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1、矿井通风与安全课程设计12805矿井通风与安全课程设计 姓名 专业年级 学号 0前言采矿工业是我国的基础工业，它在整个国民经济中占有重要地位，煤炭是我国一次能源的主体。我国煤炭生产以井下开采为主，其产量占煤炭总产量的95%。而地下作业首先面临的是通风问题，在矿井生产过程中要有源源不断的新鲜空气送到井下各个作业地点，以供人员呼吸，以稀释和排除井下各种有毒有害气体和矿尘，创造良好的矿内环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。向井下供应新鲜的空气和良好的供风系统是分不开的，所以在矿井建设的过程中一定要设计优良的通风系统，这样不仅可以满足井下供风的要求，还能很好的节约矿井通风的费用。本文是针对矿井

2、的建设，提出了行之有效的通风系统，采用两翼对角式的通风方式，在采区采用轨道上山进新风，运输上山回污风的通风方法，并起在工作面采用上行通风。风别计算了通风容易时期和通风困难时期的风量和风压，并以此为基础选用了矿井主要通风机和电机，设计的通风系统满足了矿井通风的要求。值得一提的是，这是作者初次设计矿井通风系统，全凭自己的知识总结利用设计，没有拷贝别人的既成成果，难免会有一些不太妥当之处，敬请指教。一、矿井概况1地质概况该矿井地处平原，地面标高+150m，井田走向长度5km，倾斜方向长度3.3km。井田上界以标高-165m为界，下界以标高-1020m为界，两边以断层为界，井田内煤层赋存稳定，井田可采

3、储量约1.08亿吨。 井田有两个开采煤层，为、，在井田范围内，煤层赋存稳定，煤层倾角，各煤层厚度、间距及顶地板岩性参见综合柱状图1-1：图1-1 综合柱状图2开拓方式及开采方法矿井相对瓦斯涌出量为6.6，煤层有自然发火危险，发火期为1618个月，煤尘有爆炸性，爆炸指数为36% 。根据开拓开采设计确定，采用立井多水平上下山开拓，第一水平标高-380m，倾斜长为8252m，服务年限为27年，因为走向较短，两翼各布置一个采区。每个采区上山和下山部分各分为五个区段回采。每采区各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，工作面长度150m，区段平巷及区段煤柱15m，综采工作面产量在煤层时为1620t/d，

4、在煤层时为1935t/d，日进6刀，截深0.6m，高档普采工作面产量在煤层时为1080t/d，在煤层时为1290t/d，日进4刀，截深0.6米，东翼还另布置一备用的高档普采工作面。采区轨道上山均布置在k2煤层的底板稳定细砂石中，区段回风平巷与运输上山，区段运输平巷与轨道上山采用石门连接，为了保证生产正常接替，前期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头，后期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头。东西两翼各有一个绞车房、变电所、火药库，亦需独立通风。井为箕斗井提煤用，井为罐笼井升降人员、材料、矸石，也作为进风井用，并设有梯子间。在开采的时候先开采煤层，之后开采煤层，并

5、且按照先上山开采后下山开采的顺序。并且另普采和综采面相互交替的顺序，保证同一采区能够同时向下推进。部分巷道名称、长度、支护形式，断面几何特征参数列入表1。井内的气象参数按表3所列的平均值选取，除综采工作面采用46工作制外，其它均采用三八工作制。井下同时作业的最多人数为700人，综采工作面同时作业最多人数40人，高档普采工作面同时作业最多人数60人。二、矿井通风系统设计矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部风，它包含矿井通风方式、通风方法和通风网络。1通风方式1）通风方式简介矿井通风方式是指进风井和回风井的布置，按照进、回风井的相对位置可以分为中央并列式（包括中央并列式和中央分列式）、对角式、混

