河南理工大学采矿工程专业通风课设.docx

1、河南理工大学采矿工程专业通风课设河南理工大学采矿工程专业（本科）矿井通风课程设计说明书 姓 名： 高亚博 学 号：311202010405 学 院：能源科学与工程 班 级： 四班 指导教师：王兵建 职 称：教授二一五年六月摘要 21.矿井通风系统类型的确定 51.1通风方式的确定 51.2通风方法的确定 62.矿井所需风量计算、风量分配 72.1矿井需风量的计算原则 73. 通风阻力计算与风量调节 103.1通风阻力计算方法 103.2计算总风阻 153.3通风设备选型 153.4确定通风机的工况点 183.5通风机运行工况（见图3-5-1、3-5-2） 193.6电动机选型 193.7通风机

2、、电动机的检验 194.通风费用概算 204.1矿井通风费用 20致谢 21参考文献: 22摘要1、设计过程 本课程设计开始于6月15号完成于6月28号，通过本设计，我对课堂上学习到的理论知识重新有了系统性的掌握，对煤矿井下通风系统有了更深入的了解。同时，从开始本设计到完成的整个过程，我得到了许多老师跟同学的耐心讲解与帮助，体会到了完成科研工作不能仅仅靠单个人的力量，一个完整的团队是非常重要的。最后，设计对影响本矿井通风系统的各个因素都进行了详细的分析，并采取了相应的安全措施和对策，生产中要严格执行国家的有关规程、规范，按设计要求和规章制度进行安全管理，总体上讲矿井的通风系统是合理的、可靠的，

3、具有较强的预防灾害和抵抗灾害的能力。2、矿井通风设计的基本条件 （1）煤层地质特征：单一煤层，倾角 20，煤层平均厚度5 m，为级自燃煤层，相对瓦斯 涌出量为 11m3/t,煤尘有爆炸危险。 （2）井田范围：设计第一水平深度 540 m ,走向长度10040 m，倾斜长度为 2000m。 （3）矿井生产任务：设计年产量500万t ，第一水平服务年限为 30a 。 （4）矿井开采设计基础参数：立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，双翼采区准备，按照“一井一面”布置生产，采掘比为 1:2。井下同时工作的最 多人数为 200 人。 （5）矿井通风阻力：最大和最小时自然风

4、压分别为 50Pa 和 150Pa。风硐阻力取 120Pa。3、井巷尺寸及支护情况见表 1 井巷名称井巷特征及支护情况断面积 m2副井圆形，罐笼，有梯子间，直径 5.5m，混凝土碹井底车场巷道拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输石门拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆16采区上山拱形，料石碹15工作面平巷梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m巷道采高联络眼梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m采区车场拱形，料石碹15采煤工作面矩形，液压支架，控顶距 4.25.2m，综采回风石门梯形，锚喷8主要回风大巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆8回风井混凝土碹（不平滑），风井直径 D=4m 表14、主要

5、问题与建议为了保证矿井安全生产，自阿矿井建设和生产过程中，要重点防范瓦斯煤层、水和火的威胁。本设计采用较先进的设备，并建立了井下环境安全监测系统，对瓦斯、煤层、水和火等灾害进行了早期预防，综合治理。 1、瓦斯管理措施 严格执行安全技术操作规程第四章第一节煤矿安全规程的有关规定。 设专职瓦斯员对工作面每班巡回检测，不得少于两次，发现问题及时汇报处理。另外，建立瓦斯的个体巡回检测和连接检查的双重检测系统，可靠预防和控制瓦斯事故的发生。 2、煤尘的防治措施 掘进机与采煤机都必须配备有可靠的降尘装置，掘进头风机要设防尘器。 利用环境安全监测系统及时测定风流中的防尘浓度。 奖励防尘、洒水、降尘系统对煤流

6、各转载点必须经常喷雾洒水。3、防火措施 实行无煤柱沿空掘巷开采，尽量少丢煤，清除煤层自然发火根源。 完善矿井通风系统合理分配风量，降低并控制负压，以减少漏风，每个面回采结束，要将其两顺槽就近连通并及时加以密闭，使采空区处于均压状态。 1.矿井通风系统类型的确定1.1通风方式的确定通风方式一般可分为中央式，对角式，混合式三种。根据该煤层地质条件：单一煤层，倾角 20，煤层平均厚度5 m，为级自燃煤层，相对瓦斯 涌出量为 11m3/t,煤尘有爆炸危险；设计第一水平深度 540 m ,走向长度10040 m，倾斜长度为 2000m；设计年产量500万t ，第一水平服务年限为 30a 。并且从技术和经

