采矿工程专业《矿井通风与安全》课程设计例题和习题

明理工大学国土资源工程学院采矿工程本科专业讲义矿井通风系统设计例题和习题（适用：《矿井通风与安全》课程设计）谢贤平编昆明理工大学国土资源工程学院2010年11月1目录例题1某矿矿体走向长600m，厚30m，倾角25～30°；采用竖井石门开拓，阶段高60m，单翼对角抽出式通风系统。进风井（罐笼井）井口标高220m，边界风井井口标高245m。同时开采一个阶段，分成三个小分段，采用有底柱崩落法开采。矿井年产矿石25.6万t，每年工作320d，日产800t，每日三班作业。一个电耙道日出矿量200t，电耙道断面4.8m2，长50m；二次破碎最大装药量3kg，通风时间5min。作业面凿岩巷道断面7.0m2。采准、探矿的掘进作业面采用局部通风，巷道断面4.5m2；一次爆破火药量20kg，通风时间25min；独头巷道长度不超过150m。开拓掘进作业面采用局扇通风，最大通风距离600m，巷道断面7.4m2；一次爆破火药量30kg，通风时间20min，采用混合式通风。井下火药库在井底车场，有独立的通风系统。矿井通风系统及作业面分布见图1。各段巷道的规格、尺寸及摩擦阻力系数值列于表1中。夏季自然风压与主扇作业方向相反，其自然风压为96Pa。设计要求：1、计算全矿所需风量，进行风量分配；2、计算全矿总阻力（第一阶段的最大阻力）；3、选择扇风机，计算电动机功率。解：1、计算全矿总风量及分配风量（1）电耙道所需风量①二次破碎爆破通风所需风量火药量3Akg；电耙道长度50Lm，断面24.8Sm，通风时间300ts，则风量325.525.53504.82.28300QALSmst2②按排尘风速计算风量电耙道风速0.5Vms，则排尘风量30.54.82.4QVSms取风量大者，32.4Qms作为电耙道风量。（2）采场作业面凿岩所需风量按排尘风速计算，取风速0.25Vms，巷道断面27Sm，30.2571.75QVSms（3）采准、探矿巷道掘进所需风量①按爆破后通风所需风量（压入式通风）火药量20Akg，巷道长度150Lm，巷道断面24.5Sm，通风时间1500ts，则风量为：31919201504.51.471500QASLmst贯穿风流巷道的风量应大于独头巷道风量的1.43倍，则风量应为1.43×1.47=2.13ms。②按排尘风速计算风量30.254.51.125QVSms取风量大者，32.1Qms。（4）放矿巷道所需风量按排尘风速计算，30.255.241.34QVSms。（5）火药库风量取23ms。（6）二阶段开拓巷道掘进所需风量采用混合式通风，230505.2420minAkgLmSmt，，，，压入风量为3191930505.241.41200pQALSmst抽出式的风量为31.251.251.41.75pQQms贯穿风流的风量为31.431.752.5Qms3（7）矿井总风量miiQKQN式中iQ——各类作业面所需风量，3ms；iN——各类作业面的数量；K——风量备用系数，此例中1.5K。则31.52.441.7532.151.34322.5254.4mQms矿井漏风按总回风道集中漏风考虑，各巷道按需分配的风量如图1所示。2、计算全矿总阻力首先选择最大阻力路线。根据通过风量的大小和路线的长短，选择1、2、3……13、14为最大阻力路线（图1）。分段计算各巷道的摩擦阻力，按下式计算23PLhaQS计算结果列于表1中。由各段巷道摩擦阻力的总和可求得矿井摩擦阻力871.2fhPa。矿井的局部阻力按摩擦阻力的20%计算。矿井的总阻力应为1.21.2871.21045.4mfhhPa3、选择扇风机，计算电动机功率⑴扇风机风量31.154.4259.86fmQQms式中，——扇风机装置风量备用系数，1.1。⑵扇风机的全压tHtmnrvHhHhh式中，rh——扇风机装置阻力，rh=100Pa；vh——扩散塔出口动压损失，vh=10Pa；nH——矿井反向自然风压，nH=96Pa。则1045.496100101251.4tHPa查扇风机特性曲线，选用K40（B）型№19轴流式扇风机，转速980minnr，4叶片安装角32，实际风量可达603ms，风压可达1290Pa，效率0.70f。扇风机的功率129060110100010000.70tfffHQNkW电动机的功率1101.11270.95feeeNNKkW式中eK——电机备用系数，取1.1；e——电机效率，取0.95。1234567891011121314主扇漏风出矿出矿凿岩探准出矿出矿凿岩探准凿岩探准放矿上风天井放矿放矿上风天井上风天井火药库开拓巷道54.4218.1420.6315.6510.7536.285.031.285.011.969.968.652.11.752.42.49.110.8513.2512.061.317.265.951.311.313.931.754.25.959.882.42.41.754.2图1矿井通风系统及作业面分布图5表1巷道编号巷道名称支架种类摩阻系数α，24N/sm巷道长度L，m巷道断面S，m2巷道周界P，m风阻R28Nsm风量Q3ms阻力hpa1-2竖井双罐、梯子间0.03624017180.031736.2841.72-3石门混凝土0.0041206.410.60.019431.2819.03-4运输平巷无支架0.010605.249.40.039211.965.64-5运输平巷无支架0.0101805.249.40.11809.9611.75-6人行天井木框、梯子间0.050407.011.20.06538.654.96-7电耙联络道无支架0.010404.58.60.03782.100.27-8电耙道″0.020504.88.80.07962.100.48-9回风联络道″0.010404.58.60.03789.103.19-10回风联络道″0.010404.58.60.037810.854.510-11回风联络道″0.010404.58.60.037813.256.611-12分段回风道″0.0103804.58.60.358715.6587.912-13总回风道″0.0101206.410.60.048554.42143.613-14回风斜井木棚子0.0164007.411.60.183254.42542.0合计871.26例题2某矿矿体走向长1400m，厚7～15m，采用下盘竖井阶段石门开拓，阶段高40m。