6、合式，以及分区式。各种通分系统的形式如图2-1，优缺点对比如表2-1：表2-1 矿井通风系统分类分类通分系统适用条件及优缺点中央式中央并列式进、回风井大致并列位于井田中央适用于煤层倾角较大，走向不长（一般小于4km），投产初期暂未设置边界安全出口，且自然发火不严重的矿井：1初期投资少，采区生产集中，并便于管理；2节省风井工业场地，占地少，比在井田内打边界风井压煤少；3进、出风井之间的漏风较大，风路较长，阻力较大；4工业场地有噪音影响中央分列式进、回风井大致位于井田走向中央，沿倾向有一定的距离，回风井位于浅部煤层处适用于煤层倾角小，走向长度不大的矿井1比中央并列式安全性好；2矿井通风阻力较小，内

7、部漏风少，有利于对瓦斯、自然发火的管理；3工业场地没有噪音影响；4多一个风井场地，压煤较多对角式 进风井大致位于井田走向中央，回风井位于浅部走向两翼一般适用于煤层走向长度（超过4km），井田面积大，产量较大的矿井。其优缺点与中央并列式相反，比中央分列式安全性要好，但初期投资大，建井期较长对于有瓦斯突出或瓦斯喷出的矿井，应采用对角式的通风方式混合式 进风井与出风井由三个以上井筒中央式与对角式混合组成。其中有中央分列式与对角式混合，中央并列与对角混合，以及中央并列式与中央分列混合混合式是前几种的发展，适用于 ：1矿井走向距离很长以及老矿井的扩建和深部开采；2多煤层多井筒的矿井。有利于矿井分区分期投

8、产；3大型矿井井田面积大，产量大或采用分区开拓的矿井分区式分区通风各分区有独立的进风系统，但与中央进风系统大巷没有通风设施隔绝。1各分区有独立的通风路线，互不影响是此方式的主要优点，便于管理；2建井工期短；3安全生产好；4分区进风井多，需增加风井场地，通风机管理分散分区回风 进风井大致位于井田走向中央，在采区开掘回风井，并分别按设通风机分区抽出适用于每层距地表较浅，或因地表高低起伏较大，无法开凿浅部的总回风道。在开采第一水平时，只能采用这种分区方式。另外矿井走向长，多煤层开采，高温矿井，亦有采用此方式对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井应采用分区通风系统除适用于上述条件外，还适用于高瓦斯矿井和具

9、备一定条件的大型矿井2）通风方式选择在该矿中，由于井田长度为5km，明显超出了4km，所以如果使用中央式，就一定会造成回风巷道太长，阻力增大，掘进专用通风巷道长等缺点，和采用两翼对角式相比要多开掘2500m的阶段回风大巷 ，而如果采用两翼对角的方式，将回风井布置在两翼的运输上山的上边界处，并用回风石门连通运输上山和回风井。综合考虑这些因素，提出了两套通风系统方式：方案一、两翼对角式方案二、在初期采用中央分列式，后期采用中央并列式和中央分列混合式下面对这两种方式做技术和经济对比如下 ： （1）安全因素比较：该矿井为低瓦斯矿井，但是煤尘爆炸指数为36%，煤尘的爆炸强度和爆炸指数的关系如表22：表2

10、2煤尘爆炸指数与爆炸性的关系煤尘爆炸指数28爆炸性除个别外，基本无爆炸性爆炸性弱爆炸性较强爆炸性很强 可见该煤尘具有很强的爆炸性。在通风设计时必须要予以充分考虑。如果采用方案二，则当发生煤尘爆炸是就可以危及整个矿井，但是如果采用方案一就可以很好的解决这一问题，将煤尘爆炸的危险限制在一翼。从这方面考虑才 用第二中通风方案会比第一种通风方案要好。（2）通风难易程度：采用方案二时，在通风容易时期风流最短路线近似3325m，通风困难时期风流经过的最长距离大概为7475m；在采用方案一时，在通风容易时期风流的路程为2075m通风困难时期风流的最长路线大概为6225m，可见采用第一种通风方案的时候矿井的风

