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通风模拟设计内容

目录

前言…………………………………………………………………………2

第一章矿井概况及通风设计条件………………………………………3

第二章拟定矿井通风系统………………………………………………3

第三章计算和分配矿井总风量…………………………………………9

第四章计算矿井通风总阻力……………………………………………9

第五章选择矿井通风设备………………………………………………9　

第六章通风经济指标表…………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………………12

前言

一、编制设计的依据

国家和行业有关规程、规范。

二、设计的指导思想

矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计合理与否对全矿井的安全生产及经济效益具有长期而重要的影响。

矿井通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。

充分利用原有的设备，在原有的基础上提出更完善、更切合实际的通风设计。

设计中依据党和国家的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规范和有关规范。

设计以安全生产为中心，在满足安全生产需求的同时要以达到设计的系统简单化、布置合理化、综合效益最大为目标。

三、设计的主要内容

矿井通风设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。

矿井通风设计分为新建与改建或扩建矿井通风设计。

对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。

对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查，分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划，充分利用原有的井巷与通风设备，在原有的基础上提出更加完善、更切合实际通风设计。

无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党和国家的技术经济政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规程和相关的规定。

第一章矿井概况及通风设计条件

某煤矿井田范围走向长7.42km，倾斜宽0.66—1.47km，井田面积约8.53km2。

位于背斜南翼，为一般平缓的单斜构造，地层产状走向近东西向，倾向南，倾角10-25。

，一般为16。

左右。

矿井生产能力为90万t/a。

矿井采用中央竖井，煤层分组采区上山布置的开拓方式，单翼对角式通风。

矿井通风难易时期的系统示意图见后。

井田设三个井筒：

主井、副井、风井。

地面标高+200m。

全矿井划分为两个水平，第一水平标高－150m，第二水平标高－350m，回风水平标高+45～+50m。

第一水平东西运输大巷布置在煤层的底板岩石中，距煤层30m，通过水平大巷开拓煤层的全部上山采区。

矿井采用走向长壁开采方式。

该矿是高瓦斯矿井，瓦斯涌出量较大，为安全起见，用“品”字形布置三条上山。

采用综合机械化放顶煤采煤。

采煤工作面的平均断面积8.1m2，回采工作面温度一般在21°，回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出矿为5.65m3/min，三四班交接时人数最多66人；掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量3.75m3/min，掘进工作面同时工作的最多人数18人，一次爆破炸药用量4.3kg。

第二章拟定矿井通风系统

（一）矿井风量计算原则

矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。

（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3

（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需风量的总和进行计算

（一）矿井需风量的计算

1、采煤工作面需风量的计算

采煤工作面的需风量应按下列因素分别计算，其取大值

（1）按瓦斯涌出量计算

m3/min

式中：

Qwi——回采工作面实际需要风量，m3/min；

Qqwi——回采工作面回风巷风流中瓦斯绝对涌出量，m3/min；

Kgwi——采面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，它是该工作面瓦斯绝对涌出量最大值与平均值之比。

生产矿井可根据各个工作面生产条件时，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Kgwi=1.2～1.6；炮采工作面取Kgwi=1.4～2.0；水采工作面Kgwi=2.0～3.0。