上部已有露天开采，井下部分开采深度400m。主井为箕斗井，不进风也不出风。副井为罐笼井做为进风井。通风系统为两翼对角抽出式。采矿方法为有底柱的中深孔留矿法。作业面长50m，电耙道沿走向布置，矿体薄时，布置单耙道，矿体厚时，布置双耙道。回采顺序由上而下，同一水平为后退式。三个阶段同时作业，包括矿柱回采、矿房回采和开拓采准，通风系统见图2。矿井年产矿石80万t，一个电耙道日出矿量270t。作业面一次爆破最大火药量300kg，通风时间40min。矿柱回采时集中通风，每两个月进行一次大爆破，通风时间8h。掘进作业面按排尘计算风量。采场和电耙道二次爆破火药量3kg，通风时间5min。工作面分布，东西两翼相同，合计工作面数（包括备用作业面）如表2，井巷规格见表3。夏季反向自然风压Hn126Pa。设计要求：1、计算全矿所需总风量，分配风量；2、计算全矿总阻力；3、选择扇风机，计算电动机功率。解1、计算全矿总风量及分配风量（1）采场风量①按爆破火药量计算35002.3lg,iVAQmsKtV式中A——火药量，300Akg；t——通风时间，2400ts；V——采场体积，350152.51875Vm；7iK——紊流扩散系数，当0.1502.54alS时，由《矿井通风与防尘》一书中的附录可查得iK=0.81。318755003002.3lg4.220.8124001875Qms②按排尘计算风量30,0.7724.1SQmsn式中，0S——硐室采场入口巷道断面面积，02.52.46S2m；n——风流受限系数。01.27.50.16nbB。364.200.7724.10.16Qms取风量大者，采场风量为4.223ms。（2）电耙道风量按二次破碎爆破后通风计算325.525.53505.42.42300QALSmst按排尘风速计算，3V0.55.42.70QSms。取大者，电耙道风量为2.703ms。（3）出矿平巷的风量30.155.40.81QVSms（4）掘进、采准作业面的风量，按排尘风速计算并考虑贯穿风流的风量大于独头巷道风量1.43倍，则30.256.11.432.18dQVSKms（5）井下火药库的风量取23ms。（6）矿井总风量31.54.2282.7100.8182.1862123.48miiQKQNms（7）风量分配。矿井备用风量按总回风道集中漏风考虑；各作业面分配的风量见图2；西翼风量分配情况与东翼相同，从略。2、计算全矿总阻力选择最大阻力路线1~18（图2），各段巷道的摩擦阻力按下式计算823,fPLhaQPaS计算结果列于表3中，累计1~18各段巷道摩擦阻力值可得东翼总摩擦阻力1647.2fhPa。矿井局部通风阻力按摩擦阻力的20%计算，则矿井总阻力1.21.21647.21976.6mfhhPa东翼与西翼阻力相同。3、选择扇风机，计算电动机功率取扇风机装置风量备用系数1.1，则扇风机的风量为31.161.7467.9168fmQQms扇风机的全压tH按下式计算tmnrvHhHhh取100,10,126rvnhPahPaHPa1976.6126100102212.6tHPa查扇风机特性曲线，选用DK40型№19轴流式扇风机，转速为980minnr，叶片安装角35，风量370fQms，全压2300tHpa，效率0.78f，可以满足通风要求。扇风机的功率为230070206.4100010000.78tfffHQNkW电动机的功率为206.41.12390.95feeeNNKkW921134567891011121314151617181261.3282.32213.5132.294.363.519.0273.364.5832.2930.118.724.364.366.5420.5861.7459.312.433.510.812.755.821.3813.847.544.224.224.224.222.72.72.72.78.446.9213.846.920.810.810.8114.6522.387.73图2矿井通风系统及作业面布置（东翼）表2作业面分配表作业面一阶段二阶段三阶段合计采场88电耙道2810出矿平巷268掘进、采准246火药库1110表3巷道编号巷道名称支架种类摩阻系数α，24N/sm巷道长度L，m巷道断面S，m2巷道周界P，m风阻R28Nsm风量Q3ms阻力hpa1-2石门混凝土0.00412010.413.60.005861.3221.82-3竖井喷浆0.01228014.617.30.018782.32125.73-4竖井″0.0124014.617.30.002773.3014.44-5石门混凝土0.0048010.413.60.003964.5816.35-6运输平巷无支架0.0081246.110.10.044032.2945.96-7运输平巷″0.0081246.110.10.044030.1139.97-8运输平巷″0.0081246.110.10.044022.3822.08-9穿脉平巷″0.0