11、流的路程比第二中多了1250米，导致通风阻力增大，不利于通风，并且这样就在长久的同风过程中浪费电源。从这方面考虑采用第二种通风方案会比第一种要好。（3）井巷工程量：在方案二中共需要掘进两条回风大巷，长度共5000m，需要掘进两条回风井，长度总共845m；而在方案一当中就没有必要掘进专门的回风大巷，需要掘进的两条回风井总长度为630m。比较可见采用方案一可以减少井巷工程。（4）初期投资：在方案一中由于要先开采两条回风井，需要四个主要通风机（其中有两个是备用的），而在方案二当中只需要建设一条回风井，需要两个主要通风机，但是在方案一中需要开拓一条回风大行巷。需要详细计算才能知道两种方案的初期投资情况

12、，根据以往经验可以知道方案一可以节省初期投资，早产煤。综合上面各方面因素的比较，可以很容易选定方案一要优于方案二，所以选用方案一。2矿井通风方法通风方法一般根据煤层瓦斯含量高低，煤层埋藏深度和赋存状态，冲击层厚度，煤层自然发火性，小窑塌陷漏风情况、地形条件，以及开拓方式等综合考虑确定。通风方式分为压入式、抽出式、抽压混合式3类，其使用条件和优缺点分析见表23。表23 通风方式分类通风方式适用条件及优缺点抽出式是当前通风方式的主要形式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更有利于对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井优点：1井下风流处于负压状态，当主要通风机因故障停止运转时，井下的风流压

13、力提高可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；2漏风量小，通风管理较简单；3与压入式比较，不存在过度到下水平时期通风系统和风量变化的困难；缺点：当地面有小窑塌陷区并和采空区沟通时，抽出式会把小窑积存的有害气体抽到井下使有效风量减少。压入式低瓦斯矿的第一水平，矿井地面比较复杂，高差起伏，无法在高山上设置通风机。总回风巷无法连通或维护困难的条件下优缺点：1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到地面；2进风线路漏风大，管理困难；3风阻大、风量调节困难；4由第一水平的压入式过渡到深部水平的抽出式有一定困难；5通风机使井下风流处于正压状态，当通风机停止转动时，风流压力降低，又

14、可能使采空区瓦斯涌出量增加。抽压联合式可产生较大的通风压力，能适应大阻力矿井需要，但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用，只是个别用于老井延伸或改建的低瓦斯矿井。由于该矿井地处平原，井田内煤层赋存稳定，不存在小窑漏风情况，走向长度5000米，又由于煤的瓦斯相对涌出量为6.6，为了便于管理，通风安全，减少漏风，所以选用抽出式矿井通风方法。3通风网络一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式统称为通风网络。由于矿井开采方式和采区巷道布置不同，通风网络连接方式也就不一样。大致可风味串联、并联、角立案和复杂连接四纵类型。通风网络图和立体图见附件14 。三、采区通风系统1采取进风上

15、山与回风上山的选择一般来说，采区上（下）山至少要有两条，即运输上山和轨道上山，对生产能力大的采区可有三条或四条上山。只设两条上山时，一条进风，另一条回风。新风流由大巷经进风上（下）山、进风平巷进入采煤工作面，回风经回风巷、回风上（下）山到采区回风石门。当采区生产能力大、产量集中、瓦斯涌出量大，上下多区段同时生产或采区有煤与瓦斯突出危险时，可增设专用的通风上山。1）轨道上山进风，运输机上山回风如图31所示，新鲜风流由进风大巷 采区进风石门 下部车场 轨道上山。故下部车场绕道中不设风门。轨道上山的上部及中部车场凡与回风巷连接处，均设置风门与回风隔离，为此车场航道要有一定的长度，以及决通风与运输的矛

16、盾。2）运输上山进风、轨道上山回风如图32，运输上山进风时，风流与煤流方向相反。运输机上山的下部与进风大巷间必须设联络巷入风，禁止从溜煤眼进风。运输上山的中部、上部与回风巷或回风上山连接的巷道中均设置风门或风墙。轨道上山回风，它与各区段回风巷与回风石门连通。为了将轨道上山与采区进风巷隔离，其下部车场中应设两道风门，风门间隔不应小于一列车长度；否则运料与通风发生矛盾，风门易于被破坏或敞开，导致工作面风量不足，可能引发事故。3）两种通风方式比较轨道上山进风，新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤尘污染及放热影响，轨道上山的绞车房易于通风；变电所设在两上山之间，其回风口设调节风窗，利用两上山之间按风压差通风

