XXX矿1#风井采区通风系统优化方案.docx

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XXX矿1#风井采区通风系统优化方案

XX矿1#风井采区通风系统

优化方案

编制单位：

XX矿通风科

目录

一、矿井概况

二、现有采掘面所需风量计算

三、主要通风机改造时的必要性

四、主要通风机工况计算及选型

五、主要通风机更换合理性分析

XX矿1#风井采区通风系统优化方案

一、矿井概况：

XX煤矿井田位于山西省晋城市，跨沁水县和泽州县。

井田北与大阳井田邻接，南与寺河矿东区井田北界为界，东以煤层露头、长河最高洪水位及地方煤矿边界为界，西以潘庄井田东界为界。

东西长约10.0km，南北宽约9.7km；井田面积为74.3338km2。

1.瓦斯地质：

2012年度瓦斯等级鉴定结果：

XX矿井瓦斯绝对涌出量为389.71m3/min，其中抽放量为214.43m3/min，占总涌出量的55.1%，风排瓦斯量为175.28m3/min，占总涌出量的44.9%，相对涌出量22.59m3/t；二氧化碳绝对涌出量为37.16m3/min，相对涌出量为2.15m3/t，属高瓦斯矿井。

煤尘爆炸性：

根据本矿井煤尘爆炸性鉴定结果，无爆炸危险性。

煤层自燃倾向性：

根据本矿井3号煤层自燃倾向性鉴定报告，为3类不易自燃煤层。

地温地压：

本矿井地温为12℃-16℃，地压为12.59-24.37MPa，为常温常压开采。

2.通风现状开拓开采方式及采掘布置：

（1）通风现状：

矿井采用机械抽出式通风。

现共有3个主通风机房，分别为1#风井主通风机、3#风井主通风机、4#风井主通风机。

其中1#风井主通风机担负矿井二、三盘区及下水平的通风任务，4号、3号风井通风机分别为四盘区、五盘区通风。

1#风井主扇服务于二、三盘区及下水平。

主要通风机型号为GAF31.6-15-1，电机功率为1400kw，叶片角度为+7°，总排风量为13755m3/min，通风负压为2620pa。

（2）采掘布置：

设计要求：

2015年三季度末我矿下水平形成首采面，2015年底具备回采条件。

实际施工：

根据矿井2013-2015年采掘衔接计划，为更好的调整采掘接续紧张情况，确保下水平首采面按期形成，XX矿在2年内主要采掘安排如下：

二、采掘衔接所需风量计算：

（一）掘进工作面需风量计算

每个掘进工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量、同时作业的最多人数、爆破后的有害气体产生量以及局部通风机的实际吸风量等要求分别进行计算，然后取其中最大值。

1、按照瓦斯涌出量计算：

Q掘=100qCH4·KCH4（m3／min）

式中：

Q掘——单个掘进工作面需要风量，m3／min；

Q掘1＝100×q掘×K掘通＝100×4.79×1.8=862.2m3/min

式中：

Q掘——综掘工作面需要风量，m3/min

qCH4——综掘工作面回风流中平均瓦斯涌出量，15号煤一盘区掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为：

4.79m3/min。

K掘通——瓦斯涌出不均衡系数，正常生产时连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量和月平均绝对涌出量的比值，K掘通取1.8。

2、按掘进工作面同时作业人数计算需要风量：

按每人供风≮4m3/min计算：

Q掘>4N=4×35=140m3/min

式中：

N——掘进工作面最多人数，人。

3、按局部通风机实际吸风量计算局部通风机安装地点巷道需要风量：

Q配=Q扇·Ii+60×0.25S配+Q横川（m3/min）

=Q扇·Ii+60×0.25S配+N横川×60×0.25S配

Q单配=650×1+60×0.25×20.9+500=1464m3/min

Q双配=650×2+60×0.25×20.9+903=2516m3/min

式中：

Q单配——单巷掘进工作面局部通风机安装地点巷道需要风量，m3／min；

Q扇——局部通风机实际吸风量,m3/min,参考下水平当前巷道掘进过程中瓦斯涌出量，15#煤掘进工作面采用2×37kw局扇供风，设计吸风量650m3/min。

Ii——掘进工作面同时通风的局部通风机台数，（Ii≤2）。

单巷掘进取值1，双巷掘进取值2；

S配——局部通风机安装地点平均巷道净断面面积，取值20.9m2。

Q横川——掘进后期巷道横川配风及不可控漏风，N为巷道横川数量。

参考3#煤长距离单巷掘进工作面施工实际配风，单巷掘进巷道取经验数值500m3/min，双巷掘进巷道N取经验值3（出煤横川、材料横川、行人运输横川等），最低配风风量为903m3/min。

