第九章矿井通风设计-河南理工大学高等职业学院

矿井通风MineVentilation采矿工程系第九章矿井通风设计一、教学内容：1、拟定矿井通风系统的原则和方法；2、矿井总风量的计算和分配方法；3、矿井通风总阻力的计算原则和方法；4、选择矿井通风设备的原则和方法；5、概算矿井通风费用；6、介绍生产矿井通风设计相关知识；二、重点难点：1、矿井总风量的计算和分配方法；2、矿井通风总阻力的计算方法；3、选择矿井通风设备的方法。三、教学要求：1、了解矿井通风系统设计的原则、步骤和方法；2、了解矿井通风费用计算方法；3、了解生产矿井通风设计的相关知识；4、掌握矿井风量计算与分配、总阻力计算、通风设备选型计算的知识。矿井通风设计分为新建矿井通风设计与生产矿井通风设计两种。新建矿井通风设计一般分为基建和生产两个时期，并分别进行设计。矿井生产时期通风设计，根据矿井生产年限的长短而采用不同的方法。矿井服务年限不长时（约15至20年），只做一次通风设计。矿井服务年限较长时，考虑到通风机设备选型、矿井所需风量、风压的变化等因素，分为两期进行通风设计，第一期为矿井生产初期（如第一水平），对该时期内通风容易和通风困难两种情况做详细的设计；第二期为矿井生产后期（如第二水平），该时期的通风设计只做一般原则规划，但对矿井通风系统，应根据矿井整个生产时期的技术经济因素，做出全面考虑，使确定的通风系统既可适应现时生产要求，又能照顾长远的生产发展与变化。矿井通风设计的内容包括：确定矿井通风系统；矿井总风量的计算和分配；矿井通风阻力计算；选择通风设备；概算矿井通风费用。矿井通风设计的主要依据是：矿区气象资料；井田地质地形；煤层瓦斯风化带垂深、各煤层瓦斯含量、瓦斯压力及梯度等；煤层自然发火倾向，发火周期；煤尘爆炸危险性及爆炸指数；矿井设计生产能力及服务年限；矿井开拓方式及采区巷道布置，回采顺序、开采方法；矿井巷道断面图册；矿区电费等。矿井通风设计应满足以下要求：1、将足够的新鲜空气有效的送到井下工作场所，保证生产和创造良好的工作条件；2、通风系统简单、风流稳定、易于管理，具有抗灾能力；3、发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；4、有符合规定的井下安全与环境监测系统或检测措施；5、系统的基建投资省、营运费用低、综合经济效益好。第一节拟定矿井通风系统拟定矿井通风系统主要是拟定进风井与回风井的布置方式，矿井风流路线，矿井主要通风机的工作方法，这是矿井通风设计的基础。矿井通风系统应和矿井的开拓、开采设计一起考虑，并通过技术、经济比较之后确定。确定的通风系统，应符合投产快、出煤多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。一、拟定矿井通风系统的基本要求1、每个矿井必须至少要有2个能行人的通达地面的安全出口，各个出口之间的距离不得少于30米。新建和改扩建矿井，如果采用中央式通风时，还要在井田边界附近设置安全出口；当井田一翼走向较长，矿井发生灾害不能保证人员安全撤出时，必须掘出井田边界附近的安全出口。井下每一个水平到上一个水平和每个采区至少都必须有2个便于行人的安全出口，并与通达地面的安全出口相连通。通到地面的2个安全出口和2个水平间的安全出口，都必须有便于行人的设施（台阶和梯子间等）。2、风井位置要在洪水位标高以上（大中型矿井考虑百年一遇、小型矿井50年一遇），进风井口须避免污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500米。井口工程地质及井筒施工地质条件简单，占地少、压煤少、交通方便、便于施工。3、箕斗提升井一般不应兼作进风井或出风井。如果井上、下装卸载装置和井塔有完善的封闭措施，其漏风不超过15%，并有可靠的防尘措施，箕斗井可以兼作出风井；若井筒中风速不超过6m/s，有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准，箕斗井可以兼作进风井。胶带输送机斜井一般不得兼作风井。如果胶带输送机斜井中的风速不超过4m/s，并有可靠的防尘措施和防火措施，可以兼作进风井；如果胶带输送机斜井中的风速不超过6m/s，并装有甲烷断电仪，可以兼做回风井。4、所有矿井都要采用机械通风，主要通风机必须安装在地面。新建矿井不宜在同一井口选用几台主要通风机联合运转。5、不宜把两个可以独通风的矿井合并为一个通风系统；若有几个出风井，则自采区到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前、各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通；下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开；在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。6、采用分区式（多台主要通风机）通风时，为了保证联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流、（中央主要通风机）每一翼的回风流都必须严格隔开。7、尽可能降低通风阻力。尽量采用并联通风，并使主要并联风路的风压接近相等，以避免过多的风量调节。尽可能利用旧巷道通风。8、尽可能避免设置大量风桥和风门或采用容易引起大量漏风的通风系统。9、井下爆炸材料库必须有单独的进风流，回风必须引进矿井主要回风道。井下充电硐室必须独立通风，回风风流应引入回风巷。二、确定矿井通风系统的方法依据矿井通风设计的条件，提出多个技术上可行的方案。首先根据矿井生产实际，选定2~3个技术上可行，且符合安全要求的方案进行经济比较，将最优方案确定为设计方案。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生灾害性事故后，所确定的通风系统能将灾害控制在最小范围，并能迅速恢复生产。第二节计算和分配矿井总风量一、矿井需风量的计算原则矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，由采、掘工作面、硐室和其它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，计算出矿井总风量。1、按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。2、按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其它有害气体浓度、风速以及温度等都符合《煤矿安全规程》的有关规定分别计算，取其最大值。