7、济两方面比较，该煤层的通风方式应为：两翼对角式。两翼对角式： 进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于两翼边界采区中央的浅部，主要通风机设在出风井口附近。为了开采深水平，有时把两翼风井设在两翼沿倾斜的中央和沿走向的边界附近。用斜井和平峒开拓时，可把下图中的立井改为斜井和平峒。 图1-1 两翼对角式 两翼对角式适用条件： 一般认为，这种布置方式适用于煤层走向较大(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新建矿井。它的优缺点，完全和中央并列式相反，比中央分列式的安全性更好，但初期投资更大。如果能够进行相向掘进，就能适当减轻建井期限长，投产较晚的缺点。有些瓦斯等级

8、不高，但煤层走向较长、产量较大的新矿井，也可采用这种通风方式。1.2通风方法的确定 通风方法，即矿井主通风机的工作方法。煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种。 两种方法的比较： （1) 抽出式 抽出式通风是主要通风机安装在回风井口，在抽出式通风机的作用下，整个矿井通风系统处于低于当地大气压的副压状态。 抽出式优点：井下风流处于负压状态，当主扇因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；漏风量小，通风管理较简单；与压入式比，不存在过渡到下水平时期通风系统和风量变化的困难。 抽出式缺点：当地面有小窑塌陷区井和采区沟通时，抽出式会不小窑积存的有害气体抽到井

9、下使有矿井效风量减少。主要通风机使井下风流处于负压状态。一旦主要通风机因故停止运转，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。 （2) 压入式 压入式通风是主要通风机安装在进风井口，作压入式工作，井下风流处于正压状态。在低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形复杂、高差起伏，无法在高山上设置扇风机。总回风巷无法连通或维护困难的条件下选用。 优缺点：压入式的优缺点与抽出式相反，能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压入到地面：进风线路漏风大,管理困难；风阻大、风量调节困难；由第一水平的

10、压入式过渡到深部水平的抽出式有一定的困难；通风机使井下风流处于正压状态，当通风机停止运转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌量增加。因此，正因为抽出式有着独自的优点，井下风流处于负压状态，当主要通风机因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区沼气涌出量减少，比较安全；漏风量小，通风管理较简单。由于该矿井采用双翼采区准备，按照“一井一面”布置生产，抽出式与压入式相比，优点更加明显，因此本设计选用抽出式通风方法。2.矿井所需风量计算、风量分配2.1矿井需风量的计算原则 矿井需风量应按照“由里往外”的原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算

11、出矿井总风量。 2.2矿井需风量的计算方法 根据现行煤矿安全规程规定，矿井需要的风量应按照下列求分别计算，并选取其中的最大值。 （1）按井下同时工作的最多人数计算： Q=4NK 式中：Q矿井总风量，m3/s 4每人每分钟供风标准，m3 /min人 N井下同时工作的最多人数，200人 K矿井通风系数，两翼对角式取1.15 则Q=42001.15=920m3/min=15.33m3 /s （2）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总和进行计算即： Q=（Q采+Q掘+Q硐+Q其他）K 式中：Q矿井总风量，m3 /s Q采采煤工作面风量之和 Q掘掘进工作面风量之和 Q硐独立通风硐室需风量之和 Q其

12、他其他用风地点需风量之和 K矿井通风系数，两翼对角式取1.15 1）采煤工作面实际需风量 由题目条件：相对瓦斯涌出量11m3t，矿井生产能力为5Mt/a，双翼采区准备，按照“一井一面”布置生产，计算出工作面的瓦斯绝对涌出量：Q采瓦=1151000000/（3301660）=173.61m3min 瓦斯涌出量计算： Q采=100Q采瓦K 式中：Q采工作面实际需要的风量，m3/min Q采瓦工作面的瓦斯绝对涌出量，取1m3 /min K工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.2 Q采风=100q采瓦K=100173.611.2=20833.2m3/min=347.22 m3 /s 按工作面温度计

13、算： Q采=60VcScKc，m3 /min 式中：Vc采煤工作面风速，当采长壁工作面稳定在18时，工作面风速应在 0.8-1.0m3/s之间，取1.0m3 /s Sc采煤工作面的平均断面积，（4.2+5.2）/22.2=10.34 Kc采煤工作面长150m,长度系数，取1.1 Q采风=601.010.341.1=682.44m3 /min 按人数计算实际需风量： Q采=4N，m3 /min 式中：N工作面同时工作的最多人数，30人 Q采=430=120m33/min 按风速验算 600.25S采Q采604S采 式中：S采采煤工作面的平均断面积，采煤工作面10.34 采工作面：155.1m3/