4、按风速进行验算：

无瓦斯涌出的岩巷最低风量：

Q岩掘＞60×0.15S掘（m3/min）

有瓦斯涌出的岩巷、半煤岩巷和煤巷最低风量：

Q煤掘＞60×0.25S掘（m3/min）

巷道最高风量Q掘<60×4.0S掘（m3/min）

Q煤掘＞60×0.25S掘=60×0.25×16=240m3/min

Q掘<60×4.0S掘=60×4×20=4800m3/min

式中：

S掘——掘进工作面的净断面面积，取值20.9m2。

局部通风机安设巷道风速验算：

Q配<60×4.0S配=60×4×16=3840m3/min

经过计算，单巷掘进工作面配风量为1500m3/min、双巷掘进工作面配风量为2516m3/min可以满足各种条件要求。

（二）回采工作面需风量计算

1、按气象条件计算

式中：

—采煤工作面的风速，根据《煤矿通风能力核定标准（AQ1056-2008）》，取1.0m/s。

S—采煤工作面的平均有效断面积：

—采煤工作面采高调整系数，取

=1.2。

—采煤工作面长度调整系数，取

=1.4。

则：

2、按照瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：

①根据《煤矿安全规程》规定，按工作面布置有专用排瓦斯巷的采煤工作面风量计算（采煤工作面回风巷风流中瓦斯浓度不超过0.6%，尾巷不超1.6%计算）：

Q采＝Q采回+Q尾巷

＝100×q采×30%×KCH4÷0.6＋100×q采×70%×KCH4÷1.6

＝100×7.77×1.3÷0.6＋100×18.13×1.2÷1.6

＝1683.5＋1359.75

＝3044m3/min

式中:

Q采——回采工作面实际需要风流，m3/min

Q采回——回采工作面回风巷实际需要风流，m3/min

Q采尾——回采工作面排瓦斯尾巷实际需要风流，m3/min

q采——回采工作面回风巷风流中的平均瓦斯涌出量，5号煤层北翼一盘区回采工作面瓦斯抽采前工作面最大绝对瓦斯涌出量为25.90m3/min。

KCH4回——回采工作面回风巷风流瓦斯涌出不均衡系数，取1.6

KCH4尾——回采工作面排瓦斯尾巷风流瓦斯涌出不均衡系数，取1.6

3、按采煤工作面同时作业人数计算需要风量：

Q采＞4×N＝4×35＝140m3/min

式中:

N——采面核定同时作业最多人数，取35

4、按风速进行验算

①按工作面风速验算：

验算最大风量：

Q面≤60×4.0S最大＝60×4.0×5.3×3.0×70%＝2671m3/min

验算最小风量：

Q面≥60×0.25S最小＝60×0.25×4.7×3.0×70%＝148m3/min

式中：

S最大=工作面最大控顶距（取值5.3m）×工作面实际采高×70％

S最小=工作面最小控顶距（取值4.7m）×工作面实际采高×70％；

Q面——通过采煤工作面的实际风量，m3/min；

②按进、回风巷道风速验算：

6O×0.25S

Q巷＞60×0.25×20.9=313.5m3／min

Q巷＜60×4×20.9=5016m3／min

式中：

S——进、回风巷净断面面积，取值20.9m2。

③按专用排瓦斯巷（尾巷）风速验算：

6O×0.25S

Q尾巷＞60×0.25×20.9=313.5m3／min

Q尾巷＜60×4×20.9=5016m3／min

式中：

S——专用排瓦斯巷（尾巷）净断面面积，20.9m2。

经过计算，回采工作面配风量为3044m3/min可以满足各种条件要求。

（三）备用回采工作面需风量计算

按回采工作面配风量的50%计算，采面配风量为1522m³/min。

（四）井下硐室及使用横川需要风量计算

1、井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量

Q库=4V/60=0.07V=0.07×1696=119m3/min

式中：

Q库——井下爆炸材料库需要风量，m3/min；

V——井下爆炸材料库的体积，取1617m3；

大型爆破材料库不得小于100m3/min，中小型爆破材料库不得小于60m3/min。

2、井下充电室应按其回风流中氢气浓度小于O.5％计算风量。

Q充=200q=200×0.82=164m3/min

式中：

Q充——井下充电室需要风量，m3/min；

q——充电硐室在充电时产生的氢气量，取值0.82m3/min；

但充电硐室的供风量不得小于100m3/min。

3、机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风。

选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过300C，其他硐室温度不超过260C。

1）发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：

Qri=3600×∑N×θ/（ρ×cp×60×△t）（m3/min）

=3600×110×0.04÷（1.2×1.0006×60×2）

=110m3/min

式中：

Qri——第i个机电硐室的需要风量，m3／min；

∑N——机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，取值110kW;

θ——机电硐室的发热系数，可根据机电硐室内机械设备运转时的实际热量转换为相当于电气设备容量做无用功的系数确定，也可按下表4选取；

ρ——空气密度，一般取1.20kg/m3;

cp——空气的定压比热，一般可取1.0006kJ/kg·k；

△t——机电硐室进、回风流的温度差，取值2℃。

表4机电硐室发热系数（θ）表

机电硐室名称

发热系数

空气压缩机房

0.2～0.23

水泵房

0.01～0.03

变电所、绞车房

0.02～0.04

4、使用横川配风计算

Q横川=0.25×60×S横川=0.25×60×20.9=313.5m3/min

S横川——使用横川断面，取值20.9m2。

（五）二、三盘区及下水平各阶段总需风量计算

1、下水平首采面投产前，采区最大需风量计算

按照采掘衔接计划：

下水平首采面投产前，二、三盘区及下水平采掘衔接最紧张时期共布置2个双巷、3个单巷掘进工作面，即XV13074/2巷、XV13071/3巷、15#煤辅运1巷、15#煤水仓变电所、2321回风巷；1个综采工作面，即2322面。

总需风量将达到：

Q总需风量=Q二盘区配风+Q三盘区配风+Q下水平配风

=Q2322面+Q二盘区其他+Q3310面+Q三盘区其他+2×Q下双掘+3×Q下单掘

=3044+1800+3360+2×2516+3×1500

=17736m3/min

二、三盘区风量分配表（预计）

用风地点

工作面

配风量

（m3/min）

备注

采煤

2322面

3044

预计

掘进

XV13072/4巷

2516

预计

XV13071/3巷

2516

预计

15#煤辅运1巷

1500

预计

15#煤水仓变电所

1500

实际

15#煤主运石门胶带暗斜井（南北）

1500

实际

2321回风巷

1500

预计

硐室及

配风巷道

2102减阻横川

300

实际

2235巷回风

201

实际

2213变电所回风

285

实际

2234巷

134

实际

2233巷/2104巷

202

实际

下部临时变电所

116

实际

2102西（下部水仓变电所以西）

312

实际

2103西（12＃横川以东）

296

实际

3211机头

308

实际

三盘区齿轨车硐室

160

实际

三盘区变电所

125

实际

3106西（包括3219巷回风墙）

541

实际

3102巷（5＃横川以西）

580

实际

总需风量

17736

预计

2、下水平首采面形成后，采区最大需风量计算

下水平首采面形成后，二盘区仅剩盘区硐室及2条进风大巷配风，三盘区同样仅剩盘区硐室及3条进风大巷配风。

下水平由于煤体特性导致抽放钻孔施工长度和抽放效果不理想，参考我矿3#煤层四、五盘区采掘衔接现状，我矿下水平在后期通风困难时掘进头面布置将同样采用“一掘、一抽”的方式，即共有回采工作面1个、备用工作面1个，双巷掘进工作面3个，备用掘进头面3个，配风硐室3个，总需风量为：

