工作面
采高2m,控顶距2~4m，金属支架，机组采煤
6.0
110
11-12
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
4.8
80
12-13
联络眼
梯形木支架d=18cm,Δ＝4
4.0
30
13-14
回风顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
5
400
14-15
回风石门
梯形水泥棚
7.5
30
15-16
主要回风巷
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
7.5
2500
16-17
回风井
混凝土碹（不平滑），回风井直径D=4m
70
3拟定矿井通风系统
3.1矿井通风方法采用抽出式
理由：
由于本矿井为高瓦斯矿井。
采用抽出式通风，当主要通风机因故障停止运转时，井下空气的绝对压力增高，在短时间内可以抑制采空区和煤壁瓦斯涌出，有利于安全；抽出式通风矿井在主要进风道无需安设风门，便于运输、行人，通风管理简单。
3.2矿井通风方式采用中央边界式
理由：
中央边界式通风方式工业广场内无主要通风机嘈声影响，通风阻力较小，安全性好，地面漏风少，有利于瓦斯和自然发火的管理，而且适应于走向长度不大，煤层倾角较小，埋藏较浅，瓦斯。
发火比较严重的矿井。
4计算和分配矿井总风量
Q矿=（ΣQ采i+ΣQ掘i+ΣQ硐i）K备
式中：
ΣQ采i——采煤工作面和各备用工作面所需风量之和，m3/min；
ΣQ掘i——掘进工作面所需风量之和，m3/min；
ΣQ硐i——硐室所需风量之和，m3/min；
K备——矿井通风系统备用系数，宜取1.15—1.25；
4.1采煤工作面所需风量
⑴按瓦斯涌出量计算
Q采=100×Q瓦采×k瓦采
式中：
Q采——采煤工作面所需风量，m3/min；
Q瓦采——采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min；
k瓦采——采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用系数，通常机采工作面取1.2—1.6；炮采工作面取1.4—2.0；水采工作面取2.0—3.0；
Q采=100×3.6×1.5=540m3/min；
⑵按工作面进风流温度计算
Q采=60×V采×S采k采
式中:
V采——采煤工作面风速，按其进风流温度从表1中取，m/s；
S采——采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶距时的有效断面的平均值，m2
k采——采煤工作面长度风量系数，按表2采煤工作面长度风量系数表中取；
表1采煤工作面进风流气温、风速对应表
采煤工作面进风流气温/°C
采煤工作面风速/（m/s）
<15
15～18
18～20
20～23
23～26
0.3～0.5
0.5～0.8
0.8～1.0
1.0～1.5
1.5～1.8
表2采煤工作面长度风量系数表
采煤工作面长度/m
工作面长度风量系数
<50
50～80
80～120
120～150
150～180
>180
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3～1.4
Q采=60×1×6×1=360m3/min
⑶按工作人员数量计算
Q采=4×n采
式中：
n采——采煤工作面同时工作最大人数，个；
Q采=4×24=96m3/min
⑷按风速进行验算
Q采≥60×0.25×S采
Q采≤60×4×S采
90m3/min≤Q采≤1440m3/min
综上所述：
取其最大值Q采=540m3/min
所以：
Q采备=270m3/min
ΣQ采=4×540+270=2430m3/min
4.2掘进工作面所需风量
⑴按瓦斯涌出量计算
Q掘=100×Q瓦掘×k瓦掘
式中：
Q掘——掘进工作面的需风量，m3/min；
Q瓦掘——掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
k瓦掘——掘进工作面的瓦斯涌出量不均匀时备用风量系数，一般可取1.5～2.0；
Q掘=100×9.2×1.5=1380m3/min
⑵按工作人员数量计算
Q掘=4×n掘
式中：
——掘进工作面同时工作时的最多人数，个；
Q掘=4×20=80m3/min
⑶按局部通风机吸风量计算
本设计预选型号为BKJ66—11系列局部通风机，参考按瓦斯涌出量计算的结果去Q局=300m3/min
Q掘=4×120×1.3=624m3/min
⑷按风速进行验算
60×0.25×S掘≤Q掘≤60×4×S掘
54m3/min≤Q掘≤1440m3/min
综上所述：
取其最大值1380m3/min
ΣQ掘=4×1368=5320m3/min
4.3硐室所需风量
⑴爆破材料库所需风量