14、minQ采2481.6m33/min 根据以上计算，设计采工作面配风量取其中最大值，即： Q采风=2481.6m3/min=41.36m3 /s 2）掘进工作面实际需风量 按瓦斯涌出量计算: Q掘=100q掘K掘 式中：Q掘掘进工作面实际需要的风量，m3 /min Q掘掘进工作面的瓦斯绝对涌出量，取0.8m3 /min K掘掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.5 由于忽 略了掘进工作面的出煤量和瓦斯涌出量，因此，此步计算结果可予忽略。 按炸药量计算: Q掘=25A 式中：25使用1kg炸药的供风量，m3 /min A掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，10kg。 Q掘=2510=25

15、0 m3 /min 按局部通风机吸风量计算: Q掘=Q局扇吸k =2501.2=300 m3 /min 选择JBT-61型局部通风机，其额定风量为250 m3 /min按人数计算掘进工作面实际需风量: Q掘=4N 式中：N掘进工作面同时工作的最多人数，35人 Q掘=435=140m3 /min 按风速进行验算： 15S掘Q掘240S掘 式中：S掘煤巷掘进工作面的断面积，8 120m3/minQ掘1920m3 /min 综合考虑，掘进工作面实际需风量为：Q掘=300 m3/min 3）硐室、爆破材料库等需风量： 爆炸材料硐室：1m3 /s 采区变电所：1m3 /s 绞车硐室：1m3 /s 则硐室

16、、爆破材料库等实际需风量为： Q硐=11+1=3m3/s 综合上述计算，矿井需风量为： Q=（Q采+Q掘+Q硐）K =（2.52481 +4300+180）1.25 =9478.13m3/min=157.97 m3 /s 以上计算结果取最大值，由于采用两翼对角通风，两翼对称同进开采，则矿井一翼需风 量Q=78.98m3 /s。3.通风阻力计算与风量调节3.1通风阻力计算方法用下式算出各区段井巷摩擦阻力： H摩=aLUQ2/S3( Pa ) 式中：h摩各段井巷的摩擦阻力； 摩擦阻力系数，可查阅煤矿通风与安全一书的附录； L各段井巷的长度，m； U各段井巷的周长，m： S井巷的净断面积，m2 ；

17、Q各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷 硐室所需 要的实际风量值再乘以K（考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素）后求得的风量值，其总和为总摩擦阻力： h摩=h1-2+h2-3+.+hn-(n+1) Pa 式中：h1-2、h2-3、+hn-(n+1)为各段井巷之摩擦阻力，Pa。 通风困难时期风阻计算节点号井巷名称井巷特征及支护情况断面a积 m2aLUSS2RQQ2H摩V1-2副井圆形，罐笼，有梯子间，直径 5.5m，混凝土碹2-3井底车场巷道拱形，混凝土碹，壁面抹浆163-4主要运输石门拱形，混凝土碹，壁面抹浆164-5主要运输巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆165-6采区上山拱形

18、，料石碹156-7工作面平巷梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m巷道采高7-8联络眼梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m8-9采区车场拱形，料石碹159-10采煤工作面矩形，液压支架，控顶距 4.25.2m，综采10-11回风石门梯形，锚喷811-12主要回风大巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆812-13回风井混凝土碹（不平滑），风井直径 D=4m总计 通风容易时期风阻计算节点号井巷名称井巷特征及支护情况断面积 m2aLUSS2RQQ2H摩V副井圆形，罐笼，有梯子间，直径 5.5m，混凝土碹井底车场巷道拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输石门拱形，混凝土碹，壁面抹浆16主要运输巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆16采区

19、上山拱形，料石碹15工作面平巷梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m巷道采高联络眼梯形，锚杆，巷道宽度 3.5m采区车场拱形，料石碹15采煤工作面矩形，液压支架，控顶距 4.25.2m，综采回风石门梯形，锚喷8主要回风大巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆8回风井混凝土碹（不平滑），风井直径 D=4m总计由表3-1和表3-2的计算知： H易= Pa H难= Pa3.2计算总风阻R易=h阻易/Q2 ,Ns2/m8R难=h阻难/Q2 ,Ns2/m8式中：R易、R难 -容易时期和困难时期的全矿总风阻 则R易= Ns2m-8 R难= Ns2m-83.3通风设备选型(1)选型依据 矿井一翼所需风量：m3 /s 通风容易时