Q总2=（Q二盘区配风+Q三盘区配风+Q下水平配风）×K

=（Q2硐室+Q2配风巷道+Q3硐室+Q3配风巷道+Q下掘+Q下备掘+Q下抽掘+Q下采+Q下备采+Q下硐室）×1.2

=（1400+1000+1400+1000+3×2516+3×750+3044

+1522+3×110）×1.2

≈23400m3/min

Q2硐室——二盘区硐室配风量，目前总配风量为1400~1700m3/min左右；

Q2配风巷道——二盘区2101巷、2102巷、2103巷配风量，参考当前配风现状，单巷配风量取值500m3/min；

Q3硐室——三盘区硐室配风量，目前总配风量为1700m3/min左右；

Q3配风巷道——三盘区3101巷、3102巷、3105巷配风量，参考当前配风现状，单巷配风量取值500m3/min；

Q下掘——下水平掘进工作面配风量，单巷取1500m3/min，双巷取2516m3/min；

Q下备掘——下水平备用掘进巷道配风量，取单巷掘进配风的50%，约750m3/min左右；

Q下采——下水平采面配风量，取计算值3044m3/min；

Q下备采——下水平备用采面配风量，取值采面配风的50%，取1522m3/min；

Q下硐室——下水平硐室配风量，硐室数量取值3个，配风量为3×110=330m3/min；

Q下配风大巷——下水平大巷配风，后期一盘区运输巷、胶带机巷、辅助运输巷，参考3#煤层大巷配风情况，单巷配风量取值500m3/min；

K——配风计算理论富余系数，取1.2。

Q总2——下水平开拓后期，二、三盘区及下水平总需风量，m3/min。

三、主要通风机更换的必要性

按照2013-2015年采掘衔接计划及下水平设计，我矿二、三盘区及下水平在不同阶段的总需风量不同，具体：

下水平首采面形成前采区总需风量：

Q总1=17736m3/min

（其中下水平总需风量：

Q下1=9532m3/min）

下水平首采面形成后采区总需风量：

Q总需风量2=23400m3/min

（其中下水平总需风量：

Q下1=17632.8m3/min）

我矿1#风井主要通风机当前排风能力仅为13577m3/min。

根据1#风井主扇性能测试报告显示，1#风井主扇性能测试的最佳工况下最大排风能力可达14388m3/min。

但受井下巷道延伸、通风阻力不断增加的影响，主扇风机即使进行叶片角度调整，也较难达到上述排风能力。

因此，要满足我矿采掘衔接按计划进行、确保我矿重点工程按期完成，我矿1#风井主扇必需进行更换。

四、主要通风机工况计算及选型：

主要通风机的选择原则为：

同时满足主要通风机服务区域内通风容易时期与通风困难时期的需风要求。

1、通风容易时期通风阻力计算情况（见表1）

2、通风困难时期通风阻力计算情况（见表2）

3、工况点选择：

由表1和表2可知：

二水平投运后，通风容易时期的工况点为Q=23400m3/min，H=3213.42Pa；通风容易时期的工况点为Q=23400m3/min，H=3923.61Pa；即从通风角度讲，所选风机只要同时满足上述两个工况点即可。

五、主要通风机更换合理性分析

1、更换主要通风机后，总排风量可达到23400m3/min，可从根本上解决我矿采掘衔接紧张、供风不足的问题，最大限度的满足我矿生产计划需要，保证我矿下水平重点工程按计划进行。

2、我矿下水平投运后，通风阻力不断增加，更换主要通风机可克服通风困难时期的通风阻力，实现采区通风系统安全、可靠，确保采掘衔接按计划进行。

3、主要通风机更换后采区各回采工作面和各掘进工作面在正常情况下均可采用独立通风，各机电硐室均处于新鲜风流中，保证了各采掘工作面、硐室及其它用风地点风量的需要，消除了串联通风和其它不合理的通风，确保我矿通风系统安全、可靠。