17、。输送机上山进风，由于风流方向与运煤方向相反，易于引起煤尘飞扬，运输煤炭释放大量瓦斯，可使进风流的煤尘和瓦斯浓度增大，影响工作面的安全卫生条件；输送机设备所散发的热量，使风流温度增高。此外须在轨道上山的下部车场内安设风门，此外运输矿车来往频繁，需要加强管理，防止风流短路。 该矿井的煤尘具有强爆炸性，所以运输上山进风容易引起煤尘飞扬，并释放出大量瓦斯，可使进风流中的煤尘和瓦斯浓度增大，给安全生产带来了严重的隐患。所以在该矿井的设计中采用轨道上山进风，运输上山回风的通风方式。2采煤工作面上行风与下行风的确定1）采煤工作面通风系统要求（1）回采工作面要独立通风。（2）风流稳定。在矿井通风系统中，回采

18、工作面分支应尽量避免处在角联分支或复杂网络的内联分支上；当无法避免时，应有保证风流稳定的措施。（3）漏风少。应尽量减小回采工作面的内部及外部漏风，特别应避免从外部向回采工作面的漏风。（4）会才工作面的调风措施可靠。（5）保证风流畅通。2）采煤工作面通风系统分类（1）按照回采工作面回风方向分为上行通风和下行通风，他们的优缺点比较如表31。煤矿安全规程规定，煤层倾角大于12o工作面都要采用上行通风。如果采用下行通风时，必须报矿总工程师批准，并遵守系列规定：A回采工作面风速不得低于1m/s。B机电设备设在回风道时，回采工作面回风道中瓦斯浓度不得超过1%，并应装有瓦斯自动报警断电装置。C应有能够控制逆

19、转风流、防止火灾气体涌入金风流的安全措施。在煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的、倾角大于12o的煤层中，严禁回采工作面采用下行通风。表31 回采工作面上、下行通风适应条件及优缺点通风系统适应条件及优缺点上行通风煤层倾角大于120的回采工作面，都应采用上行通风优缺点：1瓦斯自然流动方向和风流方向一致，有利于较快地降低工作面瓦斯浓度；2风流方向与运煤方向相反，引起煤尘飞扬，增加了回采工作面进风流中煤尘浓度；同时，煤炭在运输中放出的瓦斯又随风流带到回采工作面，增加了工作面的瓦斯浓度；3运输设备运转时所产生的热量随进风流散发到回采工作面，使工作面气温上升下行通风在没有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出威

20、胁的、倾角小于12o的煤层中，可考虑采用下行通风工作面下行通风，除了可以降低瓦斯浓度和工作面温度外，还可以减少煤尘含量，降低水砂充填工作面的空气湿度，有利于提高工作面的产量。 但是运输设备处于回风流中，不太安全。由于煤层的倾角为15o，并且为了减少采用下行通风带来的不必要的浪费，所以选用上行通风。（2）按进、回风巷数目分类，见表32表32 工作面通风方式通风方式适应条件及优缺点U型通风方式后退式一进一回，在我国使用比较普遍，其优点是结构简单，巷道维修量小，工作面漏风小，风流稳定，易于管理，但上隅角瓦斯容易超限，工作面进、回风巷要提前掘进。此种通风方是对了解煤层赋存状况，掌握甲烷、火的发生、发展