20、期矿井所需风压： Pa 通风困难时期矿井所需风压： Pa (2)通风机选型 通风机所需风量: Qf=KQt 则 Qf=1.15 = m3 /s 式中: K风量备用系数，K=1.15； Qt矿井所需总风量，m3/s 通风机所需负压: Hf=ht+Hn+hr+hv 则通风容易期 Hf1=ht1+Hn+hr+hv = +200 = Pa 通风困难时期 Hf2=ht2+Hn+hr+hv = +200 = Pa 式中: ht全矿总阻力，即矿井所需负压，Pa； Hn自然风压，较小可忽略不计，Pa； hr风机装置阻力，一般取150200 Pa； hv 出口动压损失，由于这里以所需风机的静压为依据利用静压 特

21、性曲线进行风机选型，故 hv=0 Pa。 3.4确定通风机的工况点 （1）计算矿井通风网路阻力系数R H=R Q 2 得到 R=H/ Q2 则通风容易时网路阻力系数 R1=Hf1/Qf2 = /413 = 通风困难时网路阻力系数 R2=Hf2/Qf2 = /412 = （2）网路特性曲线 根据H=R 2Q，利用描点法将矿井通风容易时期及通风困难时期通风网路特性曲线 分别描绘在 型风机特性曲线上。根据所需负压及风量，取矿井后期网路特性曲线与风机叶片安装角度为 的性能特性曲线相交于K1点，为通风容易时的工况点，初期工况值Q1= m3 /s， H1= Pa，1= ；取矿井初期网路特性曲线与风 机叶片

22、安装角度为 的性能特性曲线相交于2K点，为通风困难时的工况点，后期工况值Q2= m3 /s， H2= Pa，2= 。通风容易时风机叶片安装角度为 ， 通风困难时风机叶片安装角度为 ，满足生产及安全要求。通风机特性曲线与工况点， 如图 所示。 （3）通风机性能参数 型通风机主要技术参数如下： 电机型号 电机功率 额定电压 风量范围 风压范围 根据矿井所需的风量、负压及矿井的开拓布置，考虑设施漏风和 各种阻力损失后，经计算和比较，选择两台型防爆对旋轴流式 通风机，一台工作，一台备用，风机转数 r/min。每台风机配备两台专用防爆电机，功率 kW，电压 kV。该风采用内装式电机，机电一体化，改变了矿

23、井主通风机长轴或皮带轮传动的传统结构，避免了传动装置损坏事故，提高了风机的传动效率。3.5通风机运行工况（见图3-5-1、3-5-2）3.6电动机选型后期最小负压时，所需电动机功率P容易： P容易=OfH容易/1000= KW 前期最大负压时，所需电动机功率P困难： P困难=OfH困难/1000= KW 因矿井首采区前期约服务30年，前后期电能损耗所差不多，故前、后期选择电动机容量一致。3.7通风机、电动机的检验（1）起动时容量 由于本矿井通风机布置在工业场地内，电动机采用全压直接启动，其容量能够满足风机正常启动的要求。 （2）反风时的容量 根据厂家提供的 型对旋风机反风参数确定。 检验所选电

24、动机容量是否满足反风要求。4.通风费用概算4.1矿井通风费用 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，可用下公式计算： W=（E+EA）D/T 元/t E+EA = (P难+22)/vw 式中：w主要通风机年耗电量，元/t D电价，0.8元 T矿井年产量，t E矿井主要通风机年耗电量 EA矿井局部通风机与辅助通风机年耗电量 v变压器的效率，取0.95； H 电线的输出功率，取0.95。 则E= (2372+114)/0.950.95=1863623(KW.h)/a W=18636230.8/600000=2.4元致谢 能够完成本次矿井通风课程设计首先要

25、感谢我的教学与指导老师王兵建老师，是在他的教学课堂上我学习了通风安全学这门课程，学习与了解了大量的煤矿井下通风安全理论知识，然后在本次矿井通风课程设计当中，化理论为实践，亲自参与煤矿井下通风系统的设计，全面而系统地梳理了一遍学习到的知识。然后，要感谢我身边的同学与朋友，尤其是同一个宿舍的好哥们儿，在我对于课程设计中某一个问题感觉到困惑的时候，是他们首先站出来，帮助我排忧解难，让我能够顺利地完成本次矿井通风课程设计，真是万分感谢！参考文献: 1、煤矿安全规程，国家煤矿安全监察局，2011年 2、孙研，风机产品样本，机械工业出版社，1998年 3、张荣立等，采矿工程设计手册，煤炭工业出版社，2003年4、张国枢等，通风安全学，中国矿业大学出版社，2000年 5、朱银昌，候贤文，煤矿安全工程设计，煤炭工业出版社，1995年