Q爆破材料库=4V/60
式中:
Q爆破材料库——井下爆破材料库所需风量，m3/min；
V——井下爆破材料库的体积，m3；
Q爆破材料库=4×1500/60=100m3/min
Q中央变电所=120m3/min
Q采区陪电室=80m3/min
Q轨道上山绞车房=60m3/min
Σ硐=Q爆破材料库+Q中央变电所+Q采区陪电室+Q轨道上山绞车房=100+120+80+60=360m3/min
所以：
∑Q其它=（ΣQ采i+ΣQ掘i+ΣQ硐i）K备=（2432+5320+360）×5%=405.6m3/min
Q矿=（ΣQ采i+ΣQ掘i+ΣQ硐i+∑Q其它）K备=（2432+5320+360+405.6）×1.2=10221.12m3/min
4.4矿井风量的分配
∑Q采=Q采-（∑Q掘+ΣQ硐+∑Q其它+∑Q备）=10221.12-（5320+360+270+405.6）=3865.52m3/min
4.5计算各采煤工作面应分配的风量
q=∑Q采/（∑T采+1/2∑T备）=3865.52/（1479.45+1/2×164.384）=2.48
由于本矿井现有综采面生产，一个备用综采工作面。
Q采=q×T采=2.48×1479.45/4=917.259m3/min
Q备=q×T备=2.48×164.384=407.67m3/min
5计算矿井通风总阻力
矿井总风量：
3096m3/min=51.6m3/s
综采工作面风量：
1128m3/min=18.8m3/s
备用综采工作面风量：
564m3/min=9.4m3/s
掘进工作面风量：
360m3/min=6m3/s
中央变电所风量：
120m3/min=2m3/s
爆破材料库风量：
72m3/min=1.2m3/s
采区配电室风量：
72m3/min=1.2m3/s
绞车房风量：
60m3/min=1m3/s
5.1确定通风困难和容易时期及其阻力最大路线
由于矿井服务年限较长，所以只对上山阶段进行矿井通风总阻力计算，上山阶段只有两个采区且布置相同，矿井达到设计产量后，在开采每个采区的最上面一个区段时通风路线最长，风量也比较集中，此时矿井通风阻力最大，即为通风困难时期，最大阻力路线为：
1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→13→14→15→16→17
当矿井在开采每个采区最下面一个区段的工作面时，采区上山巷道缩短，而且备用工作面和两个综掘工作面已转入新采区准备，生产采区风量减少，此时矿井通风阻力最小，即为通风容易时期，最大阻力线路为：
1→2→3→4→5→6→9→10→11→13→16→17
5.2绘制通风困难和容易时期通风网络图
5.3计算通风困难和容易时期总阻力
分别沿着两个时期阻力最大的路线用下式计算各短巷道的摩擦阻力，将结果填入附表。
h摩=αLUQ2/S3
式中：
α——各巷道的摩擦阻力系数，N·s2/m4
L——各巷道的长度，m
U——各巷道的断面周长，m，可用U=C（S）1/2计算。
S——各巷道的断面积，m2
Q——分配到各巷道的风量，m3/s
然后将各段井巷的摩擦阻力累加起来，求的两个时期的摩擦总阻力Σ摩难和Σ摩易，再乘以考虑局部阻力的系数，即可得出两个时期矿井通风阻力。
h阻易=1.15Σ摩易，pa
h阻难=1.20Σ摩难，pa
表3矿井通风困难时期阻力计算表
巷道区段序号
巷道名称
支护形式
α/（N·s2/m4）
L/m
U/m
1-2
副井
两个罐笼，有梯子间，风井直径D=5m
0.0035
240
15
2-3
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
0.0030
120
12
3-4
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
0.0030
80
12
4-5
主要运输石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
0.0030
450
10
5-6
运输机上山
梯形水泥棚
0.01
135
11
6-7
运输机上山
梯形水泥棚
0.01
135
11
7-8
运输机顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
0.0106
400
9.3
8-9
联络眼
梯形木支架d=18cm,Δ＝4
0.0158
30
8
9-10
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
0.0107
80
9
10-11
采煤工作面
采高2m,控顶距2~4m，金属支架，机组采煤
0.03
110
9.5
11-12
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
0.0107
80
9.1