21、规律，较为有利。由于巷道均维护在煤体重，因而巷道的漏风率减少，适用于低瓦斯矿井前进式一进一回，可缓和采，掘紧张关系，采空区瓦斯不涌向工作面，而涌向回风顺曹。其缺点是：采空区漏风不易管理，且需沿空护巷。这种通风系统适用于推进距离，低瓦斯，自燃倾向性弱的煤层Y型通风方式两进一回，在回采工作面的上、下端各设一条进风巷道，另外在采空区一侧设回风道。优点为：可以很好的解决工作面上隅角瓦斯超限问题，改善了工作环境，提高回收率。E型通风方式两进一回，下两天为进风巷，上面为回风巷。优点：使下回风平巷和下部工作面回风速度降低，抑制煤尘飞扬，降低采空区温度。但是容易引起工作面上隅角瓦斯超限。W型通风方式两进一回，

22、或一进两回。优点：相邻工作面公用一个进或回风巷，减少了巷道的开掘和维护，漏风少，利于防火，在近水平煤层的综采工作面中应用较广。Z型通风方式一进一回，前期掘进巷道工程量小，风流比较稳定，采空区漏风介于U型后退和U型前进式之间，但需要沿空护巷和控制经过踩空区的漏风，其难度较大3）采煤工作面通风系统选定由于该矿井要求东西两翼各布置两个工作面，所以在上下山的一侧开采一个区段，没有两个临近工作面同时开采的条件，所以不使用W型通风方式；Y型和E型有巷道在采空区，这样给巷道的维护带来困难，此矿为低瓦斯矿井所以不必要使用这样方式来防止上隅角瓦斯超限，所以可以不使用这两种通风方式，同样也不使用U型前进式通风方式

23、。E型巷道要开采三条通风巷道，这样开采是合理的，但是和U型后退式相比需要多开采一条巷道，所以在该矿井的通风设计中选用U型后退式。四、通风设备的安全技术要求按照有关原则，并根据现场科技人员的经验，可对通风设备提出以下几点安全技术要求：主通风机运转稳定性能好，主通风机的稳定性运转与否决定着矿井通风系统的安全可靠程度。通风设备的自动监控系统完备。主要通风机和局部通风机正常运转很重要；风门失控会造成风流短路和通风系统紊乱，危及井下生产的安全。所以，它们要安装自动监控系统。反风系统的灵活程度要高。进行反风是井下发生火灾、爆炸事故时防止灾害扩大的重要设施，主要通风机必须安装反风设施，并能在10min内改变

24、巷道内风流方向且风量不小于正常值的40。防爆装置要有很高的完善程度。它是防止瓦斯、煤尘爆炸传播的有效方法。当矿井开采煤尘具有爆炸性危险和瓦斯含量高的煤层时，其两翼、相临的采区、煤层和工作面，都要设置水棚或岩粉棚实行隔离。五、通风附属装置及其安全技术为了保证主扇运转的安全可靠，除扇风机机体外，仍需设置一系列附属装置，如反风装置、防爆门、风硐和扩散器等。1反风装置矿井反风就是当矿井发生突变的时候及时使风流反向，控制灾害和灾情的发展的应变措施。反风装置就是使正常风流反向的设施。当进风井附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，为了避免大量的CO和CO2等有害气体进入采掘空间，危及井下工人的生命安全，则

25、利用反风装置迅速使风流逆转。本设计选取2K58型轴流风机，这种风机反转后的风量可以达到正常时期风量的40%，故不须设置反风装置进行反风。本矿每年进行反风演习一次，每季度都要检查反风功能，保证随时可用。2防爆门为保护风机，在风井井口设置钟形防爆门。防爆门放入井口圈的凹内，槽中盛水以防漏风，深度必须大于防爆门的内外压差。如图8-1所示图 5-1 立井井口防爆盖示意图1-防爆井盖；2-密封液槽；3-滑轮；4-平衡重锤；5-压脚；6-风硐3扩散器本设计选用由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散器，它可以将风机出口的大部分速压转变为静压，以减少风机出风口的速压损失，提高风机的静压。如图8-2所示图5-2 轴流式通风机扩散器4风硐风硐是矿井主扇和出风井之间的一段联络巷道，风硐通风量很大，其内外压差较大，因此要特别注意减小风硐阻力和防止漏风。5消音装置规程规定矿井主扇噪音不得超过90dB，本设计采用主动式消音装置，把大部分噪音吸收掉。