大学采矿工程专业通风安全课程设计

第1页共17页第一节矿井通风系统的选择矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。一、通风系统的选择按进回风在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式，对角式，混合式，下列是各种通风系统的适用条件及其优缺点。1、中央并列式：进回风井大致布置在井田中央，由主井兼作回风井或专设中央风井。适用于煤层倾角大、埋藏深、走向不长（一般小于4Km左右），投产初期尚末设置边界安全出口，且瓦斯与自然发火都不严重的矿井。优缺点：（1）、初期投资少，出煤快，采区生产集中，且矿井反风容易，便于管理。（2）、节省风井工业场地，占地少，护井煤柱少。（3）、进出风井之间漏风比较大，风路长，阻力大。（4）、工业场地受主要通风机噪音影响及回风风流的污染。2、中央分列式：进回风井大致位于井田走向的中央。适用于煤层倾角较小，埋藏浅、井田走向长度不大、瓦斯与自然发火较严重的中型矿井，投产初期多采用这种通风方式。优缺点:（1）、比中央并列式安全性要好。（2）、矿井通风阻力较小，内部漏风少，利于对瓦斯、自然发火的管理。（3）、工业广场地无噪声及回风风流的影响。第2页共17页（4）、风流在井下流动线路为折返式，风流线路长、阻力大。3、两翼对角式：进风井大致位于井田走向中央，出风井位于沿倾斜方向的浅部的两翼。一般适用于煤层走向长（超过4公里），井型较大，瓦斯与自然发火严重或低瓦斯，煤层走向较长、产量较大的矿井。其优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。对有瓦斯喷出或有煤层和瓦斯突出的矿井，应采用对角式通风系统。5、分区对角式：进风井位于井田中央，两翼各有两个或两个以上回风井为所在附近采区服务。适用于煤层埋藏较浅，第一水平无法开凿总回风巷的情况。也适用于高瓦斯矿井。该方式建井期短，安全性高，便于管理，但风井多，占用场地大，风机管理分散，矿井反风困难。4、混合式：进风井与回风井三个以上的井筒按中央式与对角式混合组成。其中有中央分列与对角混合式。中央并列与对角混合以及中央并列与中央分列混合等。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改扩建和深部开采。（2）、多煤层多井筒的矿井，有利于矿井分区分期投产。（3）、大型矿井井田面积大、产量大或采用分区开拓的矿井。综上所述，由于该矿是高瓦斯矿井，根据井田内的煤层赋存状态、埋藏深度及井田范围等条件，在设计投产初期采用中央分列式通风，以后再过渡到两翼对角式通风。二、通风机工作方式的选择1、抽出式：当前通风机工作的主要方式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更是有利于与对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井。主要通风机安装在回风井口，整个矿井通风系统处在低于大气压的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流压力提高，比较安全。2、压入式：低瓦斯矿井，矿井地面地形复杂且煤层埋藏较浅，开采第一水平无法在高山上设置主通风机，总回风巷道无法连通或维护困难，煤层自然发火不严重的条件下使用。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。该方式在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物管理困难，漏风较大。3、混合式：适用于个别老井延伸或改建的低沼气矿井。能产生较大的通风压力，适合大阻力矿井的需求。但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用。根据以上的分析比较，再结合本矿井的实际情况，本矿井属于高瓦斯矿井，，第3页共17页在矿井初步设计时，采用抽出式通风。第二节采区及全矿所需风量一、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。3、《煤炭工业设计规范》规定：对抽放瓦斯的矿井，应按抽出瓦斯后的煤层瓦斯涌出量计算风量，矿井风量备用系数为1.15—1.45，矿井风量按规定进行计算后，还应根据邻近或类似矿井经验按实际需要配风进行校核，必要时，进行适当调整。二、矿井所需风量计算1、采区回采工作面所需风量1）按瓦斯涌出量计算gwigwiwikQQ100式中wiQ—回采工作面的需风量，m3/min；gwiQ—回采工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；gwik—回采工作面的瓦斯涌出不均匀系数和备用风量系数，机采工作面取1.2～1.6；炮采工作面取1.4～2.0；水采工作面取2.0～3.0；该矿采用高档普采，这里取gwik=1.4。)6024/(1dggwAqQ式中1gwQ——回采工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；gq——回采工作面的相对瓦斯涌出量，m3/t；dA——日产量，t/d；以一年330个工作日算；计算得1gwQ=12×(175×3×0.8×1.8×1.25×0.95×1.1)/(24×60)=9.6m3/min1wQ=100×8.2×1.2=1152m3/min2）按人数计算第4页共17页wiQ≥4N，m3／min式中：4——每人应供给的最小风量，m3／min；N——工作面同时工作的最多人数，35人；代入数据计算得1wQ≥4×35=140m3／min3）按工作面进风流温度计算采煤工作面的风量为wiwiwiiwkSvQ60，m3／min式中：wiS—按平均控顶距算得的工作面平均断面积，根据回采工作面的设计取5.4㎡；wiv—回采工作面的风速，查表的wiv=0.6m／s；wik—工作面的长度系数，查表的wik=1.2计算得1wQ=60×0.6×5.4×1.2=233.28m3／min综上所述，回采工作面的需风量取1wQ为1152m3／min，1wQ=19.2m3/s。4）按工作面极限允许风速验算《煤矿安全规程》规定，工作面最低风速为0.25m／s，最高风速为4m／s。