12-13
联络眼
梯形木支架d=18cm,Δ＝4
0.0158
30
26.3
13-14
回风顺槽
梯形木支架d=22cm,Δ＝2
0.0107
400
9.3
14-15
回风石门
梯形水泥棚
0.01
30
11
15-16
主要回风巷
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
0.003
2500
10.54
16-17
回风井
混凝土碹（不平滑），回风井直径D=4m
0.0039
70
13.8
续表3
S/m2
Q/（m³/s）
h摩/pa
9.6
85
26.97
9.5
170.35
146.22
9.5
168.68
95.58
7.0
84.34
7.37
7.0
84.34
307.97
7.0
83
298.26
5
41.5
642
4.0
8.5
4.27
4.8
8.5
5.01
6.0
8.5
4.49
4.8
8.5
5.09
5
41.5
548.42
7.5
84.67
56.08
7.5
84.67
1343.31
84.67
1357
h阻=1×5140.44=5140.44pa
5．4矿井通风等积孔的计算
Amax=1.19×Q通/（R难）1/2=1.19×170.352/（5140.44）1/2=2.38m2
5.5风硐阻的力计算：
h硐=200pa
6选择矿井通风设备
6.1计算主要通风机风量
Q扇=k外×Q总=1.1×170.352=171.45m3/s
6.2计算主要通风机风压
h通静max=h阻max+h自=5140.44+50=5190.44pa
6.3初选主要通风机
根据计算所得的各时期的主要通风机的风压、风量、工作风阻从通风机特性曲线中选62A14—11No24型（n=1000r/min，叶片数Z=16）轴流式通风机，其主要技术特性如表4所示。
点并未正好落在通风需插入叶片安装角度25°的风压特性曲线。
表4主要通风机主要技术特征表
通风机型号
动轮直径/m
叶片安装角/°
转数/r·min-1
风压/pa
风量/m3/s
效率
输入功率/kw
62A14—11No24
2.4
25
1000
5190.44
170.35
0.85
1040
6.4选择通风机
计算通风机输入功率
P通入max=h通maxQ通/1000η通=5190×170.36／1000×0.85=1040kw
7矿井通风费用概算
吨煤通风成本是通风设计和管理的重要指标。
统计和分析成本的构成是探索减低成本、提高企业经济效益必不可少的基础资料。
7.1吨煤的通风电费
7.1.1通风机耗电量
7.1.1.1主要通风机耗电量E主
⑴矿井通风困难时期共选一台主要通风机时，其耗电量为
E=8760P电max/K电η变η缆，kw*h
式中η变—变压器效率，可取0.95；
η缆—电缆输电效率，取决于电缆长度和每米电缆耗损，可在0.90-0.95内选取。
⑵矿井通风困难时期共选两台主要通风机时，其耗电量为
E=4380*P电max/K电h变h缆，kw*h
式中符号同前。
7.1.1.2局部通风机耗电量E局
统计矿井一年井下局部通风机的耗电量。
7.1.2吨煤通风电费计算
吨煤通风电费W1为
W1=（E主+E局）*D/T
式中D—每度电的单价，元/kw*h；
T—一年内矿井产煤量，t/a。
7.2通风设备的折旧费
通风设备的折旧费与设备数量、成本及服务年限有关。
吨煤通风设备折旧费W2为
W2=（G1+G2）/T，元/t
式中W2—吨煤通风设备折旧费，元/t；
G1—基本投资折旧费，元；
G2—大修理折旧费，元。
7.3材料消耗费用
材料消耗费用包括各种通风构筑物的材料费，主要通风机和电动机润滑油料费用，防尘、防火、隔爆等设施费用。
吨煤材料消耗费用W3为
W3=C/T
式中C—材料消耗费用，元。
7.4专为通风服务的井巷工程折旧费和维修费
专为通风服务的井巷工程折旧费和维修费，一般是用专为通风服务的井巷工程建设费和维修费的总和除以井巷工程的服务年限。
吨煤专为通风服务的井巷工程折旧费和维修费W4为
W4=（D1+D2）/AT
式中D1—专为通风服务的井巷工程建设费，元；
D2—专为通风服务的井巷工程维修费，元；
A—井巷工程的服务年限，年。
7.5通风器材和仪表的购置费和维修费
吨煤通风器材和仪表的购置费和维修费W5为
W5=（D3+D4）/T
式中D3—通风器材和仪表的购置费，元；
D4—通风器材和仪表的维修费，元。
7.6通风区队人员工资费用
通风区队人员工资费用D6包括通风区队人员总工资和奖金。
吨煤工资费用W6为
W6=D5/T
式中D5—通风区队人员工资，元。
7.7矿井吨煤通风总费用W
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6，元/t
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