二、矿井需风量的计算方法（一）按井下同时工作的最多人数计算Q矿=4NK（二）按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算（1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算44100CHCHKQQ采（2）按工作面进风流温度计算表9-1采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面进风流气温（℃）采煤工作面风速（m/s）＜1515~1818~2020~2323~260.3~0.50.5~0.80.8~1.01.0~1.51.5~1.8采采采采KSvQ601.采煤工作面需风量的计算采煤工作面的需风量表9-2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＜5050~8080~120120~150150~180＞1800.80.91.01.11.21.30~1.40（3）按炸药使用量计算采采AQ25（4）按工作人员数量计算采采nQ4（5）按风速验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：采采SQ25.060按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：采采SQ460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%。2、掘进工作面需风量计算煤巷、半煤岩巷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（二氧化碳）涌出量计算掘掘KQQCH41002）按炸药使用量计算3）按局部通风机吸风量计算掘掘AQ25表9-3局部通风机额定风量通通掘IKQQ风机型号额定风量m3/minJBT—51（5.5kW）JBT—52（11kW）JBT—61（14kW）JBT—62（28kW）1502002503004)按工作人员数量计算掘掘nQ45）按风速进行验算岩巷掘进工作面的风量应满足：掘掘掘SQS46015.060煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：掘掘掘SQS46025.0603、硐室需风量各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。1）井下爆炸材料库6040VQ硐2）充电硐室2200HqQ硐3）机电硐室tCWQp603600硐表9-4机电硐室发热系数（θ）表机电硐室名称发热系数（θ）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.15~0.230.01~0.040.02~0.04采区小型机电硐室，可按经验值确定风量。一般为60~80m3/min。4、其它巷道需风量计算井下其它巷道的需风量，应根据巷道的瓦斯（二氧化碳）涌出量和风速分别计算，并取其中的最大值。1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算它它它KQQ1332）按最低风速验算SQ15.060它新建矿井，其它用风巷总需风量难以计算时，也可按采煤、掘进、硐室的需风量总和的3%~5%估算。5、矿井总风量计算矿井总进风量应按采煤、掘进、独立通风硐室及其它地点实际需风量的总和计算。KQQQQQ）（它硐掘采矿三、矿井总风量的分配1、分配原则矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足《煤矿安全规程》的各项要求。2、分配的方法首先按照采区布置图，对各采煤、掘进工作面、独立回风硐室按其需风量配给风量，余下的风量按采区产量、采掘工作面数目、硐室数目等分配到各采区，再按一定比例分配到其它用风地点，用以维护巷道和保证行人安全。风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合《煤矿安全规程》对风速的要求。第三节计算矿井通风总阻力一、矿井通风总阻力的计算原则1、如果矿井服务年限不长（10~20年），选择达到设计产量后通风容易和困难两个时期分别计算其通风阻力；若矿井服务年限较长（30~50年），只计算头15~25年左右通风容易和困难两个时期的通风阻力。为此，必须先绘出这两个时期的通风网路图。2、通风容易和通风困难两个时期总阻力的计算，应沿着这两个时期的最大通风阻力风路，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，作为这两个时期的矿井通风总阻力。最大通风阻力风路可根据风量和巷道参数（断面积、长度等）直接判断确定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。3、矿井通风总阻力不应超过2940Pa。4、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、矿井通风总阻力的计算方法沿矿井通风容易和通风困难两个时期通风阻力最大的风路（入风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的摩擦阻力：23QSLUh摩将各段井巷的摩擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力的系数即为两个时期的井巷通风总阻力。即：摩小阻小hh)15.1~1.1(摩大阻大hh)15.1~1.1(两个时期的摩擦阻力可按表9-5进行计算。表9-5矿井通风容易（困难）时期井巷摩擦阻力计算表节点序号巷道名称支护形式α(Ns2/m4)L（m）U(m)S(m2)S3(m6)R(Ns2/m8)Q(m3/s)Q2(m6/s2)h摩（Pa）v(m/s)①②…有时用下式计算两个时期的矿井总风阻和总等积孔。2QhR阻大大2QhR阻小小阻大大hQA19.1阻小小hQA19.1第四节选择矿井通风设备一、选择矿井通风设备的基本要求1、矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。2、选择的通风设备应能满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节能情况，分期选择电动机。3、通风机能力应留有一定的余量。轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小5ْ；离心式通风机的选型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150m以上，或进、出风井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。二、主要通风机的选择1、计算通风机的风量Q通矿通QKQ2、计算通风机的风压H全（或H静）自扩硐阻全hhhhH离心式通风机：容易时期困难时期轴流式（或对旋式）通风机：容易时期困难时