故工作面最低风量为minQ≥S15=15×5.4=81m3／min工作面最高风速为maxQ≤S240=240×5.4=1296m3／min所以minQ≤1wQ≤maxQ，设计回采工作面的需风量符合设计要求。5）备采工作面的需风量通常取备用采面的风量等于产量相同的生产采面的需风量的一半。本矿井布置两个回采工作面和一个备用工作面，因而，回采工作面和备用工作面所需风量之和为2211=2×1152+1152/2=2880m3／min=48m3/s2、硐室的需风量计算各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。采区机电硐室必须设在进风流中。采区变电所和绞车房一般按各局矿经验配风。1)变电所第5页共17页包括采区变电所和中央变电所，每个变电所的风量约为60～80m3／min，本设计取70m3／min。2)绞车房根据绞车滚筒直径的大小，确定绞车房的风量为80m3／min。3）井下爆破材料库大型火药库供风100～150m3／min，中小型火药库60～100m3／min，本设计取80m3／min。5）充电硐室通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。按经验值取150m3/min。rQ=70+80+80+150=380m3／min=6.3m3／s3、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ghighihikQQ100m3/min（9-8）式中Q掘-----掘进工作面实际需风量，m3/min；ghiQ------掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；ghik----掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.5~2.0；炮掘工作面取1.8~2.0。计算得1ghQ=100×1.1×1.8=198m3/min采区设两个掘进工作面，所以采区掘进需风量为396m3/min。2）按炸药使用量计算hihiAQ25m3/min（9-9）式中25------使用1㎏炸药的供风量，m3/min；hiA------掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，㎏。取10㎏。1125hhAQ=25×10=250m3/min采区采用双巷掘进，所以采区掘进需风量为500m3/min。第6页共17页3）按局部通风机吸风量计算hfihfihikQQm3/min（9-10）式中hfiQ-----第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量之和，m3/min；hfik------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，进风巷中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。本设计采用JBT—52（11kW）型局部通风机，额定风量为200m3/min，每个掘进工作面配一台。hfihfikQ=2×200×1.3=520m3/min采区采用双巷掘进，所以采区掘进需风量为520m3/min.4）按工作人数进行计算114hhnQ式中1hn—掘进工作面同时工作的最多人数。计算得1hQ4×28=112m3/min综上所述，掘进工作面所需风量1hQ520m3/min=8.7m3/s。5）按风速进行验算煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：hihihiSQS46025.060式中hiS------第i个掘进工作面巷道过风断面积，m2。，根据区段巷道的设计，hiS=5.77m2。计算得hiSQ25.060min=60×0.25×5.77=86.55m3/minhiSQ460max=60×4×5.77=1384.8m3/min由验算结果可知，maxminQQQhi，所以掘进工作面设计风量符合要求。4、根据我国各大矿井的经验，其它地点需风量之和取100m3／min。即oQ=100m3／min=1.7m3／s5、矿井总风量计算矿井风量的计算有整体计算法和分别计算法,对于新建矿井,当无邻近或类似条件矿井作参考时,一般按照规程规定进行整体计算.设计采用分别计算法.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。mohrwmKQQQQQ）（m3/min（9-17）第7页共17页式中WQ——采煤工作面、备用工作面需风量之和，m3/min；rQ——独立通风硐室需风量之和，m3/min；hQ——掘进工作面需风量之和，m3/min；oQ——其它用风地点需风量之和，m3/min；Km——矿井通风系数。当采用压入式或中央并列式通风时Km=1.2~1.25当采用中央分列式或混合式通风时Km=1.15~1.20当采用对角式或区域式通风时Km=1.10~1.15mohrwmKQQQQQ）（=（2880+520+380+100）×1.2=4656m3/min=77.6m3／s第三节矿井通风总阻力及等积孔的计算1、矿井通风阻力的计算矿井通风阻力计算，应考虑主要通风机服务年限内（20—50a），在达到设计产量时，即能克服矿井的最大阻力（即通风困难时期），又能保证矿井在最小阻力（即容易时期）的情况下通风机效率不低于0.7，必须计算通风容易和困难两个时期的总阻力。对于本矿井，矿井总风量为77.6m3／s，达到设计生产能力60万t/a，通风容易时期为移交生产时首采区1111和1112工作面。通风困难时期为3335和3336工作面，进风仍为77.6m3／s。沿上述两个时期通风阻力最大的路线分别用下式计算出各段井巷摩擦阻力hfr:32fihSQUL=RfiQ2式中：hfi—某段井巷的摩擦阻力，pa;L—某段井巷的长度，m；U—某段井巷的周边长，m；S—某段井巷的净断面积，m2;ａ—某段井巷的摩擦阻力系数，Ns2/m4。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）宜按第8页共17页井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井需按井巷摩擦阻力的15%计算。通风容易时期矿井通风总阻力