（2）按工作面进风流温度计算

采煤工作面应有良好的气候条件。

其进风流温度可根据风流预测方法进行计算。

其气温与风速应符合表中要求。

采煤工作面空气温度与风速对应表

回采工作面进风流气温（℃）

采煤工作面风速（m/s）

<15

0.3～0.5

15～18

0.5～0.8

18～20

0.8～1.0

20～23

1.0～1.5

23～26

1.5～1.8

采煤工作面的需风量按下式计算：

m3/min

式中：

vwi——采煤工作面风速，按其进风流温度从表中选择，m/s；

Swi——采煤工作面有效通风断面积，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2。

kwi——工作面的长度系数，可按表选取。

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kwi

<15

0.8

50～80

0.9

80～120

1.0

120～150

1.1

150～180

1.2

>180

1.30～1.40

（3）按使用炸药量计算

式中：

25——每使用1kg炸药的供风量，m3/min；

Awi——采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。

（4）按工作人员数量计算

m3/min

式中：

4——每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；

nwi——采煤工作面同时工作的最多人数，个。

（5）按风速进行验算

按最低风速验算各个采煤工作面得最小风量：

m3/min

按最高风速验算各个采煤工作面得最大风量：

m3/min

采煤工作面有串联通风时，按其中一个最大需风量计算。

备用工作面亦按上述要求，并满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算需风量，且不得低于其回采时需风量的50%。