15号煤层一盘区通风容易时期（投产验收时）矿井通风阻力计算表（阻力测定数据）

h=9.80665aLPQ2/S3

序号

巷道名称

支护方式

阻力系数

巷道长度

断面周长m

净断面

风量

风速

负压

备注

*10-4

m

m2

m3/s

m/s

Pa

1

副斜井

料石砌碹、锚喷

12

570

16.56

19.2

131.4338235

6.85

271.11

2

副斜井井底巷道

锚喷

3

2232

16.56

19.2

131.4338235

6.85

265.40

3

640北大巷

锚喷

8

1208

13.2

14.6

143.8985294

9.86

832.35

4

上部车场联络巷

锚喷

5

158

17.34

20.67

68.82352941

3.33

7.21

5

北翼材料暗斜井

锚喷

5

290

17.34

20.67

96.35294118

4.66

25.92

6

北翼材料暗斜井

锚喷

5

96

17.34

20.67

89.47058824

4.33

7.40

7

下部车场联络巷

锚喷

5

112

18

19.25

89.47058824

4.65

11.09

8

十五一盘区辅运一巷

锚喷

5

133

18

19.25

89.47058824

4.65

13.17

9

十五一盘区辅运一巷

锚喷

5

309

18

19.25

85.34117647

4.43

27.84

10

联络横川

锚喷

5

35

18.2

19.6

47.79411765

2.44

0.95

11

工作面胶带进风顺槽

锚杆

20

1971

18.2

19.6

38.23529412

1.95

136.61

12

ⅩⅤ1307工作面

液压支架

25

200

12.32

13.1

38.23529412

2.92

39.28

13

工作面辅运回风顺槽

锚杆

20

2225

17

17.5

28.67647059

1.64

113.83

14

十五一盘区回风一巷

锚喷

5

321

18.6

20.9

64.69411765

3.10

13.42

15

回风联络巷

锚喷

5

20

18.6

20.9

97.27058824

4.65

1.89

16

北翼回风暗斜井

锚喷

5

165

17.34

17.81

97.27058824

5.46

23.50

17

上部回风联络巷

锚喷

5

108

17.34

17.81

97.27058824

5.46

15.38

18

3号煤北翼回风大巷

锚喷

5

639

16.05

17.5

135.5058824

7.74

172.29

19

3号煤北翼回风大巷

锚喷

5

326

16.05

17.5

146.9764706

8.40

103.41

20

一号（中央）回风立井

混凝土砌碹

22

260

18.84

28.26

390

13.80

712.21

21

小计

2794.27

22

局部阻力

419.14

15%

23

合计

3213.42

15号煤层一盘区通风困难时期矿井通风阻力计算表（阻力测定数据）

h=9.80665aLPQ2/S3

序号

巷道名称

支护方式

阻力系数

巷道长度

断面周长m

净断面

风量

风速

负压

备注

*10-4

m

m2

m3/s

m/s

Pa

1

副斜井

料石砌碹、锚喷

12

570

16.56

19.2

131.43

6.85

271.11

2

副斜井井底巷道

锚喷

3

2232

16.56

19.2

131.43

6.85

265.40

3

640北大巷

锚喷

8

1208

13.2

14.6

143.90

9.86

832.35

4

上部车场联络巷

锚喷

5

158

17.34

20.67

68.82

3.33

7.21

5

北翼材料暗斜井

锚喷

5

290

17.34

20.67

96.35

4.66

25.92

6

北翼材料暗斜井

锚喷

5

96

17.34

20.67

89.47

4.33

7.40

7

下部车场联络巷

锚喷

5

112

18

19.25

89.47

4.65

11.09

8

十五一盘区辅运一巷

锚喷

5

133

18

19.25

89.47

4.65

13.17

9

十五一盘区辅运一巷

锚喷

5

309

18

19.25

85.34

4.43

27.84

10

十五一盘区辅运一巷

锚喷

5

2284

18

19.25

86.72

4.50

212.51

11

联络横川

锚喷

5

35

18.2

19.6

47.79

2.44

0.95

12

工作面胶带进风顺槽

锚杆

20

2922

18.2

19.6

38.24

1.95

202.52

13

ⅩⅤ1324工作面

液压支架

25

200

12.32

13.1

38.24

2.92

39.28

14

工作面辅运回风顺槽

锚杆

20

2875

17

17.5

28.68

1.64

147.09

15

十五一盘区回风一巷

锚喷

5

1957

18.6

20.9

110.12

5.27

237.07

16

15号煤北翼回风巷

锚喷

5

843

18.6

20.9

179.92

8.61

272.60

17

15号煤北翼回风巷

锚喷

5

117

18.6

20.9

185.65

8.88

40.29

18

中央回风