因此，采煤工作面需风量计算得出的值为791m3/min。

备用工作面需风量计为采煤工作面的百分之八十，得出值为632.8m3/min。

2、掘进工作面需风量的计算

煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。

（1）按瓦斯涌出量计算

m3/min

式中：

Qhi——掘进工作面的需风量，m3/min；

Qghi——掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；

　　Kghi——掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，一般可取1.5～2.0。

（2）按炸药量计算

m3/min

式中：

25——使用1kg炸药的供风量，m3/min；

Ahi——掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。

（3）按局部通风机需风量计算

m3/min

式中：

∑Qhfi——掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和。

各种通风机的额定风量可按表选取

Khfi——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。

各种局部通风机的额定风量

风机型号

额定风量/m3/min

JBT—51（5.5KW）

150

JBT—52（11KW）

200

JBT—61（14KW）

250

JBT—62（28KW）

300

（4）按工作人员数量计算

m3/min

式中：

nhi——掘进工作面同时工作的最多人数，人。

（5）按风速进行验算

按最小风速验算，各个岩巷掘进工作面得最小风量：

m3/min

各个岩巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量：

m3/min

按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风量：

m3/min

式中：

Shi——掘进工作面巷道的净断面，m2

3、硐室需风量计算

各个独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：

（1）机电硐室

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：

式中：

Qri——机电硐室的需风量，m3/min；

∑N——机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，kW；

θ——机电硐室发热系数，可根据实际参考由机电硐室内机械设备运转时的实际热量转换为相当于电器设备容量做无用功的系数确定，也可按表选取；

ρ——空气密度，一般取1.2kg/m3

Cp——空气的定压比热容，一般可取1kJ/（kg·K）；

——机电硐室进、回风流的温度差，℃。

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

0.20～0.23

水泵房

0.01～0.03

变电所、绞车房

0.02～0.04

采区变电所及变电硐室，可按经验值确定风量；

Qri=60～80m3/min

（2）爆破材料库

式中：

V——库房容积，m3。

但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。

（3）充电硐室：

按其回风流中氢气体积浓度不大于0.5％计算：

式中：

qrhi——充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min。

根据经验可得：

中央变电所需风量为120m3/min。

爆破材料库需风量为150m3/min。

水泵房需风量为60m3/min。

采区变电所需风量为80m3/min。

上山绞车房需风量为100m3/min。

4、其他用风巷道的需风量计算：

各个其他巷道的需风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采用其最大值。

（1）按瓦斯涌出量计算：

式中：

Qgoi——第i个其他用风巷道的瓦斯绝对涌出量，m3/min；

kgei——第i个其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般可取kgei＝1.2～1.3。

（2）按最低风速验算：

式中：

Sei——第i个其他用风井巷净断面积，m2。

根据经验进行计算得其他用风巷道的需风量为164.24m3/min。

5矿井总风量计算

矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需风量的总和计算。

=（791+675+675+632.8+120+150+60+80+100+164.24）×1.1

=3793.944m3/min=63.23m3/s

式中：

∑Qwt——采煤工作面、备用工作面需风量之和，m3/min；

∑Qh——掘进工作面需风量之和，m3/min；

∑Qr——独立通风硐室需风量之和，m3/min；

∑Qot——其它用风地点需风量之和，m3/min；

km——矿井通风系数。

第三章计算和分配矿井总风量

计算分配结果见附表

第四章计算矿井通风阻力

（一）矿井通风总阻力计算原则

（1）矿井通风总阻力，不应超过2940Pa。

（2）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。

（二）矿井通风总阻力计算

通风容易使时期总阻力hme=（1.1～1.15）×hfe

hme=1.12×1112.7=1246.224pa

通风困难使时期总阻力hmd=（1.1～1.15）×hfe

hmd=1.12×1573.41=1762.2192pa

第五章选择矿井通风设备

（一）矿井通风设备的要求

（1）矿井必须设计两套同等能力的主要通风设备，其中一套备用。

（2）选择通风机应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使设备长期高效率运行，当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机。

（3）通风机能力应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时，轮叶运转角度应比允许范围小5o;离心式风机的选择设计转速不宜大于允许最高转速的90%；

（4）进、出风井井口的高差在150米以上，或进，出风井井口标高相同，但井深400米以上时，宜计算矿井的自然风压。

（二）主要通风机的选择

1、计算通风机风量

由于外部漏风，风机风量Qf大于矿井风量Qm。

Q

=kQ

=1.1×63.23=69.553

式中

——式主要通风机得工作风量，

——是矿井需风量，

K——是漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1，箕斗井兼做回风用时取1.15；回风并兼做升降人员时取1.2.

2、计算通风机风压

离心式通风机

容易时期

=1223.97Pa

困难时期

=1730.75pa

轴流式通风机

容易时期

=1223.97Pa

困难时期

=1730.75pa

3、初选通风机

根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、Hsdmin和矿井通风困难时期的Qf、Hsdmax选择两个工况点均在合理工作范围内的风机，BDNo.20n=740r/min、BDNo.24n=740r/min这两种风机装置符合要求，因为设计工况点不是恰好在所选风机的特性曲线上，所以应根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点

4、求通风机的实际工况点

（1）计算通风机的工作风阻

用静压特性曲线时：

Rsdmin=1223.97/（69.553）2=0.2530

Rsdmax=1730.75/（69.553）2=0.3578

用全压特性曲线时：

Rtdmin=1223.97/（69.553）2=0.2530

Rtdmax=1730.75/（69.553）2=0.3578

（2）确定通风机的实际工况点

在通风机特性曲线图中做通风机在风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。

5、确定通风机的型号和转速

根据通风机的工况参数（风量，风压，效率，转速等），对初选风机进行技术，经济和安全性能考虑，最后确定风机为BDNo.24n=740r/min号风机。

6、电动机的选择

（1）通风机全压效率和静压效率

静压Nmin=69.553×1223.97/（1000×0.77）=110.56Kw

Nmax=69.553×1730.75/（1000×0.77）=156.34Kw

（2）电动机台数及种类

当Nmin≥0.6Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为

Ne=Nmax·ke/ηeηtr

Ne=156.34×1.1÷（0.93×0.95）=194.65kw

式中：

ke—电动机容量备用系数，1.1～1.2

ηe—电动机效率，0.9～0.94

ηtr—传动效率，电动机与通风机直联时取1，皮带传动时取0.95。

第六章通风经济指标表

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。

吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算：

，元/t

式中E——主要通风机年耗电量，设计中用下式概算：

通风机容易时期和困难时期共选一台电动机时

E=8760Nemax/（ke·ηv·ηw）,kW·h

E=8760×194.65÷1.1÷0.9÷0.95=1813007.974kW·h

元/t

式中D——电价，元/kW·h

T——矿井年产量，t

EA——局部通风机和辅助通风机的年耗电量

ηv——变压器效率，可取0.95。

ηw——电缆输电效率，取决于电缆长度和每米电缆耗损，在0.9～0.95范围内选取

参考文献

张国枢，《通风安全学》中国矿业大学出版社，2010.

徐瑞龙，通风网络理论，北京：

煤炭工业出版社，1993

张国枢，王省身，火风压及影响因素分析，中国矿业学院学报